Экологическое содержание темы "Основания" в курсе неорганической и органической химии средней школы

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Экологическое содержание темы "Основания" в курсе неорганической и органической химии средней школы

Экологическое содержание темы "Основания" в курсе неорганической и органической химии средней школы

47

Экологические проблемы многоаспектны, поэтому для своего решения они требуют комплексного подхода и, как правило, знаний из различных областей науки. Наиболее подходящей формой организации деятельности учащихся, отмечающей этому требованию, являются учебно-исследовательские экологические проекты [1]. В процессе работы над проектом у учащихся формируется комплекс специфических умений, подкрепленный соответствуй теоретической базой. Немаловажную роль в реализации экологического подхода играет включение в учебный процесс наряду с общеучебными также задач и тестовых заданий с экологическим содержанием.

В нашей работе особое внимание уделено экологическим аспектам промышленного использования неорганических и органических оснований, их токсичности и утилизации. Данный акцент сделан для привлечения внимания учащихся к этой проблеме.

Цель работы:

На основе анализа как теоретического материала по основаниям, так и экологических аспектов их использования, сформировать у учащихся экологическое понимание проблемы загрязнения окружающей среды.

Сформировать навыки решения и составления тестов, связанных с понятием «предельно допустимая концентрация».

Сформировать навыки решения и составления задач, связанных с понятием «предельно допустимая концентрация».

Экологический подход реализуется и через задачи с экологическим содержанием, практические работы, а также при изучении производств и проведении ролевых уроков.

При составлении тематического планирования учитываются вопросы экологического образования следующим образом.

Демонстрации: Наблюдение за выделением О2 при фотосинтезе.

Материалы и оборудование: элодея, пробирка, стеклянная воронка, источник света (настольная лампа), 5%-ный раствор гидрокарбоната натрия, стакан на 40 мл, лучинка, спички, пластилин.

В стакан с водой или с раствором гидрокарбоната натрия (для обогащения среды углекислым газом) помещают водное растение, например, элодею, ставят его на яркий свет и собирают выделенный кислород.

Обнаруживается кислород при помощи тлеющей лучинки. Следует учесть, что лучинка вспыхивает, если в газовой смеси содержится не менее 28% кислорода, если же в смеси кислорода меньше 16%, то лучинка гаснет. Опыт закладывается за 5-8 дней до урока.

9 класс. Тема: «Подгруппа кислорода»

Демонстрации: Влияние оксида серы (IV) на растения.

Под стеклянным колпаком помещают два растения, одно из которых уже накрыто колпаком, но меньшего размера. Для получения оксида серы (IV) используют взаимодействие концентрированной серной кислоты с медью. Стакан с концентрированной серной кислотой и погруженной в нее медной проволокой помещают под большой колпак. Через 5 дней можно наблюдать результаты. Растение, развивающееся под маленьким колпаком, развивается нормально, растение же, помещенное только под большим колпаком, угнетается.

Лабораторный опыт «Распознование сульфат-ионов в растворе»

Учащимся предлагают с помощью раствора хлорида бария провести анализ пробы воды, взятой из сточных вод местного предприятия, или заранее приготовленного раствора соответствующего состава на присутствие сульфат-ионов. Для этого исследуемый раствор подкисляют разбавленной соляной кислотой и добавляют к нему по каплям реактив. При наличии сульфат-ионов выпадает белый осадок сульфата бария. По окончании исследования учащимся предлагают с помощью таблицы растворимости найти еще несколько реактивов на сульфат-ионы и самостоятельно провести исследования.

Тема: «Подгруппа азота»

Демонстрация. Обнаружение азота в органических соединениях.

Чтобы выяснить, входит ли в состав вещества азот, пробу нагревают в пробирке с избытком натронной извести (в верхней части пробирки не должно быть приставших частиц извести). В верхнюю часть пробирки помещают кусочек ваты, накрывают увлажненной плоской лакмусовой бумагой. Пробирку нагревают на горелке (над маленьким пламенем) сначала слабо, потом сильнее. Синее окрашивание лакмусовой бумажки указывает на присутствие азота: содержащийся в органических веществах азот связывается при нагревании с натронной известью и затем превращается в аммиак.

Тема: «Подгруппа углерода»

Демонстрация. Исследование консервных банок на примесь свинца.

