MANUÁL POKUSŮ CHEMIE
ZÁKLADNÍ ŠKOLA KLADNO MOSKEVSKÁ 2929 ZPRACOVALA : Mgr. MICHAELA ČERMÁKOVÁ
2014
SEZNAM POKUSŮ Pokus č. 1 Pokus č. 2 Pokus č. 3 Pokus č. 4
– Oxidující látky – Vlastnosti soli, cukru a naftalenu – Chemikova zahrádka – Tepelný rozklad dichromanu amonného – Dichromanová sopka na stole Pokus č. 5 – Oheň bez zápalek Pokus č. 6 – Chromatografie na školní křídě Pokus č. 7 – Model hasícího přístroje Pokus č. 8 – Elektrolýza vodného roztoku chloridu sodného NaCl Pokus č. 9 – Reakce zinku a hořčíku s kyselinou chlorovodíkovou Pokus č. 10 – Reakce hořčíku s vodou Pokus č. 11 – Vlastnosti propanu a butanu Pokus č. 12 – Reakce sodíku s vodou Pokus č. 13 – Příprava, důkaz a vlastnosti vodíku Pokus č. 14 – Výbušnost směsi vodíku se vzduchem Pokus č. 15 – Příprava kyslíku a jeho důkaz Pokus č. 16 – Příprava a vlastnosti acetylenu Pokus č. 17 – Příprava a vlastnosti chloru Pokus č. 18 – Vlastnosti toluenu a naftalenu Pokus č. 19 – Slučování hliníku s jodem Pokus č. 20 – Hoření cukru Pokus č. 21 – Důkaz ethanolu v ovocném víně Pokus č. 22 – Rozlišení ethanolu od methanolu Pokus č. 23 – Zinkovosírová sopka Pokus č. 24 – Příprava a vlastnosti oxidu uhličitého Pokus č. 25 – Sloní zubní pasta Pokus č. 26 – Nehořlavý ubrousek Pokus č. 27 – Citlivost halogenidů stříbra na světlo Pokus č. 28 – Teplota varu čisté a znečištěné látky Pokus č. 29 – Neutralizace Pokus č. 30 – Bengálské ohně Pokus č. 31 – Střelný prach Pokus č. 32 – Vodivost roztoků Pokus č. 33 – Daniellův článek Pokus č. 34 – Voltův článek Pokus č. 35 – Exotermický a endotermický děj
-2-
str. 12 str. 15 str. 18 str. 21 str. 24 str. 27 str. 29 str. 32 str. 35 str. 37 str. 40 str. 43 str. 46 str. 48 str. 50 str. 53 str. 56 str. 59 str. 63 str. 65 str. 68 str. 71 str. 73 str. 75 str. 78 str. 81 str. 83 str. 86 str. 88 str. 91 str. 95 str. 98 s. 101 s. 103 s. 106
Pokus č. 36 – Vedení tepla různými kovy Pokus č. 37 – Laboratorní příprava kyslíku a měření jeho koncentrace Pokus č. 38 – Rychlost chemické reakce Pokus č. 39 – Ethanolové kvašení cukrů Pokus č. 40 – Ředění kyselin
-3-
s. 110 s. 113 s. 117 s. 121 s. 125
PŘEHLED POKUSŮ PODLE ROČNÍKŮ 8. ROČNÍK Oxidující látky Vlastnosti soli, cukru a naftalenu Chromatografie na školní křídě Model hasícího přístroje Reakce hořčíku s vodou Reakce sodíku s vodou Příprava, důkaz a vlastnosti vodíku Výbušnost směsi vodíku se vzduchem Příprava kyslíku a jeho důkaz Příprava a vlastnosti chloru Slučování hliníku s jodem Hoření cukru Zinkovosírová sopka Příprava a vlastnosti oxidu uhličitého Sloní zubní pasta Citlivost halogenidů stříbra na světlo Teplota varu čisté a znečištěné látky Neutralizace Vedení tepla různými kovy Laboratorní příprava kyslíku a měření jeho koncentrace Rychlost chemické reakce Ředění kyselin
str. 12 str. 14 str. 27 str. 29 str. 37 str. 43 str. 46 str. 48 str. 50 str. 56 str. 63 str. 65 str. 73 str. 75 str. 78 str. 83 str. 86 str. 88 s. 110 s. 113 s. 117 s. 125
9. ROČNÍK Chemikova zahrádka Tepelný rozklad dichromanu amonného – dichromanová sopka na stole Oheň bez zápalek Elektrolýza vodného roztoku chloridu sodného NaCl Reakce zinku a hořčíku s kyselinou chlorovodíkovou Vlastnosti propanu a butanu Příprava a vlastnosti acetylenu Vlastnosti toluenu a naftalenu Důkaz ethanolu v ovocném víně Rozlišení ethanolu od methanolu Nehořlavý ubrousek Bengálské ohně Střelný prach
-4-
str. 18 str. 21 str. 24 str. 32 str. 35 str. 40 str. 53 str. 59 str. 68 str. 71 str. 81 str. 91 str. 95
Vodivost roztoků Daniellův článek Voltův článek Exotermický a endotermický děj Ethanolové kvašení cukrů
str. 98 s. 101 s. 103 s. 106 s. 121
-5-
PŘEHLED POKUSŮ PODLE JEDNOTLIVÝCH TÉMAT VZDĚLÁVACÍHO OBORU (některé pokusy lze zařadit do více různých témat)
1. POZOROVÁNÍ, POKUS A BEZPEČNOST PRÁCE Oxidující látky Vlastnosti soli, cukru a naftalenu Teplota varu čisté a znečištěné látky
str. 12 str. 15 str. 86
2. SMĚSI Chromatografie na školní křídě
str. 27
3. ČÁSTICOVÉ SLOŽENÍ LÁTEK A CHEMICKÉ PRVKY Reakce hořčíku s vodou Reakce sodíku s vodou Příprava, důkaz a vlastnosti vodíku Výbušnost směsi vodíku se vzduchem Příprava kyslíku a jeho důkaz Příprava a vlastnosti chloru Slučování hliníku s jodem Sloní zubní pasta Střelný prach Vodivost roztoků Vedení tepla různými kovy Laboratorní příprava kyslíku a měření jeho koncentrace
str. 37 str. 43 str. 46 str. 48 str. 50 str. 56 str. 63 str. 78 str. 95 str. 98 s. 110 s. 113
4. CHEMICKÉ REAKCE Tepelný rozklad dichromanu amonného – dichromanová sopka na stole Oheň bez zápalek Elektrolýza vodného roztoku chloridu sodného NaCl Reakce zinku a hořčíku s kyselinou chlorovodíkovou Reakce hořčíku s vodou Reakce sodíku s vodou Slučování hliníku s jodem Hoření cukru -6-
str. 21 str. 24 str. 32 str. 35 str. 37 str. 43 str. 63 str. 65
Zinkovosírová sopka Příprava a vlastnosti oxidu uhličitého Sloní zubní pasta Citlivost halogenidů stříbra na světlo Neutralizace Bengálské ohně Střelný prach Daniellův článek Voltův článek Exotermický a endotermický děj Laboratorní příprava kyslíku a měření jeho koncentrace Rychlost chemické reakce
str. 73 str. 75 str. 78 str. 83 str. 88 str. 91 str. 95 s. 101 s. 103 s. 106 s. 113 s. 117
5. ANORGANICKÉ SLOUČENINY Chemikova zahrádka Slučování hliníku s jodem Zinkovosírová sopka Příprava a vlastnosti oxidu uhličitého Citlivost halogenidů stříbra na světlo Bengálské ohně Ředění kyselin
str. 18 str. 63 str. 73 str. 75 str. 83 str. 91 s. 125
6. ORGANICKÉ SLOUČENINY Vlastnosti propanu a butanu Příprava a vlastnosti acetylenu Vlastnosti toluenu a naftalenu Hoření cukru Důkaz ethanolu v ovocném víně Rozlišení ethanolu od methanolu Nehořlavý ubrousek Ethanolové kvašení cukrů
str. 40 str. 53 str. 59 str. 65 str. 68 str. 71 str. 81 s. 121
7. CHEMIE A SPOLEČNOST Model hasícího přístroje Nehořlavý ubrousek Citlivost halogenidů stříbra na světlo Ethanolové kvašení cukrů
str. 29 str. 81 str. 83 s. 121
-7-
PŘEHLED POKUSŮ PODLE JEDNOTLIVÝCH TÉMAT ŠKOLNÍHO VZDĚLÁVACÍHO PROGRAMU (některé pokusy lze zařadit do více různých témat)
CHARAKTERISTIKA CHEMIE A JEJÍ VÝZNAM Reakce hořčíku s vodou – 1. část
str. 37
VLASTNOSTI LÁTEK Vlastnosti soli, cukru a naftalenu Teplota varu čisté a znečištěné látky
str. 15 str. 86
BEZPEČNOST PRÁCE Oxidující látky Ředění kyselin
str. 12 s. 125
SMĚSI ODDĚLOVÁNÍ SLOŽEK SMĚSÍ VODA A VZDUCH Chromatografie na školní křídě Model hasícího přístroje
str. 27 str. 29
ČÁSTICOVÉ SLOŽENÍ LÁTEK, CHEMICKÉ PRVKY, CHEMICKÉ SLOUČENINY CHEMICKÉ PRVKY A PERIODICKÁ SOUSTAVA CHEMICKÝCH PRVKŮ Reakce hořčíku s vodou – 2. část Reakce sodíku s vodou
str. 37 str. 43
-8-
Příprava, důkaz a vlastnosti vodíku Výbušnost směsi vodíku se vzduchem Příprava kyslíku a jeho důkaz Příprava a vlastnosti chloru Slučování hliníku s jodem Zinkovosírová sopka Sloní zubní pasta Bengálské ohně Střelný prach Vedení tepla různými kovy Laboratorní příprava kyslíku a měření jeho koncentrace
str. 46 str. 48 str. 50 str. 56 str. 63 str. 73 str. 78 str. 91 str. 95 s. 110 s. 113
CHEMICKÉ REAKCE CHEMICKÉ ROVNICE Reakce hořčíku s vodou Reakce sodíku s vodou Slučování hliníku s jodem Hoření cukru Zinkovosírová sopka Příprava a vlastnosti oxidu uhličitého Sloní zubní pasta Citlivost halogenidů stříbra na světlo Neutralizace Střelný prach Rychlost chemické reakce
str. 37 str. 43 str. 63 str. 65 str. 73 str. 75 str. 78 str. 83 str. 88 str. 95 s. 117
OXIDY HALOGENIDY Slučování hliníku s jodem Příprava a vlastnosti oxidu uhličitého Sloní zubní pasta Citlivost halogenidů stříbra na světlo Střelný prach Rychlost chemické reakce Ethanolové kvašení cukrů
str. 63 str. 75 str. 78 str. 83 str. 95 s. 117 s. 121
KYSELINY, KYSELOST A ZÁSADITOST ROZTOKŮ, pH HYDROXIDY NEUTRALIZACE Neutralizace Ředění kyselin
str. 88 s. 125 -9-
SOLI Chemikova zahrádka Neutralizace Bengálské ohně Střelný prach
str. 18 str. 88 str. 91 str. 95
REDOXNÍ REAKCE ENERGIE CHEMICKÉ REAKCE Tepelný rozklad dichromanu amonného – dichromanová sopka na stole Oheň bez zápalek Elektrolýza vodného roztoku chloridu sodného NaCl Reakce zinku a hořčíku s kyselinou chlorovodíkovou Bengálské ohně Střelný prach Vodivost roztoků Daniellův článek Voltův článek Exotermický a endotermický děj Ředění kyselin
str. 21 str. 24 str. 32 str. 35 str. 91 str. 95 str. 98 s. 101 s. 103 s. 106 s. 125
UHLOVODÍKY Vlastnosti propanu a butanu Příprava a vlastnosti acetylenu Vlastnosti toluenu a naftalenu
str. 40 str. 53 str. 59
DERIVÁTY UHLOVODÍKŮ Důkaz ethanolu v ovocném víně Rozlišení ethanolu od methanolu Nehořlavý ubrousek Ethanolové kvašení cukrů
str. 68 str. 71 str. 81 s. 121
PŘÍRODNÍ LÁTKY Hoření cukru Bengálské ohně Ethanolové kvašení cukrů
str. 65 str. 91 s. 121
- 10 -
PLASTY A SYNTETICKÁ VLÁKNA CHEMIE A SPOLEČNOST Model hasícího přístroje Nehořlavý ubrousek Citlivost halogenidů stříbra na světlo Ethanolové kvašení cukrů
str. 29 str. 81 str. 83 s. 121
- 11 -
Název : Oxidující látky Téma : Nebezpečnost chemických látek - Exotermická reakce - Motivační pokusy Typ pokusu : demonstrační Princip : Chemické látky třídíme podle jejich nebezpečných vlastností do následujících skupin – výbušné látky, hořlavé látky, oxidující látky, plyny pod tlakem, korozivní a žíravé látky, toxické látky, dráždivé látky, látky nebezpečné pro zdraví, látky nebezpečné pro životní prostředí. Označení oxidujících látek je GHS 03 a piktogram je Jedná se o látky, které ve styku s vhodnými hořlavými látkami způsobí jejich prudké hoření. Zástupcem takových nebezpečných látek je chlorečnan draselný KClO 3 – Bertholletova sůl. Kromě toho jde i o dráždivou látku a nebezpečnou pro životní prostředí. Pomůcky : lihový kahan, lžička, 2 porcelánové misky, zápalky, špejle Chemikálie : chlorečnan draselný, moučkový cukr Pracovní postup : 1) Do dvou porcelánových misek dáme stejné množství (přibližně chemickou lžičku) moučkového cukru. 2) Do jedné porcelánové misky přidáme přibližně stejné množství chlorečnanu draselného a směs velmi opatrně promícháme. 3) Látky obsažené v obou miskách se pokusíme špejlí zapálit. Pozorujeme děje v obou miskách a porovnáme je. Pozorování : V misce obsahující pouze moučkový cukr se látku nepodaří zapálit. Oproti tomu směs cukru s chlorečnanem draselným hoří velmi intenzivně a prudce. Chlorečnan draselný vyvolal hoření cukru. Při pokusu vzniká velké množství dýmu. Fotografie :
moučkový cukr
směs chlorečnanu draselného s cukrem
- 12 -
směs (vlevo) a cukr
zapalování cukru karamelizace
hoření směsi
po reakci
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Vzhledem ke vznikajícímu dýmu je vhodné provádět pokus v digestoři nebo v dobře větratelné místnosti nejlépe v závěru hodiny. Směs chlorečnanu draselného a cukru je citlivá na tření a případný náraz, proto je třeba ji promíchávat opatrně a raději používat obličejový štít, případně i demonstrační štít. Efekty vznikající při reakcích chlorečnanu draselného, založených na jeho silně oxidačních vlastnostech jsou základem pyrotechnických efektů. Vše je založeno na chemické reakci rozkladu chlorečnanu draselného, při které je uvolněno velké množství kyslíku : 2KClO3 → 2KCl + 3O2
- 13 -
K pokusu lze využít i jiný cukr – ten je ale třeba nejprve řádně rozetřít. Ale pozor! Je nutno ho rozetřít zvlášť od chlorečnanu draselného. Velmi efektním a zároveň docela nebezpečným je obdobný pokus : chlorečnan draselný ( asi jedna třetina zkumavky ) se intenzivně zahřívá kahanem až roztaje, poté se do vroucího chlorečnanu vhodí želatinový medvídek.
- 14 -
Název : Vlastnosti soli, cukru a naftalenu Téma : Poznávací postupy v chemii – Vlastnosti látek Typ pokusu : žákovský ve skupinách ( žáci jsou do skupin rozlosováni pomocí losovacích kartiček ) Princip : Mezi základní poznávací postupy zkoumání vlastností látek v chemii patří pozorování – uskutečňované pomocí jednotlivých lidských smyslů (s výjimkou chuti ) a pokus – provedený za určitých bezpečnostních opatření a s použitím laboratorních pomůcek. Toto pozorování a jednoduchý pokus při určování vlastností soli, cukru a naftalenu je vlastně pro žáky jejich první zkušeností – je třeba je řádně seznámit s postupem a bezpečnostními opatřeními. Pomůcky : pro každou skupinu – laboratorní stojan se šesti zkumavkami a zátkou, kádinka s benzínem ( přikrytá hodinovým sklem ), Petriho misky se solí, s cukrem a s naftalenem ( opět přikrytá ), lžička Chemikálie : sůl, cukr krupice, naftalen, benzín Pracovní postup : 1) Odneste si na svá pracovní místa všechny potřebné pomůcky a vzorky zkoumaných látek – naftalen bude stále uzavřen v Petriho misce a kádinka s benzínem bude také stále přikrytá! 2) Zkoumané látky podrobte následujícímu pozorování a pokusům a) zjistěte barvu látek b) určete zápach či vůni látek – nezapomeňte na správné chemické čichání ! c) prozkoumejte rozpustnost jednotlivých látek ve vodě a benzínu 3) Zjištěné vlastnosti zapište do tabulky :
barva
vůně či zápach
sůl cukr naftalen
- 15 -
rozpustnost ve vodě
rozpustnost v benzínu
Pozorování : Vlastnosti soli, cukru a naftalenu zjištěné pozorováním a pokusem zapisují žáci po ústní kontrole a případných komentářích do tabulky v sešitě
barva
vůně či zápach
rozpustnost ve vodě
rozpustnost v benzínu
sůl
bílá
nemá
ano
ne
cukr
bílá
nemá
ano
ne
naftalen
bílá
typický zápach
ne
ano
Fotografie :
- 16 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Pokus je bezpečný. Vodu si žáci nabírají sami, benzín jim raději nalije vyučující a kádinka s ním je přikrytá. Žáci si před samotným pozorováním pořádně zopakují správný postup při „chemickém čichání“. Je důležité zajistit dostatečné větrání místnosti.
