Как доказать что в сосуде водород
Место урока: 8 класс. Тема II: Кислород, водород, вода как растворитель.
Тип урока: практическая работа
Задачи:
- Образовательная – совершенствовать экспериментальные умения – приемы работы с лабораторным оборудованием и веществами; умения наблюдать, делать выводы, оформлять результаты практической работы в тетради.
- Развивающая – работа над развитием навыков умелого обращения с огнем, опасными веществами.
- Воспитательная – расширение кругозора обучающихся, формирование уважения к истории науки.
- Здоровьесберегающая – развитие представлений о здоровом образе жизни в блоках: «Химия в быту – безопасное поведение»
Планируемые результаты обучения:
- Уметь работать с автоматическим прибором Кирюшкина для получения газов
- Уметь собирать газ методом вытеснения воды
- Уметь проверять горючий газ на чистоту
- Уметь делать правильные выводы из наблюдаемых опытов и характеризовать свойства водорода
Оборудование:
- Мультимедийная презентация 2 (Microsoft Power Point)
- Спецодежда – халат
- Наполняемость лабораторного лотка для ученика (13 шт.)
- лабораторный штатив с лапкой, держатель для пробирок, штатив для пробирок, ложка-дозатор, фильтровальная бумага
- спиртовка, спички
- автоматический прибор Кирюшкина для получения газов, 3 пробирки, кристаллизатор с водой
- гранулы цинка, соляная кислота (разб.), оксид меди (II)
- Наполняемость лабораторного лотка для учителя:
- лоток для ученика
- тигельные щипцы, стакан, стеклянная пластинка, стеклянная палочка
- «результаты» нарушений правил техники безопасности
Методы и приемы:
- Словесные (рассказ учителя, беседа).
- Наглядные (просмотр слайдов презентации; демонстрация приемов работы с лаборатор-ным оборудованием и веществами).
- Самостоятельная отработка учеником экспериментальных умений.
- Проблемно-поисковый.
Ход урока
(курсивом описаны действия учеников и учителя, особенности методики урока; обычным шрифтом – речь учителя)
I. Организационный момент (1 мин.)
отметить наличие халатов у всех учеников, проверить свободны ли от сумок проходы, убраны ли волосы у девочек. На столах оставить только ручки, калькуляторы и тетради.
II. Активизация знаний, необходимых для выполнения практической работы (13 мин.)
Слайд 1:
На этом уроке мы получим водород в лабораторных условиях. Это газообразное вещество; является взрывоопасным, если загрязнено воздухом, и поэтому требует к себе повышенного внимания.
Ученики одновременно с обсуждением расписываются в журнале техники безопасности.
Слайд 2:
Ознакомление с планом урока. I.
На предыдущем уроке была проведена подготовка учеников к данной практической работе (Презентация 1) и задано домашнее задание:
Слайд 3:
Слайд проявляется постепенно, в соответствии с беседой
Вопросы:
- Какие исходные вещества будем использовать мы для получения водорода?
- Необходимо ли нагревать реакционную смесь?
- На что обратить внимание при записи наблюдений?
- Какой прибор будем использовать для получения водорода?
- Какими способами можно собрать водород, почему?
Слайд 4:
Слайд проявляется постепенно, в соответствии с беседой
Вопросы:
- Как доказать наличие водорода в пробирке-приёмнике?
- Какая химическая реакция происходит при этом?
- На что обратить внимание при записи наблюдений в данном пункте работы?
- Что из себя представляет гремучий газ?
Просмотр двух видеороликов.
Если взрыв произойдет в стеклянном сосуде, то осколки могут поранить окружающих и экспериментатора.
При проверке водорода на чистоту сжигают небольшой его объем (около 15 мл).
Возможный микровзрыв к травме привести не может.
Правило ТБ: пока нет убежденности, что газ из прибора выделяется чистый, держать отверстие газоотводной трубки подальше от пламени спиртовки.
Слайд 5:
Демонстрация результатов нарушений правил ТБ: пробирка с растресканным дном
Правило ТБ: нагревать пробирку необходимо в том месте, где находится твердое вещество, а не выше – где воздух. От неравномерного нагрева пробирка треснет.