Место для исследования очищают от жира кусочком ваты, смоченной эфиром. Другой кусочек ваты смачивают 10%-ным раствором уксусной кислоты и накладывают на 3-4 мин на очищенное место. Затем на то же место накладывают кусочек ваты, смоченный 4%-ным раствором иодида калия. Быстрое пожелтение ваты (из-за образовавшегося иодида свинца (II)) указывает на примесь свинца выше нормы, т.е. более 1% (допускается не более 0,004%).

Лабораторный опыт «Воздействие кислот на карбонаты»

Яичную скорлупу помещают в пробирку и капают на нее соляной кислотой. Пробирку закрывают пробкой, в которую вставлена изогнутая в двух местах и оттянутая на конце трубка для отвода газа. Выделяющийся газ пропускают через известковую или баритовую воду.

Выпадение осадка карбоната кальция или бария свидетельствует, что пропускали углекислый газ. Опыт иллюстрирует факт снижения численности птиц в районах выпадения кислотных дождей.

Тема: «Общие свойства металлов»

Демонстрации. Влияние ионов тяжелых металлов на растения.

За две недели до урока «Физические и химические свойства металлов» готовят растворы: полную питательную смесь Прянишникова. В 5 литровых банок помещают по 245 мг NH4NO3, 123 мг MgSO4·7H2O, 160 мг KCl, 25 мг FeCl3 · 6H2O, 172 мг CaHPO4 и 344 мг CaSO4 ·2H2O, ППСП с избытком ионов цинка, ППСП без ионов цинка, ППСП с избытком ионов меди и ППСП без ионов меди. Затем высаживают в эти растворы рассаду и через 2 недели на уроке обсуждают результаты эксперимента (при недостатке цинка наблюдается задержка роста растений, при избытке цинка - пожелтение кончиков листьев, снижение интенсивности фотосинтеза; при недостатке меди - усыхание листьев, гниение корневой системы, при ее избытке - полегание растений), делают вывод о двойственной роли металлов в природе в зависимости от их концентрации.

Тема: «Металлы главных подгрупп I и III групп периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева».

Демонстрации. Влияние роли ионов кальция в свертывании крови.

Перед демонстрацией опыта необходимо объяснить учащимся, что сущность процесса свертывания крови состоит в превращении фибриногена в фибрин, для чего необходим фермент тромбин, который образуется в присутствии ионов кальция.

В две пробирки наливают по 3 мл крови, к которой добавлен оксалат натрия для осаждения ионов кальция с целью предотвращения свертывания крови. Одну пробирку оставляют в качестве контрольной, а к другой прибавляют 0,5 мл 2%-го раствора хлорида кальция.

Через 10-15 мин должен образоваться сгусток фибрина, т.е. произойдет свертывание крови. Если же кровь не свернется, значит весь хлорид кальция пошел на образование осадка - оксалата натрия в крови. В этом случае в пробирку приливают еще 0,5 мл раствора хлорида кальция до образования сгустка крови. Сравнивают содержимое этой пробирки с содержимым контрольной пробирки, в которой сгустка крови нет.

Тема: «Железо - представитель элементов побочных подгрупп периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева».

Демонстрации. Разложение пероксида водорода каталазой крови.

В цилиндр наливают 10-15 мл 1%-го раствора пероксида водорода и добавляют 1 мл крови. Наблюдают бурное выделение кислорода: жидкость вспенивается и пена заполняет весь цилиндр. Это опыт демонстрирует одну из биологических функций железа. По химической природе, каталаза - геминовый фермент, содержащий железо. [3]

Ход урока

I. Организационный момент:

проверка готовности

учет посещаемости

II. Изучение нового материала

Учитель: Ребята, вы уже много узнали о веществах, их практическом использовании человеком. Вы знакомы с такими классами неорганических соединений, как оксиды, кислоты и соли. Сегодня мы познакомимся с новым классом неорганических веществ - основаниями.

Что же из себя представляют вещества, называемые основаниями. На столах у вас есть пробирки с основаниями, на пробирках написаны формулы NaOH, Ca(OH)2, Cu(OH)2, Fe(OH)3. Выясните, есть ли какое-либо сходство в составе этих веществ.

Учащиеся отмечают, что во всех веществах присутствует группа ОН.

Учитель: Группу ОН называют гидроксогруппой, она одновалентна.

I

Н - ОН гидроксогруппа

вода

Учитель: А чем еще схожи основания?

Учащиеся: гидроксогруппы в основаниях связаны с атомами металлов.