- 17 -
Název : Chemikova zahrádka Téma : Soli – Rozpustnost – Motivační pokus Typ pokusu : žákovský, demonstrační, demonstrační provedený žákem, dlouhodobější pokus Princip : Vodní sklo je vodný roztok křemičitanu sodného Na2SiO3. Dříve se v domácnostech využíval k uskladnění vajec ve sklenicích. Vodní sklo je vlastně roztok soli silné zásady a slabé kyseliny a je tudíž alkalické povahy. Krystalky rozpustných solí se rozpouští a následnou reakcí vznikají nerozpustné křemičitany. Probíhá reakce křemičitanových aniontů s kationty kovů – například : SiO32- + Ni2+ → NiSiO3 Sraženiny křemičitanů mají vlastnosti polopropustné membrány, kdy propouští molekuly vody, ale větší částice ne. Pomůcky : kádinka se širším dnem nebo skleněná vana, skleněná tyčinka, lžička Chemikálie : vodní sklo, destilovaná voda, síran železnatý FeSO4, síran měďnatý CuSO4, dusičnan vápenatý Ca(NO3)2, dusičnan kobaltnatý Co(NO3)2, dusičnan nikelnatý Ni(NO3)2 další použitelné soli -síran manganatý MnSO4, dusičnan chromitý Cr(NO3)3, chlorid nikelnatý NiCl2, chlorid manganatý MnCl2, chlorid železitý FeCl3, síran nikelnatý NiSO4, síran kobaltnatý CoSO4, síran hořečnatý MgSO4 Pracovní postup : 1) Do kádinky se širším dnem nebo do skleněné vany či jiné vhodné nádoby nalijeme směs vodního skla a destilované vody v poměru 1:1. 2) Na různá místa kádinky pak lžičkou vhodíme několik krystalků solí. 3) Pozorujeme.
Pozorování : Po vhození krystalků do směsi vodního skla a destilované vody lze v některých případech ihned, v některých až po několika minutách pozorovat nárůst útvarů připomínajících různobarevné rostlinky či krápníky ( stalagmity ). Útvary mají nejenom různé barvy, ale i různé tvary.
- 18 -
Fotografie :
- 19 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : K pokusu je nejvhodnější využít rozpustné soli Cu2+ , Mn2+ , Co2+ , Ni2+ , Cr3+ , Fe2+ , Fe3+. Směs vodního skla a destilované vody je třeba dobře rozmíchat. Hustota směsi musí být taková, aby krystalky mohly spadnout až na dno kádinky. Hustota směsi ovlivňuje také délku času, během kterého „rostlinky“ rostou a zároveň i jejich tvar. Po rozpuštění solí reagují kationty kovů s křemičitanovými anionty za vzniku sraženiny nerozpustných křemičitanů, které propouští dovnitř molekuly vody. Po určité době dojde ke zvýšení vnitřního tlaku ve sraženině, k „prasknutí“ jejího povrchu a k dalšímu „vytečení“ kationtů kovů do roztoku vodního skla. Pokud je výsledek tohoto pokusu vydařený – lze směs vodního skla a vody opatrně slít a výslednou chemikovu zahrádku si ponechat jako dočasnou dekoraci.
- 20 -
Název : Tepelný rozklad dichromanu amonného Dichromanová sopka na stole Téma : Exotermická reakce - Redoxní reakce Motivační pokusy Typ pokusu : demonstrační Princip : Vzhledově velmi hezky oranžový dichroman amonný je látka poměrně nebezpečná - je to oxidující látka, toxická a nebezpečná pro životní prostředí. Exotermickou reakci rozkladu dichromanu amonného lze popsat chemickou rovnicí (NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + 4H2O ( CrVI CrIII ) Při tomto ději probíhá redukce chromu, jejíž průběh je snadno pozorovatelný díky barevné změně při pokusu. Pomůcky : lihový kahan, trojnožka nebo stojan s upevněným kruhem, keramická síťka, lžička Chemikálie : dichroman amonný, případně práškový hořčík Pracovní postup : 1) Na keramickou síťku upravíme lžičkou malou hromádku ( kužel ) krystalického dichromanu amonného. 2) Útvar zespodu opatrně zahříváme kahanem. 3) Po zahájení reakce odstavíme či zhasneme kahan a pozorujeme její průběh. Pozorování : Reakce po úvodním spuštění plamenem kahanu probíhá samovolně a efektně bouřlivě. Malá oranžová hromádka dichromanu amonného začne nabývat na objemu, měnit barvu na tmavě zelenou a ze středu vylétávají jiskřičky. Fotografie :
dichroman amonný
- 21 -
aparatura
začátek pokusu
průběh pokusu „ sopka“ na stole
závěr pokusu tmavě zelený oxid chromitý
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Pokus je vhodné vzhledem k použitým i vznikajícím látkám provádět v digestoři, okolí místa pokusu bývá také velmi znečištěno poletujícím porézním oxidem chromitým – „sopečným popelem“. Efekt pokusu je možné zvýšit přidáním práškového hořčíku. Ze „sopky“ pak budou hojně vylétávat jiskry vznikajícího oxidu hořečnatého.
- 22 -
Dichroman amonný či jeho směs s hořčíkem lze zapálit i shora špejlí. Pokus se může také provést v porcelánové misce umístěné v pískovém lůžku - zapálit shora nebo poněkud „divoce“ někde ve volném prostoru ( v přírodě ) - na několika vrstvách alobalu a opět zapálit shora.
- 23 -
Název : Oheň bez zápalek Téma : Redoxní reakce – Exotermická reakce – Motivační pokus Typ pokusu : demostrační Princip : Redoxní ( oxidačně-redukční ) reakce jsou takové, při kterých dochází ke změně oxidačních čísel atomů reagujících látek. Současně probíhají dvě poloreakce – redukce, při které atom prvku přijímá elektrony a tím zmenšuje svoje oxidační číslo a oxidace, při které atom prvku ztrácí elektrony a zvyšuje tak svoje oxidační číslo. Exotermická rekce je reakce, při které se uvolňuje teplo. Reakci manganistanu draselného s kyselinou sírovou lze popsat rovnicemi : 2 KMnO4 + H2SO4 → Mn2O7 + K2SO4 + H2O 2 Mn2O7 → 4 MnO2 + 7O2 Manganistan draselný KMnO4 i oxid manganistý Mn2O7 jsou silná oxidační činidla - což jsou látky, které způsobují oxidaci jiných látek a sami se redukují. Pomůcky : třecí miska s tloučkem, lžička, porcelánová miska, kapátko, skleněná tyčinka, lihový kahan Chemikálie : manganistan draselný – hypermangan KMnO4 , koncentrovaná kyselina sírová H2SO4 Pracovní postup : 1) Malé množství ( cca půl lžičky ) manganistanu draselného dáme do třecí misky a jemně rozetřeme. 2) Prášek manganistanu draselného přendáme do porcelánové misky a opatrně přikápneme několik kapek koncentrované kyseliny sírové až vznikne hustá kaše. 3) Skleněnou tyčinku obalíme ve vzniklé směsi a tu naneseme na knot lihového kahanu. Pozorujeme. Pozorování : Po přikápnutí koncentrované kyseliny sírové k rozetřenému manganistanu draselnému lze pozorovat unikání slabého dýmu. Knot kahanu vzplane chvíli po nanesení směsi na něj. Fotografie :
chemikálie
- 24 -
rozetřený manganistan draselný
přikapávání kyseliny sírové
vytvoření „kaše“
nanesení směsi na knot kahanu
- 25 -
vzplanutí
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Během celého pokusu je třeba dbát na bezpečnost. Knot kahanu musí být dostatečně provlhčený lihem a směs manganistanu draselného a kyseliny sírové musí být čerstvě připravena. Oxid manganistý vzniklý při reakci, se při styku s organickými látkami rozkládá za uvolnění tepla, které způsobí vznícení těchto látek. Jiná obdoba pokusu : rozetřený manganistan draselný se umístí na keramickou síťku, vytvoří se jakási pyramida nahoře s malou prohlubní. Do této prohlubně se nakape několik kapek glycerolu. Po určité chvíli dojde ke vzplanutí. Plamen má nafialovělou barvu díky draselným kationtům. V tomto provedení lze ještě před přikápnutím glycerolu přidat pár kapek koncentrované kyseliny sírové. Tento pokus je lepší provádět v digestoři.
- 26 -
Název : Chromatografie na školní křídě Téma : Oddělování složek směsí Typ pokusu : žákovský ve skupinách, demonstrační Princip : Chromatografie = barvopis ( „chroma“ – „barva“ ) Chromatografie se používá k oddělování složek ze stejnorodých kapalných nebo plynných směsí. Složky směsi jsou unášeny rozpouštědlem různou rychlostí. Principem chromatografie je rozdělení látek na základě jejich různé pohyblivosti mezi dvěmi fázemi – mobilní ( pohybující se) a stacionární ( zakotvenou ) . Mobilní fáze přivádí vzorek do stacionární fáze, kde dochází k jeho rozdělení. Stacionární fáze je ukotvena na místě a prochází přes ní mobilní fáze a složky vzorku. V případě papírové chromatografie je stacionární fází papír. Pomůcky : Petriho miska nebo krystalizační miska, lihové fixy Chemikálie : ethanol C2H5OH – líh, bílá školní křída Pracovní postup : 1) Na hranol školní křídy nakreslíme fixem 2 - 3 mm široký proužek cca 1,5 - 2 cm od jejího. Proužek může být jednobarevný nebo může být na každé stěně hranolu křídy jinou barvou. 2) Do Petriho misky nalijeme líh do výšky asi 1 cm. 3) Do lihu postavíme křídu barevným proužkem dolů tak, aby se nedotýkal lihu. Pozorujeme. Pozorování : Barviva se rozdělí na jednotlivé složky. Ethanol vzlíná křídou a unáší s sebou složky barviv, které jsou unášeny různou rychlostí a tím se jednotlivé složky navzájem od sebe vzdalují. Výsledkem této chromatografie je hezky barevný chromatogram. Fotografie :
- 27 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Vhodnými barvivy k této chromatografii jsou zelená, hnědá, černá a oranžová. Nejlepších výsledků lze dosáhnout u barviv hnědé a zelené fixy. Rozpouštědlo je třeba nechat vzlínat asi 1 cm pod horní okraj křídy. Křída se po uschnutí použije k běžnému psaní na tabuli. Při použití normálních fixů se jako rozpouštědlo použije normální voda nebo roztok soli. V případě lihových fixů se použije líh či jeho 50% vodný roztok. Lze použít i francovku.
- 28 -
Název : Model hasícího přístroje Téma : Hoření, hašení - Vzduch Typ pokusu : demonstrační Princip : Princip hašení spočívá v zamezení přístupu vzdušného kyslíku k hořící látce nebo v ochlazování této látky. Hasící přístroje rozlišujeme : vodní, pěnový, práškový, sněhový, halonový. Pěnový hasící přístroj je naplněný směsí pěnidla a vody. Princip hašení tímto hasícím přístrojem spočívá v ochlazovacím účinku vody a v dusivém efektu pěny, která izoluje od vzdušného kyslíku. Nevýhodou tohoto přístroje je, že s ním nesmí být hašena elektrická zařízení pod napětím, protože pěna je vodivá. Pomůcky : odsávací baňka, malá zkumavka, gumová zátka, zápalky, svíčka Chemikálie : nasycený roztok hydrogenuhličitanu sodného NaHCO3 , saponát, kyselina chlorovodíková HCl Pracovní postup : 1) Asi do výšky 1/3 odsávací baňky nalijeme nasycený roztok hydrogenuhličitanu sodného a přidáme pár kapek saponátu. 2) Malou zkumavku naplníme kyselinou chlorovodíkovou a opatrně ji vložíme do odsávací baňky tak, aby byla opřená o její stěnu. Baňku uzavřeme zátkou. 3) Baňku rychle otočíme dnem vzhůru, tak, aby se obě látky promíchaly a proběhla reakce. Vývod odsávací baňky namíříme na hořící svíčku nebo jenom do umyvadla. Pozorování : Záhy po otočení baňky proběhne reakce. Při reakci vzniká plynný oxid uhličitý CO2 , což lze vyjádřit následující chemickou rovnicí : NaHCO3 + HCl → CO2 + H2O + NaCl Vznikající plyn okamžitě prudce vytlačí obsah baňky ven bočním vývodem ( oxid uhličitý má větší hustotu než vzduch ). Poznámky, doporučení, vysvětlení : Při vkládání zkumavky s kyselinou chlorovodíkovou do odsávací baňky je třeba dávat pozor, aby se její obsah předčasně nevylil do roztoku hydrogenuhličitanu sodného. Boční vývod odsávací baňky je třeba ihned nasměrovat na svíčku nebo do umyvadla. Otočení baňky vzhůru nohama je potřeba učinit rychle, ale i šikovně, aby se obě látky smíchaly a zároveň, aby se zkumavka s kyselinou chlorovodíkovou nezasekla u bočního vývodu baňky a tím nebránila oxidu uhličitému ve vytlačování obsahu baňky ven. Pokus je velmi dobře uskutečnitelný za použití běžných látek i doma.
- 29 -
Zadávám proto tento pokus i jako dobrovolný domácí pokus – úkolem žáka je celý postup domácího pokusu nafotit a upravit jednoduše do PowerPointové prezentace. Žáci, kteří mají o provedení domácího pokusu zájem, jsou instruováni jaké látky a jaké pomůcky mají využít. Odevzdané prezentace jsou samozřejmě ohodnoceny.
Příloha : PowerPointová prezentace domácího pokusu
DOMÁCÍ POKUS
jedlá soda
Hasící přístroj
ocet prostředek na nádobí
Do víčka lahve udělat nůžkami otvor a protáhnout brčko Na dno lahve jedlou sodu a pak trochu jaru
- 30 -
Nakonec prudce obrátit a konec brčka namířit na plamen
Ocet Ocetdo donejaké nejakémalé malé nádoby, nádoby,která kteráprojde projde hrdlem hrdlemlahve lahve++vložit vložitdo do lahve lahveaazavrít zavrít
Pokus jde i pozměnit – do lahve se může nalít ocet s jarem, pak nasypat jedlá soda a rychle otočit.
- 31 -
Název : Elektrolýza vodného roztoku chloridu sodného NaCl Téma : Redoxní reakce - Elektrolýza Typ pokusu : žákovský ve skupinách, demonstrační Princip : Elektrolýza je redoxní děj probíhající na elektrodách při průchodu stejnosměrného elektrického proudu roztokem nebo taveninou. Na anodě probíhá oxidace a na katodě redukce. Elektrolýza probíhá pouze při průchodu stejnosměrného proudu, kdy je katoda i anoda stále stejná elektroda a směr pohybu kationů a anionů se nemění. Chlorid sodný jako iontová sloučenina se ve vodě rozpadá na sodné kationty Na+ a chloridové anionty Cl-. Při elektrolýze vodného roztoku chloridu sodného NaCl dochází na anodě k oxidaci chloridového anionu, na katodě probíhá redukce sodného kationtu - vzniklý sodík okamžitě reaguje s vodou za vzniku hydroxidu sodného NaOH a vodíku H2. Zjednodušeně lze elektrolýzu vodného roztoku NaCl vyjádřit takto : 2 Na+ + 2 Cl- + 2H+ + 2OH- → Cl2 + H2 + 2 NaOH Pomůcky : kyveta (krystalizační miska, Petriho miska), uhlíkové elektrody, vodiče, svorky, zdroj stejnosměrného napětí 9V -12V Chemikálie : nasycený roztok chloridu sodného NaCl, jodidoškrobový papírek, fenolftalein Pracovní postup : Žáci pracují ve skupinách, jednotlivé kroky pracovního postupu jsou zadávány pomocí PowerPointové prezentace.
Prezentace : Sestavte aparaturu pro elektrolýzu podle obrázku:
ELEKTROLÝZA VODNÉHO ROZTOKU CHLORIDU SODNÉHO NaCl
schéma překreslete do sešitu pojmenujte elektrody
- 32 -
do krystalizační misky nalijte nasycený roztok NaCl
Plyn unikající na anodě dokažte vlhkým jodidoškrobovým papírkem.
uhlíkové elektrody připojte vodiči ke zdroji stejnosměrného napětí
O který plyn se jedná? Jak ho lze ještě identifikovat?
několik minut nechte elektrolýzu probíhat pozorujte
?
pozorované děje na elektrodách zakreslete do schématu v sešitě
Do prostoru katody přikápněte fenolftalein.
Na katodě lze pozorovat unikající bublinky dalšího plynu.
K jaké barevné změně došlo? Zakreslete do schématu v sešitě.
Je to velmi lehký plyn, který ve směsi se vzduchem vybuchuje.
Jakou látku jste takto dokázali?
O který plyn se jedná?
?
? Fotografie :
- 33 -
Pozorování : Na obou elektrodách je viditelný únik plynů. Na anodě uniká chlor, který se prokáže modrofialovým zbarvením vlhkého jodidoškrobového papírku. Fialovým zbarvením fenolftaleinu přikápnutého do prostoru katody se prokáže přítomnost hydroxidu sodného. Poznámky, doporučení, vysvětlení : Elektrolýza roztoku chloridu sodného je často prováděna v U-trubici. Do krystalizační misky či Petriho misky lze doprostřed vložit nějaký karton nebo destičku k oddělení prostoru elektrod. K důkazu přítomnosti hydroxidu sodného se může využít místo fenolftaleinu i univerzální indikátorový papírek. Zmodrání vlhkého jodidoškrobového papírku při důkazu chloru je způsobeno tím, že chlor vytěsní jod z roztoku jodidu draselného v napuštěném papírku a tento vzniklý jod zbarví škrob domodra. Chlor je možné prokázat i přidáním roztoku jodidu draselného do prostoru anody. Reaktivnější chlor vytěsní z roztoku jod a ten se projeví žlutohnědým zbarvením.
