Программа дополнительного образования "Юный химик".
проект по химии (9 класс)

Программа

Летней химической школы

 «Юный химик»

для учащихся 8-9 классов.

Цыреновой Русланы Викторовны,

учителя высшей квалификационной категории

Срок реализации: неограниченный

2018______ - 2019_____ учебный год

Пояснительная записка

Как показывают результаты международных исследований, современные российские школьники, хорошо справляются с заданиями на воспроизведение знаний, но затрудняются применять полученные знания в ситуациях, близких к жизненным. Для достижения   современных требований к результатам обучения химии необходимо применение заданий, в которых химическое содержание интегрировано с практикой.  

Опыт педагогической деятельности показывает, что для решения обозначенных задач целесообразно использовать методы и средства контекстного обучения.  Сущность контекстного обучения определяется как организация такой деятельности, которая   требует приобретения новых знаний и их последующего применения.

Данная программа предназначена для обучающихся 8-9 класса рассчитана на три сезона Летней химической школы 2019, 2020, 2021 годов по 24 часа в один сезон. Отличаются программы сезонов практической частью: 1 сезон – изучение почвы аптекарского огорода; 2 сезон – исследование количественного состава растений аптекарского огорода; 3 сезон- изучение индикаторных свойств растений аптекарского огорода. Результаты исследования должны быть преставление общественности на научно-практической ученической конференции.

При изучении многих тем химии школьники испытывают затруднения в связи с
недостаточным осмыслением материала из-за отрыва его от практики, от эксперимента, на
которые в программе отводится сравнительно небольшое количество времени. Предлагаемый элективный курс призван помочь решить эти проблемы. Он ориентирует учащихся на поисковую деятельность, прививает культуру проведения научного эксперимента, дает возможность углубить знания по очень важным вопросам курса химии, помогает ребятам определиться с выбором профессии, поскольку многие современные производства связаны с проведением химических реакций в растворах или с приготовлением растворов с заданными характеристиками.

Основным требованием к составлению или отбору задач является их химическое содержание, чёткость формулировки и доступность условия задачи, использование в условии задачи сведений практического характера.

Умение решать задачи развивается в процессе обучения, и развивать это умение можно только одним путем - постоянно, систематически решая задачи.

Одним из средств практико-ориентированного обучения, которые    будут наиболее эффективны в условиях освоения требований ФГОС, являются контекстные задачи.   Контекстная задача – это задача мотивационного характера, в условии которой описана конкретная жизненная ситуация, ассоциирующая с имеющимся социокультурным опытом учащихся (известное, данное); требованием (неизвестным) задачи является анализ, осмысление и объяснение этой ситуации или выбор способа действия в ней, а результатом решения задачи является встреча с учебной проблемой и осознание ее личностной значимости.

Чтение текста подобных задач понимается как деятельность… имеющая значение не только для развития мыслительных операций учащегося, но и для приобретения им духовного и жизненного опыта.

С помощью контекстных задач выявляются не только предметные знания и умения, но и их системность, и функциональность, самостоятельность и креативность мышления. А также   контекстные задачи являются инструментом оценивания естественнонаучной грамотности.

Данная программа предназначена для обучающихся 8-9 класса, рассчитана на 24 часа. При изучении многих тем химии школьники испытывают затруднения в связи с
недостаточным осмыслением материала из-за отрыва его от практики, от эксперимента, на
которые в программе отводится сравнительно небольшое количество времени. Предлагаемый элективный курс призван помочь решить эти проблемы. Он ориентирует учащихся на поисковую деятельность, прививает культуру проведения научного эксперимента, дает возможность углубить знания по очень важным вопросам курса химии, помогает ребятам определиться с выбором профессии, поскольку многие современные производства связаны с проведением химических реакций в растворах или с приготовлением растворов с заданными характеристиками.

Цель курса:

Формирование химической компетентности обучающихся.

Задачи курса: 

• сформировать устойчивый познавательный интерес школьников к изучению химии;
• развивать умение логически мыслить;
• воспитывать самостоятельность, внимательность, умение анализировать, делать правильные выводы;
• устанавливать связь химии с другими науками: физикой, математикой, биологией, экологией и др.
• формирование интеллектуальных и практических умений в области химического эксперимента, позволяющих правильно использовать вещества в повседневной жизни;
• формирование умений планировать эксперимент, описывать результаты, делать выводы; 
• развитие творческих способностей, умения работать в группе, вести дискуссию, отстаивать свою точку зрения; 
• развитие навыков работы с дополнительной литературой;

Данный курс позволяет осуществить индивидуальный подход, увеличить самостоятельность учащихся в познавательной и практической деятельности.

Критерии успешности.

Ученик получает зачет при условии:

• Выполнения не менее 3 обязательных работ, представленных в установленный срок. Дополнительные баллы выставляются за любое из названных условий:

• инициативно качественное выполнение задания помимо обязательных, использование Интернет-технологии;
• инициативную публичную презентацию своей работы в школе или за ее пределами.

Формы контроля: защита и обсуждение результатов исследования; устные сообщения учащихся с последующей дискуссией; отчет, презентация.

Методы и организационные формы обучения.