Учащиеся записывают определение оснований в тетради.

Вывод: Сложные вещества, состоящие из атома металла и одной или нескольких гидроскогрупп, называют основаниями.

Учащиеся записывают формулу оснований в общем виде:

n

Ме(ОН)n

Затем учащиеся знакомятся с правилами номенклатуры оснований и называют вещества, имеющиеся у них на столах.

Учитель: Опишем физические свойства оснований.

Учащиеся делают вывод, что все основания - твердые вещества. Затем выясняют растворимость оснований в воде.

Лабораторный опыт

К гидроксидам приливают по 3 - 4 мл воды и взбалтывают смесь.

Учащиеся делают вывод, что основания делятся на растворимые и нерастворимые.

Учитель: Сейчас мы введем в наш химический лексикон еще один новый термин. Растворимые основания называются щелочами.

По учебнику учащиеся выясняют, какие основания относятся к щелочам.

Далее учитель знакомит учащихся с правилами обращения со щелочами, проводит демонстрационный опыт (воздействие щелочи на шерсть). Затем рассказывает о применении щелочей (используется таблица).

Таблица 2.1. Применение щелочей

Учитель: Выясним, изменяют ли растворы щелочей окраску индикаторов.

Лабораторный опыт

Учащиеся разливают раствор гидроксида натрия в 3 пробирки, добавляют индикаторы и отмечают изменение окраски. Проверяют, изменяется ли окраска фенолфталеина в гидроксиде меди (II).

Учащиеся делают вывод: В растворах щелочей индикаторы изменяют окраску, а в нерастворимых основаниях - нет.

Учитель: Ребята, с индикаторами вы встречаетесь не только в химлаборатории, но и дома. Так, в качестве индикатора мы можем воспользоваться заваренным чаем, соками некоторых растений - свеклы, черной смородины.

Для выяснения химических свойств оснований учитель проводит демонстрационный опыт (взаимодействие щелочи с кислотами) и записывает уравнение реакции. О прохождении реакции учащиеся судят по изменению окраски фенолфталеина.

NaOH + HCl = NaCl + H2O

Учащиеся выполняют подобную реакцию, выясняя, реагируют ли нерастворимые основания с кислотами. Проводят химическую реакцию между гидроксидом меди (II) и серной кислотой. Для доказательства образования соли в результате реакции учащиеся выпаривают каплю раствора.

Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O

Учащиеся делают вывод: щелочи и нерастворимые в воде основания вступают в реакции с кислотами с образованием соли и воды.

Учитель: Химические реакции между основаниями и кислотами называются реакциями нейтрализации.

III. Закрепление знаний и умений учащихся

В конце урока проводится обобщение того, что нового узнали и чему научились учащиеся на уроке:

научились составлять формулы оснований и давать им названия

познакомились с классификацией оснований

узнали о способности щелочей изменять окраску индикаторов и о взаимодействии оснований с кислотами.

IV. Домашнее задание

Учебник «Химия - 8»/ Ф.Г. Фельдман, Г.Е. Рудзитис/ § 31, стр. 81, 83, упр. 2, задача 1 (стр. 86).

Амины. Строение аминов. Аминогруппа. Амины как органические основания, взаимодействие с водой и кислотами. Анилин как представитель ароматических аминов. Получение анилина из нитробензола (реакция Н.Н. Зинина), практическое значение анилина.

Аминокислоты. Строение аминокислот. Особенности химических свойств аминокислот, обусловленные сочетанием аминной и карбоксильной групп. Изомерия аминокислот. -Аминокислоты, их значение в природе и применение. Синтез пептидов, их строение.

Понятие об азотсодержащих гетероциклических соединениях на примере пиридина и пиррола.

Демонстрации. Опыты с метиламином (или другим летучим амином): горение, щелочные свойства раствора, образование солей. Доказательство наличия функциональных групп в растворах аминокислот. Взаимодействие анилина с хлороводородной кислотой и бромной водой. Окраска ткани анилиновым красителем [4].

Изложение нового материала. Учителю известно, что амины генетически связаны с нитросоединениями. Однако у учащихся почти нет знаний об этих соединениях, и поэтому рассматривать генетический переход от углеводородов к аминам через нитросоединения, конечно, не имеет смысла.

