Экологическое содержание темы "Основания" в курсе неорганической и органической химии средней школы

Понятие экологизации окружающей среды, методика и необходимость донесения информации о ней на уроках химии в VIII–XI классах, порядок разработки специальных программ. Разработка темы "Основания" в курсе неорганической и органической химии, тестов, задач.

Рубрика Педагогика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 27.12.2009
Размер файла 157,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Анилин

Опыты с анилином должны показать, что это вещество принадлежит к классу аминов, имеет свойства основания и в то же время отличается от алифатических (жирных) аминов по степени проявления основных свойств. Большое внимание также должно быть уделено получению анилина из нитробензола ввиду особого исторического значения этой реакции и ее роли в современной промышленности. Ввиду ядовитости паров анилина опыты следует проводить в вытяжном шкафу.

Отношение анилина к индикаторам. К 100 мл воды в демонстрационном стакане прибавляют 1 мл анилина и взбалтывают смесь стеклянной палочкой. Половину раствора отливают в другой такой же бокал. После этого к одной половине раствора приливают раствор фенолфталеина, к другой - фиолетовый раствор лакмуса. Окраска индикаторов не изменяется.

Взаимодействие анилина с кислотами. После того как показано, что анилин не действует на индикаторы, т.е. не обладает щелочными свойствами, возникает вопрос о том, обладает ли вообще он свойствами оснований, вступает ли он, например, в реакции солеобразования с кислотами.

1. В пробирку с 5 мл воды учащиеся наливают около 0,3 мл анилина. Смесь взбалтывают. Убеждаются, что анилин почти не растворился в воде. Добавляют по каплям концентрированную соляную кислоту. Анилин растворяется. Составляют уравнение реакции образования хлористоводородного анилина.

К раствору соли анилина добавляют по каплям концентрированный раствор щелочи. Снова выделяется анилин в виде маслянистой жидкости. Составляют уравнение реакции.

При проведении опыта следует пользоваться концентрированными растворами кислоты и щелочи с той целью, чтобы не вводить большого количества воды, иначе из-за частичной растворимости анилина (1 г анилина растворяется в 30 мл воды) выделение его будет мало заметно.

2. В демонстрационную пробирку наливают 5 мл анилина и затем примерно такой же объем концентрированной соляной кислоты или 50-процентной серной кислоты. Дают некоторым учащимся убедиться, что проходит экзотермическая реакция. Охлаждают пробирку в струе холодной воды. Выделяются кристаллы соли. Растворяют соль по возможности в небольшом количестве воды (воду добавляют небольшими порциями и пробирку встряхивают). Если остался непрореагировавший анилин, отфильтровывают от него раствор, а к раствору соли добавляют концентрированный раствор щелочи. Выделяется свободный анилин.

Тем или другим из этих опытов устанавливается, что анилин является основанием; отсутствие же действия его на индикаторы говорит о том, что он основание более слабое, чем жирные амины.

Так как по составу молекул жирные амины и анилин отличаются тем, что вместо предельного радикала здесь имеется бензольное ядро, то, очевидно, что ослабление основных свойств аминогруппы обусловлено влиянием ароматического радикала - С6Н5.

Взаимодействие анилина с бромной водой. Как известно, влияние атомов друг на друга в молекуле взаимно. Если бензольное кольцо влияет на аминогруппу в анилине, ослабляя проявление ею свойств основания, то можно ожидать, что и бензольное ядро под влиянием этой группы будет обладать свойствами, отличными от свойств бензола. С подобным изменением свойств ядра учащиеся уже встречались на примере фенола.

Встает вопрос, не ослабляет ли аминогруппа связь атомов водорода с ядром, подобно тому как эту связь ослабляет гидроксильная группа в феноле, и не будет ли анилин реагировать с бромной водой, как реагирует с ней фенол.

1. В колбе или демонстрационной пробирке растворяют при встряхивании в 10 мл воды 1 мл анилина. К полученному раствору (эмульсии) добавляют бромную воду до образования белого осадка.

