Исследовательская работа и презентация на тему"«Белизна» во всех делах годна."

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "ШКОЛА № 94"                                               Научное общество учащихся Использование "Белизны" как химического реактива  в школьной лаборатории. Работу выполнила:  Кужиль Анна ученица 9б класса Научный руководитель: Гусева Елена Геннадьевна, учитель химии 2 Содержание Стр. Введение ..............................................................................................3 Глава I Теоретическая часть: I.1 История белизны ..............................................................................4 I.2 Состав белизны.................................................................................4 I.3 Достоинства средства.......................................................................5 I.4 Недостатки отбеливателя................................................................5 I.5 Техника безопасности......................................................................6 Глава II. Практическая часть: II.1 Подготовка к исследованию...........................................................7 II.2 Экспериментальные исследования...............................................8 II.2.1 Получение азота...........................................................................8 II.2.2. Получение кислорода.................................................................9 II.2.3 Получение хлора..........................................................................10 II.2.4 Получение хлорной воды............................................................10 II.2.5 Получение брома.........................................................................11 II.2.6 Получение бромной воды...........................................................12 II.2.7 Получение хлороформа...............................................................13 II.2.8 Гидролиз хлороформа.................................................................14 II.2.7.1 Качественное определение хлора в хлороформе..................15 Заключение................................................................................................1 6 Список используемой литературы............................................................17 3 Введение В школьной химической лаборатории имеется небольшой набор реактивов. Для  проведения демонстрационных опытов необходимы сильные окислители. Одним из  сильных окислителей является  "Белизна"  «Белизна»   ­   традиционное   средство,   предназначенное   для   выведения   пятен   с   белья, чистки посуды, кафеля и т. д.  Об   окислительных   способностях   хлора,   хлорноватистой   кислоты   и   ее   солей   – гипохлоритов   я   узнала   в   книгах   Аликберовой   Л.Ю.,   Малышкиной   В.,   в энциклопедическом   словаре   юного   химика.   В   сборнике   инструкций     и   рекомендаций Маршановой   Г.Л.   познакомилась   с   правилами   безопасной   работы   при   получении газообразных   веществ.   Свойства   хлора   и   брома   изучила   по   «Неорганической   химии» Хомченко  Г.П. и Цитович И.К. О свойствах хлороформа узнала из «Курса органической химии»   Степаненко   Б.Н.   В   журнале   «Химия   в   школе»     познакомилась   с   методикой получения органических и неорганических веществ из раствора «Белизны».  Цель работы: получение из «Белизны» неорганических и органических веществ. Задачи: 1. ознакомиться с кругом литературных источников по данной теме; 2. 3. изучить методику проведения эксперимента с раствором «Белизны»; закрепить знания учащихся о правилах обращения с веществами в повседневной жизни и при проведении экспериментальных исследований; 4. отработать   навыки   экспериментального   определения   неорганических   и органических веществ; 5. получить   в   лабораторных   условиях   из   раствора   «Белизны»   неорганические вещества: азот, кислород, хлор, бром, хлорную и бромную воду, а также органическое вещество хлороформ; провести качественные реакции с хлорной и бромной водой, продуктами гидролиза 6. хлороформа. 