Лабораторная работа №2
Тема: Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии моторного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем.
Цели: изучить способы приготовления эмульсий и суспензий;научиться отличать коллоидный раствор от истинного; отработать навыки экспериментальной работы, соблюдая правила техники безопасности при работе в кабинете химии.
Методические указания:
Дисперсные системы – это системы, в которых мелкие частицы вещества, или дисперсная фаза, распределены в однородной среде (жидкость, газ, кристалл), или дисперсионной фазе
Химия дисперсных систем изучает поведение вещества в сильно раздробленном, высокодисперсном состоянии, характеризующемся очень высоким отношением общей площади поверхности всех частиц к их общему объему или массе (степень дисперсности).
От названия коллоидных систем произошло название отдельной области химии – коллоидной. «Коллоидная химия» – традиционное название химии дисперсных систем и поверхностных явлений. Важнейшая особенность дисперсного состояния вещества состоит в том, что энергия системы главным образом сосредоточена на поверхности раздела фаз. При диспергировании, или измельчении, вещества происходит значительное увеличение площади поверхности частиц (при постоянном суммарном их объеме). При этом энергия, затрачиваемая на измельчение и на преодоление сил притяжения между образующимися частицами, переходит в энергию поверхностного слоя – поверхностную энергию. Чем выше степень измельчения, тем больше поверхностная энергия. Поэтому область химии дисперсных систем (и коллоидных растворов) считают химией поверхностных явлений.
Коллоидные частицы настолько малы (содержат 103–109 атомов), что не задерживаются обычными фильтрами, не видны в обычный микроскоп, не оседают под действием силы тяжести. Их устойчивость со временем снижается, т.е. они подвержены «старению». Дисперсные системы термодинамически неустойчивы и стремятся к состоянию с наименьшей энергией, когда поверхностная энергия частиц становится минимальной. Это достигается за счет уменьшения общей площади поверхности при укрупнении частиц (что может также происходить при адсорбции на поверхности частиц других веществ).
Классификация дисперсных систем
|
Дисперсная фаза |
Дисперсионная |
Название системы |
|
|
(Дисперсная система не образуется) |
|||
|
Жидкость |
Пена газированной воды, пузырьки газа в жидкости, мыльная пена |
||
|
Твердое тело |
Твердая пена |
Пенопласт, микропористая резина, пемза, хлеб, сыр |
|
|
Жидкость |
Аэрозоль |
Туман, облака, струя из аэрозольного баллона |
|
|
Жидкость |
Эмульсия |
Молоко, сливочное масло, майонез, крем, мазь |
|
|
Твердое тело |
Твердая эмульсия |
Жемчуг, опал |
|
|
Твердое тело |
Аэрозоль, порошок |
Пыль, дым, мука, цемент |
|
|
Жидкость |
Суспензия, золь (коллоидный раствор) |
Глина, паста, ил, жидкие смазочные масла с добавкой графита или MoS |
|
|
Твердое тело |
Твердый золь |
Сплавы, цветные стекла, минералы |
Методы исследования дисперсных систем (определение размера, формы и заряда частиц) основаны на изучении их особых свойств, обусловленных гетерогенностью и дисперсностью, в частности оптических. Коллоидные растворы обладают оптическими свойствами, отличающими их от настоящих растворов, – они поглощают и рассеивают проходящий через них свет. При боковом рассматривании дисперсной системы, через которую проходит узкий световой луч, внутри раствора на темном фоне виден светящийся голубоватый так называемый конус ТиндаляКонус Тиндаля тем ярче, чем выше концентрация и больше размер частиц. Интенсивность светорассеяния усиливается при коротковолновом излучении и при значительном отличии показателей преломления дисперсной и дисперсионной фаз. С уменьшением диаметра частиц максимум поглощения смещается в коротковолновую часть спектра, и высокодисперсные системы рассеивают более короткие световые волны и поэтому имеют голубоватую окраску. На спектрах рассеяния света основаны методы определения размера и формы частиц.
При определенных условиях в коллоидном растворе может начаться процесс коагуляции. Коагуляция – явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок. При этом коллоидный раствор превращается в суспензию или гель. Гели или студни представляют собой студенистые осадки, образующиеся при коагуляции золей. Со временем структура гелей нарушается (отслаивается) – из них выделяется вода(явление синерезиса
Приборы и реактивы; ступка с пестиком, ложка-шпатель, стакан, стеклянная палочка, фонарик, пробирка; вода, карбонат кальция (кусочек мела), масло, ПАВ, мука, молоко, зубная паста, раствор крахмала, раствор сахара. Ход работы: 1 Инструктаж по ТБ Меры безопасности: Осторожно использовать стеклянную посуду. Правила первой помощи: При ранении стеклом удалите осколки из раны, смажьте края раны раствором йода и перевяжите бинтом. При необходимости обратиться к врачу.
Опыт № 1. Приготовление суспензии карбоната кальция в воде
Суспензии имеют ряд общих свойств с порошками, они подобны по дисперсности. Если порошок поместить в жидкость и перемешать, то получится суспензия, а при высушивании суспензия снова превращается в порошок.
В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и всыпать 1-2 ложечки карбоната кальция. Пробирку закрыть резиновой пробкой и встряхнуть пробирку несколько раз. Опишите внешний вид и видимость частиц. Оцените способность осаждаться и способность к коагуляции Запишите наблюдения.
На что похожа полученная смесь?
Опыт № 2. Получение эмульсии моторного масла
В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и 1-2 мл масла, закрыть резиновой пробкой и встряхнуть пробирку несколько раз. Изучить свойства эмульсии. Опишите внешний вид и видимость частиц Оцените способность осаждаться и способность к коагуляции Добавьте каплю ПАВ (эмульгатора) и перемешайте ещё раз. Сравните результаты. Запишите наблюдения.
Опыт № 3. Приготовление коллоидного раствора и изучение его свойств
В стеклянный стакан с горячей водой внести 1-2 ложечки муки(или желатина), тщательно перемешать. Оцените способность осаждаться и способность к коагуляции. Пропустить через раствор луч света фонарика на фоне темной бумаги. Наблюдается ли эффект Тиндаля?
Вопросы для выводов
Как отличить коллоидный раствор от истинного?
Значение дисперсных систем в повседневной жизни.
