Цікавий експеримент на уроках хімії з доступних реактивів

Є. Ю. Дробишев, учитель хімії ЗОШ № 4, м. Макіївка


Програма з хімії в першому семестрі 9 класу досить насичена. Вивчають три досить важливі теми, з великою кількістю різноманітних задач, завдань тощо. Програмного експерименту в темах також чимало, однак додатковий демонстраційний експеримент зайвим не буде ніколи, особливо якщо він цікавий і видовищний.

 

Під час вивчення теми «Розчини», коли відбувається пояснення теоретичних питань, таких як розчинність речовин, концентрації розчинів, можна демонструвати досить ефектні досліди, які добре ґрунтуються на теоретичних поясненнях. Такі досліди дають учневі змогу переконатися в інформації, яку він отримав від учителя. Звичайно, ці досліди можуть носити й мотиваційний характер, однак, на мою думку, краще вони підходять для підтвердження теорій і гіпотез.
 
У темі «Електролітична дисоціація» варто продемонструвати декілька цікавих дослідів, які б дали учням змогу правильно зрозуміти що таке йон. Це не просто якийсь символ на папері, а реально існуюча частинка, і є цікаві експерименти, які дозволяють виявити йони й навіть простежити за їхнім рухом у водному середовищі.
 
Тема «Хімічні реакції» також є досить доброю основою для демонстрації цікавих дослідів, дослідів, які виходять за рамки «пробіркових». Під час вивчення окисно-відновних реакцій, швидкості хімічних реакцій, процесів каталізу можна вразити учнів багатьма ефектними дослідами. 
 
Не будемо довго розмірковувати, краще перейдемо до конкретних дослідів. Головна умова — це доступні реактиви та приладдя. Я впевнений, що дешевші та якісніші реактиви можна придбати у спеціалізованих фірмах з продажу реактивів. До того ж майже весь перелік реактивів, необхідний для шкільних дослідів, продається вільно
й без обмежень.
 
Однак, розуміючи, що не всі можуть скористатися послугами таких фірм, будемо міркувати й фантазувати!
 
 
Дослід 1. Кристалізація пересиченого розчину
 
Дослід можна підготувати за двома варіантами — більш простим і більш цікавим!
 
Варіант А . Для досліду потрібна колба з широким горлом або стакан, також необхідно 200–300 г якогось кристалогідрату, наприклад CH3COONa⋅3H2O, Na2S2O3⋅5H2O , MgSO4⋅7H2O.
 
Кристалогідрат насипають у колбу чи стакан, додають 15–20 мл води й нагрівають. Коли вся сіль розчиниться у власній кристалізаційній воді, розчин охолоджують до кімнатної температури. Якщо під час охолодження починається кристалізація, додайте ще декілька мілілітрів води й повторіть нагрівання.
 
За кімнатної температури такі пересичені розчини стабільні протягом декількох днів.
 
Під час демонстрації доторкніться до поверхні розчину скляною паличкою, на якій буде декілька кристаликів відповідної солі. Умить розчин закристалізується — це схоже на замерзання води. Однак, колба чи стакан стануть теплими, адже під час утворення кристалічної ґратки виділяється енергія.
 
Варіант Б. Для цього варіанта досліду я використовую кристалогідрати CH3COONa⋅3H2і Na2S2O5⋅5H2O. Для досліду треба одночасно приготувати два пересичених розчини. Натрій тіосульфату беруть 225 г, а натрій ацетату — 150 г. До солей додають 22 мл води й нагрівають до повного розчинення кристалів.
 
 
Коли розчини солей готові, у скляний циліндр ставлять воронку, наливають гарячу воду, щоб стінки циліндру й воронки прогрілися. Далі воду виливають і швидко вливають певний об’єм гарячого розчину натрій тіосульфату, далі обережно вливають такий самий об’єм натрій ацетату (розчини мають різну густину, тому не змішуються) і, зрештою, зверху наливають теплу воду, яка теж не змішується з пересиченим розчином солі. Чекають, поки розчини остигнуть до кімнатної температури.
 
До початку демонстрації також треба підготувати скляні палички. Паличкою торкаються до розплавленого парафіну, а потім до кристаликів відповідної солі. Під час демонстрації досліду опускаємо в розчин паличку з кристалами натрій тіосульфату: перші два шари залишаються рідкими, а от нижній умить стає твердим! Потім занурюємо паличку з натрій ацетатом — кристалізується і другий шар. Тепер воду можна злити й дати учням циліндр у руки — він теплий!
 
