Экологическое содержание темы "Основания" в курсе неорганической и органической химии средней школы
1. В пробирку с 5 мл воды учащиеся наливают около 0,3 мл
анилина. Смесь взбалтывают. Убеждаются, что анилин почти не растворился в
воде. Добавляют по каплям концентрированную соляную кислоту. Анилин
растворяется. Составляют уравнение реакции образования хлористоводородного
анилина.
К раствору соли анилина добавляют по каплям концентрированный
раствор щелочи. Снова выделяется анилин в виде маслянистой жидкости. Составляют
уравнение реакции.
При проведении опыта следует пользоваться концентрированными
растворами кислоты и щелочи с той целью, чтобы не вводить большого количества
воды, иначе из-за частичной растворимости анилина (1 г анилина растворяется в 30 мл воды) выделение его будет мало заметно.
2. В демонстрационную пробирку наливают 5 мл анилина и
затем примерно такой же объем концентрированной соляной кислоты или 50-процентной
серной кислоты. Дают некоторым учащимся убедиться, что проходит экзотермическая
реакция. Охлаждают пробирку в струе холодной воды. Выделяются кристаллы соли.
Растворяют соль по возможности в небольшом количестве воды (воду добавляют
небольшими порциями и пробирку встряхивают). Если остался непрореагировавший
анилин, отфильтровывают от него раствор, а к раствору соли добавляют
концентрированный раствор щелочи. Выделяется свободный анилин.
Тем или другим из этих опытов устанавливается, что анилин является
основанием; отсутствие же действия его на индикаторы говорит о том, что он
основание более слабое, чем жирные амины.
Так как по составу молекул жирные амины и анилин отличаются тем,
что вместо предельного радикала здесь имеется бензольное ядро, то, очевидно,
что ослабление основных свойств аминогруппы обусловлено влиянием ароматического
радикала – С6Н5.
Взаимодействие анилина с бромной водой. Как известно, влияние
атомов друг на друга в молекуле взаимно. Если бензольное кольцо влияет на
аминогруппу в анилине, ослабляя проявление ею свойств основания, то можно
ожидать, что и бензольное ядро под влиянием этой группы будет обладать
свойствами, отличными от свойств бензола. С подобным изменением свойств ядра
учащиеся уже встречались на примере фенола.
Встает вопрос, не ослабляет ли аминогруппа связь атомов водорода с
ядром, подобно тому как эту связь ослабляет гидроксильная группа в феноле, и не
будет ли анилин реагировать с бромной водой, как реагирует с ней фенол.
1. В колбе или демонстрационной пробирке растворяют при
встряхивании в 10 мл воды 1 мл анилина. К полученному раствору
(эмульсии) добавляют бромную воду до образования белого осадка.
Осадок представляет собой триброманилин:
Необходимо, чтобы растворы анилина и брома были достаточно
концентрированными. Вместо раствора анилина можно воспользоваться раствором его
соли.
Окисление анилина. Анилин сравнительно легко окисляется в
разнообразные продукты. При окислении анилина хромовой смесью и некоторыми
другими окислителями образуется так называемый черный анилин, применяемый для
окраски в черный цвет тканей, дерева кожи.
1. В демонстрационной пробирке к 3–4 мл водной эмульсии
анилина приливают 10–12 мл хромовой смеси. Жидкость взбалтывают и
подогревают. Вначале она приобретает зеленую окраску, затем синеет, при
дальнейшем нагревании образуется осадок черного анилина. Характер осадка
выявляется при сильном взбалтывании смеси в пробирке.
2. В 100 мл воды растворяют 2 г бихромата калия К2Сr2О7 и 1 мл концентрированной
серной кислоты. К полученному раствору добавляют 2 г солянокислого анилина или по 1 мл анилина и концентрированной соляной кислоты.
Смесь перемешивают стеклянной палочкой. В образующийся раствор быстро вносят
кусок хлопчатобумажной ткани. Краситель с тканью нагревают, затем ткань
достают, отжимают валиком на гладкой поверхности и развешивают на стеклянных
палочках.