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ ИЗДÀТЕЛЬСТВО ТГТУ Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ Лабораторные работы для студентов 3 курса специальности 240901 «Пищевая биотехнология» Тамбов Издательство ТГТУ 2006 УДК 541.18 ББК 24.6 М15 Р е це н зе н т кандидат химических наук Н.Ф. Гладышев Автор ы-со ст ав ите ли: Е.И. Муратова, А.А. Ермаков М15 Поверхностные явления и дисперсные системы: Лабораторные работы / Авт.-сост.: Е.И. Муратова, А.А. Ермаков. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006. 48 с. Даны лабораторные работы по изучению особенностей поверхностных явлений и свойств многочисленных дисперсных систем – объектов пищевой биотехнологии. Представлен широкий спектр методов, приборов и установок для исследования поверхностных явлений (поверхностного натяжения, адсорбции) и дисперсных систем (золей, суспензий, эмульсий, пен и др.). Лабораторные работы составлены в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профес- сионального образования для специальности 240901 «Пищевая биотехнология» и программой дисциплины «Поверхност- ные явления и дисперсные системы» и предназначены для студентов 3 курса. УДК 541.18 ББК 24.6 Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ), 2006 Учебное издание ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ Лабораторные работы Авторы-составители: Муратова Евгения Ивановна, Ер ма ков Александр Анатольевич Редактор З.Г. Чер но ва Компьютерное макетирование Е.В. Кораблево й Подписано к печати 30.01.2006 Гарнитура Тimes New Roman. Формат 60 × 84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем: 2,79 усл. печ. л.; 2,9 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. С. 25М Издательско-полиграфический центр ТГТУ 392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14 ВВЕДЕНИЕ В последние годы произошло значительное расширение ассортимента пищевых продуктов, получили широ- кое распространение комбинированные продукты питания функционального назначения, продукты-аналоги, гид- робионты и др. Проектирование рецептур таких продуктов и разработка технологий их получения должны вестись с учетом коллоидно-химических свойств пищевых масс. Дисциплина «Поверхностные явления и дисперсные системы» (коллоидная химия) входит в федеральный компонент государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности «Пищевая биотехнология». Необходимость ее изучения вызвана тем, что практически все пищевые массы пред- ставляют собой дисперсные системы, физико-химические свойства которых следует учитывать при производстве и хранении продовольственных продуктов. По выражению Бехгольда «приемы кулинарии являются ничем иным как практическим применением коллоидной химии». В соответствии с квалификационными требованиями государственного образовательного стандарта выпуск- ники специальности «Пищевая биотехнология» должны знать теоретические и технологические основы образова- ния и разрушения пищевых дисперсных систем, коллоидно-химические свойства пищевого сырья и готовой про- дукции; владеть методами исследования пищевых дисперсных систем и иметь практические навыки работы с со- ответствующим лабораторным оборудованием; уметь использовать полученные знания и практические навыки для проектирования комбинированных продуктов питания, выбора оптимальных технологических режимов работы оборудования, получения продукции высокого качества. Представленные в пособии лабораторные работы охватывают наиболее значимые для пищевых производств разделы коллоидной химии. Их выполнение позволит будущему инженеру-биотехнологу познакомиться со спосо- бами получения и свойствами суспензий, золей, эмульсий, пен; освоить современные методики, приборы и уста- новки; исследовать влияние рецептурных и технологических параметров на величину поверхностного натяжения, удельную адсорбцию, полную обменную емкость ионитов, реологические свойства различных пищевых дисперс- ных систем. Надеемся, что полученные знания и навыки будут способствовать более глубокому пониманию сту- дентами специальных технологических курсов. Лабораторная работа 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ Цель работы: измерение поверхностного натяжения; определение зависимости поверхностного натяжения жидкостей от температуры, природы и концентрации растворенного вещества. Общие теоретические положения Поверхностное натяжение σ является важной характеристикой поверхности раздела фаз и поверхностных яв- лений. Оно характеризует избыток поверхностной энергии, приходящейся на единицу межфазной поверхности и выражается в Дж/м2 или Н/м. Чем больше различия в интенсивности межмолекулярных взаимодействий гранича- щих фаз, тем больше поверхностное натяжение. При температуре 20 °С поверхностное натяжение ртути составля- ет 485,0 мДж/м2, воды – 72,8 мДж/м2, этанола – 22,0 мДж/м, подсолнечного масла – 33,0 мДж/м, сливок – 42,0 мДж/м, вина – 45…55 мДж/м2. 2 2 2 Поверхностное натяжение раствора σ почти всегда отличается от поверхностного натяжения растворителя σ0, так как растворенные вещества в зависимости от их природы могут концентрироваться на поверхности раствора или переходить в объем раствора. Вещества, которые уменьшают поверхностное натяжение, называются поверхностно- активными (ПАВ). ПАВ относительно воды являются спирты, органические кислоты, амины и др. Поверхностное натяжение индивидуальных веществ на границе с газом повышается с повышением темпера- туры, причем температурный коэффициент α имеет практически постоянное отрицательное значение. Для боль- шинства полярных жидкостей σT = σ 0 − α∆T , где σT и σ0 – поверхностное натяжение при температуре Т и стан- дартной температуре; ∆T – разность температур; α = –dσ/dt. Наиболее доступными для экспериментального измерения поверхностного натяжения являются системы жидкость–газ и жидкость–жидкость. Наиболее часто используют статические или полустатические методы, позво- ляющие измерять равновесные значения поверхностного натяжения жидкостей. К статическим относятся методы капиллярного поднятия жидкости и висячей (лежащей) капли. Полустатическими являются методы максимального давления в капле (пузырьке), отрыва кольца или пластины и сталагмометрический метод. Наиболее часто для оп- ределения поверхностного натяжения применяют следующие методы: наибольшего давления, сталагмометриче- ский, отрыва кольца и уравновешивания пластинки (метод Вильгельми). Метод наибольшего давления основан на продавливании пузырька газа или воздуха под воздействием внеш- нею давления р через калиброванный капилляр радиусом r0 (рис. 1.1, а). С увеличением давления пузырек растет, а радиус кривизны его поверхности R превышает радиус капилляра (положение 1: R > r0). Дальнейшее увеличение объема пузырька будет происходить до тех пор, пока внутреннее давление достигнет своего максимального значе- ния; радиус кривизны при этом будет минимальным, т.е. R = r0 (положение 2). а) б) в) г) Рис. 1.1 Методы определения поверхностного натяжения: а – наибольшего давления; б – сталагмометрический; в – отрыва кольца; г – уравновешивания пластинки В этот момент пузырек потеряет устойчивость: при увеличении его объема он отрывается от капилляра. Если в момент отрыва пузырька измерить давление р, то поверхностное натяжение можно выразить следующим обра- зом: 2σ pr p= →σ= 0 . (1.1) r0 2 Для того чтобы не измерять радиус капилляра, можно определить р для жидкости, поверхностное натяжение которой известно. В качестве эталонной жидкости часто используют воду. Тогда вместо формулы (1.1) можно за- писать p σ = σ H 2O . (1.2) p H 2O В сталагмометрическом методе определяют вес капли, которая отрывается от капилляра (см. рис 1.1, б) под действием силы тяжести или в результате выдавливания микрошприцом. Приближенно считают, что при отрыве вес капли Рк уравновешивается силой, равной поверхностному натяжению, умноженному на длину окружности капилляра радиусом r0 т.