Методическое пособие по использованию ЛКХ

СОДЕРЖАНИЕ Часть 1. Базовый и углубленный уровень
ВВЕДЕНИЕ 9
1. ОПИСАНИЕ КОМПЛЕКСА 10
2. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ КОМПЛЕКСА В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ 33
2.1. Варианты использования лабораторного комплекса 33
2.2. Особенности проведения лабораторных опытов 33
2.3. Подготовка реактивов к использованию 34
2.4. Приготовление растворов 35
2.5. Правила техники безопасности при работе с химическими веществами и лабораторным оборудованием 37
2.5.1. Общие правила 37
2.5.2. Правила обращения с едкими и горючими веществами 38
2.5.3. Правила обращения с нагревательными приборами 38
2.5.4. Правила безопасного обращения с лабораторной посудой 39
2.6. Состав набора химической посуды и принадлежностей и их применение 39
2.6.1. Лабораторная и мерная посуда 39
2.6.2. Лабораторные принадлежности 41
3. ХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ. БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ 46
3.1. ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПЫТЫ 46
3.1.1. Примеры физических явлений 46
3.1.2. Химические явления 46
3.1.3. Разделение смесей 47
3.1.4. Разложение основного карбоната меди (II) (малахита) 48
3.1.5. Реакция замещения меди железом в растворе хлорида или сульфата меди (II) 50
3.1.6. Получение кислорода из пероксида водорода 50
3.1.7. Обнаружение каталазы в пищевых продуктах 50
3.1.8. Действие растворов кислот на индикаторы 51
3.1.9. Отношение кислот к металлам 52
3.1.10. Взаимодействие кислот с оксидами металлов на примере оксида меди 52
3.1.11. Взаимодействие кислот с оксидами металлов на примере оксида магния 53
3.1.12. Свойства оснований (отношение к воде и индикаторам) 53
3.1.13. Взаимодействие углекислого газа с известковой водой 54
3.1.14. Взаимодействие щелочей с кислотами (реакция нейтрализации) 55
3.1.15. Изучение свойств амфотерных гидроксидов 55
3.1.16. Взаимодействие нерастворимых оснований с кислотами и щелочами 56
3.1.17. Разложение гидроксида меди (II) при нагревании 57
3.1.18. Получение гидроксидов железа (II) и (III) и изучение их свойств 57
3.1.19. Вытеснение одного металла другим из раствора соли 58
3.1.20. Химические свойства соляной кислоты 59
3.1.21. Распознавание соляной кислоты и ее солей 59
3.1.22. Распознавание галогенидов 60
3.1.23. Распознавание йода 61
3.1.24. Вытеснение галогенов из растворов их солей 61
3.1.25. Проведение реакций ионного обмена 62
3.1.26. Реакции обмена, идущие с образованием осадков 63
3.1.27. Реакции обмена, идущие с выделением газа 63
3.1.28. Определение характера среды раствора с помощью универсального индикатора 64
3.1.29. Распознавание сульфат-ионов в растворе 64
3.1.30. Изучение влияния различных условий на скорость химических реакций 65
3.1.31. Взаимодействие солей аммония со щелочами (качественная реакция на ион аммония) 66
3.1.32. Свойства азотной кислоты 67
3.1.33. Ознакомление со свойствами ортофосфорной кислоты и фосфатов 67
3.1.34. Ознакомление с азотными и фосфорными удобрениями 68
3.1.35. Взаимопревращения карбонатов и гидрокарбонатов 69
3.1.36. Качественная реакция на карбонаты 70
3.1.37. Распознавание солей щелочных металлов по окраске пламени 70
3.1.38. Окрашивание пламени солями щелочно-земельных металлов 71
3.1.39. Качественная реакция на ионы железа (II) и железа (III) 71
3.1.40. Окисление сульфата железа (II) нитратом серебра (I) 72
3.1.41. Взаимодействие хлорида железа (III) с йодидом калия 73
3.1.42. Химические свойства цинка и его соединений 73
3.1.43. Взаимодействие железа с растворами кислот 74
3.1.44. Получение сульфата тетраамминмеди (II) 75
3.1.45. Распознавание алканов и алкенов на примере образцов продуктов нефтепереработки 76
3.1.46. Качественная реакция на глицерин 76
3.1.47. Качественная реакция на фенол 77
3.1.48. Получение уксусного альдегида окислением этилового спирта 77