4 Глава I Теоретическая часть I.1 История белизны В Древнем Египте, для того чтобы получить красивые  носильные вещи и постельное белье, было принято  отбеливать хлопок. Поскольку никаких химических  средств, предназначенных для этой цели, тогда не было,  данная процедура проводилась просто путем  вылеживания материала под лучами солнца. Позднее в  разных странах использовались и другие методы отбеливания как сырья, так и готовых вещей. Химические вещества начали применяться для этой цели только в конце 19 века. Самым   эффективным   и   недорогим   средством   при   этом   оказался   гипохлорид   натрия. Составы, предназначенные для отбеливания, на его основе выпускаются до сих пор. В том числе и хорошо известная всем «Белизна», инструкция по использованию которой и будет рассмотрена ниже.  Конечно же, в основном это средство применяется хозяйками для отбеливания белья. Для удаления   пятен   практически   любого   происхождения   также   может   быть   использована «Белизна». Применение этого средства довольно­таки эффективно и при необходимости очистки от разного рода загрязнений фарфоровой, фаянсовой и пластиковой посуды, а 5 также кафельной плитки. Для дезинфекции (к примеру, сантехники) хозяйки также часто используют именно «Белизну» I.2 Состав белизны Основным компонентом этого недорогого отбеливателя является гипохлорид натрия – химикат,   относящийся   к   сильным   окислителям   и   обладающий   антисептическими свойствами.  Отбеливающее   и   дезинфицирующее   средство   «Белизна»,   подобно   жавелевой   воде (Жавель, от франц. Javelle – местечко около Парижа, где впервые стали изготовлять эту воду), представляет собой раствор солей гипохлорита  NaClO  и хлорида натрия  NaCl, который   получается   при   пропускании   газообразного   хлора   через   раствор   гидроксида натрия (на холоду). В щелочной среде протекает реакция дисмутации хлора, и в итоге получается раствор смеси хлорида и гипохлорита натрия NaCl и NaClО: Cl2 + 2NaOН = NaCl + NaClO + H2O Гипохлорит натрия, входящий в состав раствора «Белизны», ­ сильный окислитель и прекрасное   средство   для   обесцвечивания   (отбеливания)   различных   красителей,   в   том числе   растительных.   Он   легко   разлагается   под   влиянием   углекислого   газа   воздуха   с образованием хлорноватистой кислоты:  NaOCl + CO2 + H2O = NaHCO3 + HOCl Хлорноватистая   кислота  HСlO  неустойчива   и,   в   свою   очередь,   легко   разлагается (особенно на свету) с образованием в момент выделения атомарного кислорода, который, являясь очень сильным окислителем, разрушает большинство красящих веществ: 2NaClO + CO2 + H2O = Na2CO3 + 2HClO,  HClO  HCl + O I.3Достоинства средства  «Белизна» ­ отбеливатель, имеющий  следующие преимущества:  Универсальность. Это популярное  средство имеется, наверное, у каждой 6 хозяйки на случай возникновения  таких проблем, как пятно на одежде,  неприятные запахи или грязь,  содержащая микробов. Эффективность действия. Очень невысокая стоимость. Цена на бутылку «Белизны» колеблется от 18 до 20 рублей. Хватает же ее надолго. Простота использования.   Для   отбеливания   белья   достаточно   плеснуть   столовую   ложку   этого средства   в   таз   с   водой.   Доступность.   Купить   «Белизну»   можно   абсолютно   в   любом хозяйственном магазине или отделе. Возможность использования при стирке в холодной воде. I.4 Недостатки отбеливателя  Достоинств   у   «Белизны»,   как   видите,   очень   много.   Однако   есть   у   этого   средства   и недостатки. Во­первых, это «убойный» запах. У некоторых людей он ассоциируется с чистотой.   Но   большинство   все   же   раздражает.   