е. r0 σ Pk 1 P = 2π →σ= ; (1.3) k1 2πr0 σ = km , (1.4) где k – постоянная сталагмометра; m – масса одной капли. При измерении поверхностного натяжения методом наибольшего давления и сталагмометрическим методом пузырек и капля формируются сравнительно быстро за время, недостаточное для образования адсорбционного слоя растворенных молекул ПАВ, особенно, если они имеют сравнительно большую молекулярную массу. В этих условиях не успевает установиться равновесное поверхностное натяжение. Для подобных растворов рекомендует- ся увеличивать время формирования пузырька или капли до тех пор, пока давление или число капель станут по- стоянными. В методе отрыва кольца (см. рис. 1.1, в) измеряют силу F, которой противодействует поверхностное натяже- ние жидкости, смачивающей периметр поверхности кольца, r0 σ F = 4π . (1.5) k Коэффициент k является поправочным, он учитывает что поднимающийся при отрыве кольца столб жидкости не имеет формы правильного полого цилиндра. В методе уравновешивания пластинки (или методе Вильгельми) определяют силу F, необходимую для из- влечения из жидкости погруженной в нее тонкой пластинки шириной h (см. рис. 1.1, г), F = 2σh . (1.6) Перечисленные выше методы определения поверхностного натяжения доступны, но имеют один общий не- достаток – низкую точность измерений. Более точным является метод капиллярного поднятия в том случае, если капилляр хорошо смачивается водой, а его диаметр не изменяется по высоте, что в лабораторных условиях не все- гда соблюдается. Причем, чем меньше радиус капилляров, тем точнее результаты измерений поверхностного на- тяжения. В основе метода капиллярного поднятия лежит зависимость высоты поднятия жидкости h в узком капилляре от ее поверхностного натяжения. В соответствии с уравнением Лапласа избыточное давление связано с высотой h жидкости в капилляре соотношениями 2σ ∆p = ; (1.7) rm ∆ p = ∆ ρ gh , (1.8) где rm – радиус кривизны мениска жидкости в капилляре; ∆ρ – разность плотностей жидкости и газовой фазы; g – уско- рение свободного падения. Вводя так называемую капиллярную постоянную а, 2σ а2 = = rm h , (1.9) ∆ρg и учитывая угол смачивания θ жидкостью стенок капилляра радиусом r, из уравнений (1.8) и (1.9) получаем ∆ρgrh a 2 ∆ρg σ= = . (1.10) 2 cos θ 2 cos θ Последнее соотношение известно как уравнение Жюрена. Таким образом, для определения поверхностного натяжения жидкостей этим методом экспериментально находят высоту поднятия h, радиус капилляра r и угол сма- чивания θ. Метод капиллярного поднятия является одним из наиболее точных (относительная погрешность менее 0,01 %). Порядок выполнения лабораторной работы 1 Прежде чем приступить к выполнению практической части лабораторной работы, следует внимательно прочитать материалы теоретической части и изучить схему лабораторной установки (рис. 1.2). 2 Заполните сталагмометр исследуемой жидкостью (в том числе и носик) и закройте кран сталагмометра. 3 По секундомеру установите скорость истечения жидкости 15 – 20 капель в минуту. 4 Произведите подсчет капель истекающей из сталагмометра жидкости в мерный цилиндр объемом 10 мл. 5 Результат измерения числа капель исследуемой жидкости запишите в табл. 1.1. Для расчета используйте формулы (1.4) и данные табл. 1.2. 6 Вновь заполните сталагмометр исследуемой жидкостью. Установите следующую температуру в термоста- те и повторите измерение согласно пп. 3-4. Таким же образом проведите отсчет капель жидкости при всех указан- ных температурах. Результаты внесите в табл. 1.1. 20 °С 20 0 С 40 °С 1 40 0 С 1 60 °С 60 0 С 2 2 3 3 4 4 Рис. 1.2 Схема лабораторной установки: 1 – термостат; 2 – сталагмометр; 3 – мерный цилиндр; 4 – штатив 1.1 Результаты исследования зависимости σ от температуры Постоян- ная Объем Масса № Количество капель Поверхностное сталагмометра k, Темпера-тура t, °С жидкости одной опыта n, шт. натяжение σ, Дж/м2 Дж/(м2·кг) V, мл капли m, кг 1 20 2 40 3 60 1.2 Плотность некоторых жидкостей при различных температурах Плотность, кг/м3, при 7 Повторите измерения при по- Вещество 20 °С 40 °С 60 °С стоянной температуре, но при изме- нении концентрации исследуемой Вода 998 992 983 жидкости. Заполните табл. 1.3. Уксусная кислота 1048 1027 1004 8 Постройте графики зависимо- Этанол 789 772 754 сти поверхностного натяжения от температуры (σ = f (t °С)) и от кон- центрации (σ = f (с)) и сформулируйте выводы. 1.3 Результаты исследования зависимости σ от концентрации Постоянная ста- Концентрация Объем Поверхностное № Количество ка- Масса одной лагмо-метра k, исследуемой жидкости натяжение σ, опыта пель n, шт. капли m, кг Дж/(м2·кг) жидкости с, % V, мл Дж/м2 1 2 3 4 Вопросы для самоконтроля 1 Какова причина возникновения избыточной поверхностной энергии? 2 Что называется поверхностным натяжением? В каких единицах оно измеряется? 3 От чего зависит величина поверхностного натяжения? 4 Какие вещества называют поверхностно-активными? Приведите примеры ПАВ. 5 Какие методы измерения поверхностного натяжения Вы знаете? 6 В чем заключается сталагмометрический метод определения σ? 7 На чем основан метод капиллярного поднятия, использующийся для определения σ? 8 Какие величины в выполненной лабораторной работе являются экспериментальными (справочными, рас- четными)? Лабораторная работа 2 ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИИ ИЗ БИНАРНЫХ РАСТВОРОВ НА ТВЕРДЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ Цель работы: определение гиббсовской (избыточной) адсорбции на твердом адсорбенте из бинарных рас- творов; расчет гиббсовской адсорбции компонентов раствора по изменению состава раствора при адсорбции; по- строение изотерм избыточных величин адсорбции и их анализ. Общие теоретические положения Дисперсные системы характеризуются сильно развитой поверхностью раздела фаз, следовательно, ∆G = σS > 0. В любых дисперсных системах ∆G стремится к уменьшению за счет уменьшения σ или S. Адсорбция относится к поверхностным явлениям, приводящим к самопроизвольному уменьшению σ, т.е ∆G = σS < 0. Адсорбцией называется самопроизвольное перераспределение (сгущение, концентрирование) растворенного вещества из объема фазы на поверхность раздела фаз, отнесенное к единице поверхности. Процесс, обратный ад- сорбции, называется десорбцией. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсор- бентом (как правило, это вещество с большей плотностью). Вещество, которое может адсорбироваться, называет- ся адсорбтив, а которое уже адсорбировалось – адсорбат (как правило, это газообразные или жидкие вещества). В зависимости от агрегатного состояния адсорбента и адсорбтива различают адсорбцию на границе твердое тело – газ (т-г), жидкости и газа (ж-г) и твердого тела и жидкости (т-ж). При установлении равновесия адсорбция ↔ десорбция количество адсорбированного вещества в поверхностном слое зависит от концентрации, давления и температуры. Адсорбцию выражают в абсолютных и избыточных величинах. Абсолютная адсорбция (А) – это количество адсорбата на единице поверхности адсорбента. Она равна концентрации адсорбата в поверхностном слое сS ум- ноженной на толщину этого слоя h: А = cSh. (2.1) Избыток адсорбата в поверхностном слое по сравнению с его первоначальным количеством в этом слое ха- рактеризует избыточную, или так называемую гиббсовскую адсорбцию (Г). Она показывает, насколько увели- чилась концентрация адсорбата в результате адсорбции: Г = A – ch = Г – N, (2.2) где с – равновесная концентрация адсорбтива в объеме; N – количество адсорбата в адсорбционном слое, когда его концентрация на поверхности соответствует концентрации в объемной фазе. Когда концентрация адсорбата на поверхности адсорбента значительно превышает его концентрацию в объе- ме, т.е. сS >> с, то величиной N можно пренебречь и считать, что Г = А. В случае адсорбции на границе раздела жидкость – газ и адсорбции на твердых гладких поверхностях вели- чины Г и А определяют относительно единицы площади границы раздела фаз, т.е. размерность Г и А будет моль/м2. Для твердого и особенно пористого порошкообразного адсорбента, имеющего значительную поверх- ность раздела фаз, адсорбцию выражают по отношению к единице массы адсорбента, т.е. в этом случае величины Г и А имеют размерность моль/кг. Таким образом, величина адсорбции для i-го компонента Г i = n/S (моль/м 2) или Г i = n/т (моль/кг), (2.3) где n – избыточное число молей адсорбата i-го компонента на поверхности по сравнению с eго содержанием в объеме; S – площадь поверхности раздела фаз, м2; т – масса пористого порошкообразного адсорбента, кг. В случае адсорбции одного компонента уравнения (2.3) упрощаются: Г = n/S или Г = n/т, (2.4) Зависимости количества адсорбированного вещества от его концентрации в растворе при постоянной темпе- ратуре называют изотермами адсорбции (рис. 2.1). ГГ С S Рис. 2.1 Изотерма адсорбции (Т = const) Адсорбция на твердых поверхностях имеет большое практическое значение. Ее используют в пищевой хи- мической, металлургической и других отраслях промышленности. При повышении пористости адсорбента увели- чивается степень извлечения вещества из смеси. В пищевой промышленности процесс адсорбции используют для ос- ветления сиропов, соков, бульонов и т.д. На практике используется более 200 различных адсорбентов. Порядок выполнения лабораторной работы Ча сть 1 Адсорбция уксусной кислоты активированным углем 1 В соответствии с табл. 2.1. приготовьте 10 колб с растворами уксусной кислоты различной концентрации из исходного раствора концентрацией 0,3 М СН3СООН и дистиллированной воды. 2 Взвесьте 10 навесок активированного угля массой 1 г. 3 В колбы с растворами внесите навески адсорбента (по одной в каждую колбу) и оставьте на 45 мин, перио- дически взбалтывая, для установления адсорбционного равновесия в системе. 4 Отделите растворы от адсорбента фильтрованием. 5 Отберите пипеткой 10 мл фильтрата в стаканчик и титруйте раствором 0,1н NaОН, в присутствии 0,1 % раствора фенолфталеина до появления устойчивой бледно-розовой окраски. 2.1 Приготовление растворов и результаты исследования адсорбции уксусной кислоты активированным углем 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Объем исследуемой жидкости 0,3 М 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 СН3СООН, мл Объем растворите- – 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ля, мл Объем щелочи по- шедшей на титро- вание 10 мл фильт- рата, мл Концентрация ук- сусной кислоты после адсорбции, г/м3 6 Вычислите концентрацию уксусной кислоты, оставшейся в растворе после адсорбции, и сравните ее с ис- ходной концентрацией. Постройте график зависимости и сформулируйте выводы. 