пробирка со следами соляной кислоты в смеси с оксидом меди (II)
Правило ТБ: при зарядке автоматического прибора соляной кислотой нужно следить, чтобы не перелить кислоту (max 2 мл), иначе избыток от экзотермичности и бурного течения процесса попадет в газоотводную трубку.
III. Демонстрация эксперимента учителем (7 мин.)
Слайд 6
Слово учителя с элементами беседы
1. Взять ложкой-дозатором небольшое количество черного порошка оксида меди (II), поместить в пробирку, оставить в штативе для пробирок до проведения опыта по изучению восстановительных свойств водорода.
2. Закрепить автоматический прибор для получения газов в лапке штатива. Зарядить прибор исходными веществами: 4-5 гранул цинка поместить на резиновый кружок, через воронку прилить соляную кислоту так, чтобы ее слой над цинком был не более 2 мл. Прибор закрыть максимально герметично.
3. Для проверки газа на чистоту, мне приходится приготовить спиртовку заранее. Вы работаете вдвоем и зажжете спиртовку после того, как наберете газ в пробирку- приемник.
Правила ТБ: работа со спиртовкой
а) прежде чем зажечь спиртовку, нужно проверить плотно ли диск прилегает к отверстию резервуара (иначе искра может попасть в резервуар и весь объем спирта воспламенится)
б) зажигать только спичкой (нельзя использовать зажигалку, другую спиртовку)
в) спичку класть в лоток следует, убедившись, что она затушена (демонстрация нарушения правил ТБ – прожженный лоток)
г) чтобы погасить пламя, ее следует закрыть колпачком (задувать нельзя)
Выделяющийся водород собрать методом вытеснения воздуха, держа пробирку-приёмник вверх дном. Проверить газ на чистоту: зажать отверстие пробирки пальцем и поднести пробирку к пламени спиртовки, открыть ее.
4. Затем выделяющийся водород собрать методом вытеснения воды: набрать полную пробирку воды, перевернуть ее в кристаллизаторе и подвести к отверстию газоотводную трубку. Когда пробирка-приемник полностью заполнится водородом, зажать отверстие пальцем под водой. Убедиться в чистоте газа.
5. Закрепить пробирку с оксидом меди (II) в держателе.
Правила ТБ: закрепление пробирки в держателе
а) пробирку закрепляют в верхней третьей части ближе к отверстию
б) пробирка не должна выпадать, но проворачиваться (иначе при нагревании стекло расширяется и пробирка может лопнуть)
в) чтобы вынуть пробирку из держателя, нужно ослабить зажим.
Прогреть пробирку на пламени спиртовки 2-3 раза, далее нагревать ее в верхней части пламени, в том месте, где находится оксид меди (II). Внести газоотводную трубку с выделяющимся водородом.
После окончания опыта дать пробирке остыть, затем поставить в штатив для пробирок.
6. Потушить спиртовку, перекрыть зажимом выделение водорода.
Основное правило ТБ: работать уверенными руками!
IV. Выполнение практической работы, оформление результатов, уборка рабочего места (23 мин.)
Слайд 6
1. Ученики выполняют практическую работу самостоятельно. Учитель следит за правиль-ностью выполнения техники эксперимента и соблюдением правил ТБ.
2. Уборка рабочего места: после окончания опыта по изучению восстановительных свойств водорода:
1-й ученик: потушить спиртовку, дать пробирке-реактору остыть, затем поставить ее в штатив для пробирок.
2-й ученик: перекрыть выделение газа в автоматическом приборе, вынуть воронку, остатки цинка поместить на фильтровальную бумагу. Вынуть прибор из лапки штатива, слить отра-ботанный раствор в «СКЛЯНКУ ДЛЯ СЛИВА», сдать прибор учителю.
учитель: собирает лотки и кристаллизаторы с водой.
3. Демонстрационный опыт: изучение продукта реакции цинка с соляной киcлотой
Отработанный раствор слить в стакан и несколько капель с помощью стеклянной палочки перенести на стеклянную пластинку. Укрепить пластинку в тигельных щипцах и упарить раствор на пламени
Что наблюдается?
