Опыты с пероксидом водорода на старшей ступени школы

Опыт 1. Берут прямоугольный кусочек картона(12х6 см²), проделывают в нем отверстия по диаметру реакционных пробирок на расстоянии 1 см друг от друга, так, чтобы пробирки выстроились в ряд. Закрепляют в лапке штатива. До урока наливают в каждую пробирку по 10 капель индигокармина. Прибавляют в три пробирки катализаторы: в первую-щепотку MnO₂, во вторую - РbО₂ (или РbО или SiO₂), в третью- 3-4 капли 0,5н раствора хлорида железа(III), четвертая пробирка - контрольная. Пробирки с катализаторами этикетируют. Заранее наливают в четыре другие пробирки по 3 мл 30% раствора Н₂О₂. Готовят белый фон, спиртовки, спички, секундомер.

На уроке двое одновременно быстро приливают пероксид водорода в пробирки с красителем. Встряхивают пробирки. Засекают время. Вносят тлеющие лучинки в верхнюю часть пробирок.

Наблюдают за поведением лучинок, красителя, реакционных смесей, следят за временем. Выясняют, где имел место катализ, где он был гомогенным, где гетерогенным. Сравнивают каталитическое действие трех веществ. Делают вывод о зависимости скорости от природы катализаторов. Предлагают запомнить катализаторы данной реакции, индикатор ее. (Сильным учащимся дают задание: выяснить название двух колец индигокармина, написать уравнения превращения индиго в индигокармин). Предлагают описать механизм гетерогенного катализа. Сказать, где на производстве есть катализ, подобный демонстрируемому.)

Опыт 2. Перед уроком готовят три пробирки с катализаторами: 1– 2 мл 0,2н раствора сульфата меди(II); 2– 2 мл комплексной соли [Cu(NH₃)₄]SO₄ (для получения комплекса к 1 мл раствора CuSO₄ прибавляют по каплям 20% раствор аммиака до появления и исчезновения осадка), 3– 2 мл раствора фермента каталазы. (Очищенный картофель трут на терке, кашицу помещают в пробирку, кашица должна быть свежеприготовленной). Готовят еще три пробирки с 5 мл 3% раствора пероксида водорода в каждой. Все пробирки ставят в штатив.

На уроке одновременно пероксид водорода приводят в соприкосновение с катализаторами. Делают те же анализы и наблюдения, что и в опыте 1. В пробирке с ферментом замечается вспенивание, но лучинка не разгорается. Разложение пероксида идет, но продукты иные. Концентрация пероксида обязательно должна быть малой, иначе каталаза инактивируется.

В ходе опыта обращают внимание на то, что работают с катализаторами неорганической и биологической природы. Первые являются аква – и амминокомплексами меди(II), последний - ферментом, извлеченным из клеток картофеля. Осуществляют гомогенный катализ.

Предлагают доказать, что катализ имеет место, и он гомогенный. Предлагают сравнить скорость разложения Н₂О₂ в трех случаях, сказать: от каких факторов зависит катализ? Просят рассмотреть продукты реакции, назвать функцию Н₂О₂: окислитель, восстановитель, окислитель-восстановитель? Просят учащихся сделать вывод, только ли скорости процессов изменяют катализаторы?

Предлагают объяснить, почему для опыта использовали разбавленный, а не концентрированный раствор Н₂О₂; предлагают сказать, сохранялся в ходе опыта аква,- амминокомплекс меди(II); катион меди(II) или комплексный её катион катализировал процесс.

Просят придумать и провести опыт, подтверждающий, что свойства катализатора остались неизменными после того, как разложение Н₂О₂ закончилось. Предлагают учащимся объяснить механизм действия этих катализаторов, сравнить его с механизмом гетерогенного катализа.

Опыт 3. В картон с четырьмя отверстиями (из опыта 1) укрепляют пробирки с 5мл 20% раствора Н₂О₂. Картон закрепляют в лапке штатива. Готовят широкий стакан или другой сосуд с прозрачными стенками, в который можно было бы налить подогретую до 50 ⁰С воду и одновременно опустить 4 пробирки с Н₂О₂.

На уроке в Н₂О₂ опускают длинные полоски универсального индикатора, при его отсутствии - лакмуса. По каплям из пипетки приливают в первую пробирку раствор соляной кислоты до слабокислой реакции среды, во вторую и четвертую – раствор гидроксида натрия до слабощелочной среды, в третьей пробирке – добиваются нейтральной среды. Отмечают, что при комнатной температуре вне зависимости от реакции среды, разложение Н₂О₂ не наблюдается.

Одновременно погружают пробирки в сосуд с водой (50 ⁰С). Через минуту сравнивают число пузырьков в пробирках. Проверяют пробы тлеющей лучинкой. В четвертую пробирку добавляют щепотку оксида марганца(IV). Наблюдают вскипание содержимого, подчас выброс его.

Продолжают исследовать пробы тлеющей лучинкой в верхней части 1-3 пробирок, замечают бурное образование пузырьков во второй пробирке, менее бурное – в третьей и отсутствие или очень слабое образование пузырьков в первой. Если наблюдение за процессами в первой – третьей пробирках ведут несколько минут, то замечают обесцвечивание индикатора во второй пробирке под действием атомарного кислорода.

Литература

1. Новошинский И.И. Химия. 8 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений / И.И. Новошинский, Н.С. Новошинская. – М.: "ОНИКС 21 век", 2004.

2. Пак М.С. Дидактика химии: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / М.С. Пак. – М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2004.

3. Плетнер Ю.В. Практикум по методике обучения химии / Ю.В. Плетнер, В.С. Полосин. – М.: Просвещение, 1981.

4. Практикум по методике обучения химии в средней школе: учебное пособие для студентов педагогических вузов / П.И. Беспалов, Т.А. Боровских, М.Д. Трухина, Г.М. Чернобельская. – М.: Дрофа, 2007.

5. Формирование понятия о скорости химических реакций в курсе химии средней школы: Методические рекомендации / Сост. Г.И. Грученко. – Смоленск: СГПИ, 1992.

6. Чернобельская Г.М. Методика обучения химии в средней школе: учеб. для студ. высш. учеб. заведений / Г.М. Чернобельская. – М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2000.

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ ...........................................................................................3

Тема 1. Методика обучения химии как наука и учебный предмет.

Содержание и построение школьного курса химии..................................5

Тема 2. Нормативная база школьного химического образования.

УМК по предмету. Школьный учебник химии..........................................8

Тема 3. Методы обучения химии. Демонстрационный

химический эксперимент.............................................................................19

Тема 4. Экспериментальные химические задачи.

Организация урока по решению экспериментальных задач....................28

Тема 5. Расчетные химические задачи школьного курса химии............30

Тема 6. Контроль и оценка результатов обучения химии.

ГИА и ЕГЭ по химии....................................................................................35

Тема 7.Урок как главная организационная форма обучения химии.....38

Тема 8. Первоначальные химические понятия.

Методика изучения АМУ............................................................................52

Тема 9. Периодический закон, Периодическая система

химических элементов, строение атома

и строение вещества в школьном курсе химии.........................................59

Тема 10. Методика изучения растворов

и основ электролитической диссоциации

как одной из теоретических концепций.....................................................64

Тема 11. Методика изучения основных закономерностей

химических реакций.....................................................................................72