7 Рассчитайте гиббсовскую адсорбцию и постройте изотерму адсорбции в координатах Г2 = f (х2). Ча сть 2 Адсорбция красителя активированным углем 1 В соответствии с табл. 2.2 приготовьте 10 колб с растворами бромфенол синего различной концентрации из исходного раствора концентрацией 0,005 г/л и дистиллированной воды. 2.2 Приготовление растворов и результаты исследования адсорбции бромфенола синего активированным углем 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Объем исследуемой 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 жидкости, мл Объем растворите- – 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ля, мл Оптическая плот- ность, D 2 Взвесьте 10 навесок активированного угля массой 1 г. 3 В колбы с растворами внесите навески адсорбента (по одной в каждую колбу) и оставьте на 45 мин, перио- дически взбалтывая, для установления адсорбционного равновесия в системе. 4 Отделите растворы от адсорбента фильтрованием. 5 Измерьте величину оптической плотности при помощи ФЭК-56, с кюветами толщиной 10 мм и оранжевым светофильтром № 8. 6 Постройте график зависимости оптической плотности от концентрации красителя. 7 По калибровочной кривой определите содержание красителя после адсорбции. 8 Рассчитайте гиббсовскую адсорбцию и постройте изотерму адсорбции в координатах Г2 = f (х2). Вопросы для самоконтроля 1 Дайте определение процессу адсорбции. Какие виды адсорбции Вы знаете? 2 Что называют адсорбатом, адсорбтивом, адсорбентом? 3 В чем отличие адсорбции на твердых поверхностях от адсорбции на поверхности жидкости? 4 Приведите примеры адсорбентов, которые применяют в пищевой промышленности. 5 Какие уравнения используются для описания процессов адсорбции? 6 Почему при некоторых пищевых отравлениях рекомендуют принимать таблетки активированного угля? 7 Как рассчитать гиббсовскую адсорбцию из раствора и построить изотерму адсорбции? 8 Какие факторы влияют на величину гиббсовской адсорбции? Лабораторная работа 3 ИОННООБМЕННАЯ АДСОРБЦИЯ Цель работы: определение полной обменной емкости катионита и константы ионного обмена. Общие теоретические положения Ионообменная адсорбция представляет собой процесс обмена ионов между раствором и твердой фазой – ад- сорбентом. Вещества, способные к ионному обмену, получили название ионитов. В зависимости от того какой вид ионов участвует в обмене, иониты делят на катиониты и аниониты. Широкое применение ионообменная адсорбция получила с развитием синтетических ионитов на основе органических смол, сульфоуглей, ионцеллюлоз. Наиболее важное техническое использование ионитов – это получение в производственных условиях деми- нерализованной воды, т.е. воды, не содержащей растворенных солей, в том числе солей жесткости. Для полного обессоливания воды ее последовательно пропускают через катионитовый и анионитовый фильтры. В сахарной промышленности иониты применяют для очистки диффузионного сока от электролитов – патокообразователей, что позволяет повысить выход сахара и уменьшить количество менее ценной патоки. В молочной промышленно- сти катиониты используют для частичного удаления из молока ионов кальция и магния с заменой их на ионы ка- лия и натрия и удаления радиоактивных веществ. Анионитной обработкой можно заменить во фруктовых соках кислоты, имеющие неприятный вкус, например яблочную. Иониты нашли также широкое применение для очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов. Ионообменная адсорбция имеет большое значение для земле- делия, так как от природы поглощенных почвой катионов зависит ее плодородие. Количественной характеристикой ионита является полная обменная емкость (ПОЕ): V с ПОЕ = общ, (3.1) m где Vобщ – суммарный объем раствора, содержащий вытесненную из смолы кислоту; с – концентрация кислоты; m – масса ионита смолы в колонке. ПОЕ можно определить статическим или динамическим методом, основанным обычно на реакциях, проте- кающих в водных растворах: − − RS О 3 H+ + NaOH → RS О 3 Na+ + H2O; − − RN Н 3 OH+ + HCl → RN Н 3 Cl+ + H2O. При статическом методе смолу, например катионит в Н+-форме, титруют раствором щелочи. При динамиче- ском методе через колонку с ионообменной смолой пропускают раствор электролита и регистрируют зависимость концентрации поглощаемого иона в выходящем растворе (элюате) от объема пошедшего раствора (выходная кри- вая). В работе ПОЕ сульфокатионита в Н+-форме определяют динамическим методом по количеству кислоты в элюате, образующейся в результате вынесения из смолы ионов Н+ ионами Na+: − − RS О 3 H+ + Na+ + Cl– → RS О 3 Na+ + H+ + Cl–.
Методические указания по проведению
Дисциплина: Химия
Тема:
Продолжительность: 2 часа
Для специальностей: технического профиля
Тема: Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии
моторного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем.
Цели работы: 1.Закрепляем и углубляем знания о приготовлении суспензии карбоната кальция в
воде, получении эмульсии моторного масла. Знакомимся со свойствами дисперсных
2. Вырабатываем умение логически последовательного изложения материала.
3. Формируем навык оформления лабораторной работы по стандарту.
Теоретические основы :
Среди всего многообразия смесей особое место занимают гетерогенные, т. е. такие, частицы компонентов которых заметны не вооруженным глазом или с помощью оптических приборов (лупы, увеличительного стекла, микроскопа).
Гетерогенные смеси могут состоять как из равномерно, так и из неравномерно распределенных компонентов. В первом случае гетерогенные смеси называют дисперсными системами.
Дисперсными системами называют гетерогенные смеси, в которых одно вещество в виде очень мелких частиц равномерно распределено в другом.
То вещество, которое распределено в другом, называют дисперсной фазой . Вещество, в котором распределена дисперсная фаза, носит название дисперсионной среды .
В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды различают восемь типов дисперсных систем.
Классификация дисперсных систем
По размеру частиц дисперсной фазы различают:
Грубодисперсные системы (нанеси) - размер частиц более 100 пм;
Тонкодисперсные (коллоидные) системы (или коллоиды) - размер частиц от 1 до 100 пм.
Взаимодействием раствора гидроксида кальция с углекислым газом можно получить грубодисперсную систему:
Са(ОН) 2 + СО 2 = СаСО 3 ↓+ Н 2 0
Малорастворимый карбонат кальция в виде мельчайших крупинок находится в воде во взвешенном состоянии. Полученная мутная жидкость - это дисперсная система, называемая суспензией .
Однако пройдет немного времени, и частицы карбоната кальция под действием силы тяжести осядут на дно стакана, жидкость станет прозрачной. Это доказательство того, что наша система получилась грубодисперсной.
Грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой называют суспензиями .
Суспензиями являются многие краски, побелка, строительные растворы (цементный раствор, бетон), пасты (в том числе зубная), кремы, мази.
Грубодисперсную систему можно получить из двух не смешивающихся друг с другом жидкостей, например взбалтывая растительное масло с водой. Такая смесь называется эмульсией. Со временем она расслаивается, так как тоже представляет собой грубодисперсную систему. Примерами эмульсий могут служить молоко (капельки жира в водной основе), майонез, млечный сок каучуконосных деревьев (латекс), пестицидные препараты для обработки посевов.
Аэрозоли - это грубодисперсные системы, в которых дисперсионной средой является воздух, а дисперсной фазой могут быть капельки жидкости (облака, радуга, выпущенный из баллончика лак для волос или дезодорант) или частицы твердого вещества (пылевое облако, смог).
Если частицы дисперсной фазы достаточно малы, коллоидная система называется тонкодисперсной и напоминает истинный раствор, отсюда и происходит название - коллоидный раствор. Такая система образуется, например, при растворении небольшого количества яичного белка в воде.
По внешнему виду коллоидный раствор трудно отличить от истинного для этого можно воспользоваться специфическим оптическим свойством коллоидных растворов. Оно заключается в появлении в коллоидном растворе светящейся дорожки при пропускании через него луча света. Это явление называют эффектом Тиндаля . Такой эффект можно наблюдать, пропуская луч лазерной указки через раствор белка.
Эффект Тиндаля. Пропускание ла света через растворы:
1 - истинный раствор; 2 - коллоидный раствор
Объясняется эффект Тиндаля тем, что размер частиц дисперсной фазы (от 1 до 100 нм) в коллоидной системе составляет примерно 1/10 длины волны видимого излучения. Частицы такого размера вызывают рассеивание света, приводящее к характерному визуальному эффекту.
Существует несколько основных способов получения коллоидных систем. Один из них - дробление вещества на мелкие частицы, которое можно осуществлять механически с помощью специальных машин - коллоидных мельниц. Так получают, например, тушь, жидкие акварельные, водоэмульсионные и вододисперсионные краски.
Классификация дисперсных систем может быть представлена следующим образом:
Важнейшими типами коллоидных систем являются золи и гели (студни).