Осадок представляет собой триброманилин:

Необходимо, чтобы растворы анилина и брома были достаточно концентрированными. Вместо раствора анилина можно воспользоваться раствором его соли.

Окисление анилина. Анилин сравнительно легко окисляется в разнообразные продукты. При окислении анилина хромовой смесью и некоторыми другими окислителями образуется так называемый черный анилин, применяемый для окраски в черный цвет тканей, дерева кожи.

1. В демонстрационной пробирке к 3-4 мл водной эмульсии анилина приливают 10-12 мл хромовой смеси. Жидкость взбалтывают и подогревают. Вначале она приобретает зеленую окраску, затем синеет, при дальнейшем нагревании образуется осадок черного анилина. Характер осадка выявляется при сильном взбалтывании смеси в пробирке.

2. В 100 мл воды растворяют 2 г бихромата калия К2Сr2О7 и 1 мл концентрированной серной кислоты. К полученному раствору добавляют 2 г солянокислого анилина или по 1 мл анилина и концентрированной соляной кислоты. Смесь перемешивают стеклянной палочкой. В образующийся раствор быстро вносят кусок хлопчатобумажной ткани. Краситель с тканью нагревают, затем ткань достают, отжимают валиком на гладкой поверхности и развешивают на стеклянных палочках.

3. Готовят раствор солянокислого анилина, приливая к 50 мл воды 2 мл анилина и 3 мл концентрированной соляной кислоты. К раствору добавляют еще 1 г хлорида аммония. Полученный раствор наносят кисточкой на гладкую поверхность доски.

После того как раствор впитается, таким же способом покрывают дерево вторым раствором, приготовляемым растворением 4 л бертолетовой соли и 6 г медного купороса в 50 мл воды. Бертолетова соль окисляет анилин, и поверхность доски постепенно принимает черную окраску. Хлористый аммоний и медный купорос способствуют ускорению процесса окисления и получению плотной и прочной окраски. После высыхания поверхности на нее еще несколько раз наносят попеременно первый и второй растворы.

Реакция анилина с хлорной известью. При взаимодействии анилина с хлорной известью даже при очень сильных разбавлениям образуется характерное фиолетовое окрашивание. Хлорная известь поэтому может служить реактивом на анилин.

В цилиндр или стакан наливают 200-300 мл воды, растворяют в ней несколько капель анилина и приливают очень немного свежеприготовленного и профильтрованного водного раствора хлорной извести. Образуется фиолетовое окрашивание (белый фон!). Если раствор анилина взят слишком концентрированный, опыт проходит менее наглядно, так как окраска образуется слишком темная. В таком случае смесь растворов следует разбавить водой. Химизм этой реакции с учащимися не рассматривается.

Получение анилина. Современное производство анилина основано на реакции восстановления нитробензола, открытой Н.Н. Зининым.

В промышленном способе производства для восстановления нитробензола используются соляная кислота и железные или чугунные опилки. Все эти вещества загружаются в реактор; образующийся водород в наиболее активной своей форме - «в момент выделения» - энергично восстанавливает нитробензол в анилин.

В школьных опытах получения анилина для ускорения реакции вместо железа используют обычно олово или цинк. Опыт с железом может быть перенесен на практические занятия или в химический кружок и поставлен там не только для иллюстрации основной химической реакции, но и с целью отражения важнейших производственных операций.

1. В колбочку емкостью 100 мл вносят 2-3 капли нитробензола, приливают 1-2 мл концентрированной соляной кислоты и вносят 2-3 маленьких кусочка цинка (или олова). Если реакция пойдет слишком бурно, колбочку охлаждают в струе холодной воды или в стакане с водой. Когда запах нитробензола исчезнет или почти исчезнет, в колбу приливают концентрированный раствор щелочи (30-40-процентной) до тех пор, пока образующийся вначале осадок гидроокиси цинка Zn(ОН)2 ввиду своей амфотерности не растворится при дальнейшем прибавлении щелочи:

Zn(ОН)2 + 2NаОН Na2ZnО2 + 2Н2О

Это будет гарантией того, что щелочь выделит анилин из хлористоводородной соли. Чтобы констатировать образование анилина, присоединяют к колбе холодильную трубку и отгоняют около 0,5-1 мл жидкости. Анилин гошпся вместе с парами воды в виде белой эмульсии. Разбавляют дистиллят водой, чтобы анилин растворился, и открывают его с помощью раствора хлорной извести. Одновременно убеждаются, что нитробензол не дает окрашивания хлорной известью.