При решении задач осуществляется осознание обучающимися своей собственной деятельности, обеспечение самостоятельности и активности обучающихся, достижение прочности знаний и умений применять полученные знания в нестандартных, творческих заданиях. Также у детей воспитывается трудолюбие, целеустремленность, развивается чувство ответственности, упорство и настойчивость в достижении поставленной цели. В процессе решения задач реализуются межпредметные связи, показывающие единство природы, что позволяет развивать мировоззрение обучающихся. Выполнение задач расширяет кругозор обучающихся, позволяет устанавливать связи между явлениями, между причиной и следствием, развивает умение мыслить логически, воспитывает волю к преодолению трудностей. Умение решать задачи, является одним из показателей уровня развития химического мышления обучающихся, глубины усвоения ими учебного материала.

Форма занятий урочная, включает в себя индивидуальную и групповую работы.

Каждый раздел программы заканчивается заданиями контролирующего характера, на котором учащиеся смогут проверить свои силы, само реализоваться и самоутвердиться при выполнении заданий.

ПРЕДПОЛАГАЕМЫЙ РЕЗУЛЬТАТ.

В результате изучения данного курса учащиеся должны знать:

• основные и дополнительные методы решения нестандартных задач;
• физико-химические величины и их единицы;
• формулы, применяемые при решении задач.

Учащиеся должны уметь:

•  применять полученные знания при решении задач практических задач;
• осуществлять выбор метода решения задачи и обосновывать его;
•  оперировать основными химическими понятиями;
•  осуществлять поиск нужной информации, используя разные источники (научно -   популярную, художественную, научную литературу, Интернет и т. п.)
• определять цели, задачи, гипотезу исследования.
• использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни;
• анализировать, делать правильные выводы;
• решать контекстные расчетные задачи;
• планировать и самостоятельно проводить эксперимент
• решать качественные и количественные экспериментальные задачи
• соблюдать экологические требования в практической деятельности и повседневной жизни;
• проводить самостоятельный поиск необходимой информации.

В результате обучения в научном обществе химии предполагается участие ее членов и вовлечение ребят в научно-исследовательскую деятельность и выступление на научных конференциях разного уровня с выполненной работой.

Формы контроля: защита авторских задач и проекта.

УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Календарно-тематическое планирование.

Литература.

1 Врабий М.Н. Химический кружок для восьмиклассников // Химия в школе. – 2007. - №9. – С.78

2.     Жуков А.И., Попов П.Д. Регулирование баланса гумуса в почве. – М.: Росагропромиздат, 1988.

3.     Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Химия 8 класс. – М.: Русское слово, 2010.

4.     Почвоведение / Под. Ред. Кауричева И.С. – М.: Колос, 1985.

5.     Радов А.С., Пустовой И.В., Корольков А.В. Практикум по агрохимии. – М.: Колос, 1981.

Контекстные задачи (1-40).

1.Межпредметный контекст и практический контекст

1. Установлено, что крапива увеличивает содержание гемоглобина и количество эритроцитов в крови. Поэтому она является хорошим “кровоочистительным” средством и чрезвычайно полезна при самых различных заболеваниях крови; используется также для лечения фурункулов, угрей, лишаев и других кожных заболеваний. Гемоглобин содержится в эритроцитах крови. Это красный пигмент (гем), содержащий железо, в сочетании с протеином. Когда кровь проходит через легкие, к атому железа гема C34H32O4N4Fe присоединяется кислород. Вычислите относительную молекулярную массу гема. (Ответ: 616).

2. В теле человека содержится всего 0,0043% железа, но его роль очень велика. Атомы железа располагаются в центре молекул гемоглобина крови. Рассчитайте массу железа в вашем теле.

3. Фосфид цинка Zn3P2 весьма ядовит и используется для борьбы с грызунами. Летальная доза для средней серой крысы составляет 20, 56 мг, а для мыши - - 4, 1 мг. Какое количество мышей и крыс может погибнуть от 0, 16 ммоль фосфида цинка?

Ответ: 10 мышей, 2 крысы.

4. Для уничтожения микробов и бактерий можно использовать диоксид серы, его также применяют в качестве консервирующего средства при сушке чернослива и других фруктов. Вычислите, какой объем займут 1, 5 моль диоксида серы (н. у.).

Ответ: V(S02) = 33, 6 л.

5. В прошлом были частыми случаи отравления людей в угольных шахтах угарным газом. Поскольку оксид углерода (II) не имеет запаха, то опасность подступала незаметно. Шахтеры, спускаясь в шахты, брали с собой в качестве своеобразного индикатора канарейку в клетке: канарейки падают в обморок от присутствия в воздухе следов СО.  Вычислите, какой объем (н. у.) займут 0, 5 моль СО; 56 г СО. 

Ответ:11, 2л; 44, 8л 

6. В 1630 г. немецкий химик Иоганн Рудольф Глаубер изучал состав воды минерального источника   вблизи  Нойштадта и  получил   кристаллогидрат   сульфата   натрия  состава Na2SO4 • 10H2O. Это вещество, получившее название «глауберова соль», оказалось сильным слабительным средством. Кроме того, кристаллогидрат сульфата натрия в большом количестве применяется в стекловарении и других областях промышленности. Рассчитайте массу воды и безводного сульфата  натрия, содержащихся в 322 кг Na2SO4 • 10H2O (кр.)

Дано:

m(Na2SO4 • 10H2O) = 322 кг                      m(кр.H2O) = ?

M(H2O) = 18 г/моль                                   m(кр. Na2SO4) = ?

n(кр.Н2О) = 10

m(Na2SO4) = 142 г/моль

М(Na2SO4 • 10H2O) = 322 г/моль

Решение. В решении задачи используется соотношение

m(кр.H2O) =  

m(кр. Na2SO4) =  

Ответ: 180 кг Н2О и 142 кг Na2SO4.