- 34 -
Název : Reakce zinku a hořčíku s kyselinou chlorovodíkovou Téma : Redoxní reakce – Reaktivita kovů – Elektrochemická řada napětí kovů Typ pokusu : demonstrační Princip : Vybrané kovy lze podle průběhu jejich reakce s kyselinou chlorovodíkovou ( či kyselinou sírovou ) uspořádat do řady od nejvíce reaktivního k méně reaktivnímu : Na
Ca
Mg
Al
Zn
Fe
Pb
H2
Cu
Ag
Au
Pt
Tato řada vyjadřuje schopnost jednotlivých kovů vytěsňovat jiné kovy z jejich roztoků. Čím více je kov v řadě vlevo, tím snadněji se oxiduje na své kationty – čím je kov v řadě více vpravo, tím snadněji se jeho kationty redukují na kov. Probíhající děje lze vyjádřit následujícími chemickými rovnicemi : Zn + 2 HCl → H2 + ZnCl2 Mg + 2 HCl → H2 + MgCl2 Pomůcky : 2 stojany, 2 držáky, 2 křížové svorky, 2 široké zkumavky, 2 široké zátky se skleněnou trubičkou, 2 kádinky, 2 malé balónky ( např. water bomb ) Chemikálie : kyselina chlorovodíková HCl, zinek Zn, hořčík Mg (kusové či hoblinky) Pracovní postup : 1) Připravíme aparaturu – na stojany upevníme pomocí křížových svorek a držáků široké zkumavky. 2) Do zkumavek vložíme jednotlivé kovy. 3) Přilijeme kyselinu chlorovodíkovou a co nejrychleji uzavřeme zkumavky zátkami se skleněnou trubičkou a upevněnými balónky ( pomocí gumičky ). 4) Pozorujeme. Pozorování : Ve zkumavkách je ihned znatelný průběh reakce. Dochází k viditelnému úniku bublinek vznikajícího vodíku, který díky své malé hustotě naplňuje upevněné balónky. Na základě výrazně odlišného nafouknutí balónků – vzhledem k tomu, že obě reakce začaly probíhat ve stejném okamžiku - lze jednoduše vyvodit závěr o rozdílné reaktivitě použitých kovů. Fotografie :
- 35 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Při vyvozování rozdílné reaktivity kovů lze použít i jiné kovy – například hliník, železo. Je potřeba aby reagující kovy byly oba buď kusové nebo v podobě hoblinek apod., aby rozdílnost velikosti jejich povrchů neovlivnila průběh reakce. Před započetím pokusu je potřeba balónky „profouknou“ – uvolnit, aby se vznikajícím vodíkem snadněji naplňovaly. Další variantou je možnost provedení pokusu v odsávacích baňkách uzavřených zátkou, kde jsou balónky upevněny na bočním vývodu baňky.
- 36 -
Název : Reakce hořčíku s vodou Téma : Chemické prvky – Kovy – Kovy alkalických zemin - Hořčík Typ pokusu : demonstrační Princip : Hořčík je chemický prvek nacházející se ve II.A skupině ( 2. skupině) PSP, patří mezi kovy alkalických zemin, atomy hořčíku mají 2 valenční elektrony, v přírodě se vyskytuje pouze vázaný ve sloučeninách. Hořčík se neuchovává pod petrolejem, ale v suché a dobře uzavíratelné nádobě. Je to stříbrolesklý, lehký, vysoce hořlavý kov.
Hoření hořčíku lze popsat následující chemickou rovnicí : 2 Mg + O2 → 2 MgO Reakci zapáleného hořčíku s horkou vodou popisuje další chemická rovnice : Mg + 2 H2O → Mg(OH)2 + H2
Pomůcky : stojan, keramická síťka, kádinka – krystalizační miska, kahan, chemické kleště, zápalky Chemikálie : destilovaná voda, fenolftalein, hořčík - hobliny Pracovní postup : 1) Zapálíme kahan. Pomocí chemických kleští uchopíme hoblinku hořčíku a vložíme ji do plamene kahanu. Pozorujeme. 2) Do kádinky ( nebo nějaké vhodné nádoby ) nalijeme asi 100 ml vody. Kádinku postavíme na síťku upevněnou na stojanu a začneme zahřívat. Do vody přikápneme několik kapek fenolftaleinu. V plameni kahanu zapálíme hoblinku hořčíku a vhodíme ji do horké vody . Pozorujeme. - 37 -
Pozorování : 1) Hořčík hoří oslnivým plamenem, který je provázený vydatným dýmem. Produktem reakce je bílý prášek – směs oxidu hořečnatého MgO a nitridu hořečnatého Mg3N2. 2) Po vhození zapálené hoblinky hořčíku do horké vody s fenolftaleinem dojde k prudké reakci provázené prudkým hořením vzniklého vodíku H2. Fialové zbarvení fenolftaleinu pak dokazuje přítomnost zásaditého prostředí – vznik hydroxidu hořečnatého Mg(OH)2. Fotografie :
- 38 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : 1) Snadnost zapálení hořčíku dokazuje oprávněnost jeho zařazení do třídy látek vysoce hořlavých. Žáci by měli být dopředu upozorněni, aby se nedívali přímo do plamene, protože se uvolňuje i ultrafialové záření. Je vhodné místnost dobře větrat. 2) U této části pokusu je třeba žákům zdůraznit, že po vhození zapáleného hořčíku do horké vody dojde k hoření reakcí vzniklého unikajícího vodíku. Pokus slouží také k porovnání reaktivity hořčíku ( jako zástupce kovů alkalických zemin ) a sodíku ( alkalický kov ) s vodou. Narozdíl od sodíku reakce hořčíku s vodou probíhá až za horka.
- 39 -
Název : Vlastnosti propanu a butanu Téma : Uhlovodíky – Alkany – Propan a butan Typ pokusu : demonstrační Princip : Propan a butan – stejně jako dva jednodušší alkany ( methan a ethan ) – jsou bezbarvé plyny. Patří mezi látky extrémně hořlavé, nerozpouštějící se ve vodě a mající větší hustotu než vzduch. V určitém poměru ve směsi se vzduchem jsou výbušné.
Propanbutanová směs je za normálních podmínek plynná. Teplota varu propanu je - 42,1° C, teplota varu butanu je -0,5 °C. Pro praktické využití se ale zkapalňuje - je tím snadněji transportovatelná, skladovatelná a použitelná. Používá se pod zkratkou LPG – Liquefied Petroleum Gas = zkapalněný ropný plyn. Pomůcky : stojan, držák, asi půl metru dlouhý plechový žlábek, zkumavka, velká a široká kádinka, čajová svíčka, zápalky, skleněná trubička, teploměr Chemikálie : tlaková nádobka s kapalnou propanbutanovou náplní do zapalovačů Pracovní postup : 1) Připravíme aparaturu – na stojan pomocí držáku upevníme plechový žlábek tak, aby směřoval šikmo dolů. Ke spodnímu okraji žlábku postavíme čajovou svíčku. 2) Z tlakové nádobky obrácené dnem vzhůru vypustíme do zkumavky pomocí skleněné trubičky asi 3 ml kapalné propanbutanové směsi. 3) Do směsi ve zkumavce vložíme teploměr, změříme teplotu varu směsi a pozorujeme stěny zkumavky. 4) Kapalnou směs přelijeme do široké a velké kádinky, kde se kapalina rychle odpařuje. 5) V okamžiku, kdy se kapalina odpaří, nalijeme plyn z kádinky do plechového žlábku, u jehož spodní části jsme zapálili svíčku. 6) Pozorujeme. Pozorování : Kapalná propanbutanová směs - vypuštěná z tlakové nádobky do zkumavky - intenzivně vře. Na vloženém teploměru lze zjistit teplotu varu menší než 0 °C. Zároveň se na vnějších stěnách zkumavky vytváří jinovatka. - 40 -
Při „přelévání“ plynu z kádinky do plechového žlábku je při pozorném pozorování i vidět, jak plynná směs stéká žlábkem k zapálené svíčce – důkaz větší hustoty plynu než je hustota vzduchu. Hoření propanu a butanu ( při dostatečném množství kyslíku ) popisují následující chemické rovnice : C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O
Fotografie :
- 41 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Při provádění tohoto pokusu je třeba dbát na dostatečnou vzdálenost zapálené svíčky umístěné pod žlábkem od místa, kde probíhá uvolňování kapalné směsi z tlakové nádobky do zkumavky. Pokus je opravdu velmi efektní a většinou je žáky vyžadováno jeho několikeré opakování.
- 42 -
Název : Reakce sodíku s vodou Téma : Alkalické kovy Typ pokusu : demonstrační Princip : Alkalické kovy jsou velmi měkké, s malou hustotou a jsou velmi reaktivní. Pokus je založen na velmi bouřlivé reakci alkalických kovů s vodou, při které vzniká hořlavý vodík a hydroxid příslušného alkalického kovu. Konkrétně při reakci sodíku s vodou vzniká vodík a hydroxid sodný, což lze vyjádřit chemickou rovnicí : 2Na + 2 H2O → 2NaOH + H2 Pomůcky : krystalizační miska, pinzeta, nůž, filtrační papír, případně špejle Chemikálie : sodík, voda, fenolftalein Pracovní postup : 1) Do krystalizační misky dáme vodu a několik kapek fenolftaleinu. 2) Pinzetou uchopíme kousek sodíku a položíme ho na filtrační papír, lehce ho osušíme. 3) Nožem odkrojíme malou krychličku sodíku. 4) Krychličku sodíku vložíme na hladinu vody a pozorujeme reakci. Pozorování : Krychlička sodíku se přetaví na kuličku, která rychle „rejdí“ po hladině vody. Kousek sodíku se zmenšuje, až všechen sodík zreaguje. Při „rejdění“ po hladině vody zanechává za sebou sodík fialové zabarvení. Při demonstraci pokusu používám prezentaci v PowerPointu, aby žáci mohli sledovat i nákres pokusu a později si ho i s jednoduchým zápisem poznamenat do sešitu.
REAKCE S OD ÍKU S VOD OU vodík
sodík
voda s fenolftaleinem
- 43 -
p ři té to re a k c i u n ik á p ly n v o d ík a d á le v zn ik á h y d ro x id s od n ý , k te rý zp ůs o bí zfia lo v ěn í fe n o lfta le in u
( h y d ro x id y = a lk á lie )
S OD ÍK + VOD A → VOD ÍK + HYD ROXID S OD N Ý
Fotografie :
- 44 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Při pokusu nebereme sodík do ruky, nepoužíváme vodou namočenou pinzetu ani nůž. Je třeba dát si pozor, aby se sodík nepřichytil na stěny krystalizační misky – mohlo by dojít k jejímu prasknutí. Po obvodu krystalizační misky lze vložit ochrannou síťku, která zabrání přichycení sodíku ke stěně nebo sodík vložit na hladinu vody na kousku filtračního papíru. Vhodné je použít ochranné brýle nebo obličejový ochranný štít. Pro bezpečnost žáků je lépe při demonstraci pokusu použít zpětný projektor či ještě lépe vizualizér a vše promítnout dataprojektorem. Pro větší efekt či důkaz vzniku hořlavého vodíku je možné k rejdícímu sodíku přiložit hořící špejli. Tento pokus lze i využít k vysvětlení barevné změny fenolftaleinu v zásaditém prostředí – důkaz vzniku hydroxidu sodného NaOH.
- 45 -
Název : Příprava, důkaz a vlastnosti vodíku Téma : Nekovy - Vodík Typ pokusu : demonstrační, při bezpečnostních opatřeních i laboratorní Princip : Vodík je bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu. Je přibližně 14krát lehčí než vzduch, je hořlavý a ve směsi se vzduchem je výbušný. V ovzduší se vodík vyskytuje ve formě dvouatomových molekul H2, ale v mezihvězdném prostoru se vyskytuje jako atomární vodík H. Vodík objevil v roce 1766 Angličan Henry Cavendish, který popsal bezbarvý, hořlavý plyn, jehož spalováním vzniká voda, vznikající při rozpouštěním neušlechtilých kovů v kyselině. Název dal vodíku o něco později Antoine Lavoisier. Nejčastěji se k laboratorní přípravě vodíku používá zinek a kyselina chlorovodíková. Přípravu vodíku popisuje následující chemická rovnice : Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 Pomůcky : stojan, držák, křížová svorka, frakční baňka, dělicí nálevka, zátka, gumová hadice, kádinka, kahan, špejle, zápalky Chemikálie : kyselina chlorovodíková ( v případě laboratorní práce – 10% roztok), zinek (granulky), jar Pracovní postup : 1) Frakční baňku upevníme na stojan. Vložíme do ní několik granulek zinku. 2) Do frakční baňky upevníme dělicí nálevku, do které nalijeme kyselinu chlorovodíkovou. 3) Na odvodnou trubičku frakční baňky připevníme hadičku, jejíž konec vložíme do kádinky naplněné vodou s přídavkem jaru. 4) Opatrně a pomalu začneme přikapávat kyselinu na granulky zinku. Pozorujeme děj probíhající ve frakční baňce a následně v kádince. Po chvíli přiložíme ke vzniklým bublinám hořící špejli a opět pozorujeme. Pozorování : Reakce zinku s kyselinou chlorovodíkovou se projeví silným šuměním ve frakční baňce. Unikající vodík způsobí „nabublání“ jaru v kádince. Po přiložení zapálené špejle k vodíkovým bublinám je slyšet typický zvuk „výbuchu“ a je vidět plamen. Při hoření vodíku probíhá reakce : 2 H2 + O2 → 2 H2O
- 46 -
Fotografie :
Poznámky, doporučení, vysvětlení : K přípravě vodíku lze použít i jiné neušlechtilé kovy - hořčík nebo hliník. Po přikapání kyseliny chlorovodíkové k zinku se může kohout dělicí nálevky uzavřít, aby vznikající vodík nemohl unikat. K důkazu vodíku se využívá toho, že je vodík ve směsi se vzduchem výbušný. V blízkosti aparatury proto nemanipulujeme s otevřeným ohněm! (špejli zapálíme kahanem dál od aparatury ) Zpočátku je při reakci z aparatury vytlačován vzduch, který se vznikajícím vodíkem vytvoří onu výbušnou směs. Při zapalování bublinek vodíku v kádince je potřeba zajistit, aby se hadička přivádějící vodík do kádinky nevynořila, mohlo by dojít k výbuchu celé aparatury. Velmi efektní a žáci nadšeně přijímán je důkaz vodíku „na dlani“. Několik bublin vodíku vyučující nabere do dlaně a na ní také zapálí. - 47 -
Název : Výbušnost směsi vodíku se vzduchem Téma : Nekovy – Vodík – Výbušnost Typ pokusu : demonstrační Princip : Vodík je velmi lehký bezbarvý plyn, je hořlavý a ve směsi se vzduchem výbušný. Nejběžnější laboratorní přípravou vodíku je reakce kyseliny chlorovodíkové se zinkem. Velmi dobře lze použít i hořčík a hliník – tyto reakce probíhají bouřlivěji, zvláště v případě použití hoblinek kovů. Přípravu vodíku popisují následující chemické rovnice : Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 Mg + 2 HCl → MgCl2 + H2 2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2 Vodík vytváří se vzduchem hořlavou směs v rozmezí 4% až 77 % objemu vodíku ve vzduchu a výbušnou směs v rozmezí 18,3% až 59 % objemu vodíku ve vzduchu. Hlavním předpokladem bezpečného zacházení s vodíkem je zabránění vzniku směsi vodíku a vzduchu. Jinak může iniciovat výbuch nejenom otevřený oheň, ale dokonce jenom jiskra či žhavý předmět. Explozní rychlost vodíku ve vzduchu je 2810 m/s. Pomůcky : stojan, držák, křížová svorka, frakční baňka, dělicí nálevka, zátka, gumová hadice, trojnožka, kahan, špejle, zápalky, umělohmotná válcová krabička ( nebo plechovka ) – bez víka, kus kartonu Chemikálie :kyselina chlorovodíková, zinek (granulky), hořčík nebo hliník ( hoblinky ) Pracovní postup : 1) K vyvíjení vodíku sestavíme aparaturu skládající se z frakční baňky s kovem a dělicí nálevky s kyselinou chlorovodíkovou. 2) Vznikající vodík budeme odvádět z frakční baňky pomocí gumové hadičky. 3) Připravíme si trojnožku, na kterou položíme kruh z kartonu s vystřiženým výřezem. Na karton postavíme umělohmotnou válcovou nádobu dnem vzhůru. Do středu dna nádoby jsme předtím udělali otvor. Tento otvor je na začátku pokusu zalepený( např. modelínou ). 4) Začneme přikapávat kyselinu chlorovodíkovou na kov. Konec gumové hadičky prostrčíme výřezem v kartonu do nádoby umístěné na trojnožce a několik vteřin jímáme vodík. 5) Ukončíme jímání vodíku. Aparaturu odneseme do bezpečné vzdálenosti. Zapálíme špejli, odstraníme ucpávku v otvoru dna nádobky a hořící špejli k otvoru přiblížíme. 6) Pozorujeme.
- 48 -
Pozorování : Po přiložení zapálené špejle k otvoru se okamžitě ozve ohlušující rána a nádobka vyletí i několik metrů směrem ke stropu. Fotografie :
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Při reakci je z aparatury nejdříve vytlačován vzduch, který se vznikajícím vodíkem vytváří nebezpečnou výbušnou směs. Protože je vodík bezbarvý, velmi těžko se odhaduje koncentrace výbušné směsi – toto je třeba si dopředu pořádně vyzkoušet. Aparaturu na přípravu vodíku je třeba odstranit do opravdu bezpečné vzdálenosti od místa zapalování výbušné směsi – nejlépe ji odnést úplně pryč. Při následném vylétnutí nádobky do vzduchu musí být zajištěna bezpečnost žáků ( nacházejí se v dostatečné vzdálenosti nebo se použije demonstrační ochranný štít ) a majetku ( nic nesmí být v blízkosti ).
