Исследовательская работа

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №31»

ПРОЕКТНАЯ РАБОТА

ТЕМА: «Химические опыты»

Ангарск, 2020 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ        3

1. ХИМИЧЕСКИЕ ОПЫТЫ КАК ИСТОЧНИК ЗНАНИЙ О ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВАХ И ИХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ        4

2. ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ОПЫТОВ С ОБРАЗОВАНИЕМ ГАЗА ИЛИ ОСАДКА        9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ        13

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ        14

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Классификация типов химических реакций        15

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Схема взаимодействия химических веществ при различных типах химических реакций        16

ВВЕДЕНИЕ

Экспериментатор, как волшебник, превращает одни вещества в другие. Проведение опыта позволяет экспериментатору наблюдать, как протекает химическая реакция, какие явления происходят при этом, доказать или отвергнуть теоретическое предположение или выявить новые знания. Многие сведения о веществах, их свойствах и превращениях были получены с помощью химических и физических опытов. На химических реакциях основано большинство производственных отраслей во всем мире. Химические опыты позволяют исследовать свойства различных веществ, их воздействие на человека и природу, а также изобрести новые химические вещества для медицины и промышленного производства.

Цель проекта – доказать, что химические опыты проводятся с целью наблюдения и объяснения химических явлений, а также обеспечивают возможность широкого использования химических превращений в практической деятельности человека.

Задачи:

• изучить понятие «химическая реакция», признаки и типы химических реакций;
• овладеть основами проведения химического опыта;
• изучить на примерах некоторые химические опыты, сопровождающиеся выделением газа или выпадением осадка;
• выявить практическую значимость проведения химических опытов для различных промышленных производств.

Объект – значение химических опытов в практической деятельности человека.

Предмет – химический опыт как способ объяснения химических явлений.

Гипотеза. Химические реакции могут образовывать и газы, и осадки.

1. ХИМИЧЕСКИЕ ОПЫТЫ КАК ИСТОЧНИК ЗНАНИЙ О ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВАХ И ИХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ

Химия как наука нуждается в получении и подтверждении теоретических знаний. И одним из важных методов является эксперимент.

Химические опыты являются частью эксперимента. Выполняя химические опыты, мы быстрее усваиваем знания о свойствах химических веществ и особенностях протекания химических реакций.

Знаменитые химики в детстве любили проводить эксперименты с веществами. Благодаря этому в химии было сделано много открытий. Еще в Средневековье алхимики размышляли о том, как превратить любое вещество в золото. Во время различных химических реакций происходят метаморфозы и вещество переходит из одной формы в другую. При этом выделяется пламя, валит дым и появляются искры.

Под химической реакцией следует понимать явление, в результате которого из одного вещества можно получить другие вещества. Синонимами словосочетанию «химические реакции» являются «химические превращения», «химические явления».

Исходные вещества в химической реакции – вещества, которые вступают в реакцию.

Продукты реакции – это вещества, образуемые в результате химической реакции.

Химические явления обладают характерными признаками, что их и отличает от физических явлений. Итак, к признакам химических реакций следует отнести следующее:

1. Изменение цвета;
2. Появление запаха;
3. Выделение света (горение, вспышка);
4. Выделение газа;
5. Выделение или поглощение тепла (повышение или понижение температуры);
6. Выпадение или растворение осадка.

Укажем условия протекания химических реакций:

• контакт химических веществ,
• нагревание,
• облучение светом,
• действие электрического тока.

Сегодня в мире известно 118 химических элементов. Великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев в 19 веке представил обществу Периодическую систему химических элементов. Данная система представлена отдельными группами элементов, схожих по свойствам и атомному весу. Химические элементы образуют различные соединения и вступают в химические реакции, число которых достаточно сложно подсчитать. Как химические вещества можно объединить по определенным признакам, так и химические реакции классифицируются по различным типам. При этом большинство реакций можно отнести к разным типам, поэтому классификация химических реакций считается условной. Рассмотрим некоторые типы химических реакций:

1.        По числу и составу исходных и образующихся веществ.

Реакция соединения – это химическая реакция, в результате которой из нескольких простых или сложных веществ образуется одно более сложное вещество. Следует сказать, что большинство реакций соединения протекают с выделением теплоты, т. е. экзотермичны (например, окисление металлов – получение негашеной извести, которая широко используется в строительстве (1)).

Реакция разложения – это химическая реакция, в результате которой сложное вещество разлагается на несколько других простых и/или сложных веществ. Подобные реакции возможны в основном лишь под действием повышения температуры (при нагревании). Поэтому реакции разложения чаще всего эндотермичны (например, разложение карбоната кальция (2)).

Реакция замещения – это химическая реакция, в результате которой атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов сложного вещества (например, получение сульфата цинка, используемого в качестве лекарственного препарата для лечения гнойных заболеваний – конъюктивита, ларингита; при сахарном диабете и др. (3)).

Реакция обмена – это химическая реакция, в результате которой два сложных вещества взаимодействуют друг с другом и обмениваются своими составными частями (например, получение пищевой добавки (E508) к поваренной соли или «соль с пониженным содержанием натрия». Также используется в сельском хозяйстве как калийное удобрение (4)).  