7. Если растения (например, помидоры) в теплице были поражены фитофторозом, то рекомендуется после сбора урожая и удаления ботвы с грядок обработать землю 1,5%-м  раствором сульфата меди (II). Какая масса кристаллогидрата состава CuSO4 • 5H2O требуется для приготовления 100л такого раствора? Плотность 1,5%-го раствора CuSO4 1014 г/л.

Дано:

V1 = 100 л                                         m(CuSO4 • 5H2O) = ?

p1 = 1014 г/л

M(CuSO4 • 5H2O) = 250 г/моль

M(CuSO4) = 160 г/моль

ω (CuSO4) = 1,5% = 0,015

Решение. В решении задачи используется соотношение

Ответ: 2,376 кг CuSO4 • 5H2O

8. Смесь для выведения с одежды жирных пятен готовят так: в 180 мл бензина растворяют 4 мл этилового спирта и 12 мл олеиновой кислоты, а потом при постоянном перемешивании к этой смеси добавляют еще 6 мл  25%-го водного раствора аммиака. Рассчитайте массовую долю аммиака в полученной смеси. Значения плотности: 0,75 г/мл (бензин), 0,79 г/мл (этиловый спирт), 0,87 г/мл (олеиновая кислота), 0,906 г/мл (раствор аммиака).

Ответ: ω = 0,88%.

9. Как избавиться от пятен на белой ткани?

Пятно смачивают водой, затем посыпают порошком гидросульфита натрия NaHSO3,  потом пипеткой наносят на него 3%0й водный раствор пероксида водорода. После этого промывают обработанное место водой с добавкой уксуса. Этот способ отбеливания основан на выделении активного атомарного кислорода [O]:

Н2О2 = Н2О + [O].

Одновременно выделяется некоторое количество диоксида серы:

2NaHSO3 = Na 2SO3 + H2O + SO2↑.

Атомарный кислород и газообразный диоксид серы эффективно обесцвечивают любые пятна. Рассчитайте объем (н.у.) атомарного кислорода и диоксида серы, которые выделяются при использовании 1 мл  3%-го раствора Н2О2 (практический выход реакции 70%) и 0,5 г NaHSO3 (практический выход реакции 85%). Плотность раствора Н2О2 равна плотности воды.

Ответ: V(O) = 0,14 л;  V(SO2) = 0,046 л.

10. Пятна от ржавчины можно вывести раствором, содержащим в 25 мл воды 1 г щавелевой кислоты и 0,5 г карбоната калия. Ржавчина – метагидроксид железа FeO(OH) - взаимодействует с образовавшимся  из щавелевой кислоты и карбоната калия гидрооксалатом калия КНС2О4 и переходит в раствор в виде бесцветного гидрооксалата железа Fe(HC2O4)3;

3KHC2O4 + FeO(OH) + H2O = Fe(HC2O4)3 + 3KOH.

Рассчитайте массу гидрооксалата железа, который может получиться при такой обработке из 0,1 г FeO(OH).

Ответ: m = 0,36 г.

11. Чтобы не ошибиться с выбором стирального порошка, опытные хозяйки определяют состав волокна, из которого состоит ткань. Для этого бывает достаточно поджечь нитку ткани. Если результат пробы на сгорание вызывает сомнение и надо окончательно установить растительное (хлопок, лен) или животное (шелк, шерсть) происхождение ткани, трикотажа, ниток или пряжи, опускают волокно в стакан с горячим 10%-м раствором гидроксида натрия. При этом шерсть и натуральный шелк растворяется без остатка. Если в стакане появился осадок, волокно растительное (хлопок, лен). Рассчитайте массу  гидроксида натрия для приготовления 250 мл 10%-го раствора NaOH (плотность 1,11 г/мл).

Ответ: m(NaOH) = 27,75 г.

12. Из страны эльфов

В изумрудных копях на Урале раньше часто встречался минерал темно-красного или красно-коричневого цвета – рутил – оксид ранее неизвестного элемента. В Европе он был известен как «красный венгерский шерл». В 1795 г. немецкий химик Мартин Клапрот решил исследовать состав этого минерала. Действуя на него водными растворами кислот и щелочей, Клапрот не обнаружил никакой реакции. Тогда Клапрот использовал концентрированную серную кислоту, в которой стал нагревать крупинки минерала. Постепенно все они перешли в раствор. Клапрот добавил к раствору несколько гранул цинка и увидел, что раствор стал фиолетовым, а одновременно выделился водород. Смешав порошок, в который был измельчен «венгерский шерл», с триоксидом серы SO3, он нагрел его. Образовались блестящие кристаллы сульфата некоего нового элемента, состава Э(SO4)2.. При контакте с водой этот сульфат разлагался, выделяя осадок исходного оксида. Какие реакции провел Клапрот?

Предполагаемый ответ:

Клапрот исследовал оксид нового химического элемента титана (названного так в честь Титании, царицы духов природы – эльфов). Оксид титана (IV) ТiO2 реагирует с концентрированной (96% -ной) серной кислотой и с оксидом серы (VI) с получением сульфата титана(IV):

ТiO2 + 2H2SO4 = Ti(SO4)2 + 2Н2О

TiO2 + 2SO3 = Ti(SO4)2,

который при контакте с водой выделяет осадок оксида титана (IV):

Ti(SO4)2 + 2Н2О = ТiO2↓ + 2H2SO4

Фиолетовая окраска раствора при внесении в него цинка обусловлена окислительно-восстановительной реакцией:

2Ti(SO4)2 + Zn = Ti2(SO4)3 + ZnSO4,

приводящей к образованию катионов титана(III). Одновременно цинк реагирует с серной кислотой:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑

13. Разноцветные диоксиды

Белый диоксид некоторого элемента служит пигментом самой лучшей белой краски, а получить его можно, если влить жидкий тетрахлорид того же элемента в воду. Черный диоксид другого элемента вызывает разложение пероксида водорода с выделением кислорода, а концентрированную соляную кислоту превращает в хлор. Коричневый диоксид третьего элемента тоже выделяет хлор из соляной кислоты, а получить этот диоксид можно, обрабатывая концентрированной азотной кислотой красную краску – сурик. Белый диоксид четвертого элемента, природный минерал, при прокаливании с углем дает легкоплавкий металл. Что это за вещества?

