Методические указания для проведения лабораторных занятий по учебной дисциплине «Химия»
Методические указания для проведения лабораторных занятий по учебной дисциплине «Химия»
В данных методических указаниях описаны методики выполнения лабораторных работ по общей и органической химии, дано краткое теоретическое введение к каждой теме, которое при самостоятельной подготовке поможет студентам выполнить эти работы.
Методические указания выполнены в соответствии с рабочей программой, составленной на основе государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования по химии (базовый уровень).
Пособие состоит из двух частей: первая посвящена лабораторным работам по общей и неорганической химии; вторая – по органической химии.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
- формирование умений применять полученные знания на практике, реализацию единства интеллектуальной и практической деятельности;
- развитие интеллектуальных умений у будущих специалистов: аналитических, проектировочных, конструктивных и др.;
- выработка при решении поставленных задач таких профессионально значимых качеств, как самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициатива.
В данных методических указаниях описаны методики выполнения лабораторных работ по общей и органической химии, дано краткое теоретическое введение к каждой теме, которое при самостоятельной подготовке поможет студентам выполнить эти работы.
Методические указания выполнены в соответствии с рабочей программой, составленной на основе государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования по химии (базовый уровень).
Пособие состоит из двух частей: первая посвящена лабораторным работам по общей и неорганической химии; вторая – по органической химии.
Описаны методики выполнения лабораторных работ, приведены контрольные вопросы, фиксирующие внимание студентов на наиболее важные этапы изучаемого материала.
Правила работы в лаборатории
Лабораторные работы проводят в специально оборудованной химической лаборатории. При работе в лаборатории необходимо знать и строго соблюдать установленные правила. Работать разрешается только после ознакомления с правилами по технике безопасности и правилами работы в химической лаборатории.
1. Рабочее место содержите в чистоте и порядке, не загромождайте его посторонними предметами.
2. Не допускайте попадания химических реактивов на кожу и одежду. Нельзя брать вещества руками и пробовать на вкус
3. Не уносите на свои рабочие места реактивы общего пользования. Если нет указаний по дозировке реактивов для данного опыта, то берите их в минимальном количестве.
4. Запрещается пользоваться реактивами без этикеток или с сомнительными этикетками.
5. Во всех опытах используйте дистиллированную воду. Сухие реактивы берите только чистым шпателем. Не путайте пробки от склянок с различными реактивами. Излишки реактивов не высыпайте и не выливайте в склянки, из которых они взяты.
6. Особую осторожность соблюдайте при работе ядовитыми и вредными веществами, с концентрированными кислотами и щелочами. Работать с ними следует в вытяжном шкафу.
7. При нагревании жидкости в пробирке необходимо держать ее так, чтобы в случае разбрызгивания жидкость не попала на самого экспериментатора и рядом работающих студентов, т.е. отверстие пробирки должно быть направлено в сторону от себя и товарищей. Лучше всего направить его на стенку вытяжного шкафа. Не забывайте пользоваться при этом держателем.
8. После опытов остатки реактивов сливайте в раковину после разбавления водой. Металлы собирайте в отведенную для этого склянку. Остатки агрессивных и дорогостоящих реактивов собирайте в специальные склянки.
9. Не трогайте, не включайте и не выключайте без разрешения рубильники и электрические приборы.
10. В лаборатории соблюдайте тишину, не занимайтесь посторонними делами, не проводите опыты, не относящиеся к данной лабораторной работе и не описанные в методическом указании.
Перед выполнением работы следует ознакомиться с методикой проведения эксперимента, изучить принцип действия приборов и установок, понять цель работы. При выполнении лабораторной работы внимательно следите за ходом опыта. В случае неудачной постановки опыта, прежде чем его повторить, установите причину неудачи. После окончания работы необходимо вымыть посуду, привести в порядок рабочее место.
Правила оформления лабораторных работ
Отчет должен содержать следующие сведения:
1. Название работы и дату ее выполнения.