Золи - это коллоидные системы, в которых дисперсионной средой является жидкость, а дисперсной фазой - твердое вещество.
С течением времени при нагревании или под действием электролитов частицы золя могут укрупняться и оседать. Такой процесс называют коагуляцией.
Гели - особое студнеобразное коллоидное состояние. При этом отдельные частицы золя связываются друг с другом, образуя сплошную пространственную сетку. Внутрь ячеек сетки попадают частицы растворителя. Дисперсная система теряет свою текучесть, превращаясь в желеобразное состояние. При нагревании гель может превратиться в золь.
Получить гель можно химическим путем, если, например, к раствору сульфата меди(II) добавить несколько капель раствора гидроксида натрия, образуется гель осадка гидроксида меди(II):
СuSО 4 + 2NаОН = Cu(ОН) 2 ↓ + Nа 2 SО 4
Осадки гидроксидов металлов, кремниевой кислоты принято называть студневидными.
Гели широко распространены в нашей повседневной жизни. Любому известны пищевые гели (зефир, мармелад, холодец), косметические (гель для душа), медицинские.
Для гелей с жидкой дисперсионной средой характерно явление синерезиса (или расслоения) - самопроизвольного выделения жидкости. При этом частицы дисперсной фазы уплотняются, слипа ются и образуют твердый коллоид а к дисперсионной среде возвращается текучесть.
Чаще всего с явлением синерезиса приходится бороться, поскольку именно оно ограничивает сроки годности пищевых косметических, медицинских гелей.
Например, при длительном хранении мармелада и торта «Птичье молоко» выделяется жидкость, они становятся непригодными к употреблению.
Из твердого коллоида желатина (продукта белкового происхождения) при набухании в теплой воде образуется студнеобразный гель - желе. Но в кулинарных рецептах всегда предупреждают: нельзя доводить желе до кипения, иначе гель превратится в золь и не примет студневидной формы.
Окружающий нас мир представляет собой красочное многообразие различных дисперсных систем. Посмотрим вокруг.
Например, косметика и средства гигиены: зубная паста, мыло, шампунь, лак для ногтей, губная помада, тушь, крем, облачко дезодоранта, выпущенное из баллончика, - все
это дисперсные системы. Теперь заглянем на кухню. Молоко, мясной бульон, пирожное, зефир, майонез, кетчуп - тоже дисперсные системы. Выйдем на улицу, и снова дисперсные системы: облака, дым, смог, туман. Заглянем в аптеку - и опять дисперсные системы: мази, гели, пасты, спреи, суспензии. Наш собственный организм представляет сочетание бесчисленного множества коллоидных систем: содержимое клеток, кровь, лимфа, пищеварительный сок, тканевые жидкости. Недаром биологи сходятся во мнении, что возникновение жизни на нашей планете - это эволюция коллоидных систем.
Входной контроль:
Отвечаем на вопросы:
1. Охарактеризуйте понятие «дисперсная система».
Чем дисперсная система отличается от остальных смесей?
2. Какие типы дисперсных систем в зависимости от агрегатного состояния среды и фазы вы знаете? Приведите примеры. Охарактеризуйте их значение в природе и жизни человека.
Ход выполнения работы:
Опыт №1 Приготовление суспензии карбоната кальция в воде
Оборудование и реактивы : лабораторный штатив с лапкой, штатив с пробирками, гидроксид кальция Са(ОН) 2 (известковая вода).
В пробирку налейте 4-5 мл свежеприготовленного раствора гидроксида кальция (известковой воды) и осторожно через трубочку продувайте через него выдыхаемый воздух.
Известковая вода мутнеет в результате протекания реакции:
Са(ОН) 2 + СО 2 = …
Опыт № 2 Получение эмульсии моторного масла
Оборудование и реактивы : лабораторный штатив с лапкой, штатив с пробирками, моторное масло.
В коническую колбу с водой добавьте немного моторного масла и взболтайте.
Отвечаем на вопрос: Что наблюдаем?
Опыт №3 Ознакомление с дисперсными системами
Приготовьте небольшую коллекцию образцов дисперсных систем из имеющихся дома суспензий, эмульсий, паст и гелей. Каждый образец снабдите фабричной этикеткой. Поменяйтесь с соседом коллекциями и затем распределите образцы коллекции в соответствии с классификацией дисперсных систем.
Ознакомьтесь со сроками годности пищевых, медицинских и косметических гелей.
Отвечаем на вопрос: Каким свойством гелей определяется срок годности?
Выходной контроль:
Отвечаем на вопросы:
1. Какие процессы, происходящие в дисперсных системах, ограничивают срок годности продуктов, лекарственных и косметических препаратов?
Выполняем задание:
Приведите примеры эмульсий, суспензий, золей, аэрозолей, гелей и внесите их в таблицу.
Сделайте общий вывод в соответствии с целями, поставленными перед вами в этой работе.
Список литературы:
1. О.С. Габриелян, И.Г. Остроумова «Химия» [текст]:- учебник для профессий и специальностей Технического профиля. Москва, Издательский дом «Академия», 2012 г.
2. Габриелян О.С. Химия в тестах, задачах, упражнениях: учеб. пособие для студ. сред. проф. учебных заведений / О.С. Габриелян, Г.Г. Лысова – М., 2006.
3. Габриелян О.С. Практикум по общей, неорганической и органической химии: учеб. пособие для студ. сред. проф. учеб. заведений / Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Дорофеева Н.М. – М., 2007.
4. Ерохин Ю.М. Химия: учебник для средне профессиональных учебных заведений, 4-е изд. М.: Издательский Центр Академия, 2004-384 с.
5. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия: органическая химия: учебник для 10 кл. ОУ, 8-е изд. М. Просвещение, 2001, 160 с.
6. www.twirpx.com - Учебные материалы.
7. www.amgpgu.ru - Лекционный курс.
8. www.uchportal.ru – Учительский портал.
9. http://o5-5.ru – 5 и 5 Учебный материал.
Лабораторная работа №1
Ознакомление со свойствами смесей и дисперсных систем
Цель: получить дисперсные системы и исследовать их свойства
Оборудование: пробирки, штатив*
Реактивы: дистиллированная вода, раствор желатина, кусочки мела, раствор серы
Методические указания:
1. Приготовление суспензии карбоната кальция в воде.
Налить в 2 пробирки по 5мл дистиллированной воды.
В пробирку №1 добавить 1мл 0,5%-ного раствора желатина.
Затем в обе пробирки внести небольшое количество мела и сильно взболтать.
Поставить обе пробирки в штатив и наблюдать расслаивание суспензии.
Ответьте на вопросы:
Одинаково ли время расслаивания в обеих пробирках? Какую роль играет желатин? Что является в данной суспензии дисперсной фазой и дисперсионной средой?
2. Исследование свойств дисперсных систем
К 2-3мл дистиллированной воды добавьте по каплям 0,5-1мл насыщенного раствора серы. Получается опалесцирующий коллоидный раствор серы. Какую окраску имеет гидрозоль?
3. Напишите отчет:
В ходе работы отобразите проведенные опыты и их результат в виде таблицы:
Сделайте и запишите вывод о проделанной работе.
Практическая работа №2
Приготовление раствора заданной концентрации
Цель: приготовить растворы солей определенной концентрации.
Оборудование: стакан, пипетка, весы, стеклянная лопаточка, мерный цилиндр
Реактивы: сахар, поваренная соль, пищевая сода, холодная кипяченая вода
Методические указания:
Приготовьте раствор вещества с указанной массовой долей вещества (данные указаны в таблице для десяти вариантов).
Произведите расчеты: определите, какую массу вещества и воды потребуется взять для приготовления раствора, указанного для вашего варианта.
№ варианта | наименование веществ | массовая доля вещества | масса раствора |
сахар | 10 % | 200 г |
|
поваренная соль | 15 % | 150 г |
|
пищевая сода | 100 г |
||
сахар | 20 % | 50 г |
|
поваренная соль | 100 г |
||
пищевая сода | 30 % | 150 г |
|
сахар | 200 г |
||
поваренная соль | 35 % | 150 г |
|
пищевая сода | 50 % | 100 г |
|
сахар | 50 г |
- Отвесьте соль и поместите ее в стакан.
- Отмерьте измерительным цилиндром необходимый объем воды и вылейте в колбу с навеской соли.
Внимание! При отмеривании жидкости глаз наблюдателя должен находиться в одной плоскости с уровнем жидкости. Уровень жидкости прозрачных растворов устанавливают по нижнему мениску.
