КАЧЕСТВЕННЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ НА ОСНОВЕ ОПЫТОВ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

Большую роль в обучении химии играют качественные задачи. Среди них особое место занимают экспериментальные задачи, которые предполагают выполнение не только мысленного эксперимента, но и проверку решения на практике. Одним из способов исследования веществ и растворов, связанных с особенностями строения и свойств веществ, является определение их электрической проводимости. Такое испытание веществ осуществляется при помощи приборов для проведения опытов с электрическим током.

В настоящее время в кабинете химии средней школы имеются приборы для проведения опытов с электрическим током – для исследования электрической проводимости и проведения электролиза, представленные в двух вариантах:

- прибор для опытов по химии с электрическим током (ПХЭ) (прибор Черняка) (см. рис. 1);

- прибор для опытов по химии (демонстрационный) ПХЭ (лаборатории «L-микро») (см. рис. 2).

Сравним их особенности по следующим критериям: 1) назначение прибора; 2) опыты, для проведения которых применяется прибор; 3) комплектация; 4) габаритные размеры в упакованном и собранном виде; 5) характеристики электрического тока; 6) недостатки. Оба прибора предназначены для проведения только демонстрационных опытов и имеют громоздкие размеры. Прибор Черняка имеет оголённые металлические части и при исследовании веществ на электрическую проводимость работает от напряжения в 220 В. Поэтому применять данные приборы для выполнения учащимися лабораторных опытов невозможно.

Рис. 1. Прибор Черняка

Рис. 2. ПХЭ лаборатории «L-микро»

На основании работ А.К. Ризванова и Р. Брента [1, с. 59; 2, с. 40] на занятии системы дополнительного образования (кружке, факультативе) может быть изготовлен самодельный прибор, который безопасно применять при выполнении опытов учащимися, поскольку он имеет небольшие размеры и потребляет электрический ток от двух мизинчиковых батареек напряжением около 3 В (см. рис. 3).

Рис. 3. Прибор для исследования веществ на электрическую проводимость

Качественные задачи на основе химического эксперимента с электрическим током, решаемые при помощи данного прибора, мы применяем для решения различных дидактических целей. Приведём примеры.

При формировании умения исследовать состав и свойства веществ учащимся предлагается качественная задача следующего содержания.

Задача. Сравните химические свойства воды и алюминия.

Вопросы для обсуждения.

1. Какие свойства веществ мы будем сравнивать?

2. Перечислите физические свойства веществ.

3. По каким критериям можно сравнить вещества?

4. С помощью прибора исследуйте электрическую проводимость воды и алюминия.

При изучении физических свойств металлов нужно исследовать электрическую проводимость металлов и сплавов.

Задача. Исследуйте электрическую проводимость выданных вам образцов металлов и сплавов (железо, медь, цинк, олово, свинец, сталь, бронза и др.).

Устанавливаем связь между строением кристаллической решётки и физическими свойствами и испытываем образцы металлов и сплавов при помощи прибора для исследования электрической проводимости.

На практической работе изучаются свойств воды из разных источников.

Задача. Не применяя химических реактивов, докажите двумя способами, что водопроводная вода содержит растворённые вещества.

Водопроводная вода представляет собой раствор, содержащий соли разных кислот. Доказать сложный состав раствора можно, если разделить эту смесь выпариванием воды из раствора или исследовав его электрическую проводимость с помощью прибора.

Ход опыта.

1. Нанесите 2-3 капли водопроводной воды на предметное стекло. Выпарите воду на пламени спиртовки. Что наблюдаете?

2. Исследуйте электрическую проводимость пробы воды. Промойте электроды прибора дистиллированной водой. Сделайте выводы.

Качественную задачу применяем при изучении особенностей строения и свойств полимеров.

Задача. Докажите, что пластмассы не обладают электрической проводимостью.

Учащиеся решают следующую экспериментальную задачу при изучении типов кристаллических решёток.

Задача. Сравните электрическую проводимость хлорида натрия и меди.

Учащиеся исследуют электрическую проводимость соли и металла. Хлорид натрия не проводит электрический ток, а для меди характерна электрическая проводимость. Формулируем учебную проблему в виде проблемного вопроса: в чём причина электрической проводимости веществ?

Учащиеся исследуют электрическую проводимость других солей и металлов, делая вывод о связи электрической проводимости с типом химической связи и кристаллической решётки. Мы рассматриваем особенности строения атома на примере типичных металлов. Число электронов на внешнем энергетическом уровне атома натрия мало по сравнению с числом вакантных орбиталей, что обусловливает особые свойства металлической кристаллическом решётки.

1. В чём причина особых физических свойств веществ? Какие вещества имеют молекулярную кристаллическую решётку? Какие физические свойства проявляют вещества с молекулярной кристаллической решёткой?

3. Для каких веществ характерна ионная кристаллическая решётка? Какие свойства проявляют вещества с ионной кристаллической решёткой? В чём причина особых физических свойств веществ с ионной кристаллической решёткой?

4. Приведите примеры веществ с атомной кристаллической решёткой. С чем связаны повышенная прочность, плохая растворимость, высокие температуры плавления и кипения алмаза?

5. В какой части периодической таблицы расположены типичные металлы? Приведите примеры металлических химических элементов.

6. Какое строение имеют атомы лития, натрия, калия?

7. Напишите электронные формулы атомов лития, натрия, калия.

8. Изобразите графическую формулу атома натрия.

9. Сколько электронов находится на внешнем энергетическом уровне у металлов? Какие физические свойства проявляют металлы?

Далее экспериментально подтверждается электрическая проводимость металлов и сплавов: при помощи прибора для опытов с электрическим током испытываются образцы алюминия и стали на электрическую проводимость.

Задача. В трёх пробирках находятся растворы хлорида натрия, сахарозы и уксусной кислоты. Определите содержимое пробирок, не применяя химических реактивов.

На основании какого свойства можно различить выданные вам растворы?

Делаем вывод о том, что представленные растворы можно распознать по электрической проводимости: раствор сахарозы не проводит электрический ток (сахароза-неэлектролит), хлорид натрия является сильным электролитом, а уксусная кислота – слабым.

Таким образом, применение химического эксперимента с электрическим током для решения качественных задач расширяет возможности учителя химии в выполнении требований к школьному химическому образованию.

Литература:

1. Ризванов А.К. Химические опыты в познании основ науки // Химия в школе. – 2007, №1. – С. 55-63.

2. Brent R. The golden book of Chemistry Experiments: How to Set Up a Home Laboratory – Over 200 Simple Experiments. – New York: Golden press, 1960. – 112 p.