Предполагаемый ответ:

Речь идет о следующих оксидах: оксид титана (IV) TiO2, оксид марганца (IV) MnO2, оксид свинца (IV) PbO2, оксид олова (IV) SnO2.

14. Круговорот аммиака

В 1840 г. английские инженеры-химики положили начало производству вещества, без которого не могут обойтись многие отрасли промышленности. Инженеры смешали аммиак, диоксид углерода и воду и получили некую кислую соль. Добавив к раствору этой соли хлорид натрия, осадили новую кислую соль, которую затем отделили от жидкости фильтрованием и слегка прокалили. Так получилось то самое вещество, без которого не обойтись в промышленности. Но это еще не все. Жидкость после фильтрования обработали гашеной известью и выделили аммиак, который снова использовали на первой стадии процесса... Какое вещество получали английские химики? Что собой представляли промежуточные продукты – кислые соли?

Предполагаемый ответ:

Английские инженеры-химики вначале получали гидрокарбонат аммония, а затем гидрокарбонат натрия, малорастворимый в воде:

NH3 + СО2 + Н2О = NH4HCO3

NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3↓ + NH4C1

После этого нагреванием разлагали гидрокарбонат натрия:

2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2↑ + H2O↑

А фильтрат после обменной реакции гидрокарбоната аммония с хлоридом натрия подвергали обработке гидроксидом кальция:

2NH4C1 + Са(ОН)2 = СаС12 + 2NH3↑ + 2Н2О

15. Соль против тараканов

Чтобы избавиться от тараканов, часто применяют самодельные приманки, содержащие тетраборат натрия – буру. Трое школьников решили заняться этим полезным делом. Однако вещества, которые они извлекли из двух банок с одинаковыми этикетками «Тетраборат натрия», явно были разными: бесцветные кристаллы, расплывающиеся в жидкую массу при слабом нагревании (уже при 64 °С), и белый порошок, который не плавится при прокаливании (вплоть до 740 °С). Подскажите школьникам, чем отличались друг от друга взятые ими вещества

Предполагаемый ответ:

Тетраборат натрия может быть безводным (с температурой плавления 741 °С) и в виде кристаллогидратов состава Na2B4O7 • 5Н2О (который начинает обезвоживаться при 320 °С) и Na2B4O7 • 10Н2О (который плавится в кристаллизационной воде при 64 °С, а при 380 °С начинает терять кристаллизационную воду).

Исторический, художественный, практический  контекст.

16. Колосс Родосский и затонувшая яхта миллионера

В III в. до н. э. на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи Гелиоса. Колосс Родосский считался одним из семи чудес света, однако он просуществовал всего 66 лет и рухнул во время землетрясения. В 20-е гг. XX в. произошла менее известная катастрофа. Рассказывают, что по заказу одного американского миллионера была построена роскошная яхта «Зов моря». Еще до выхода в открытое море яхта полностью вышла из строя. Ученые считают, что в обоих случаях причиной произошедших событий были окислительно-восстановительные процессы. Какие именно?

Предполагаемый ответ:

Два различных металла, которые контактируют друг с другом, образуют так называемую гальваническую пару и обмениваются электронами. В результате в агрессивной среде более активный металл быстро окисляется.

17. «Антихлор»

После отбеливания требуется обязательная обработка ткани для удаления хлора, иначе ее волокна потеряют прочность. Какие вещества можно использовать как «антихлор»?

Предполагаемый ответ:

В качестве «антихлора» можно использовать сульфит натрия или тиосульфат натрия, которые реагируют с хлором следующим образом:

Na2SO3 + С12 + Н2О = Na2SO4 + 2HC1

Na2SO3S + 4C12 + 5Н2О = Na2SO4 + H2SO4 + 8HC1

18. Бургундский ядохимикат

Французские виноградари широко использовали «бургундскую смесь» – ядохимикат для защиты плантаций от грибковых болезней растений. Эта смесь получила название от имени французской провинции, а ее приготовление основано на реакции гидролиза. Что это за смесь?

Предполагаемый ответ:

«Бургундскую смесь» стали готовить, когда в Европе появилась дешевая сода – карбонат натрия. «Бургундскую смесь» получают по реакции гидролиза, смешивая растворы медного купороса и соды:

2CuSO4 + 2Na2CO3 + Н2О = 2Na2SO4 + Cu2CO3(OH)2↓ + СО2↑,

и используют в виде водной суспензии – взвеси в воде.