- 49 -
Název : Příprava kyslíku a jeho důkaz Téma : Nekovy – Kyslík – Redoxní reakce Katalyzátory Typ pokusu : žákovský ( ve skupinách ), demonstrační Princip : Kyslík je bezbarvý plyn, bez zápachu, s hustotou větší než je hustota vzduchu. Kyslík byl objeven v roce 1774 Angličanem Josephem Priestleyem a v roce1877 byl poprvé zkapalněn. Kyslík se připravuje rozkladem kyslíkatých sloučenin působením tepla nebo oxidačních činidel. Při těchto rekcích dochází k přeměně O-II ( oxidy, soli kyslíkatých kyselin) nebo O-I ( peroxidy ) na O0. Častou přípravou kyslíku je rozklad peroxidu vodíku H2O2 působením oxidu manganičitého ( burelu ) MnO2, což lze vyjádřit následující chemickou rovnicí : MnO2
2 H2O2 →
O2 + 2 H2O
Pomůcky : žákovský pokus ve skupinách : pro každou skupinu - kuželová nebo varná baňka ( nebo širší zkumavka ), lžička, kahan, špejle, zápalky + navíc odměrný válec demonstrační pokus : a) totéž b) stojan, držák, křížová svorka, dělicí nálevka, odsávací baňka nebo frakční baňka, zátka, hadička, vana, zkumavka Chemikálie : peroxid vodíku H2O2 - lékařský, oxid manganičitý – burel MnO2 Pracovní postup : 1) Žáci se rozdělí do jednotlivých skupin. Vysvětlí se jim podstata pokusu. Připraví si pomůcky a chemikálie. Pracují podle pokynů. Dodržují bezpečnostní pravidla při práci s otevřeným ohněm. 2) Do baňky nalijte asi 20 ml peroxidu vodíku. Připravte si žhnoucí špejli a vsuňte ji do baňky s peroxidem vodíku. Pozorujte. 3) Do baňky s peroxidem vodíku vsypte malou lžičku oxidu manganičitého. Krouživým pohybem baňku lehce promíchejte. 4) Opět vsuňte do baňky žhnoucí špejli a pozorujte. 5) Postup s žhnoucí špejlí můžete několikrát zopakovat. 6) Vyslovte domněnku o velikosti hustoty kyslíku vzhledem k hustotě vzduchu.
- 50 -
Pozorování : Po vsunutí žhnoucí špejle do baňky pouze s peroxidem vodíku se nic nestane – špejle nevzplane. Po přidání burelu k peroxidu vodíku je patrný jeho bouřlivý rozklad a vložená žhnoucí špejle vzplane, a to i několikrát. Fotografie :
- 51 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Při tomto žákovské provedení pokusu je třeba dbát na bezpečnost práce s kahanem ( dívky sepnuté vlasy, kahan v dostatečné vzdálenosti, zákazu pohybu po třídě v průběhu pokusu ). Rozklad peroxidu vodíku je v prvním případě velmi pomalý a žhnoucí špejle nevzplane. Pro urychlení rozkladu se přidává katalyzátor burel, bouřlivý rozklad peroxidu vodíku je ihned znatelný a žhnoucí špejle i opakovaně vzplane. Uhlík, který je ve špejli obsažen, reaguje se vzniklým kyslíkem na oxid uhličitý : C + O2 → CO2 Podobně rozklad peroxidu vodíku urychluje i manganistan draselný KMnO4 , jodid draselný KI, či stříbro nebo platina. Naopak látkami, které rozklad zpomalují jsou močovina nebo kyselina fosforečná. Žáci poměrně dobře odvodí, že hustota kyslíku je větší než hustota vzduchu – díky manipulaci se žhnoucí špejlí. ( hustota suchého vzduchu je asi 1,293 kg/m3 a hustota kyslíku je 1,428 kg/m3 ). Peroxid vodíku se rozkládá i s krví a vzniklý kyslík má v okamžiku vzniku dezinfekční účinky. Při demonstrační přípravě kyslíku lze peroxid vodíku přikapávat z dělicí nálevky na oxid manganičitý v baňce a vznikající kyslík jímat do zkumavky nad vodou.
- 52 -
Název : Příprava a vlastnosti acetylenu Téma : Uhlovodíky – Alkyny - Acetylen Typ pokusu : demonstrační Princip : Acetylen patří mezi alkyny – uhlovodíky obsahující mezi atomy uhlíku trojnou vazbu. Acetylen je triviální název pro uhlovodík ethyn. Jeho strukturní vzorec je H − C ≡ C − H , molekulový C2H2 . Čistý acetylen je bezbarvý nezapáchající plyn. Nečistoty ( fosfan, arsenovodík, sulfan…) v technickém acetylenu jsou snadno rozpoznatelné čichem – projeví se typickým zápachem po česneku. Jedná se o hořlavý plyn, který ve směsi se vzduchem vybuchuje. Acetylen ( ethyn ) lze připravit rozkladem acetylidu vápenatého ( karbidu vápenatého ) vodou. Reakci popisuje následující chemická rovnice : CaC2 + 2 H2O →
Ca(OH)2 + C2H2
Pomůcky : titrační baňka, kahan, špejle, zápalky Chemikálie : karbid vápenatý CaC2, voda, fenolftalein Pracovní postup : 1) Do titrační baňky nalijeme vodu ( cca do poloviny baňky ). Přikápneme několik kapek fenolftaleinu. 2) Vložíme několik ( asi 2 – 3 ) malých kousků karbidu. 3) Pozorujeme průběh reakce a barevnou změnu v baňce. 4) K hrdlu baňky přiblížíme hořící špejli. 5) Pozorujeme. Pozorování : Po vhození karbidu vápenatého do vody v baňce začne velmi bouřlivě vznikat bezbarvý plyn acetylen. Indikátor fenolftalein se zbarví do fialova, což dokazuje přítomnost hydroxidu – konkrétně hydroxidu vápenatého. Po přiložení zapálené špejle k hrdlu baňky dojde ke vznícení acetylenu. Zapálení acetylenu je doprovázeno typickým zvukem – „štěknutím“. Plyn hoří velmi čadivým plamenem. Vznikající saze se usazují na hrdle baňky.
- 53 -
Fotografie :
- 54 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Protože plynný acetylen je málo rozpustný ve vodě, lze ho jímat nad vodou. Aparaturu lze sestavit z frakční baňky, do které se vloží karbid vápenatý a dělicí nálevky, ze které se bude přikapávat voda na karbid v baňce. Vznikající acetylen se bude odvádět do pneumatické vany naplněné vodou a jímat do zkumavek nad vodou. Místo vody se může k pokusu použít nasycený roztok chloridu sodného – reakce pak nebude probíhat tak bouřlivě. Acetylen po zapálení hoří čadivým plamenem podle rovnice : 2 C2H2 + 5 O2 → 4 CO2 + 2 H2O Případně podle rovnice : 2 C2H2 + 2 O2 → 3 C + CO2 + 2 H2O Pokus je lepší provádět v digestoři nebo v dobře větratelné místnosti. Stůl je dobré chránit před vznikajícími sazemi ( např. pokrýt ho papírem ).
- 55 -
Název : Příprava a vlastnosti chloru Téma : Chemické prvky – Nekovy – Halogeny - Chlor Typ pokusu : demonstrační Princip : Chlor patří mezi halogeny. Jeho název pochází z řeckého „chloros“ = „nazelenalý“. Jedná se o velmi toxický plyn, páchnoucí a velmi dráždivý na sliznice. Je velmi reaktivní ( méně než fluor). Chlor se vyskytuje pouze vázaný ve sloučeninách – nejznámější je chlorid sodný NaCl – kuchyňská sůl. Chlor byl kvůli své toxicitě zneužit jako bojová látka během 1. světové války. Takový útok chlorem velmi působivě popsal ve své knize Na západní frontě klid spisovatel E. M. Remargue. Laboratorní příprava chloru je založena na reakci kyseliny chlorovodíkové a manganistanu draselného podle rovnice : 16 HCl + 2 KMnO4 → 5 Cl2
+ 2 MnCl2 + 2 KCl + 8 H2O
Pomůcky : frakční baňka, dělicí nálevka se zátkou, gumové spojovací hadičky, promývací válec, kádinka, skleněná trubička, stojan, křížová svorka, držák, filtrační papír, kapátko, pinzeta Chemikálie : manganistan draselný ( hypermangan ) KMnO4 , kyselina chlorovodíková HCl , nasycený roztok hydroxidu sodného NaOH, červený inkoust Pracovní postup : 1) Sestavíme aparaturu na vyvíjení chloru. Pracujeme v digestoři. Do držáku na stojanu upevníme frakční baňku se zátkou s otvorem, do kterého upevníme dělící nálevku. Odvodnou trubičku frakční baňky spojíme hadičkou s promývacím válcem, do kterého budeme jímat vznikající chlor. Z promývacího válce skleněnou trubičkou odvádíme přebytečný chlor do kádinky s nasyceným roztokem hydroxidu sodného. 2) Do frakční baňky nasypeme manganistan draselný KMnO4 a do dělicí nálevky nalijeme kyselinu chlorovodíkovou. Nálevku uzavřeme zátkou. 3) Začneme opatrně přikapávat kyselinu na manganistan draselný. Dělicí nálevka by se neměla úplně vyprázdnit. 4) Po naplnění promývacího válce chlorem ho odpojíme a uzavřeme zátkou. 5) Takto získaný chlor přineseme žákům na ukázku a provedeme důkaz jeho odbarvovacích schopností – na kousek filtračního papíru nakapeme několik kapek červeného inkoustu a rychle ho vložíme do válce s chlorem. Pozorujeme.
- 56 -
Pozorování : Přikapáváním kyseliny chlorovodíkové na manganistan draselný vzniká plynný chlor Cl2. Díky své skoro 2,5krát větší hustotě než je hustota vzduchu se hromadí v promývacím válci. Přebytek chloru se odstraní jeho zaváděním do nasyceného roztoku hydroxidu sodného v kádince – probíhá následující reakce : Cl2 + 2 NaOH → NaCl + NaClO + H2O Po vložení filtračního papíru s inkoustovou skvrnou do válce s chlorem žáci sledují její postupné blednutí.
Fotografie :
- 57 -
Pozorování : Přikapáváním kyseliny chlorovodíkové na manganistan draselný vzniká plynný chlor Cl2. Díky své skoro 2,5krát větší hustotě než je hustota vzduchu se hromadí v promývacím válci. Přebytek chloru se odstraní jeho zaváděním do nasyceného roztoku hydroxidu sodného v kádince – probíhá následující reakce : Cl2 + 2 NaOH → NaCl + NaClO + H2O Po vložení filtračního papíru s inkoustovou skvrnou do válce s chlorem žáci sledují její postupné blednutí. Poznámky, doporučení, vysvětlení : Při práci s chlorem je potřeba dodržovat bezpečnostní opatření, protože se jedná o látku toxickou a nebezpečnou pro životní prostředí. Chlor může způsobuje otok plic s následným krvácením do plic. Chlor je nutno připravovat v digestoři nejlépe s dolním odtahem nebo alespoň ve velmi dobře větratelné místnosti. Přebytečný chlor stačí nechat na konci aparatury probublávat vodou v kádince nebo v pneumatické vaně. Do aparatury lze zařadit promývací baňku s vodou ( naplněnou asi do 1/3 své výšky ). Zaváděním chloru do vody se připraví chlorová voda (chlor je ve vodě částečně rozpustný a reaguje s ní ), na které lze demonstrovat její odbarvovací schopnosti. Cl2 + H2O → HCl + HClO HClO → HCl + O Atomární kyslík vzniklý rozkladem kyseliny chlorné má totiž silné oxidační účinky, narušuje organická barviva a způsobuje tak jejich odbarvování.
- 58 -
Název : Vlastnosti toluenu a naftalenu Téma : Uhlovodíky – Areny – Toluen a naftalen Typ pokusu : demonstrační Princip : Areny ( starším názvem aromatické uhlovodíky ), vzaly tento svůj název podle své typické vlastnosti – zápachu. Areny jsou cyklické uhlovodíky. Na základní škole většinou zjednodušeně uváděno, že s konjugovaným systémem dvojných vazeb. V molekulách arenů dochází k delokalizaci π-elektronů dvojných vazeb a jejich rozmístění nad a pod rovinným cyklem atomů uhlíku. Délka vazby mezi dvěma atomy uhlíkuv arenech je 139 pm – tzn. méně než je délka jednoduché vazby C–C a více než je délka dvojné vazby C=C. Odlišná stavba molekuly arenů má za důsledek i jejich odlišné chemické vlastnosti. Naftalen patří mezi kondenzované aromatické uhlovodíky – molekula je tvořena více jádry, jejichž kruhy mají společnou dvojici atomů uhlíku. Toluen je bezbarvá těkavá kapalina, je hořlavá, nebezpečná pro zdraví a dráždivá.
Naftalen je bílá, krystalická látka, která je dráždivá, nebezpečná pro zdraví a nebezpečná pro životní prostředí.
Pomůcky : a) velká Petriho miska, zkumavka se zátkou, hodinové sklo – odpařovací miska, kapátko b) Petriho miska, zkumavka se zátkou, porcelánová miska, hodinové sklo, kádinka, baňka, trojnožka, síťka kahan, zápalky, špejle Chemikálie : a) toluen, obarvená voda, vata b) naftalen, voda
- 59 -
Pracovní postup : a) 1) Pár(!) kapek toluenu nakapeme na vatu na Petriho misce a necháme některé žáky k látce opatrně správně chemicky čichnout. 2) Do zkumavky nalijeme několik ml toluenu a přilijeme přibližně stejné množství obarvené vody. Porovnáme jejich hustotu. 3) Na hodinové sklo nebo odpařovací misku nalijeme malé množství toluenu, zapálíme ( po chvíli přikryjeme ). Pozorujeme. b) 1) Malou lžičku naftalenu nasypeme na Petriho misku a opět opatrně správně chemicky ověříme jeho zápach. 2) Do zkumavky nalijeme několik ml vody a přisypeme několik krystalků naftalenu. Uzátkujeme a pořádně protřepeme. Pozorujeme rozpustnost naftalenu. 3) Dalších několik krystalků naftalenu nasypeme do porcelánové misky a špejlí zapálíme ( po chvíli přikryjeme ). Pozorujeme. 4) Do suché kádinky umístěné na síťce na trojnožce vložíme naftalen. Kádinku uzavřeme varnou baňkou se studenou vodou, která bude působit jako chladič. Lihovým kahanem zahříváme kádinku s naftalenem . Pozorujeme. Pozorování : a) Toluen je zapáchající bezbarvá kapalina. Ve vodě je nerozpustný a jeho hustota je menší než hustota vody. Hoří čadivým plamenem – vzniká velké množství sazí. b) Naftalen je bílá krystalická látka opět typického zápachu. Ve vodě je nerozpustný. Hořením naftalenu se uvolňuje ještě větší množství sazí než při hoření toluenu. Při zahřívání naftalenu dochází k jeho sublimaci. Páry naftalenu na dně chlazené baňky opět krystalizují. Na baňce i stěnách kádinky se vytvářejí hezké krystalky - „chloupky, fousy“ - naftalenu. Fotografie :
emulze toluenu a obarvené vody
hoření toluenu
- 60 -
suspenze naftalenu a vody
hoření naftalenu
sublimace naftalenu
- 61 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : S toluenem i naftalenem je třeba pracovat opatrně a pozorně. Dbáme na opravdu správné čichání k oběma látkám nebo tuto aktivitu raději vynecháme. Čím je poměr počtu atomů C a H v molekule uhlovodíku menší, tím je plamen při jejich hoření čadivější. Kvůli vznikajícím sazím je lepší hoření po chvíli zastavit přikrytím porcelánové misky hodinovým sklem. Lepší je pracovat v digestoři nebo alespoň v dobře větratelné místnosti. Při sublimaci naftalenu je možné použít znečištěný naftalen – například aktivním uhlím.
- 62 -
Název : Slučování hliníku s jodem Téma : Chemické reakce – Exotermické reakce – Halogenidy – Katalyzátory – Kovy – Halogeny Motivační pokusy Typ pokusu : demonstrační Princip : Jod je tmavě fialová až šedočerná pevná látka patřící mezi halogeny. Sublimuje – při zahřívání přechází rovnou do plynného skupenství. Páry jodu jsou krásně fialové. Jod je málo rozpustný ve vodě, dobře se rozpouští např. v lihu. Práškový hliník je hořlavá látka. Musí se skladovat v uzavřených obalech na suchém chladném místě bez přístupu slunce. Při kontaktu se vzduchem se může samovolně vznítit a při kontaktu s vodou uvolňuje hořlavé plyny. V případě požáru je třeba ho hasit jemným pískem nebo práškovým hasicím přístrojem. Při práci s ním, vzhledem k jeho prašnosti, je lepší používat osobní ochranné pomůcky. Hliník se slučuje s halogeny přímo – reakce je silně exotermická. Reakce hliníku s jodem vyjadřuje chemická rovnice : H2O
3 I2 + 2Al → 2AlI3 jod + hliník → jodid hlinitý Voda při slučování hliníku s jodem plní funkci katalyzátoru. Pomůcky : třecí miska s tloučkem, lžička, kovová miska, kapátko nebo pipeta, skleněná vana, váhy Chemikálie : práškový hliník, jod, voda Pracovní postup : 1) Odvážíme 4g hliníku a 6g jodu. Každou z látek rozetřeme tloučkem ve třecí misce. 2) Vytvoříme směs hliníku a jodu, umístíme ji do kovové misky a vytvarujeme do kužele. 3) Ke směsi přikápneme několik kapek vody. Pozorujeme. Pozorování : Po přikápnutí vody ke směsi hliníku s jodem začne probíhat velmi bouřlivá reakce. Směs se vznítí, objeví se fialový dým a menší plamínky a jiskry. Reakci také doprovází zápach. Produktem reakce je světle žlutá látka.
