Информационно-образовательный портал
e-mail: [email protected]

Факультатив по химии «Основы химических методов исследования вещества»; 10-11 классы

Пояснительная записка

Факультативный курс предназначен для учащихся 10-­11 классов, проявляющих повышенный интерес к изуче­нию химии, имеющих хорошие базовые знания общей и неорганической химии. А так же для учащихся, собирающихся продолжить об­разование в высших учебных заведениях естественнона­учного профиля, и которым необходимо сдавать ЕГЭ по химии.

Цель курса:систематизация и углубление знаний учащихся о фундаментальных законах общей и неоргани­ческой химии; предоставить учащимся возможность при­менить химические знания на практике.

Задачи курса:

. формировать общенаучные, а также химические уме­ния и навыки, необходимые в деятельности эксперимен­татора и полезные в повседневной жизни;

· создать условия для формирования и развития у уча­щихся умения самостоятельно работать со справочной и учебной литературой, собственными конспектами, други­ми источниками информации.

Главное содержание теории химических методов ана­лиза составляет химическая реакция как средство получе­ния информации о химическом составе вещества, т. е. ис­пользуемая для целей качественного и количественного анализа. Химический анализ основан на фундаментальных законах общей химии. Чтобы овладеть аналитиче­скими методами, необходимо знать свойства водных рас­творов, основные положения теории электролитической диссоциации, условия взаимодействия ионов в растворах, реакции комплексообразования, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ. Зна­ние теории процессов позволяет сознательно управлять химическими реакциями и создавать условия для опреде­ления всех элементов или их соединений, имеющихся в исследуемых объектах. Данный курс, позволяет рас­крыть взаимосвязь основных понятий: «состав», «стро­ение» и «свойства» веществ.

При разработке программы факультатива акцент делался на те вопросы, умения, которые в базовом курсе химии основной и средней школы рассматриваются не­достаточно полно или не рассматриваются совсем, но входят в программы вступительных экзаменов в вузы. Хи­мическое равновесие изучается в курсе химии средней школы, но недостаточно глубоко, поэтому для учащихся оказываются сложными задачи на темы «Равновесие», «Равновесие в растворах».

Тема «Равновесие в растворах» также считается слож­ной, поскольку в ней используются понятия: произведе­ние растворимости и рН. Но главная сложность не в са­мих достаточно простых формулах, а в умении ими поль­зоваться в широком диапазоне условий задач. Поэтому представляется целесообразным выработать такое уме­ние. Введение понятия о константе химической реакции позволяет более обоснованно рассуждать о смещении равновесия при воздействии на систему извне.

В школьной программе, как правило, отсутствуют ос­новные понятия химии комплексных соединений. Целесообразно рассмот­реть данную тему на занятиях факультативного курса.

Таким образом, в процессе изучения данного курса ученики осваивают новые для себя теоретические понятия, учатся пользоваться соответствующими справочными данными. Для учащихся, предполагающих связать свою будущую

профессиональную деятельность с биологией, медици­ной, строительством, сельским хозяйством, важны зна­ния об особенностях объектов и явлений, изучаемых кол­лоидной химией. В рамках школьного курса химии этим вопросам уделяется мало внимания, так что включение в курс практической работы на эту тему является вполне оправданным.

Выполнение практических работ способствует конкрет­ному и прочному усвоению учащимися основных разделов общей и неорганической химии. Учащиеся осваивают пра­вила внутреннего распорядка в химической лаборатории, приемы работы, совершенствуют навыки обращения с ре­активами, химической посудой, приборами.

Логическим завершением курса является практика наиболее подготовленных учащихся в научном обществе учащихся, включающая участие в про­ведении конкретных учебных исследований.

Особенностью предлагаемого курса является его при­кладная направленность. Большое внимание в курсе уде­лено изучению тех веществ, которые окружают учащихся в повседневной жизни.

Факультативный курс рассчитан на 34 часа, 1 час в не­делю. 

Содержание курса.

Введение. (4 ч)

Научный эксперимент и его роль в познании. Погреш­ности эксперимента. Оценка погрешностей. Обработка результатов эксперимента. Графики.

Взаимосвязь между составом и свойствами. Физиче­ские, физико-химические и химические свойства ве­ществ. Анализ и синтез. Аналитическая химия – наука о методах анализа вещества. Химический анализ. Задачи и области применения химического анализа. Виды химиче­ского анализа. Элементный анализ. Фазовый анализ. Ка­чественный анализ: идентификация и обнаружение. Ко­личественный анализ. Стадии аналитического процесса: отбор пробы, подготовка пробы к анализу, измерение, оценка результатов измерения.

Химическая реакция как средство получения инфор­мации о составе вещества. Аналитическая реакция. Требования, предъявляемые к аналитическим реакци­ям. Чувствительность, специфичность и селективность. Классификация аналитических реакций по характеру хи­мического взаимодействия и по применению. Условия проведения аналитических реакций.

