Черемисина Н.К.Чистые вещества и смеси

Чистые вещества и смеси

Н.К.Черемисина,
учитель химии средней школы № 43
(г. Калининград)

Тип урока. Изучение нового материала.

Цели урока. Обучающие – изучить понятия «чистое вещество» и «смесь», однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные) смеси, рассмотреть способы разделения смесей, научить учащихся разделять смеси на компоненты.

Развивающие – развить интеллектуальные и познавательные умения учащихся: выделять существенные признаки и свойства, устанавливать причинно-следственные связи, классифицировать, анализировать, делать выводы, выполнять опыты, наблюдать, оформлять наблюдения в виде таблиц, схем.

Воспитательные – содействовать воспитанию у учащихся организованности, аккуратности при проведении эксперимента, умения организовывать взаимопомощь при работе в парах, духа соревновательности при выполнении упражнений.

Методы обучения. Методы организации учебно-познавательной деятельности – словесные (эвристическая беседа), наглядные (таблицы, рисунки, демонстрации опытов), практические (лабораторные работы, выполнение упражнений).

Методы стимулирования интереса к учению – познавательные игры, учебные дискуссии.

Методы контроля – устный контроль, письменный контроль, экспериментальный контроль.

Оборудование и реактивы. На столах учащихся – листы бумаги, ложечки для веществ, стеклянные палочки, стаканы с водой, магниты, порошки серы и железа.

На столе учителя – ложечки, пробирки, держатель для пробирок, спиртовка, магнит, вода, химические стаканы, штатив с кольцом, штатив с лапкой, воронка, стеклянные палочки, фильтры, фарфоровая чашка, делительная воронка, пробирка с газоотводной трубкой, пробирка-приемник, «стакан-холодильник» с водой, лента фильтровальной бумаги (2х10 см), красные чернила, колба, сито, порошки железа и серы в массовом отношении 7 : 4, речной песок, поваренная соль, растительное масло, раствор медного купороса, манная, гречневая крупы.

ХОД УРОКА

Организационный момент

Отметить отсутствующих, объяснить цели урока и познакомить учащихся с его планом.

П л а н у р о к а

1. Чистые вещества и смеси. Отличительные особенности.

2. Однородные и неоднородные смеси.

3. Способы разделения смесей.

Беседа по теме «Вещества и их свойства»

Учитель. Вспомните, что изучает химия.

Ученик. Вещества, свойства веществ, изменения, происходящие с веществами, т.е. превращения веществ.

Учитель. Что называется веществом?

Ученик. Вещество – это то, из чего состоит физическое тело.

Учитель. Вы знаете, что вещества бывают простыми и сложными. Какие вещества называются простыми, а какие – сложными?

Ученик. Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента, сложные – из атомов различных химических элементов.

Учитель. Какие физические свойства имеют вещества?

Ученик. Агрегатное состояние, температуры плавления, кипения, электро- и теплопроводность, растворимость в воде и др.

Объяснение нового материала

Чистые вещества и смеси.
Отличительные особенности

Учитель. Постоянные физические свойства имеют только чистые вещества. Только чистая дистиллированная вода имеет tпл = 0 °С, tкип = 100 °С, не имеет вкуса. Морская вода замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, вкус у нее горько-соленый. Вода Черного моря замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, чем вода Балтийского моря. Почему? Дело в том, что в морской воде содержатся другие вещества, например растворенные соли, т.е. она представляет собой смесь различных веществ, состав которой меняется в широких пределах, свойства же смеси не являются постоянными. Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем: «Смесь – целостная система, состоящая из разнородных компонентов».

Рассмотрим отличительные особенности смеси и чистого вещества. Для этого проделаем следующие опыты.

Опыт 1. Используя инструкцию к опыту, изучите существенные физические свойства порошков железа и серы, приготовьте смесь этих порошков и определите, сохраняют ли эти вещества свои свойства в смеси.
Инструкция для учащихся к опыту
«Приготовление и изучение смеси железа и серы»

1. Насыпьте на лист бумаги отдельными кучками порошки серы и железа, рассмотрите их цвет.

2. Возьмите небольшую часть каждого вещества и проведите следующие операции:

а) испытайте магнитом;

б) опустите в стакан с водой.