Объяснение можно построить на основе имеющихся у учащихся знаний об аммиаке, тем более что они должны были вспомнить их в процессе подготовки домашнего задания. Объяснение строят в форме рассказа, по возможности используя изготовленные учащимися модели молекул и демонстрационный эксперимент [5]. В ходе объяснения необходимо осветить следующие вопросы:

1. Состав и формулы аминов (метиламин, этиламин, диметиламин), их названия.

2. Физические свойства (низшие амины - газы, имеют запах аммиака, хорошо растворяются в воде).

3. Химические свойства (горение, взаимодействие с водой и кислотой).

Заметим, что обсуждение растворимости аминов в воде - это переход к их химическим свойствам, так как в основе растворения лежит химическое взаимодействие с водой. Рассмотрение этого взаимодействия предоставляет возможность по усмотрению учителя рассмотреть такие вопросы, как образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму, проявление растворами аммиака и аминов основных свойств; сделать вывод о сходстве и различиях их свойств. В связи с тем, что ранее не рассматривался вопрос о взаимном влиянии атомов в молекулах органических веществ, причины различий обсуждать не следует.

С целью закрепления знаний учащимся можно предложить ответить на вопрос и выполнить задания:

Составьте формулы изомеров пропиламина СH3 - CH2 - CH2 - NH2.

С какими из перечисленных ниже соединений вступает в реакцию этиламин: H2O, NaOH, NaCl, HNO3? Напишите уравнения возможных реакций.

Задание на дом: § 40, выполнить задания 2, 4, повторить строение бензола (§ 17).

Далее внимание учащихся привлекают к реакции взаимодействия анилина с бромом, не останавливаясь на влиянии аминогруппы на бензольное кольцо, а лишь указывая, что особенности строения молекулы анилина обусловливают возможность осуществления этой реакции.

О получении и применении анилина для изготовления красителей, различных фармацевтических препаратов, фотореагентов, взрывчатых веществ, пластических масс и т.д. рассказывает учитель.

На этом уроке, по нашему мнению, целесообразно отметить в рассказе о производстве и применении анилина и токсическое воздействие выбросов как производства, так и побочных продуктов при использовании аминосоединений.

Для того чтобы учащиеся лучше усвоили генетическую связь между классами органических веществ, разбирают образование ароматических аминов от «родоначальника» всех ароматических углеводородов - бензола через нитросоединения. Прежде всего, коротко напоминают способы получения аминов жирного ряда от предельных углеводородов, затем предлагают вспомнить свойства изученного ранее бензола и объяснить их, исходя из электронного строения бензола. Для этого желательно вывесить таблицу электронного строения бензола, подготовить модель его молекулы. Таким образом, учащиеся сами «протянут ниточку» от бензола к фениламину через нитробензол и без труда запишут соответствующие уравнения реакций.

Здесь же демонстрируют опыт получения нитробензола в колбе с обратным холодильником. На доске записывают уравнение соответствующей реакции. Затем проводят опыт восстановления полученного нитробензола в анилин. Во время выполнения этого опыта сообщают учащимся о реакции Н.Н. Зинина и ее значении для народного хозяйства.

Затем демонстрируют чистый анилин (если он есть в школе), рассказывая о его токсичности и об осторожном обращении с ним. Демонстрируют некоторые физические свойства: агрегатное состояние, цвет, запах, растворимость в воде.

Затем переходят к изучению химических свойств анилина. По аналогии с аминами жирного ряда предполагают наличие у анилина основных свойств. Для этого в стакан, в котором проверяли растворимость анилина в воде, приливают несколько капель фенолфталеина. Окраска раствора не меняется. Проверяют взаимодействие анилина с концентрированными соляной и серной кислотами. После охлаждения смеси учащиеся наблюдают кристаллизацию солей, следовательно, анилин проявляет свойства оснований, не слабее, чем амины жирного ряда. В ходе обсуждения этих опытов составляют уравнения реакций, дают названия образующимся веществам.

