Занимательные опыты

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Тюменский государственный  университет

Институт математики, естественных наук и информационных технологий

Химическое отделение

Кафедра неорганической и  физической химии

 

 

Курсовая работа на тему:

Занимательные опыты

 

 

Выполнили:

Студенты 2 курса группы № 501

Белозерова А.О и Упорова  М.А

Научный руководитель:

Хритохин Н.А 

 

 

Тюмень 2011

Содержание

 

1. Введение
2. Практическая часть
1. Свинцовая «шуба»
2. «Серебряный лес»
3. Получение "золота"
4. Обугливание сахара 
5. Вспышка
6. Дым без огня
7. Фараоновы змеи. 
8. Выделение кофеина из чая
9. Кровь без раны. 
10. Рисунок на стекле
11. Зеленое пламя
12. «Зимний пейзаж» в стакане
13. Таинственное исчезновение
14. Искрящиеся кристаллы
15. Химические часы
16. Оранжевый свет
3. Выводы
4. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

                                   

   Современная химия развивается  стремительными темпами, плодотворно  сотрудничая с физикой, математикой,  биологией и другими науками.  Роль химии в жизни и развитии  общества очень велика. Химия  очень тесно связана с производством  материальных ценностей. Естествознание, в том числе и химическая  наука, начиная с давно известных  положений и законов, и кончая  современными сложными теориями, взаимосвязана с философией. Бурный  поток доставляемых химией новых  знаний о вещах, вызывающий  ломки прежних понятий, теорий  обращает внимание исследователей  и на природу химических знаний. Колоссальные достижения химической  практики столь весомо и зримо  ощутимые в повседневной жизни  вносят немало нового в общее  миропонимание, существенно отражаются  на состоянии взаимодействий  общества с природой и тоже  ставят целый ряд вопросов. Возникновение  этих вопросов и их значение  для развития химии связаны,  прежде всего, с самим предметом,  объектом химии и его ролью  в жизни человеческого общества, в практических и познавательных  отношениях людей с природой.  
   Роль вещества и знаний о веществе в жизни общества, в трудовой деятельности людей, в их отношениях с окружающей природной средой, природа химических знаний, пути и средства их формирования - вот та основа, на которой, в конечном счете, и вырастают вопросы химии; вопросы, для решения которых приходится выходить за рамки химии, ее понятий и методов в сферу вопросов об отношении материи и сознания, природы и человека, в сферу общих представлений о мире, о законах его познания. Вместе с тем добавляемые химией и химической производственной практикой знания о природе, о вещах и растущая на этой основе власть людей над природой всегда были богатейшим источником, питающим развитие общих представлений о мире, о природе человека, его деятельности, его мышлении, о законах познания, отражения действительности. 
Начиная еще с древних времен и вплоть до наших дней в развитии научной, в том числе и химической мысли почти по всем направлениям бесспорно можно констатировать позитивный и безостановочный прогресс. Наука и доныне продолжает повседневно углубляться и совершенствоваться. 

 

 

Опыты занимают неотъемлемую часть в обучении химии. Чем интереснее и занимательнее опыты, тем больше вероятность того, что учащиеся заинтересуются химией.

 

Цель работы:

• Изучить литературу по выбранной теме
• Выполнить практические опыты
• Описать процессы, происходящие в ходе опытов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая  часть.

Опыт 1. Свинцовая «шуба».

Тонкую цинковую пластинку хорошо очищают и опускают в стакан с раствором хлорида олова SnCl₂. Начинается реакция, в результате которой цинк вытесняет из раствора олово:

Zn + SnCl₂ = ZnCl₂ + Sn.

Цинковая  фигурка начинает покрываться блестящими иглами.

Опыт 2. «Серебряный лес»

В пробирку помещают обезжиренный кусочек  меди и приливают немного раствора нитрата  серебра AgNO₃ (1:10). Через несколько часов на поверхности меди появляется лес иглообразных ярко блестящих кристаллов серебра:

Cu + 2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Ag.

Опыт 3. Получение  «золота»

Готовят равные объемы 3%-ного раствора иодида калия и 4%-ного раствора ацетата  свинца. Перед опытом растворы доводят  до кипения и горячими сливают  вместе в колбу. При остывании  в осадок выпадает иодид свинца, который хорошо растворим в горячей  воде, но весьма мало в холодной (менее 0.1%). Осадок образуется в виде тонких блестящих на свету чешуек золотистого  цвета. Размеры их зависят от скорости охлаждения, чем медленнее охлаждается  тем крупнее кристаллы.