Получение анилинформальдегидной смолы. Анилин по ряду свойств напоминает фенол (бромирование, нитрование и т.п.). Подобно фенолу он дает высокомолекулярные смолы с формальдегидом (формалином).

В зависимости от соотношения исходных веществ и условий реакции анилинформальдегидные смолы имеют различное строение, например:

Вместо анилина берется насыщенный раствор хлористоводородной его соли, что дает возможность провести реакцию в гомогенной среде и поэтому достаточно быстро.

В небольшой химический стакан наливают 10 мл формалина (40-процентного) и такой же объем заранее приготовленного насыщенного раствора хлористоводородного анилина в воде. В середину стакана тотчас же ставят стеклянную палочку. Образуется густая смола. Палочка прочно удерживается в вертикальном положении. За палочку можно поднять стакан с его содержимым.

Полученная плотная масса имеет резкий удушливый запах от примеси формальдегида.

Продукт обносят по классу или извлекают его из стакана, разламывают на кусочки и на часовых стеклах передают учащимся для ознакомления.

3. Тесты и задачи общеучебного и экологического содержания по теме «Основания»

3.1 Тестовые задания в курсе химии

Системность в использовании любого метода обучения способна обеспечить новое качество учебно-воспитательного процесса. Сказанное в полной мере относится и к использованию тестов на уроках химии [7].

Для качественной подготовки учащихся к итоговому тестированию необходимо использование тестов в системе работы учителя. Ученик, знакомый с этим методом контроля, успешнее выполнит тестовые задания и легче адаптируется в мировом образовательном пространстве, тем более что каждому выпускнику российских школ предстоит сдавать единый государственный экзамен в форме теста.

В отличие от опроса или контрольной работы хорошо подготовленный тест - это и обучающее, и контролирующее средство. Он намного привлекательнее для учащихся, потому что результат не зависит от характера их взаимоотношений с учителем.

Если задание составлено грамотно, то в поисках правильного ответа учащимся приходится думать, сопоставлять один правдоподобный ответ с другим. Таким образом, создается проблемная ситуация, которая активизирует мышление учащихся. Выполняя традиционные упражнения, ученик идет по пути, предложенному учителем, а при выполнении тестовых заданий он сам выбирает путь решения.

При отборе тестовых заданий, прежде всего, необходимо обратить внимание на то, в какой степени данный тест соответствует задачам обучения и воспитания, которые должны быть решены при изучении той или иной темы. По мнению С.Л. Рубинштейна, «собственное воспроизведение материала учащимися целесообразно не приурочивать к моменту, непосредственно следующему за восприятием материала, а дать ему сначала несколько отлежаться. Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что наилучшее воспроизведение имеет место через 2-3 дня после первого восприятия материала».

Для проведения тестирования необходимо приготовить тексты тестовых заданий в нескольких вариантах и инструкцию по проверке теста. Результат тестирования зависит от содержания теста, процедуры проведения тестирования и от готовности учителя и учащихся к тестированию. Нужно обращать большое внимание на процедуру проведения тестирования: соблюдение полной тишины, запрещается задавать вопросы и консультироваться, оборачиваться друг к другу, строго соблюдать регламент.

Лучше всего каждому учащемуся выдать карточку для выполнения заданий с выбором ответа и небольшой лист бумаги для выполнения заданий со свободным ответом.

Образец карточки для учащихся

Фамилия

Вариант

№ знания

Код ответа

Учащиеся указывают фамилию и номер варианта на карточке и на листке, после этого с помощью лаборанта или дежурного выдаются тексты заданий, и класс начинает работу.