- 63 -
Fotografie :
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Reakci je třeba provádět v digestoři. S práškovým jodem se musí pracovat opatrně. Pro tření látek v třecí misce se musí použít suchá miska i suchý třecí tlouček. Látky můžeme roztírat každou zvlášť nebo dohromady ve směsi. Směs hliníku a jodu lze nasypat na nějakou nehořlavou podložku např. na keramickou síťku Voda jako katalyzátor se dá přikapávat kapátkem nebo pipetou a může se použít teplá voda. Vzhledem k velkému množství uvolněných par jodu je dobré reakční směs přiklopit ( třeba skleněnou vanou ) – tento způsob také umožní demonstrovat sublimaci jodu – žáci uvidí na stěnách skleněné vany krystalky jodu. Reakce probíhá obdobně i s jinými kovy. Například s hořčíkem nebo zinkem. Jejich reakcí s hliníkem vzniká jodid daného kovu. Pomůcky znečištěné jodem se umyjí lihem. - 64 -
Název : Hoření cukru Téma : Chemická reakce – Faktory ovlivňující rychlost chemické reakce - Katalyzátor Typ pokusu : demonstrační, žákovský Princip : Výchozí látky ( reaktanty ) často reagují bez přítomnosti katalyzátoru velmi pomalu. Katalyzátory jsou látky, které vstupují do chemické reakce, urychlují ji a přitom z ní vystupují nezměněné. Kromě katalyzátorů chemickou reakci urychluje i vyšší teplota reakční směsi, větší povrch reaktantů nebo vyšší koncentrace reaktantů. Pomůcky : lihový kahan, kleště, porcelánová miska, zápalky Chemikálie : kostkový cukr, cigaretový popel Pracovní postup : 1) Do kleští uchopíme kostku cukru a vložíme ji do plamene kahanu. Pozorujeme jestli začne hořet. 2) Další kostku cukru důkladně obalíme v cigaretovém popelu. 3) Obalenou kostku cukru opět vložíme do plamene kahanu. Pozorujeme a porovnáme s předchozím pokusem. Pozorování : Při snaze o zapálení samotného cukru dochází k jeho hnědnutí a tavení – cukr karamelizuje. Hoření cukru obaleného v cigaretovém popelu je provázeno velmi slabě viditelným namodralým plamenem. Fotografie : pomůcky a chemikálie
cigaretový popel
- 65 -
pokus o zapálení kostky cukru
zkaramelizování cukru
obalení kostky cukru v cigaretovém popelu
- 66 -
hoření cukru
konec pokusu
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Vzhledem ke slabě viditelnému plameni při hoření cukru, je vhodné alespoň částečně zatemnit místnost nebo pokus provádět před tmavým pozadím ( tabule, tmavý papír…. ). Skutečným katalyzátorem jsou těžké kovy obsažené v cigaretovém popelu (hlavně železo ). Místo popela lze k pokusu použít mletou skořici nebo kuchyňskou sůl.
- 67 -
Název : Důkaz ethanolu v ovocném víně Téma : Kyslíkaté deriváty uhlovodíků – Alkoholy – Ethanol Typ pokusu : žákovský ve skupinách, demonstrační Princip : Ethanol ( ethylalkohol, líh ) C2H5OH je bezbarvá, vonící a hořlavá kapalina. Vzniká ethanolovým ( alkoholovým ) kvašením cukrů, které popisuje následující zjednodušená chemická rovnice ( ve skutečnosti se jedná o docela složitý proces několika na sebe navazujících reakcí ) :
→
kvasinky
C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 Ethanol se ze zkvašené směsi získá destilací. Při destilaci se nejdříve vypařuje ze směsi složka, která má menší teplotu varu – teplota varu ethanolu je přibližně 78°C. Oxid uhličitý uniká v podobě bublinek z čerstvě otevřené lahve například šampaňského vína nebo nakypřuje těsto na buchty či koláče připravené s pomocí droždí. Pomůcky : žákovské aparatury – široká zkumavka, zátka, skleněná trubička asi 20cm dlouhá, lihový kahan, špejle, zápalky, varné kamínky Chemikálie : ovocné víno Pracovní postup : 1) Sestavte aparaturu pro jednoduchou destilaci se vzdušným chladičem. 2) Do široké zkumavky nalijte několik ml ovocného vína a případně přidejte varné kamínky. Zkumavku uzavřete zátkou, kterou prochází skleněná trubice. 3) Ovocné víno ve zkumavce začněte opatrně zahřívat. Páry unikající při destilaci ze skleněné trubice zapalte hořící špejlí. 4) Pozorujte a sledovaný děj vysvětlete. Pozorování : Zapálené páry ethanolu hoří lehce nažloutlým až namodralým plamenem. V případě příliš prudkého nebo nerovnoměrného varu směsi, je zapálení unikajících par trochu problematické. Po určité době unikající páry již nelze zapálit - destilace ethanolu proběhla a unikající páry jsou pouze už jenom páry vodní.
- 68 -
Fotografie :
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Žákovské provedení tohoto pokusu lze upravit – žáci mohou použít širokou zkumavku s odvodnou boční trubičkou, na kterou pomocí hadičky připojí skleněnou trubičku, kterou zavedou do zkumavky umístěné v kádince se studenou vodou. Takto získaný kapalný ethanol pak nalijí na hodinové sklíčko a zapálí.
- 69 -
V případě demonstračního provedení pracuje vyučující s varnou baňkou s přibližně 100 ml ovocného vína uzavřenou zátkou, kterou prochází skleněná trubice asi 50 cm dlouhá ( ideálně na konci vytažená do kapiláry ). Před úplným započetím pokusu Jj vhodné žákům demonstrovat na jednom hodinovém sklu nemožnost zapálení ovocného vína a naopak na druhém hodinovém sklu hoření ethanolu. Šikovnější, zvídavější a obeznámenější žáci mohou namítat, že pokusem byla prokázána pouze přítomnost jakési hořlavé látky v ovocném víně - a že tou hořlavou látkou může být i methanol. Hoření ethanolu popisuje rovnice : C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
- 70 -
Název : Rozlišení ethanolu od methanolu Téma : Kyslíkaté deriváty uhlovodíků – Alkoholy – Ethanol a methanol Typ pokusu : demonstrační Princip : Ethanol ( ethylalkohol ) C2H5OH je bezbarvá, vonící a hořlavá kapalina. Methanol ( methylalkohol ) CH3OH je bezbarvá a hořlavá kapalina. Narozdíl od ethanolu je toxický – postihuje zrakový nerv, v menším množství způsobuje trvalé oslepnutí, při požití většího množství způsobuje smrt. Nebezpečnost methanolu spočívá v tom, že může vznikat při domácí výrobě alkoholu ze špatně vypeckovaného ovoce. K rozlišení obou alkoholů se využívá jejich reakce s kyselinou boritou. Kyselina boritá je pevná bílá látka, patří mezi slabé anorganické kyseliny. Reaguje s alkoholy za vzniku jejich esterů. Kyselina sírová zajišťuje kyselé prostředí pro průběh reakce. H3BO3 + 3 CH3OH → B(OCH3)3 + 3 H2O H3BO3 + 3 CH3CH2OH → B(OCH2CH3)3 + 3 H2O Pomůcky : 2 nebo 4 porcelánové misky, špejle, lihový kahan, kapátko, 2 pipety Chemikálie : methanol, ethanol, kyselina boritá, koncentrovaná kyselina sírová Pracovní postup : 1) Do dvou porcelánových misek odměříme pipetou po cca 3 ml methanolu a ethanolu a oba alkoholy špejlí zapálíme. Sledujeme barvu plamene. 2) Do dalších dvou porcelánových misek opět odměříme každý z alkoholů. Přidáme malou lžičku kyseliny borité a pár kapek koncentrované kyseliny sírové. 3) Směs v miskách zapálíme a pozorujeme barvu plamene. Pozorování : Ethanol i methanol hoří nažloutlými plameny s modrým nádechem. Produkt reakce methanolu s kyselinou boritou hoří zeleným plamenem, produkt reakce ethanolu a kyseliny borité hoří nejprve žlutým plamenem a teprve po nějaké době získá plamen také nazelenalou barvu.
- 71 -
Fotografie :
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Methanol reaguje s kyselinou boritou za přítomnosti kyseliny sírové za vzniku trimethylesteru kyseliny borité ( trimethyl-borátu) . Vzniklý ester je velmi těkavý a hoří zeleně zbarveným plamenem. Reakcí ethanolu s kyselinou boritou za přítomnosti kyseliny sírové vzniká triethylester kyseliny borité ( triethyl-borát ). Tento ester není tak těkavý vzhledem k delšímu uhlovodíkovému zbytku, který je v jeho molekule obsažen. Po zapálení se tedy objeví žlutě zbarvený plamen a teprve po chvíli tento plamen zezelená. Koncentrovaná kyselina sírová díky svým dehydratačním vlastnostem odebírá při reakcích vodu a posunuje tím rovnováhu probíhajících rekcích více směrem k produktům.
- 72 -
Název : Zinkovosírová sopka Téma : Dvouprvkové sloučeniny – Sulfidy – Chemické slučování – Síra – Zinek – Exotermická reakce Typ pokusu : demonstrační Princip : Přímým slučováním žluté práškové síry a šedého práškového zinku vzniká bělošedý sulfid zinečnatý. Zn + S → ZnS Reakce je silně exotermická. Pomůcky : třecí misky s tloučkem, porcelánová miska, lžička, lihový kahan, špejle, zápalky, filtrační papír Chemikálie : práškový zinek, prášková síra Pracovní postup : 1) Odměříme práškový zinek a práškovou síru v poměru 2 : 1 ( dvě malé zarovnané lžičky zinku a jedna síry ). Každou z látek můžeme ještě znovu lehce rozetřít. 2) Obě látky nasypeme na filtrační papír a pořádně je lžičkou promícháme tak, aby se vytvořila rovnoměrná směs. 3) Směs přesypeme do porcelánové misky, kterou umístíme do digestoře. 4) Zapálíme špejli ( dostatečně dlouhou ) a přiblížíme ji ke směsi. Pozorujeme. Pozorování : Směs po přiblížení hořící špejle po chvíli vzplane. Proběhne silná exotermická reakce, která je provázena zábleskem, světelným efektem. Zároveň dochází k částečnému vylétnutí reakční směsi z misky a vzniku dýmu. Fotografie :
- 73 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Pokus je lepší provádět v digestoři, vznikají při něm škodlivé plynné produkty ( oxid siřičitý SO2 ). Při reakci je možné kvůli bezpečnosti použít obličejový štít. Porcelánovou misku s reakční směsí lze kvůli bezpečnosti umístit ještě do větší misky vyplněné pískem. Doporučené množství zinku a síry pro dobré provedení pokusu je přibližně poměr 2 : 1 ( poměr jejich molárních hmotností – často 6,5 g zinku a 3,2 g síry ) – ne více než 8g zinku a 4 g síry. Jsou možné různé alternativy provedení : - reakční směs se může v rovnoměrné vrstvě nasypat na tenký plech umístěný na trojnožce a ten zespodu zahřívat kahanem - reakční směs se může nasypat do malé hromádky na keramickou síťku a opět zespodu zahřívat kahanem - reakční směs v porcelánové misce můžeme iniciovat zapáleným kouskem hořčíku
- 74 -
Název : Příprava a vlastnosti oxidu uhličitého Téma : Dvouprvkové sloučeniny – Oxidy – Oxid uhličitý Typ pokusu : demonstrační Princip : Oxid uhličitý ( kysličník uhličitý ) CO2 je bezbarvá plynná látka, bez zápachu, s hustotou větší než je hustota vzduchu. V laboratoři se nejčastěji připravuje rozkladem uhličitanů působením silných kyselin. Nejčastěji se jedná o reakci uhličitanu vápenatého CaCO3 s kyselinou chlorovodíkovou HCl. Reakci lze popsat chemickou rovnicí : CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O Důkaz oxidu uhličitého se provádí jeho probubláváním vápennou vodou. Pomůcky : frakční baňka, dělící nálevka, hadička, skleněná vana, dvě nebo tři různě vysoké svíčky, zápalky, kádinky, brčko, kahan Chemikálie : kusový vápenec – uhličitan vápenatý CaCO3, roztok kyseliny chlorovodíkové HCl, čerstvá vápenná voda – roztok hydroxidu vápenatého Ca(OH)2 Pracovní postup : 1) Připravíme aparaturu na vývoj plynu. Do frakční baňky nasypeme několik kusů vápence, do zátky v baňce upevníme dělící nálevku s kyselinou chlorovodíkovou. 2) Na boční vývod frakční baňky připevníme gumovou hadičku, jejíž konec zavedeme ke dnu skleněné vany, ve které jsou umístěny dvě různě vysoké hořící svíčky. 3) Začneme vyvíjet oxid uhličitý přikapáváním kyseliny chlorovodíkové na kusový vápenec. Pozorujeme. 4) Do kádinky nalijeme několik čerstvou vápennou vodu. Některý ze žáků do ní vydechuje oxid uhličitý z plic pomocí brčka. Pozorujeme.
- 75 -
Pozorování : Směs kyseliny chlorovodíkové a uhličitanu vápenatého ve frakční baňce začne šumět. Po nějaké době pozorujeme, že ve skleněné vaně zhasne nižší svíčka. Při vydechováním oxidu uhličitého do čiré vápenné vody sledujeme její postupné zakalování. Fotografie :
- 76 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Pokus je bezpečný, žáci mohou při demonstraci vypomáhat. Pouze při vdechování oxidu uhličitého do vápenné vody je třeba žáka poučit vzhledem k její žíravosti. Vápenná voda musí být čerstvě připravená. Připraví se protřepáváním oxidu vápenatého ve vodě. Směs se pak může přefiltrovat nebo slít vrchní část nad usazeným nerozpuštěným oxidem vápenatým. Při zavádění oxidu uhličitého do vápenné vody vzniká bílý zákal uhličitanu vápenatého, který je ve vodě nerozpustný : Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Jedná se vlastně o proces probíhající při tvrdnutí vápenné malty. Důkaz oxidu uhličitého zaváděním do vápenné vody lze provést i tak, že se může využít CO2 unikající hadičkou z aparatury. Ve skleněné vaně, ve které dokazujeme hašení plamene oxidem uhličitým a jeho vyšší hustotu ( v porovnání s hustotou vzduchu ), je třeba mít alespoň dvě opravdu výrazně odlišně vysoké svíčky ( čajová a dortová apod.) a ještě je dobré, aby blíže u ústí hadičky vedoucí z aparatury byla vyšší svíčka
- 77 -
Název : Sloní zubní pasta Téma : Kyslík – Katalyzátory - Halogenidy – Halogeny – Peroxid vodíku – Motivační pokusy Typ pokusu : demonstrační Princip : Rozkladem peroxidu vodíku vzniká voda a kyslík. Průběh této reakce lze urychlit přidáním některého z katalyzátorů – např. jodidu draselného KI, oxidu manganičitého ( burelu ) MnO2, manganistanu draselného ( hypermanganu ) KMnO4. 2 H2O2
→
2 H2O + O2
Pomůcky : vysoký odměrný válec ( 250 ml ), skleněná vana nebo jiná vhodná nádoba ( umyvadlo ), lžička, kádinky Chemikálie : 30% roztok peroxidu vodíku, saponát, tekuté nebo práškové barvy ( např. na velikonoční vajíčka ), nasycený roztok jodidu draselného nebo pevný jodid draselný Pracovní postup : 1) Do umělohmotného umyvadla nebo skleněné vany umístíme vysoký skleněný válec. 2) Do válce nalijeme asi 30 ml peroxidu vodíku a přidáme přibližně 2 ml saponátu. Směs promícháme buď krouživým pohybem válcem nebo skleněnou tyčinkou. 3) Dále po stěně válce nalijeme tekuté barvy ( alespoň dvě barvy ) a necháme ho, aby pomalu stékaly dolů. 4) Rychle vsypeme lžičku pevného jodidu draselného.Pozorujeme. Pozorování : Směs ve válci začne velmi rychle pěnit. Pěna se dostává ven z válce , přitom se barví a vznikají na ní barevné pruhy. Zároveň lze pozorovat kouř unikající z válce. Fotografie :
- 78 -
- 79 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Při použití 30% roztoku peroxidu vodíku – žíravina - je třeba pokus provádět jako demonstrační, Pokud bychom ho chtěli provést se žáky, musel by se použít bezpečný roztok peroxidu vodíku. Místo vysokého skleněného válce je možno použít třeba kuželovou baňku. Barvy nemusí být tekuté, ale mohou být sypké ( potravinářské barvivo ) – nasypaly by se do směsi peroxidu a saponátu. Vznikající pěna i odměrný válce jsou horké a pěna může obsahovat zbytky peroxidu vodíku. Místo pevného jodidu draselného se může reakce spustit přilitím několika ml jeho nasyceného roztoku. Díky vznikajícímu kyslíku dochází k mohutnému napěnění saponátu. Bez barviv má vznikající pěna žlutou barvu. V průběhu reakce dochází k oxidaci jodidu na jod I2, který lze dokázat přikápnutím škrobu – dojde k fialovému zbarvení. Vznikající kyslík je možné dokázat přiložením či vhozením žhnoucí špejle do válce.