У такому вигляді циліндр можна зберігати до наступної демонстрації. Щоб солі розплавити, треба занурити циліндр у гарячу воду, а зверху долити води, бажано дистильованої.
 
 
Дослід 2. Хімічні грілки й холодильники
 
Досліди демонструють зміну температури розчинів під час розчинення певних речовин. Для нагрівання розчину розчиняємо у воді луг. Так, наприклад, під час розчинення 100 г калій гідроксиду у 200 мл води температура розчину сягає майже 100 °С. Також підвищення температури під час розчинення можемо показати на прикладі розчинення концентрованої сульфатної кислоти, невелику кількість якої слід отримати упарюванням електроліту для акумуляторів (це приблизно 30 %-й розчин сульфатної кислоти).
 
Щоб показати учням «хімічний холодильник», скористайтеся однією із солей: NH Cl 4 (30 г солі в 100 мл води — зниження температури на 16 °С), NH NO 4 3 (60 г солі в 100 мл води — зниження температури на 27 °С), NaNO3 (75 г солі в 100 мл води — зниження температури на 19 °С). Амоній нітрат і натрій нітрат продають як мінеральні добрива.
 
Покажіть цей дослід іще цікавіше. Скористайтеся невеличкою картонною коробкою. На поверхню коробки капніть декілька крапель води, поставте зверху стакан з відповідною сіллю (звісно, краще за все — амоній нітрат) і додайте воду. Стакан примерзає до картонної коробки.
 
 
Дослід 3. Зміна забарвлення від типу розчинника
 
Для досліду необхідний кристалічний йод. Про те, як одержати кристалічний йод з аптечного розчину, читайте у статті в № 9–10 за травень 2015 р. журналу «Хімія» ВГ «Основа». Також потрібні різні органічні розчинники, наприклад етанол, бензен, бензин, гексан, уайт-спіріт (суміш вуглеводнів), 1,2-дихлоретан (можна придбати в господарському магазині як клей для пластмас).
 
Наливаємо в демонстраційні пробірки розчинники й додаємо в кожну маленький кристалик
йоду. Ретельно перемішуємо. У пробірці з водою забарвлення майже немає, у пробірці зі спиртом — коричневе забарвлення, у бензені, уайт-спіріті — червоне, у 1,2-дихлоретані — рожеве. Дослід доречний, якщо ви маєте на меті пояснити учням процес сольватації та процес гідратації, який є видом сольватації.
 
 
Дослід 4. Електропровідність розчинів
 
Для досліду необхідне джерело постійного струму. Роль такого джерела добре виконує батарейка на 9В. Також необхідні з’єднувальні дроти й електроди, якими можуть бути шматки мідного чи стального дроту; маленька лампочка з клемами для приєднання дротів. Якщо чогось не вистачає, зверніться до вашого колеги — фізика. Принаймні я робив саме так.
 
По черзі занурюємо електроди в дистильовану воду, розчин цукру — лампочка не горить. Коли використовуємо розчини натрій хлориду, лугу, сильної кислоти, лампочка горить дуже яскраво.
 
З допомогою цього досліду можна влаштувати проблемну ситуацію. Зануримо електроди в розчин оцтової кислоти й амоніаку. У цих розчинах лампочка не горить, електроліти дуже слабкі. Якщо обидва розчини змішати і знову занурити електроди, лампочка яскраво горітиме. Утворюється сіль, а всі солі — сильні електроліти.
 
 
Дослід 5. Рух йонів у електричному полі
 
Для досліду необхідний фільтрувальний папір, предметні скельця, батарейка на 9В, декілька канцелярських скріпок, з’єднувальні дроти. З реактивів можемо використати натрій гідроксид і фенолфталеїн, купрум(ІІ) сульфат і натрій сульфат.
 
Підготуємо смужку фільтрувального паперу такого ж розміру, як і предметне скло. З допомогою пінцету змочимо папір розчином натрій сульфату й покладемо на предметне скло. З обох кінців скла приєднаємо електроди з допомогою скріпок. На середину фільтрувального паперу кладемо нитку, змочену в розчині лугу. З піпетки капаємо на нитку одну краплю фенолфталеїну та вмикаємо струм. Малинова пляма буде рухатись у напрямку анода. Після перегляду досліду учні можуть дійти висновку, які йони обумовлюють малинове забарвлення розчину лугу під час реакції з фенолфталеїном.
 
