Проекта
|
Скачать 1.19 Mb.
|
Занятие № 9. Вещества простые. Водород.Кейс Впервые этот газ был замечен Парацельсом в первой половине XVI века, но только Лемери в конце XVII века выделил его из обыкновенного воздуха, показав его горючесть. В дальнейшем это вещество было изучено Кавендишом. Лавуазье назвал этот газ - «рождающий воду».  Самый легкий газ. Активно использовался в дирижаблестроении, пока не сгорел немецкий дирижабль Гинденбург. Вопросы:
Водород – самый легкий газ, легче просто быть не может. Он в 14,5 раз легче воздуха. И когда придумали, как получать его в больших количествах, то именно это его свойство стали использовать в первую очередь. Водородом стали наполнять воздушные шары. В первых воздушных шарах подъемную силу создавал горячий воздух. Он легче холодного и поднимается вверх. И если нагреть воздух в шаре – то он будет поднимать и шар, и груз, который к шару прикреплен. Но это хорошо для развлечений. Подъемная сила такого шара невелика, и большие грузы он перевозить не сможет. К тому же воздух в шаре нужно все время подогревать. А вот если наполнить шар газом, который легче воздуха, то такой шар может оказаться куда полезней. Водород и стали использовать в качестве такого газа, причем не только в воздушных шарах. Воздушный шар может поднять груз, а дальше – как ветер дует. Для того чтобы летать туда, куда нужно, придумали дирижабль, воздушный шар с мотором, который крутил пропеллер. В начале XX века дирижабли были главным воздушным транспортом. Самолеты того времени летали недалеко и пассажиров взять не могли. А дирижабли регулярно летали из Германии в США, затрачивая на дорогу около двух дней. Крупнейший из пассажирских дирижаблей, «Отто фон Гинденбург» мог перевозить около 100 человек.   Но водород не только легкий, он еще и очень легко загорается, а в смеси с воздухом – взрывается. При этом получается вода, именно поэтому водород называется порождающим воду (греческое название hydrogen переводится как «порождающий воду»). Горючесть водорода и погубила дирижабли. В последнем рейсе в 1937 году «Отто фон Гинденбург» взорвался и сгорел. Это стало концом времени летательных аппаратов легче воздуха, им на смену приходили самолеты. Но не везде оказалось легко вытеснить водород. Метеорологам для исследования атмосферы часто нужно знать температуру, ветер и другие погодные условия на большой высоте, скажем в 20-30 км. Проще всего поднять туда нужные приборы на воздушном шаре, наполненном тем самым водородом. Только такой воздушный шар может взлететь достаточно высоко. Но в экспедицию баллон с газом не понесешь, он очень тяжелый, его с трудом несут два взрослых человека. Но водород несложно получить, для этого нужны твердая щелочь, алюминий и вода. Вода есть везде, а щелочь и алюминий гораздо легче баллона, несколько килограмм хватит надолго.  Но даже такое опасное свойство водорода как горючесть, удалось поставить на службу человеку. Водород горит и при этом выделяется много тепла. Прекрасно. Сделаем специальную горелку с очень горячим пламенем. Температура пламени в кухонной плите – около 600°С. Это не так много, можно расплавить свинец или олово или согнуть стеклянную палочку. Но для приготовления еды более высокой температуры и не нужно. Температура пламени водородной горелки в четыре раза выше – около 2400°С. Такая температура нужна стеклодуву, чтобы сделать из стекла ажурную вазу сложной формы, ювелиру, чтобы расплавить серебро или золото и сделать украшение.   А для дома – железо, из которого сделана кастрюля, расплавится при температуре почти на 1000° меньшей. Наверное, дома нам водородная горелка не пригодится. Но у водорода есть и еще одно полезное качество – когда он горит, то получается только вода. Конечно в виде пара, но атмосферу она загрязнять почти не будет. А это значит, что водород можно использовать как топливо для автомобилей, и они не будут ни чадить, не дымить. Только на пути создания таких автомобилей есть одна серьезная проблема: водород, в отличие от бензина, - газ. И чтобы его хранить, нужно закачать его под давлением в стальной баллон. А чтобы баллон выдержал, его стенки должны быть очень толстыми и баллон – тяжелым и большим. Для обычной машины это не очень удобный вариант и тогда ученые стали придумывать, как хранить водород более