3. Смешайте стеклянной палочкой оба порошка на бумаге, рассмотрите цвет смеси.

4. Проведите со смесью те же операции, что и с чистыми веществами.


Обсуждение с учащимися результатов проведенного опыта.

Учитель. Опишите агрегатное состояние и цвет серы.

Ученик. Сера – твердое вещество желтого цвета.

Учитель. Каковы агрегатное состояние и цвет железа в виде порошка?

Ученик. Железо – твердое серое вещество.

Учитель. Как эти вещества относятся: а) к магниту; б) к воде?

Ученик. Железо притягивается магнитом, а сера – нет; в воде порошок железа тонет, т.к. железо тяжелее воды, а порошок серы всплывает на поверхность воды, т. к. не смачивается водой.

Учитель. Что можно сказать о соотношении железа и серы в смеси?

Ученик. Соотношение железа и серы в смеси может быть различным, т.е. непостоянным.

Учитель. Сохраняются ли свойства железа и серы в смеси?

Ученик. Да, свойства каждого вещества в смеси сохраняются.

Учитель. Как можно разделить смесь серы и железа?

Ученик. Это можно сделать физическими методами: магнитом или водой.

Учитель. Опыт 2. Сейчас я покажу реакцию взаимодействия серы и железа. Ваша задача внимательно наблюдать этот опыт и определить, сохраняют ли свои свойства железо и сера в полученном в результате реакции сульфиде железа(II) и можно ли выделить из него железо и серу физическими методами.

Я тщательно перемешиваю порошки железа и серы в массовом отношении 7 : 4:

m(Fе) : m(S) = Аr(Fе) : Аr(S) = 56 : 32 = 7 : 4,

помещаю смесь в пробирку, прогреваю в пламени спиртовки, сильно накаливаю в одном месте и прекращаю нагревание, когда начинается бурная экзотермическая реакция. После остывания пробирки осторожно разбиваю ее, предварительно завернув в полотенце, и извлекаю содержимое. Внимательно посмотрите на полученное вещество – сульфид железа(II). Видны ли в нем отдельно серый порошок железа и желтый — серы?

Ученик. Нет, полученное вещество имеет темно-серый цвет.

Учитель. Затем испытываю полученное вещество магнитом. Разделяются ли железо и сера?

Ученик. Нет, полученное вещество не намагничивается.

Учитель. Помещаю сульфид железа(II) в воду. Что вы наблюдаете при этом?

Ученик. Сульфид железа(II) тонет в воде.

Учитель. Сохраняют ли сера и железо свои свойства, входя в состав сульфида железа(II)?

Ученик. Нет, новое вещество обладает свойствами, отличными от свойств взятых для реакции веществ.

Учитель. Можно ли разделить сульфид железа(II) физическими методами на простые вещества?

Ученик. Нет, ни магнит, ни вода не могут разделить сульфид железа(II) на железо и серу.

Учитель. Происходит ли изменение энергии при образовании химического вещества?

Ученик. Да, например, при взаимодействии железа и серы энергия выделяется.

Учитель. Занесем результаты обсуждения опытов в таблицу.

Таблица

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Учитель. Выясним, отличаются ли смеси по внешнему виду друг от друга.

Учитель демонстрирует примеры суспензий (речной песок + вода), эмульсии (растительное масло + вода) и растворов (воздух в колбе, поваренная соль + вода, разменная монета: алюминий + медь или никель + медь).

Учитель. В суспензиях видны частицы твердого вещества, в эмульсиях – капельки жидкости, такие смеси называются неоднородными (гетерогенными), а в растворах компоненты не различимы, они являются однородными (гомогенными) смесями. Рассмотрим схему классификации смесей (схема 1).

Схема 1

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Приведите примеры каждого вида смесей: суспензий, эмульсий и растворов.

Способы разделения смесей

Учитель. В природе вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований, промышленных производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые вещества.

Для очистки веществ применяются различные способы разделения смесей (схема 2).

Схема 2

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.

Рассмотрим способы разделения гетерогенных смесей.

Как можно разделить суспензию – смесь речного песка с водой, т. е. очистить воду от песка?

Ученик. Отстаиванием, а затем фильтрованием.

