Предисловие
Опыты должны не только вызывать интерес к наблюдаемому явлению, но и послужить отправным началом к раскрытию тайн природы, привитию интереса к предмету. Наблюдаемые явления учащиеся должны понимать, так как только при этом можно добиться глубоких, а не формальных знаний.
Книга «Занимательные опыты по химии» предназначена для учителей. Опыты в ней классифицируются по темам школьной программы. Данную книгу нельзя рассматривать как практикум или предъявлять к ней такие же требования, как к руководству для лекционных демонстраций. Пособие предназначается учителям химии для подготовки к тематическим вечерам, а также к другим мероприятиям: заседаниям «Клуба любознательных», новогодним, праздничным утренникам и прочим вечерам, на которых планируются демонстрации химических опытов.
Поскольку описать все известные занимательные опыты невозможно, а такая цель и не ставилась, в пособие включены только те опыты, которые не требуют длительного времени проведения и по возможности являются доступными для школ. Рецепты, методики проведения опытов заимствованы из различных пособий (1 — 18), которые стали традиционными, а также использован личный опыт работы автора. При классификации опытов приходилось относить опыт к теме по веществу, участвующему в химическом процессе, и делать ссылки, где еще можно использовать данный опыт.
При демонстрации опытов большое значение имеет чистота приборов, сосудов и реактивов, а также оформление установки и действия демонстратора. Спокойные и уверенные манипуляции — залог успеха во время опыта, а они вырабатываются при неоднократном повторении. Главное в работе — это осторожность, уверенность, продуманность всех действий. При непродуманном выполнении даже самый простой опыт может стать опасным. Поэтому перед каждым опытом следует повторить и освоить правила техники безопасности (13).
I. ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ
В геме «Первоначальные химические понятия» одной из основных задач является ознакомление учащихся с признаками химических реакций на основе атомно-молекулярного учения. Поэтому в дополнение к опытам, рекомендованным в учебнике и учебных пособиях, после приобретения учащимися некоторых знаний по химии можно использовать эффектные опыты с последующими пояснениями наблюдаемых явлений.
1. Действия одни, а результат разный
Оборудование: два цилиндра с картонными крышками, в которые вставлены глазные пипетки, а снизу имеются крючки для прикрепления индикаторной бумаги или ваты, твердые хлорид аммония и хлорид натрия, концентрированная соляная кислота, раствор гидроксида калия, фильтровальная бумага, раствор фенолфталеина, вата.
Поместите сухие соли в цилиндры (рис. I). Фильтровальную полоску бумаги смочите раствором фенолфталеина, повесьте на крючок в крышке. Пипетки наполните к о н ц е н т р и р о в а н н ы м раствором щелочи и вставьте в отверстие крышек. Выдавите щелочь на соли. В цилиндре, где был хлорид аммония, происходит химическая реакция, о чем можно судить по изменению фенолфталеиновой бумаги, а в другом цилиндре таких признаков нет.
Опыт можно видоизменить, используя концентрированную соляную кислоту, которой смачивают комочек ваты, прикрепляя ее на крючок в крышке. Остальные операции те же. Образуется белый дым хлорида аммония.
2) Дым без огня
Оборудование: два стеклянных цилиндра (или стакана) с крышками, 25°о-ный водный раствор аммиака, концентрированная соляная кислота.
В один чисто вымытый цилиндр налейте несколько капель концентрированной соляной кислоты, а в другой — раствор аммиака. Оба цилиндра закройте крышками и поставьте друг от друга на некотором расстоянии. Перед опытом следует показать, что цилиндры «пустые». Во время демонстрации цилиндр с соляной кислотой (па сгенках) переверните вверх дном и поставьте на крышку цилиндра с аммиаком. Крышку уберите: образуется белый дым — признак химической реакции.
3. Диффузия веществ
Оборудование: три стеклянные трубки большого диаметра длиной 30 — 50 см, закрывающиеся с двух сторон пробками, концентрированная соляная кислота. 25%-ный раствор аммиака, иод кристаллический, синяя лакмусовая бумага, крахмальная бумага, смоченная фенолфталеином, вата, три железных прутка.
