В.Я.ВИВЮРСКИЙ

МЕТОДИКА
ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

Продолжение. См. № 27–28, 30, 31, 36, 38, 39, 40, 43, 45/2003;
5, 8, 11, 17, 19, 21, 24, 27-28, 32, 34/2004

§ 5.3. Методика работы учащихся
с малой массой реактивов

Ученики работают с малой массой реактивов в процессе выполнения лабораторных опытов, практических работ и решения экспериментальных задач. Все они имеют много общего: химические опыты во всех трех случаях школьники выполняют самостоятельно и приобретают или совершенствуют практические умения и навыки. Однако характер этих занятий и организация эксперимента различны.

Лабораторные опыты благодаря использованию малой массы реактивов могут проводиться на всех этапах урока, т.к. выполнение опытов требует очень мало времени. Опыты ребята проводят индивидуально.
К проведению лабораторных опытов преподаватель готовится заранее. Он разрабатывает план занятий, проверяет опыты, готовит оборудование на рабочие столы учащихся, составляет текст заданий. В связи с тем, что ученики опыты с малой массой реактивов выполняют быстро, он предусматривает, если это возможно, варианты одних и тех же опытов, дополнительные экспериментальные и расчетно-экспериментальные задачи, расчетные задачи и другие виды заданий.
На уроке преподаватель следит за техникой выполнения опытов, общим порядком в классе, обращает внимание на понимание выполняемых операций, сущности опытов, оказывает индивидуально-дифференцированную помощь. В тех случаях, когда обнаруживается типичная ошибка в работе многих учащихся, учитель останавливает работу всего класса, объясняет суть ошибки и советует, как ее нужно исправить.
Оформление результатов опытов должно быть в рабочих тетрадях кратким: что делали, что наблюдали и выводы. Если нужно, ученики составляют уравнения реакций и делают рисунки приборов.
Приведем в качестве примера инструкцию к лабораторному опыту «Получение метана» и краткий отчет о выполненной работе.

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАНА

Задачи:

1) ознакомиться с получением метана в лаборатории;
2) изучить физические и химические свойства метана;
3) доказать, что полученный газ – метан, а соль является карбонатом;
4) доказать, что газ, выделяющийся при взаимодействии карбоната с кислотой, является оксидом углерода(IV).

Оборудование и материалы. Согнутая стеклянная трубка, приемник, пластинка из стекла, стеклянная палочка, пипетка, бумажная (корковая или резиновая) пробка, пробиркодержатель или тигельные щипцы, ступка с пестиком, горелка (спиртовка или электрический нагревательный прибор), маленькая пробирка, спички, банка для слива, тряпка для уборки рабочего места.
Реактивы. Обезвоженный ацетат натрия или ацетат калия без предварительной обработки, натронная известь (смесь Са(ОН)₂ и NаОН), известковая или баритовая вода, раствор соляной кислоты.

ХОД РАБОТЫ

1. В фарфоровой ступке приготовьте для реакции смесь из одной части ацетата натрия и двух частей натронной извести. Для этого смесь сначала перемешайте стеклянной палочкой, а затем разотрите с помощью ступки в мелкий порошок.
2. В согнутую под прямым углом трубку поместите смесь объемом 1–2 горошины. Длинное колено трубки закройте пробкой, а на короткое колено наденьте маленькую пробирку.
По положению пробирки определите:
   а) физическое состояние метана;
   б) относительную плотность метана по воздуху и водороду.
Нагревайте смесь в пламени горелки (спиртовки) и время от времени снимайте пробирку и подносите к огню. Метан, полностью заполнивший пробирку, загорается и горит (как?). Нагревание продолжайте до полного прекращения выделения газа.
Составьте уравнения реакций получения метана и его горения.
3. Дайте остыть трубке и только после этого высыпьте порошок на стеклянную пластинку. Рядом с ним поместите каплю раствора соляной кислоты. Переносите маленькими порциями порошок в кислоту. Что вы наблюдаете?
Составьте уравнения реакций в молекулярной, полной и сокращенной ионных формах.
4. Присоедините к трубке приемник с известковой или баритовой водой. Снимите пробку, введите в трубку 3–5 капель раствора соляной кислоты и быстро закройте ее отверстие пробкой. Что вы наблюдаете?
Составьте уравнение реакции.