- 80 -
Název : Nehořlavý ubrousek Téma : Hoření – Alkoholy ( ethanol ) – Motivační pokusy Typ pokusu : demonstrační, žákovský Princip : Tento pokus bývá často používán jako motivační či jako „ kouzlo“, méně už jako demonstrace hořlavosti ethanolu. Hoření ethanolu vyjadřuje chemická rovnice : C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O Pomůcky : kleště, kádinka, zápalky ( zapalovač ), ubrousek ( kapesník , šátek ) Chemikálie : ethanol, voda Pracovní postup : 1) Připravíme si směs ethanolu a vody v poměru 1:1. 2) Čistý a neporušený ( bez roztřepených okrajů ) ubrousek namočíme pečlivě do směsi. 3) Ubrousek vyždímáme a uchopíme za cíp do kleští. 4) K dolnímu cípu přiložíme hořící zápalku nebo zapalovač – k tomu můžeme využít nějakého řádně poučeného žáka. Pozorování : Ubrousek hoří namodralým plamenem. Po zhasnutí plamene žáci zjišťují, a vyučující je o tom dostatečně efektně přesvědčí, že ubrousek zůstal neohořelý, neporušený. Fotografie :
- 81 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Namočený ubrousek se nemusí držet v kleštích, ale je ho možno upevnit do držáků a pomocí svorek mezi dva laboratorní stojany, takže ho nikdo nedrží. Při hoření je uvolňováno teplo. Jeho část je spotřebovávána na odpařování vody ze směsi a nedojde tedy k zapálení ubrousku. Důležitý je poměr ethanolu a vody ve směsi – nesmí být více ethanolu. Pokud by bylo někde na ubrousku roztřepené místo, docházelo by v tomto místě - díky většímu povrchu - k rychlejšímu odpařování vody a mohlo by zde dojít k částečnému ohoření ubrousku.
- 82 -
Název : Citlivost halogenidů stříbra na světlo Téma : Dvouprvkové sloučeniny – Halogenidy – Srážecí reakce – Základy fotografie Typ pokusu : žákovský ve skupinách, demonstrační Princip : Reakcí roztoků halogenidů s roztokem dusičnanu stříbrného vzniká nerozpustná sraženina halogenidu stříbra a příslušný dusičnan : NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3 KBr + AgNO3 → AgBr + KNO3 KI + AgNO3 → AgI + KNO3 Barevné změny halogenidů stříbra působením světla jsou podstatou černobílé fotografie. Fotografická vrstva tvořená malými krystalky halogenidů stříbra je citlivá na světlo. Podstatou je redukce kationtů Ag+ na elementární koloidní stříbro, které má tmavou barvu. Pomůcky : stojan na zkumavky, 3 zkumavky – pro každou skupinu filtrační papíry, kapátko, Petriho miska ( větší ), pinzeta, lepící štítky Chemikálie : 5% roztoky chloridu sodného NaCl ( chloridu draselného KCl ) + bromidu draselného KBr + jodidu draselného KI, 1% roztok dusičnanu stříbrného AgNO3 Žáci pracují ve skupinách po cca 3 – 4 žácích. Pracovní postup : 1) Připravte si stojan na zkumavky a 3 zkumavky. 2) Do každé zkumavky nalijte roztok jednoho halogenidu – asi do 1/3 výšky zkumavky. Zkumavky si pro lepší přehlednost popište. 3) Vyučující vám ke každému roztoku přikápne několik kapek roztoku dusičnanu stříbrného. Sledujte změny, které ve zkumavkách proběhnou. 4) Stojan se zkumavkami umístěte na dobře osvětlené místo (nejlépe na okno ). Sledujte změny po 5 minutách a ještě dalších 10 minutách. Další část provádějí už jenom někteří žáci – dobrovolníci. 1) Vezměte si proužek filtračního papíru a přibližně jednu minutu ho držte na místě, na kterém se potíte – dlaně, čelo…… 2) Poté proužek papíru dejte vyučujícímu, který ho namočí do roztoku dusičnanu stříbrného. Proužek dejte opět na dobře osvětlené místo. Pozorujte. Pozorování : Po přikápnutí roztoku dusičnanu stříbrného k jednotlivým roztokům halogenidů dojde okamžitě ke vzniku nerozpustných sraženin, které se liší svou barvou.
- 83 -
Po několika minutách na osvětleném místě dochází k tmavnutí sraženin, ale různou intenzitou. Nejvíce na světlo reaguje sraženina bromidu stříbrného. Filtrační papíry „nasáklé“ potem žáků a navlhčené roztokem dusičnanu stříbrného vykazují po nějaké době skvrny s různou intenzitou tmavé barvy. Fotografie :
- 84 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Pokus je bezpečný, pouze s roztokem dusičnanu stříbrného musí manipulovat vyučující. Žáci si mohou roztoky halogenidů připravit velmi jednoduše sami – do zkumavek nasypou několik krystalků halogenidu a přilijí destilovanou vodu. Barvy sraženin halogenidů stříbra : chlorid stříbrný AgCl - BÍLÁ bromid stříbrný AgBr - NAŽLOUTLÁ jodid stříbrný AgI - ŽLUTÁ Základem fotografie je redukce kationtů Ag+ na stříbro. Po osvětlení se redukce kationtů stříbra dokončí ve vývojce ( obsahuje hlavně hydrochinon ) a nezredukovaný bromid stříbrný se odstraní v ustalovači ( obsahuje thiosíran sodný ). Vyvolání filmu : Ag+ + hydrochinon → Ag0 + p-benzochinon Ustalování filmu : AgBr + 2 Na2S2O3 → NaBr + Na3[Ag(S2O3)2] Zajímavostí je, že první expozice – „osvícení“ filmu trvala 8 hodin !
- 85 -
Název : Teplota varu čisté a znečištěné látky Téma : Poznávací postupy v chemii – Měření – Teplota varu látky Typ pokusu : demonstrační Princip : Teplota varu patří mezi jednu ze základních fyzikálních charakteristik látky. Fyzikálně je teplota varu definována jako teplota, při které se tlak par kapaliny vyrovná tlaku okolního vzduchu. Teplota varu je teplota, při které látka vře a vypařuje se v celém svém objemu a ne jenom na povrchu – při určité teplotě se uvnitř kapaliny začnou vytvářet bublinky páry, které zvětšují svůj objem a vystupují k povrchu kapaliny. Pomůcky : 2 stojany, 2 filtrační kruhy se šroubem – k upevnění na stojan, 2 keramické síťky, 2 lihové kahany, 2 malé varné baňky s plochým dnem, 2 zátky s velkým otvorem, 2 křížové svorky, 2 držáky, zápalky, rozhraní SPARKlink, senzor obecná chemie, 2 teplotní čidla
Chemikálie : destilovaná voda, kuchyňská sůl Pracovní postup : 1) Sestavíme dvě aparatury pro zahřívání kapaliny ve varné baňce 2) Do jedné varné baňky nalijeme pouze destilovanou vodu, do druhé vsypeme sůl, nalijeme vodu a řádně promísíme. 3) Do držáků upevníme teplotní čidla, která procházejí otvory v zátkách uzavírajících varné baňky. Otvory v zátkách jsou větší a teplotní čidlo je „neucpává“. 4) Teplotní čidla připojíme k rozhraní – jedno přímo a druhé přes senzor Obecná chemie. Rozhraní připojíme pomocí USB portu k počítači. 5) Spustíme SPARKvue a v okně si nastavíme pro každé teplotní čidlo číselnou hodnotu a ručičkový ukazatel. 6) Začneme zahřívat obě dvě varné baňky. 7) Spustíme měření. 8) Pozorujeme.
- 86 -
Pozorování : Po spuštění měření se ukáže okamžitá teplota látek v obou varných baňkách. Sledujeme nárůst teplot při zahřívání obou baněk. Po dosažení teploty 100º C ( +- malá odchylka ) začne vřít čistá destilovaná voda. Směs vody a soli po dosažení této teploty však ještě nevře – k jejímu varu dojde při teplotě o několik stupňů vyšší. Fotografie :
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Pokus probíhá v průběhu velké části vyučovací hodiny. Je možné urychlit ho tím, že použijeme předehřátou destilovanou vodu – pomocí varné konvice. Teplota varu vody je 100ºC za normálního atmosférického tlaku 101kPa. S rostoucím tlakem teplota varu stoupá a naopak. V nadmořské výšce přibližně 3800 m je teplota varu vody asi 87ºC. Žákům zdůrazníme, že teplota varu látek uvedená v tabulkách odpovídá čisté látce za normálního tlaku. Nečistoty v látce teplotu varu zvyšují. Díky odlišné hodnotě teploty varu lze rozlišit čistou látku od znečištěné. - 87 -
Název : Neutralizace Téma : Typy chemických reakcí - Neutralizace - Soli Typ pokusu : demonstrační Princip : Neutralizace je reakce hydroxidu s kyselinou, při které vzniká sůl a voda. Sůl je chemická sloučenina tvořená kationem kovu ( nebo amonným kationem NH4+ ) a anionem kyseliny. Obecně lze schéma neutralizace zapsat takto : HYDROXID + KYSELINA
SŮL + VODA
Reakci hydroxidu draselného s kyselinou chlorovodíkovou popisuje následující chemická rovnice : KOH + HCl
KCl + H2O
Pomůcky : I. - stojan, 2 křížové svorky, 2 držáky, zkumavka, kuželová baňka, filtrační nálevka, lžička, kádinka II. – stojan, 2 křížové svorky, 2 držáky, titrační baňka, byreta, teplotní čidlo, rozhraní SPARKlink, malá nálevka, kádinka
Chemikálie : I. – koncentrovaná kyselina chlorovodíková HCl, pevný hydroxid draselný KOH II. – roztok kyseliny chlorovodíkové HCl, roztok hydroxidu draselného KOH, fenolftalein - 88 -
Pracovní postup : I. 1) Do držáku uchyceného pomocí křížové svorky upevníme na stojan širší zkumavku. Zkumavka je zasunuta do hrdla kuželové baňky. 2) Do druhého držáku upevníme za stopku obrácenou filtrační nálevku. 3) Do zkumavky nalijeme několik ml kyseliny chlorovodíkové. 4) Pomalu přidáme několik peciček pevného hydroxidu draselného. 5) Pozorujeme. II. 1) Sestavíme titrační aparaturu. 2) Do držáku upevníme teplotní čidlo a ponoříme ho do roztoku hydroxidu draselného v titrační baňce. 3) Teplotní čidlo připojíme k rozhraní SPARKlink a to připojíme pomocí USB portu k počítači. 4) Byretu naplníme roztokem kyseliny chlorovodíkové. 5) K roztoku hydroxidu draselného v titrační baňce přikápneme fenolftalein. 6) Spustíme program SPARKvue a sestavíme stránku obsahující graf a číselnou hodnotu. 7) Spustíme měření. 8) Z byrety pozvolna přikapáváme roztok kyseliny chlorovodíkové do té doby, až se poslední přidanou kapkou kyseliny směs v baňce odbarví. 9) V průběhu neutralizace pozorujeme změnu teploty v roztoku. Pozorování : I. Probíhá velmi bouřlivá reakce. Na stěnách zkumavky i nálevky lze pozorovat srážející se kapičky vody – jednoho z produktů neutralizace. Ve zkumavce postupně vznikají bílé vločky chloridu draselného – druhého produktu neutralizace.
II. Po spuštění měření se objeví číselná hodnota okamžité teploty roztoku KOH v baňce a vykresluje se graf závislosti teploty na čase. V průběhu reakce lze sledovat nárůst teploty.
- 89 -
Fotografie :
Poznámky, doporučení, vysvětlení : První varianta pokusu je vhodná k prokázání vznikající vody při neutralizaci. Neutralizace je děj, při kterém se uvolňuje teplo. Uvolňování tepla se projeví jako ohřívání okolí – například zkumavky. V 1. variantě pokusu se o uvolněném teplu může opatrně přesvědčit některý žák - sáhnutím na zkumavku.
- 90 -
Název : Bengálské ohně Téma : Soli – Exotermická reakce – Alkalické kovy a kovy alkalických zemin – Oxidační činidla – Barvení plamene - Sacharidy Typ pokusu : demonstrační Princip : Bengálské ohně přivezli do Evropy angličtí námořníci, a to v jejich původním složení – dusičnan draselný KNO3, síra a surma Sb2S3. Jedná se o pyrotechnickou směs, která má po přidání vhodných příměsí různou barvu. Na internetu jsou volně prodejné ( je to však omezeno věkem ) různobarevné bengálské pochodně. Podstatou celého pokusu je přítomnost velmi silného oxidačního činidla – nejčastěji chlorečnanu draselného KClO3 ( nebo dusičnanu draselného KNO3 či chloristanu draselného KClO4 ), hořlavé látky – škrobu ( či sacharózy ) a barvicí příměsi – vhodné sloučeniny alkalických kovů či kovů alkalických zemin nebo mědi. Celá směs se zapaluje koncentrovanou kyselinou sírovou H2SO4 – při její reakci s částí chlorečnanu draselného se uvolňuje velké množství tepla, které způsobí rozklad dalšího chlorečnanu draselného za vzniku velkého množství kyslíku : 2 KClO3 2KCl + 3 O2 A dojde k spalování hořlavé látky - škrobu : ( C6H10O5)n + n O2 6n CO2 + 5n H2O Chemikálie : dusičnan sodný NaNO3, dusičnan strontnatý Sr(NO3)2, dusičnan barnatý Ba(NO3)2 + případné další sloučeniny – např. dusičnan měďnatý Cu(NO3)2 , chlorečnan draselný KNO3, škrob – pudinkový prášek, koncentrovaná kyselina sírová H2SO4 Pomůcky : třecí misky s tloučky, lžičky, kádinka, kapátko, porcelánové misky, misky s pískem, filtrační papír Pracovní postup : 1) Na filtrační papír nasypeme 2 lžičky škrobu – pudinkového prášku.
- 91 -
2) V čisté třecí misce rozetřeme 2 lžičky chlorečnanu draselného a přidáme ke škrobu.
3) V jiné třecí misce rozetřeme 1 lžičku barvicí příměsi a také přisypeme ke škrobu a chlorečnanu. 4) Směs opatrně promícháme a přeneseme do porcelánové nebo kovové misky, kterou umístíme do pískového lože. 5) Takto si připravíme několik misek se směsí – podle různých barev.
6) Oparně přikápneme pár kapek koncentrované kyseliny sírové. 7) Pozorujeme. Pozorování : Asi po 3s od přikápnutí koncentrované kyseliny sírové dojde k samovznícení směsi. Směs začne jiskřit, vzplane a vyšlehne plamen. Barva plamene se liší podle přidané látky. Hoření je doprovázeno poměrně hustým dýmem.
- 92 -
Fotografie :
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Pokus je dobré provádět v digestoři ( vzniká mnoho dýmu ) nebo ve velmi dobře větratelné místnosti – a raději na závěr hodiny. Látky je potřeba roztírat odděleně v čistých třecích miskách a opatrně – hlavně chlorečnan draselný. I promíchání látek provedeme opatrně. Je třeba dodržet poměr látek ve směsi - množství chlorečnanu a škrobu v poměru 1:1 a barvicí sloučeniny asi čtvrtinu až polovinu jejich množství. Pozor také na práci s koncentrovanou kyselinou sírovou.
- 93 -
Pro žáky je zajímavé použití různých pudinkových prášků ( s různou příchutí ). Žáci se nejprve domnívají, že použitý různý pudinkový prášek způsobí odlišné zbarvení plamene. Pudinkový prášek se skládá hlavně z kukuřičného nebo bramborového škrobu – nejkvalitnější pudinky obsahují pouze kukuřičný škrob. Se stejným úspěchem lze použít i moučkový cukr – sacharózu.
- 94 -
Název : Střelný prach Téma : Redoxní reakce – Exotermické reakce – Motivační pokus – Soli – Síra – Oxidy – Oxidační činidlo Typ pokusu : demonstrační Princip : Černý střelný prach byl objeven v 7.– 8. století v Číně. Složení černého střelného prachu je 75% draselného ledku – dusičnanu draselného + 15% dřevěného uhlí + 10% síry. Hlavní součástí střelného prachu je dusičnan draselný ( ledek draselný, salnytr ) KNO3, který je silným oxidačním činidlem. Redoxní ( oxidačně-redukční ) reakce jsou takové reakce , při kterých se mění oxidační čísla atomů prvků - současně probíhají dvě poloreakce – redukce, při které atom prvku zmenšuje svoje oxidační číslo a oxidace, při které atom prvku zvyšuje svoje oxidační číslo. Oxidační činidlo je látka, která obsahuje atomy které se redukují – nebo-li, jedná se o látku, která jiné látky oxiduje a sama se redukuje. Exotermická rekce je reakce, při které se uvolňuje teplo. Pomůcky : třecí miska s tloučkem, laboratorní lžičky, stojan, křížová svorka, držák, zkumavka, kleště, propanbutanový kahan, miska s pískem, zápalky Chemikálie : dusičnan draselný ( ledek draselný ) KNO3, dřevěné uhlí C, síra S Pracovní postup : 1) Do zkumavky upevněné na stojanu nasypeme cca 2-3 cm vrstvu dusičnanu draselného KNO3. Pod zkumavku umístíme misku s pískem. Látku ve zkumavce začneme intenzivně zahřívat. 2) Po roztavení dusičnanu přihodíme do zkumavky kousek dřevěného uhlí. 3) Po rozžhavení uhlíku vhodíme kousek síry. 4) Pozorujeme. Pozorování : Po vhození uhlíku k roztavenému dusičnanu draselnému dojde k jeho poskakování na hladině dusičnanu, později se uhlík i rozžhaví. Po přidání síry dojde k rozzáření směsi. Ze zkumavky vyšlehne plamen a zkumavka se zdeformuje. Ústí zkumavky se pokryje sirným květem ( vznikne ochlazením par síry ). Lze cítit unikající oxid siřičitý. Fotografie :
dřevěné uhlí
- 95 -
dusičnan draselný
síra
aparatura kahan
průběh reakce
- 96 -
konec pokusu
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Pokus je lepší provádět v digestoři. Dusičnan draselný se zahříváním rozkládá na dusitan a kyslík, který umožní hoření uhlíku a síry : 2 KNO3 2 KNO2 + O2 C + O2 CO2 S + O2 SO2 Při reakci se uvolňuje teplo. Následkem uvolněného tepla se zkumavka deformuje, natahuje se a může se utavit. Proto je důležité mít zkumavku podloženou miskou s pískem. Dřevěné uhlí při svém „poskakování“ může vyskočit ven ze zkumavky ( je možné k ústí zkumavky přiložit používané kleště ). Dřevěné uhlí lze před vhozením k roztavenému dusičnanu nahřát v plameni kahanu. Vyučující může použít ochranný štít či brýle.
