Цели:
- обобщить представления и способы разделения смесей органических и неорганических веществ;
- продолжить формирование идентифицировать вещества;
- стимулировать развитие интереса к химии на примере практического значения знаний и умений по химии.
Оборудование:
Содержание химического марафона:
I. Подготовительный этап.
Человека окружают разнообразные вещества. Большинство из них не представляют собой индивидуальные вещества, а входят в состав смесей. Человек же в своей деятельности использует либо чистые вещества, либо смеси определённого состава. Поэтому важными являются умения исследовать состав смесей, выделять вещества из них, приготавливать смеси определённого состава. Поэтому тема химического марафона - "Смеси веществ".
Вы за предыдущие годы изучения химии имели дело с разными типами смесей. Их разделение основано на свойствах составных частей - индивидуальных веществ. Сегодня мы проведём соревнование между командами, в ходе которого узнаем, кто лучше всех умеет работать со смесями. (Деление учащихся на две или три команды).
II. Основная часть.
Каждая команда вытягивает свои варианты ответов. За каждое задание - 1-2 балла (в зависимости от сложности задания).
Задания:
№1. Воздух - смесь газов (по 1 баллу).
Все эти учёные проводили эксперименты с газами, являющимися компонентами воздуха. Какие газы они выделили и исследовали?
А) Джозеф Пристли не был настоящим учёным, но его очень интересовала химия. Он проводил много времени в своей лаборатории, проводя химические опыты. Так, он помещал мышей под два стеклянных колокола. В одном из них содержался атмосферный воздух, а во втором - полученный при нагревании различных соединений газ. Под вторым колоколом мышь жила в несколько раз дольше мыши, помещённый в колокол с обычным воздухом. [1] Какой газ получил учёный?
Б) Джозеф Блэк впервые обратил внимание научного мира на получение газа из твёрдого тела. Этот газ, который Джозеф Блэк называл "фиксируемый воздух", по его мнению, должен иметь свойства кислоты. [1] Полученный им газ превращает едкую известь в известняк. Какой газ выделил и исследовал учёный?
В) Даниэль Резерфорд, медик, занимавший кафедру ботаники в Эдингбургском университете, поглотил небольшое количество углекислого газа из воздуха при помощи известковой воды, которая при этом стала мутной, как молоко. Затем он заставил мышь дышать в ограниченном объёме воздуха, причём после поглощения углекислого газа около 4/5 исследуемого объёма воздуха осталось в виде инертного газа. [1] Как был назван этот газ?
Ответы: а) кислород; б) углекислый газ; в) азот.
Вывод: воздух представляет собой смесь газов.
№2. Сравнение.
А) Какой воздух легче: сухой или влажный? [2] Для ответа на вопрос вспомните, как рассчитывается средняя молярная масса воздуха.
Б) Что тяжелее: 1л углекислого газа или 1 л кислорода?
В) Какой газ занимает больший объём: 1 л хлора или 22,4 л оксида азота (IV)?
За задания команды получают: а) 2 балла; б) 1 балл; в) 1 балл. (В данном задании не следует заранее говорить, что первый вариант сложнее второго и третьего. Иначе это приводит к заблаговременному отказу от выполнения задания при первом затруднении в его выполнении).
Ответы: а) влажный воздух легче, т.к. молярная масса воды 18 г/моль, а воздуха 29 г/моль (средняя молярная масса воздуха рассчитывается как отношение массы газов к количеству вещества этих газов; во влажном воздухе больше воды, молярная масса которой ниже, чем многих других компонентов воздуха; поэтому при повышении влажности воздуха по сравнению с более тяжёлыми газами масса вещества воды возрастает меньше на 1 моль вещества воды); б) тяжелее 1 л углекислого газа, так как при одинаковом количестве вещества молярная масса углекислого газа больше молярной массы кислорода; в) одинаково.
№3. Физические свойства (по 1 баллу).
Ещё до открытия многих компонентов воздуха и других веществ физики тоже проводили опыты со смесями веществ.