2. Цель работы.
3. Номер и название опыта.
4. Краткое описание хода работы с указанием условий проведения опыта.
5. Рисунки и схемы используемых приборов,
6. Наблюдения и уравнения реакций.
7. Расчеты, таблицы, графики.
8. Выводы. Ответы на контрольные вопросы.
Критерии оценки
Отметка «5» ставится, если учащийся выполняет работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений; самостоятельно и рационально собирает необходимые приборы; все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования правил безопасности труда; правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, вычисления.
Отметка «4» ставится, если выполнены требования к оценке «5», но было допущено два-три недочета; не более одной негрубой ошибки и одного недочета
Отметка «3» ставится, если работа выполнена не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильный результат и вывод; если в ходе проведения опыта были допущены ошибки.
Отметка «2» ставится, если работа выполнена не полностью и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов; если опыты, наблюдения, вычисления проводились неправильно
научиться готовить раствор заданной концентрации, используя весы и мерную посуду.
Оборудование:
стеклянная лопаточка;
стакан объемом 50 мл;
стеклянная палочка с резиновым наконечником;
мерный цилиндр;
весы;
холодная кипяченая вода.
соли;
Ход работы:
1. Приготовление раствора соли с определенной массовой долей вещества.
Произведите расчеты: определите, какую массу соли и воды потребуется взять для приготовления раствора, указанного в условии задачи.
Задача: приготовьте 20 г водного раствора поваренной соли с массовой долей соли 5 %.
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.
Отчет о работе:
- проведите расчеты;
- последовательность ваших действий;
2. Приготовление раствора с заданной молярной концентрацией.
Под молярной концентрацией понимают число молей растворенного вещества, содержащегося в одном литре раствора (1 л р-ра).
Рассчитайте массу растворенного вещества в 1000 мл раствора заданной молярной концентрации.
Рассчитайте массу растворенного вещества в предложенном объеме раствора.
В соответствии с расчетами возьмите навеску соли, поместите ее в мерный стакан и добавьте немного воды (примерно 7-10 мл). помешивая стеклянной палочкой, растворите полностью соль, а затем прилейте воды до необходимого по условию задачи объема.
Отчет о работе:
- приведите расчеты;
- последовательность важных действий;
Решите самостоятельно.
Сколько граммов Н3РО4 потребуется для приготовления 100 мл 0,02Н раствора? Ответ: 0,065 г.
Найдите массу AlCl3, необходимую для приготовления 2 л 0,5М и 2 л 0,5Н растворов?
Ответ: 133,5 г; 44,5 г.
В каком количестве воды следует растворить 2 моля NaCl, чтобы получить 25-процентный раствор? Ответ: 351 г.
В каком объеме 0,5Н раствора растворены 3,8 г сульфата железа (II)?
Вывод
Лабораторная работа № 2
Общие свойства металлов
Цель работы: исследовать взаимодействие металлов с солями. Используя электрохимический ряд напряжений металлов, научиться определять более активные металлы. Приобрести практический навык в проведении реакций замещения;
Краткие теоретические сведения По своим химическим свойствам все металлы являются восстановителями, все они сравнительно легко отдают валентные электроны, переходят в положительно заряженные ионы, то есть окисляются. Восстановительную активность металла в химических реакциях, протекающих в водных растворах, отражает его положение в электрохимическом ряду напряжений металлов, или ряду стандартных электродных потенциалов металлов.
Чем левее стоит металл в ряду стандартных электродных потенциалов, тем более сильным восстановителем он является, самый сильный восстановитель – металлический литий, золото – самый слабый, и, наоборот, ион золото (III) – самый сильный окислитель, литий (I) – самый слабый.
Каждый металл способен восстанавливать из солей в растворе те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него, например, железо может вытеснять медь из растворов ее солей. Однако следует помнить, что металлы щелочных и щелочно-земельных металлов будут взаимодействовать непосредственно с водой.