Pb(CH₃COO)₂ + 2KI = PbI₂ + 2CH₃COOK

 

 

 

 

 

 

 

Опыт 4. Обугливание сахара

В химический стакан ёмкостью 150мл насыпьте 40гр растёртого в порошок сахара и слегка смочите его 3-4мл воды. Теперь в полученную массу добавьте 20-25мл концентрированной серной кислоты  и размешайте смесь стеклянной палочкой. Палочку не вынимайте. Через несколько  минут смесь потемнеет, температура  повысится, и из стакана начнёт "вырастать" чёрная пенообразная масса. Это пористый уголь, появление которого объясняется  дегидратацией сахара серной кислотой:

C₁₂H₂₂O₁₁ = 12C + 11H₂O

Кроме этого происходит восстановление серной кислоты углём:

2H₂SO₄ + C = CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

Опыт 5. Вспышка

В ступке растереть 6.35 г йода и смешать с 1.6 г цинковой пыли. Ступку поставить на лист жести или  картона. В полученную смесь капнуть  несколько капель воды. Начинается бурная реакция между металлом и  йодом.

Опыт 6. Дым без огня 

Пословица «нет дыма без огня» опровергается  некоторыми химическими реакциями.

1. Если смешать в колбе при комнатной температуре два бесцветных газа — аммиак и хлороводород, - то сейчас же появится густой белый дым. Он представляет собой мельчайшие кристаллики хлорида аммония:

NH₃ + HCl = NH₄Cl.

Дым вскоре осядет на стенке сосуда в виде белого налета.

2.  Хлорид кремния (IV) SiCl₄ — это жидкость, отличающаяся большой летучестью. Достаточно открыть колбу, в которой он находится, чтобы появился белый дым. Испаряясь, хлорид кремния (IV) реагирует с влагой воздуха:

SiCl₄ + 4H₂O = H₄SiO₄ + 4HCl.

В результате этой реакции образуется дым, состоящий из твердых частичек кремниевой кислоты H₄SiO₄.Благодаря этому свойству хлорид кремния (IV) применяют в военном деле в качестве дымообразователя.

Опыт 7. Фараоновы змеи

• «Фараоновы змеи» из сульфаниламидных препаратов

 

Очень простой способ получения «фараоновых змей» – это окислительное разложение сульфаниламидных лекарственных препаратов (например, стрептоцид, сульгин, сульфадиметоксин, этазол, сульфадимезин, фталазол, бисептол). В ходе окисления сульфаниламидных препаратов выделяется много газообразных продуктов реакции (SO₂, H₂S, N₂, пары воды), которые вспучивают массу и формируют пористую «змею». Опыт проводят под тягой! На таблетку сухого горючего помещают 1 таблетку лекарственного препарата и поджигают горючее. При этом происходит выделение блестящей «фараоновой змеи» серого цвета, которую можно назвать из-за внешнего вида и «графитовой змеей»:

 

 

По своей структуре  «змея» напоминает кукурузные палочки.

Если выделяющуюся «змею» аккуратно подцепить пинцетом и осторожно вытягивать, то можно  получить достаточно длинный «экземпляр».

• Получение «фараоновых змей» из глюконата натрия

Из таблеток «глюконата кальция» можно получить светло-серую «змею» с белыми пятнами длиной примерно 10–15 см, которая при получении  закручивается в спираль. Этот эффектный  процесс можно охарактеризовать следующим химическим уравнением: 

 

 

 

Светлый оттенок «змеи» объясняется  образованием в ходе реакции оксида кальция. Недостатком образующейся «змеи» является ее хрупкость. Она достаточно легко рассыпается.

 

 

 

 

 

• «Фараонова  змея» из тиоцианата ртути

Тиоцианат ртути при нагревании быстро разлагается, во много раз увеличиваясь в объёме.  Реакция проходит с образованием чёрного сульфида ртути НgS, жёлтого объёмистого нитрида углерода С₃N₄ и дисульфида углерода СS₂, который на воздухе воспламеняется и сгорает, образуя диоксид углерода СО₂ и диоксид серы SO₂:

2Hg(CNS)₂ = 2HgS + C₃N₄ + CS₂

CS₂ + 3O₂ = CO₂ + 2SO₂

Нитрид углерода вспучивается образующимися  газами, захватывая чёрный сульфид  ртути(II) и образуя жёлто-чёрную пористую массу. Голубое пламя, из которого выползает  «змея», — это пламя горящего сероуглерода СS₂.

 

Опыт 8. Выделение кофеина из чая

 Эксперимент основан на способности кофеина, подобно иоду, подвергаться возгонке. Для проведения опыта необходимы две столовые ложки листового чая. Чай перетирают в ступке до мелкого порошка, затем переносят в сухую фарфоровую выпаривательную чашку, которая сверху накрывается большой стеклянной воронкой, причем края воронки должны выдаваться за края чашки примерно на 1 см. После этого нагревают чашку над пламенем горелки. Кофеин сублимируется и вновь конденсируется на воронке в виде белых кристаллов.

Опыт 9. Кровь без раны

Для проведения этого опыта  в одной колбе готовят ~100мл слабо-желтого (3-процентного) раствора хлорида железа(III), а в другой столько же 3-процентного  раствора роданида калия. 

