Методичні рекомендації щодо створення домашньої учнівської хімічної лабораторії та організація на її базі самостійної експериментально-дослідницької діяльності учнів у домашніх умовах. Посібник містить короткий опис приладів ДХЛ та орієнтовний перелік експериментальних задач для учнів 7-10 кл.
Рівненський міськвиконком
Управління освіти
Методичний відділ
Природничо-математичний ліцей «Елітар»
Рівненської міської ради
Домашня
Хімічна
ЛАбораторія
ДХЛ
Методичний посібник
Рівне – 2009
Методичні рекомендації щодо створення домашньої учнівської хімічної лабораторії та організація на її базі самостійної експериментально-дослідницької діяльності учнів у домашніх умовах. Посібник містить короткий опис приладів ДХЛ та орієнтовний перелік експериментальних задач для учнів 7-10 кл.
Рекомендовано на засіданні науково-методичної ради природничо-математичного ліцею «Елітар». Протокол № 2 від 11 листопада 2009 року.
Авторський колектив проекту:
Роман Данилюк, методист кафедри природничих дисциплін ПМЛ «Елітар», вчитель хімії.
Ірина Максимчук, вчитель хімії ПМЛ «Елітар».
Рецензент:
Наталія Букша, методист хімії та біології управління освіти Рівненського міськвиконкому.
Ідея проекту:
Микола Работюк, заступник директора з наукової роботи ПМЛ «Елітар», вчитель фізики.
Анатолій Шарабура, вчитель фізики ПМЛ «Елітар».
Адреса:
33003, м. Рівне, вул.. Струтинської, 9а
Рівненський природничо-математичний ліцей «Елітар»
тел. (0362) 24-56-78
E-mail: danik_1980@ukr.net
©
Комп’ютерний дизайн Роман Данилюк
Редактор комп’ютерного набору Роман Данилюк
ЗМІСТ
Передмова |
4 |
Методичні рекомендації щодо використання ДХЛ в домашніх умовах |
5 |
Як створити домашню хімічну лабораторію |
9 |
Перелік приладів, які входять до складу домашньої хімічної лабораторії під час вивчення хімії у 7-9 кл. |
13 |
Перелік необхідних реактивів та посуду для створення домашньої хімічної лабораторії |
13 |
Приклади експериментальних задач для 7-9 класів |
14 |
Використані джерела |
16 |
Передмова
Відомо, що успіх будь-якої діяльності, у тому числі і навчальної, багато в чому залежить від наявності позитивних мотивів навчання. Людині від природи притаманний безумовний орієнтований рефлекс “чому?”. Завдання педагога полягає в тому, щоб протягом усього періоду шкільного навчання створювати найсприятливіші умови для підтримки цієї властивої людині цікавості, не гасити її, а доповнювати новими мотивами, що йдуть від самого змісту навчання, форм і методів організації пізнавальної діяльності, від стилю спілкувань з учнями. Мотивація навчання — не стихійно виникаючий процес, і розраховувати тут тільки на природні задатки було б необачно і безперспективно. Тому ми прагнемо спеціально формувати, розвивати, стимулювати мотивацію і, що особливо важливо, учити школярів “самостимулювати” свої мотиви.
Багатьом педагогам з власного досвіду відомо: самостійна пізнавальна діяльність учнів перш за все реалізується в тих аспектах науки, які пов’язані з набуттям практичних вмінь і навичок. Дитина пізнає навколишній світ і існуючі у ньому природні явища на основі живого споглядання за допомогою мисленнєвого апарату і застосовує набуті таким чином знання на практиці. Іноді буває навпаки: дитина отримує новий практичний ефект, який вона поки що не може пояснити на основі власного досвіду. Це теж стимулює процес навчання. В обох випадках найважливішим чинником є практичний аспект пізнання.
Оскільки для здійснення самостійної діяльності у потрібному обсязі урочного часу явно недостатньо, одним із основних завдань педагогічної діяльності вчителя є не лише розвиток пізнавального інтересу до фізики, але і формування практичних умінь і навичок під час дослідження фізичних процесів, що загалом виховує любов до хімії, формує риси сучасної особистості, якій притаманні вміння досліджувати процеси і явища, аналізувати їх, робити висновки, необхідні для подальшого застосування набутих знань на практиці. А для того, щоб дитина краще могла щось пізнати, їй необхідне відповідне обладнання, за допомогою якого вона може це здійснити.
Фундаментом самостійної практичної діяльності учнів є розроблена нами у співпраці з вчителями кафедри природничих дисциплін ліцею домашня хімічна лабораторія (ДХЛ), яку зацікавлений учень, не затрачуючи значних зусиль, може створити вдома і за допомогою якої він здатний досліджувати нескладні, але цікаві процеси і явища.