3. Готовят раствор солянокислого анилина, приливая к 50 мл воды
2 мл анилина и 3 мл концентрированной соляной кислоты. К раствору
добавляют еще 1 г хлорида аммония. Полученный раствор наносят
кисточкой на гладкую поверхность доски.
После того как раствор впитается, таким же способом покрывают
дерево вторым раствором, приготовляемым растворением 4 л бертолетовой соли
и 6 г медного купороса в 50 мл воды. Бертолетова соль окисляет
анилин, и поверхность доски постепенно принимает черную окраску. Хлористый аммоний
и медный купорос способствуют ускорению процесса окисления и получению плотной и
прочной окраски. После высыхания поверхности на нее еще несколько раз наносят
попеременно первый и второй растворы.
Реакция анилина с хлорной известью. При взаимодействии
анилина с хлорной известью даже при очень сильных разбавлениям образуется
характерное фиолетовое окрашивание. Хлорная известь поэтому может служить
реактивом на анилин.
В цилиндр или стакан наливают 200–300 мл воды, растворяют в
ней несколько капель анилина и приливают очень немного свежеприготовленного и
профильтрованного водного раствора хлорной извести. Образуется фиолетовое
окрашивание (белый фон!). Если раствор анилина взят слишком концентрированный,
опыт проходит менее наглядно, так как окраска образуется слишком темная. В
таком случае смесь растворов следует разбавить водой. Химизм этой реакции с
учащимися не рассматривается.
Получение анилина. Современное производство анилина основано на
реакции восстановления нитробензола, открытой Н.Н. Зининым.
В промышленном способе производства для восстановления
нитробензола используются соляная кислота и железные или чугунные опилки. Все
эти вещества загружаются в реактор; образующийся водород в наиболее активной
своей форме – «в момент выделения» – энергично восстанавливает нитробензол в
анилин.
В школьных опытах получения анилина для ускорения реакции вместо
железа используют обычно олово или цинк. Опыт с железом может быть перенесен на
практические занятия или в химический кружок и поставлен там не только для
иллюстрации основной химической реакции, но и с целью отражения важнейших
производственных операций.
1. В колбочку емкостью 100 мл вносят 2–3 капли
нитробензола, приливают 1–2 мл концентрированной соляной кислоты и
вносят 2–3 маленьких кусочка цинка (или олова). Если реакция пойдет слишком
бурно, колбочку охлаждают в струе холодной воды или в стакане с водой. Когда
запах нитробензола исчезнет или почти исчезнет, в колбу приливают
концентрированный раствор щелочи (30–40-процентной) до тех пор, пока образующийся
вначале осадок гидроокиси цинка Zn(ОН)2 ввиду своей амфотерности не растворится
при дальнейшем прибавлении щелочи:
Zn(ОН)2 + 2NаОН ® Na2ZnО2 + 2Н2О
Это будет гарантией того, что щелочь выделит анилин из хлористоводородной
соли. Чтобы констатировать образование анилина, присоединяют к колбе
холодильную трубку и отгоняют около 0,5–1 мл жидкости. Анилин гошпся
вместе с парами воды в виде белой эмульсии. Разбавляют дистиллят водой, чтобы
анилин растворился, и открывают его с помощью раствора хлорной извести.
Одновременно убеждаются, что нитробензол не дает окрашивания хлорной известью.
Получение анилинформальдегидной смолы. Анилин по ряду свойств
напоминает фенол (бромирование, нитрование и т.п.). Подобно фенолу он дает
высокомолекулярные смолы с формальдегидом (формалином).
В зависимости от
соотношения исходных веществ и условий реакции анилинформальдегидные смолы
имеют различное строение, например:
Вместо анилина берется насыщенный раствор хлористоводородной его
соли, что дает возможность провести реакцию в гомогенной среде и поэтому достаточно
быстро.
В небольшой химический стакан наливают 10 мл формалина (40-процентного)
и такой же объем заранее приготовленного насыщенного раствора
хлористоводородного анилина в воде. В середину стакана тотчас же ставят
стеклянную палочку. Образуется густая смола. Палочка прочно удерживается в вертикальном
положении. За палочку можно поднять стакан с его содержимым.