Приведем примерную запись о проделанной работе в тетрадях учащихся.

Что делали?	Что наблюдали?
1. Приготовили смесь обезвоженного ацетата натрия с натронной известью и растерли смесь в ступке	1. Мелкий порошок
2. Смесь объемом 1–2 горошины поместили в согнутую трубку и нагревали ее в пламени горелки (спиртовки). Подожгли метан в пробирке	2. Горение метана слабым светящимся пламенем. Это доказывает, что полученный газ – метан: СН3СООNa + NaOH = CH4 + Na2СО3, CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2О. Метан находится в газообразном состоянии. Относительная плотность метана по воздуху 0,55, а по водороду – 8. Это значит, что метан в 1,8 раза легче воздуха и в 8 раз тяжелее водорода
3. На стеклянную пластинку из трубки высыпали порошок и рядом с ним поместили каплю раствора соляной кислоты. Затем переносили порошок маленькими порциями в кислоту	3. Выделение газа: Na2СO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2, 2Na+ + 2H+ + 2Cl– = 2Na+ 2Cl– + H2O + CO2, + 2H+ = H2O + CO2
4. K трубке присоединили приемник с известковой (баритовой) водой и в трубку ввели 3–5 капель раствора соляной кислоты:	4. Выделение газа, а в приемнике помутнение известковой (баритовой) воды. СО2 + Са(ОН)2 = СаСО3. Это доказывает, что выделяющийся газ – оксид углерода(IV)
Выводы. Метан в лаборатории получается при взаимодействии ацетата натрия (калия) с твердым гидроксидом натрия при нагревании. Гидроксид кальция (гашеная известь) Са(ОН)2 в реакцию не вступает и применяется здесь как водопоглощающее средство. Метан – газ, бесцветный, легче воздуха, горит слабым светящимся пламенем

Использование малой массы реактивов на практических работах позволяет улучшить организацию труда преподавателя и учащихся, а также приводит к экономии времени, т.к. учащиеся быстрее выполняют опыты. В связи с этим задача преподавателя состоит в том, чтобы разумно расходовать высвободившееся время. Так он может за счет него дополнительно предложить учащимся выполнить вариативный опыт, решить экспериментальные и расчетные задачи.
Обязательное условие, которое необходимо выполнять неукоснительно: каждый ученик должен ставить опыты по инструкции индивидуально. Это позволяет ему быстрее приобретать или совершенствовать необходимые практические умения и навыки. Преподаватель должен заботиться не только о хорошей организации практических занятий, но и об оформлении работ письменно, за качество которого он выставляет отметки.
Приведем в качестве примера инструкцию по проведению практической работы «Получение аммиака и изучение его свойств. Ознакомление со свойствами водного раствора аммиака (нашатырного спирта)».

ПОЛУЧЕНИЕ АММИАКА И ИЗУЧЕНИЕ ЕГО СВОЙСТВ

Задачи:

1) ознакомиться с получением аммиака в лаборатории;
2) изучить физические и химические свойства аммиака;
3) познакомиться со свойствами водного раствора амммиака (нашатырного спирта).

Оборудование и материалы. Трехколенная стеклянная трубка, три согнутые трубки, стеклянная палочка или лучинка, горелка или спиртовка, бумажная (корковая или резиновая) пробка, пробиркодержатель, пипетка, спички, банка для слива, тряпка для уборки рабочего места.
Реактивы. Кристаллический хлорид аммония, гранулированная натронная известь (смесь Са(ОН)₂ и NaOH), раствор фенолфталеина или фенолфталеиновая индикаторная бумага, капельница, вода в пробирке, концентрированная соляная и азотная кислоты и разбавленная серная кислота (20%-я), растворы хлорида алюминия, хлорида железа(III), сульфата железа(II), нитрата свинца и сульфата хрома(III).