Далее демонстрируют взаимодействие солей анилина со щелочью (проводим аналогию с солями аммония). Здесь попутно ставят вопрос: в виде каких соединений амины жирного ряда находятся в селедочном рассоле, если он взаимодействует со щелочью с образованием аминов? (Как правило, учащиеся отвечают: в виде солей). Проверяют растворимость их в воде и взаимодействие солей анилина с окислителями, например с двухромовокислым калием. Этой реакцией обнаруживают вещества, разнообразные по окраске. Сообщают учащимся, что на свойствах анилина основано производство мно-гочисленных анилиновых красителей (в том числе и такого ценного, как синтетическое индиго), лекарственных веществ, пластических масс. В заключение демонстрируют опыт взаимодействия анилина с хлорной известью. Отмечают, что эта реакция является характерной на анилин. Для проверки предлагают обнаружить анилин в смеси веществ, полученных при постановке опыта восстановления нитробензола металлами. Учащиеся еще раз убеждаются в существовании генетической связи между классами. Для закрепления изученного предлагают составить уравнения реакций, подтверждающие возможность осуществления следующих превращений:

Учащиеся на опыте увидят, что основные свойства анилина по сравнению с аминами предельного ряда ослаблены. Объясняется это влиянием ароматического радикала фенила С6Н5. Для пояснения вновь расссматривваем электронное строение бензола. Учащиеся вспоминают, что подвижное -электронное облако бензольного ядра образовано шестью электронами (хорошо иметь модель молекулы или хороший рисунок молекулы бензола). Необходимо подчеркнуть, что в бензольном ядре вместо одного атома водорода стоит аминогруппа, нарисовать электронное строение молекулы амина и еще раз обратить внимание на свободную неподеленную пару электронов атома азота в аминогруппе, которая вступает во взаимодействие с -электронами бензольного кольца. Вследствие этого на азоте электронная плотность уменьшается, свободная пара электронов с меньшей силой удерживает протон водорода и в раствор поступает мало гидроксильных ионов. Все это определяет более слабые основные свойства анилина, что наблюдалось при реакции его с индикаторами.

Неподеленная пара электронов азота аминогруппы, вступая во взаимодействие с -электронами бензольного ядра, смещает электронную плотность в орто- и пара-положения, делая ядро бензола в этих местах химически более активным. Это легко подтверждается опытом взаимодействия анилина с бромной водой, который тут же показывают:

В заключение следует обратить внимание учащихся на существующую в природе связь между веществами, на их развитие от простого к сложному.

Предварительно учащиеся знакомятся с запахом метиламина. Для этого в пробирке или на стекле к небольшой щепотке хлористоводородного метиламина они прибавляют 5-7 капель концентрированного раствора щелочи. Отмечают сходство запаха выделяющегося метиламина с запахом аммиака.

Для демонстрации опытов с метиламином в небольшую колбочку с отводной трубкой и капельной воронкой помещают 2-3 г. соли, в капельную воронку наливают концентрированный раствор щелочи. Метиламин получают, прибавляя понемногу из воронки щелочь к взятой соли. С метиламином проделывают следующие опыты:

а) Пропускают выделяющийся газ в воду, подкрашенную фиолетовым или красным лакмусом. Лакмус синеет. Делают заключение о том, что не только по запаху метиламин имеет сходство с аммиаком, но и по химическим свойствам (щелочные свойства водного раствора). Составляется уравнение гидратации метиламина.

б) Получают снова раствор метиламина, пропуская газ в воду (без лакмуса), и проводят реакцию с раствором хлорида железа, как было указано выше (пункт «б»). Подтверждаются щелочные свойства гидроокиси мети-ламмония.

в) К отводной трубке колбы подносят открытую склянку с концентрированной соляной кислотой или палочку, смоченную кислотой. Образуется густое облако дыма хлористоводородной соли (черный фон!). Параллельно ставят опыт с аммиаком. Составляют уравнение реакции солеобразования и, проводя далее аналогию с аммиаком и солями аммония, объясняют реакцию получения амина из соли (см. выше).

г) Чтобы показать отличие метиламина от аммиака, демонстрируют горючесть метиламина, поджигая газ у отводной трубки колбы. Учащиеся знают, что аммиак на воздухе не горит. Для большей убедительности над пламенем горящего метиламина помещают стакан, сполоснутый известковой или баритовой водой. Появление мути на стенках свидетельствует о наличии углерода в горящем веществе (чего нет в аммиаке) и о принадлежности его к органическим соединениям.

Получение метиламина из ацетамида. Для получения метиламина и постановки опытов с ним можно воспользоваться реакцией амида уксусной кислоты с хлорной известью:

В маленькую колбочку с отводной трубкой помещают около 3 г ацетамида и двойное количество смеси хлорной извести с гидроокисью кальция, замешанной на воде. Вещества перемешивают и нагревают. Выделяется газообразный метиламин. С ним проводят опыты, как указано выше (растворение в воде, окраска лакмуса, горение и т.д.). Уравнение реакции образования метиламина с учащимися не разбирается.