Полученная плотная масса имеет резкий удушливый запах от примеси
формальдегида.
Продукт обносят по классу или извлекают его из стакана,
разламывают на кусочки и на часовых стеклах передают учащимся для ознакомления.
3. Тесты и
задачи общеучебного и экологического содержания по теме «Основания»
Системность в использовании любого метода обучения способна
обеспечить новое качество учебно-воспитательного процесса. Сказанное в полной
мере относится и к использованию тестов на уроках химии [7].
Для качественной подготовки учащихся к итоговому тестированию
необходимо использование тестов в системе работы учителя. Ученик, знакомый с
этим методом контроля, успешнее выполнит тестовые задания и легче адаптируется
в мировом образовательном пространстве, тем более что каждому выпускнику
российских школ предстоит сдавать единый государственный экзамен в форме теста.
В отличие от опроса или контрольной работы хорошо подготовленный
тест – это и обучающее, и контролирующее средство. Он намного привлекательнее
для учащихся, потому что результат не зависит от характера их взаимоотношений с
учителем.
Если задание составлено грамотно, то в поисках правильного ответа
учащимся приходится думать, сопоставлять один правдоподобный ответ с другим.
Таким образом, создается проблемная ситуация, которая активизирует мышление
учащихся. Выполняя традиционные упражнения, ученик идет по пути, предложенному
учителем, а при выполнении тестовых заданий он сам выбирает путь решения.
При отборе тестовых заданий, прежде всего, необходимо обратить
внимание на то, в какой степени данный тест соответствует задачам обучения и
воспитания, которые должны быть решены при изучении той или иной темы. По
мнению С.Л. Рубинштейна, «собственное воспроизведение материала учащимися
целесообразно не приурочивать к моменту, непосредственно следующему за
восприятием материала, а дать ему сначала несколько отлежаться.
Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что наилучшее воспроизведение
имеет место через 2–3 дня после первого восприятия материала».
Для проведения тестирования необходимо приготовить тексты тестовых
заданий в нескольких вариантах и инструкцию по проверке теста. Результат
тестирования зависит от содержания теста, процедуры проведения тестирования и
от готовности учителя и учащихся к тестированию. Нужно обращать большое
внимание на процедуру проведения тестирования: соблюдение полной тишины,
запрещается задавать вопросы и консультироваться, оборачиваться друг к другу,
строго соблюдать регламент.
Лучше всего каждому учащемуся выдать карточку для выполнения
заданий с выбором ответа и небольшой лист бумаги для выполнения заданий со
свободным ответом.
Образец карточки для учащихся
Фамилия
|
|
Вариант
|
|
№ знания
|
|
|
|
|
|
|
Код
ответа
|
|
|
|
|
|
|
Учащиеся указывают фамилию и номер варианта на карточке и на листке,
после этого с помощью лаборанта или дежурного выдаются тексты заданий, и класс
начинает работу.
Опыт показывает, что на выполнение закрытых заданий (с выбором
ответа) учащиеся затрачивают 4–5 мин и 7–8 мин – на выполнение
заданий со свободным ответом. По истечении определенного времени с начала
тестирования ученики завершают работу и сдают карточки и листки.
После этого учащиеся приступают к самопроверке по текстам, которые
остаются на партах. Таким образом, при проведении тестирования и последующей
самопроверки учащиеся включаются в различные виды деятельности: выполнение
собственного задания, самопроверка, прослушивание правильных ответов
одноклассников, определение уровня собственных знаний и оценивание своей
работы. Такой подход к организации тестирования приводит к активизации познавательной
деятельности учащихся.
Поскольку тестовый контроль подразумевает специфическую процедуру
проведения, к нему должны быть готовы и учитель, и учащиеся. Так, если ранее
тестирование не проводилось, необходимо на предыдущем уроке подготовить к нему
обучаемых. Практика показала, что пробные решения надо проводить 1–2 раза,
впоследствии процедура тестирования не вызывает вопросов и строго соблюдается.