4. Оформить результаты эксперимента: сформулировать и записать наблюдения, вывод (что узнали про газообразное вещество водород на практической работе), сдать тетрадь.
Проведение урока (Фото-фильм)
Использованные электронные пособия:
- Химия (8-11 класс). Виртуальная лаборатория. Лаборатория систем мультимедиа, МарГТУ, 2004.
- Химия для всех XXI. Химические опыты со взрывами и без. Ахлебинин А.К. и др., 2006.
Оформление работы в тетради ученика:
Практическая работа 5: Получение водорода и изучение его свойств
1. Способ получения водорода – взаимодействие активных металлов с кислотами.
Zn + 2HCl = ZnCl2 + Н2↑ + Q – при обычных условиях
Наблюдения:
- реакция взаимодействия гранул цинка с соляной кислотой идет сначала медленно, затем очень бурно, пробирка разогревается
- из газоотводной трубки выделяется бесцветный газ
- при упаривании полученного раствора на стеклянной пластинке остается белый порошок
2. Приборы для получения и собирания водорода
Рис. Прибор для получения водорода – автоматический, который позволяет в любой момент остановить реакцию с помощью зажима (прибор Кирюшкина).
Собирание газа методом вытеснения воды – возможно, т.к. водород малорастворим в ней.
Рис. Собирание газа методом вытеснения воздуха – держа пробирку-приемник вверх дном, т.к.
– следовательно, водород легче воздуха
3. Обнаружение водорода – проверка его на чистоту
Наблюдения:
- при сжигании первой порции газа раздается резкий лающий звук
- при сжигании второй порции газа слышен легкий хлопок Рисунок 5 «п-пах»
4. Свойство водорода – активный восстановитель
Наблюдения:
- порошок меняет цвет с черного на медный
- на стенках пробирки появляются бесцветные капельки жидкости
Вывод:
Одним из способов получения водорода в лаборатории является взаимодействие цинка с разб. соляной кислотой, при этом образуется соль (хлорид цинка) и водород. Водород – бесцветный газ, без запаха, малорастворим в воде, легче воздуха, в смеси с воздухом взрывоопасен, восстанавливает металлы из их оксидов.
Источник
Билет № 12
Опыт. Выделение поваренной соли из ее смеси с речным песком.
1. Добавить к смеси немного воды, перемешать. Соль растворится, песок осядет на дно.
2. Профильтровать полученную смесь. Если нет фильтра, дать отстояться и слить верхнюю часть воды с растворенной солью.
(Здесь мы используем различную растворимость соли и песка в воде)
3. Выпарить соль из раствора в фарфоровой чашке.
Прекратить выпаривание при появлении кристаллов соли, иначе чашка может треснуть. С горячей чашкой обращаться осторожно!!! Спиртовку тушить, накрывая колпачком. Спички чиркать «от себя».
1. Амфотерные гидроксиды, их химические свойства: взаимодействие с кислотами, щелочами, разложение при нагревании (на примере гидроксида цинка).
Амфотерные гидроксиды – вещества, состоящие из металла (цинка, алюминия и некоторых других) и гидроксогрупп OH.
Могут быть получены действием щелочей на растворы солей цинка:
ZnCl2 + 2NaOH = Zn(OH)2↓ + 2NaCl
Способны в зависимости от условий проявлять как основные, так и кислотные свойства. Т.е. реагируют как с кислотами, так и со щелочами.
С кислотами амфотерные гидроксиды реагируют так же, как и основания, с образованием соли и воды. Например, гидроксид цинка, нерастворимый в воде, взаимодействует с соляной кислотой и осадок исчезает:
Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O
(полученная соль – хлорид цинка)
Чтобы записать реакцию гидроксида цинка со щелочью, его удобно записать, как кислоту – водород в начале.
Осадок растворяется и в избытке щёлочи.
При взаимодействии гидроксида цинка со щелочами образуются соли – цинкаты:
H2ZnO2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + 2H2O
Строго говоря, образование цинката натрия в водном растворе происходит при участии гидроксид-ионов, но обычно для простоты записывают это уравнение.