Учитель. Верно. Разделение отстаиванием основано на различных плотностях веществ. Более тяжелый песок оседает на дно. Так же можно разделить и эмульсию: отделить нефть или растительное масло от воды. В лаборатории это можно сделать с помощью делительной воронки. Нефть или растительное масло образует верхний, более легкий слой. (Учитель демонстрирует соответствующие опыты.)

В результате отстаивания выпадает роса из тумана, осаждается сажа из дыма, отстаиваются сливки в молоке.

А на чем основано разделение гетерогенных смесей с помощью фильтрования?

Ученик. На различной растворимости веществ в воде и на различных размерах частиц.

Учитель. Верно, через поры фильтра проходят лишь соизмеримые с ними частицы веществ, в то время как более крупные частицы задерживаются на фильтре. Так можно разделить гетерогенную смесь поваренной соли и речного песка.

Ученик показывает опыт: наливает в смесь песка и соли воду, перемешивает, а затем пропускает взвесь (суспензию) через фильтр – раствор соли в воде проходит через фильтр, а крупные частицы нерастворимого в воде песка остаются на фильтре.

Учитель. А какие вещества можно использовать в качестве фильтров?

Ученик. В качестве фильтров можно использовать различные пористые вещества: вату, уголь, обожженную глину, прессованное стекло и другие.

Учитель. Какие примеры применения фильтрования в жизни человека вы можете привести?

Ученик. Способ фильтрования – это основа работы бытовой техники, например пылесосов. Его используют хирурги – марлевые повязки; буровики и рабочие элеваторов – респираторные маски. С помощью чайного ситечка для фильтрования чаинок Остапу Бендеру – герою произведения Ильфа и Петрова – удалось забрать один из стульев у Эллочки Людоедки («Двенадцать стульев»).

Учитель. А теперь, познакомившись с этими способами разделения смеси, давайте поможем героине русской народной сказки «Василиса Прекрасная».

Ученик. В этой сказке Баба-Яга приказала Василисе отделить рожь от чернушки и мак от земли. Героине сказки помогли голуби. Мы же теперь можем разделить крупы фильтрованием через сито, если крупинки имеют разные размеры, или взбалтыванием с водой, если частицы имеют разную плотность или различную смачиваемость водой. Возьмем в качестве примера смесь, состоящую из крупинок различного размера: смесь манной и гречневой круп. (Ученик показывает, как манка с меньшими размерами частиц проходит через сито, а гречка остается на нем.)

Учитель. А вот со смесью веществ, имеющих разную смачиваемость водой, вы сегодня уже знакомились. О какой смеси я говорю?

Ученик. Речь идет о смеси порошков железа и серы. Мы проводили с этой смесью лабораторный опыт.

Учитель. Вспомните, как вы разделяли такую смесь.

Ученик. С помощью отстаивания в воде и с помощью магнита.

Учитель. Что вы наблюдали, разделяя смесь порошков железа и серы с помощью воды?

Ученик. Несмачивающийся порошок серы всплывал на поверхность воды, а тяжелый смачивающийся порошок железа оседал на дно.

Учитель. А как происходило разделение этой смеси с помощью магнита?

Ученик. Порошок железа притягивался магнитом, а порошок серы – нет.

Учитель. Итак, мы познакомились с тремя способами разделения гетерогенных смесей: отстаиванием, фильтрованием и действием магнитом. А теперь рассмотрим способы разделения гомогенных (однородных) смесей. Вспомните, после отделения фильтрованием песка мы получили раствор соли в воде – гомогенную смесь. Как из раствора выделить чистую соль?

Ученик. Выпариванием или кристаллизацией.

Учитель демонстрирует опыт: вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаются кристаллы соли.

Учитель. При выпаривании воды из озер Эльтон и Баскунчак получают поваренную соль. Этот способ разделения основан на различии в температурах кипения растворителя и растворенного вещества.

Если вещество, например сахар, разлагается при нагревании, то воду испаряют неполностью – упаривают раствор, а затем из насыщенного раствора осаждают кристаллы сахара.

Иногда требуется очистить от примесей растворители с меньшей температурой кипения, например воду от соли. В этом случае пары вещества необходимо собрать и затем сконденсировать при охлаждении. Такой способ разделения гомогенной смеси называется дистилляцией, или перегонкой.