Весьма интересно, на наш взгляд, предложить учащимся
самостоятельно составить тесты по теме.
Предлагается образец теста по теме «Амины» (XI класс) [8]. Время
выполнения 12 мин. Каждое задание оценивается двумя баллами. За 16 баллов
отметка «5», 14 баллов – «4», 10–12 баллов – «3», меньше 10 баллов – «2».
1.
Анилин
получают при восстановлении:
1)
нитробензола;
2) толуола; 3) фениламина; 4) бензойного альдегида.
2.
Какая схема
строения молекулы метиламина объясняет то, что предельные амины более сильные
основания, чем аммиак:
3.
Водный
раствор метиламина имеет реакцию среды:
1) кислую; 2) нейтральную; 3) щелочную; 5) слабокислую.
4.
Ароматические
амины по сравнению с аммиаком:
1)
более
слабые основания, так как электронная плотность на атоме азота больше, чем в
молекуле аммиака;
2)
более
слабые основания, так как электронная плотность на атоме азота меньше, чем в
молекуле аммиака;
3)
более
сильные основания, так как электронная плотность на атоме азота больше, чем в
молекуле аммиака;
4)
более
сильные основания, так как электронная плотность на атоме азота меньше, чем в
молекуле аммиака.
5.
Чем
больше атомов водорода в молекуле аммиака замещено предельными радикалами, тем:
1)
сила
оснований меньше; 2) вещество легче загорается; 3) активнее амин взаимодействует
с кислотами; 4) больше растворимость соединения в воде.
6.
Сила
оснований возрастает в ряду:
1)
метиламин
®
аммиак ®
анилин; 2) аммиак ®диметиламин ® анилин;
3) триметиламин ® анилин ® аммиак; 4) анилин ® аммиак ® метиламин.
7.
Реакция
между какими веществами характеризует амин как очень слабое органическое
основание:
1)
Анилин
и бромная вода; 2) Анилин и бромоводородная кислота;
3) Хлорид фениламмония и аммиачная вода;
4) Хлорид фениламмония и раствор гидроксида натрия.
8.
Укажите
гомолог вещества N(CH3)3:
1)
пропиламин;
2) диметиламин; 3) фениламин; 4) метилэтиламин.
1.
Предельно
допустимая концентрация (ПДК) анилина – 0,1 мг/л. В цеховом помещении объемом
600 м3 содержится 45,4 г. анилина. Его концентрация:
1)
превышает
ПДК; 2) соответствует ПДК; 3) меньше ПДК.
2.
В
лаборатории размерами 3 ´ 5 ´ 10 м произошла
утечка 12 мл метиламина (r = 0,699 г./см3, ПДК = 1 мг/м3).
Его концентрация в помещении:
1)
превышает
ПДК; 2) соответствует ПДК; 3) меньше ПДК.
3.
В
объеме 50028 л (этиленимин, 0,02 мг/м3) содержание вещества
массой m
не превышает его ПДК:
1)
m = 0,025 г.; 2) m = 0,0025 г.; 3) m = 0,001 г.; 4) m = 0,0025 г.
4.
Дана
смесь метиламина (45 об.%, r = 0,699 г./см3), диметиламина (25 об.%,
r
= 0,6804 г./см3) и триметиламина (30 об.%, r = 0,662 г./см3).
Укажите объем помещения (н.у.), где эта смесь объемом в 0,5 л не будет
представлять угрозы. ПДК равны соответственно 1 мг/м3, 1 мг/м3
и 5 мг/м3.
1)
100 м3;
2) 150000 л; 3) 160000 л; 4) 200 м3.
Токсическое действие аминосоединений жирного ряда
возрастает с увеличением числа атомов углерода в радикале, хотя возможность
ингаляционного отравления уменьшается с падением летучести. Уменьшается также
раздражающее действие, объясняемое щелочностью соединений (у первичных
аминосоединений она сильнее, чем у вторичных и третичных), но увеличивается
всасывание через кожу в связи с увеличением растворимости в жирах. Первичные
аминосоединения токсичнее вторичных и третичных. Изомеры, обладающие более
длинной цепью атомов углерода, ядовитее. Диамины токсичнее моноаминов. На основе
этой информации предлагаем учащимся составить тесты по следующей схеме:
1.