Металлы, стоящее в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из растворов разбавленных кислот, при этом растворяться в них.
Восстановительная активность металла не всегда соответствует его положению в периодической системе, потому что при определении места металла в ряду учитывается не только его способность отдавать электроны, но и энергия, которая затрачивается на разрушение кристаллической решетки металла, а также энергия, затрачиваемая на гидратацию ионов.
Опыт 1 В пробирку налить немного раствора кислоты(H2SO4,HCl)поместить туда пластинку цинка. Записать наблюдение и уравнение реакции.
Опыт 2. В пробирку налить немного раствора медного купороса( CuSO4 )и опустить туда железный гвоздик. Записать наблюдение и уравнение реакции.
Опыт 3. В пробирку налить раствор FeCl3 и поместить туда медную проволоку. Записать наблюдение и уравнение реакции.
Опыт 4 В пробирку налить немного раствора азотнокислой ртути и поместив туда медную монету предварительно промытую в нашатырном спирте и Н2О. Записать наблюдение и уравнение реакции.
Опыт 5 В пробирку налить немного раствора соли Pb поместить туда цинковую пластинку.. Записать наблюдение и уравнение реакции.
Результаты наблюдений оформите в виде таблицы.
Описание опыта
Наблюдения
Уравнения реакций
2.Вытеснение металлами водорода из раствора кислоты.
Название металла
Описание опыта
Наблюдение
Уравнение реакции
Mg
Zn
Cu
Контрольный вопрос:
Какой из перечисленных ниже металлов будет взаимодействовать с хлоридом железа (III): а) Al; б) Zn; в) Ag? Напишите уравнения соответствующих реакций.
Задание № 2. Изготовление моделей молекул углеводородов
Модель молекулы метана. Соберите модель молекулы метана, используя для этого спички и пластилин. Для этого из пластилина (в наборе 16 шариков) выберите четыре шарика, а из пластилина (в наборе 7 шариков) – один шарик. В качестве стержней можно использовать спички. Учтите, что в молекуле метана угол между химическими связями С–Н составляет 109°28', т. е. молекула имеет тетраэдрическое строение (см. рис. 10).
Модель молекулы этана. Соберите модель молекулы этана, используя для этого спички и пластилин. Учтите, что в молекуле этана угол между химическими связями С–Н составляет 109°28', а углерод-углеродные связи L (С-С) = 0,154 нм. (см. рис. 11).
Модель молекулы пропана. Соберите модель молекулы пропана, используя для этого спички и пластилин.
Модели молекул бутана и изобутана. Соберите модель молекулы н-бутана, используя пластилин. Подумайте и переделайте модель н-бутана в модель молекулы изобутана. Учтите, что в бутане атомы углерода расположены по отношению друг к другу под углом 109°, т. е. углеродная цепь должна иметь зигзагообразное строение. В молекуле изобутана все связи центрального атома углерода направлены к вершинам правильного тетраэдра. Сравните строение этих углеводородов.
Модели молекул пентана и всех его изомеров. Соберите модель молекулы н-пентана и всех его изомеров последовательно, используя пластилин.
Вопросы для выводов
Сколько моделей: а) гомологов, б) изомеров было собрано во время лабораторной работы
Что общего и в чём различия в строении а) гомологов, б) изомеров
Контрольные вопросы
Какие вещества называют органическими?
В чем отличие органических веществ от неорганических веществ?
Определите молекулярную формулу вещества, если оно содержит С-80%,Н-20%, а плотность вещества по водороду равна 15.
Список литературы
Габриелян О. С. Химия: учеб. для студ. проф. учеб. заведений. – М., 2005.