Кількість приладів домашньої хімічної лабораторії, в принципі, необмежена. Всі прилади, за винятком чотирьох, саморобні; їх кількість збільшується по мірі вивчення нових тем і розділів. Зазвичай, вчитель знайомить учнів з новим приладом ДХЛ ще до початку вивчення нової теми, в якій цей прилад використовується. Вчителю бажано (хоча і не обов’язково) мати у кабінеті комплект готових приладів, для того, щоб показати їх будову і принцип роботи. Згодом можна проводити постійно діючу конкурсну виставку саморобних учнівських приладів з відзначенням кращих робіт.
Методичні рекомендації щодо використання ДХЛ
в домашніх умовах
Створення домашньої хімічної лабораторії продиктоване різними факторами, головний з яких полягає в тому, що хімічна лабораторія дає змогу забезпечити всіх бажаючих основними хімічними приладами, в тому числі і на уроках, що є особливо важливим на фоні вкрай незадовільного матеріального забезпечення кабінету хімії.
Однак основним призначенням ДХЛ є, насамперед, спроба активізації творчих здібностей та самостійної пізнавальної діяльності учнів у домашніх умовах. Методика проведення домашнього хімічного експерименту достатньо різноманітна.
Експериментальні задачі потребують різносторонньої практичної та теоретичної підготовки учнів, а тому забезпечують багатогранний хімічний та математичний розвиток вихованців і мають відмінності від лабораторних дослідів, а також від практичних робіт і спостережень, що забезпечує не тільки доповнення, а в деяких випадках і їх заміну. В процесі розв’язування експериментальних задач учні отримують слушну нагоду збагачувати і розвивати притаманні їм експериментальні уміння і навички, використовувати їх для спостереження або виконання вимірювань в конкретних проявах хімічних явищ. Постановка експериментальних задач дозволяє зрозуміти учням хімічні закони в дії, встановити об’єктивність хімічних законів і закономірностей, ознайомитися з використанням хімічних явищ і процесів у повсякденному житті, побуті та на виробництві.
Як створити домашню хімічну лабораторію
Якщо при слові «лабораторія» ви уявляєте собі простору кімнату з витяжною шафою, скляними приладами, печами, насосами і дерев’яними шафами, повністю заповненими посудом і реактивами – то ви помиляєтесь. Мова йде про куточок кімнати, необов’язково житлової, в якому можна поставити невеличкий столик і повісити над ним поличку.
Але перш ніж облаштовувати лабораторію, виконайте дві вимоги:
1. Точно вирішите для себе, чи хочете всерйоз займатися хімічними дослідами, чи вистачить у вас терпіння ретельно їх проводити, чи не бентежить вас підготовка до дослідів і такі нудні заняття, як прибирання і миття брудного посуду.
2. Якщо ви свідомо йдете на все це, то залишається друга вимога: отримати згоду старших.
Будемо сподіватися, що ваша тверда переконаність вплине на думку батьків.
Почнемо з організації робочого місця.
Робочий стіл бажано поставити ближче до вікна, щоб освітлення було добре, до того ж, якщо працювати біля вікна, то легше провітрювати приміщення. Якщо біля вікна місця немає, подбайте про електричне освітлення. У будь-якому випадку майте на увазі, що не можна виконувати досліди в напівтемному приміщенні!
Як би охайно ви не працювали, на стіл можуть потрапити краплі розчинів, розсипатися тверді речовини. Щоб уникнути неприємностей, щоб зберегти стіл, покладіть на нього лист лінолеуму, або товсту фанеру, або пресований картон, або можна обійтися звичайною цератою чи поліетиленовою плівкою. Якщо стіл не відданий повністю у ваше розпорядження, зробити це вкрай необхідно.
До того ж не завадить поставити на стіл ще і піддон - наприклад, велику фотографічну кювету, яку легко можна вимити після досліду. Стіл після роботи також потрібно протерти вологою ганчіркою, а потім витерти насухо.
Дуже зручно, якщо над столом можна повісити поличку або шафку і тримати там все необхідне для дослідів. Якщо ж це неможливо виконати, то все одно тримайте посуд та реактиви в одному місці, недалеко від робочого столу. Ні в якому випадку не розкидайте їх по кімнаті!
Придбайте, будь ласка, щільний фартух, найкраще цератовий. Нам доведеться іноді мати справу з їдкими речовинами, і фартух вбереже ваш одяг. В аптеці або господарському магазині купіть пару гумових рукавичок - стануть в нагоді для деяких дослідів.