Опыт показывает, что на выполнение закрытых заданий (с выбором ответа) учащиеся затрачивают 4-5 мин и 7-8 мин - на выполнение заданий со свободным ответом. По истечении определенного времени с начала тестирования ученики завершают работу и сдают карточки и листки.

После этого учащиеся приступают к самопроверке по текстам, которые остаются на партах. Таким образом, при проведении тестирования и последующей самопроверки учащиеся включаются в различные виды деятельности: выполнение собственного задания, самопроверка, прослушивание правильных ответов одноклассников, определение уровня собственных знаний и оценивание своей работы. Такой подход к организации тестирования приводит к активизации познавательной деятельности учащихся.

Поскольку тестовый контроль подразумевает специфическую процедуру проведения, к нему должны быть готовы и учитель, и учащиеся. Так, если ранее тестирование не проводилось, необходимо на предыдущем уроке подготовить к нему обучаемых. Практика показала, что пробные решения надо проводить 1-2 раза, впоследствии процедура тестирования не вызывает вопросов и строго соблюдается.

Весьма интересно, на наш взгляд, предложить учащимся самостоятельно составить тесты по теме.

Предлагается образец теста по теме «Амины» (XI класс) [8]. Время выполнения 12 мин. Каждое задание оценивается двумя баллами. За 16 баллов отметка «5», 14 баллов - «4», 10-12 баллов - «3», меньше 10 баллов - «2».

Анилин получают при восстановлении:

нитробензола; 2) толуола; 3) фениламина; 4) бензойного альдегида.

Какая схема строения молекулы метиламина объясняет то, что предельные амины более сильные основания, чем аммиак:

Водный раствор метиламина имеет реакцию среды:

1) кислую; 2) нейтральную; 3) щелочную; 5) слабокислую.

Ароматические амины по сравнению с аммиаком:

более слабые основания, так как электронная плотность на атоме азота больше, чем в молекуле аммиака;

более слабые основания, так как электронная плотность на атоме азота меньше, чем в молекуле аммиака;

более сильные основания, так как электронная плотность на атоме азота больше, чем в молекуле аммиака;

более сильные основания, так как электронная плотность на атоме азота меньше, чем в молекуле аммиака.

Чем больше атомов водорода в молекуле аммиака замещено предельными радикалами, тем:

сила оснований меньше; 2) вещество легче загорается; 3) активнее амин взаимодействует с кислотами; 4) больше растворимость соединения в воде.

Сила оснований возрастает в ряду:

метиламин аммиак анилин; 2) аммиак диметиламин анилин;

3) триметиламин анилин аммиак; 4) анилин аммиак метиламин.

Реакция между какими веществами характеризует амин как очень слабое органическое основание:

Анилин и бромная вода; 2) Анилин и бромоводородная кислота;

3) Хлорид фениламмония и аммиачная вода;

4) Хлорид фениламмония и раствор гидроксида натрия.

Укажите гомолог вещества N(CH3)3:

пропиламин; 2) диметиламин; 3) фениламин; 4) метилэтиламин.

3.1.1 Тестовые задания с экологическим содержанием

Предельно допустимая концентрация (ПДК) анилина - 0,1 мг/л. В цеховом помещении объемом 600 м3 содержится 45,4 г. анилина. Его концентрация:

превышает ПДК; 2) соответствует ПДК; 3) меньше ПДК.

В лаборатории размерами 3 5 10 м произошла утечка 12 мл метиламина ( = 0,699 г./см3, ПДК = 1 мг/м3). Его концентрация в помещении:

превышает ПДК; 2) соответствует ПДК; 3) меньше ПДК.

В объеме 50028 л (этиленимин, 0,02 мг/м3) содержание вещества массой m не превышает его ПДК:

m = 0,025 г.; 2) m = 0,0025 г.; 3) m = 0,001 г.; 4) m = 0,0025 г.

Дана смесь метиламина (45 об.%, = 0,699 г./см3), диметиламина (25 об.%, = 0,6804 г./см3) и триметиламина (30 об.%, = 0,662 г./см3). Укажите объем помещения (н.у.), где эта смесь объемом в 0,5 л не будет представлять угрозы. ПДК равны соответственно 1 мг/м3, 1 мг/м3 и 5 мг/м3.