3.1.49. Качественные реакции на альдегиды 77
3.1.50. Окисление муравьиной кислоты раствором перманганата калия 78
3.1.51. Растворимость жиров 79
3.1.52. Непредельность олеиновой кислоты 79
3.1.53. Обнаружение непредельных соединений в жидких нефтепродуктах и растительном масле 80
3.1.54. Взаимодействие глюкозы с гидроксидом меди (II) и аммиачным раствором оксида серебра (I) 81
3.1.55. Химические свойства сахарозы 82
3.1.56. Взаимодействие крахмала с йодом, гидролиз крахмала 82
3.1.57. Цветные реакции на белки, свертывание белков 83
3.1.58. Свойства полиэтилена 84
3.1.59. Свойства поливинилхлорида 84
3.1.60. Свойства капрона 85
3.2. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ 86
3.2.1. Правила работы в химической лаборатории. Ознакомление с химическими лабораторными принадлежностями и приемами обращения с ними 86
3.2.2. Очистка загрязненной поваренной соли 89
3.2.3. Анализ почвы 91
3.2.4. Приготовление растворов солей с определенной массовой долей растворенного вещества 93
3.2.5. Получение и собирание кислорода 94
3.2.6. Получение и собирание водорода 97
3.2.7. Взаимодействие водорода с оксидом меди (II) 99
3.2.8. Реакция обмена между оксидом меди (II) и серной кислотой (получение медного купороса) 101
3.2.9. Выполнение опытов, демонстрирующих генетическую связь между основными классами неорганических соединений 102
3.2.10. Получение аммиака и опыты с ним. Ознакомление со свойствами водного раствора аммиака 103
3.2.11. Распознавание минеральных удобрений 105
3.2.12. Получение и собирание оксида углерода (IV), изучение его свойств 106
3.2.13. Решение экспериментальных задач по теме «Получение соединений неметаллов и изучение их свойств» 108
3.2.14. Решение экспериментальных задач по теме «Получение соединений металлов и изучение их свойств» 109
3.2.15. Решение экспериментальных задач по теме «Металлы и неметаллы» 111
3.2.16. Идентификация неорганических соединений 112
3.2.17. Экспериментальное установление связей между классами неорганических соединений 116
3.2.18. Качественное определение водорода, углерода и хлора в органических соединениях 117
3.2.19. Получение этилена и опыты с ним 118
3.2.20. Получение ацетилена и опыты с ним 119
3.2.21. Получение бромэтана из спирта 120
3.2.22. Получение простого эфира и изучение его свойств 121
3.2.23. Получение уксусной кислоты и опыты с ней 123
3.2.24. Получение этилового эфира уксусной кислоты (этилацетата) 124
3.2.25. Получение мыла из жиров 125
3.2.26. Гидролиз жиров и полисахаридов 126
3.2.27. Распознавание органических веществ по характерным реакциям 127
3.2.28. Идентификация органических соединений 127
3.2.29. Получение и распознавание веществ 128
4. ХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ. УГЛУБЛЕННЫЙ УРОВЕНЬ 130
4.1. ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПЫТЫ 130
4.1.1. Физические и химические процессы 130
4.1.2. Растворы 131
4.1.3. Смеси и методы их разделения 131
4.1.4. Поведение веществ при нагревании 132
4.1.5. Получение кислорода из пероксида водорода, изучение его физических и химических свойств 133
4.1.6. Реакция дегидратации. Соответствие между гидроксидами и оксидами 135
4.1.7. Получение водорода и изучение некоторых его свойств 135
4.1.8. Физические свойства серы 136
4.1.9. Плавление серы 137
4.1.10. Свойства солей угольной кислоты 138
4.1.11. Свойства кремниевой кислоты и ее солей 138
4.1.12. Вытеснение оксидом углерода (IV) кремниевой кислоты из ее солей 139
4.1.13. Полиморфное превращение оксида свинца (II) 140
4.1.14. Получение и свойства гидроксидов кобальта (II) и никеля (II) 140
4.1.15. Окисление соли хрома (III) пероксидом водорода 141
4.1.16. Изучение окислительных свойств перманганата калия 141
4.1.17. Необратимый гидролиз солей 142
4.1.18. Взаимодействие раствора аммиаката серебра (I) с пероксидом водорода 143
4.1.19. Отношение каучука и резины к органическим растворителям 143