Ацетамид, необходимый для опытов, может быть синтезирован учащимися в химическом кружке.

Получение ацетамида. Ацетамид может быть получен взаимодействием карбоната аммония и уксусной кислоты:

В круглодонную колбу наливают 15 г. уксусной кислоты и прибавляю: небольшими порциями 8 г карбоната аммония (выделение СО2). Колбу закрывают пробкой с вертикальным воздушным холодильником и нагревают около часа до слабого кипения. Затем содержимое переливают в колбу для перегонки, закрывают колбу пробкой с термометром, присоединяют небольшой нисходящий воздушный холодильник и медленно производят перегонку, пока температура не поднимется до 160° С. При этой температуре удаляют холодильник и отводную трубку колбы помещают непосредственно в приемник. Продолжают перегонку до 200° С. Затем меняют приемник и после этого отгоняют ацетамид в интервале температур 200-220° С. Полученный продукт без очистки можно применять для получения метиламина. Ввиду гигроскопичности ацетамид нельзя держать на открытом воздухе.

Анилин

Опыты с анилином должны показать, что это вещество принадлежит к классу аминов, имеет свойства основания и в то же время отличается от алифатических (жирных) аминов по степени проявления основных свойств. Большое внимание также должно быть уделено получению анилина из нитробензола ввиду особого исторического значения этой реакции и ее роли в современной промышленности. Ввиду ядовитости паров анилина опыты следует проводить в вытяжном шкафу.

Отношение анилина к индикаторам. К 100 мл воды в демонстрационном стакане прибавляют 1 мл анилина и взбалтывают смесь стеклянной палочкой. Половину раствора отливают в другой такой же бокал. После этого к одной половине раствора приливают раствор фенолфталеина, к другой - фиолетовый раствор лакмуса. Окраска индикаторов не изменяется.

Взаимодействие анилина с кислотами. После того как показано, что анилин не действует на индикаторы, т.е. не обладает щелочными свойствами, возникает вопрос о том, обладает ли вообще он свойствами оснований, вступает ли он, например, в реакции солеобразования с кислотами.

1. В пробирку с 5 мл воды учащиеся наливают около 0,3 мл анилина. Смесь взбалтывают. Убеждаются, что анилин почти не растворился в воде. Добавляют по каплям концентрированную соляную кислоту. Анилин растворяется. Составляют уравнение реакции образования хлористоводородного анилина.

К раствору соли анилина добавляют по каплям концентрированный раствор щелочи. Снова выделяется анилин в виде маслянистой жидкости. Составляют уравнение реакции.

При проведении опыта следует пользоваться концентрированными растворами кислоты и щелочи с той целью, чтобы не вводить большого количества воды, иначе из-за частичной растворимости анилина (1 г анилина растворяется в 30 мл воды) выделение его будет мало заметно.

2. В демонстрационную пробирку наливают 5 мл анилина и затем примерно такой же объем концентрированной соляной кислоты или 50-процентной серной кислоты. Дают некоторым учащимся убедиться, что проходит экзотермическая реакция. Охлаждают пробирку в струе холодной воды. Выделяются кристаллы соли. Растворяют соль по возможности в небольшом количестве воды (воду добавляют небольшими порциями и пробирку встряхивают). Если остался непрореагировавший анилин, отфильтровывают от него раствор, а к раствору соли добавляют концентрированный раствор щелочи. Выделяется свободный анилин.

Тем или другим из этих опытов устанавливается, что анилин является основанием; отсутствие же действия его на индикаторы говорит о том, что он основание более слабое, чем жирные амины.

Так как по составу молекул жирные амины и анилин отличаются тем, что вместо предельного радикала здесь имеется бензольное ядро, то, очевидно, что ослабление основных свойств аминогруппы обусловлено влиянием ароматического радикала - С6Н5.

Взаимодействие анилина с бромной водой. Как известно, влияние атомов друг на друга в молекуле взаимно. Если бензольное кольцо влияет на аминогруппу в анилине, ослабляя проявление ею свойств основания, то можно ожидать, что и бензольное ядро под влиянием этой группы будет обладать свойствами, отличными от свойств бензола. С подобным изменением свойств ядра учащиеся уже встречались на примере фенола.