100 м3; 2) 150000 л; 3) 160000 л; 4) 200 м3.

Токсическое действие аминосоединений жирного ряда возрастает с увеличением числа атомов углерода в радикале, хотя возможность ингаляционного отравления уменьшается с падением летучести. Уменьшается также раздражающее действие, объясняемое щелочностью соединений (у первичных аминосоединений она сильнее, чем у вторичных и третичных), но увеличивается всасывание через кожу в связи с увеличением растворимости в жирах. Первичные аминосоединения токсичнее вторичных и третичных. Изомеры, обладающие более длинной цепью атомов углерода, ядовитее. Диамины токсичнее моноаминов. На основе этой информации предлагаем учащимся составить тесты по следующей схеме:

Расположите предлагаемые соединения в порядке возрастания их токсического действия: …

Здесь можно провести следующие параллели:

по возрастанию числа атомов углерода;

по сравнению токсичности первичных, вторичных и третичных аминов;

по сравнению токсичности моноаминов и диаминов;

по сравнению токсичности изомеров с различной длиной углеводородной цепи.

3.2 Задачи по теме «Основания» с экологическим содержанием

В помещении V = 54 м3 разлилось 5,0 мл этиламина ( = 0,689 г./см3). Превышает ли его концентрация пдк (18 мг/м3)?

Решение:

Зная объем вещества и его плотность, найдем массу:

m = V.

m = 5,0. 0,689 = 3,445 г. = 3445 мг

Для сравнения концентрации со значением ПДК этиламина найдем его концентрацию в приведенном помещении:

С = m/V = 3445 мг/ 54 м3 = 63,8 мг/м3.

63,8 / 18 = 3,5 раза

Ответ: Концентрация этиламина в помещении превышает значение его ПДК в 3,5 раза.

В результате аварии в цеху, размеры которого составляют 4 9 10 м произошла утечка 23 г. 50%-ного раствора триэтиламина (ПДК = 10 мг/м3). Превышает ли концентрация триэтиламина а помещении его ПДК?

Решение:

Найдем объем помещения:

V = 4910 = 36000 м3

Найдем массу триэтиламина, зная его концентрацию:

23 г. 0,5 = 11,5 г триэтиламина

С = m/V = 1150 мг/3600 м3 = 0,32 мг/м3

Ответ: концентрация триэтиламина не превышает значение его ПДК

В цеху хранится 8,5 г аллиламина. Каков должен быть объем помещения, чтобы в случае аварии концентрация аллиламина не превысила значение его ПДК (ПДК = 0,5 мг/м3)?

Решение:

Найдем объем помещения из выражения для его концентрации:

С = m/V; V = m/C

V = 8500 / 0,5 = 17000 м3

Ответ: Объем помещения должен быть больше 17000 м3.

В лаборатории размерами 28 20 3 м было разлито 1,62 мл бутиламина (ПДК = 10 мг/м3, = 0,7401 г./мл) и 1,2 мл дипропиламина (ПДК = 5 мг/м3, = 0,7384 г./мл). Составляет ли угрозу здоровью персонала такая ситуация?

Решение:

Найдем массу веществ:

m = V

для бутиламина m = 0,7401 1,62 = 1,2 г = 1200 мг

для дипропиламина m = 0,7384 1,2 = 0,9 г = 900 мг

Найдем объем помещения:

V = 28 20 3 = 1680 м3

Концентрация веществ:

С1 = m/V = 1200 / 1680 = 0,71 мг/м3

С2 = m/V = 900 / 1680 = 0,54 мг/м3

Ответ: Данная утечка не представляет особой угрозы здоровью персонала.

По вышеприведенным схемам учащимся предлагается составить задачи.

Задача 5. Самый дешевый щелочной реагент для нейтрализации кислотных промышленных стоков - гашеная известь (гидроксид кальция). Используют как суспензию гидроксида кальция («известковое молоко»), так и прозрачный раствор («известковую воду»). Рассчитайте рН 0,02М раствора Ca(OH)2.

Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

Ca(OH)2 = Ca2+ + 2 OH-; рН > 7

c {Ca(OH)2} = 0,02 моль/л; pH =?

В соответствии с уравнением реакции равновесная молярная концентрация анионов OH - вдвое больше концентрации гидроксида кальция c {Ca(OH)2}:

[OH-] = 2c {Ca(OH)2}

рН = 14 - pOH = 14 + lg[OH--] = 14 + lg 2c {Ca(OH)2} = 12,6

Ответ. Водородный показатель известковой воды равен 12,6.

Задача 6. Одно из самых дешевых азотных удобрений - аммиачная вода, раствор аммиака. Определите степень диссоциации гидрата аммиака NH3. H2O в 0,002М растворе, если его рН равен 10,3 при 25 oС.

Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

NH3. H2O <<здесь знак обратимости>> NH4+ + OH-; рН > 7

c(NH3. H2O) = 0,002 моль/л; pH = 10,3

a =?

В соответствии с уравнением реакции равновесная молярная концентрация анионов OH - связана с концентрацией гидрата аммиака и степенью диссоциации:

[OH-] = a. c(NH3. H2O)

рН = 14 - pOH = 14 + lg[OH--] = 14 + lg {a. c(NH3. H2O)}

a = (10 pH - 14): с = 10 10,3 - - 14 / 0,002 = 0,093 = 9,3%

Ответ. Степень диссоциации гидрата аммиака равна 9,3. [9 - 11]

Выводы

Как известно, изложение материала тем доступнее, чем оно ближе к практике. Благодаря тому, что в преподавании темы «Основания», наряду с общеучебными, преследуются и экологические цели, происходит сближение теории и практики. В этом ключе, на наш взгляд, и следует преподавать многие разделы общей, неорганической и органической химии.

На основе материала, рассмотренного и проанализированного в данной курсовой работе, можно сделать следующие выводы:

Анализ литературных данных по проблеме преподавания темы «Основания» как с общеучебной, так и с экологической точки зрения позволил выявить наиболее целесообразные приемы преподавания.

Предложен блок, освещающий демонстрационные опыты и практические работы по теме «Амины как органические основания».

Разработаны варианты тестовых заданий по теме «Основания», имеющие как общеучебное, так и с экологическое направление.

В работе приведены варианты задач по теме «Основания» экологического характера, а также предлагается самостоятельное составление задач.

Литература

1. Т.Н. Кровельщикова, А.В. Коршунов. Из опыта реализации экологического подхода к обучению химии / Химия в школе. 2002, №8, с. 40-42.

2. H. В. Егорова. Вопросы Экологического образования при изучении химии / Химия в школе, 2001, №5, с. 46 - 49.

3. Зверев И. Охрана природы и экологическое воспитание школьников. // Воспит. школьников. - 1985. - N6. - с. 30-36.

4. Программы для средних общеобразовательных учебных заведений. Химия. // Под ред. В.И. Сивоглазова. М., «Просвещение», 1993.

5. Обучение химии в 11 классе. В 2 ч. Ч 1: Кн. Для учителя / Под ред. И.Н. Черткова. - М.: просвещение, 1992. - с. 6 - 20.

6. Азотсодержащие органические соединения. // Химия в школе. №6, 1996, с. 18-22.

7. И.Г. Афонина. Тестовые задания в курсе химии. // Химия в школе. №7, 2002, с. 43 - 45.

8. Единый государственный экзамен 2002: Контрольные измерительные материалы: Химия / А.А. Каверина, Д.Ю. Добротин, М.Г. Снастина и др.; М-во образования РФ. - М.: Просвещение, 2002. - с. 20-35.

9. Безуевская В.А. Химические задачи с экологическим содержанием / Химия в школе, 2000, №2, с. 59 - 61.

10. A.B. Краснянский. Экологические проблемы расчетных задачах по химии / Химия в школе, 1996, №6, с. 22 - 27

11. А.В. Краснянский. Экологические проблемы в расчетных задачах по химии / Химия в школе, 1996, №5, с. 32 - 37.


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.