Изготовление прибора для растворения газов

Введение

 

Нет необходимости подчеркивать важность демонстрационного химического  эксперимента. Каждый лектор-химик, естественно, стремится не только передать аудитории  предусмотренную программой сумму  знаний, но и внушить учащейся молодежи живой интерес к химии. Не будет преувеличением сказать, что вслед за искусством лектора здесь решающую роль играют целесообразно подобранные и удачно выполняемые лекционные опыты. Хорошо проведенный и показанный в нужный момент лекции опыт как нельзя лучше иллюстрирует то, или иное свойство изучаемого объекта и обычно запоминается надолго.

 

Целью этой работы является подробное  изучение подготовки и выполнения демонстрационных опытов на лекциях по курсу неорганической химии.

 

Успех лекционного эксперимента зависит  от тщательности его подготовки, от его наглядности, убедительности и оформления.

 

За день-два до лекции ассистенту следует обсудить с лектором предполагаемый демонстрационный материал: опыты, экспонаты  и таблицы. Накануне лекции каждый, даже самый простой, эксперимент должен быть тщательно подготовлен и проверен. Все опыты во время лекции необходимо проводить именно с теми реактивами и растворами, которые использовались при его подготовке. Ни в коем случае нельзя употреблять при демонстрации вновь приготовленные, но не проверенные растворы, даже если они имеют заданную концентрацию, так как случайная, незамеченная примесь может испортить эксперимент.

Работа ассистента должна быть четкой и уверенной. Только тогда лекция проходит гладко, когда опыты демонстрируются  к месту и удачно, когда удается изложить весь намеченный материал, иллюстрировав его всеми подготовленными к данной лекции опытами.

Совершенно не целесообразен  такой метод, когда лектор (ассистент), не желая «отвлекать внимание слушателей», значительную часть лекции занимает изложением теоретических вопросов, а остаток времени заполняет наспех выполняемыми опытами. Будучи оторваны от изложения, опыты теряют свою педагогическую ценность и, кроме того, производимые наспех опыты не всегда оказываются удачными [1][2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Литературный  обзор

1. Лекционно-демонстрационный эксперимент. Требования.

 

Работа лекционного  ассистента – это большое искусство  и требует от него особых навыков, напряженного внимания, самообладания, постоянной тренировки. Движения рук ассистента должны быть уверенными и спокойными на протяжении всей работы.

Проведение любого химического  опыта требует осторожности, осмотрительности, непременного выполнения правил техники  безопасности, которые ассистент  должен хорошо знать. Особенно осторожно следует обращаться с белым фосфором, металлическими калием и натрием, металлической ртутью. Все опыты с металлической ртутью нужно проводить на специальном эмалированном подносе, кусочки натрия и калия, нарезаемые для опыта, не должны быть больше горошины. Максимальную осторожность следует проявлять при работе с водородом. Во время демонстрации опытов желательно не использовать баллоны с газами, находящимися под большим давлением (до 200 атм). Необходимый газ целесообразно предварительно отобрать из баллона в газометр, а для получения водорода и углекислого газа — использовать аппарат Киппа.

Опыты желательно проводить, пользуясь специальной химической посудой. Например, толстостенными цилиндрами с пришлифованными крышками-пластинками (для газов), большими цилиндрами с притертыми пробками емкостью 1 л. Вся посуда после лекции должна быть тщательно вымыта и убрана вместе с приборами в специальные шкафы.

Хорошим наглядным пособием являются модели кристаллических решеток, изготовленные из разноцветных деревянных шариков. Необходимо иметь модели решеток: алмаза, графита, серы, хлорида натрия, йода, и др. 
В настоящее время лекции все более иллюстрируются показом диапозитивов, кинофильмов, таблиц и, следовательно, аудитория должна быть оснащена соответствующим оборудованием[1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Реакции и процессы, которые используют в лекционно-демонстрационных экспериментах.

 

1.2.1. Экзотермические реакции

 

• Горение водорода в цилиндре – один из наиболее часто проводимых опытов.

2Н2 + О2 = 2Н2О

Водород горит почти бесцветным, слегка голубоватым пламенем.

 

• Вулкан - классический демонстрационный опыт, очень эффектный.

     (NH4)2Cr2O7=N2+4H2O+Cr2O3

Опыт очень напоминает процесс извержения миниатюрного                вулкана.

 

• Горение железа в кислороде.

3Fe + 2O2 = Fe3O4

Железная проволока, начиная гореть, Разбрасывает белые искры раскаленной  закиси-окиси железа.

 

• Воспламенение расплавленной серы.

S + O2 = SO2

Расплавленная сера вспыхивает и горит  голубым пламенем.

 

• Горение фосфора под водой.

4P + 5O2 = 2P2O5

Фосфор вспыхивает и  горит под водой, переходя частично в красный.

 

1.2.2. Реакции с выделением больших количеств газов

 

• Дым без огня.

     HCl+NH3=NH4Cl

     Выделение  белого, очень густого дыма.