Во­вторых   –   не   слишком   бережное обращение с бельем. Использовать «Белизну» следует в меру. Иначе после нескольких стирок   на   белье   –   в   особенности   тонком   –   появятся   дыры.   К   недостаткам   средства «Белизна» (инструкция по применению которой будет дана ниже) можно отнести и не слишком   красивое   оформление   бутылки,   а   в   некоторых   случаях   и   не   особенно качественное   ее   исполнение.  К   примеру,  крышка   с  резьбой   может   наотрез   отказаться откручиваться.   Некоторые   бутылки   к   тому   же   имеют   почему­то   донышко   в   виде полусферы.   Поставить   такую   «Белизну»   на   полку,   разумеется,   не   удастся.   Поэтому приходится заворачивать ее в целлофановый мешочек и класть на бок. I.5Техника безопасности   Разумеется,   применять   это   средство   в   разных   ситуациях   следует   правильно. Неаккуратное использование может привести не только к порче белья или очищаемых поверхностей. Кожу на руках «Белизна» разъедает очень быстро. И уж, разумеется, нельзя допускать ее попадания в глаза. Хранить это средство следует в таком месте, где оно будет недоступно для детей. 7 Глава II. Практическая часть II.1 Подготовка к исследованию Сбор материала для исследовательской работы провела в октябре­январе 2015­2016 года в   школьной   химической   лаборатории   я   получила   неорганические   вещества:   азот, кислород,   галогены   (хлор,   бром),   демонстрируя   опыты   с   «Белизной».   «Белизну»   я использовала и для получения органического вещества хлороформа. Провела гидролиз хлороформа  и  качественные  реакции  на продукты  гидролиза, на  определение  хлора  в хлороформе. 8 Приведу   методику   получения   неорганических   и   органических   веществ   из   раствора «Белизны».  II.2 Экспериментальные исследования  II.2.1 Получение азота. Собираю прибор для получения азота методом вытеснения  воздуха. В большую пробирку помещаю 1,5 г  кристаллического сульфата аммония и раствор, состоящий  из 30 мл раствора «Белизны» и 3,5 ­ 4 мл 20%­ного раствора  гидроксида натрия. Добавляю промытый и прокаленный 9  речной песок для предотвращения перегрева  жидкости, внезапного вскипания.  Осторожно нагреваю смесь в колбе и собираю  выделяющийся азот методом вытеснения воздуха. Доказываю наличие азота 2 способами:  горящая лучина в нем гаснет, а известковая вода при его  пропускании не мутнеет: (NH4)2SO4 + 3NaClO + 2NaOH = N2 + 3NaCl + Na2SO4 + 5H2O Вместо   кристаллического   сульфата   аммония   можно   использовать   кристаллические хлорид, нитрат аммония или мочевину (карбамид) или 10 мл 10%­ного раствора аммиака. Тогда при получении азота могут протекать следующие химические процессы: 2NH3  H2O + 3NaClO = N2 + 3NaCl + 5H2O, 2NH4Cl + 3NaClO + 2NaOH = N2 + 5NaCl + 5H2O, 2 NH4 NO3 + 3NaClO + 2NaOH = N2 + 3NaCl + 2NaNO3 +5H2O, (NH4)2CO3 + 3NaClO + 2NaOH = N2 + 3NaCl + Na2CO3 +3H2O Примечание: При использовании раствора аммиака гидроксид натрия не добавляют. 10 II.2.2. Получение кислорода. Собираю прибор для получения и собирания газа, изображенный на рис. В большую пробирку помещаю 30 мл раствора «Белизны», 1­2 мл 20%­ного раствора гидроксида натрия и 5 мл 5%­ного раствора сульфата кобальта (II). При этом образуется черно­коричневый осадок гидроксида кобальта (III) и происходит постепенное выделение кислорода, усиливающееся при нагревании: (NH4)2SO4  + 3NaClO + 2NaOH        N2 + 3NaCl + Na2SO4 + 5H2O  Собираю выделяющийся кислород методом вытеснения воздуха (на полное заполнение указывает   вспышка   тлеющей   лучины,   поднесенной   к   краю   химического   стакана)   и вытеснением   воды,   в   опрокинутую   вверх   дном   пробирку   с   водой.   