Методический материал по теме "Химический практикум: обучаем экспериментированию"

ХИМИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ: ОБУЧАЕМ ЭКСПЕРИМЕНТИРОВАНИЮ

При обучении химии учащимся предлагается для экспериментального решения семь типов задач.

I                      тип – задачи, в которых предлагается выполнить опыт по инструкции, провести наблюдения, сделать предположение или объяснить наблюдаемые явления. Например: «Опустите в пробирку гранулу оксида меди (II), налейте в пробирку 1 мл раствора серной кислоты. Что наблюдаете? Пробирку нагрейте, Объясните наблюдаемое явление».

II                    тип – задачи, в которых предусмотрено использование знаний характерных свойств веществ. Например: «Проведите реакции, характерные для гидроксида кальция».

III                  тип – задачи, в которых предусмотрено экспериментальное подтверждение состава веществ. Например: «Докажите с помощью качественных реакций, что в состав молекул соляной кислоты входят атомы водорода и хлора».

IV                  тип – задачи, в которых предусмотрено распознавание нескольких веществ. Например: «В склянках без этикеток находятся твердые вещества: в одной – оксид кальция, в другой – оксид меди (II). Используя знания физических и химических свойств веществ, распознайте каждое из них и сделайте на склянках нужные этикетки».

V                    тип – задачи, в которых требуется получить вещества из выданных исходных веществ: а) непосредственно; б) через промежуточные соединения. Например: а) «Получите разными способами оксид меди (II)»; б) «Осуществите цепочку превращений в соответствии с указанной схемой: Сu → ? → СuСl₂».

VI                  тип – задачи, в которых предлагается доказать практически наличие примесей в образце, пользуясь физическими и химическими способами, очистить вещество от примесей или выделить его из смеси. Например: а) «В сахарный песок попала угольная пыль. Очистите сахар от примеси»; б) «Какими способами можно очистить железный гвоздь от ржавчины? Выполните эту работу указанным учителем способом».

VII                тип – задачи, в которых требуется собрать простейший прибор и провести в нем опыты. Например: «Соберите из предложенных деталей прибор для получения водорода» (см. рис. 84, с. 219, учебник для 8 кл. Н.Е. Кузнецовой).

Экспериментальные задачи всех типов могут быть использованы при опросе, в домашнем эксперименте, при проведении лабораторных опытов и на практических занятиях. Перед проведением практического занятия проводится подготовительная работа с учащимися включающая несколько этапов.  Предварительное ознакомление учащихся дома с инструкцией к практической работе по учебнику или подготовленной учителем (I этап). Составление плана работы (II этап), для этого можно использовать время опроса или заключительную часть урока. В процессе обучения учащихся составлению плана решения задачи и выбору наиболее рационального способа ее выполнения следует обращать внимание учащихся на следующие важные моменты:

1)                  необходимо решать задачи, используя небольшое число практических действий;

2)                  выбирать надо наиболее доступные и дешевые реактивы и экономно расходовать их;

3)                  использовать практически осуществимые реакции;

4)                  брать пробы веществ;

5)                  записывать результаты наблюдений по ходу проведения исследования;

6)                  делать обобщающие выводы, сверяя результаты работы с поставленной целью, указанной в условии задачи.

Так в результате обсуждения с учащимися условия задачи «Определите, в каких пробирках, выданных вам, содержатся растворы хлорида меди (II), соляной кислоты и щелочи» должен быть составлен план ее решения: 1. По физическим свойствам (голубому цвету) отличить раствор хлорида меди (II). 2. Отличить пробы двух оставшихся растворов. С помощью индикатора – лакмуса различить кислоту и щелочь. Иногда учащиеся сразу предлагают действовать на пробы раствором индикатора. Этот способ решения в данном случае следует считать менее рациональным, так как для получения окончательного ответа дополнительно требуются реактивы, посуда и время. 

При составлении плана решения задачи «Из смеси цинковых и медных опилок выделить медь химическим способом» обращается внимание на то, что предусматривается выполнение двух действий: сначала растворяем цинк в кислоте, затем отфильтруем нерастворимый осадок. Следует обратить внимание учащихся на то, что в отличие от опытов по очистке воды, при решении этой задачи чистое вещество собирается на фильтре, а не фильтрате. 

Обсуждение задачи «Определить, есть ли в выданном порошке угля примесь оксида меди (II)» необходимо проводить с двух точек зрения. Во-первых, выяснить, какую составную часть смеси нужно определять – уголь или оксид меди (II); во-вторых, показать, что ответ может быть как положительный, так и отрицательный. 