А) Благодаря какому процессу собранный химическим способом углекислый газ через определённое время не обнаруживается в пробирке с помощью тлеющей лучинки?
Б) Какой процесс приводит к равномерному распределению фуксина в воде, налитой в химический стакан?
В) Происходит ли процесс диффузии в кристаллическом и аморфном веществе?
Ответы: а) диффузия; б) диффузия; в) в кристаллическом веществе молекулы занимают фиксированное положение, из-за чего процесс диффузии не наблюдается; в аморфном же веществе молекулы не имеют фиксированного положения и медленно перемещаются - да, процесс диффузии в аморфном веществе происходит, но очень медленно.
№4. Применение газовых смесей (по 1 баллу).
А) На использование этой газовой смеси как на экологически чистое топливо возлагаются большие надежды. При её сгорании образуется только одно безвредное вещество. Затруднения - в создании условий для безопасного хранения газов этой смеси и горения без взрыва. О какой газовой смеси идёт речь?
Б) Эту газовую смесь используют для промышленного получения аммиака.
В) Какую газовую смесь мы каждый день используем для получения тепла, требуемого для приготовления пищи?
Ответы: а) водород и кислород; б) смесь 3V(H2):1V(NH3); в) метан и кислород.
№5. Экстракция (по 2 балла).
А) Экстрагируйте при помощи раствора этанола хлорофилл из зелёной расти растения. Как меняется окраска экстракта при разном его освещении. Что наблюдаете? Объясните результаты.
Б) Экстрагируйте при помощи воды красящие вещества свёклы. Как меняется окраска экстракта при разном его освещении. Полученный раствор испытайте с помощью растворов кислоты и щёлочи. Что наблюдаете? Ответ поясните.
В) Экстрагируйте йод из спиртовой настойки при помощи бензина или другого органического растворителя, не растворяющегося в воде. В чем причина концентрирования йода в органическом растворителе? Ответ обоснуйте.
Оборудование: ступки с пестиком (2 шт.), дистиллированная вода, раствор этанола (можно использовать водку), лист зелёного растения, кусочек свёклы, пробирки (3 шт.), пробирка с пробкой (для экстракции йода), бензин (или керосин, ацетон, другой растворитель, не смешивающийся с водой), кварцевый песок, фильтры (2 шт.), стеклянные воронки (2 шт.), стеклянные палочки (2 шт.), химические стаканы (2 шт.).
Ход опыта
1. Измельчите растительный объект в ступке при помощи пестика, добавив кварцевого песка. Прилейте к нему раствор экстрагента. Продолжите измельчение. Отфильтруйте полученный раствор. Поместите экстракт в пробирку и исследуйте его свойства.
2. В пробирку к 1 мл спиртового раствора йода прилейте 1 мл органического растворителя (например, бензина), не смешивающегося с водой. Закройте пробирку пробкой и взболтайте её содержимое. Оставьте содержимое пробирки некоторое время спокойно постоять.
Ответы: а) хлорофилл флуоресцирует; б) красящие вещества свёклы являются природными индикаторами; в) йод лучше растворяется в органическом растворите, в котором поэтому и концентрируется.
№6. Разделение твёрдых смесей (по 2 балла).
А) Разделите смесь стружек, оставшихся после заточки карандаша, и сахара.
Б) Разделите смесь речного песка и серы.
В) Разделите смесь поваренной соли и железа.
Оборудование: стружек, оставшихся после заточки карандаша, и сахара, речного песка и серы, поваренной соли и железа, магнит, листы белой бумаги (2 шт.), химические стаканы (на 150 мл, 2 шт.), ложечка для насыпания твёрдых веществ (2 шт.), дистиллированная вода.
Ответы: а) и б) высыпать смеси в стакан с водой, стружки и сера окажутся на поверхности воды, собрать их ложечкой для насыпания твёрдых веществ; в) при помощи магнита отделить стружки железа.
