МЕТОДКАБИНЕТ.РФ

Всероссийский педагогический портал

Зверева Ольга Владимировна, учитель химии ГОУ РМЭ «Лицей им. М. В. Ломоносова» г.Йошкар-Ола Республики Марий Эл

 

Элективный курс

«Основы аналитической химии. Качественный анализ»

 

Пояснительная записка

Элективный курс «Основы аналитической химии. Качественный анализ» предназначен для учащихся 8 классов. Данный элективный курс имеет своей целью удовлетворить познавательный интерес учащихся в вопросах, выходящих за рамки материала учебника. Курс имеет экспериментальную направленность: 2/3 занятий – практические работы, которые выполняют учащиеся. В процессе выполнения работ ребята знакомятся с элементами качественного анализа.

 

ЦЕЛЬ: формирование положительной мотивации к изучению предмета посредством практической деятельности.

 

ЗАДАЧИ:

1) формирование и развитие практических умений учащихся: наблюдательности, внимательности, автоматизации в работе с руками («химические руки»);

2) развитие умения работать в микрогруппах;

3) раскрытие «химической стороны» окружающего мира;

4) формирование творческого подхода к любому виду деятельности, установки на престижность занятий научной деятельностью.

 

ЦЕЛЕВАЯ АУДИТОРИЯ: учащиеся 8 классов

 

ФОРМЫ И МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ:

Лекция

Практические работы

Создание компьютерного проекта

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОБУЧАЮЩИМСЯ:

Курс базируется на знаниях, получаемых при изучении основного курса химии 8 класса.

В результате изучения модуля слушатель должен:

ЗНАТЬ:

Понятие качественной реакции, реагента и определяемого вещества; качественные реакции на катионы и анионы неорганических веществ.

УМЕТЬ:

Планировать, подготавливать и проводить качественные реакции; описывать результаты наблюдений; делать выводы; обсуждать результаты эксперимента.

ВЛАДЕТЬ:

Химическими терминами; приемами работы с химическим оборудованием и веществами.

 

Содержание

 

Раздел 1. Теоретическая часть. В вводной лекции рассматривается история развития аналитической химии как науки, ее значение для разных областей знаний. Дается понятие о качественной реакции, реагенте и определяемом веществе. Приводится таблица определения катионов и анионов.

Раздел 2. Практическая часть.

Практическая работа № 1. Распознавание катионов в растворе.

Изучение на практике качественных реакций на катионы и условий их проведения.

Практическая работа № 2. Распознавание анионов в растворе.

Изучение на практике качественных реакций на анионы и условий их проведения.

Практическая работа № 3. Определение указанного вещества среди нескольких предложенных.

Совершенствование теоретических и практических знаний, умений.

Практическая работа № 4. Определение качественного состава вещества.

Совершенствование теоретических и практических знаний, умений.

Раздел 3. Подведение итогов работы.

Учащиеся готовят доклад по выбранной теме, сопровождая его презентацией.

Формы, виды и содержание контроля, критерии оценки

Составление отчетов о проведенных практических работах, участие в итоговой конференции.

Учебно-методическое обеспечение курса

 

 

ОБОРУДОВАНИЕ

Химическая посуда (пробирки, пипетки, спиртовки). Растворы кислот, щелочей, солей. Периодическая система химических элементов, таблица растворимости кислот, оснований и солей, таблица по определению катионов и анионов.

 

 

ДИДАКТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СЛУШАТЕЛЕЙ

Таблицы по определению катионов и анионов, таблица растворимости кислот, оснований и солей.

 

 

Приложение

Занятие 1.

Вводная лекция. Предмет аналитической химии.

Качественные реакции на ионы.

Аналитическая химия – наука, которая изучает методы определения качественного и количественного состава веществ и их смесей.

Задачи аналитической химии:

Определение состава веществ

Определение структуры (строения) веществ

Определение физико-химических свойств веществ

Основными разделами аналитической химии являются качественный и количественный анализ.