При разборе в форме «мысленного» эксперимента задачи «Подтвердите опытным путем, что гидроксид кальция обладает основными свойствами, а оксид кальция  относится к основным оксидам» обращается внимание на общие характерные свойства класса соединений и качественные реакции (с индикатором), позволяющие установить принадлежность вещества к классу оснований. 

Разъясняя задачи на получение веществ и осуществление цепочек превращений, достаточно обратить внимание учащихся на возможность выполнения задачи несколькими способами, а также на получение вещества непосредственно или через промежуточные реакции. Так для осуществления перехода от магния к сульфату магния, учащиеся могут предложить провести реакцию с серной кислотой или сначала с кислородом, затем с серной кислотой. При выборе рационального способа действия следует пользоваться требованиями более краткого и экономного решения задачи.

Показать образец действий с учетом соблюдения правил техники безопасности в работе с веществами, приборами, оборудованием (III этап), для этого можно использовать видеоэксперимент. Приведем в качестве примера видео-эксперимент по теме «Получение кислорода из перманганата калия и собирание кислорода способом вытеснения воздухом» https://www.youtube.com/watch?v=NotzRU63PqY&list=PLtQqrP6X6Mr0_aVE0r2MbevjE4Sf8bcq&index=12

При этом обращается внимание на особенности выполнения отдельных операций и составляющих их действий (приемы обращения с посудой, лабораторным оборудованием, нагревательными приборами, взятие веществ и заполнение ими сосуда, пользование пробкой, сохранение этикетки, учет объема взятого вещества, соблюдение правил растворения, перемешивания, обнаружения запаха, расположение в определенном порядке в штативе пробирок с веществами и взятых из них проб, а также чистых и использованных пробирок и др.).   Так при демонстрации решения качественных задач обращается внимание на то, что каждая пробирка с пробой вещества ставится в штативе рядом с исследуемым раствором. Тогда после проведения опытов легко ответить, в какой из пробирок какой раствор находился. При решении задачи «Как снять ржавчину с гвоздя химическим способом?» рассматривая вопросы техники безопасности в работе с кислотами, необходимо предупредить учащихся, что опускать гвоздь в пробирку с кислотой следует наклонно по стенке пробирки шляпкой вниз, чтобы не пробить ее дно. Если гвоздь заранее не укреплен на ниточке, то извлекая его, нужно прикрыть горлышко пробирки дном другой пустой пробирки, слить остатки полученной жидкости в склянку для слива, после чего промыть гвоздь водой и высушить фильтровальной бумагой.

Учащиеся должны мысленно представить или повторить наиболее сложные элементы действий (IV этап), вспоминают особенности прибора, в котором они будут проводить опыты, правила техники безопасности в работе с теми веществами и приборами, которыми им придется пользоваться при выполнении эксперимента. Так при выполнении учащимися практической работы «Получение и свойства кислорода» повторение может быть организовано по следующим вопросам. Вспомните правила сборки прибора для получения газа. Какие предосторожности требуется соблюдать, чтобы не разбить прибор и не обрезаться, когда в пробирку вставляют пробку с отводной трубкой? Как укрепить прибор в штативе? Как проверить герметичность прибора? Как проверить заполнение банки кислородом и полноту ее заполнения? Почему уголек и серу необходимо нагревать перед проведением опытов? Почему опыт «Сжигание серы в кислороде» выполняется под тягой? 

Элементы решения задачи и способов действий могут быть применены учащимися в ходе контрольного решения подобных задач и оформления отчета (V этап). Чтобы повысить интерес к экспериментальному решению задач и снять волнение, возникающее у некоторых учащихся вследствие недостатка времени на оформление отчета, в качестве домашнего задания можно предложить учащимся самостоятельное составление плана к решению задач и их оформление, выполнение рисунков с поясняющими надписями к ним, проверка правильности составления формул и уравнений реакций. При оформлении отчета о работе две развернутые страницы тетради карандашом делят на три столбца. В первой колонке записывается, что сделано, название опыта, рисунки с поясняющими надписями, уравнения реакций; во второй – что наблюдали, признаки и условия протекания реакций; в третьей – выводы и ответы на контрольные вопросы. Свойства веществ проще записать в виде уравнений реакций и отметить в случае необходимости признаки и условия их протекания. Разъяснения к приборам лучше давать не в виде текста, а с помощью рисунков с обозначениями. Объясняющие записи, выводы следует оформлять письменно лишь в том случае, когда без них по рисунку или уравнению реакции сложно отчетливо представить сущность описываемого процесса. Отчет может быть составлен и в текстовой форме последовательно на одной или более страницах и в той же последовательности. Приведем пример записи отчета, сделанного на одном из практических занятий. Таблица 1 –   Практическая работа «Получение и свойства кислорода»