Тепер про посуд. Звичайно, найкраще було б придбати справжні пробірки, колби, хімічні стакани і тиглі. Але це не завжди реально. Вихід з положення знайдеться: треба використовувати те, що є під рукою.
Хімічний посуд
Пробірки найпростіше замінити тонкостінними скляними ампулами з-під пігулок. Оскільки дно у них плоске, нагрівати їх на відкритому полум'ї не можна, але водяну баню вони витримують. Для проведення дослідів і для зберігання речовин згодяться також пляшечки з-під пеніциліну, стрептоміцину та інших ліків. Спочатку знадобиться не більше десяти таких саморобних пробірок. Хімічним посудом можуть бути також різноманітні флакони і банки з-під ліків, які закриваються зазвичай поліетиленовими корками. Такі корки дуже зручні, тому що вони стандартні і підходять до багатьох склянок. Але головне - поліетилен хімічно стійкий, він не руйнується навіть під дією концентрованих розчинів кислот і багатьох органічних розчинників, і тому у флаконах з поліетиленовими корками можна зберігати і такі реактиви, від яких з часом руйнуються гумові корки. Між іншим, коли кількість реагуючих речовин невелика, кришки і корки теж можна використовувати для дослідів.
Обладнання для нагрівання
Іноді пробірки доводиться нагрівати, і, звичайно, їх при цьому не можна тримати руками. Кращого тримача для пробірок, ніж дерев'яна прищіпка для білизни, нам, мабуть, не знайти. Для зручності прищіпку можна подовжити, прикріпивши до однієї з її розвилок паличку або шматок товстого дроту. З товстого м'якого дроту неважко зробити тримач, але не забудьте надягти на той кінець, за який ви будете братися рукою, шматок гумового шлангу або обмотайте його ізоляційною стрічкою.
Штативи
Спеціальний штатив для більшості дослідів не потрібний, але корисно зробити штатив-підставку для пробірок, щоб не тримати їх довго в руках. Найпростіший штатив - це брусок, в якому просвердлені (не наскрізь) отвори діаметром трохи більшим, ніж діаметр пробірок.
Посуд для зберігання реактивів
Скляна тара від харчових продуктів - майонезні банки, пляшки, скляні банки з-під варення і компоту - годиться для зберігання реактивів і для деяких дослідів. Пам'ятайте, що посуд з товстостінного скла не можна нагрівати - він може тріснути. В описах дослідів ми будемо радити, який посуд краще взяти. Якщо ж посуд не обумовлений, отже, годиться будь-яка склянка, яка є під рукою.
Який би посуд для зберігання речовин ви не вибрали, він повинен бути щільно закритий, і до нього обов'язково треба приклеїти надпис. Найпростіший надпис - з лейкопластиру. Він легко приклеюється до сухого скла, на ньому зручно писати кульковою ручкою; коли надпис зблякне, його не важко відновлювати. Можна зробити і паперову етикетку, приклеївши її прозорим скотчем.
Весь посуд перед використанням (і після кожного використання) необхідно ретельно вимити; якщо посуд брудний, його миють пральним порошком за допомогою йоржика, а потім ще кілька разів чистою водою.
Посуд має зберігатися тільки чистим. Його треба мити відразу після досліду (це, до речі, і легше, тому що через годину-другу бруд може міцно пристати до стінок). Вимитий посуд краще сушити так, щоб вода легко стікала з нього.
Виготовлення сушки
Можна виготовити для цього просту сушку: вбити в товстий лист фанери довгі цвяхи, щоб вони пробили лист наскрізь і пішли в нього по самий капелюшок, відігнути з фанери цвяхи вгору під кутом 450 і обмотати їх ізоляційною стрічкою, щоб не подряпатися (або надягти гумові трубки). Про всяк випадок не завадить затупити напилком вістря цвяхів. Це і є сушка.
Її треба повісити на стіну і поставити знизу піддон, щоб вода, стікаючи з пробірок і склянок, надягнутих на цвяхи, не капала на стіл або на підлогу.
Посуд для прожарювання
Іноді в ході досліду необхідно прожарити речовину. Для цього є спеціальний порцеляновий посуд, але можна обійтися і без нього. Допоможуть ретельно вимиті бляшані баночки з-під гуталіну або вазеліну. А якщо речовини небагато, скористайтеся столовою або навіть чайною ложкою з нержавіючої сталі. Звичайно, для їжі ця ложка вже не годиться, так само, як пляшки, банки та інший посуд, який ви взяли для дослідів. Краще, напевно, буде купити спеціально одну-дві сталеві ложки для своєї лабораторії. Вони знадобляться не тільки для прожарювання, але можуть замінити шпателі, якими набирають речовини для дослідів. Якщо ж дослід проводять в пробірці, то можна обійтися і без шпателя: порошкоподібні речовини набирають здебільшого прямо в суху пробірку.