Лабораторная работа № 4
Свойства спиртов и альдегидов
Цель работы: освоить экспериментальный способ распознавания одноатомных и многоатомных спиртов, химические свойства этанола. Изучить свойства фенола и фенолята натрия
Краткие теоретические сведения
Химические свойства спиртов определяются присутствием в их молекулах гидроксильной группы ОН. Связи С-О и О-Н сильно полярны и способны к разрыву.
1. Кислотные свойства спиртов выражены очень слабо. Низшие спирты бурно реагируют со щелочными металлами:
2RОН + 2K→ 2RОK + Н2↑,
В присутствии следов влаги соли спиртов (алкоголяты) разлагаются до исходных спиртов:
RОK + Н2О → RОН + KОН.
Это доказывает, что спирты — более слабые кислоты, чем вода.
2. При действии на спирты минеральных и органических кислот образуются сложные эфиры. Образование сложных эфировпротекает по механизму нуклеофильного присоединения-отщепления :
Н+ RОН + СН3СООН СН3СООR + Н2О Этилацетат
3. Спирты окисляются под действием дихромата или перманганата калия до карбонильных соединений. Первичные спирты окисляются в альдегиды, которые, в свою очередь, могут окисляться в карбоновые кислоты:
[O] [О] R-CH2-OH → R-CH=O → R-COOH.
R – углеводородный радикал.
Для многоатомных спиртов характерны основные реакции одноатомных спиртов. В отличие от них, они могут образовывать производные по одной или по нескольким гидроксильным группам, в зависимости от условий проведения реакций.
1. Многоатомные спирты, как и одноатомные, проявляют свойства кислот при взаимодействии с активными металлами.
CH2–OH I CH2–OH
Na ––– -1/2H2
CH2–ONa I CH2–OH
Na ––– -1/2H2
CH2–ONa I CH2–ONa
Увеличение числа гидроксильных групп в молекуле приводит к усилению кислотных свойств многоатомных спиртов по сравнению с одноатомными.
2. Они способны растворять свежеосаждённый гидроксид меди (II) с образованием внутрикомплексных соединений:
В отдельные пробирки прилейте по 1—2 мл этилового и изоамилового (изопентилового) спиртов. Добавьте к ним по 2—3 мл воды и взболтайте. Отметьте, что этиловый спирт полностью растворился в воде, а изоамиловый спирт отделяется при отстаивании в виде маслянистого слоя над водой.
1. В чем причина различного «поведения» спиртов в воде?
2. Почему изоамиловый спирт отслаивается над водой, а не наоборот?
3. Какие органические жидкие вещества при смешивании с водой будут отслаиваться над водой?
Получение глицерата меди
В пробирку налейте около 1 мл 10% -ного раствора сульфата меди(П) и добавьте немного 10% -ного раствора гидроксида натрия до образования голубого осадка гидроксида меди(П).
К полученному осадку добавьте по каплям глицерин. Взболтайте смесь. Отметьте превращение голубого осадка в раствор темно-синего цвета.
1. Какая реакция лежит в основе получения гидроксида меди(П)? Напишите уравнение этой реакции.
2. Почему при добавлении глицерина к осадку гидроксида меди(П) осадок растворяется? С чем связано интенсивное окрашивание раствора? Напишите уравнение реакции взаимодействия глицерина с гидроксидом меди(П).
3. Будут ли этиловый и изоамиловый спирты реагировать с гидроксидом меди(П)?
Окисление этилового спирта хромовой смесью
В пробирке смешайте 2 мл 5% раствора дихромата калия, 1 мл 20%-ного раствора серной кислоты и 0,5 мл этилового спирта. Отметьте цвет раствора. Осторожно нагрейте смесь на пламени горелки до начала изменения цвета. При этом ощущается характерный запах уксусного альдегида, образующегося в результате реакции.
1. Почему цвет раствора меняется с оранжевого до синевато-зеленого? Напишите уравнение реакции окисления этилового спирта.
2. Можно ли заменить серную кислоту в данной реакции на соляную?
Вывод:
Лабораторная работа № 5
Решение экспериментальных задач на идентификацию органических соединений
Цель: Получить и распознать органические вещества.