Ход работы. Рисунки с обозначениями (ил реакций	люстрация опытов). Уравнения	Наблюдения (признаки реакций, условия проведения реакций)	Выводы и ответы на контрольные вопросы
Опыт 1. Получение кислорода        2КМnО4                                     К2МnО4      перманганат                                  манганат      калия                                        калия	+     МnО2           +     О2        Оксид                          кислород марганца (IV)	Из          исходного               вещества при               нагревании выделялся газ.	Физические свойства кислорода, наблюдаемые в опыте: газ без цвета, без запаха и вкуса, тяжелее воздуха
Опыт 2. Проверка заполнения банки кислородом тлеющей лучинкой		Лучина на воздухе слабо тлела и ярко вспыхнула в верхней части банки с кислородом.	Кислород собран в банку путем вытеснения воздуха.
Опыт 3. Сжигание в кислороде уголька С + О2 → СО2↑ + Ⴍ		Предварительно раскаленный уголек на воздухе слабо тлел, а в кислороде горел ярко, но без пламени	Химические              свойства кислорода, проверенные в опытах 2, 3, 4: кислород – окислитель, он поддерживает горение простых и сложных веществ
Опыт 4. Сжигание серы в кислороде (выполняется под тягой) S + О2 → SО2↑ + Ⴍ		Предварительно зажженная сера на воздухе горела едва заметным пламенем, а в кислороде – ярким синим пламенем.

Как это ни парадоксально, следует чаще  предлагать на практических занятиях дополнительные задания. Это повышает темп работы и дает возможность развивать знания и умения более подготовленных школьников. В некоторых случаях для этого можно освободить часть времени за счет сокращения отчета о практическом занятии, разрешив письменно оформить лишь наиболее существенную часть задания. Так к приведенной выше практической работе (табл.

1.) задания могут быть следующими:

1.                   Какие оксиды получаются при горении веществ, формулы которых приведены: порошок алюминия Аl, метан СН₄, этиловый спирт  С₂Н₆О. Составьте уравнения реакций горения этих веществ.

2.                   Формула клетчатки, входящей в состав древесины: (С₆Н₁₀О₅)_n . Предположите, какие вещества получаются при горении древесины. Составьте уравнение реакции горения древесины 

(С₆Н₁₀О₅)_n  + nО₂ → n… +  n…

3.                   В каком случае выделится больше кислорода при нагревании 3 г перманганата калия или при каталитическом разложении 100 г 3% раствора пероксида водорода (перекиси водорода)? 

4.                   Экспериментальная задача. Проверьте, выделяется ли кислород при нагревании:

а) азотного удобрения, например, калийной КNО₃ или аммиачной селитры NН₄NО₃, б)

пероксида водорода.

По завершении выполнения практической работы учащимся может быть предложена аналогичная задача для домашнего эксперимента.Проведите домашний эксперимент "Получение кислорода разложением пероксида водорода (перекиси водорода)" и зафиксируйте его на видео. 

Ход работы. Посмотрите видеоэксперимент: "Каталитическое разложение пероксида водорода" https://www.youtube.com/watch?v=O2sdDyIVqfI&list=PLtQqrP6X6Mr0_aVE0r2MbevjE4Sf8bcq&index=18  

Налейте в стакан 2 мл раствора перекиси водорода, для образования катализатора данной реакции оксида марганца (IV) бросьте в него несколько кристалликов марганцовки (перманганата калия) взяв их палочкой. Ответьте на вопросы: "Что происходит? Имеет ли выделяющийся газ запах?" Поднесите к отверстию пробирки тлеющую лучинку. Что вы наблюдаете? В один стакан с перекисью водорода поместите кусочек сырого картофеля, а в другой - кусочек вареного картофеля. Что наблюдаете? Объясните данное явление.

Для диагностики уровня усвоения учебного материала наряду с изучением письменных отчетов учащихся, наблюдением за выполнением ими эксперимента, предлагается пройти тестирование по теме «Получение кислорода и изучение его свойств» https://infourok.ru/testConstructor/test/598147

 Письменное оформление химического эксперимента в тетрадях при химических задач сопровождается большой мыслительной работой учащихся и способствует совершенствованию их учебных умений. Приведем примеры возможного оформления учащимися отчета при выполнении экспериментального решения качественных химических задач.