 

• Химическая реакция сахара с серной кислотой

     C12H22O11 + 2H2SO4(конц.)=11С+CO2+13H2O+2SO2

     Сахар начинает чернеть, вспучиваться и в виде объёмной, рыхлой массы чёрного цвета подниматься.

 

• «Фараоновы змеи».

     Hg(NO3)2 + 2KCNS = Hg(CNS)2 + 2KNO3

     2Hg(CNS)2 + 9O2 = 3HgO + 4SO2 + 2N2 + 4CO2

     В ходе реакции выделяется большое количество различных газов.

 

 

 

 

 

 

 

1.2.3. Реакции растворения газов

 

• Растворение HCl в воде.

     HCl_г + H₂O_ж ⇌ H₃O⁺_ж + Cl⁻_ж   

     Так как  раствор хлороводорода в воде  является кислотой, лакмус меняет  цвет и вода приобретает красную окраску.

 

• Растворение аммиака в воде.

     NH₃ + H₂O = NH₄OH

     При добавлении фенолфталеина - раствор становится   малиновым.[1][3][4][5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Конструирование  прибора

 

В процессе конструирования  следует, прежде всего, выяснить назначение прибора, а так же какую учебную задачу можно решить с ее помощью. Если предполагаемый прибор позволяет получить продукт реакции, изучить его свойства, то его создание целесообразно и необходимо. В то же время монтирование приборов, часто громоздких, иллюстрирующих второстепенные по назначению процессы, нецелесообразно и вряд ли оправдывает себя методически.

После выяснения необходимости  создания прибора всесторонне изучают  особенности исходных и получающихся веществ, условия протекания реакции, подробно рассматривают вопросы теории. С этой целью знакомятся с научной и методической литературой по данному вопросу. В результате такой работы рождается идея прибора. Сконструировав «рабочий» прибор, приступают к исследованию влияния различных условий на протекание реакций. Как правило, вначале проверяют влияние отдельных условий на скорость реакции (температуры, катализатора и т.д.). Затем подбирают оптимальные условия для ее протекания. В процессе такой работы идея прибора утверждается, развивается, а иногда отвергается. Тогда рождается новая идея, которая снова проверяется на опыте.

Определившаяся идея прибора воплощается в соответствующей  конструкции. «Рабочий» прибор обрастает  необходимыми деталями, которые выполняют  различные функции, вызванные условиями протекания реакции. Выбор формы прибора, его отдельных деталей, материалов должен быть достаточно аргументирован[6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Экспериментальная часть

2.1. Изготовление  прибора для растворения газов  (фонтан)

 

 

 

Прибор состоит из деревянного основания, двух стоек и перекладины. В перекладине делают три круглых отверстия для бутылок 1,2,3 (можно использовать круглодонные колбы) емкостью 0,5 л. К одной из стоек прикрепляют полоской жести пробирку с газоотводной трубкой, она служит для получения газов. Бутылки закрывают пробками со стеклянными трубками и соединяют между собой, как показано на рисунке. Длинную трубку бутылки 3 опускают в сосуд с водой. К этой бутылке присоединяют грушу с водой.

В пробирку помещают вещества, необходимые для получения хлороводорода или аммиака. Выделяющийся газ направляется в бутылки, вытесняя из них воздух (устанавливают по пробулькиванию газа в сосуде с водой). В сосуд с водой добавляют растворы фенолфталеина или метилового оранжевого. Когда окраска индикатора изменится, в бутылку 3 впрыскивают несколько капель воды грушей. При этом создается разряженное пространство, вода врывается в бутылки и бьет фонтаном[6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1.   В.И. Спицин, Н.А. Субботина,  Н.А. Санталова. Руководство к лекционным                   демонстрациям по неорганической химии. – М.: Изд-во МГУ, 1977.- 4с.

2.  В.А. Полосин. Лекционные  опыты по общей химии / Под  ред. проф. В.В. Феофилактова. –  М.: Изд-во химической литературы, 1950. – 5с.

3.  Яковишин Л.А. Занимательные опыты по химии: в школе и дома. –   Севастополь: Библекс, 2005. – 116 с.

4.  Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии: Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1980. – 127 с.

5.  Левинский М.И, Мазанко А.  Ф., Новиков И. Н. «Хлористый водород и соляная кислота» М.:Химия 1985

6.  И.Н. Чертков., И.А. Черняк., Ю.А.  Колударов. Самодельные демонстрационные  приборы по химии. 2-е изд. - М.: Изд-во  Москва «Просвещение», 1976. – 4-5с., 42-43с.

 

Н.С. Ахметов. Общая и неорганическая химия.- Москва: «Высшая школа» 2005.

Гостев М.М. Самодельные приборы и пособия по химии / Под ред. К.Я. Парменова.- М.: АПН РСФСР. 1950.

Назарова Т.С., Лаврова В.,Н. Использование учебного оборудования на практических занятиях по химии.- М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС. 2000