Встает вопрос, не ослабляет ли аминогруппа связь атомов водорода с ядром, подобно тому как эту связь ослабляет гидроксильная группа в феноле, и не будет ли анилин реагировать с бромной водой, как реагирует с ней фенол.

1. В колбе или демонстрационной пробирке растворяют при встряхивании в 10 мл воды 1 мл анилина. К полученному раствору (эмульсии) добавляют бромную воду до образования белого осадка.

Осадок представляет собой триброманилин:

Необходимо, чтобы растворы анилина и брома были достаточно концентрированными. Вместо раствора анилина можно воспользоваться раствором его соли.

Окисление анилина. Анилин сравнительно легко окисляется в разнообразные продукты. При окислении анилина хромовой смесью и некоторыми другими окислителями образуется так называемый черный анилин, применяемый для окраски в черный цвет тканей, дерева кожи.

1. В демонстрационной пробирке к 3-4 мл водной эмульсии анилина приливают 10-12 мл хромовой смеси. Жидкость взбалтывают и подогревают. Вначале она приобретает зеленую окраску, затем синеет, при дальнейшем нагревании образуется осадок черного анилина. Характер осадка выявляется при сильном взбалтывании смеси в пробирке.

2. В 100 мл воды растворяют 2 г бихромата калия К2Сr2О7 и 1 мл концентрированной серной кислоты. К полученному раствору добавляют 2 г солянокислого анилина или по 1 мл анилина и концентрированной соляной кислоты. Смесь перемешивают стеклянной палочкой. В образующийся раствор быстро вносят кусок хлопчатобумажной ткани. Краситель с тканью нагревают, затем ткань достают, отжимают валиком на гладкой поверхности и развешивают на стеклянных палочках.

3. Готовят раствор солянокислого анилина, приливая к 50 мл воды 2 мл анилина и 3 мл концентрированной соляной кислоты. К раствору добавляют еще 1 г хлорида аммония. Полученный раствор наносят кисточкой на гладкую поверхность доски.

После того как раствор впитается, таким же способом покрывают дерево вторым раствором, приготовляемым растворением 4 л бертолетовой соли и 6 г медного купороса в 50 мл воды. Бертолетова соль окисляет анилин, и поверхность доски постепенно принимает черную окраску. Хлористый аммоний и медный купорос способствуют ускорению процесса окисления и получению плотной и прочной окраски. После высыхания поверхности на нее еще несколько раз наносят попеременно первый и второй растворы.

Реакция анилина с хлорной известью. При взаимодействии анилина с хлорной известью даже при очень сильных разбавлениям образуется характерное фиолетовое окрашивание. Хлорная известь поэтому может служить реактивом на анилин.

В цилиндр или стакан наливают 200-300 мл воды, растворяют в ней несколько капель анилина и приливают очень немного свежеприготовленного и профильтрованного водного раствора хлорной извести. Образуется фиолетовое окрашивание (белый фон!). Если раствор анилина взят слишком концентрированный, опыт проходит менее наглядно, так как окраска образуется слишком темная. В таком случае смесь растворов следует разбавить водой. Химизм этой реакции с учащимися не рассматривается.

Получение анилина. Современное производство анилина основано на реакции восстановления нитробензола, открытой Н.Н. Зининым.

В промышленном способе производства для восстановления нитробензола используются соляная кислота и железные или чугунные опилки. Все эти вещества загружаются в реактор; образующийся водород в наиболее активной своей форме - «в момент выделения» - энергично восстанавливает нитробензол в анилин.

В школьных опытах получения анилина для ускорения реакции вместо железа используют обычно олово или цинк. Опыт с железом может быть перенесен на практические занятия или в химический кружок и поставлен там не только для иллюстрации основной химической реакции, но и с целью отражения важнейших производственных операций.

1. В колбочку емкостью 100 мл вносят 2-3 капли нитробензола, приливают 1-2 мл концентрированной соляной кислоты и вносят 2-3 маленьких кусочка цинка (или олова). Если реакция пойдет слишком бурно, колбочку охлаждают в струе холодной воды или в стакане с водой. Когда запах нитробензола исчезнет или почти исчезнет, в колбу приливают концентрированный раствор щелочи (30-40-процентной) до тех пор, пока образующийся вначале осадок гидроокиси цинка Zn(ОН)2 ввиду своей амфотерности не растворится при дальнейшем прибавлении щелочи:

Zn(ОН)2 + 2NаОН Na2ZnО2 + 2Н2О

Это будет гарантией того, что щелочь выделит анилин из хлористоводородной соли. Чтобы констатировать образование анилина, присоединяют к колбе холодильную трубку и отгоняют около 0,5-1 мл жидкости. Анилин гошпся вместе с парами воды в виде белой эмульсии. Разбавляют дистиллят водой, чтобы анилин растворился, и открывают его с помощью раствора хлорной извести. Одновременно убеждаются, что нитробензол не дает окрашивания хлорной известью.