4.1.20. Опыты с резиновым клеем 143
4.1.21. Извлечение каучука из млечного сока растений 144
4.1.22. Растворимость глицерина в воде, его гигроскопичность и взаимодействие с гидроксидом меди (II) 145
4.1.23. Распознавание одно- и многоатомных спиртов и фенолов 145
4.1.24. Взаимодействие альдегида с фуксинсернистой кислотой 146
4.1.25. Окисление альдегидов и спиртов перманганатом калия 146
4.1.26. Получение уксусного альдегида окислением этилового спирта дихроматом калия и опыты с ним 147
4.1.27. Реакция «медного зеркала» 147
4.1.28. Свойства ацетона, его растворимость, ацетон как растворитель и его отношение к окислителям 148
4.1.29. Опыты с уксусной кислотой 149
4.1.30. Приготовление раствора с заданной молярной концентрацией 150
4.1.31. Определение основности уксусной кислоты 151
4.1.32. Омыление жиров. Сравнение свойств мыла и синтетических моющих средств (СМС) 151
4.1.33. Гидролиз сахарозы 152
4.1.34. Гидролиз целлюлозы 153
4.1.35. Гидролиз целлюлозы до амилоида 154
4.1.36. Нитрование целлюлозы и опыты с нитроцеллюлозой 154
4.1.37. Получение искусственного волокна 155
4.2. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ 156
4.2.1. Растворимость 156
4.2.2. Типы химических реакций 158
4.2.3. Свойства воды 160
4.2.4. Получение и свойства солей 162
4.2.5. Спирты и фенол 164
4.2.6. Свойства предельных монокарбоновых кислот 165
4.2.7. Решение экспериментальных задач на получение и распознавание органических веществ 166
4.2.8. Исследование свойств анилина 168
4.2.9. Углеводы 169
4.2.10. Распознавание органических веществ по характерным реакциям 171
4.2.11. Приготовление растворов белков и выполнение опытов с ними 171
4.2.12. Волокна 173
4.2.13. Полимеры 174
4.2.14. Определение состава энергетических напитков 176
5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ПРОЕКТЫ 178
5.1. Ароматические углеводороды. Бензол, толуол 178
5.2. Одноатомные спирты. Этанол 179
5.3. Многоатомные спирты. Глицерин 181
5.4. Жиры 182
6. ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПЫТЫ С ВЕЩЕСТВАМИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА 185
6.1. Устройство лабораторного оборудования для проведения опытов по химии с веществами под действием электрического тока 185
6.2. Общие рекомендации по организации лабораторных опытов с веществами под действием электрического тока 187
6.3. Основные приемы и операции, применяемые в опытах с растворами веществ под действием электрического тока 188
6.4. Лабораторные опыты 190
6.4.1. Испытание растворов электролитов и неэлектролитов на электрическую проводимость 190
6.4.2. Электролиз раствора сульфата меди (II) на инертных электродах 192
6.4.3. Электролиз раствора хлорида меди (II) CuСl2 193
6.4.4. Электролиз раствора хлорида калия KCl 195
6.4.5. Электролиз раствора йодида калия KI 196
6.4.6. Электролиз раствора сульфата натрия Na2SO4 198
6.4.7. Электролиз соляной кислоты HCl 199
6.4.8. Электролиз водного раствора гидроксида натрия NaOH 200
6.4.9. Движение перманганат-ионов к аноду 201
6.4.10. Движение дихромат-ионов к аноду 202
7. КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫЕ ОПЫТЫ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ РАБОТЫ 204
7.1. Определение температуры кипения жидкости 204
7.2. Изучение электропроводности веществ 205
7.3. Сравнение электропроводности дистиллированной и водопроводной воды 205
7.4. Изучение процесса плавления 205
7.5. Изучение теплового эффекта реакции нейтрализации 206
7.6. Изучение зависимости величины теплового эффекта реакции от количества веществ 206
7.7. Реакции нейтрализации 207
7.8. Экзотермические процессы. Растворение гидроксида натрия или безводного сульфата меди (II) в воде 207
7.9. Эндотермические процессы. Растворение нитрата аммония в воде 208
7.10. Закон Гесса 208
7.11. Изменение температуры при окислительно-восстановительных реакциях. Взаимодействие хлорида меди с алюминием 209