         Таблица 2 –                      Экспериментальное решение задач по теме «Обобщение сведений 

                    об    основных       классах неорганических соединений»

Ход решения	Наблюдения	Выводы
Задача 1. Выделите медные опилки из смеси с цинковой пылью
Опыт     1.             Отделение                меди        от             цинка кислотой. Zn + 2НСl → ZnСl2 + Н2↑ Сu + НСl  ≠    + 2НСl → ZnСl2 + Н2↑ + Cu   смесь	Заметны пузырьки газа	Цинк      растворился,     медные      опилки остались в растворе на дне пробирки
Опыт 2. Отделение меди от раствора хлорида цинка фильтрованием	На фильтре осели медные опилки	Смесь можно разделить фильтрованием, так как медь не реагирует с полученным раствором соли
Задача 2. Подтвердите опытным путем, что гидроксид кальция обладает основными свойствами
Отношение       к     индикатору      раствора гидроксида кальция Са(ОН)2	Бесцветный раствор фенолфталеина стал малиновым	Гидроксид кальция обладает основными свойствами (щелочными)
Задача 3. Получение солей
а) Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2↑	Выделяется газ	Получить соль можно и другим способом:                  Mg    MgO  MgSO4
б) Fe(OH)3↓ + 3HCl → FeCl3 + 3H2O	Вещество бурого цвета растворилось	Полученный хлорид железа (III) – соль желтого цвета, растворимая в воде
Задача 3. В трех пронумерованных пробирках (1, 2, 3) находятся растворы соляной кислоты, гидроксида натрия, хлорида меди (II). Определите, в какой из пробирок находится каждое вещество
Опыт 1. Определяем раствор хлорида меди (II) по цвету	Голубой раствор в пробирке № 2	В пробирке № 2 раствор хлорида меди (II)
Опыт 2. Определяем раствор кислоты и щелочи, действуя индикатором (лакмусом) на пробы растворов из пробирок № 1 и 3	В пробирке № 1 раствор стал синим В пробирке № 3 раствор стал розовым	В пробирке № 1 раствор гидроксида натрия В пробирке № 3 раствор соляной кислоты

Решение подобных задач может быть записано и более произвольно. Приведем пример варианта оформления отчета в текстовой форме.

Опыт 1. Реакция нейтрализации

1)      NаОН +  

2)      NаОН + НСl  → NаСl + Н₂О

                                                  

3)      После выпаривания капли раствора на стекле остаются кристаллики поваренной соли.

Опыт 2. Взаимодействие нерастворимых оснований с кислотами

1)                           Cu(OH)2	+	H2SO4	→	CuSO4	+	2H2O
твердое вещество                               голубого цвета		бесцветный раствор		голубой раствор
2)                           Fe(OH)3	+	3HCl	→	FeCl3	+	3H2O
твердое вещество                               бурого цвета		бесцветный раствор		Желтый раствор

Приведем вариант оформления решения задачи на распознавание веществ. В четырех склянках без этикеток находятся твердые соли: хлорид натрия, карбонат натрия, сульфат натрия, хлорид меди (II). В какой из склянок каждая из солей?

Ход решения		Наблюдения			Выводы  и уравнения химических реакций
Условия и реактивы для распознавания		№ склянок
	I	II	III	IV
Опыт                   1. Распознавание веществ по внешнему виду (физическим свойствам)	Белое	Белое	Белое	Голубое	В склянке IV хлорид меди (II)
Опыт 2. Пробы из склянок    I,                 II,                 III проверяем соляной кислотой		Вспенивание, выделяется газ		-	В склянке II карбонат натрия:  Na2CO3 + 2HCl → 2 NaCl + H2O + CO2↑ Na2SO4 + HCl ≠ NaCl + HCl ≠
Опыт 3. Пробы из склянок I и III растворяем в воде и проверяем хлоридом бария		-	Белый мелкокристалличе ский осадок	-	В склянке III сульфат натрия:  Na2SO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + 2 NaCl BaSO4↓ + HNO3(КОНЦ.) ≠ NaCl + BaCl2 ≠
Опыт 4. Пробу раствора из склянки    I проверяем раствором нитрата серебра	Белый творожистый осадок	-	-	-	В склянке I хлорид натрия: NaCl + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3 AgCl↓ + HNO3(КОНЦ.) ≠
Состав исследуемых веществ	NaCl	Na2CO3	Na2SO4	CuCl2