Проверяю   наличие собранного кислорода при помощи тлеющей лучинки, она ярко вспыхивает. II.2.3 Получение хлора. Собираю прибор, изображенный на рисунке. В таком приборе опыт можно проводить без вытяжного шкафа. В колбу помещаю 30 мл раствора «Белизны». В капельную воронку наливаю 10 мл 37%­ного раствора серной кислоты. Конец газоотводной трубки опускаю в склянку.   В   колбу   из   капельной   воронки   приливаю   кислоту.   Тотчас   же   начинается выделение зеленовато­желтого газа – хлора: 11 NaCl + NaClO + H2SO4 = Cl2 + Na↑ 2SO4 + H2O  (или NaClO + 2HCl = Cl2 ↑  + NaCl + H 2O) Реакцию провожу при слабом нагревании. С прекращением нагревания хлор перестает выделяться.   Избыток   хлора   можно   связать,   пропуская   его   через   концентрированные растворы щелочей, с которыми он реагирует по следующему уравнению: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O      Хлор можно обнаружить по запаху, по обесцвечиванию влажной лакмусовой бумажки или по посинению иодокрахмальной бумажки, но я обнаружила по цвету. II.2.4 Получение хлорной воды. К   30   мл   разбавленного   водой   раствора   «Белизны»   (1:1)   добавила   10­20   мл   5%­ного раствора серной кислоты. Наличие индифферентных солей хлорида или сульфата натрия не мешает дальнейшему проведению опытов с хлорной водой. Опыт 1. Вытеснение хлором брома из его соединений. К раствору бромида калия приливаю хлорную воду.  Раствор становится красно­бурого цвета: 2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2 Бром – темно­бурая жидкость, выделяющая красно­бурые пары  с резким запахом, которые действуют удушающе, 12 раздражают глаза и кожу. Слово «бромос» означает зловонный.  Попадая на кожу, бром вызывает долго не заживающие язвы. Опыт 2. Вытеснение хлором йода из его соединений. К раствору иодида калия приливаю хлорную воду.  2KI + Cl2 = 2KCl + I2  К содержимому пробирки приливаю раствор крахмала.  С крахмалом йод дает синее окрашивание, исчезающее  при нагревании и снова появляющееся при охлаждении раствора. Примечание. Хлорную воду следует хранить в темноте  или в склянке из темного (оранжевого) стекла с притертой  стеклянной пробкой, т.к. на свету хлор взаимодействует с водой, образуя соляную  кислоту : 2 Cl2 + 2H2O  4HCl + O2 II.2.5 Получение брома. Собираю прибор, изображенный на рисунке 3. В большую пробирку помещаю 8 г кристаллического бромида калия и 30 мл раствора «Белизны». В капельную воронку наливаю 10 мл   37%­ного   раствора   серной   кислоты   (электролит   для 3).   Конец   газоотводной   трубки аккумуляторов,   =1,27г/см опускаю в пробирку–приемник с 2­3 мл дистиллированной ρ воды, охлаждаемую снаружи холодной снегом. В колбу из капельной воронки приливаю  Рис. 3 Прибор для получения жидкого брома.  кислоту. Тотчас же образуется бром, который быстро окрашивает раствор в коричнево­ красный цвет (опыт выполняем в вытяжном шкафу!). Нагреваю колбу (при закрытом кране капельной воронки) с реакционной смесью. Вскоре по газоотводной трубке начнут стекать красно­бурые тяжелые капли брома и опускаться на дно пробирки, частично растворяясь в воде. Нагреваю колбу до полного прекращения перегонки паров брома и обесцвечивания ее содержимого. Перед окончанием нагревания вынимаю   газоотводную   трубку   во   избежание   засасывания   воды   в   колбу   и   прекращаю 13 нагревание: 2KBr + NaClO + H2SO4 = Br2 + NaCl + K2SO4 + H2O II.2.6 Получение бромной воды. На уроках химии бромную воду часто заменяют  более доступным и менее токсичным  раствором  йода – йодной водой, хотя в некоторых случаях  необходима именно бромная вода и в небольшом  количестве. Получить бромную воду можно,  растворив бром в дистиллированной воде. Я приготовила бромную воду за считанные  секунды и в небольшом количестве. В небольшой  колбочке растворяю 4 г бромида калия и 30 мл  разбавленного водой раствора «Белизны» (1:1) и  добавляю 15 мл 5% раствора серной кислоты.  