Фільтри
Тепер трохи про фільтри. Вони будуть потрібні досить часто. В описах дослідів вам будуть зустрічатися поради: профільтрувати рідину, відділити осад від розчину. Іноді можна обійтися без фільтрування. Якщо осад досить важкий, йому дають осісти, а рідину зливають з нього в чисту склянку по скляній паличці (цей прийом називається декантація). Але частіше доводиться все-таки фільтрувати, а тому треба вміти виготовляти паперові фільтри. Для цього необхідний спеціальний папір, не просочений клеєм. Він так і називається - фільтрувальний. Всі з ним добре знайомі, навіть першокласники - це звичайна щільна паперова серветка.
Щоб виготовити фільтр, треба приготувати квадратний шматок фільтрувального паперу, скласти його навпіл і ще раз навпіл, а потім обрізати краї так, щоб при розгортанні вийшов круг. Такий складений вчетверо листок треба розсунути, щоб утворився конус. Половина цього конуса буде з одного шару паперу, інша половина - з трьох шарів.
Інший фільтр, трохи складніший - складчастий. Для нього вирізають з паперу круг і складають його багато разів, щоб вийшла гармошка. Через такі складки рідина фільтрується швидше, але важкий осад може цей фільтр прорвати, він годиться тільки для легких, осадів у вигляді пластівців або для великих кристалів.
Фільтр, необхідно вставити у лійку - скляну (хімічну) або пластмасову, яку продають в господарських магазинах. Він повинен щільно прилягати до стінок лійки і не доходить до її краю на кілька міліметрів. Перед роботою фільтр змочують розчинником (як правило, водою; ми частіше за все будемо мати справу з водними розчинами), потім обережно ллють рідину з осадом. Фільтрування вимагає терпіння, тому що рідина через промокальний папір проходить повільно. Але ні в якому разі не відривайте кінчик фільтру - вся робота піде нанівець.
Іноді можна фільтрувати через тканину або кілька шарів марлі - це трохи швидше, але не так ефективно. В описах дослідів буде сказано, через який матеріал можна фільтрувати. Якщо ж особливих зауважень з цього приводу ви не виявите, то фільтруйте через паперовий фільтр.
Нагрівні прилади
У багатьох дослідах реагенти необхідно нагрівати. Якщо потрібна температура не вище 1000 С, то найзручніше (та й безпечніше) користуватися водяною банею.
Нею може бути будь-яка каструля (краще з ручкою) або просто широка консервна банка, в яку налита вода. Воду нагрівають до необхідної температури, скажімо, до кипіння, ставлять у неї пробірку або склянку з реакційною сумішшю, а щоб пробірка не впала, роблять будь-яке пристосування. Наприклад, обмотують пробірку дротом так, щоб дротові кінці стирчали на зразок вусів, і ці вуса кладуть на край каструльки. Або роблять кришку з фанери так, щоб вона могла лежати на каструлі, а в кришці просвердлюють отвір для пробірок і закріплюють їх дротяними вусами, тільки зовсім короткими.
Коли речовину нагрівають в склянці, то кришка не потрібна. Стакан ставлять у водяну баню, але не прямо на дно (так він може перегрітися), а на підставку з фанери або шматка дерева. У підставці бажано прорізати отвори, щоб вода могла циркулювати. А щоб дерево не випливало, підставка має щільно прилягати до стінок бані.
Наливати багато води не треба - достатньо, якщо стакан або пробірка будуть занурені у воду наполовину. У міру википання воду треба потроху доливати.
Водяну баню можна нагрівати на газовій або електричній плиті або на закритій електроплитці (будь ласка, пам'ятайте про охайність у роботі!).
Якщо ж треба нагрівати речовини на відкритому полум'ї до більш високих температур, то краще користуватися пальником з "сухим паливом", таблетки якого продають в господарських і спортивних магазинах, - таким сухим пальним часто користуються туристи. Таблетки пального дають рівне і жарке полум'я. Спалювати їх треба на спеціально зробленому триніжку. Його можна виготовити з товстого сталевого дроту у вигляді триноги і покласти зверху жерстяну кришку з загнутими краями, наприклад від скляної консервної банки; на цій кришці і підпалюють шматок. Приготуйте і жерстяний ковпачок, наприклад, маленьку консервну банку, яким ви будете гасити полум'я: накрийте ковпачком сухе паливо, повітря перестане до нього надходити, і полум'я згасне.