просто. Оказалось, что есть вещества, которые растворяют водород. Например, металл палладий поглощает водород в огромных количествах, 1 см3 палладия может растворить в 850 раз больший объем водорода. Но палладий дорогой и такой «топливный бак» может стоить существенно больше, чем остальной автомобиль. Впрочем, ученые такие люди, которым только поставь сложную задачу. Ведь решать такие задачи куда интересней, чем простые. В результате были созданы специальные пористые материалы, которые позволяли хранить водород без вышеупомянутых проблем. И тут ученые задумались – а зачем вообще сжигать водород в двигателе? Обычный бензиновый двигатель – штука сложная и не слишком эффективная. К тому же вы помните – при горении водорода температура очень высокая, и хотя сам водород при горении дает только воду, но при такой температуре начинает «гореть» воздух – кислород взаимодействует с азотом и в итоге получается азотная кислота, которая служит причиной кислотных дождей. С бензиновыми двигателями ситуация похожая, но там и без нее загрязнений достаточно. К тому же такие двигатели еще и шумят. Может быть лучше использовать в машинах по-настоящему чистые электродвигатели? Они не шумят, не загрязняют воздух, можно очень сильно упростить всю схему машины и сделать ее дешевле. Вот только как водород превратить в электричество? Оказывается это можно сделать. Есть такое интересное устройство – топливный элемент, в котором водород «горит» при комнатной температуре, превращаясь в воду и давая сразу электрический ток. По своему устройству он очень похож на обычную батарейку, только батарейка закрыта и в ней расходуется вещество, которое ее производитель положил туда на заводе, а в топливный элемент мы всегда можем добавить новую порцию нужного вещества. Фирма «Самсунг» разрабатывает такие топливные элементы в качестве батарей для телефонов и ноутбуков.  Представьте, что лет через пять, когда заряд вашего телефона будет заканчиваться, вам не нужно будет искать розетку, а потребуется только заправить телефон новой порцией спирта.  С водородом еще интересней. Электромобили на водородных топливных элементах уже выпускают, пусть и небольшими партиями.  Устройство автомобиля Honda FCXClarity на водородных топливных элементах. Практическая работа. Получение водорода и опыты с ним. 1. Получение водорода реакцией замещения между цинком и соляной кислотой.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2. Сбор водорода.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 3. Изучение физических свойств водорода.
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 4. Изучение химических свойств водорода. Восстановление водородом оксида меди.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Занятие № 10 Вещества сложные. Индикаторы. Кейс Впервые индикаторы обнаружил в 17 веке английский физик и химик Роберт Бойль. Бойль проводил различные опыты. Однажды, когда он проводил очередное исследование, зашел садовник. Он принес фиалки. Бойль любил цветы, но ему необходимо было проводить эксперимент. Бойль оставил цветы на столе. Когда ученый закончил свой опыт он случайно посмотрел на цветы, они дымились. Чтобы спасти цветы, он опустил их в стакан с водой. И – что за чудеса- фиалки, их темно- фиолетовые лепестки, стали красными. Бойль заинтересовался и проводил опыты с растворами, при этом каждый раз добавлял фиалки и наблюдал, что происходит с цветками. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Бойль опустил в настой лакмусового лишайника обыкновенные бумажные полоски. Дождался, когда они пропитаются настоем, а затем высушил их. Эти хитрые бумажки Роберт Бойль назвал словом, которое в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора. Именно эти вещества помогли ученому открыть новую кислоту - фосфорную, которую он получил при сжигании фосфора и растворении образовавшегося белого продукта в воде.  