Качественный состав вещества показывает, из атомов каких химических элементов состоит вещество. Количественный состав вещества показывает, сколько атомов каждого химического элемента входит в состав данного вещества. Качественные реакции – это реакции, происходящие между анализируемым веществом и реагентом. Реагент – вещество известного состава, используемое для обнаружения ионов в составе анализируемого вещества.

Качественные реакции сопровождаются хорошо заметными изменениями:

Образованием характерного осадка

Интенсивным окрашиванием раствора

Выделением газа

В настоящее время трудно назвать отрасль промышленности, где не использовался бы в той или иной мере химический анализ. В технике, промышленности, сельском хозяйстве, медицине, биологии определяют качественный и количественный состав веществ.

Необычайная широта использования химического анализа вызвала появление ряда отраслей аналитической химии.

Технический анализ занимается анализом руд, строительных материалов, продукции металлургической, текстильной, химической и других видов промышленности.

Агрохимический анализ занимается изучением почв для выявления содержания в них элементов питания растений и нуждаемости их в удобрениях.

Пищевой анализ занимается исследованием пищевых продуктов, источников их получения.

Биохимический анализ проводят с целью изучения химического состава растений, животных, исследования крови и других биологических материалов человека и животных, диагностики многих заболеваний.

Фармацевтический анализ занимается определением качественного и количественного состава лекарств.

Краткий очерк развития аналитической химии

Необходимость в проведении анализа продуктов питания, а также металлов возникла еще на заре развития человечества. Методом проб и ошибок древние люди с помощью вкусовых, зрительных, осязательных и обонятельных ощущений научились определять качество жизненно необходимых продуктов и веществ. По мере развития человеческого общества, уже в средние века появились некоторые зачатки химического и физического анализа. Одним из основателей физического анализа можно считать великого ученого древности Архимеда, сумевшего с помощью открытого им закона определять качество драгоценных металлов.

Методы испытания металлов и руд развивались и применялись довольно широко в древней Греции, Риме, Египте, Киевской Руси и других странах. Большой вклад в дело развития химического анализа внесли ученые-алхимики, определившие многие важные свойства различных химических веществ. Первые элементы современного качественного анализа веществ заложил английский химик Роберт Бойль в 17 веке. Он систематизировал все известные в то время качественные реакции и разработал новые методы обнаружения хлора, аммиака и некоторых солей, а также ввел понятие о химическом анализе. Бойль первый в качестве индикаторов начал использовать лакмус и настойки цветов растений для распознавания кислот и щелочей.

Особенно быстрое развитие аналитическая химия получила после того, как гениальный русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов в 1748 году организовал в Росси первую химическую лабораторию и открыл в 1756 году закон сохранения массы веществ при химических реакциях. Он ввел понятие о реактивах, осаждении и осадках и заложил основы качественного микрокристаллического анализа, который творчески развивал в нашей стране академик Т. Е. Ловиц (1757 – 1804) и другие ученые.

Открытие Дмитрием Ивановичем Менделеевым в 1869 году периодического закона и создание им периодической системы химических элементов, его труды в области учения о растворах и гидратная теория растворов позволили обобщить накопленные знания и стали теоретической основой дальнейшего изучения химии.

На этой теоретической основе Н. А. Меншуткин (1842 – 1907) составил руководство «Аналитическая химия (качественный и количественный анализ)». Эта книга до 1931 года выдержала 16 изданий и была переведена на английский и немецкий языки.

М. С. Цвет (1872 – 1919) разработал адсорбционный метод качественного анализа, получивший впоследствии название хроматографического («цветного») анализа.

Особенно плодотворным оказался 20 век. В 20 веке появился рентгеноскопический, масс-спектральный, спектрофотометрический, полярографический и многие другие методы современного химического анализа.

В настоящее время аналитическая химия представляет собой высокоразвитую науку, обладающую мощной современной аппаратурой, разработанной теорией. Аналитическая химия широко применяется во всех отраслях науки и народного хозяйства.

Методы анализа

Химические методы анализа предусматривают химическое взаимодействие веществ. Здесь важны результаты химической реакции между веществом и реагентом. Реагент – вещество, при помощи которого можно определить качественный состав вещества.