Оборудование:этанол, глицерин, бензол, уксусная кислота, глюкоза, сахароза, пропанол, растворы муравьиной, уксусной и серной кислот. Химическая посуда и оборудование.
Вещества
Реагенты
Результаты реакций
алканы, циклоалканы
бромная вода, перманганат калия
не обесцвечивает
алкены
бромная вода, перманганат калия
обесцвечивает
алкины
бромная вода, перманганат калия
обесцвечивает
бензол
бромная вода, перманганат калия
обесцвечивает бромную воду, не обесцвечивает перманганат калия
Задание 2. Докажите опытным путем, что в спелых фруктах содержится глюкоза.
Задание 3. Докажите опытным путем, что сырой картофель, белый хлеб, крупы (рис, манка) содержат крахмал.
Задание 4. В состав меда входят глюкоза и фруктоза. Докажите наличие глюкозы в растворе меда.
Задание 5. В четырех пробирках находятся растворы крахмала, сахарозы, глюкозы и глицерина. Определите каждое вещество с помощью качественных реакций.
Задание 6. В двух пробирках находятся растворы белка и глюкозы, в третьей — растительное масло. Определите химическим способом каждое из указанных веществ.
Задание 7. Исходя из этанола, получите одно из следующих веществ: а) сложный эфир; б) этилен; в) ацетальдегид. Отметьте, как вы установили наличие полученных веществ.
Составьте уравнения химических реакций, укажите условия их протекания
Вывод:
Лабораторная работа № 6
Химические свойства белков
Цели работы
познакомиться с важнейшими химическими свойствами белков;
отработать навыки экспериментальной работы, соблюдая правила техники безопасности при работе в кабинете химии.
Приборы и реактивы: раствор белка, растворы сульфата меди (II) и щёлочи, азотная кислота, водный раствор аммиака «нашатырный спирт», глицин, анилин, соляная кислота, штатив с пробирками, прибор для нагревания, держатель, тигельные щипцы, спички.
Краткие теоретические сведения
Пептиды. Белки
Пептиды и белки представляют собой высокомолекулярные органические соединения, построенные из остатков α- аминокислот, соединенных между собой пептидными связями.
Ни один из известных нам живых организмов не обходится без белков. Белки служат питательными веществами, они регулируют обмен веществ, исполняя роль ферментов – катализаторов обмена веществ, способствуют переносу кислорода по всему организму и его поглощению, играют важную роль в функционировании нервной системы, являются механической основой мышечного сокращения, участвуют в передаче генетической информации и т.д. Пептиды и белки различают в зависимости от величины молекулярной массы. Условно считают, что пептиды содержат в молекуле до 100 (соответствует молекулярной массе до 10000), а белки - свыше 100 аминокислотных остатков (молекулярная масса от 10000 до нескольких миллионов). При этом в пептидах различают олигопептиды, содержащие в цепи не более 10 аминокислотных остатков, и полипептиды, содержащие до 100 аминокислотных остатков.
Первичная структура белка - специфическая аминокислотная последовательность, т.е. порядок чередования α- аминокислотных остатков в полипептидной цепи.
Вторичная структура белка - конформация полипептидной цепи, т.е. способ скручивания цепи в пространстве за счет водородных связей между группами NH и CO. Одна из моделей вторичной структуры – спираль.
Третичная структура белка - трехмерная конфигурация закрученной спирали в пространстве, образованная за счет дисульфидных мостиков –S–S– между цистеиновыми остатками и ионных взаимодействий.
Четвертичная структура белка - структура, образующаяся за счет взаимодействия между разными полипептидными цепями. Четвертичная структура характерна лишь для некоторых белков, например гемоглобина.