В основе этого опыта лежит взаимодействие ионов Fe³⁺ с ионами SCN ^-, при этом образуется кроваво-красное комплексное соединение - роданид железа(III):

FeCl₃ + 3KSCN = 3KCl + Fe(SCN)₃

 

 

 

Опыт 10. Зеленое пламя

В фарфоровой чашке зажигают спирт. Он горит почти бесцветным пламенем. Когда горение окончится, в эту  же чашу наливают 5 мл спирта и 0,5 мл насыщенного  раствора борной кислоты H₃BO₃ и поджигают. Спирт горит красивым зеленым пламенем. 

Это объясняется тем, что борная кислота  образует со спиртом сложный эфир, окрашивающий пламя в зеленый  цвет:

3С₂H₅OH + H₃BO₃ = H₂O + (C₂H₅O)₃B

Опыт 11. Рисунок  на стекле 

Замечательным свойством плавиковой кислоты является ее способность взаимодействовать  с оксидом кремния SiO₂, входящей в состав стекол, с образованием газообразного фторида кремния SiF₄ и воды:

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2H₂O. 

На  этом свойстве плавиковой кислоты основано применение ее для вытравливания  на стекле надписей, рисунков, а также  для придания матовой поверхности  стеклянным предметам.

Для получения рисунка на стекле последнее  покрывают слоем воска или  парафина, на которые HF не действует, затем  счищают воск в тех местах, где  должен получиться рисунок, и подвергают обнаженные места в течение некоторого времени действию плавиковой кислоты (под тягой!). 

Опыт 12. «Зимний  пейзаж» в стакане.   

  Приготавливают в стакане на 300 мл насыщенный раствор нитрата  свинца Pb(NO₃)₂ и опускают в него кристалл хлорида аммония NH₄Cl. Постепенно в стакане начинают расти кристаллы, напоминающие собой растения, покрытые инеем:

Pb(NO₃)₂ + 2NH₄Cl = 2NH₄NO₃ + PbCl₂.

 

 

 

 

 

Опыт 13. Таинственное исчезновение

Оксид хрома(III) поможет показать, как вещество бесследно исчезает, исчезает без  пламени и дыма. Для этого складывают горкой несколько таблеток «сухого  спирта» (твердого горючего на основе уротропина), а сверху насыпают щепотку  предварительно разогретого в металлической  ложечке оксида хрома(III) Сr₂O₃. И что же? Нет пламени, нет дыма, а горка постепенно уменьшается в размерах. Через некоторое время от нее остается только щепотка неизрасходованного зеленого порошка – катализатора Сr₂О₃.

Окисление уротропина (СН₂)₆N₄ (гексаметилентетрамина) – основы твердого спирта – в присутствии катализатора Сr₂O₃ идет по реакции:

(СН₂)₆N₄ + 9O₂ = 6СO₂

 + 2N₂ + 6Н₂О ,

где все продукты – диоксид углерода СО₂, азот N₂ и пары воды Н₂O – газообразны, бесцветны и не имеют запаха. Заметить их исчезновение невозможно.

Опыт 14. Искрящиеся кристаллы 

Смешали 108 г сульфата калия К₂SO₄ и 100 г декагидрата сульфата натрия Nа₂SO₄•10Н₂О (глауберова соль) и добавили порциями при помешивании немного горячей дистиллированной или кипяченой воды, пока все кристаллы не растворятся. Раствор оставили в темноте, чтобы при охлаждении началась кристаллизация двойной соли состава Nа₂SO₄•2К₂SO₄•10Н₂О. Как только начнут выделяться кристаллы, раствор будет искриться: при 60 °С слабо, а по мере охлаждения все сильнее и сильнее. Когда кристаллов выпадет много, можно увидеть целый сноп искр.

Свечение  и образование искр вызвано тем, что при кристаллизации двойной  соли, которая получается по реакции

2К₂SO₄ + Na₂SO₄ + 10Н₂O = Nа₂SO₄•2К₂SO₄•10Н₂О,

выделяется  много энергии, почти полностью  превращающейся в световую.

 

 

 

 

 

Опыт 15. Химические часы.

2 г. лимонной кислоты растворить  в 6 мл. воды, туда же добавьте 0,2 г. бромата калия и 0,7 мл. концентрированной H2SO4. К смеси добавьте воду до объема 10 мл., после чего в нее внесите 0,04 г. перманганата калия (KMnO4) и тщательно перемешайте до полного растворения соли. Происходит периодическая сменяемость цвета раствора.

Механизм  химических реакций можно объяснить  как окислительно- восстановительный процесс, в котором роль окислителя выполняет бромноватая кислота, а восстановителя – лимонная:

KBrO₃ + H₂SO₄ = KHSO₄ + HBrO₃