Техника безопасности и основные правила работы в химической лаборатории. Требования к отчету. Оборудо­вание и реактивы. Мытье и сушка химической посуды.

Практuческая работа 1. Взвешивание образца и статистическая обработка результатов взвешивания.

Практuческая работа 2. Ознакомление с оборудо­ванием и основными приемами работы в химической ла­боратории. 

Тема 1.

Растворы. Методы определения концентрации растворов. Титрование (4 ч)

Растворы. Мера растворимости. Методы определения концентрации растворов.

Титрование. Сущность метода. Установление точки эквивалентности. Индикаторы. Вычисление результатов титрования. Понятие об эквиваленте, эквивалентной массе, нормальной концентрации растворов. Классифи­кация методов Титрования по способу проведения титро­вания (прямое, обратное) и по типу реакции, лежащей в основе метода (кислотно­-основное титрование, окислительно-восстановительное титрование и титро­вание по методу осаждения). Стандартный (титрован­ный) раствор, способы его приготовления. Стандартиза­ция растворов. Кислотно-основное титрование.

Практuческая работа З. Определение концентра­ции раствора по его плотности.

Практuческая работа 4. Приготовление раство­ров и определение их концентрации титрованием. 

Тема 2.

Закон действующих масс и его применение в химическом анализе (2 ч)

Закон действующих масс. Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие. Константа равнове­сия – мера глубины протекания процесса. Константы химического равновесия для гомогенных и гетерогенных реакций. Влияние изменения внешних условий на поло­жение химического равновесия. Принцип Ле Шателье – ­Брауна.

Теория электролитической диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Химическое равновесие в водных растворах электролитов. Выражения для констант равно­весия различных типов реакций, протекающих в раство­ре. Ионное произведение воды. Водородный показатель и шкала рН. Концентрация ионов водорода в разбавленных растворах слабых кислот и оснований. Методы измерения рН. Индикаторы.

Буферные растворы. Сущность буферного действия. Буферная емкость. Вычисление рН в буферных растворах, образованных слабой кислотой и ее солью от сильного ос­нования и сильной кислотой и ее солью от слабого основа­ния. Значение буферных растворов в почвоведении и био­логии.

Практическая работа 5. Химическое равновесие в водных растворах электролитов.

Практическая работа 6. Определение рН водных растворов.

Практическая работа 7. Буферное действие. 

Тема 3.

Комплексные соединения (2 ч)

Основные понятия координационной теории. Номенклатура комплексных соеди­нений. Поведение комплексных соединений в растворах. Константы устойчивости (образования) и нестойкости. Получение и разрушение комплексных соединений.

Внутрикомплексные соединения. Комплексо­ны.

Применение комплексообразования в химическом анализе. Комплексонометрическое титрование.

Практическая работа 8. Комплексные соедине­ния.

Практическая работа 9. Комплексонометрическое титрование. Определение концентрации магния прямым титрованием. 

Тема 4.

Теоретические основы реакций осаждения – растворения (4 ч)

Гетерогенные равновесия в насыщенных растворах малорастворимых сильных электролитов. Произведение растворимости. Условия выпадения и растворения осад­ков. Зависимость полноты осаждения от различных факторов. Смещение гетерогенных равновесий в насыщен­ных растворах малорастворимых электролитов. Значение реакций осаждения для химического анализа.

Решение задач. Применение произведения раство­римости.

Практическая работа 10. Образование и раство­рение осадков. 

Тема 5.

Образование коллоидных систем (2 ч)

Фазы. Гомогенные и гетерогенные системы. Дисперс­ные системы. Коллоидные растворы (лиозоли). Лиофиль­ные и лиофобные коллоиды. Золи и гели. Мицелла. По­лучение и устойчивость коллоидных систем. Диспер­гирование. Конденсация. Пептизация. Агрегативная и седиментационная устойчивость дисперсных систем. Ко­агуляция и ее предотвращение. Защитное действие кол­лоидов.

Практuческая работа 11. Золь берлинской лазу­ри.

Практuческая работа 12. Получение гидрозоля гидроксида железа (111) или гидроксида алюминия раз­личными методами и изучение его свойств.

П р и м е ч а н и е. Выполняется одна из работ по вы­бору преподавателя. 

Т е м а 6.

Окислительно-восстановительные процессы и их применение в анализе

(2 ч)

Окислительно-восстановительные функции веществ и направление окислительно-восстановительных реакций. Окислитель. Восстановитель. Стандартные электродные потенциалы. Ряд стандартных электродных потенциалов. Зависимость электродного потенциала от природы реагирующих веществ, от их концентрации, температуры, рН среды, растворимости, присутствия в системе комплексообразователя.

Окислительно-восстановительное титрование. Мето­ды титрования, основанные на окислительно-восстано­вительных свойствах системы иод – иодид (иодометрия). Иодометрическое титрование. Иодиметрическое титро­вание.