- 97 -
Název : Vodivost roztoků Téma : Vodivost - Elektrolýza – Elektrický proud Typ pokusu : demonstrační, případně žákovský ve skupinách – podle množství senzorů Princip : Elektrická vodivost G je schopnost vodičů vést elektrický proud. Elektrická vodivost je převrácenou hodnotou elektrického odporu a její jednotkou je 1S ( siemens ). Elektrický odpor je přímo úměrný délce vodiče a nepřímo úměrný jeho průřezu podle vztahu l R . S kde ρ je měrný elektrický odpor a jeho převrácená hodnota je měrná elektrická vodivost, která má jednotku S/cm. Vodivost kovů je způsobena pohybem volných elektronů. Vedení elektrického proudu v roztocích elektrolytů je zprostředkováno usměrněným pohybem iontů. Ionty jsou ale větší než elektrony a jsou méně pohyblivé – vodivost elektrolytů je menší než kovů. Pomůcky : kádinky, laboratorní lžička, skleněná tyčinka, senzor vodivosti, rozhraní SPARKlink Chemikálie : destilovaná voda, kuchyňská sůl – chlorid sodný NaCl, pitná voda
Pracovní postup : 1) Senzor vodivosti připojíme pomocí rozhraní SPARKlink přes USB port k počítači. 2) Otevřeme program Sparkvue a sestavíme stránku, která bude žákům zprostředkovávat naměřené hodnoty vodivosti - pomocí ručičkového ukazatele a číselné hodnoty. 3) Senzor vodivosti opláchneme a ponoříme do kádinky s destilovanou vodou. Případné bublinky na sondě opatrně „oklepeme“. - 98 -
4) Totéž opakujeme s měřením vodivosti v pitné vodě a později ještě v roztoku soli ( do destilované vody z prvního měření přidáme malou lžičku soli a pečlivě zamícháme ). 5) Pozorujeme.
Pozorování : Vodivost destilované vody je cca 24 μS/cm. Vodivost pitné vody je cca 59 μS/cm. Vodivost roztoku soli je cca 1929 μS/cm.
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Pokus je velmi rychle provedený. Senzor měření vodivosti má tři rozsahy měření : 0 – 1000 μS/cm 0 – 10 000 μS/cm 0 – 100 000 μS/cm Ke zvolení rozsahu senzoru je třeba stisknout jedno z tlačítek stisknuté tlačítko svítí. Pokud je vodivost okolí senzoru větší než je zvolený rozsah na senzoru, začne blikat tlačítko pro větší rozsah a je třeba ho stisknout. Lze tedy hned na začátku stisknout tlačítko pro největší rozsah.
- 99 -
Pokud je naměřená hodnota vodivosti destilované vody 25 μS/cm , pak je měření v toleranci. Vodivost elektrolytu se skládá z vodivosti iontů přítomných v roztoku. Je závislá na množství iontů v daném roztoku, na jejich koncentraci, na velikosti náboje jednotlivých iontů, na teplotě roztoku, na rychlosti pohybu iontů v elektrickém poli. U silných elektrolytů, které jsou zcela disociovány, jsou při nízkých koncentracích ionty daleko od sebe a neovlivňují se – ale s rostoucí koncentrací dochází k vzájemnému působení iontů a tím se vodivost roztoku snižuje.
- 100 -
Název : Daniellův článek Téma : Chemické zdroje elektrické energie – Galvanické články Typ pokusu : demonstrační, žákovský ve skupinách Princip : Galvanický článek je chemický zdroj elektrického napětí. Jedná se o zařízení, které jako zdroj elektrické energie využívá redoxní reakce probíhající na elektrodách. Podmínkou je přítomnost elektrolytu obsahujícího volně pohyblivé ionty. Velikost napětí na galvanickém článku je dána rozdílem potenciálů na elektrodách. Elektrodový potenciál je napětí vzniklé mezi povrchem kovu a roztokem – je důsledkem chemických reakcí probíhajících mezi elektrodou a elektrolytem. Při sestavování galvanického článku se používá takových kombinací látek tvořících elektrody a elektrolyty, aby vzniklé elektrodové potenciály byly co nejvyšší. Kovy s negativnější hodnotou elektrodového potenciálu mají větší schopnost elektrony uvolňovat - oxidovat se, naopak kovy s kladnou hodnotou elektrodového potenciálu mají větší schopnost elektrony přijímat - redukovat se. Daniellův článek je tvořen měděnou elektrodou ponořenou do roztoku síranu měďnatého CuSO4 a zinkovou elektrodou ponořenou do roztoku síranu zinečnatého ZnSO4. Oba roztoky musí být nějakým způsobem vodivě spojeny. Děje probíhající v Daniellově článku lze souhrnně vyjádřit takto : Zn + CuSO4 Cu + ZnSO4 Pomůcky : 2 kádinky ( nebo jiné vhodné nádoby – skleněné vaničky, krystalizační misky…), skleněná U-trubice, vata, rozhraní SPARKlink, senzor elektrického náboje, 2 stojany, 2 držáky, 2 křížové svorky, měděná a zinková elektroda Chemikálie : 10% roztok síranu měďnatého CuSO4, 10% roztok síranu zinečnatého ZnSO4, nasycený roztok dusičnanu draselného KNO3
Pracovní postup : 1) Senzor elektrického náboje připojíme pomocí rozhraní SPARKlink přes USB port k počítači. 2) Otevřeme program Sparkvue a sestavíme stránku, která bude žákům zprostředkovávat naměřené hodnoty napětí vytvořeného
- 101 -
Daniellova článku prostřednictvím číselné hodnoty a ručičkového ukazatele. 3) Do držáků upevněných na stojanech upneme elektrody a ty vložíme do kádinek. Elektrody připojíme k senzoru elektrického náboje. 4) Skleněnou U-trubici naplníme nasyceným roztokem KNO3 a oba konce trubice uzavřeme smotky vaty. 5) Do kádinek nalijeme příslušné roztoky síranů a vodivě je propojíme pomocí skleněné U-trubice. 6) Spustíme měření napětí a pozorujeme.
Pozorování : Po spuštění měření zjišťujeme, že Danielův článek poskytuje napětí přibližně 1,014 V. Postupně lze sledovat, že napětí článku klesá – článek se vybíjí.
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Daniellův článek nemusí tvořit dvě kádinky vodivě spojené U-trubicí, ale pouze jedna větší nádobka uprostřed přepažená polopropustnou membránou, která sice zabraňuje promíchávání roztoků, ale umožňuje pohyb iontů. V Daniellově článku probíhají následující dílčí reakce Zinková elektroda – uvolňují se zinečnaté kationty Zn2+, na elektrodě je tudíž přebytek elektronů a elektroda se nabíjí záporně Zn Zn2+ + 2eMěděná elektroda – měďnaté kationty z roztoku přijímají elektrony a elektroda se tudíž nabíjí kladně Cu2+ + 2e- Cu - 102 -
Název : Voltův článek Téma : Chemické zdroje elektrické energie – Galvanické články Typ pokusu : demonstrační, žákovský ve skupinách ( záleží na množství senzorů ) Princip : Luigi Galvani – italský lékař a fyzik žijící v 18. století – objevil „záškuby“ svalů mrtvých žab, které pitval kovovým skalpelem, přičemž žáby ležely na kovovém stole. Domníval se, že objevil „živočišnou elektřinu“. Právě po tomto vědci byl pojmenován galvanický článek. Alessandro Volta odhalil, že příčinou „záškubů“ není „živočišná elektřina“, ale chemická reakce dvou kovů zprostředkovaná elektrolytem v buňkách tvořících těla žab. Na přelomu 18. a 19. století sestavil první elektrický článek ( tzv. Voltův sloup ) a seřadil kovy podle jejich elektrochemických potenciálů. Galvanický článek je chemický zdroj elektrického napětí. Jedná se o zařízení, které jako zdroj elektrické energie využívá redoxní reakce probíhající na elektrodách. Podmínkou je elektrolyt obsahující volně pohyblivé ionty. Velikost napětí na galvanickém článku je dána rozdílem potenciálů na elektrodách. Elektrodový potenciál je napětí vzniklé mezi povrchem kovu a roztokem – je důsledkem chemických reakcí probíhajících mezi elektrodou a elektrolytem. Při sestavování galvanického článku se používá takových kombinací látek tvořících elektrody a elektrolyty, aby vzniklé elektrodové potenciály byly co nejvyšší. Kovy s negativnější hodnotou elektrodového potenciálu mají větší schopnost elektrony uvolňovat ( oxidovat se ), naopak kovy s kladnou hodnotou elektrodového potenciálu mají větší schopnost elektrony přijímat ( redukovat se ). Voltův článek tvoří zinková a měděná elektroda ponořené do roztoku kyseliny sírové H2SO4. Pomůcky : 3 kádinky ( nebo jiné vhodné nádoby – skleněné vaničky, krystalizační misky…), rozhraní SPARKlink, senzor elektrického náboje, měděná a zinková elektroda – 3x, vodiče Chemikálie : 10% roztok kyseliny sírové H2SO4
- 103 -
Pracovní postup : 1) Senzor elektrického náboje připojíme pomocí rozhraní SPARKlink přes USB port k počítači. 2) Otevřeme program Sparkvue a sestavíme stránku, která bude žákům zprostředkovávat naměřené hodnoty napětí vytvořeného článku prostřednictvím číselné hodnoty a ručičkového ukazatele. 3) Elektrody připojíme k senzoru elektrického náboje a ponoříme do roztoku kyseliny sírové v kádince. 4) Naměříme hodnotu napětí vytvořeného článku. 5) Sestavíme tři stejné články a vodiči je spojíme sériově za sebou. 6) Opět naměříme hodnotu napětí takto sestaveného článku. Pozorování : Po spuštění měření zjišťujeme, že Voltův článek poskytuje napětí přibližně 0,924 V. Při sériovém zapojení tří článků jsme naměřili napětí 2,819 V. Postupně lze sledovat, že napětí článku klesá – článek se vybíjí.
- 104 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Napětí mezi elektrodami Voltova článku je 1,1 V. Na zinkové elektrodě se uvolňují zinečnaté kationty Zn2+, na elektrodě je tak přebytek elektronů a elektroda se nabíjí záporně Zn Zn2+ + 2eKationty Zn2+ uvolněné do roztoku reagují s SO42- za vzniku ZnSO4. Na měděné elektrodě kationty vodíku H+ přijímají elektrony a vzniká vodík 2H+ + 2e- H2 Vznik vodíku a síranu zinečnatého způsobuje vybíjení článku.
- 105 -
Název : Exotermický a endotermický děj Téma : Chemické reakce – Teplo chemické reakce – Exotermická a endotermická reakce Typ pokusu : demonstrační, žákovský ve skupinách Princip : Chemické reakce lze dělit podle různých hledisek. Lze je například rozlišovat podle toho, jestli se v jejich průběhu energie uvolňuje, nebo naopak, jestli je třeba energii k tomu aby reakce probíhala, dodat. Aby reakce vůbec mohla proběhnout, je třeba dodat aktivační energii potřebnou na rozbití vazeb v reaktantech. Při vzniku vazeb v produktech se zase energie uvolňuje. Rozdíl energií mezi reaktanty a produkty pak rozhoduje o druhu chemické reakce. Exotermická ( exotermní ) reakce je taková reakce, při které se energie uvolňuje. Např.: NaOH + HCl NaCl + H2O Qm = - 56,9 kJ/mol Endotermická ( endotermní ) rekce je taková reakce, při které se naopak energie spotřebovává, tzn. je potřeba v průběhu reakce energii dodávat. Např.: CaCO3 CaO + CO2 Qm = 178,4 kJ/mol kde Qm je molární reakční teplo – udává množství tepla, které se při reakci uvolňuje nebo spotřebovává při stechiometrickém průběhu reakce ( u exotermické reakce je Qm < 0 a u endotermické je Qm > 0 ) Pomůcky : 2 kádinky , laboratorní lžičky, skleněné tyčinky, rozhraní SPARKlink, teplotní senzor Chemikálie : destilovaná voda, hydroxid sodný NaOH, chlorid amonný NH4Cl Pracovní postup : 1) Teplotní senzor připojíme pomocí rozhraní SPARKlink přes USB port k počítači.
- 106 -
2) Otevřeme program Sparkvue a sestavíme stránku, která bude žákům zprostředkovávat naměřené hodnoty teploty – graficky i číselně.
3) Do kádinky nalijeme asi 200 ml destilované vody a vložíme teplotní senzor. Spustíme měření. Počkáme dokud se teplota neustálí. Poté začneme přisypávat pevný hydroxid sodný a míchat skleněnou tyčinkou až do jeho rozpuštění. Sledujeme změnu teploty směsi v kádince. 4) Totéž provedeme i s chloridem amonným. Pozorování : Při rozpouštění hydroxidu sodného můžeme sledovat nárůst teploty a naopak při rozpouštění chloridu amonného lze pozorovat pokles teploty – při rozpouštění dochází k pohlcování tepla z okolí. Fotografie : rozpouštění hydroxidu sodného
- 107 -
rozpouštění chloridu amonného
Poznámky, doporučení, vysvětlení : V obou případech se jedná o rozpouštění pevné látky ve vodě. Při rozpouštění probíhají dva děje : - nejprve se spotřebovává energie při rozbití krystalové mřížky a při jejím rozpadu na jednotlivé částice - poté dochází k uvolnění energie při obalování vzniklých částic molekulami rozpouštědla
- 108 -
V závislosti na velikosti těchto dvou energií lze při rozpouštění sledovat , zda se při přípravě roztoku uvolní určité množství rozpouštěcího tepla nebo se naopak teplo spotřebovává. NH4Cl (s) NH4Cl (aq ) NaOH (s ) NaOH ( aq )
Q = + 19 kJ/mol Q = - 469,5 kJ/mol
I když žáci vidí, jak postupně teplota při rozpouštění klesá či stoupá, je výhodné nechat žáky, aby si na jednotlivé kádinky sáhli – jsou opravdu docela překvapeni, jak je kádinka teplá či chladná.
- 109 -
Název : Vedení tepla různými kovy Téma : Kovy – Vlastnosti kovů – Tepelná vodivost Typ pokusu : demonstrační, žákovský ve skupinách – podle počtu senzorů Princip : Vedení tepla je způsob šíření tepla v látkách, kdy si částice látek formou svých vzájemných srážek předávají část své pohybové energie. Tepelná vodivost představuje rychlost vedení tepla ze zahřátější části látky do chladnější části. Porovnat tepelnou vodivost látek umožňuje veličina součinitel tepelné vodivosti. Podle toho se látky dělí na : - telené vodiče - tepelné izolanty Součinitel tepelné vodivosti je definován jako množství tepla, které musí za jednotku času projít tělesem, aby na jednotkovou délku byl jednotkový teplotní spád ( za předpokladu šíření tepla v jednom směru ), nebo-li jedná se o výkon ( teplo za jednotku času ), který projde každým čtverečním metrem desky tlusté metr, jejíž jedna strana má teplotu o jeden kelvin vyšší než druhá. symbol – λ jednotka – W.m-1.K-1 Součinitel tepelné vodivosti při 20ºC : měď 395 W.m-1.K-1 železo 73 W.m-1.K-1 stříbro 418 W.m-1.K-1 žula 2,9 – 4,0 W.m-1.K-1 voda 0,6 W.m-1.K-1 Pomůcky : stojan, 2 držáky, lihový kahan, zápalky, rozhraní SPARKlink, 2 nerezové teplotní sondy, senzor obecná chemie, kovové drátky- např. Cu, Fe ( Al) stejné délky a stejného průřezu Pracovní postup : 1) Rozhraní SPARKlink připojíme přes USB port k počítači. 2) Dále do rozhraní připojíme senzor obecná chemie. 3) K teplotním sondám připevníme kovové drátky – omotáme je kolem sond. Jednu teplotní sondu připojíme k rozhraní a druhou k senzoru obecná chemie. Teplotní sondy připevníme do držáků na stojanu.
- 110 -
4) Otevřeme program Sparkvue a sestavíme stránku, která bude žákům zprostředkovávat naměřené hodnoty teploty. 5) Lihovým kahanem začneme zahřívat volné konce kovových drátků a zároveň spustíme měření. Pozorování : Při zahřívání sledujeme postupně nárůst teploty na druhém konci obou drátků a zároveň sledujeme rozdílné hodnoty naměřených teplot. Fotografie :
- 111 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Tepelné vodiče mají vyšší hodnotu součinitele tepelné vodivosti a vysokou rychlost vedení tepla, což žáci sledují zprostředkovaně díky rychlejšímu nárůstu teploty při zahřívání kovových drátků. Měření se provádí po dobu několika minut – cca 6 – 10 minut. Žáci mohou v průběhu pokusu zaznamenávat naměřené hodnoty, pak je vynést do souřadnicového systému a sestrojit si tak graf. V tomto případě nastavíme v okně programu Sparkvue zprostředkovávajícím měření zobrazování pouze číselných hodnot. Žáci si v předem dohodnutých intervalech ( cca 15 sekund ) zaznamenávají naměřené hodnoty, které potom vynesou do souřadnicového systému na milimetrovém papíře a sestrojí graf. Pro lepší porovnání mohou žáci oba grafy vytvořit v jednom souřadnicovém systému a odlišit je barevně.