Получение анилинформальдегидной смолы. Анилин по ряду свойств напоминает фенол (бромирование, нитрование и т.п.). Подобно фенолу он дает высокомолекулярные смолы с формальдегидом (формалином).

В зависимости от соотношения исходных веществ и условий реакции анилинформальдегидные смолы имеют различное строение, например:

Вместо анилина берется насыщенный раствор хлористоводородной его соли, что дает возможность провести реакцию в гомогенной среде и поэтому достаточно быстро.

В небольшой химический стакан наливают 10 мл формалина (40-процентного) и такой же объем заранее приготовленного насыщенного раствора хлористоводородного анилина в воде. В середину стакана тотчас же ставят стеклянную палочку. Образуется густая смола. Палочка прочно удерживается в вертикальном положении. За палочку можно поднять стакан с его содержимым.

Полученная плотная масса имеет резкий удушливый запах от примеси формальдегида.

Продукт обносят по классу или извлекают его из стакана, разламывают на кусочки и на часовых стеклах передают учащимся для ознакомления.

Найдем объем помещения из выражения для его концентрации:

С = m/V; V = m/C

V = 8500 / 0,5 = 17000 м3

Ответ: Объем помещения должен быть больше 17000 м3.

В лаборатории размерами 28 20 3 м было разлито 1,62 мл бутиламина (ПДК = 10 мг/м3, = 0,7401 г./мл) и 1,2 мл дипропиламина (ПДК = 5 мг/м3, = 0,7384 г./мл). Составляет ли угрозу здоровью персонала такая ситуация?

Решение:

Найдем массу веществ:

m = V

для бутиламина m = 0,7401 1,62 = 1,2 г = 1200 мг

для дипропиламина m = 0,7384 1,2 = 0,9 г = 900 мг

Найдем объем помещения:

V = 28 20 3 = 1680 м3

Концентрация веществ:

С1 = m/V = 1200 / 1680 = 0,71 мг/м3

С2 = m/V = 900 / 1680 = 0,54 мг/м3

Ответ: Данная утечка не представляет особой угрозы здоровью персонала.

По вышеприведенным схемам учащимся предлагается составить задачи.

Задача 5. Самый дешевый щелочной реагент для нейтрализации кислотных промышленных стоков - гашеная известь (гидроксид кальция). Используют как суспензию гидроксида кальция («известковое молоко»), так и прозрачный раствор («известковую воду»). Рассчитайте рН 0,02М раствора Ca(OH)2.

Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

Ca(OH)2 = Ca2+ + 2 OH-; рН > 7

c {Ca(OH)2} = 0,02 моль/л; pH =?

В соответствии с уравнением реакции равновесная молярная концентрация анионов OH - вдвое больше концентрации гидроксида кальция c {Ca(OH)2}:

[OH-] = 2c {Ca(OH)2}

рН = 14 - pOH = 14 + lg[OH--] = 14 + lg 2c {Ca(OH)2} = 12,6

Ответ. Водородный показатель известковой воды равен 12,6.

Задача 6. Одно из самых дешевых азотных удобрений - аммиачная вода, раствор аммиака. Определите степень диссоциации гидрата аммиака NH3. H2O в 0,002М растворе, если его рН равен 10,3 при 25 oС.

Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

NH3. H2O <<здесь знак обратимости>> NH4+ + OH-; рН > 7

c(NH3. H2O) = 0,002 моль/л; pH = 10,3

a =?

В соответствии с уравнением реакции равновесная молярная концентрация анионов OH - связана с концентрацией гидрата аммиака и степенью диссоциации:

[OH-] = a. c(NH3. H2O)

рН = 14 - pOH = 14 + lg[OH--] = 14 + lg {a. c(NH3. H2O)}

a = (10 pH - 14): с = 10 10,3 - - 14 / 0,002 = 0,093 = 9,3%

Ответ. Степень диссоциации гидрата аммиака равна 9,3. [9 - 11]