Нерастворимые гидроксиды разлагаются при нагревании, образуется оксид металла и вода:
Zn(OH)2 = ZnO + H2O
Водород можно получить взаимодействием цинка с соляной кислотой:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
Водород легче воздуха, поэтому его собирают в пробирку, перевернутую дном кверху.
Чтобы доказать наличие водорода в пробирке и проверить его на чистоту, пробирку с водородом подносят к пламени спиртовки (пробирку держим держателем для пробирок!). Чистый водород сгорает со звонким хлопком.
Если водород смешан с воздухом, звук будет визгливый, говорят «сгорает со свистом».
Опыт доказательства наличия водорода не всегда получается, особенно без тренировки – нужно накопить довольно много водорода. При этом не забывайте отверстие пробирки направлять в сторону, где никого нет – «от людей».
Для получения водорода на экзамене вряд ли будет использоваться аппарат Киппа. Скорее, предложат пробирку с газоотводной трубкой или колбу, накрытую перевернутой воронкой. Желательно уточнить этот момент на консультации перед экзаменом и обговорить с учителем меры безопасности.
Ни в коем случае не зажигайте спички и спиртовку поблизости от сосуда, в котором получаете водород. Если он собран герметично или закрыт пробкой, при возгорании водорода взрыв разорвет сосуд, осколки могут поранить лицо.
Водород можно получить и взаимодействием натрия, кальция с водой, но этот опыт не вполне безопасен (если взять слишком большой кусочек натрия, может произойти взрыв).
2Na + 2HOH = 2NaOH + H2↑
Источник
Водород можно получить взаимодействием цинка с соляной кислотой:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
Водород легче воздуха, поэтому его собирают в пробирку, перевернутую дном кверху.
Чтобы доказать наличие водорода в пробирке и проверить его на чистоту, пробирку с водородом подносят к пламени спиртовки (пробирку держим держателем для пробирок!). Чистый водород сгорает со звонким хлопком.
Если водород смешан с воздухом, звук будет визгливый, говорят «сгорает со свистом».
Опыт доказательства наличия водорода не всегда получается, особенно без тренировки – нужно накопить довольно много водорода. При этом не забывайте отверстие пробирки направлять в сторону, где никого нет – «от людей».
Для получения водорода на экзамене вряд ли будет использоваться аппарат Киппа. Скорее, предложат пробирку с газоотводной трубкой или колбу, накрытую перевернутой воронкой. Желательно уточнить этот момент на консультации перед экзаменом и обговорить с учителем меры безопасности.
Ни в коем случае не зажигайте спички и спиртовку поблизости от сосуда, в котором получаете водород. Если он собран герметично или закрыт пробкой, при возгорании водорода взрыв разорвет сосуд, осколки могут поранить лицо.
Водород можно получить и взаимодействием натрия, кальция с водой, но этот опыт не вполне безопасен (если взять слишком большой кусочек натрия, может произойти взрыв).
2Na + 2HOH = 2NaOH + H2↑
Билет № 13
1. Щелочи в свете представлений об электролитической диссоциации. Химические свойства щелочей: взаимодействие с кислотами, кислотными оксидами, солями (на примере гидроксида натрия или гидроксида кальция).
Щёлочи – это растворимые основания.
С точки зрения теории электролитической диссоциации основаниями являются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием гидроксид-ионов, т.е. основные гидроксиды:
NaOH → Na+ + OH-
Более строгая формулировка: отщепляющие в качестве анионов (отрицательных ионов) только гидроксид-ионы.
Растворы щелочей окрашивают индикатор фенолфталеин (сокращенно ф-ф) в малиновый цвет.
Лакмус окрашивают в синий, метилоранж – в желтый, но это в школьной лаборатории видно плохо, не дает возможности отличить от нейтрального раствора.
Щёлочи реагируют с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Щёлочи реагируют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O (известковое тесто при неправильном хранении поглощает углекислый газ, образуется карбонат кальция)
Щелочи реагируют с растворами солей, если в результате реакции образуется осадок:
CuSO4 + 2NaOH = Na2SO4 + Cu(OH)↓
Например, при сливании с растворимыми солями меди (II) выпадает синий осадок гидроксида меди (II).