Физические методы анализа используют физические свойства веществ: изменение окраски пламени при внесении в него вещества, температура плавления и кипения вещества, спектры излучения и поглощения вещества и другие свойства, характерные для вещества.

Физико-химические методы анализа объединяют физические и химические методы. При проведении физико-химических методов результат химической реакции наблюдается по изменениям физических свойств вещества или раствора. Физико-химические методы получили широкое распространение и интенсивно развиваются.

Методы качественного анализа

Качественный анализ в зависимости от того, в каком состоянии анализируется вещество – в твердом или в растворе, делится на анализ «сухим» путем и анализ «мокрым» путем.

Анализ сухим путем, т.е. без переведения в раствор твердых веществ, выражается в испытании их способности образовывать окрашенные стекла (перлы) или окрашивать бесцветное пламя горелки. Окрашенные стекла получают при сплавлении в колечке платиновой проволоки над пламенем спиртовки или горелки небольшого количества буры (Na2B4O7?10H2O) с анализируемым веществом. Летучие соли некоторых металлов (соли соляной кислоты) при нагревании в бесцветном пламени спиртовки или горелки окрашивают пламя в характерный для данного элемента цвет. Так, соли натрия окрашивают пламя в желтый цвет, калия – в фиолетовый, кальция – в кирпично-красный, бария – в желто-зеленый, стронция – в карминово-красный, бора – в зеленый.

Анализ мокрым путем проводят, если анализируемое вещество растворяют в воде или кислоте, а затем раствор анализируют.

Таблица определения катионов и анионов

Ион Реагент Уравнение реакции Признаки реакции

Na+ Пламя Пламя окрашивается в ярко-желтый цвет

K+ Пламя Пламя окрашивается в фиолетовый цвет

NH4+ NaOH NH4Cl + NaOH ? NH3 + NaCl + H2O Образуется газ NH3 с характерным запахом

Ba2+ H2SO4 BaCl2 + H2SO4 ? BaSO4 + 2HCl Образуется белый кристаллический осадок BaSO4

Ba2+ K2CrO4 BaCl2 + K2CrO4 ? BaCrO4 + 2KCl Образуется светло-желтый осадок BaCrO4

Ba2+ Пламя Пламя окрашивается в желто-зеленый цвет

Са2+ Пламя Пламя окрашивается в кирпично-красный цвет

Ag+ HCl AgNO3 + HCl ? AgCl + HNO3 Образуется белый творожистый осадок AgCl

Ag+ K2CrO4 2AgNO3 + K2CrO4 ? AgCrO4 + КNO3 Образуется осадок кирпично-красного цвета AgCrO4

Pb2+ H2S Pb(NO3)2 + H2S ? PbS + 2HNO3 Образуется осадок черного цвета PbS

Pb2+ KI Pb(NO3)2 + 2KI ? PbI2 + 2KNO3 Образуется осадок желтого цвета PbI2

Со2+ KCNS CoCl2 + 4KCNS ? K2[Co(CNS)4] + 2KCl Образуется раствор синего цвета K2[Co(CNS)4]

Ni2+ NaOH NiSO4 + 2NaOH ? Ni(OH)2 + Na2SO4 Образуется бледно-зеленый студенистый осадок Ni(OH)2

Al3+ NaOH AlCl3 + 3NaOH ? Al(OH)3 + 3NaCl Образуется белый студневидный осадок Al(OH)3, растворимый в избытке щелочи

Cr3+ NaOH CrCl3 + 3NaOH ? Cr(OH)3 + 3NaCl Образуется серо-зеленый осадок Cr(OH)3, растворимый в избытке щелочи

Fe2+ NaOH FeSO4+ 2NaOH ? Fe(OH)2 + Na2SO4 Образуется серо-зеленый осадок Fe(OH)2, быстро темнеющий на воздухе

Fe3+ KCNS FeCl3 + 3KCNS ? Fe(CNS)3 + 3KCl Образуется раствор вишнево-красного цвета Fe(CNS)3