- Напишите отчет о работе:
-укажите номер практической работы, ее название, цель, используемое оборудование и реактивы;
Оформите расчеты в виде задачи;
Схемой отобразите приготовление раствора;
Сделайте и запишите вывод.
Лабораторная работа №2
Свойства неорганических кислот
Цель: изучить свойства неорганических кислот на примере соляной кислоты
Оборудование: пробирки, шпатель, пипетка, пробиркодержатель, спиртовка*
Реактивы: раствор соляной кислоты, лакмус, фенолфталеин, метилоранж; гранулы цинка и меди, оксид меди, раствор нитрата серебра.
Методические указания:
1. Испытание растворов кислот индикаторами:
В три пробирки налейте раствор соляной кислоты и поставьте их в штатив.
В каждую из пробирок добавьте несколько капель каждого индикатора: 1- метилоранж, 2- лакмус, 3- фенолфталеин. Зафиксируйте результат.
2. Взаимодействие кислот с металлами:
Возьмите две пробирки и поместите в 1 – гранулу цинка, во 2 – гранулу меди.
3. Взаимодействие с оксидами металлов:
Поместите в пробирку порошок оксида меди (II), прилейте раствора соляной кислоты. Нагрейте пробирку и зафиксируйте результат и объясните.
4. Взаимодействие с солями:
В пробирку налейте раствор нитрата серебра и добавьте раствор соляной кислоты. Результат зафиксируйте и объясните.
5. Напишите отчет о работе:
Укажите номер лабораторной работы, ее название, цель, используемое оборудование и реактивы;
Заполните таблицу
Наименование опыта | Схема проведения опыта | Наблюдения | Объяснение наблюдений | Химическое уравнение реакции |
|
*(при наличии технической возможности) компьютер, OMS модуль
Лабораторная работа №3
«Факторы, влияющие на скорость химической реакции»
Цель: выявить зависимость скорости химической реакции от различных факторов.
Оборудование: пробирки, стаканы, шпатель, электроплитки, колбы, мерный цилиндр, штатив, газоотводные трубки, весы, воронка, фильтровальная бумага, стеклянная палочка*
Реактивы: гранулы цинка, магния железа, кусочки мрамора, соляная и уксусная кислота; цинковая пыль; пероксид водорода, оксид марганца (II).
Методические указания:
1. Зависимость скорости химической реакции от природы веществ.
Налейте в три пробирки раствор соляной кислоты. В первую пробирку положите гранулу магния, во вторую – гранулу цинка, в третью – гранулу железа.
Возьмите 2 пробирки: в 1 – налейте соляной кислоты, во 2 – уксусной кислоты. В каждую пробирку положите по одинаковому кусочку мрамора. Зафиксируйте наблюдения, определите какая реакция идет с большей скоростью и почему.
2. Зависимость скорости химической реакции температуры.
В два химических стакана налейте одинаковое количество соляной кислоты и накройте их стеклянной пластинкой. Поставьте оба стакана на электроплитку: для первого стакана установите температуру - 20˚С, для второго - 40˚С. На каждую стеклянную пластинку положите по грануле цинка. Приведите приборы в действие, одновременным сбрасыванием гранул цинка с пластинок. Зафиксируйте наблюдений и объясните.
3. Зависимость скорости химической реакции от площади соприкосновения реагентов.
Соберите две одинаковых установки:
В колбы налейте по 3 мл соляной кислоты одинаковой концентрации, установите их горизонтально на штативе, шпателем в первую колбу (в ее горлышко) поместите порошок цинка, во вторую – гранулу цинка. Закройте колбы газоотводными т рубками. Одновременно приведите приборы в действие повернув их в вертикальную плоскость на 90 градусов против часовой стрелки.
4. Зависимость скорости химической реакции от катализатора.
В два химических стакана налейте одинаковое количество 3% пероксида водорода. Взвесьте один шпатель катализатора – оксида марганца (II). В первый стакан добавьте взвешенный катализатор. Что наблюдаете, оцените скорость разложения пероксида водорода с катализатором и без него.
5. Напишите отчет:
Проведенные опыты, их результаты и объяснения зафиксируйте в виде таблицы
Сформулируйте и запишите вывод о влияние каждого фактора на скорость химической реакции
*(при наличии технической возможности) компьютер, OMS модуль
Практическая работа №3
Решение экспериментальных задач по теме: «Металлы и неметаллы»
Цель: научиться распознавать предложенные вам вещества, используя знания об их химических свойствах.
Оборудование: штатив с пробирками
Реактивы: растворы нитрата натрия, сульфата натрия, хлорида натрия, фосфата натрия, нитрата бария, нитрата кальция, нитрата серебра и нитрата меди
Методические указания:
1. Распознавание неметаллов:
В четырех пробирках находятся растворы: 1 - нитрата натрия, 2 - сульфата натрия, 3 – хлорид натрия, 4 – фосфат натрия, определите в какой из пробирок находится каждое из указанных веществ (для определения аниона следует подобрать такой катион, с которым анион даст осадок).
2. Распознавание металлов:
В четырех пробирках находятся растворы: 1 – нитрата бария, 2 – нитрата кальция, 3 - нитрата серебра, 4 – нитрат меди, определите в какой из пробирок находится каждое из указанных веществ (для определения катиона металла следует подобрать такой анион, с которым катион даст осадок).
Результаты проведенных опытов зафиксируйте в отчетной таблице:
Укажите номер практической работы, ее название, цель, используемое оборудование и реактивы;
Заполните отчетные таблицы
Напишите вывод о способах идентификации металлов и неметаллов.
Лабораторная работа №4
«Изготовление моделей молекул органических веществ»
Цель: построить шаростержневые и масштабные модели молекул первых гомологов предельных углеводородов и их галогенопроизводных.
Оборудование: набор шаростержневых моделей.
Методические указания.
Для построения моделей используйте детали готовых наборов или пластилин с палочками. Шарики, имитирующие атомы углерода, готовят обычно из пластилина темной окраски, шарики, имитирующие атомы водорода, - из светлой окраски, атомы хлора – из зеленого или синего цвета. Для соединения шариков используют палочки.
Ход работы:
1. Соберите шаростержневую модель молекулы метана. На «углеродном» атоме наметьте четыре равноудаленные друг от друга точки и вставьте в них палочки, к которым присоединены «водородные» шарики. Поставьте эту модель (у нее должны быть три точки опоры). Теперь соберите масштабную модель молекулы метана. Шарики «водорода» как бы сплющены и вдавлены в углеродный атом.
Сравните шаростержневую и масштабную модели между собой. Какая модель более реально передает строение молекулы метана? Дайте пояснения.
2. Соберите шаростержневую и масштабную модели молекулы этана. Изобразите эти модели на бумаги в тетради.
3. Соберите шаростержневые модели бутана и изобутана. Покажите на модели молекулы бутана, какие пространственные формы может принимать молекула, если происходит вращение атомов вокруг сигма связи. Изобразите на бумаге несколько пространственных форм молекулы бутана.
4. Соберите шаростержневые модели изомеров C 5 H 12 . изобразите на бумаге.
5. Соберите шаростержневую модель молекулы дихлорметана CH 2 Cl 2
Могут ли быть изомеры у этого вещества? Попытайтесь менять местами атомы водорода и хлора. К какому выводу вы приходите?
6. Напишите отчет:
Укажите номер лабораторной работы, ее название, цель, используемое оборудование;
Зафиксируйте выполненные задания в виде рисунка и ответов на вопросы к каждому заданию
Сформулируйте и запишите вывод.
Практическая работа №4
Решение экспериментальных задач по теме: «Углеводороды»
Цель: научиться распознавать предложенные вам углеводороды, используя знания об их химических свойствах.
Методические указания:
Проанализируйте, как можно распознать пропан, этилен, ацетилен, бутадиен и бензол, исходя из знаний об их химических и физических свойствах
Результаты анализа зафиксируйте в отчетной таблице:
(укажите в таблице только наиболее отличительные свойства каждого из классов углеводородов)
3. Напишите отчет и сформулируйте вывод:
Укажите номер практической работы, ее название и цель
Заполните отчетную таблицу
Напишите вывод о способах идентификации углеводородов.
Лабораторная работа №5
«Свойства спиртов и карбоновых кислот»
Цель: на примере этанола, глицерина и уксусной кислоты изучить свойства предельных одноатомных спиртов, многоатомных спиртов и карбоновых кислот.
