Практическая работа с элементами исследования ЇОсновы качественного анализа» (9–11 классы)
Малькова Наталья Викторовна, учитель химии
МОБУ «Медведевская СОШ №3
с углубленным изучением отдельных предметов
им.50-летия Медведевского района», РМЭ
Практическая работа с элементами исследования
ОСНОВЫ КАЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА
для обучающихся 9-11 классов
Химия – безусловно, истинная наука, в ней много накопленных результатов, законов и правил, но всегда есть место неожиданностям. Иногда бывает, что сложившиеся представления так прочно укореняются в сознании, что неожиданный факт, который не согласуется с общепринятыми понятиями, воспринимается как чудо. Тем не менее, у химии, точнее у химиков всегда хватает терпения и мудрости, чтобы во всем разобраться и поставить на свои места. По мнению В. Ключевского: «Жизнь учит только тех, кто ее изучает». Сегодня мы будем изучать основы аналитической химии.
Аналитическая химия занимается разработкой методов анализа и исследования различных объектов, изучением качественного и количественного состава вещества. Объектами исследования аналитической химии могут быть вещества как различной структурной сложности (атомы, молекулы, ионы, сложные вещества и др.), так и различной химической природы.
Аналитическая химия традиционно делится на 2 раздела: качественный и количественный анализ.
Качественный анализ определяет элементарный состав вещества, химическую формулу и наличие в веществе примесей.
Целью качественного анализа является химическая идентификация (обнаружение) – это установление вида и состояния фаз молекул, атомов, ионов и других составных частей вещества на основе сопоставления экспериментальных и соответствующих справочных данных для известных веществ.
При идентификации определяется комплекс свойств веществ. Чаще всего обнаружение основано на фиксировании внешних изменений, происходящих в результате химической реакции анализируемого вещества с каким-либо другим веществом.
Вещество, используемое для химической идентификации, называется реагентом, а реакция в результате которой происходит химическая идентификация, аналитической реакцией.
Химический анализ вещества проводят двумя способами: «сухим путем» или «мокрым путем».
Анализ «мокрым способом» - это химические реакции, протекающие в растворах электролитов. Анализируемое вещество предварительно растворяют в воде или других растворителях, при этом молекулы этих веществ подвергаются диссоциации. Поэтому анализ сводится к определению ионов (катионов и анионов). Химическая идентификация вещества базируется в основном на реакциях осаждения, комплексообразования, окисления и восстановления, нейтрализации, при которых происходит выпадение белого или окрашенного осадка, изменение цвета раствора или выделение газообразных веществ с характерным запахом или цветом.
Составляем логико-смысловую модель по вышесказанному материалу.
Итак, перед вами таблицы «Качественные реакции на катионы и анионы», «Качественные реакции органических соединений», «Агрегатное состояние и окраска неорганических веществ» (обратить внимание на «Минисправочник по химии для решения качественных задач», авт. Дерябина Н.Е.)
Еще А. Эйнштейн отмечал: «Радость видеть, наблюдать и понимать есть самый прекрасный дар».
Приступаем к эксперименту.
«Явления жизнедеятельности организма, как больного, так и здорового, можно понять, лишь рассматривая и оценивая происходящие в нем химические процессы, а излечения можно достичь с помощью химических средств».
Высказывание основоположника медицинской химии (иатрохимии) Парацельса
1. Можно ли принимать лекарства по совету знакомых? Почему?
2. Можно ли самостоятельно назначать себе лекарства, прослушав или просмотрев по телевидению очередную рекламу?
3. Нужно ли верить рекламе? Реклама — это информация для врача.
4. О чем нужно помнить при приеме лекарств?
ПОМНИ ВСЕГДА!
Нельзя заниматься самолечением.
Любой наркотик вызывает зависимость от него.
Реклама рекламой, а верь врачу!
Затем формулируем правила приема лекарственных средств «Правила приема назначенных врачом лекарств»:
Доза зависит от возраста и массы тела. Необходимо строгое ее соблюдение во избежание непредсказуемых последствий.
Режим приема определяется длительностью действия и особенностями циркуляции лекарства в организме.
Способ приема — по указанию врача. Запивать большим количеством воды.
Затем учитель спрашивает, что необходимо учитывать при приеме лекарств. В ходе беседы он формулирует следующие правила:
ПОМНИТЕ!
Взаимодействие с другими лекарствами |
Может усилить или ослабить действие лекарства |
Состояние организма |
При заболевании печени или почек лекарства применяют с осторожностью |
Особенности профессии |
Могут понизиться внимание, быстрота реакции, появиться сонливость. Водителям, работникам ответственным за жизнь людей, такие лекарства принимать нельзя. |
Подводя итоги, учитель химии сообщает, что в результате совместных усилий получили своеобразный ликбез. А поскольку он затрагивает здоровье, то этот эколикбез — ликбез по экологии здоровья.
Задание для 1 группы (для обучающихся 10, 11 класса)
1. Рассмотрите структурные формулы двух веществ, назовите функциональные группы.
2. Проведите лабораторную работу «Обнаружение функциональных групп в молекуле ацетилсалициловой кислоты».
Реактивы и оборудование: ацетилсалициловая кислота (аспирин), вода, хлорид железа(III); ступка с пестиком, стеклянная палочка, спиртовка, пробиркодержатель, воронка, фильтр, стаканы, штатив с пробирками, пипетка, мерный цилиндр на 10 мл.
Опыт 1. Доказательство отсутствия фенольного гидроксила в ацетилсалициловой кислоте (аспирине).