№7. Примеси (по 2 балла).
А) Содержится ли в данном образце этилового спирта вода или это абсолютный спирт? Для обнаружения воды используйте безводный сульфат меди (II).
Б) Есть ли в представленной сахаразе примеси глюкозы? Проведите исследование с помощью гидроксида меди (II).
В) Содержит ли подсолнечное масло жиры с ненасыщенными высшими жирными карбоновыми кислотами? Используйте разбавленный подкисленный раствор перманганата калия.
Оборудование: пробирки (3 шт.), водный раствор этанола (любой), безводный сульфат меди (II), сахароза (с примесями глюкозы), растворы сульфата меди (II), гидроксида натрия, подсолнечное масло, разбавленный подкисленный раствор перманганата калия.
Ответы: а) к исследуемому этанолу добавьте безводный сульфат меди (II), в случае наличия воды в спирте сульфат меди (II) образует кристаллогидрат или раствор (в зависимости от количества воды в спирте), окрашенный в голубой цвет; б) при нагревании сахарозы с гидроксидом меди (II) глюкоза обнаруживается по появлению при нагревании красно-оранжевого окрашивания - происходит окисление альдегидной группы глюкозы до карбоксильной; в) при взбалтывании раствора перманганата калия с подсолнечным маслом окраска исчезает из-за взаимодействия перманганата калия с ненасыщенными карбоновыми кислотами в составе жиров.
№8. Обнаружение меди в сплаве (по 2 балла).
А) Используя раствор азотной кислоты, докажите, что в сплаве, используемом для изготовления монет, содержится медь.
Б) Используя раствор азотной кислоты, докажите, что в бронзе содержится медь.
В) Используя раствор азотной кислоты, докажите, что в латуни содержится медь.
Оборудование: образцы сплавов (бронза, латунь, сплав, используемый для изготовления монет), 10% раствор азотной кислоты, пипетки (3 шт.).
Ответы: бронза, латунь, сплав, используемый для изготовления монет содержат медь, которая обнаруживается при помощи азотной кислоты, при её действии на сплав капля кислоты окрашивается в голубой цвет из-за образования соли меди (нитрата меди (II)).
№9. Разделите растворы (2 балла).
А) Как разделить смесь уксусной кислоты и метанола с последующим выделением компонентов смеси в чистом виде?
Б) Как разделить смесь анилина и бензола с последующим выделением компонентов смеси в чистом виде?
В) Как разделить смесь фенола и бензола с последующим выделением компонентов смеси в чистом виде?
Ответы: а) при действии на смесь раствором гидроксида натрия образуется соль (ацетат натрия), а метанол отделяется перегонкой, после чего уксусная кислота выделяется из соли действием сильной, например, соляной, кислоты; б) к смеси анилина и бензола добавить раствор соляной кислоты, образовавшаяся из анилина соль при добавлении воды оказывается в водном слое и отделяется с помощью делительной воронки; соль анилина выделяется в чистом виде при действии раствора гидроксида натрия и отделяется в делительной воронке (анилин в воде не растворяется и собирается в виде слоя); в) при добавлении гидроксида натрия фенол образует соль (фенолят натрия), который в отличие от бензола, растворяется в воде, что позволяет его отделить в делительной воронке.
№10. Удалите из раствора (химический эксперимент).
А) Используя имеющиеся реактивы, удалите из раствора ионы бария.
Б) Используя имеющиеся реактивы, удалите из раствора ионы свинца.
В) Используя имеющиеся реактивы, удалите из раствора ионы цинка.
Оборудование: пробирки (3 шт.), растворы сульфата натрия и карбоната натрия.
Ход опыта.
К 1 мл раствора прилейте 1 мл реактива, осаждающего соответствующий ион в виде нерастворимого соединения.