Оборудование: пробирки, металлические щипцы, фильтровальная бумага, фарфоровая чашка, газоотводная трубка, спички, шпатель, штатив, штатив для пробирок*
Реактивы: этанол, металлический натрий; сульфат меди(II), гидроксид натрия, глицерин; уксусная кислота, дистиллированная вода, лакмус, гранулы цинка, оксид кальция, гидроксид меди, мрамор, гидроксид кальция.
1. Свойства предельных одноатомных спиртов.
В две пробирки налейте этилового спирта.
В 1 добавьте дистиллированной воды и несколько капель лакмуса. Зафиксируйте наблюдения и объясните.
Во вторую пробирку металлическими щипцами поместите кусочек натрия, предварительно промокнув его в фильтровальной бумаге. Зафиксируйте наблюдения и объясните.
Выделяющийся газ соберите в пустую пробирку. Не переворачивая пробирку, поднесите к ней зажженную спичку. Зафиксируйте наблюдения и объясните.
В фарфоровую чашку налейте небольшое количество этилового спирта. С помощью лучинки подожгите спирт в чашке. Зафиксируйте наблюдения и объясните.
2. Качественная реакция на многоатомные спирты.
В пробирку налейте раствор сульфата меди (II) и раствор гидроксида натрия. Зафиксируйте наблюдения и объясните.
Затем прилейте небольшое количество глицерина. Зафиксируйте наблюдения и объясните.
3. Свойства предельных карбоновых кислот.
В пять пробирок налейте уксусной кислоты.
В 1 прилейте небольшое количество дистиллированной воды и несколько капель лакмуса. Во 2 поместите гранулу цинка. Выделяющийся газ соберите в пустую пробирку, и проверьте его на горючесть.
В 3 поместите один шпатель оксида кальция.
В 4 поместите один шпатель гидроксида меди.
В 5 поместите кусочек мрамора. Выделяющийся газ пропустите через раствор гидроксида кальция.
Зафиксируйте наблюдения в каждой из пяти пробирок, напишите уравнения химических реакций и объясните наблюдаемые изменения.
4. Напишите отчет по указанному ниже плану:
Укажите номер лабораторной работы, ее название, цель, используемое оборудование и реактивы;
Проведенные опыты, их результаты и объяснения зафиксируйте в виде таблицы (на двойном развороте страницы)
Наименование опыта | Схема проведения опыта (описание действий) | Наблюдения | Объяснение наблюдений | Химические уравнения реакций |
|
предельные одноатомные спирты | |||||
многоатомные спирты | |||||
карбоновые кислоты | |||||
Сформулируйте и запишите вывод о свойствах спиртов и карбоновых кислот
*(при наличии технической возможности) компьютер, OMS модуль
Лабораторная работа №6
«Свойства жиров и углеводов»
Цель: изучить свойства углеводов и доказать непредельный характер жидких жиров.
Оборудование: пробирки, мерная пипетка, спиртовка, стеклянная палочка, пробиркодержатель *
Реактивы: аммиачный раствор оксида серебра, раствор глюкозы, раствор сахарозы, раствор гидроксида натрия, раствор сульфата меди (II), растительное масло, бромная вода.
1. Свойства углеводов:
А) Реакция «серебряного зеркала»
В пробирку налейте аммиачный раствор оксида серебра (I). Добавьте пипеткой немного раствора глюкозы. Зафиксируйте наблюдения, объясните их исходя из строения молекулы глюкозы.
Б) Взаимодействие глюкозы и сахарозы с гидроксидом меди (II).
В пробирке №1 налито 0,5 мл раствора глюкозы, добавьте 2 мл раствора гидроксида натрия.
К полученной смеси добавьте 1 мл раствора сульфата меди (II).
К полученному раствору аккуратно добавьте 1 мл воды и нагрейте на пламени спиртовки до кипения. Прекратите нагревание, как только начнется изменение цвета.
Прибавьте к раствору сульфата меди (II) раствор сахарозы и смесь взболтайте. Как изменилась окраска раствора? О чем это свидетельствует?
Зафиксируйте наблюдения и ответьте на вопросы:
1. Почему образовавшийся вначале осадок гидроксида меди(II) растворяется с образованием прозрачного синего раствора?
2. Наличие каких функциональных групп в глюкозе обусловлена эта реакция?
3. Почему при нагревании происходит изменение цвета реакционной смеси с синего на оранжево-желтый?
4. Что представляет собой желто-красный осадок?
5. Наличие какой функциональной группы в глюкозе является причиной данной реакции?
6. Что доказывает реакции с раствором сахарозы?
2. Свойства жиров:
В пробирку прилить 2-3 капли растительного масла и добавить 1-2 мл бромной воды. Все перемешать стеклянной палочкой.
Зафиксируйте наблюдения и объясните.
3. Напишите отчет:
Укажите номер лабораторной работы, ее название, цель, используемое оборудование и реактивы;
Составьте схему каждого проведенного опыта, подпишите свои наблюдения на каждом этапе и уравнения химических реакций; ответьте на вопросы.
Сформулируйте и запишите вывод
*(при наличии технической возможности) компьютер, OMS модуль
Лабораторная работа №7
«Свойства белков»
Цель: изучить свойства белков
Оборудование: пробирки, пипетка, пробиркодержатель, спиртовка*
Реактивы: раствор куриного белка, раствор гидроксида натрия, раствор сульфата меди (II), концентрированная азотная кислота, раствор аммиака, раствор нитрата свинца, раствор ацетата свинца.
1. Цветные «реакции белков»
Налейте в пробирку раствор куриного белка. Добавьте 5-6 капель гидроксида натрия и взболтайте содержимое пробирки. Прибавьте 5-6 капель раствора сульфата меди (II).
Зафиксируйте наблюдения.
В другую пробирку налейте раствор куриного белка и добавьте 5-6 капель концентрированной азотной кислоты. Затем добавьте раствор аммиака и слегка нагрейте смесь. Зафиксируйте наблюдения.
2. Денатурация белка
Налейте в 4 пробирки раствор белка куриного яйца.
Раствор в первой пробирке нагрейте до кипения.
Во вторую добавьте по каплям раствор ацетата свинца.
В третью пробирку добавьте раствор нитрата свинца.
В четвертую прилейте в 2 раза больший объем органического растворителя (96% этанола, хлороформа, ацетона или эфира) и перемешайте. Образование осадка можно усилить добавлением нескольких капель насыщенного раствора хлорида натрия.
Зафиксируйте наблюдения и объясните.
3. Напишите отчет:
Укажите номер лабораторной работы, ее название, цель, используемое оборудование и реактивы;
Составьте схему каждого проведенного опыта, подпишите свои наблюдения на каждом этапе и объяснения происходящих явлений.
Сформулируйте и запишите вывод
*(при наличии технической возможности) компьютер, OMS модуль
Практическая работа №5
«Решение экспериментальных задач на идентификацию органических соединений»
Цель: обобщить знания о свойствах органических веществ, научиться распознавать органические вещества, на основе знаний о качественных реакциях для каждого класса веществ
Оборудование: пробирки, спиртовка, пробиркодержатель, пипетка, стеклянная палочка*
Реактивы: раствор белка, раствор глюкозы, пентен – 1, глицерин, фенол, хлорид железа (III), раствор гидроксида меди, аммиачный раствор оксида серебра, раствор брома в воде, нитрат свинца
1. Идентификация органических соединений.
Проведите эксперименты, на основе анализа которых определите в какой из пробирок находится каждое из указанных веществ: 1- раствор белка, 2- раствор глюкозы, 3 -пентен – 1, 4 - глицерин, 5 - фенол.
раствор брома в воде
нитрат свинца
В каждой ячейке нарисуйте полученный результат, отметьте реакции – индетифицирующие каждое из веществ. Сформулируйте и запишите вывод о способах идентификации органических веществ.
*(при наличии технической возможности) компьютер, OMS модуль
Урок по химии в 11 классе: «Дисперсные системы и растворы»
Цель - дать понятие о дисперсных системах, их классификация. Раскрыть значение коллоидных систем в жизни природы и общества. Показать относительность деления растворов на истинные и коллоидные.
Оборудование и материалы:
Технологические карты: схема-таблица, лабораторная работа, инструкции.
Оборудование для лабораторных работ:
Реактивы: раствор сахара, раствор хлорида железа (III), смесь воды и речного песка, желатин, клейстер, нефть, раствор хлорида алюминия, раствор поваренной соли, смесь воды и растительного масла.