Укрепите стеклянные трубки в штативах в горизонтальном положении. В каждую трубку с одного конца вставьте пробку с прутком (2), на который нанизаны кусочки индикаторных бумаг с одинаковыми промежутками между ними (рис. 2): в первой трубке — влажная лакмусовая бумага, во второй — смоченная раствором фенолфталеина, а в третьей — влажная крахмальная бумага. С другого конца (1) первой и второй трубок соответственно назначению бумаг вставляют комочки ваты, смоченные кислотой и раствором аммиака; в третью трубку помещают несколько
кристалликов иода. Трубку с иодом слегка подогрейте. Через некоторое время последовательно одна за другой кусочки бумаг меняют окраску. Опыты позволяют сформировать понятие о скорости диффузии веществ.
4. Самовоспламенение меди в парах серы (тяга!)
Оборудование: пробирка, железный штатив с лапкой, горелка, крышка от тигля, пучок тонкой медной проволоки.
В лапке штатива закрепите вертикально пробирку и поместите в нее несколько кусочков черенковой серы. Осторожно нагрейте серу в пробирке до кипения. Как только сера закипит и пары ее заполнят пробирку, опустите в них при помощи щипцов пучок тонкой медной проволоки (проследите, чтобы проволока не касалась стенок пробирки и кипящей серы). Происходит самовоспламенение меди в парах серы. В результате реакции образуется сульфид меди (I):
Если сера в пробирке загорится, то следует прикрыть пробирку крышкой от тигля.
5. Черная змея
Оборудование: эмалированный кювет (большая тарелка), промытый и прокаленный речной песок, твердый гидрокарбонат натрия, сахарная пудра, спирт.
В кювете или в тарелке смешайте песок со спиртом, формуя их конической мензуркой. В центре конуса сделайте углубление, в котором поместите смесь из 10 г гидрокарбоната натрия и 65 г сахарной пудры. Подожгите спирт. Из сахарной массы, которая превращается сначала в карамель, «выползает» черная извивающаяся змея. Размеры змеи зависят от длительности горения спирта.
6. Странная ткань и странная жидкость
Оборудование: химический сгакан или большая пробирка, белая ткань (марля), хлорид кобальта (II), фильтровальная бумага, держалки, горелки.
Для проведения опыта в химическом стакане растворите соль, чтобы получить раствор 40 — 50%-ной концентрации. В растворе пропитайте ткань, после чего выньте ее и просушите между слоями фильтровальной бумаги, а потом в руках до появления голубой окраски. Для ускорения процесса можно воспользоваться утюгом, но нельзя пересушивать ткань. Подготовленную ткань голубого цвета покажите учащимся, разрезав ее на две части. Затем одну часть поместите в кулак и в течение некоторо-
го времени сильно продувайте его, следя за цветом ткани. Как только ткань станет белой, кулак разожмите и покажите учащимся, сравнивая с цветом ткани, не побывавшей в кулаке. Воспользовавшись утюгом, можно ткани вновь вернуть голубой цвет.
«Странное» свойство ткани основано на гидратпой изомерии. Хлорид кобальта [Со(Н20)б]С12 является аквасолью розового цвета (смоченная ткань оставалась белой). При подсушивании же ткани вода из внутренней сферы комплекса перешла во внешнюю сферу — соль [СО(Н20)4С12]2Н20 приобрела синюю окраску. При продувании ткань вновь увлажняется.
Опыт со «странной» жидкостью целесообразно провести в пробирке. Для этого приготовленный раствор сначала нагрейте в пламени горелки. Цвет раствора меняется от розового до красного и синего. При погружении пробирки в стакан с холодной водой цвет вновь становится розовый. Этот опыт основан на изменении цвета водных растворов, зависящем от температуры. Холодные растворы имеют розовый цвет, а горячие — пурпурнокрасный, фиолетовый и синий. Водный 50%-ный раствор хлорида кобальта (II) при 60 °С аметистового цвета, при 80 °С — пурпурного, а при 100 — 130 °С — синего.
Водный раствор хлорида кобальта (II) используется для приготовления индикаторной бумаги, которая служит для определения степени атмосферной влажности.