Химические свойства
1) Денатурация. Утрата белком природной (нативной) конформации, сопровождающаяся обычно потерей его биологической функции, называется денатурацией. С точки зрения структуры белка – это разрушение вторичной и третичной структур белка, обусловленное воздействием кислот, щелочей, нагревания, радиации и т.д. Первичная структура белка при денатурации сохраняется. Денатурация может быть обратимой (так называемая, ренатурация) и необратимой. Пример необратимой денатурации при тепловом воздействии – свертывание яичного альбумина при варке яиц.
2) Гидролиз белков – разрушение первичной структуры белка под действием кислот, щелочей или ферментов, приводящее к образованию - аминокислот, из которых он был составлен.
3) Качественные реакции на белки:
a) Биуретовая реакция – фиолетовое окрашивание при действии солей меди (II) в щелочном растворе. Такую реакцию дают все соединения, содержащие пептидную связь.
b) Ксантопротеиновая реакция – появление желтого окрашивания при действии концентрированной азотной кислоты на белки, содержащие остатки ароматических аминокислот (фенилаланина, тирозина).
Практическая часть
Образование солей анилина
В пробирку прилейте 0,5 мл анилина и 3 мл воды. Взболтайте. Что наблюдается? В пробирку добавьте соляной кислоты до полного растворения анилина в воде. К раствору добавьте
1—2 мл раствора щелочи. Что наблюдаете?
1. Почему при добавлении соляной кислоты происходит растворение анилина? Напишите уравнение реакции.
2. Почему при добавлении щелочи анилин выделяется из водного раствора? Напишите уравнение реакции.
Получение медной соли глицина
В пробирку, содержащую 2 мл раствора глицина, добавьте
1 г порошка оксида меди(П) и нагрейте до кипения.
1. Чем обусловлено появление голубой окраски раствора?
2. Каково строение образующейся соли?
Денатурация белка
Приготовьте раствор белка. Для этого белок куриного яйца растворите в 150 мл воды. В пробирку налейте 4—5 мл раствора белка и нагрейте на горелке до кипения. Отметьте помутнение раствора. Охладите содержимое пробирки. Разбавьте водой в 2 раза.
1. Почему раствор белка при нагревании мутнеет?
2. Почему образующийся при нагревании осадок не раство-1яется при охлаждении и разбавлении водой?
Осаждение белка солями тяжелых металлов
В две пробирки налейте по 1—2 мл раствора белка и медленно, при встряхивании, по каплям добавьте в одну пробирку насыщенный раствор медного купороса, а в другую — раствор ацетата свинца. Отметьте образование труднораствори-1ых солеобразных соединений белка. Данный опыт иллюстрирует применение белка как противоядия при отравлении солями тяжелых металлов.
Цветные реакции белков
Ксантопротеиновая реакция. В пробирку налейте 2—3 мл детвора белка и прибавьте несколько капель концентрированной азотной кислоты. Нагрейте содержимое пробирки, при том образуется желтый осадок. Охладите смесь и добавьте аммиак до щелочной реакции (проба на лакмус). Окраска переходит в оранжевую.
Биуретовая реакция. В пробирку налейте 2—3 мл раствора белка и 2—3 мл раствора гидроксида натрия, затем 1—2 мл 1аствора медного купороса. Появляется фиолетовое окрашивание.
Вывод:
Список литературы
1. Ерохин Ю.М. Химия: учебник. - М., ОИЦ «Академия», 2009.
2. Габриелян О.С. Химия: учебное пособие для студентов профессиональных учебных заведений / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. – М., ОИЦ «Академия»,2009
3. Габриелян О.С. Химия в тестах, задачах, упражнениях: учебное пособие для студентов средних профессиональных учебных заведений / О.С. Габриелян, Г.Г.Лысова – М., ОИЦ «Академия», 2009.
4. Габриелян О.С. Практикум по общей, неорганической и органической химии: учебное пособие для студентов средних профессиональных учебных заведений / О.С.Габриелян, И.Г.Остроумов. – М., ОИЦ «Академия», 2008.