Расположите
предлагаемые соединения в порядке возрастания их токсического действия: …
Здесь можно провести следующие параллели:
-
по
возрастанию числа атомов углерода;
-
по
сравнению токсичности первичных, вторичных и третичных аминов;
-
по
сравнению токсичности моноаминов и диаминов;
-
по
сравнению токсичности изомеров с различной длиной углеводородной цепи.
1.
В
помещении V
= 54 м3 разлилось 5,0 мл этиламина (r = 0,689 г./см3).
Превышает ли его концентрация пдк (18 мг/м3)?
Решение:
Зная объем вещества и его плотность, найдем массу:
m = V. r
m = 5,0. 0,689 = 3,445 г. = 3445 мг
Для сравнения концентрации со значением ПДК этиламина найдем его
концентрацию в приведенном помещении:
С = m/V
= 3445 мг/ 54 м3 = 63,8 мг/м3.
63,8 / 18 = 3,5 раза
Ответ: Концентрация этиламина в помещении превышает значение его ПДК
в 3,5 раза.
2.
В
результате аварии в цеху, размеры которого составляют 4 ´ 9 ´ 10 м произошла
утечка 23 г. 50%-ного раствора триэтиламина (ПДК = 10 мг/м3).
Превышает ли концентрация триэтиламина а помещении его ПДК?
Решение:
Найдем объем помещения:
V = 4´9´10 = 36000 м3
Найдем массу триэтиламина, зная его концентрацию:
23 г. ´ 0,5 = 11,5 г триэтиламина
С = m/V
= 1150 мг/3600 м3 = 0,32 мг/м3
Ответ: концентрация триэтиламина не превышает значение его ПДК
3.
В
цеху хранится 8,5 г аллиламина. Каков должен быть объем помещения, чтобы в случае
аварии концентрация аллиламина не превысила значение его ПДК (ПДК = 0,5 мг/м3)?
Решение:
Найдем объем помещения из выражения для его концентрации:
С = m/V;
V = m/C
V = 8500 / 0,5 = 17000 м3
Ответ: Объем помещения должен быть больше 17000 м3.
4.
В
лаборатории размерами 28 ´ 20 ´ 3 м было разлито
1,62 мл бутиламина (ПДК = 10 мг/м3, r = 0,7401 г./мл) и 1,2 мл
дипропиламина (ПДК = 5 мг/м3, r = 0,7384 г./мл). Составляет
ли угрозу здоровью персонала такая ситуация?
Решение:
Найдем массу веществ:
m = r ´ V
для бутиламина m = 0,7401 ´ 1,62 = 1,2 г = 1200 мг
для дипропиламина m = 0,7384 ´ 1,2 = 0,9 г = 900 мг
Найдем объем помещения:
V = 28 ´ 20 ´ 3 = 1680 м3
Концентрация веществ:
С1 = m/V = 1200 / 1680 = 0,71 мг/м3
С2 = m/V = 900 / 1680 = 0,54 мг/м3
Ответ: Данная утечка не представляет особой угрозы здоровью персонала.
По вышеприведенным схемам учащимся предлагается составить задачи.
Задача 5. Самый дешевый щелочной
реагент для нейтрализации кислотных промышленных стоков – гашеная известь
(гидроксид кальция). Используют как суспензию гидроксида кальция («известковое
молоко»), так и прозрачный раствор («известковую воду»). Рассчитайте рН 0,02М
раствора Ca(OH)2.
Решение. Запишем уравнение
реакции и условие задачи в формульном виде:
Ca(OH)2 = Ca2+
+ 2 OH-; рН > 7
c {Ca(OH)2} =
0,02 моль/л; pH =?