ХОД РАБОТЫ

1. На пластинку из стекла поместите объемом с горошину натронную известь и рядом такой же объем хлорида аммония. Перемешайте стеклянной палочкой или лучинкой эти вещества. Понюхайте смесь. Что вы ощущаете? Поднесите к смеси смоченную в воде фенолфталеиновую индикаторную бумагу. Что вы наблюдаете?
2. Поместите приготовленную смесь в горизонтальную часть трехколенной стеклянной трубки, а в согнутую часть введите с помощью пипетки или капельницы несколько капель воды, чтобы она не заполняла весь просвет трубки. Плотно закройте пробкой отверстие горизонтальной части стеклянной трубки. Нагревайте смесь примерно 1–2 мин. Понюхайте у открытого отверстия трубки. (Нюхать следует осторожно, придерживаясь правила!) Что вы ощущаете?
3. Полученный раствор (1–2 капли) перенесите на стеклянную пластинку и понюхайте. Что вы установили? В каплях раствора смочите фенолфталеиновую индикаторную бумагу. Что вы наблюдаете?
Составьте уравнение реакции аммиака с водой.
4. Поместите по капле концентрированного раствора аммиака в три согнутые трубки. В одну из них, не касаясь стенок трубки, внесите тонкую лучинку или стеклянную палочку, смоченную концентрированной соляной кислотой. Что вы наблюдаете? Повторите эту операцию с концентрированной азотной кислотой. Что вы наблюдаете? Проделайте то же самое с серной кислотой.
Составьте, где это возможно, уравнения происходящих реакций. Объясните, что представляет собой дым и почему он не образуется при взаимодействии аммиака с серной кислотой.
5. Поместите на пластинку из стекла по капле разбавленного раствора аммиака (нашатырного спирта), соляной и азотной кислот. Осторожно, держа пластинку высоко над пламенем, постоянно двигайте его, чтобы нагрев был равномерным и стекло не лопнуло. Капли нагревайте до полного их испарения. Что вы наблюдаете?
Поместите на стеклянной пластинке три капли раствора аммиака и возле них по капле растворов соляной, азотной и серной кислот. Капли соедините попарно. Понюхайте. Что вы ощущаете? Если капля с серной кислотой не пахнет, то прибавьте еще одну каплю нашатырного спирта (избыток аммиака). Нагрейте пластинку до испарения капель, избегая перегрева. Что вы наблюдаете?
Составьте уравнения соответствующих реакций в молекулярной, полной и сокращенной ионных формах. Объясните сущность этих реакций.
6. Поместите на пластинку из стекла по отдельности пять капель водного раствора аммиака (нашатырного спирта) и рядом с ними по капле хлорида железа(III), сульфата железа(II), хлорида алюминия, нитрата свинца и сульфата хрома(III). Что вы наблюдаете?
Составьте соответствующие уравнения реакций в молекулярной, полной и сокращенной ионных формах. Отметьте цвет осадков и объясните сущность происходящих реакций.
Практические работы оформляются по тем же двум разделам, что и лабораторные опыты (что делали? что наблюдали?), и заканчиваются выводами.

Методика решения экспериментальных задач с использованием малой массы реактивов направлена на развитие мышления, самостоятельности учащихся, их активности и на совершенствование знаний и экспериментальных умений и навыков. Решение таких задач требует мало времени, поэтому к ним обращаются на всех этапах урока. При их решении не только применяются усвоенные знания в сходных условиях, но и переносятся эти знания в новые нестандартные ситуации, а также используются обобщенные знания. Как ни один другой вид ученического эксперимента, подобные экспериментальные задачи позволяют учащимся решать их индивидуально. Их достоинство в том, что для обеспечения решения нужен минимум оборудования и реактивов.
Форма записи полученных при этом результатов обычно свободная, но она должна быть лаконичной, точной и ясной.
Более подробно о методике решения экспериментальных задач см. в § 3.4.