Образуется раствор, окрашенный в оранжевый цвет  и содержащий бром: 2KBr + NaClO + H2SO4 = Br2 + NaCl + K2SO4 + H2O Наличие   индифферентных   солей   хлорида   натрия   и   сульфата   калия   не   мешает дальнейшему проведению опытов с бромной водой  Опыт1. Вытеснение бромом йода из растворов его солей. К раствору иодида калия приливаю бромную воду: 2KI + Br2       2KBr + I2  К содержимому пробирки приливаю раствор крахмала.  С крахмалом йод дает синее окрашивание,  исчезающее при нагревании и снова появляющееся  при охлаждении раствора. Опыт2. Качественная реакция на фенол. Споласкиваю пробирку прозрачным раствором фенола и наливаю в нее бромную воду. Образуется белый осадок трибромфенола: 14         ОН         H   H  +  3Br2            OH                        Br                    Br           + 3HBr                           H          Br Примечание: Бромную воду следует хранить в склянке в темноте или из темного стекла с притертой стеклянной пробкой, так как на свету бром взаимодействует с водой, образуя бромоводородную кислоту. II.2.7 Получение хлороформа «Белизну»   можно   использовать   для   получения   хлороформа   (представителя галогенпроизводных ряда предельных углеводородов) при изучении темы «Предельные углеводороды (алканы)» школьного курса органической химии. Собираю прибор, изображенный на рисунке 3. В колбу Вюрца помещаю 1 мл ацетона и 30 мл раствора «Белизны». Конец газоотводной трубки опускаю в пробирку–приемник с 2­3 мл дистиллированной воды. Колбу со смесью нагреваю на водяной бане до температуры не выше 95С, слежу за тем, чтобы реакционную смесь не перебросило в приемник. Вскоре образующийся   хлороформ   начнет   стекать   по   газоотводной   трубке   в   виде   тяжелых маслянистых капель, опускающихся на дно пробирки­приемника: (СH3)2CO + 3NaClO = CHCl3 + NaCH3COO + 2NaOH Когда   перегонка   хлороформа   закончится,   содержимое   приемника   переливаю   в делительную воронку, сливаю хлороформ в сухую пробирку и закрываю ее пробкой. 15 II.2.8 Гидролиз хлороформа. В   пробирку   помещаю   несколько   капель   хлороформа   и   2­3   мл   5   %­ного   раствора гидроксида   натрия.   Осторожно   нагреваю   смесь   в   течение   1­2   мин   при   частом взбалтывании  до начала кипения хлороформа, после чего охлаждаю пробирку в воде. Гидролиз хлороформа в щелочной среде протекает очень быстро, и при этом образуется формиат   натрия   (соль   муравьиной   кислоты).   Образование   карбоксильной   группы   при гидролизе характерно для галогенпроизводных, имеющих три атома галогена при одном и том же атоме углерода: СНС13 + 4NаОН = ЗNаСl + НСООNa + 2Н20. Полученную щелочную жидкость сливаю и  делю на три части для проведения  качественных реакций на продукты гидролиза  хлороформа. К первой порции гидролизата  добавляю 5%­ный раствор азотной кислоты  до кислой реакции и 2­3 капли 1%­ного  раствора нитрата серебра. Тотчас образуется  обильный белый творожистый осадок хлорида  серебра, темнеющий на свету: AgNO3 + NaCl = AgCl    + NaNO3  Ко второй порции гидролизата добавляю аммиачный  раствор оксида серебра (реактив Толленса), предварительно  полученный из 1%­ного раствора нитрата серебра 16 и 10­25 %­ного водного раствора аммиака.  Нагреваю смесь в течение нескольких минут на водяной  бане (или спиртовке) до 50­60 °С. Образуется  темно­серый осадок металлического серебра: 2НСОONа + 4[Аg(NH3)2]ОН = 4Аg   + Na2СО3 + 8NН3 + СО2 + ЗН2О. Муравьиная кислота, являясь одновременно и альдегидом,  легко окисляется до угольной кислоты, восстанавливая  аммиачный раствор оксида серебра до металлического серебра. К третьей порции гидролизата добавляю 1 каплю 1%­ного раствора перманганата калия, который в щелочном растворе, окисляя муравьиную кислоту, переходит в ярко­зеленую соль марганцовистой кислоты: 2КМnО4  + НСОONа + ЗNaОН = К2МnО4 + Na2МnО4 + Na2CО3 + 2Н2О. Первоначальное почернение жидкости отвечает моменту  одновременного присутствия в ней перманганат­ионов  (фиолетово­красная окраска) и манганат­ионов (зеленая окраска). С четвертой порцией гидролизата провожу реакцию  с перманганатом калия в кислой среде. Для этого в пробирку  к порции гидролизата добавляю 5%­ный раствор серной  кислоты до кислой реакции и 1 каплю 1%­ного раствора  перманганата калия. Происходит обесцвечивание раствора: 2КМnО4 + 5НСООН + ЗН2SО4 = К2SО4 + 2МnSО4 + 5СО2 + ЗН2О.  