Практuческая работа 13. Окислительно-восста­новительные свойства веществ.

Практuческая работа 14. Сущность и примене­ние методов титрования, основанных на окислительно­-восстановительных свойствах системы иод – иодид (иодометрии). 

Тема 7.

Основы качественного анализа (4 ч)

Классификация реакций в качественном анализе. Основные принципы качественного анализа. Дробный и систематический анализ.

Практuческая работа 15. Качественные реакции на наиболее важные катионы и анионы. 

Тема 8.

Анализ некоторых объектов окружающей среды.

Контроль качества продуктов питания (10 ч)

Охрана окружающей среды. Контроль качества воды. Жесткость воды; причины ее возникновения. Виды жест­кости. Способы устранения. Определение жесткости воды.

Химическая характеристика почв. Реакция почвенно­го раствора (рН). Формы почвенной кислотности: Значе­ние знания рН водной и солевой почвенной вытяжки. Известкование почв. Буферная емкость почв.

Контроль качества продуктов питания. Анализ мине­ральных вод и прохладительных напитков. Анализ моло­ка. Определение свежести мяса и рыбы.

Практическая работа 16. Жесткость воды, ее определение и устранение.

Практическая работа 17. Определение концент­рации кислорода, растворенного в воде.

Практическая работа 18. Колориметрическое определение рН почвы.

Практическая работа 19. Изучение буферной ем­кости почвы.

Практическая работа 20. Контроль качества про­хладительных напитков.

Практuческая работа 21. Определение содержа­ния витамина С в продуктах питания.

Практическая работа 22. Анализ качества про­дуктов питания.

Практическая работа 23. Изучение молока как эмульсии. 

Требования к результатам обучения

После изучения факультативного курса «Основы химических методов исследования вещества» учащиеся должны:

· характеризовать:скорость химической реакции, химическое равновесие, принцип Ле Шателье, ионное произведение воды, водородный показатель и шкала рН, константы равновесия различных типов реакций, проте­кающих в растворах (произведение растворимости, конс­танты диссоциации кислот и оснований, константы ус­тойчивости комплексов); понятия буферные растворы, буферная емкость, фазы, гомогенные и гетерогенные сис­темы, дисперсные системы, коллоидные растворы (лиозо­ли), золи и гели, мицелла, конденсация, пептизация, коагуляция;

· знать:основные понятия координационной теории, понятия титрант, титруемое вещество, стандартный (тит­рованный) раствор, точка эквивалентности, фактор экви­валентности, индикатор; условия смещения химического равновесия, влияние различных факторов на установле­ние и смещение химического равновесия в растворах; ус­ловия выпадения и растворения осадков, зависимость полноты осаждения от различных факторов; способы по­лучения коллоидных систем, отличие коллоидных рас­творов от истинных растворов; способы выражения концентрации растворов; качественные реакции на наи­более важные катионы и анионы, а также на некоторыеорганические вещества;

· объяснять:условия смещения гетерогенных равнове­сий в насыщенных растворах малорастворимых электро­литов, понимать значение реакций осаждения для хими­ческого анализа; сущность гидролиза и буферного дейст­вия, окислительно-восстановительных реакций, реакций комплексообразования, сущность процесса титрования, особенности приготовления растворов;

· уметь:вычислять концентрацию ионов водорода в растворах сильных и слабых кислот и оснований, конс­танты диссоциации кислот и кислых солей, произведение растворимости по известной растворимости, раствори­мость вещества в чистой воде по известному произведе­нию растворимости и растворимость вещества в присут­ствии одноименного иона; составлять полные и сокра­щенные ионные уравнения химических реакций, уравнения реакций гидролиза, уравнения окислительно­-восстановительных реакций на основе электронного баланса; объяснять химические реакции с точки зрения изученных теорий; готовить рас­творы заданной концентрации, приобрести навыки вы­полнения титрования, определять водородный показа­тель среды методами pH-метрии;

· соблюдать: правила техники безопасности при обра­щении с веществами и химической посудой, лаборатор­ным оборудованием;

· понимать: важность охраны окружающей среды.

 Литература

1. Зайцев О. С. Исследовательский практикум по об­щей химии. – М. : Изд-во MГУ, 1994.

2. Коровин Н. В. , Мингулина Э. И. , Рыжова Н. Г. Лабораторные работы по химии. – 3-е изд. , перераб. и доп. – М. : Высшая школа, 1998.

3. Краузер Б. , Фрuмант М. Химия: Лабораторный практикум / пер. с англ. – М. : Химия, 1995.

4. Практикум по общей и неорганической химии / Под ред. Н. Н. Павлова, В. И. Фролова. – М. : Дрофа, 2002.

5. Слета Л. А. Химия: Справочник. – Ростов-н/Д: Феникс, 1997.

6. Фишер Х. Практикум по общей химии. Ч. 1: Общая и неорганическая химия / пер. с нем. – Новосибирск: Наука, 1996.

Метки: Методический кабинет