Ответы: а) ионы бария образуют осадок с сульфат-анионами
Ba2+ + SO42- = BaSO4v
белый
б) ионы свинца образуют осадок с сульфат-анионами
Pb2+ + SO42- = PbSO4v
белый
в) ионы цинка образуют осадок с карбонат-анионами
Zn2+ + CO32- = ZnCO3v
белый
№11. Приёмы, используемые при приготовлении растворов (учащиеся демонстрируют).
А) Что следует делать с последней каплей, оставшейся на склянке с раствором, из которой в химический стакан наливали соответствующий раствор?
Б) Как следует перемешивать жидкости?
В) Как правильно определять уровень жидкости в мерном цилиндре, если жидкость прозрачная и если раствор окрашен?
Оборудование: химические стаканы (2 шт.), склянка с раствором перманганата калия, склянка с раствором сульфата натрия (или другим прозрачным раствором), стеклянная палочка, мерный цилиндр.
Ответы: а) нужно снять последнюю каплю с горлышка склянки о край химического стакана; б) нельзя закрывать пробирку пальцем; перемешивать содержимое пробирки следует покачивающими движениями, держа колбу, пробирку, стакан за их верхнюю часть; при использовании стеклянной палочки она не должна соприкасаться со стенками сосуда; в) в случае прозрачного раствора уровень жидкости определяется по нижнему мениску, а в случае окрашенной жидкости - по верхнему.
№12. Приготовление растворов (а) - 2 балла; б) и в) - по 1 баллу).
А) Как из насыщенного раствора нитрата калия сделать ненасыщенный раствор. Как доказать, что полученный раствор является ненасыщенным?
Б) Как из несыщенного раствора нитрата калия сделать насыщенный раствор.
В) Как из насыщенного раствора нитрата калия получить пересыщенный раствор?
Ответы: а) нагревание раствора приводит к тому, что в нём может раствориться ещё некоторое количество нитрата калия (при повышении температуры растворимость нитрата калия повышается); б) нужно добавить ещё нитрата калия или выпарить некоторое количество соли; в) охлаждение насыщенного раствора при нагревании раствора приводит к уменьшению растворимости нитрата калия; при медленном и спокойном охлаждении раствора можно получить при комнатной температуре пересыщенный раствор.
№13. Применение растворов в быту.
А) Раствор белого кристаллического вещества используют на кухне для заготовок продуктов. В промышленном масштабе его получают из растений.
Б) Прозрачный раствор вещества, нестойкого, разлагающегося при нагревании, на свету, используют для дезинфекции ран и для остановки кровотечений.
В) Разбавленный раствор этого вещества используют при выпечке хлебобулочных изделий с целью придания им рыхлости, пышности, а также применяют для удаления накипи в чайнике.
Ответы: а) сахар; б) пероксид водорода; в) уксусная кислота.
№14. Растворы (по 1 баллу).
А) Почему в чайнике при кипячении образуется накипь?
Б) С помощью какого метода, основанного на физических свойствах, можно полностью обессолить воду?
В) Как доказать, что в почвенном растворе содержатся соли?
Ответы: а) вода представляет собой раствор, из которого при нагревании выделяются соли, обусловливающие временную жёсткость воды - карбонаты кальция и магния; б) перегонка позволяет получить дистиллированную воду; в) при выпаривании почвенного раствора на дне выпаривательной чаши оседают соли.
III. Заключительная часть.
Использование человеком веществ предполагает их концентрирование, значит, выделение из смесей и очистку от примесей. Кроме того, много веществ применяется в виде смесей определённого состава, что требует умений их приготавливать. Поэтому умения работать со смесями веществ занимает важное место в цепочке производства материальных средств.
Литература:
- Книга для чтения по химии. Ч. 1. / Сост. К.Я. Парменов, Л.М. Сморгонский. - 3-е изд., перераб. - М.: Государственное учебно-педагогическое издательство Министерства просвещения РСФСР, 1960. - 531 с.: ил.
- Кулакова Т.М., Тинишова Э.У. Внеклассное мироприятие-турнир "Живая природа и законы химии и физики" // https://urok.1sept.ru/articles