7.12. Влияние температуры на гидролиз солей 210
7.13. Растворимость веществ, пересыщенные растворы 211
7.14. Сильные и слабые электролиты 212
7.15. Взаимодействие гидроксида бария с серной кислотой 212
7.16. Определение электропроводности и реакции среды водного раствора аммиака 213
7.17. Взаимодействие известковой воды с углекислым газом 213
7.18. Зависимость электропроводности раствора от растворителя 214
7.19. Влияние одноименных ионов на смещение химического равновесия 215
7.20. Определения рН среды растворов солей 215
7.21. Определение силы угольной и сернистой кислот 216
7.22. Взаимодействие этилена с раствором перманганата калия 216
7.23. Взаимодействие ацетилена с раствором перманганата калия 216
7.24. Сравнение температуры кипения одноатомных спиртов 217
7.25. Испарение предельных одноатомных спиртов 218
7.26. Определение температуры плавления стеариновой и пальмитиновой кислот 218
7.27. Распознавание растворов органических кислот 219
7.28. Исследование растворов хозяйственного и туалетного мыла, синтетических моющих средств 219
7.29. Сравнение основных свойств аммиака и метиламина 220
7.30. Определение среды растворов аминокислот 220
8. ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПЫТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВОГО МИКРОСКОПА 222
8.1. Установка программного обеспечения 222
8.2. Основные правила обращения с цифровым микроскопом 222
8.3. Предлагаемые опыты 223
8.3.1. Образование кристаллов сульфата меди (II) 223
8.3.2. Взаимодействие крахмала с йодом (под микроскопом) 224
8.3.3. Изучение строения минералов, содержащих железо 224
8.3.4. Изучение строения природных сульфидов 226
8.3.5. Изучение строения минералов, содержащих кальций 228
Заключение 230
Литература 230
Приложения 232
Проект кабинета и мастерской для исследовательской и проектной деятельности по физике, химии, биологии и естествознанию 237

СОДЕРЖАНИЕ Часть II. Учебно - исследовательские и проектные работы.
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ОПИСАНИЕ КОМПЛЕКСА 10
2. ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ХИМИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ И ЛАБОРАТОРНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ 32
3. ПРОЕКТНЫЕ РАБОТЫ, СВЯЗАННЫЕ С МЕТОДАМИ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА 34
3.1. Определение качества меда 34
3.1.1. Определение органолептических показателей 34
3.1.2. Определение содержания воды 36
3.1.3. Определение механических примесей 37
3.1.4. Обнаружение примеси муки или крахмала [6] 39
3.1.5. Обнаружение примеси желатина [6] 39
3.1.6. Обнаружение примеси патоки 39
3.1.7. Определение падевого меда [6] 40
3.1.8. Определение общей кислотности 41
3.1.9. Качественная реакция на оксиметилфурфурол 41
3.1.10. Определение диастазного числа 42
3.1.11. Качественное определение содержания редуцирующих сахаров 43
3.1.12. Количественный анализ сахаров 44
3.1.13. Хроматографический анализ сахаров 47
3.2. Определение качества и подлинности оливкового масла 50
3.2.1. Определение йодного числа 51
3.2.2. Элаидиновая проба 53
3.2.3. Цветные реакции с концентрированной серной кислотой 53
3.2.4. Определение примесей в оливковом масле 54
3.3. Анализ молока, сахара и других продуктов питания, определение их качества 56
3.3.1. Определение кислотности молока и молочных продуктов 56
3.3.2. Определение содержания белка в молоке 57
3.3.3. Анализ «коричневого» сахара 59
3.3.4. Определение содержания витамина С 61
3.3.5. Определение содержания витамина Р 66
3.4. Исследования, связанные с экологическими проблемами 69
3.4.1. Определение засоленности почвы 69
3.4.2. Определение содержания ртути в воздухе 71
3.4.3. Определение общей, временной и постоянной жесткости воды 73
3.4.4. Определение нитратов и нитритов в питьевой воде 75
3.4.5. Определение активного хлора в питьевой воде 80
3.4.6. Определение хлорид-ионов в питьевой воде 81