В соответствии с
уравнением реакции равновесная молярная концентрация анионов OH – вдвое
больше концентрации гидроксида кальция c {Ca(OH)2}:
[OH-] = 2c {Ca(OH)2}
рН = 14 – pOH = 14 +
lg[OH--] = 14 + lg 2c {Ca(OH)2} = 12,6
Ответ. Водородный показатель
известковой воды равен 12,6.
Задача 6. Одно из самых дешевых
азотных удобрений – аммиачная вода, раствор аммиака. Определите степень
диссоциации гидрата аммиака NH3. H2O в 0,002М
растворе, если его рН равен 10,3 при 25 oС.
Решение. Запишем уравнение
реакции и условие задачи в формульном виде:
NH3. H2O
<<здесь знак обратимости>> NH4+ + OH-;
рН > 7
c(NH3. H2O)
= 0,002 моль/л; pH = 10,3
a =?
В соответствии с
уравнением реакции равновесная молярная концентрация анионов OH – связана
с концентрацией гидрата аммиака и степенью диссоциации:
[OH-] = a. c(NH3. H2O)
рН = 14 – pOH = 14 + lg[OH--] = 14 + lg {a. c(NH3. H2O)}
a = (10 pH - 14):
с = 10 10,3 - – 14 / 0,002 = 0,093 = 9,3%
Ответ. Степень диссоциации
гидрата аммиака равна 9,3. [9 – 11]
Как
известно, изложение материала тем доступнее, чем оно ближе к практике. Благодаря
тому, что в преподавании темы «Основания», наряду с общеучебными, преследуются
и экологические цели, происходит сближение теории и практики. В этом ключе, на
наш взгляд, и следует преподавать многие разделы общей, неорганической и
органической химии.
На основе
материала, рассмотренного и проанализированного в данной курсовой работе, можно
сделать следующие выводы:
1.
Анализ литературных
данных по проблеме преподавания темы «Основания» как с общеучебной, так и с
экологической точки зрения позволил выявить наиболее целесообразные приемы
преподавания.
2.
Предложен блок,
освещающий демонстрационные опыты и практические работы по теме «Амины как
органические основания».
3.
Разработаны варианты
тестовых заданий по теме «Основания», имеющие как общеучебное, так и с
экологическое направление.
4.
В работе приведены
варианты задач по теме «Основания» экологического характера, а также
предлагается самостоятельное составление задач.
1.
Т.Н. Кровельщикова,
А.В. Коршунов. Из опыта реализации экологического подхода к обучению химии
/ Химия в школе. 2002, №8, с. 40–42.
2.
H. В. Егорова.
Вопросы Экологического образования при изучении химии / Химия в школе, 2001, №5,
с. 46 – 49.
3.
Зверев
И. Охрана природы и экологическое воспитание школьников. // Воспит. школьников. –
1985. – N6. – с. 30–36.
4.
Программы
для средних общеобразовательных учебных заведений. Химия. // Под ред. В.И. Сивоглазова.
М., «Просвещение», 1993.
5.
Обучение
химии в 11 классе. В 2 ч. Ч 1: Кн. Для учителя / Под ред. И.Н. Черткова.
– М.: просвещение, 1992. – с. 6 – 20.
6.
Азотсодержащие
органические соединения. // Химия в школе. №6, 1996, с. 18–22.
7.
И.Г. Афонина.
Тестовые задания в курсе химии. // Химия в школе. №7, 2002, с. 43 –
45.
8. Единый государственный
экзамен 2002: Контрольные измерительные материалы: Химия / А.А. Каверина, Д.Ю. Добротин,
М.Г. Снастина и др.; М-во образования РФ. – М.: Просвещение, 2002. – с. 20–35.
9. Безуевская В.А. Химические
задачи с экологическим содержанием / Химия в школе, 2000, №2, с. 59 – 61.
10. A.B. Краснянский.
Экологические проблемы расчетных задачах по химии / Химия в школе, 1996, №6, с. 22
– 27
11. А.В. Краснянский.
Экологические проблемы в расчетных задачах по химии / Химия в школе, 1996, №5,
с. 32 – 37.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|