1. По тепловому эффекту

Экзотермические реакции – это химические реакции, протекающие с выделением тепла (например, при горении угля образуется двуокись углерода или углекислый газ (5)) .

Эндотермические реакции – это химические реакции, протекающие с поглощением тепла (например, для получения негашеной извести СаО из гидроксида кальция Са(ОН)2 требуются сильное нагревание. Такая реакция идет только при постоянном притоке энергии извне (6)).

2. По признаку обратимости.

Обратимые реакции – это химические реакции, которые протекают одновременно в прямом и обратном направлении в одних и тех же условиях. Прямая реакция – экзотермическая, а обратная реакция – эндотермическая. Таким образом, прямая и обратная реакции имеют противоположные тепловые эффекты. В качестве примера напишем синтез йодоводорода или йодоводородной кислоты, которая используется только в лабораторных условиях как восстановитель (7).

Необратимые реакции – это химические реакции, которые протекают в одном направлении до полного превращения исходных веществ в продукты реакции. При данной реакции обязательно образуется газ, осадок или вода. Например, соединение едкого натрия и соляной кислоты образует хлорид натрия и воду (8). Раствор хлорида натрия широко используется в медицине для промывания ран, известен также как физраствор.

3. По изменению степени окисления.

Окислительно-восстановительные реакции – это химические реакции, в результате которых изменяются степени окисления химических элементов. Большинство химических реакций – окислительно-восстановительные реакции.  К подобным реакциям относятся все реакции замещения и реакции разложения и соединения при условии участия хотя бы одного простого вещества. Например, получение гипса (9).

Не окислительно-восстановительные  реакции – это химические реакции, в результате которых не изменяются степени окисления элементов.

Разновидностью окислительно-восстановительных реакций являются реакции ионного обмена или ионные реакции, под которыми понимаются химические реакции между ионами.

Большинство химических реакций протекает в растворах, а растворы электролитов содержат ионы. Ионы – это положительно или отрицательно заряженные частицы, в которые превращаются атомы или группы атомов в результате отдачи или присоединения электронов.

Реакции ионного обмена (10) протекают до конца только в том случае, если образуется осадок (малорастворимое вещество), вода (малодиссоциирующее вещество) или выделяется газ.

В приложении 1 представлена схема классификации типов химических реакций по различным признакам.

С помощью химических опытов мы можем удостовериться в том, что в результате химических реакций, действительно, возможно выделение газа или образование осадка. Таким образом, увидим, как происходят реакции ионного обмена до полного превращения, т.е. необратимые реакции.

2. ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ОПЫТОВ С ОБРАЗОВАНИЕМ ГАЗА ИЛИ ОСАДКА.

Экспериментальная часть.

Прежде чем начать опыт, нужно продумать все до мелочей: что и как делать, какие могут быть опасности и как их избежать или нейтрализовать.

Химический опыт проводится в несколько этапов:

первый этап – обоснование постановки опыта,

второй этап – планирование и проведение,

третий этап – оценка полученных результатов.

Самое главное, работая в химической лаборатории, всегда необходимо помнить об осторожности, не торопиться, знать и соблюдать основные правила техники безопасности.

Многие вещества ядовиты, некоторые из них способны вызывать ожоги при попадании на кожу и в глаза. Практически все органические и многие неорганические вещества огнеопасны. Есть вещества, после вдыхания паров которых у человека появляется аллергия или заболевание внутренних органов. Однако и с самым ядовитым веществом можно безопасно работать, если хорошо знать его свойства.

В химической лаборатории особенно осторожно следует работать с веществами, свойства которых незнакомы. Ничего нельзя пробовать на вкус, нюхать реагенты нужно с большой осторожностью.

Нельзя курить в пожароопасных и взрывоопасных местах. Не следует пить из лабораторной посуды, приносить в лабораторию пищевые продукты.

Нужно пользоваться специальными рукавицами, защитной маской или противогазом, когда это необходимо. Закончив опыты, тщательно вымыть руки.

Только при соблюдении правил техники безопасности и организации рабочего места можно приступать к проведению химического опыта.

Итак, рассмотрим как протекают некоторые химические реакции, чтобы доказать возможность образования газа или осадка при превращениях химических веществ.

Цель нашего эксперимента – опытным путем продемонстрировать, что при протекании химических реакций могут образовываться как газы, так и осадки.

Для проведения опытов нам понадобятся следующие химические вещества: хлорид бария и серная кислота, хлорид меди и гидроксид натрия, карбонат натрия и соляная кислота, сульфид калия и соляная кислота.

Лабораторный опыт №1. Получить сульфат бария, используя растворы хлорида бария и серной кислоты (11).

К раствору хлорида бария добавляем раствор серной кислоты. Наблюдаем выпадение мелкокристаллического, нерастворимого в кислотах осадка сульфата бария белого цвета, который фильтрованием можно удалить из раствора. Сульфат бария из-за низкой растворимости в воде не является токсичным веществом для организм.

Следует отметить широкое применение сульфата бария в разных областях. В медицине его используют при рентгеновских исследованиях желудочного-кишечного тракта. В промышленности при изготовлении линолеума, аккумуляторов, фотобумаги.