В пробирку помещают 2-3 крупинки ацетилсалициловой кислоты, добавляют 1 мл воды и энергично встряхивают. К полученному раствору прибавляют 1-2 капли раствора хлорида железа(III). Что наблюдаете? Сделайте выводы.
Фиолетовое окрашивание не появляется. Следовательно, в ацетилсалициловой кислоте НООС-С6Н4-О-СО-СН3 отсутствует свободная фенольная группа, так как это вещество — сложный эфир, образованный уксусной и салициловой кислотами.
Опыт 2. Гидролиз ацетилсалициловой кислоты.
В пробирку помещают измельченную таблетку ацетилсалициловой кислоты и добавляют 10 мл воды. Доводят содержимое пробирки до кипения и кипятят в течение 0,5-1 мин. Профильтруйте раствор. Затем к полученному фильтрату прибавляют 1-2 капли раствора хлорида железа(III). Что наблюдаете? Сделайте выводы.
Запишите уравнение реакции:
Оформите работу, заполнив таблицу, в которой есть следующие графы: выполняемая операция, реактив, наблюдения, вывод.
Появляется фиолетовое окрашивание, что указывает на выделение салициловой кислоты, содержащей свободную фенольную группу. Как сложный эфир ацетилсалициловая кислота легко гидролизуется при кипячении с водой.
Задание для 2 группы (для обучающихся 10, 11 класса)
1. Рассмотрите структурные формулы веществ, назовите функциональные группы.
2. Проведите лабораторную работу «Обнаружение функциональных групп в молекуле глюкозы».
Реактивы и оборудование: раствор глюкозы, универсальный индикатор, раствор сульфата меди (II), раствор гидроксида натрия, спиртовка, пробиркодержатель, спички, мерный цилиндр на 10 мл.
2.1. Налейте в пробирку 2 мл раствора глюкозы. С помощью универсального индикатора сделайте вывод о наличии или отсутствии карбоксильной группы.
2.2. Получите гидроксид меди (II): влейте в пробирку 1 мл сульфата меди (II) и добавьте к нему гидроксид натрия. К полученному осадку прилейте 1 мл глюкозы, встряхните. Что наблюдаете? Для каких функциональных групп характерна данная реакция?
2.3. Полученную в опыте № 2 смесь нагрейте. Отметьте изменения. Для какой функциональной группы характерна данная реакция?
2.4. Оформите работу, заполнив таблицу, в которой есть следующие графы: выполняемая операция, реактив, наблюдения, вывод.
Демонстрационный опыт. Взаимодействие раствора глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра.
Результаты работы:
— карбоксильная группа отсутствует, т.к. раствор имеет нейтральную реакцию на индикатор;
— осадок гидроксида меди (II) растворяется и появляется ярко-синее окрашивание, характерное для многоатомных спиртов;
— при нагревании этого раствора выпадает желтый осадок гидроксида меди (I), который при дальнейшем нагревании краснеет, что показывает наличие альдегидной группы.
Вывод. Таким образом, молекула глюкозы содержит карбонильную и несколько гидроксильных групп и представляет собой альдегидоспирт.
Задание для 3 группы (для обучающихся 9 класса)
Оборудование: ступка с пестиком, стеклянная палочка, воронка, фильтр, стаканы, штатив с пробирками.
Вещества: ферроплекс или витаминный комплекс, содержащий ионы железа (олиговит), NaOH, BaCl2 , AgNO3 , H2O, KCNS, красная кровяная соль.
Медицинский препарат ферроплекс применяют для лечения больных с пониженным содержанием гемоглобина в крови. Он состоит из растворимой средней соли, образованной нерастворимым основанием и сильной кислотой. Для лучшего усвоения основного компонента организмом в состав лекарства введена аскорбиновая кислота (витамин С). Применение препарата рассчитано на длительный срок.
Задание: определите качественный состав соли, входящей в состав препарата ферроплекс.
Вопросы:
проанализируйте предложенную информацию. Какие частицы могут входить в состав данной соли?
Обратите название на название препарата.
Ход работы
Измельчите таблетку ферроплекса в ступке и растворите в воде (5-10 мл).
Профильтруйте раствор.
Проведите качественные реакции.
Оформите работу, заполнив таблицу:
Предпола- гаемый катион и анион (гипотеза) |
Реактив |
Наблюдения |
Уравнения реакций |
Выводы |
Fe2+ Fe3+ SO42- Cl- |
|
Сделайте вывод о качественном составе препарата.
Основываясь на предложенной информации, исходя из названия препарата и используя метод исключения, обучающиеся делают предположение о наличии в составе соли катионов Fe+2 , Fe+3 и анионов SO4-2 , Cl- . Экспериментальная проверка гипотезы позволяет сделать вывод, что состав соли – FeSO4.
Очевидно, что невозможно рассмотреть все многообразие лекарственных средств, их действие на организм, особенности применения и лекарственные формы этих препаратов, являющихся обычными химическими веществами. Более подробное знакомство с миром лекарств ждет тех, кто в дальнейшем будет заниматься фармакологией и медициной. Однако уже теперь вам понятно, что даже первичное знакомство с этим миром невозможно без знания и понимания химии.
Такой проблемный способ решения учебных задач позволяет следовать логике научного познания, приводит к качественному усвоению учебного материала.
Литература
1. Гладченко Т.Л. Карбоновые кислоты. //Первое сентября: химия. – 2006. - №7.– С.28 – 33.
2. Саенко О.Е. Аналитическая химия. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2011. – 287 с.