19. «Кислый спирт»

В 1547 г. Иван Грозный поручил немцу Шлитте ехать посланником в Немецкую землю и вывезти оттуда «мастера для варения квасцов». Но сделать это не удалось: Шлитте был схвачен и заключен в тюрьму во владениях Ливонского ордена. Алюмокалиевые квасцы (додекагидрат сульфата алюминия-калия KA1(SO4)2 • 12Н2О) широко использовались в медицине и для производства серной кислоты, которую в то время называли «кислым спиртом». Вот как М. В. Ломоносов описывал квасцы: «Квасцы от своего кислого воздуха на российском языке и имя себе весьма правильно имеют, ибо кроме того, что оне очень кислы, еще и через перегонку из реторты дают весьма кислый спирт, который с купоросной кислотой одной натуры». Что происходит с квасцами при растворении в воде и при нагревании?

Предполагаемый ответ:

Квасцы при растворении в воде образуют гидратированные ионы К+, А13+ и SO42–. Аквакатион алюминия подвергается гидролизу:

[А1(Н2О)6]3+ + Н20 ↔ [А1(Н2О)5ОН]2+ + Н3О+

Наличие в водном растворе ионов Н3О+ обусловливает его кислый вкус. При нагревании квасцы разлагаются с выделением серной кислоты, которую во времена Ломоносова называли «кислым спиртом»:

2{KA1(SO4)2 • 12Н2О} = А12О3 + K2SO4 + 3H2S04↑ + 21H2O↑

20. Удивительная соль – «Персоль»

Известный каждой хозяйке порошок для отбеливания «Персоль» – пероксокарбонат натрия состава 2Na2CO3 • 3Н2О2 – в кипящей воде выделяет кислород и обесцвечивает загрязнения. Можно ли считать, что действие «Персоли» основано на реакциях гидролиза?

Предполагаемый ответ:

Нет, нельзя. При нагревании пероксокарбонат натрия разлагается, выделяя кислород. Это окислительно-восстановительная реакция:

2(2Na2CO3 • ЗН2О2) = 4Na2CO3 + 6Н2О + 3О2↑

Тема: Свойства металлов

21. Утраченный и обретенный вновь

Этот металл был известен давно. Он входил в состав латуни, производство которой в древнем мире было довольно распространенным, так что сведения об этом восходят к II в. до н. э. Потом и латунь, и сам металл были надолго забыты. Европа вновь узнала о них только в Средние века. В сочинениях врача и химика Теофраста Парацельса, относящихся к 1528 г., имеется запись о том, что привезенный из других стран «нековкий металл содержит большое количество ртути, благодаря чему легко превращается в жидкость». Металл, о котором идет речь, впервые в Европе подробно описал в 1721 г. саксонский металлург и химик Иоганн Фридрих Генкель, учитель М. В. Ломоносова. Пары металла воспламенялись на воздухе с образованием густого белого дыма. Нагретый чуть выше 100 °С металл становился очень ковким и тягучим, а при более высокой температуре делался хрупким и легко растирался в порошок. Металл реагировал со всеми кислотами-неокислителями, щелочами в водном растворе и аммиаком, всякий раз выделяя водород. Какой же это металл?

Предполагаемый ответ:

Это цинк, который реагирует с кислотами, щелочами и аммиаком в водной среде следующим образом:

Zn + 2НС1 = ZnCl2 + Н2↑

Zn + 2Н2О + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] + Н2↑

Zn + 2Н2О + 4NH3 = [Zn(NH3)4](OH)2 + H2↑

22. Один из самых древних

Мягкий, очень тяжелый металл (дадим ему символ М) люди широко использовали еще до нашей эры. В Средневековье самая известная тюрьма Венеции, соединенная «Мостом вздохов» с Дворцом дожей, имела наверху камеры под самой крышей, сделанной из этого металла. Зимой здесь было невыносимо холодно, а летом узники изнывали от жары и духоты. Темно-коричневый оксид данного металла, имеющий состав МО2, при действии концентрированной соляной кислоты выделяет из нее хлор, а при растирании с серой вызывает ее воспламенение. Сильно охлажденная смесь МО2 и НС1 превращается в тяжелую желтую жидкость МС14, дымящую на воздухе. Добавление к этой жидкости нескольких капель воды вызывает выделение хлора. Оксид МО2 получается из оксида (MII2MIV)O4, имеющего красный цвет, под действием концентрированной азотной кислоты. Назовите металл М.

Предполагаемый ответ:

Металл М – это свинец. Оксид свинца (IV) РbО2 – сильный окислитель, он реагирует с НС1:

РbО2 + 4НС1 = РbС12 + С12↑ + 2Н2О

Тетрахлорид свинца в присутствии воды разлагается, выделяя хлор:

РbС14 = РbС12 + С12↑

Свинцовый сурик (Pb2IIPbIV)O4 под действием азотной кислоты выделяет осадок оксида свинца (IV), а в растворе появляется нитрат свинца(II):

(Pb2:PbIV)O4 + 4HNO3 = 2Pb(NO3)2 + PbO2↓ + 2H2O

23. Царица эльфов

Существует некий серебристо-белый металл, тугоплавкий, легкий, стойкий на воздухе и в морской воде. Его название связано с именем царицы эльфов из старинных германских сказок. Он пластичен, хорошо подвергается ковке, прокатке в листы и даже в фольгу. Примеси кислорода, азота, углерода и водорода делают металл хрупким, лишают его пластичности, а заодно снижают его химическую активность. В чистом виде металл реагирует с фтороводородной и (при нагревании) с соляной кислотой, образуя фиолетовые растворы. Стружка металла способна загораться от спички, а порошок его вспыхивает от искры и пламени. В пылевидном состоянии металл на воздухе может даже взорваться и превращается при этом в диоксид. В присутствии окислителей (например, нитрата калия) металл реагирует с расплавами щелочей. Какой это металл?