II.2.7.1 Качественное определение хлора в хлороформе. Тонкую   проволоку   из   красной   меди   загибаю   на   конце   в   петлю   диаметром   1­3   мм   и прокаливаю этот конец в бесцветном пламени спиртовки до прекращения окрашивания пламени. Дав почерневшей проволоке остыть, набираю петлей каплю хлороформа и снова ввожу ее в наиболее горячую часть пламени. Оно окрашивается в сине­зеленый цвет. Для очистки смачиваю проволоку соляной кислотой и снова прокаливаю. Информационная справка. Этот способ качественного 17  обнаружения галогенов (хлора, брома и иода) в  органическом веществе был предложен  петербургским химиком Ф. Ф. Бейльштейном в 1872  г. Окраска пламени объясняется образованием  летучих при высокой температуре галогенидов меди: 2Сu + О2 = 2СuО,  2СНС13 + 5СuО = СuС12 + 4СuС1 + 2СО2 + Н2О.  Проба чрезвычайно чувствительна, и положительный  результат может быть обусловлен наличием в  исследуемом веществе лишь следов примесей,  содержащих галоген. Этим способом хлор легко  обнаруживается, например, в слюне. Заключение. Мы знаем, что «Белизна» ­ отбеливатель хлопчатобумажных и льняных тканей. Данное средство удаляет пятна с ткани и любых гладких поверхностей, моет и дезинфицирует посуду, кафель, пластик, ванны, раковины, унитазы, мусорные ведра. С этими свойствами «Белизны»   мы   встречаемся   каждый   день.   Но,   оказывается,   раствор   «Белизны»   может послужить и в качестве химического реактива для получения ряда веществ. В результате проведенных экспериментальных исследований мы получили в лабораторных условиях следующие неорганические вещества: азот, кислород, хлор, бром, хлорную и бромную  воду и органическое  вещество  хлороформ. Провели гидролиз  хлороформа  и качественные реакции на продукты гидролиза, на определение хлора в хлороформе.  Все предложенные опыты просты в проведении, не требуют больших затрат времени и могут   быть   проведены   как   на   уроках   при   изучении   тем   «Неметаллы»   (9   и   11   кл.)   и «Предельные углеводороды» (10 кл.), так и на кружковых и факультативных занятиях по химии. 18               Список используемой литературы 1. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия: Книга для учащихся,   учителей и родителей. ­ М.: АСТ ПРЕСС, 2002. ­ 560 с. 2. Бусев   А.И.,   Ефимов   И.П.   Определения,   понятия,   термины   в   химии.   ­М.: «Просвещение», 1981 3. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: «Химия», 1988 Гроссе   Э,   Вайсмантель  X.   Химия   для   любознательных.   Основы   химии   и 4. занимательные опыты. ­ Л.: Химия, 1987. ­ 332с. Малышкина В. Занимательная химия. Серия «Нескучный учебник». ­С.­Петербург: 5. «Тритон», 1998. ­576с. Маршанова   Г.Л.   Техника   безопасности   в   школьной   химической   лаборатории: 6. Сборник инструкций и рекомендации. ­ М.: Аркти, 2002. 7. №5 8. Першин Р.В. «Белизна» во всех делах годна. // Химия в школе. 2002г Полинг Л., Полинг П. Химия. М.: Мир, 1978 19 9. Справочник школьника. Химия. /Сост. М. Кременчугская, С. Васильев; Под. ред. И. Пышнограевой. ­ М.: Филологическое общество «Слово», 1999, 480с. 10. Степаненко Б.Н. Курс органической химии. – М. , 1961. 11. 12. Фоулз Г. Лекционные опыты по химии. М., 1962. Хомченко Г.П., Цитович И.К. Неорганическая химия. ­ М., 1987. Энциклопедический словарь юного химика. /Под. ред. Трифонова Д.Н ­ М.:  13. «Педагогика ­ Пресс», 1999 ­ 368с. 14.Юдин А.М., Сучков В.Н. Химия в быту. ­ М.: Химия, 1976.