При нагревании солей аммония со щелочами выделяется газообразный аммиак:
Ca(OH)2 + 2NH4Cl = CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O
Задача. Вычисление массы исходного вещества, если известно количество вещества одного из продуктов реакции.
Пример:
Сколько граммов соляной кислоты необходимо для получения 4 моль хлорида цинка?
Решение:
1. Записываем уравнение реакции: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
2. Записываем над уравнением реакции имеющиеся данные, а под уравнением – число моль согласно уравнению (равно коэффициенту перед веществом):
x моль 4 моль
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
2 моль 1 моль
3. Составляем пропорцию:
x моль – 4 моль
2 моль – 1 моль
4. Находим x:
x = 4 моль • 2 моль / 1 моль = 8 моль
5. Находим молярную массу соляной кислоты: M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 (г/моль)
(молярную массу каждого элемента, численно равную относительной атомной массе, смотрим в периодической таблице под знаком элемента и округляем до целых, кроме хлора, который берется 35,5)
6. Находим требуемую массу соляной кислоты: m (HCl) = M • n = 36,5 г/моль • 8 моль = 292 г
Ответ: 292 г.
Билет № 14
1. Водород: положение этого химического элемента в периодической системе, строение его атома и молекулы. Физические и химические свойства водорода, получение и применение.
Водород находится в 1-м периоде, I группе, главной (А) подгруппе. Химический знак водорода обычно проставляют и в VII группе.
Это связано с тем, что ядро атома водорода представляет из себя протон (элементарную частицу), заряд его равен +1. Электронная оболочка имеет один уровень, на котором расположен один электрон. Водород, как и металлы I группы, легко окисляется. Валентность водорода равна I.
В то же время водороду недостает только одного электрона, чтобы заполнить внешний электронный уровень (т.к. на I уровне может разместиться только 2 электрона). В этом он сходен с галогенами. Водород-простое вещество, как и галогены, является неметаллом. Поэтому химический знак водорода помещают также в VII группу.
Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных ковалентной неполярной связью.
Водород – газ, без цвета и запаха, легче воздуха. Растворимость в воде очень мала.
Химические свойства:
1. Водород горит, образуется вода; смесь водорода с воздухом сгорает со взрывом:
2H2 + O2 = 2H2O
2. Водород продолжает гореть в атмосфере хлора (т.е. реагирует с хлором при нагревании), образуется хлороводород:
H2 + Cl2 = 2HCl
Сходным образом протекают реакции со многими неметаллами.
3. Водород восстанавливает металлы из их оксидов:
H2 + CuO = Cu + H2O
В этих трех реакциях водород является восстановителем.
Водород может выступать в роли окислителя при нагревании со щелочными металлами:
2Na + H2 = 2NaH (образуется гидрид натрия)
В лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
Водород собирают в сосуд, перевернутый кверху дном.
Чтобы проверить его на чистоту, пробирку с водородом подносят к пламени спиртовки. Чистый водород сгорает со звонким хлопком. Если водород смешан с воздухом, сгорает со взрывом.
Водород можно получить взаимодействием натрия, кальция с водой:
2Na + 2HOH = 2NaOH + H2↑
При отсутствии этих реактивов практикуется получение водорода взаимодействием алюминиевой стружки и воды (с добавлением щелочи, чтобы разрушить оксидную пленку).
В промышленности водород получают при разложении природного газа.
Перспективным считается получение водорода при разложении воды электрическим током, но этот метод дорого обходится из-за больших затрат электроэнергии.
Применение водорода:
1. Синтез аммиака NH3 (производство азотной кислоты и азотных удобрений), соляной кислоты
2. Получение металлов высокой чистоты (например, порошка железа для школьной химической лаборатории)
3. Газовая резка и сварка металлов
Водород считается перспективным экологически чистым топливом для автомобильного и воздушного транспорта. Запасы нефти и газа на Земле исчерпаемы, а водород можно получать из воды.
Источник