Предполагаемый ответ:

Царицу эльфов звали Титания, отсюда, вероятно, и имя элемента – титан. Реагируя с фтороводородной кислотой, титан образует гексафторотитанат(III) водорода, а с соляной кислотой и другими кислотами-неокислителями – соли титана(III) и водород:

2Ti + 12HF = 2H3[TiF6] + 3Н2↑

2Ti + 6НС1 = 2TiCl3 + 3Н2↑

Сгорая на воздухе, титан превращается в диоксид титана ТiO2, а в расплаве щелочи, содержащем KNO3, переходит в титанат(IV) калия:

Ti + 2KOH + 2KNO3 = K2TiO3 + 2KNO2 + Н2О

24. Золотисто-желтый сплав

За три тысячи лет до нашей эры в Египте один из жрецов бога Сераписа нашел в хранилище два разбитых сосуда с иберийским касситеритом и малахитом, привезенными из Эллады. Содержимое сосудов перемешалось, и не было никакой возможности разделить минералы. В поисках «камня жизни» жрец добавил к смеси уголь и попытался ее прокалить. Внезапно из печи показался ручеек золотисто-желтого расплавленного металла, который жрец принял за чистое золото. Когда расплав затвердел, наступило разочарование: это была бронза, и она не выдерживала испытаний азотной кислотой. Бронза, однако, оказалась тверже меди. Из нее стали отливать статуи, изготавливать оружие и доспехи. Это был бронзовый век... Что представляет собой бронза и какие бронзы существуют в наши дни?

Предполагаемый ответ:

Бронза – сплав меди и олова, содержащий до 19% олова. Касситерит, или «оловянный камень», – минерал состава SnO2, а малахит имеет состав Сu2СО3(ОН)2. В настоящее время, кроме «оловянистой», выплавляют «свинцовистую» бронзу (она идет на вкладыши подшипников), алюминиевую и даже бериллиевую бронзу (которые используются в авиастроении).

25. Рожденная в яме.

В 1819 г. в безводной пустыне Атакама на севере Чили нашли на поверхности почвы бесцветное кристаллическое вещество с примесями хлорида и сульфата натрия, а также сульфата магния. Это вещество назвали «чилийской селитрой». В Индии также обнаружили сходное по виду и составу вещество, получившее имя «индийской селитры». Позднее в Норвегии геологи наткнулись на залежи бесцветного кристаллического минерала, похожего на первые два. Ему дали название «норвежская селитра». В России до XIX в. селитру получали, закладывая в ямы различные отходы, бытовой мусор, растительные остатки и навоз. После выдерживания в ямах в течение двух-трех лет водой извлекали из перегноя растворимые вещества и выпаривали раствор до кристаллов сухого остатка – так называемого «ямчуга». Что это были за соединения и как их называют теперь?

Предполагаемый ответ:

Селитры – это нитраты щелочных и щелочноземельных элементов и аммония. Они образуются в природе при гниении органических веществ. Чилийская селитра – нитрат натрия NaNO3, вещество весьма гигроскопичное; индийская селитра – это негигроскопичный нитрат калия KNO3; норвежская селитра – нитрат кальция Ca(NO3)2 • 4Н2О. «Ямчуг» – это смесь KNO3 и Ca(NO3)2 • 4Н2О.

26. Белая и черная магнезия

«Белую магнезию» применяют с древних времен и до наших дней как средство для подсушивания кожи и уменьшения потоотделения. Она входит в состав порошка, которым пользуются гимнасты и тяжелоатлеты, выходя на помост для соревнований. «Жженую магнезию» применяют в производстве огнеупорных материалов. А «черная магнезия» – отличный катализатор, сырье для изготовления гальванических батареек и, кроме того, осветляющая добавка для расплавленного стекла («стекольное мыло»). О каких веществах здесь идет речь?

Предполагаемый ответ:

«Белая магнезия» – это карбонат магния MgCO3 и оксид магния MgO, который получается при прокаливании MgCO3 («жженая магнезия»). «Черная магнезия» – диоксид марганца МnО2.

Тема: Свойства неметаллов

28. Ошибка властителя Лахора

Властитель индийского города Лахора по имени Ранжит-Сингх в 1811 г. хвастался перед другими владыками Индии, Персии и Афганистана, что его голубой алмаз не подвержен действию никаких жидких веществ. Афганский шах Шуджа сказал, что готов поспорить (а ставка в споре – сам голубой алмаз), что его придворный факир-алхимик может за сутки уменьшить массу алмаза, погрузив его в жидкий «алкагест» (мифический универсальный растворитель). Предложение было принято, и придворные двух властителей уселись вокруг сосуда с «алкагестом», куда был погружен алмаз. Вскоре стало заметно, что камень покрылся пузырьками, а жидкость стала желтой. По истечении суток алмаз снова взвесили, и оказалось, что он потерял в весе около 1 карата (0,2 г). К огорчению Ранжит-Сингха, алмаз пришлось отдать шаху Шудже. Правда, через два года силой оружия алмаз был возвращен в Лахор, но это уже другая история... Какой состав имел «алкагест»?