Ще один спосіб нагрівання до високої температури - піщана баня. У невелику сковорідку насипте рівним шаром сухий прожарений пісок на висоту близько 2 см. На пісок поставте порцелянову чашку або металеву банку з реакційною сумішшю і нагрівайте піщану баню на електроплитці. Це старий, надійний і безпечний метод прожарювання, хоча і не дуже швидкий.
Вимірювання мас та об’ємів
Трохи про вимірювання мас і об’ємів.
Для домашньої лабораторії підійдуть аптечні ваги, вони досить точні і коштують недорого. Такого ж типу ваги з коромислом для зважування фотореактивів продають у фотомагазинах. Годяться і важільні ваги з межею вимірювання до 100 г; особливо високої точності зважування для більшості наших дослідів не буде потрібно.
Що ж до вимірювання об’ємів, то для цього можна використовувати аптечні мензурки або мірний стакан. В крайньому випадку можна скористатися мірною пляшкою, з якої годують через соску немовлят.
Іноді нам потрібні будуть і більш складні прилади, багато з яких можна буде зібрати з підручних засобів. Як саме - про це буде сказано в описах дослідів.
Перелік приладів, які входять до складу домашньої хімічної лабораторії під час вивчення хімії у 7-9 кл.
1. Мензурка. Виготовляється з одноразового шприца 20 мл шляхом відрізання нижньої частини циліндра (5-6 мм), яка одягається на циліндр і служить підставкою мензурки.
2. Мірна склянка. Виготовляється з пластикової банки з-під майонезу масою 500 г або петпляшки місткістю 0,5 л. (Для того, щоб верхній край склянки був жорстким, на нього щільно одягають кільце, вирізане з пластикової кришки з баночки кави “Nescafe”)
3. Термометр. Можна придбати термометр вартістю 1,5 грн., межі вимірювання якого від -30оС до +50оС.
4. Ареометр. Виготовляється з одноразового шприца 5-10 мл металевого грузила, та заряду від гелевої ручки. Вага грузила підбирається таким чином, щоб показник «1000 кг/м3» знаходився трошки вище від основи тонкої трубки.
Перелік необхідних реактивів та посуду для створення домашньої хімічної лабораторії
Для проведення простих хімічних дослідів необхідно придбати в магазині чи в аптеці наступні матеріали:
Приклади експериментальних задач для 7-9 класів
Експериментальні задачі. 7 клас
Демонстраційна задача.
Описати і пояснити процеси і явища, які відбуваються під час демонстрації.
Фронтальні експериментальні завдання. (методи очистки води від землі, чорнила і солі).
1. За допомогою наявного обладнання та реактивів перетворити воду в кока-колу.
Обладнання: спиртівка, сухий спирт, стакан з водою кімнатної температури, мінеральна вода.
Реактиви: кусочок цукру (рафінаду).
ДОМАШНІЙ ЕКСПЕРИМЕНТ: Виростити кристал мідного купоросу.
Обладнання та реактиви: Порошок мідного купоросу, вода, стакан, скляна паличка.
Експериментальні задачі. 8 клас
Демонстраційна задача.
Описати і пояснити процеси і явища, які відбуваються під час демонстрації.
Фронтальні експериментальні завдання. (досліди з газами, очистка вапняного розчину.).
1. За допомогою пляшки з мінеральною водою очистити вапняний розчин і пояснити цей процес за допомогою хімічних рівнянь.
Обладнання: газована мінеральна вода, газовідвідна трубка, хімічний стакан.
Реактиви: Свіжоприготовлений розчин вапна, тепла дистильована вода.
Експериментальні задачі. 9 клас
Демонстраційна задача.
Описати і пояснити процеси і явища, які відбуваються під час демонстрації і написати відповідні рівняння реакції..
Фронтальні експериментальні завдання. (Міднення гвіздків).
Обладання та реактиви: Залізний гвіздок, насичений розчин сульфату міді, лимона або оцтова кислота.
1. За допомогою наявного обладнання та реактивів створити модель вогнегасника. Написати відповідні рівняння реакції.
Обладнання: дві ПЕТ пляшки, поліетиленова плівка, заряд для ручки, гвіздок.
Реактиви: вода, оцтова або лимонна кислота, кристалічна питна сода.
ДОМАШНІЙ ЕКСПЕРИМЕНТ: Створити найпростішу модель електролітичної ванни. Дослідити електроліз розчину питної соди.
Обладнання та реактиви: Скляний стакан, два олівці, провідники, розчин питної соди.
ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА
1