- 112 -
Název : Laboratorní příprava kyslíku a měření jeho koncentrace Téma : Chemické prvky – Nekovy – Kyslík Typ pokusu : demonstrační provedený učitelem, demonstrační provedený žákem, žákovský ve skupinách ( je-li k dispozici větší množství senzorů ) Princip : Laboratorní příprava kyslíku je založena na rozkladu kyslíkatých látek. Často se kyslík připravuje jednoduchou reakcí – a to rozkladem peroxidu vodíku H2O2 za pomoci katalyzátoru oxidu manganičitého ( burelu ) MnO2. Děj lze popsat následující chemickou rovnicí : MnO2
2 H2O2 →
O2 + 2 H2O
Vzhledem k tomu, že kyslík je bezbarvý, nezapáchající plyn, který podporuje hoření, provádí se jeho důkaz pomocí žhnoucí špejle, která v přítomnosti kyslíku vzplane. Tento důkaz kyslíku je pro žáky sice efektní, ale lze použít i jiný způsob prokázání přítomnosti kyslíku. Dokonce změření jeho přesného množství (v procentech ). Normální koncentrace plynného kyslíku ve vzduchu je přibližně 21 %, při přípravě kyslíku v uzavřeném prostoru dojde tedy k nárůstu jeho koncentrace. Pomůcky : PS-2126A Senzor plynného O2, USBlink
Chemikálie : 3% peroxid vodíku H2O2 ( lékařský ), oxid manganičitý ( burel ) MnO2
- 113 -
Pracovní postup : 1) Senzor plynného kyslíku připojíme pomocí USBlinku k počítači. 2) Otevřeme program Sparkvue a na stránce připravíme graf, který bude žákům zprostředkovávat naměřené hodnoty .
3) Pohyby ruky „nabereme“ do lahvičky, která je součástí senzoru, vzduch ve třídě. Uzavřeme zátkou se senzorem a spustíme měření. Sledujeme naměřenou hodnotu. Po chvíli měření zastavíme. 4) Do lahvičky nalijeme roztok peroxidu vodíku a přidáme lžičku oxidu manganičitého. Pozorujeme. Po chvilce lahvičku uzavřeme zátkou se senzorem a opět spustíme měření. Sledujeme naměřené hodnoty množství kyslíku v lahvičce a porovnáme s předchozí naměřenou hodnotou. Pozorování : Při prvním měření množství kyslíku ve vzduchu v uzavřeném lahvičce sledujeme málo kolísavou hodnotu, která odpovídá přibližně 21%. Při probíhajícím rozkladu peroxidu vodíku pomocí burelu pozorujeme v lahvičce bouřlivou reakci a zároveň poměrně prudký nárůst koncentrace kyslíku, která v průběhu pokusu ještě stoupá.
- 114 -
Fotografie :
- 115 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Důkaz vznikajícího kyslíku pomocí žhnoucí špejle je sice kvalitativně velmi efektní, ale pomocí senzoru plynného kyslíku jde nejenom o kvalitativní důkaz kyslíku, ale také o kvantitativní důkaz. Žáci jsou poměrně překvapeni, jak vysoká koncentrace kyslíku se v lahvičce pomocí senzoru naměří.
- 116 -
Název : Rychlost chemické reakce Téma : Chemická reakce – Faktory ovlivňující rychlost chemické reakce Typ pokusu : demonstrační provedený učitelem, demonstrační provedený žákem, žákovský ve skupinách ( je-li k dispozici větší množství senzorů ) Princip : Rychlost chemické reakce lze ovlivnit několika faktory. Nejběžněji lze chemickou reakci urychlit zahřátím reakční směsi, zvýšením povrchu reaktantů ( například rozmělněním či namletím pevného reaktantu ), použitím koncentrovanějších reaktantů, použitím katalyzátoru ( ten způsobí, že reakce probíhá jiným reakčním mechanismem ). Reakce uhličitanu vápenatého s kyselinou chlorovodíkovou vyjadřuje chemická rovnice : CaCO3 + 2 HCl
CaCl2 + CO2 + H2O
Množství vznikajícího plynného oxidu uhličitého CO2 je možné měřit pomocí senzoru. Pomůcky : 2 vyšší kuželové baňky, 2 kádinky, PS-2110 senzor plynného CO2, USBlink
Chemikálie : uhličitan vápenatý CaCO3 ( mramor ) – stejné kousky, kyselina chlorovodíková HCl, destilovaná voda
- 117 -
Pracovní postup : 1) Senzor plynného oxidu uhličitého připojíme pomocí USBlinku k počítači. 2) Otevřeme program Sparkvue a na stránce připravíme graf a číselnou hodnotu, které budou žákům zprostředkovávat naměřené hodnoty
3) Pohyby ruky „nabereme“ do lahvičky, která je součástí senzoru, čerstvý vzduch. Uzavřeme zátkou se senzorem a spustíme měření. Sledujeme naměřenou hodnotu, která by měla činit přibližně 400ppm. Případně senzor pomocí tlačítka zkalibrujeme. Po chvíli měření zastavíme. 4) Do jedné kuželové baňky vložíme kousek mramoru a opět se senzorem přesvědčíme o množství oxidu uhličitého v baňce. Poté do baňky přilijeme koncentrovanou kyselinu chlorovodíkovou tak, aby byl kousek mramoru ponořen. Senzorem změříme množství oxidu uhličitého vznikajícího při reakci. 5) Do druhé kuželové baňky vložíme stejný kousek mramoru, opět změříme množství oxidu uhličitého, přilijeme kyselinu chlorovodíkovou zředěnou destilovanou vodou ( v poměru přibližně 1 : 5 ) a senzorem opět změříme množství vznikajícího oxidu uhličitého. 6) Pozorujeme rozdílné hodnoty.
- 118 -
Pozorování : Při prvním měření množství oxidu uhličitého ve vzduchu v uzavřené lahvičce pozorujeme naměřenou hodnotu přibližně 400ppm. Po nalití kyseliny chlorovodíkové na kousek mramoru pozorujeme probíhající reakci, při které vzniká oxid uhličitý, jehož množství zaznamenává senzor. Je patrné, že při reakci koncentrované kyseliny chlorovodíkové vzniká větší množství oxidu uhličitého. Fotografie :
- 119 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Rozdíl v množství uvolněného oxidu uhličitého (a tudíž v rychlosti probíhající reakce )při reakci koncentrované a zředěné kyseliny chlorovodíkové je dobře patrný. Rozdílnost je dobře vidět nejenom díky číselným údajům, ale hlavně prostřednictvím grafického znázornění. Důkaz oxidu uhličitého přítomného v baňkách můžeme provést ještě pomocí hořící špejle, která v baňce zhasne.
- 120 -
Název : Ethanolové kvašení cukrů Téma : Alkoholy – Ethanol – Kvašení – Oxid uhličitý Typ pokusu : demonstrační provedený učitelem, demonstrační provedený žákem, žákovský ve skupinách ( je-li k dispozici větší množství senzorů ) Princip : Ethanol ( ethylalkohol ) CH3CH2OH je druhý nejjednodušší alkohol. Jedná se o bezbarvou, hořlavou a vonící kapalinu, která je součástí alkoholických nápojů. V malém množství působí na lidský organismus omamně, způsobuje uvolnění, euforii, dobrou náladu. Ethanol se získává ethanolovým – alkoholovým kvašením cukrů. Kvašení probíhá působením kvasinek, nejčastěji rodu Saccharomyces cerevisiae . Děj popisuje chemická rovnice : C6H12O6 →
2 CH3CH2OH + 2 CO2
Účinnost kvasinek závisí na teplotě systému. Množství vznikajícího plynného oxidu uhličitého CO2 ( tudíž účinnost a rychlost kvašení ) je možné měřit pomocí senzoru. Pomůcky : PS-2110 senzor plynného CO2, USBlink
Chemikálie : voda, cukr, sušené droždí
- 121 -
Pracovní postup : 1) Senzor plynného oxidu uhličitého připojíme pomocí USBlinku k počítači. 2) Otevřeme program Sparkvue a na stránce připravíme graf a číselnou hodnotu, které budou žákům zprostředkovávat naměřené hodnoty.
3) Pohyby ruky „nabereme“ do lahvičky, která je součástí senzoru, čerstvý vzduch. Uzavřeme zátkou se senzorem a spustíme měření. Sledujeme naměřenou hodnotu, která by měla být cca 400ppm. Případně senzor pomocí tlačítka zkalibrujeme.Po chvíli měření zastavíme. 4) Do lahvičky vsypeme lžičku krystalového cukru a přilijeme 50 ml vody ( o teplotě místnosti ). Promícháme, aby vznikl cukerný roztok. Vsypeme půl sáčku sušeného droždí a opět promícháme. Uzavřeme zátkou se senzorem a spustíme měření. Sledujeme množství vznikajícího oxidu uhličitého. 5) Po několika minutách lahvičku pořádně opláchneme. Opět vsypeme lžičku cukru. Tentokrát připravíme cukerný roztok pomocí teplé vody. Opět přidáme polovinu sáčku sušeného droždí a lahvičku uzavřeme. Spustíme měření a několik minut sledujeme vývoj oxidu uhličitého. 6) Pozorujeme rozdílné hodnoty. Pozorování : Při úvodním měření množství oxidu uhličitého v nabraném vzduchu v lahvičce pozorujeme hodnotu přibližně 350 – 450ppm. Po nasypání sušeného droždí k cukernému roztoku sledujeme, že množství oxidu uhličitého v lahvičce postupně stoupá. Zároveň lze sledovat kvašení „nabobtnání“ směsi v lahvičce. Z naměřených hodnot je patrné, že při použití teplejšího cukerného roztoku je rychlost unikání oxidu uhličitého vyšší.
- 122 -
Fotografie :
- 123 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Pokus je možné uspořádat i jinak. Reakci lze provést v odsávací kuželové baňce, která se pomocí hadičky propojí s druhou odsávací baňkou. Ta je zpočátku uzavřena pouze zátkou a později – kvůli měření - zátkou se senzorem. Dle možností můžeme reakci nechat probíhat déle než jen několik minut – dokonce i několik dní.
- 124 -
Téma : Kyseliny – Exotermické děje Název : Ředění kyselin Typ pokusu : demonstrační Princip : Kyseliny můžeme dělit na bezkyslíkaté ( dvouprvkové ) a kyslíkaté (tříprvkové ) sloučeniny. V jejich molekulách je vždy vázán vodík. Ten se ve vodě odštěpuje v podobě vodíkového kationu H+, který je ovšem velice nestálý ( vždyť se jedná o proton ) a vytváří s molekulou vody oxoniový kation H3O+. Ze zbytku molekuly kyseliny vznikne anion této kyseliny. Princip : kyselina vodíkový kation H+ ( H3O+ )
+
anion kyseliny
Vzhledem k tomu, že velké množství kyselin má žíravé účinky, používáme ochranné pomůcky – plášť, rukavice, brýle. Při mísení kyseliny s vodou probíhá exotermický děj – dochází k uvolňování velkého množství tepla. Při ředění lijeme kyselinu do vody pomalu po skleněné tyčince a zároveň dobře promícháme. Pomůcky : 2 kádinky, skleněná tyčinka, rozhraní SPARKlink, teplotní senzor
Chemikálie : koncentrovaná kyselina chlorovodíková HCl ( nebo kyselina sírová H2SO4 ) destilovaná voda Pracovní postup : 1) Teplotní senzor připojíme pomocí rozhraní SPARKlink k počítači. 2) Otevřeme program Sparkvue a sestavíme stránku zprostředkovávající grafické a číselné zprostředkování naměřených hodnot.
- 125 -
3) Do jedné kádinky nalijeme koncentrovanou kyselinu a do druhé destilovanou vodu. 4) Do kádinky s vodou vložíme teplotní senzor a spustíme měření. 5) Vložíme skleněnou tyčinku a opatrně naléváme koncentrovanou kyselinu po této tyčince a průběžně směs zamícháme. 6) Sledujeme vývoj teploty. Pozorování : Původní teplota destilované vody je asi 24ºC. Během přilévání koncentrované kyseliny pozorujeme nárůst teploty až k hodnotě cca 32ºC.
Fotografie :
- 126 -
Poznámky, doporučení, vysvětlení : Žákům je třeba zdůraznit správný postup při ředění kyseliny vodou. Pokud bychom nalili vodu do kyseliny směs by se mohla lokálně přehřát a mohlo by dojít k vystříknutí kyseliny z kádinky a poleptání člověka. K zapamatování poučky lze použít pomůcky : - lze nalít Kyselinu do Vltavy, ale ne Vltavu do Kyseliny - nemůžeme nalít vodu do rozpáleného oleje
- 127 -
ZDROJE : Internetové zdroje a obrázky : http://cs.wikipedia.org/wiki/Chlore%C4%8Dnan_draseln%C3%BD
http://cs.wikipedia.org/wiki/Vodn%C3%AD_sklo http://cs.wikipedia.org/wiki/Manganistan_draseln%C3%BD
http://cs.wikipedia.org/wiki/Chromatografie http://cs.wikipedia.org/wiki/Hasic%C3%AD_p%C5%99%C3%ADstroj http://cs.wikipedia.org/wiki/Glob%C3%A1ln%C4%9B_harmonizovan%C3%BD_syst%C3% A9m_klasifikace_a_ozna%C4%8Dov%C3%A1n%C3%AD_chemik%C3%A1li%C3%AD http://www.b2bpartner.cz/products/10000797/2091644/ http://cs.wikipedia.org/wiki/Ho%C5%99%C4%8D%C3%ADk http://cs.wikipedia.org/wiki/Propan http://cs.wikipedia.org/wiki/Vod%C3%ADk http://cs.wikipedia.org/wiki/Henry_Cavendish http://www.seton.cz/setoncz/nonavcontent/Oznacovani-nebezpecnych-latek/898.html#ghs http://www.e-plyn.cz/?p=productsMore&iProduct=64&sName=Vodik-3.0-Tech.--50-200 http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=31466 http://cs.wikipedia.org/wiki/Chlor http://cs.wikipedia.org/wiki/Areny http://cs.wikipedia.org/wiki/Toluen http://cs.wikipedia.org/wiki/Naftalen http://cs.wikipedia.org/wiki/Katalyz%C3%A1tor http://cs.wikipedia.org/wiki/Teplota_varu http://fyzmatik.pise.cz/528-je-teplota-varu-skutecne-100c.html http://www.converter.cz/tabulky/teplota-varu-vody.htm http://cs.wikipedia.org/wiki/Beng%C3%A1lsk%C3%BD_ohe%C5%88 http://www.studiumchemie.cz/pokus.php?id=105
- 128 -
http://cs.wikipedia.org/wiki/Pudink
http://cs.wikipedia.org/wiki/St%C5%99eln%C3%BD_prach http://cs.wikipedia.org/wiki/Dusi%C4%8Dnan_draseln%C3%BD http://cs.wikipedia.org/wiki/Konduktometrie http://www.akvarijni.cz/texty/vodivost.htm http://cs.wikipedia.org/wiki/Siemens_(jednotka) http://cs.wikipedia.org/wiki/Galvanick%C3%BD_%C4%8Dl%C3%A1nek http://cs.wikipedia.org/wiki/Galvani http://cs.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta http://cs.wikipedia.org/wiki/Volt%C5%AFv_%C4%8Dl%C3%A1nek http://cs.wikipedia.org/wiki/Veden%C3%AD_tepla http://cs.wikipedia.org/wiki/Tepeln%C3%A1_vodivost
http://www.pasco.cz/produkty?title=&&&sort_by=field_product_sku_product_id&sort_order =ASC&page=1 http://www.pasco.cz/produkty http://cs.wikipedia.org/wiki/Ethanol
Literatura : Ing. Adamkovič, E., CSc. a kol.: Chemie pro 7. ročník základní školy. SPN 1990. 128 s. ISBN 80-0424693-1 Bárta, M.: Jak (ne)vyhodit školu do povětří. DIDAKTIS , Brno 2004. 96 s. ISBN 80-86285-99-5 Bárta, M.: Jak (ne)vyhodit školu do povětří 2. DIDAKTIS , Brno 2005. 96 s. ISBN 80-7358-017-9
- 129 -
Beneš, P., Pumpr,V., Banýr, J.: Základy praktické chemie 1. FORTUNA, Praha 2003. 80 s. ISBN 807168-879-7 Beneš, P., Pumpr,V., Banýr, J.: Základy praktické chemie 2. FORTUNA, Praha 2003. 72 s. ISBN 807168-880-0 Čtrnáctová, H. a kol.: Chemické pokusy pro školu a zájmovou činnost. Prospektrum, Praha 2000. 295 s. ISBN 80-7175-057-3 Čtrnáctová , H. a kol.: Chemie pro 8. ročník základní školy. SPN, Praha 1998. 144 s. ISBN 80-7235011-0 Doulík, P. a kol.: Chemie 8 příručka učitele pro základní školy a víceletá gymnázia. Nakladatelství Fraus, Plzeň 2006. 212 s. ISBN 80-7238-444-9 Škoda, J., Doulík, P.: Chemie 8 učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia. Nakladatelství Fraus, Plzeň 2006. 136 s. ISBN 80-7238-442-2 Doulík, P. a kol.: Chemie 9 příručka učitele pro základní školy a víceletá gymnázia. Nakladatelství Fraus, Plzeň 2007. 228 s. ISBN 978-80-7238-585-0 Škoda, J., Doulík, P.: Chemie 9 učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia. Nakladatelství Fraus, Plzeň 2007. 128 s. ISBN 978-80-7238-584-3 Beneš, P., Pumpr,V., Banýr, J.: Základy chemie 1. FORTUNA, Praha 1997. 144 s. ISBN 80-7168-3248 Beneš, P., Pumpr,V., Banýr, J.: Základy chemie 2. FORTUNA, Praha 1997. 96 s. ISBN 80-7168-312-4 Beneš, P., Pumpr, V. : Chemie pro základní a občanskou školu. KVARTA, Praha 1996. 192 s. ISBN 80-8570-62-9 Feltl, T. a kol. : Experimentem k poznání, sbírka experimentů s metodickým komentářem. Vydalo Gymnázium Polička, 2012. 286 s. ISBN 978-80-260-3185-7
- 130 -