Предполагаемый ответ:

На алмазы разрушительно действует концентрированная азотная кислота. При этом алмаз медленно превращается в диоксид углерода. Желтый цвет жидкости («алкагесту») придает диоксид азота:

С + 4HNO3 = СО2 + 4NO2 + 2Н2О

29. «Греческий огонь»

Около 680 г. н. э. в морском бою против арабов византийцы впервые применили новое ужасное оружие – «греческий огонь». Галеры византийцев выбрасывали на неприятельские суда заранее подожженную смесь из «пифонов» – установок, подобных огнеметам. Суда пылали как факелы, а огонь нельзя было потушить водой. Смесь горела на морских волнах, прилипала к корпусам судов и одежде людей: это было нечто вроде современного напалма. В 941 г. под стенами Царьграда «греческим огнем» был уничтожен флот киевского князя Игоря. Строки летописи в переводе на современный язык звучат так: «Словно молнию, которая в небе, греки имеют у себя и пускают ее, сжигая нас, поэтому мы не одолели их». В состав «греческого огня» входили битум или нефть, а также неметалл Э. Этот неметалл на воздухе горит красивым сине-голубым пламенем, выделяя удушливый и едкий газ. При обработке концентрированной азотной кислотой неметалл Эпревращается в сильную кислоту Н2ЭО4. При кипячении неметалла с солью состава Na2ЭO3 в растворе появляется другая соль, состава Na2ЭO3Э. Назовите неметалл Э.

Предполагаемый ответ:

В состав «греческого огня» обязательно входила сера. Она реагирует с концентрированной азотной кислотой, превращаясь в серную кислоту:

S + 6HNO3 = H2SO4 + 6NO2↑ + 2Н2О

При реакции серы с сульфитом натрия получается тиосульфат натрия:

Na2SO3 + S = Na2SO3S

Тема: Великие имена: творцы химической науки

30. Он не стал хирургом...

Известный немецкий химик родился в городе Эшерхейме недалеко от Франкфурта-на-Майне, в семье именитого бюргера. По настоянию родителей он окончил медицинский факультет Марбургского университета и в 1823 г. получил звание доктора медицины – хирурга. Однако юношу гораздо больше привлекала химия. Еще студентом-первокурсником в химической лаборатории университета он получил цианид йода при взаимодействии сухого цианида калия с йодом. Хирургом он так и не стал, но заслуги его как химика неоспоримы: ведь он первым получил в чистом виде алюминий, аморфный бор, бериллий, иттрий, карбид кремния и карбид кальция, силан и трихлорсилан. Он предложил новый способ получения белого фосфора нагреванием смеси фосфорита, угля и песка. Самым знаменитым его синтезом стало получение карбамида (NH2)2CO (мочевины) при упаривании раствора цианата аммония NH4NCO – органического вещества из неорганического. Кто был этот химик?

Предполагаемый ответ:

Фридрих Вёлер (1800– 1882)

31. Великий химик из Казанской губернии

В 1842 г. он учился в пансионе в городе Чистополе Казанской губернии. Ему было всего 14 лет, и он страстно увлекался химией. Под его кроватью в общежитии всегда находили склянки с химикатами. Однажды ночью, когда все спали, он стал готовить смесь для бенгальского огня, который хотел показать сверстникам днем. Но смесь неожиданно воспламенилась, пламя подпалило мальчику волосы и брови. Комната наполнилась дымом, все проснулись, и поднялся переполох. Кто-то закричал: «Пожар! Горим!» В наказание за шалость мальчика три дня ставили в угол во время обеда, а на шею вешали черную доску с надписью «Великий химик». Он и стал великим химиком через двадцать лет, когда сформулировал теорию строения органических соединений. Назовите его имя.

Предполагаемый ответ:

Александр Михайлович Бутлеров (1828– 1886).

33. Научный консультант Наполеона

Французский химик, коллега и соратник Лавуазье, имел множество должностей и званий: доктор медицины и лейб-медик при дворе герцога Орлеанского, член Парижской академии наук, правительственный инспектор государственных красильных фабрик, смотритель монетного двора и, наконец, научный консультант Наполеона. Он сопровождал императора Франции в военном походе в Египет. Он представлял собой тип беспринципного и тщеславного придворного, но тем не менее был талантливым ученым и вошел в историю как автор многих химических открытий. Его считали другом Лавуазье, однако он не потрудился защитить ученого от преследования и казни, хотя и был членом революционного комитета Франции. В 1807 г. он оставил официальную службу и поселился в парижском предместье Аркей, где создал свою химическую лабораторию и основал Аркейское научное общество, в состав которого входили самые выдающиеся ученые Франции. Когда произносят имя этого ученого, прежде всего вспоминают его научный спор с Джоном Дальтоном о законах стехиометрии, в котором Дальтон одержал победу. Кстати, именем этого химика названа соль – сильный окислитель, некоторое количество которой входит в состав зажигательной смеси головок спичек. Кто же он?

Предполагаемый ответ: Клод Луи Бертолле (1748– 1822).

34. Они открыли полоний и радий

Ей было 24 года, когда она приехала из Польши в Париж, чтобы учиться в университете. В то время в мире было не так много мест, где женщина могла бы получить высшее образование. В Париже она встретила молодого ученого, с которым связала свою личную жизнь и научную карьеру. Заметив, что смоляная обманка (урановая руда) из рудника в Чехии обладает большей радиоактивностью, чем сам уран, она пришла к выводу: в этом минерале присутствует какой-то пока неизвестный и сильно радиоактивный элемент. В 1898 г. супругам удалось обнаружить даже не один, а два новых элемента. Кто были эти ученые?

Предполагаемый ответ:

Мария Склодовская-Кюри (1867– 1934) и Пьер Кюри (1859– 1906).