3.4.7. Определение содержания железа в питьевой воде 82
3.4.8. Определение содержания ПАВ в питьевой и в природной водах 84
4. ПРОЕКТНЫЕ РАБОТЫ, СВЯЗАННЫЕ С ВЫДЕЛЕНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ 88
4.1. Выделение фермента уреазы и изучение ее свойств 88
4.1.1. Выделение уреазы и определение ее ферментативной активности 88
4.1.2. Определение оптимальных условий для уреазы 89
4.1.3. Определение мочевины в жевательных резинках 92
4.2. Выделение танина и изучение его свойств 93
4.3. Выделение кофеина и изучение его свойств 95
4.4. Выделение пигментов из листьев растений, разделение смеси с помощью хроматографии и по Краусу 97
4.4.1. Разделение пигментов зеленого листа методом бумажной и колоночной хроматографии 97
4.4.2. Разделение пигментов методом Крауса 101
5. ИССЛЕДОВАНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С УГЛУБЛЕННЫМ ИЗУЧЕНИЕМ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ 103
5.1. Изучение диссоциации сильных и слабых электролитов 103
5.1.1. Зависимость концентраций ионов водорода от степени разбавления сильного и слабого электролита 103
5.1.2. Определение электропроводности и pH раствора уксусной кислоты 104
5.1.3. Изучение силы одноосновных карбоновых кислот 106
5.2. Определение параметров скорости химической реакции 108
5.2.1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ 108
5.2.2. Изучение зависимости скорости реакции от температуры 112
5.3. Изучение колебательных реакций 116
6. ПРОЕКТНЫЕ РАБОТЫ, СВЯЗАННЫЕ С ХИМИЧЕСКИМ СИНТЕЗОМ 119
6.1. Синтез индикаторов 119
6.1.1. Синтез резорцинового синего (лакмоида) 119
6.1.2. Синтез фенолфталеина 119
6.1.3. Синтез флуоресцеина 121
6.1.4. Синтез пара-нитрозофенола и пара-дифеноксиаминофенола 122
6.1.5. Синтез розоловой кислоты (аурина) 123
6.1.6. Синтез орто- и пара-нитрофенолов 124
6.1.7. Синтез люминола 125
6.1.8. Синтез орто-фенантролина 128
6.2. Синтез реактивов для школьной лаборатории из отходов химического эксперимента 134
6.2.1. Регенерация серебра, получение нитрата серебра 134
6.2.2. Переработка сульфата бария, получение хлорида бария 136
6.2.3. Получение пероксида бария 138
6.2.4. Переработка оксида хрома (III) 139
6.2.5. Переработка нихромовой проволоки 142
6.2.6. Получение нитрата свинца и сурьмы из отработанного свинцового аккумулятора 144
6.2.7. Получение основного карбоната меди (II) 146
6.2.8. Получение гидроксида натрия из кальцинированной соды 148
6.2.9. Получение соединений марганца и цинка из отработанных элементов питания (батареек) 149
6.2.10. Получение солей алюминия из лома 158
6.2.11. Получение щавелевой кислоты из сахарозы 163
6.3. Моделирование технологических процессов. Получение легкоплавких окрашенных стекол 165
7. ПРИЛОЖЕНИЯ 168
7.1. Пример оформления проектной работы 168
Введение 169
1. Свойства коллоидных растворов золота 171
2. Применение коллоидных растворов золота в медицине 173
3. Получение коллоидных растворов золота 175
Заключение 185
Список литературы 185
Приложение. Глоссарий 187
7.2. Получение необходимых реактивов и методика приготовления растворов 189
7.2.1. Получение тиосульфата натрия 189
7.2.2. Приготовление 0,1 М раствора тиосульфата натрия 189
7.2.3. Получение иодата калия 190
7.2.4. Синтез бромата калия 190
7.2.5. Приготовление 0,1 М раствора гидроксида натрия, свободного от карбоната 191
7.2.6. Приготовление 0,1 н раствора перманганата калия 191
7.2.7. Приготовление раствора индигокармина 192
7.2.8. Приготовление реактива Мюллера 192
7.2.9. Синтез сульфосалициловой кислоты 193
7.2.10. Получение безводной щавелевой кислоты 193
7.2.11. Анилин свежеперегнанный 194
7.2.12. Получение тиомочевины 194
Заключение 195
ПРОЕКТ КАБИНЕТА И МАСТЕРСКОЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ И ПРОЕКТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО ФИЗИКЕ, ХИМИИ, БИОЛОГИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ 196