Учитель показывает перегонку раствора медного купороса, вода испаряется при tкип = 100 °С, затем пары конденсируются в пробирке-приемнике, охлаждаемой водой в стакане.

Учитель. В специальных приборах – дистилляторах получают дистиллированную воду, которую используют для нужд фармакологии, лабораторий, систем охлаждения автомобилей.

Ученик демонстрирует рисунок сконструированного им «прибора» для дистилляции воды.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Учитель. Если же разделять смесь спирта и воды, то первым будет отгоняться (собираться в пробирке-приемнике) спирт с tкип = 78 °С, а в пробирке останется вода. Перегонка используется для получения бензина, керосина, газойля из нефти.

Особым методом разделения компонентов, основанным на различной поглощаемости их определенным веществом, является хроматография.

Учитель демонстрирует опыт. Он подвешивает полоску из фильтровальной бумаги над сосудом с красными чернилами, погружая в них лишь конец полоски. Раствор впитывается бумагой и поднимается по ней. Но граница подъема краски отстает от границы подъема воды. Так происходит разделение двух веществ: воды и красящего вещества в чернилах.

Учитель. С помощью хроматографии русский ботаник М.С.Цвет впервые выделил хлорофилл из зеленых частей растений. В промышленности и лабораториях вместо фильтровальной бумаги для хроматографии используют крахмал, уголь, известняк, оксид алюминия. А всегда ли требуются вещества с одинаковой степенью очистки?

Ученик. Для различных целей необходимы вещества с различной степенью очистки. Воду для приготовления пищи достаточно отстоять для удаления примесей и хлора, используемого для ее обеззараживания. Воду для питья нужно предварительно прокипятить. А в химических лабораториях для приготовления растворов и проведения опытов, в медицине необходима дистиллированная вода, максимально очищенная от растворенных в ней веществ. Особо чистые вещества, содержание примесей в которых не превышает одной миллионной процента, применяются в электронике, в полупроводниковой, ядерной технике и других точных отраслях промышленности.

Учитель. Послушайте стихотворение Л.Мартынова «Дистиллированная вода»:

Вода
Благоволила
Литься!
Она
Блистала
Столь чиста,
Что ни напиться,
Ни умыться.
И это было неспроста.
Ей не хватало
Ивы, тала
И горечи цветущих лоз,
Ей водорослей не хватало
И рыбы, жирной от стрекоз.
Ей не хватало быть волнистой,
Ей не хватало течь везде.
Ей жизни не хватало
Чистой –
Дистиллированной воде!

Для закрепления и проверки усвоения материала учащиеся отвечают на следующие вопросы.

1. При измельчении руды на горно-обогатительных фабриках в нее попадают обломки железных инструментов. Как их можно извлечь из руды?

2. Перед переработкой бытового мусора, а также бумажной макулатуры необходимо избавиться от железных предметов. Как проще всего это сделать?

3. Пылесос всасывает воздух, содержащий пыль, а выпускает чистый. Почему?

4. Вода после мойки автомобилей в крупных гаражах оказывается загрязненной машинным маслом. Как следует поступить перед сливом ее в канализацию?

5. Муку очищают от отрубей просеиванием. Почему это делают?

6. Как разделить зубной порошок и поваренную соль? Бензин и воду? Спирт и воду?

Л и т е р а т у р а

Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. М.: АСТ-Пресс, 1999; Габриелян О.С., Воскобойникова Н.П., Яшукова А.В. Настольная книга учителя. Химия. 8 класс. М.: Дрофа, 2002; Габриелян О.С. Химия.
8 класс. М.: Дрофа, 2000; Гузей Л.С., Сорокин В.В., Суровцева Р.П. Химия. 8 класс. М.: Дрофа, 1995; Ильф И.А., Петров Е.П. Двенадцать стульев. М.: Просвещение, 1987; Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н., Жегин А.Ю. Химия. Учебник для учащихся 8 класса общеобразовательных учреждений. М.: Вентана-Граф, 1997; Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. Учебник для 8 класса общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, 2000; Тыльдсепп А.А., Корк В.А. Мы изучаем химию. М.: Просвещение, 1998.