Щоби продемонструвати рух катіонів, на смужку паперу, змочену натрій сульфатом, кладемо нитку, яку змочили в розчині купрум(ІІ) сульфату. Підключаємо електроди. Пляма блакитного кольору буде рухатись у напрямку катода.
 
 
Дослід 6. Спалах від краплі води
 
Цей дослід зробить цікавим урок про окисно-відновні реакції. Для демонстрації потрібні амоній нітрат, амоній хлорид, барій нітрат (не обов’язково) і цинковий пил.
 
Готують суміш, що складається з 4 г амоній нітрату, 4 г цинкового пилу, 1 г барій нітрату й 0,5 г амоній хлориду. Суміш висипають у керамічний тигель або металічну банку невеликого розміру. Тільки-но до суміші додають декілька крапель води, через декілька секунд починається бурхлива реакція з великою кількістю іскор і яскравим полум’ям. Якщо в суміші не буде барій нітрату — окисника, дослід може бути не таким ефектним.
 
У результаті взаємодії речовин відбувається реакція:
 
Zn +NH4NO3 →N2 + ZnO+ 2H2O
 
Каталізатором цієї реакції є амоній хлорид. Тільки-но до суміші додають декілька крапель води, покращується змочування речовин і амоній хлорид прискорює реакцію.
 
 
Дослід 7. Твердофазна коливальна реакція
 
Коливальні реакції — дуже цікавий вид хімічних реакцій, в яких відбувається чергування певної кількості процесів. Такі реакції, як правило, відбуваються в розчинах, однак реактиви для таких демонстрацій потрібні специфічні. Можна, однак, продемонструвати твердофазну коливальну реакцію, для її виконання потрібні алюмінієва пудра (срібна фарба), уротропін (сухе пальне), барій нітрат.
 
Готують суміш, що складається з 2,7 г алюмінієвої пудри, 4,8 г сухого барій нітрату й 1,9 г уротропіну (таблетку сухого пального подрібніть у ступці). Всю суміш перетирати не потрібно, достатньо декілька разів перемішати у пробірці.
 
Суміш насипають гіркою на негорючу поверхню й підпалюють. Спочатку спостерігаємо спокійне горіння уротропіну, потім відбувається яскравий спалах і знову спокійне горіння, яскравий спалах і знову спокійне горіння…
 
Замість алюмінію можна брати й магнієвий порошок. Суміш готують у такому співвідношенні: магній — 7,2 г, барій нітрат — 4,8 г, уротропін — 1,9 г.
 
Цю реакцію можна демонструвати під час вивчення окисно-відновних процесів. У таких сумішах магнієвий або алюмінієвий порошок вигоряють поступово. Спочатку спостерігається тихе, спокійне горіння уротропіну:
 
(CH2)6 NO→ 6CO2 + 6H2O+2N2
 
 
З часом шар уротропіну вигоряє, на поверхні накопичується достатня кількість барій нітрату й порошку металу для взаємодії:
 
5Mg + Ba(NO3)2 → BaO+ 5MgO+N2
 
Процес супроводжується тихим, спокійним горінням уротропіну і яскравим спалахом, який відбувається під час узаємодій нітрату з металом.
 
 
Дослід 8. Дихання дракона
 
Цікавий і ефектний дослід, який демонструє залежність швидкості реакції від площі контакту реагентів. Для досліду потрібні крохмаль, етанол і медична вата.
 
Спочатку виготовляють щось подібне до смолоскипа. Для цього на відріз металевого дроту (можна використати металеву ложечку для спалювання речовин) намотують шматок медичної вати або марлі й добре змочують у спирті. У рот набирають крохмаль і сильно видувають на смолоскип, який розташовують від обличчя на відстані 15–20 см. Крохмаль розпилюється у повітрі з утворенням крохмально-кисневої суміші, яка добре горить. Дослід цілком безпечний і не спричинить опіків. Після демонстрації достатньо сполоснути порожнину роту водою від решток крохмалю.
 