Оба опыта можно показать учащимся при повторении признаков химических реакций, обратив внимание на то, что не всякое изменение цвета служит признаком химической реакции. Кроме того, опыт с тканью закрепляет понятие о кристаллогидратах.
II. КИСЛОРОД. ОКСИДЫ. ГОРЕНИЕ
В практике работы школ кислород получают из перманганата калия и хлората калия. В первом случае процесс безопасен. Только надо следить, чтобы вместе с газом не увлекался перманганат калия, а для этого в газоотводную трубку помещают рыхлый комочек ваты. В другом случае необходимо соблюдать осторожность, так как хлорат калия в смеси с органическими веществами, углем и прочими примесями при нагревании взрывоопасен. Поэтому хлорат калия проверяют на чистоту. Для этого достаточно поместить небольшое количество соли в пробирку и нагреть. Если соль спокойно плавится, без вспышек, то ее можно использовать для получения кислорода. Но если появляются вспышки при плавлении, то такую соль очищают методом перекристаллизации. Процесс разложения хлората калия ускоряется в присутствии катализаторов (Мп203, Fe203, Сг203, CuO, Si02 и др.).
Обычно готовят смесь хлората калия с оксидом марганца
(III) или (IV) в соотношении 2:1. Смесь тщательно перемешивают стеклянной палочкой в фарфоровой чашке или прямо в пробирке встряхиванием. При этом она должна распределяться ровным слоем так, чтобы между смесью и верхней стенкой пробирки было свободное пространство для выхода газа при почти горизонтальном положении пробирки. Не допускать закупоривания смесью дна пробирки. Нагревание вести на слабом огне, постоянно перемещая пламя горелки от дна пробирки к отверстию. Газометр наполняют кислородом по общепринятой методике.
1. Окислитель с помощником
Оборудование: два цилиндра, тройник, две стеклянные трубки с тонкооттянутым концом или трубки со вставленными пробочками из сухой сердцевины бузины (барботеры), 1%-ный раствор хлорида кобальта (II), 25%-ный раствор аммиака, газометр с кислородом.
В два цилиндра налейте по 15 мл раствора хлорида кобальта (II), добавьте 150 — 200 мл воды. Из газометра (или из кислородной подушки) с помощью тройника направьте одновременно в оба цилиндра кислород, используя трубки-барботеры. Никаких изменений не наблюдается. Во второй цилиндр прилейте раствор аммиака до растворения осадка гидроксида кобальта (II) — образуется грязно-синий раствор. При дальнейшем пропускании газа раствор приобретает цвет чая (рис. 3).
В целях экономии кислорода можно первый цилиндр заменить промывалкой (рис. 3) с раствором хлорида кобальта (II). Кислород, прошедший через промывалку, используется для окисления кобальта (II) в кобальт (III):
Ион кобальта Со2+ обладает очень слабыми восстановительными свойствами. После же добавления аммиака он образует комплексное соединение, у которого восстановительные свойства повышаются. Таким образом, под действием аммиака средняя соль хлорида кобальта перешла в комплексное соединение, которое далее окисляется кислородом.
Этот же опыт можно провести в пробирках. В одну пробирку налейте раствор хлорида кобальта (II). Во вторую — к раствору хлорида кобальта прилейте раствор аммиака до образования раствора грязно-желтого цвета. В обе пробирки долейте воду до краев и закройте их пробками. Целесообразно использовать пробки на железном прутке (рис. 4). Далее пробирки переверните и поместите их в кристаллизатор с водой (в химический стакан). Пробки откройте под водой и наполните пробирки до /2 объема кислородом, после чего вновь пробирки закройте пробками и сильно встряхните. В пробирке, в которую добавили раствор аммиака, образуется коричневый раствор комплексного соединения кобальта (III).
Опыты можно использовать на тематических вечерах как загадку, раскрывающую роль раствора аммиака при растворении осадков.
2. Огненная струя (самовоспламенение парафина)
Оборудование: пробирка (или небольшая жестяная банка), длинная лучинка, ведро (или большая металлическая банка), горелка, парафин.