Fe3+ NaOH

FeCl3 + 3NaOH ? Fe(OH)3 + 3NaCl

Образуется красно-бурый осадок Fe(OH)3

Cu2+ NaOH CuCl2 + 2NaOH ? Cu(OH)2 + 2NaCl Образуется ярко-синий осадок Cu(OH)2

SO42– BaCl2 BaCl2 + H2SO4 ? BaSO4 + 2HCl Образуется белый кристаллический осадок BaSO4

SO32– BaCl2 Na2SO3 + BaCl2 ? 2NaCl + BaSO3

BaSO3 + 2HCl ? BaCl2 + SO2 + H2O Образуется белый осадок BaSO3, растворимый в соляной кислоте. Выделяется газ с характерным запахом горящей серы

CO32– HCl Na2CO3 + 2HCl ? 2NaCl + CO2 + H2O Происходит бурное вскипание раствора из-за выделения CO2

SiO32– HCl Na2SiO3 + 2HCl ? H2SiO3 + 2NaCl Образуется студенистый осадок H2SiO3

Сl– AgNO3 HCl + AgNO3 ? AgCl + HNO3 Образуется белый творожистый осадок AgCl

Br– AgNO3 NaBr + AgNO3 ? AgBr + HNO3 Образуется осадок бледно-желтого цвета AgBr

I– AgNO3 NaI + AgNO3 ? AgI + HNO3 Образуется творожистый осадок желтого цвета AgI

NO3– Cu [H2SO4] 8NaNO3 + 3Cu + 4[H2SO4] ? 2NO2+4Na2SO4+3Cu(NO3)2 +4H2O Выделяется газ бурого цвета NO2 (реакцию проводят в вытяжном шкафу)

S2– HCl Na2S + 2HCl ? H2S + 2NaCl Выделяется газ с запахом тухлых яиц H2S

S2– Pb(NO3)2 Na2S + Pb(NO3)2 ? PbS + 2NaNO3 Образуется осадок черного цвета PbS

PO43– AgNO3 Na3PO4 + AgNO3 ? Ag3PO4 + 3NaNO3 Образуется осадок желтого цвета Ag3PO4

Занятие 2.

Практическая работа № 1. Распознавание катионов в растворе.

1) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора нитрата серебра. Затем добавьте несколько капель раствора соляной кислоты. Наблюдается выпадение белого творожистого осадка AgCl.

Ag NO3 + HCl ? AgCl + HNO3

2) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора нитрата бария . Затем добавьте несколько капель раствора серной кислоты. Наблюдается выпадение белого кристаллического осадка BaSO4.

Ba(NO3)2 + H2SO4 ? BaSO4 + 2HNO3

3) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора сульфата железа (II). Затем добавьте несколько капель раствора гидроксида натрия. Наблюдается выпадение зеленого осадка Fe(OH)2. Через некоторое время осадок становится бурым.

FeSO4 + 2NaOH ? Fe(OH)2 + Na2SO4

4) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора хлорида железа (III). Затем добавьте несколько капель раствора роданида калия. Наблюдается образование раствора вишнево-красного цвета Fe(CNS)3.

FeCl3 + 3KCNS ? Fe(CNS)3 + 3KCl

5) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора хлорида железа (III). Затем добавьте несколько капель раствора гидроксида натрия. Наблюдается выпадение осадка бурого цвета Fe(OH)3.

FeCl3 + 3NaOH ? Fe(OH)3 + 3NaCl

6) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора хлорида алюминия. Затем добавьте несколько капель раствора гидроксида натрия. Наблюдается выпадение студенистого белого осадка Al(OH)3, растворяющегося в избытке щелочи.

AlCl3 + 3NaOH ? Al(OH)3 + 3NaCl

7) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора сульфата меди (II). Затем добавьте несколько капель раствора гидроксида натрия. Наблюдается выпадение студенистого синего осадка Cu(OH)2.

CuSO4 + 2NaOH ? Cu(OH)2 + Na2SO4

8) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора хлорида натрия. Затем в эту пробирку опустите предварительно прокаленную нихромовую проволоку. Проволоку, смоченную в растворе, внесите в пламя спиртовки. Наблюдается интенсивно-желтая окраска пламени.

9) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора сульфата калия. Затем в эту пробирку опустите предварительно прокаленную нихромовую проволоку . Проволоку, смоченную в растворе, внесите в пламя спиртовки. Наблюдается светло-фиолетовая окраска пламени.

Занятие 3.

Практическая работа № 2. Распознавание анионов в растворе.

1)В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора карбоната натрия. Затем добавьте несколько капель раствора соляной кислоты. Наблюдается «вскипание», в связи с выделением углекислого газа.

Na2CO3 + 2HCl ? 2NaCl + CO2 + H2O

2) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора силиката натрия. Затем добавьте несколько капель раствора соляной кислоты. Наблюдается выпадение студенистого осадка кремниевой кислоты.

Na2SiO3 + 2HCl ? 2NaCl + H2SiO3

3) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора хлорида натрия. Затем добавьте несколько капель раствора нитрата серебра. Наблюдается выпадение белого творожистого осадка AgCl.

NaCl + AgNO3 ? AgCl + NaNO3

4) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора бромида натрия. Затем добавьте несколько капель раствора нитрата серебра. Наблюдается выпадение осадка AgBr.

NaBr + AgNO3 ? AgBr + NaNO3

5) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора йодида натрия. Затем добавьте несколько капель раствора нитрата серебра. Наблюдается выпадение осадка AgI.

NaI + AgNO3 ? AgI + NaNO3

6) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора сульфида натрия. Затем добавьте несколько капель раствора нитрата свинца. Наблюдается выпадение осадка черного цвета PbS.

Na2S + Pb(NO3)2 ? PbS + 2NaNO3

7) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора сульфата натрия. Затем добавьте несколько капель раствора хлорида бария. Наблюдается выпадение белого кристаллического осадка BaSO4.

Na2SO4 + BaCl2 ? BaSO4 + 2NaCl

8) В пробирку при помощи пипетки поместите несколько капель раствора ортофосфата натрия. Затем добавьте несколько капель раствора нитрата серебра. Наблюдается выпадение осадка желтого цвета Ag3PO4.

Na3PO4 + 3AgNO3 ? Ag3PO4 + 3NaNO3

Занятие 4.

Практическая работа № 3. Определение указанного вещества среди нескольких предложенных.

1)В трех пробирках находятся растворы солей: хлорид железа (III), хлорид алюминия, хлорид меди (II). Определите каждое вещество.

2) В трех пробирках находятся растворы солей: карбонат натрия, сульфат натрия, хлорид натрия. Определите каждое вещество.

3) Не прибегая к другим реактивам, распознайте, в какой из трех пробирок с растворами содержатся: сульфат алюминия, сульфат магния, гидроксид натрия.

Занятие 5.

Практическая работа № 4. Определение качественного состава вещества.

1)Подтвердите опытным путем качественный состав сульфата железа (III).

2) Подтвердите опытным путем качественный состав карбоната натрия.

3) Подтвердите опытным путем качественный состав серной кислоты.

4) Подтвердите опытным путем качественный состав соляной кислоты.

5) Подтвердите опытным путем качественный состав хлорида меди (II).

6) Подтвердите опытным путем качественный состав сульфата никеля.

Занятие 6.

Подведение итогов работы. Заключительная конференция.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексинский В. Н. Занимательные опыты по химии. – М.: Просвещение, 1995.

2. Бабич Л. В., Бализин С. А., Гликина Ф. Б. Практикум по неорганической химии. – М.: Просвещение, 1978.

3. Гроссе Э., Вайсмантель Х. Химия для любознательных. – Л.: Химия; Ленинградское отделение, 1987.

4. Краузер Б., Фримантл М. Химия. Лабораторный практикум. – М.: Химия, 1995.

5. Кузьменко И. Е., Еремин В. В. Химия для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М., 1999.

6. Степин Б. Д., Аликберова Л. Ю. Книга по химии для домашнего чтения. – М.: Химия, 1995.