Мастер-класс с научным опытом «Химический вулкан» (9 класс)

научных мастер-классов для школьников «Занимательные опыты»

Химия – наука экспериментальная, эксперимент учит на практике проверять свои выводы.

 Ломоносов говорил: «Химии никоим образом научиться невозможно, не видав самой практики и не принимаясь за химические операции»

Химический вулкан

Цели опыта:

1.Познакомить с признаками и условиями течения химических реакций(экзотермическое разложение, окислительно-восстановительная реакция).

2.Пробудить у учащихся интерес к химии и показать, что эта наука является не только теоретической.

 3.Создать условия для развития у учащихся умения анализировать результаты лабораторных исследований.

Техника безопасности. В отличие от физических  явлений при химических явлениях, или химических реакциях, происходит превращение одних веществ в другие, образуются новые вещества, обладающие другими свойствами.  Об этом можно судить по внешним признакам. Эти признаки называются признаками химических реакций.  Помните, что любые химические опыты требуют при выполнении осторожности,  внимания, аккуратности. Избежать неприятностей поможет  соблюдение простых правил:

 Опыт следует выполнять в вытяжном шкафу при включенной вентиляции (или на открытом воздухе). Внимание! На время опыта следует надеть защитные очки! Происходит бурное выбрасывание продуктов разложения! Не наклоняться над "вулканом", не вдыхать аэрозоль оксида хрома. Исходное вещество и продукт реакции ядовиты при попадании внутрь. Не брать вещества руками, после опыта вымыть руки!

Приборы и реактивы: фарфоровая ступка, асбестовая бумага или металлическая пластинка , стеклянная палочка ; спички; дихромат аммония (NH4)2Cr2O7 (измельченный), этиловый спирт. 

Дихромат аммония – особенная соль, в ее составе – окислитель и восстановитель. Поэтому «внутри» этой соли может пройти окислительно-восстановительная реакция. (NH4)2 Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O Окислитель - хром (VI) превращается в хром (III), образуется зеленый оксид хрома. Восстановитель – азот, входящий в состав иона аммония, превращается в газообразный азот. Дихромат аммония превращается в зеленый оксид хрома, газообразный азот и воду: мы наблюдаем реакцию разложения соли. Реакция началась от горящей лучинки, но не прекратилась, когда лучинку убрали, а стала еще интенсивней, а при взаимодействии магния реакция идет более эффектно. Дело в том, что в процессе реакции выделяется теплота, и начавшись от лучинки, процесс лавинообразно развивается до тех пор, пока вся масса дихромата не превратится в оксид хрома (III), азот и воду. Оксид хрома – очень твердое, тугоплавкое вещество зеленого цвета, его используют как абразив. Температура плавления – почти 2300 градусов.

Для проведения опыта химический "вулкан" растираем тщательно в фарфоровой ступке 50 г кристаллов дихромат аммония  (NH4)2Cr2O7. Чтобы было легче собрать продукт реакции, следует застелить прилегающую к месту опыта поверхность листом  фильтровальной бумаги.

Далее на лист асбестовой бумаги или металлическую пластинку насыпают (NH4)2Cr2O7 таким образом, чтобы образовалась форма горки. Палочкой   на вершине горки делаем отверстие и вливаем в него несколько миллилитров этилового спирта (С2Н5ОН).  Поджигаем спирт спичкой, спирт загорается и начинается процесс бурного разложения аммония дихромата.

При этом из «кратера» выбрасываются яркие искры и «вулканический пепел» - грязно-зеленый Cr2O3, при этом объем его во много раз превышает объем взятого аммоний дихромата: 

(NH4)2Cr2O7 → N2↑ + 4H2O↑ + Cr2O3 + Q. 

Экзотермическое разложение (NH4)2Cr2O7 очень напоминает извержение настоящего вулкана, особенно на заключительной стадии, когда снопы красных искр прорываются из глубины пушистого Cr2O3.

Реакция разложения дихромата аммония протекает с выделением большого количества тепла, поэтому после поджигания соли она протекает самопроизвольно - до тех пор, пока весь дихромат не разложится.

Вывод: оксид хрома (III) Cr2O3 получается путем нагревания дихромата аммония. Реакция разложения дихромата аммония относится к окислительно-восстановительным реакциям. Она начинается после предварительного нагревания, протекает бурно, с выделением большого количества теплоты. Наблюдается выделение газа, образование раскаленных частиц оксида хрома (III). Потоком газа раскаленные частицы оксида хрома (III) увлекаются вверх. Разрушение кристаллов дихромата аммония сопровождается характерным потрескиванием. t (NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + 4H2O↑ + N2↑ Эта реакция относится к группе реакций внутримолекулярного окисления и восстановления. Окислителем является элемент хром, степень окисления которого изменяется от +6 до +3, а восстановителем азот, степень окисления которого изменяется от -3 до +0.

Утилизация отходов: оксид хрома (III) собрать в емкость для проведения дальнейших экспериментов.