Химические стаканы
Бумажные фильтры.
Черная бумага.
Фонарики
Ход урока по химии в 11 классе:
| Этап урока | Особенности этапа | Действия учителя | Действия учеников |
| Организационный (2 мин.) | Подготовка к уроку | Приветствует учеников. |
Готовятся к уроку. Здороваются с учителем. |
| Введение (5 мин.) | Введение в новую тему. |
Подводит к теме урока, задачам и «вопросам для себя» Знакомит с темой урока. Выводит на экран задачи сегодняшнего урока. |
Принимают участие в обсуждении темы. Знакомятся с темой урока и задачами (ПРИЛОЖЕНИЕ №1) Записывают три вопроса по теме, на которые хотели бы получить ответы. |
|
Теоретическая часть (15 мин.) |
Объяснение новой темы. | Дает задания для работы в группах по поиску нового материала (ПРИЛОЖЕНИЕ №3,4) | Объединившись в группы, выполняют задания сообразуясь с технологической картой, предоставленной схемой (ПРИЛОЖЕНИЕ №4) и требованиями учителя. |
| Подведение итогов по теоретической части (8 мин.) | Выводы на основе полученных теоретических знаний. |
Заранее вывешивает на доске пустые схемы (формат А3) для наглядного заполнения учениками. (ПРИЛОЖЕНИЕ №4) Совместно с учениками формулирует основные теоретические выводы. |
Маркером заполняют схемы, соответствующие той, по которой работали, отчитываются по проведенной работе в группах Записывают в технологических картах основные выводы. |
| Практическая часть (10 мин.) | Выполнение лабораторной работы, закрепление полученного опыта. | Предлагает выполнить лабораторную работу по теме «Дисперсные системы» (ПРИЛОЖЕНИЕ №2) | Выполняют лабораторную работу (ПРИЛОЖЕНИЕ №2), заполняют бланки, сообразуясь с инструкцией к лабораторной работе и требованиями учителя. |
|
Обобщение и выводы (5 мин.) |
Подведение итогов урока. Домашнее задание. |
Вместе с учениками делает вывод относительно темы. Предлагает соотнести вопросы, которые были написаны в начале урока с тем, что получили в конце урока. |
Подводят итоги, записывают домашнее задание. |
Формы и методы контроля:
Технологические схемы для заполнения (ПРИЛОЖЕНИЕ №4).
Лабораторная работа (ПРИЛОЖЕНИЕ №2)
Контроль осуществляется фронтально в устной и письменной форме. По итогам выполнения лабораторной работы карты с лабораторными работами сдаются учителю на проверку.
1. Введение:
Ответьте, чем отличаются мрамор и гранит? А минеральная и дистиллированная вода?
(ответ: мрамор - чистое вещество, гранит - смесь веществ, дистиллированная вода - чистое вещество, минеральная вода - смесь веществ).
Хорошо. А молоко? Это чистое вещество или смесь? А воздух?
Состояние любого чистого вещества описывается очень просто - твердое, жидкое, газообразное.
Но ведь абсолютно чистых веществ в природе не существует. Даже незначительное количество примесей может существенно влиять на свойство веществ: температуру кипения, электро- и теплопроводимость, реакционную способность и т.д.
Получение абсолютно чистых веществ - одна из важнейших задач современной химии, ведь именно чистота вещества определяет возможность проявления им своих индивидуальных средств (демонстрация реактивов с маркировкой).
Следовательно, в природе и практической жизни человека встречаются не отдельные вещества, а их системы.
Смеси разных веществ в различных агрегатных состояниях могут образовывать гетерогенные и гомогенные системы. Гомогенными системами являются растворы, с которыми мы ознакомились на прошлом уроке.
Сегодня мы познакомимся с гетерогенными системами.
2. Тема сегодняшнего урока - ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.
Изучив тему урока, вы узнаете:
значение дисперсных систем.
Это, как вы понимаете, наши основные задачи. Они прописаны в ваших технологических картах. Но чтобы наша работа была более продуктивной и мотивированной, я предлагаю вам рядом с основными задачами написать не менее трех вопросов, на которые вы бы хотели найти ответ в процессе данного урока.
3. Теоретическая часть.
Дисперсные системы - что это?
Попробуем вместе вывести определение, исходя из построения слов.
1) Систе́ма (от др.-греч. «система» — целое, составленное из частей; соединение) — множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство.
2) Дисперсия - (от лат. dispersio — рассеяние) разброс чего-либо, дробление.
Дисперсные системы - гетерогенные (неоднородные) системы, в которых одно вещество в виде очень мелких частиц равномерно распределено в объёме другого.
Если мы опять обратимся к повторению и предыдущему уроку, мы сможем вспомнить, что: растворы состоят из двух компонентов: растворимое вещество и растворитель.
Дисперсные системы, как смеси веществ, имеют аналогичное строение: состоят из мелких частиц, которые равномерно распределены в объеме другого вещества.
Взгляните в свои технологические карты, и попробуйте из разрозненных частей составить две аналогичные схемы: для раствора и для дисперсной системы.
Проверим получившиеся результаты, сверив их с изображением на экране.
Итак, дисперсионная среда в дисперсной системе выполняет роль растворителя, и является т.н. непрерывной фазой, а дисперсная фаза - роль растворенного вещества.
Так как дисперсионная система - гетерогенная смесь, то между дисперсной средой и дисперсионной фазой есть поверхность раздела.
Классификация дисперсных систем.
Можно изучать каждую дисперсную систему по отдельности, но лучше их классифицировать, выделить общее, типичное и это запомнить. Для этого нужно определить, по каким признакам это сделать. Вы объединены в группы, каждой из которых дано задание и прилагающаяся к нему блок-схема.
Руководствуясь предложенной вам литературой, найдите в тексте, предложенный Вам для изучения признак классификации, изучите его.
Создайте кластер (блок-схема), указав признаки и свойства дисперсных систем, приведите к нему примеры. Для помощи в этом вам уже предоставлена пустая блок-схема, которую вам предстоит заполнить.
4. Вывод по теоретическому заданию.
Давайте подведем итоги.
От каждой команды прошу выйти по одному человеку и заполнить схемы, вывешенные на доске.
(ученики подходят и маркером заполняют каждую из схем, после чего отчитыватся по проведенной работе)
Молодцы, теперь давайте закрепим:
Что является основой для классификации дисперсных систем?
На какие виды делятся дисперсные системы?
Какие особенности коллоидных растворов вы знаете?
Как иначе называются гели? Какое значение они имеют? В чем их особенность?
5. Практическая часть.
Теперь, когда вы знакомы с особенностями дисперсных систем и их классификацией, а также определили по какому принципу классифицируются дисперсные системы, предлагаю вам закрепить это знание на практике, выполнив соответствующую лабораторную работу, предложенную вам на отдельном бланке.
Вы объединены в группы по 2 человека. На каждую группу у вас приложен соответствующий бланк с лабораторной работой, а также определенный набор реактивов, которые вам нужно изучить.
Вам выдан образец дисперсной системы.
Ваша задача: пользуясь инструкцией, определить, какая дисперсная система вам выдана, заполнить таблицу и сделать вывод об особенностях дисперсионной системы.
6. Обобщение и выводы.
Итак, на данном уроке мы с вами изучили более углубленно классификацию дисперсных систем, важность их в природе и жизни человека.
Однако следует отметить, что резкой границы между видами дисперсных систем нет. Классификацию следует считать относительной.
А теперь вернемся к поставленным на сегодняшний урок задачам:
что такое дисперсные системы?
какими бывают дисперсные системы?
какими свойствами обладают дисперсные системы?
значение дисперсных систем.
Обратите внимание на вопросы, которые вы записали для себя. В рамке рефлексии отметьте полезность данного урока.
7. Домашнее задание.
Мы постоянно сталкиваемся с дисперсными системами в природе и быту, даже в нашем организме существуют дисперсные системы. Для того, чтобы закрепить знания о значимости дисперсных систем, вам предлагается выполнить домашнее задание в форме эссе/
Выберите дисперсную систему, с которой вы постоянно сталкиваетесь в своей жизни. Напишите эссе на 1-2 страницы: «Какое значение имеет данная дисперсная система в жизни человека? Какие похожие дисперсные системы с похожими функциями еще известны?»
Спасибо за урок.