Вывод: химическая реакция протекает до конца при соединении ионов в нерастворимое соединение – осадок (малорастворимое вещество).

Лабораторный опыт №2. Получить гидроксид меди (II), используя растворы хлорида меди и гидроксида натрия (12).

К раствору хлорида меди добавляем раствор гидроксида натрия (едкий натр – щелочь). В ходе эксперимента наблюдаем выпадение студенистого осадка гидроксида меди (II) голубого цвета, который фильтрованием можно выделить из раствора. Как и большинство соединений меди, гидроксид меди (II) токсичен, но токсичность невысокая.

Применение гидроксида меди широко распространено в самых разных сферах химического и промышленного производства: используется в качестве пигмента в составе стекол, керамических изделий, красок. Также используется в строительстве при производстве цемента.

Вывод: химическая реакция протекает до конца при соединении ионов в нерастворимое соединение – осадок (малорастворимое вещество).

Лабораторный опыт №3. Выделить углекислый газ при взаимодействии карбоната натрия и раствора соляной кислоты (13).

К карбонату натрия добавляем раствор соляной кислоты. В ходе эксперимента наблюдаем образование газообразного и малодиссоциирующего веществ – углекислого газа и воды. Углекислый газ бесцветный, имеет чуть уловимый «содовый» запах.

Углекислый газ широко применяется в медицине: в криотерапии, лапароскопии, в предотвращении заражение крови при обработке ран в хирургии, при отравлении человека угарным газом, сероводородом или летучими наркотиками.

Вывод: для того, чтобы реакция между электролитами протекала необратимо, чтобы часть ионов оказалась связанной  в летучее соединение (газ), в слабый электролит (воду).

Лабораторный опыт №4. Выделить сернистый газ при взаимодействии сульфида калия и раствора соляной кислоты (14).

Выделение сернистого газа происходит при воздействии сильной кислоты на сульфиды, в нашем случае сульфид калия и соляная кислота. При проведении эксперимента можно наблюдать выделение сернистого газа, который имеет достаточно резкий запах, напоминающий запах горелой спички, и образование малодиссоциирующего вещества (воды), что говорит о протекании реакции ионного обмена до конца.

Сернистый газ достаточно опасен для организма человека и может привести к заболеваниям дыхательных путей человека. При попадании на кожу вызывает раздражение.

Диоксид серы или сернистый газ применяют в разных отраслях. Так его используют при дезинфекции помещений для хранения сельхозпродукции, при консервировании продуктов (добавляют в соки, овощные пюре), чтобы предотвратить окисление.

Вывод: для того, чтобы реакция между электролитами протекала необратимо, необходимо, чтобы часть ионов оказалась связанной  в летучее соединение (газ), в слабый электролит (воду).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Гипотеза доказана, мы исследовали некоторые химические реакции и выяснили, что при взаимодействии химические вещества могут превращаться и в газы, и в малорастворимые вещества (осадки). Считаем, что химические опыты – это источник знаний о химических веществах и их взаимодействии и превращении.

На основе представленных лабораторных опытов цель работы достигнута

• показали, как образовываются газы и осадки;
• увидели, что подобные превращения веществ относятся к различным типам химических реакций – это и реакции обмена, и необратимые реакции, и реакции ионного обмена, протекающие до конца;
• узнали об области применения в жизни человека полученных химических веществ.

Поэтому в условиях развития современных технологий необходимо дальнейшее изучение свойств химических веществ и их превращений с помощью химических опытов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Габриелян О.С. Химия. 9 класс. – М.: Изд-во «Дрофа», 2018 г. – 319 с.
2. Ермаханов М.Н., Журхабаева Л.А., Адырбекова Г.М., Асылбекова Г.Т., Сабденова У.О., Куандыкова Э.Т. ХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ И ЕГО РОЛЬ В МЕТОДИКЕ ОБУЧЕНИЯ ХИМИИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 1-3. – С. 398-399. - URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=8520 (дата обращения: 15.11.2019).
3. Классификация химических реакций в органический и неорганической химии [электронный ресурс] – URL: https://himege.ru/klassifikaciya-ximicheskix-reakcij-v-neorganicheskoj-i-organicheskoj-ximii/ (дата обращения 07.03.2020).
4. Коренев Ю.М., Морозова Н.И. Общая и неорганическая химия: Часть V: Окислительно-восстановительные реакции: Курс лекций. – М.: МАКС Пресс, 2011. – 76 с.
5. Мануйлов А.В, Родионов В.И. Основы химии. Интернет-учебник. – URL: http://www.hemi.nsu.ru/index.htm (дата обращения 07.03.2020).
6. Химическая энциклопедия [Электронный ресурс]. – URL: https://chem.ru/himicheskaja-jenciklopedija.html (дата обращения 07.03.2020).
7. Химия 8-9 класс [электронный ресурс] – URL: https://www.yaklass.ru/p/himija (дата обращения 07.03.2020).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Классификация типов химических реакций

Источник: [1; 3].

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Схема взаимодействия химических веществ при различных типах химических реакций

Источник: [1; 3].