Привяжите пробирку к длинной лучинке (или приделайте к небольшой металлической банке длинную металлическую держалку). Наполните пробирку на /д парафином (или жестяную банку слоем 5 см). Нагрейте парафин до кипения и сильно кипящий па-
Рис. 4. Сухой способ наполнения пробирок газом
рафин выливайте тонкой струей с высоты 15 — 20 см в ведро (металлическую банку). Парафин вспыхивает, образуя огненную струю.
На воспламенение парафина влияет большая поверхность соприкосновения его с воздухом (кислородом).
3. Блуждающее пламя
Оборудование: медная сетка, спиртовая горелка, тигельные щипцы.
Зажгите спиртовую горелку и накройте ее пламя медной сеткой. Пламя останется только под сеткой.
Поместите медную сетку над потушенной горелкой так, чтобы она касалась фитиля спиртовки, и поднесите горящую спичку к верхней поверхности сетки. Пламя горящего спирта появляется только над сеткой. Сетку можно приподнимать и опускать — вместе с ней будет «блуждать» и пламя.
Как следует из опыта, пары спирта проходят через сетку, а пламя нет. Это явление объясняется высокой теплопроводностью меди. Теплота от пламени поглощается сеткой и, распространяясь по ней, передается окружающему воздуху. Температура паров спирта становится ниже температуры их воспламенения, и горение прекращается. Таким образом, медная сегка останавливает распространение пламени. На этом явлении основано устройство предохранительной лампы Дэви.
4. Почему загорается лучинка!
Оборудование: пробирки, железный штатив, сухие соли перманганата калия и нитрата калия, лучинки, горелка.
В пробирки насыпьте по 1 г сухих солей, укрепите их в лапках штатива и нагрейте до плавления нитрата калия и до потрескивания перманганата калия. Не прекращая нагревания, прикоснитесь сухими лучинками к солям. Лучинки вспыхивают в результате образования вначале тлеющего угля, который в атмосфере кислорода горит ярким пламенем. Кислород получается в результате разложения солей:
В пробирке с нитратом калия реакция идет энергичнее, поэтому нагревание надо сразу же прекратить. Это объясняется тем, что из 1 г нитрата калия выделяется кислорода больше, чем из такого же количества перманганата калия.
Опыты могут быть использованы в теме «Признаки химических реакций», а также и в викторинах о солях азотной кислоты.
5. Невидимый проявитель
Оборудование: выпрямитель ВС-24М или ВС-12, преобразователь высоко вольтный типа «Разряд-1», «Разряд-2» или более новой модификации (2), две металлические стойки (3), самодельный озонатор (4), состоящий из стеклянной трубки длиной 60 — 80 мм, диаметром 18 — 20 мм, двух металлических трубок — искроразрядников диаметром 2 — 3 мм, длиной 40 — 60 мм или двух инъекционных игл (5), промывалки — 2 шт. (6, 7), газометр с кислородом.
Приготовьте иодокрахмальный раствор. Соберите установку согласно рисунку 5. Металлические стойки (3) целесообразно изготовить из проволоки с изоляцией (И). При отсутствии на металле изоляционного слоя стойку покрывают изоляционной лентой или вставляют в полихлорвиниловую (резиновую) трубку. При заполнении промывалок иодокрахмальным раствором надо следить за уровнем жидкости, чтобы ее не перелить во избежание попадания раствора в озонатор (капли воды в озонаторе нарушают образование искры). Демонстрацию опыта начинают с подачи кислорода из газометра через промывалки. Изменений в промывалках нет. После включения одной клавиши (К) прибора появляется прерывистый искровой разряд в озонаторе (4) между концами искроразрядников (молния в миниатюре).
Для ускорения демонстрации включают вторую клавишу, чтобы наблюдался непрерывный разряд. Через 40 — 60 с в про-мывалке (7) появится характерная синяя окраска крахмала от действия молекулярного иода. Промывалка (6) служит для доказательства того, что кислород, являясь окислителем, не может окислить иодид-ион, а поскольку в промывалке (7) появляется синее окрашивание, значит, озон — газ (аллотропное видоизменение кислорода), имеет иной состав и обладает специфическими свойствами, является более сильным окислителем, чем кислород.
Наблюдаемые эффекты надо объяснить, используя уравнения реакций.
KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