35. Аптекарь и химик

Этот немецкий аптекарь и химик XVII в. известен не только исследованиями способов получения кислот. На его счету выделение знаменитой соли, названной его именем и применяемой как слабительное средство, и получение множества неизвестных ранее солей – нитратов и хлоридов. Он получил аммиак, сульфат аммония («саль аммиак секретум»), который использовал как минеральное удобрение в своем саду. Сохранились сведения о том, что великий аптекарь первым выделил и использовал в медицинских целях фенол (карболовую кислоту) и ряд растительных алкалоидов, успешно занимался стекловарением и разработал способы получения цветного стекла. Проживший всего 64 года, этот ученый очень многое сделал для химии и химической технологии. Вспомните его имя.

Предполагаемый ответ:

Иоганн Рудольф Глаубер (1604– 1670).

36. От глицерина до синильной кислоты

Шведский химик-аптекарь, родившийся в 1742 г., оказался автором стольких открытий, что их хватило бы на добрый десяток ученых. Многие из этих открытий относились к получению и очистке кислот. В 1775 г. он приготовил мышьяковую кислоту, в 1782– 1783 гг. – синильную (циановодородную) кислоту, в период с 1776 по 1785 г. – целый набор органических кислот: мочевую, щавелевую, молочную, лимонную, яблочную, галловую, а также глицерин... Тому же химику принадлежит приоритет открытия химических элементов кислорода О, хлора С1, фтора F, бария Ва, молибдена Мо, вольфрама W. Однако годы упорного самоотверженного труда подорвали здоровье этого человека, и он дожил всего до 44 лет. Как его звали?

Предполагаемый ответ:

Карл Вильгельм Шееле (1742– 1786).

37. Лакмус из Шотландии

Самым первым появился кислотно-основный индикатор лакмус. Лакмус – водный настой лакмусового лишайника, растущего на скалах в Шотландии. Этот индикатор случайно открыл в 1663 г. знаменитый английский химик и физик. Этот ученый известен своей книгой «Химик-скептик» и законом физики, который он открыл в 1676 г. одновременно с французским ученым Эдмом Мариоттом. Позднее настоем лакмуса стали пропитывать фильтровальную бумагу; ее высушивали и получали таким способом индикаторные «лакмусовые бумажки», синие в щелочном и красные в кислом растворах. Как звали английского ученого?

Предполагаемый ответ:

Роберт Бойль (1627– 1691).

38. Уроженец Пензанса

Он родился в 1778 г. в маленьком городке Пензансе на юго-западе Англии. Об этой местности есть старинная поговорка: «Южный ветер приносит туда ливни, а северный – возвращает их». Отец мальчика был резчиком по дереву, «не умеющим считать деньги», и поэтому семья с трудом сводила концы с концами. Его мать Грация Милле была приемной дочерью местного врача Тонкина. В 1794 г. после смерти отца подростку пришлось переехать к Тонкину. В аптеке Тонкина он впервые познакомился с химией. Через четыре года он уже руководит лабораторией в Пневматическом институте около Бристоля, а в 1802 г. становится профессором Королевского института в Лондоне. Через десять лет, в 34 года, за научные заслуги химик был удостоен титула лорда, а в 1820 г. его избирают президентом Лондонского Королевского общества – Английской академии наук. Заслуги его действительно были немалыми: он открыл и получил электролизом металлы литий, натрий, калий, барий, кальций, магний и стронций (в виде амальгамы), выделил из борной кислоты элементарный бор, открыл оксид диазота («веселящий газ»), изучил электролиз воды... Его похоронили в Вестминстерском аббатстве в Лондоне, где покоится прах выдающихся сынов Англии. Кто этот химик?

Предполагаемый ответ:

Гемфри Дэви (1778– 1829).

39. Трагическая смерть великого химика

Этот французский химик не только открыл кислород и определил его химическую природу, но и первым использовал латинское название «оксигениум» – «кислотообразующий». Он дал название и другому элементу – азоту. Этот человек сочетал в себе качества блестящего ученого-энциклопедиста и расчетливого финансиста, известного своей деятельностью в «Генеральном откупе» (акционерном обществе по сбору налогов). Непомерно высокие налоги вызывали недовольство простых людей. Недовольство переросло в настоящую ненависть, которая вылилась в расправу над откупщиками. Седьмого мая 1794 г. Революционный трибунал приговорил к смертной казни 28 человек «как зачинщиков или соучастников заговора, стремившихся содействовать успеху врагов Франции путем вымогательств и незаконных поборов с французского народа». Вечером 8 мая приговор был приведен в исполнение... Назовите имя великого ученого.

Предполагаемый ответ:

Антуан Лоран Лавуазье (1743– 1794).

40. «Честнейший еретик»

Годы жизни этого ученого – с 1733 по 1804. Он был богословом, философом и химиком, а главное – занимал очень независимую позицию по отношению к англиканской церкви, поэтому жизнь его была крайне беспокойной. Кроме всего прочего, этот «честнейший еретик» симпатизировал французской революции. Будучи одним из образованнейших людей своего времени (он знал не только французский, итальянский и арабский, но даже халдейский язык) и выдающимся химиком, он открыл кислород, монооксид азота, монооксид углерода и диоксид серы. В Бирмингеме, где он жил в годовщину штурма Бастилии, начались гонения на тех, кого подозревали в сочувствии к республиканской Франции. Дом, лаборатория, книги и рукописи ученого были сожжены, а ему самому пришлось бежать в Лондон, а потом выехать в Америку. Там он и провел последние десять лет своей жизни. Назовите имя этого химика.

Предполагаемый ответ:

Джозеф Пристли (1733– 1804).

Приложение 2.