Перед початком демонстрації крохмаль насипають гіркою й намагаються підпалити — сполука не займається. Потім змінюють умови досліду й демонструють «дихання дракона». Такий дослід можна спробувати виконати і з цукровою пудрою.
 
 
Дослід 9. Гідрофобний пісок
 
Звичайно, вода є найпоширенішим розчинником на планеті. Коли розглядаємо властивості води як розчинника й поділ речовин на розчинні, мало розчинні та практично не розчинні, можна ввести поняття гідрофобних і гідрофільних поверхонь. До того ж явище гідрофобності можна цікаво продемонструвати. Для цього потрібний гідрофобний пісок — звичайний кварцовий пісок, який вкрито гідрофобною силіційорганічною сполукою. Такий пісок я придбав у дитячому магазині, де його продають як науково-розвивальну гру.
 
Все, що потрібно для досліду — це стакан з водою, будь-яка ложка і власне гідрофобний пісок. Всипаємо пісок у стакан з водою. На дні пісок здається вологим, йому можна надати будь-якої форми, однак якщо з допомогою ложки підняти пісок на поверхню — він сухий! Цей дослід поставить перед учнями неабияке питання: «Як це відбувається?» Тож краще спочатку показати, а потім пояснити.
 
 
Дослід 10. Каталіз
 
Поняття про каталіз і каталізатори можна теж візуалізувати на уроці. Звичайно, найпростіший дослід можна поставити з гідроген пероксидом. Буде цікаво порівняти декілька каталізаторів і зробити певні висновки про їхню здатність прискорювати реакцію розкладу пероксиду. Так, наприклад, до аптечного розчину пероксиду можна додати кристалічний калій йодид і його розчин і порівняти швидкість розкладу пероксиду під час гомогенного й гетерогенного каталізу.
 
Більш цікавою є реакція калій перманганату з щавлевою (оксалатною кислотою). Для виконання досліду будуть необхідні рожевий розчин калій перманганату, розчин щавлевої кислоти концентрації 1 моль/л (90 г на 1 л води). Також потрібний розчин сульфатної кислоти у співвідношенні 1 : 3 і манган(ІІ) сульфат. Щавлеву кислоту й манган(ІІ) сульфат можна придбати в магазині для садівництва. Щавлеву кислоту використовують як засіб для пом’якшення води, а манган(ІІ) сульфат — як мікродобриво. Сульфатну кислоту концентрації 1 : 3 можна придбати в автомагазині як акумуляторний електроліт. Калій перманганат можна знайти в аптеці, до того ж, для досліду потрібні всього декілька кристаликів реактиву. Постановка досліду така: у два стакани наливають однакову кількість розчинів калій перманганату й щавлевої кислоти, підкислюють сульфатною кислотою. До першого розчину додають кристалик каталізатору — манган(ІІ) сульфату — розчин умить стає безбарвним унаслідок утворення йонів Mn2+, другий розчин знебарвлюється лише після 2–3 хвилин. У розчині відбувається такий процес:
 
2KMnO4+ 5H2C2O4+3H2SO4+K2SO4 +10CO2 + 8H2O
 
Поняття про інгібітори, сполуки, які вповільнюють перебіг реакції, також можна візуалізувати. Для досліду потрібні залізні цвяхи без іржі, розчин хлоридної кислоти (про те, як виготовити розчин хлоридної кислоти з доступних реактивів, читайте у статті у квітневому номері журналу «Хімія» ВГ «Основа») і формалін (в аптеці продають спиртовий розчин під назвою «Формідрон»). Постановка досліду дуже проста: у дві демонстраційні пробірки наливають кислоту й занурюють цвяхи. Коли виділення бульбашок водню буде інтенсивним, в одну з пробірок додають 5–6 мл формаліну. Швидкість виділення водню зменшується. Формалін інгібує процес.
 
Шановні колеги! Звичайно, підібрати досліди, які б були ефектними й цікавими, із застосуванням обмеженої кількості доступних реактивів украй важко. Однак головне — зацікавленість учителя. Якщо ви хочете, щоб учні любили ваші уроки, із подивом спостерігали за хімічними перетвореннями, все необхідне у ваших руках! Щоб використовувати цікавий експеримент для мотивації учнів на уроці, перш за все цю мотивацію повинні мати ми з вами! Бажаю всім успіхів!
Dounload PDF

Відгуки читачів