Вывод: очень часто у ученых есть какое-нибудь необычное увлечение, как любовь к цветам, например. На первый взгляд, это «хобби» было совершенно бесполезным и ничем не могло помочь Бойлю в его настоящей профессии. Но было бы ошибочно и далее полагать, что увлечения и наука не взаимосвязаны. Если бы Бойль не любил цветы и, следовательно, не принес бы корзину с фиалками в свою лабораторию, то неизвестно, кто, когда и каким образом сделал бы открытие вместо него. Мы уже говорили о том, что существует более 50 миллионов веществ. Это очень много – даже для того, чтобы просто сосчитать до 50 миллионов потребуется полтора года счета, и ни один самый умный ученый не может знать про все вещества. Но это и не обязательно – оказывается многие вещества похожи. Что вы делаете, когда у вас накопилось очень много каких-то вещей? Предположим, у вас есть несколько дисков с музыкой или играми. Вы легко ориентируетесь в них. Но, если дисков скопилось много, то чтобы легко найти нужный, надо их как-то классифицировать, разделить на группы: отдельно музыку, игры, фильмы, учебные курсы и т.п. А если среди одной из этих групп набралось много предметов, то их необходимо делить дальше. Например, можно разделить фильмы на детективы, музыкальные фильмы, боевики, комедии и т.п. Хотя все фильмы-детективы разные, но у них есть общее свойство, по которому мы и выделяем их в отдельную группу. Это называется классификация – деление предметов или явлений на группы с похожими свойствами. Но свойств у фильмов много и для классификации мы можем использовать любые - по алфавиту, по режиссеру, по актерам. Хорошая классификация полезна тем, что позволяет нам не только разделить, скажем, фильмы по группам, но и предсказывать их свойства. Например, если какой-то режиссер снял 10 боевиков, то если вы увидите его имя и фамилию на плакате нового фильма, то вы сможете сказать, что это, скорее всего, тоже боевик. Точно так же поступают и с химическими веществами. Если у веществ есть общие свойства, то такие вещества выделяют в отдельную группу, которая называется классом веществ. И тут химикам важно правильно выбрать свойства, которые будут объединять вещества. Если вы помните, свойств у веществ очень много – цвет, запах, вкус, хрупкость и множество других. И из них надо выбрать самые важные, которые бы дали возможность построить хорошую классификацию. Например, если мы возьмем за основу цвет – вещества синего цвета будут похожи внешне, но с точки зрения химика будут настолько разными, что пользы от такой классификации не будет. А если мы выберем правильные свойства для объединения веществ в класс, то зная свойства одного вещества, мы можем много сказать и про другие вещества, которые к этому классу относятся. Что общего между уксусом, незрелым яблоком, лимоном, щавелем? Они все кислые. Когда-то ученые пробовали все вещества на вкус. Это могло быть смертельно опасно, потому, что далеко не все вещества полезны для организма. Но так они обнаружили, что многие вещества на вкус кислые. Эти вещества назвали кислотами (acids). Оказалось, что у кислот похож не только вкус, у них множество других общих свойств. Например, кислоты реагируют с металлами, содой, мелом, ракушками, некоторыми камнями. Еще одна большая группа веществ называется основания (bases) или щелочи (alkali). Их свойства в какой-то мере противоположны свойствам кислот. У оснований тоже характерный вкус – вкус мыла, хотя он, конечно, вам не слишком знаком. Если кислоты, хотя и не все, конечно, мы употребляем в пищу регулярно, скажем тот же уксус или яблоки, то съедобные основания практически не встречаются. Это и неудивительно, поскольку «мыльный» вкус не слишком приятен. Основания тоже имеют много общих свойств. Например, их растворы «мылкие», и поэтому они используются для стирки, мытья рук и посуды. Сейчас химики не пробуют вещества на вкус – это строго запрещено, более того, в химической лаборатории даже нельзя есть и пить. На грязных руках могут остаться следы вредных веществ, или на вашу еду может попасть капля вещества с соседнего стола, и вы можете отравиться. Так что лучше не рисковать. Но как тогда определять – где кислота, а где основание? Когда мы говорили о признаках химических реакций, то для нас было важно, что благодаря ним мы можем видеть – идет реакция или нет. Но оказывается, что признак химической реакции может быть важен сам по себе, например, если мы найдем такое вещество, которое при реакции с классом соединений или с каким-то интересующим нас веществом будет изменять цвет. Такие вещества называются индикаторы. Индикаторы бывают самые разные. Например, есть индикаторы на вредные вещества, и мы буквально за несколько секунд с помощью полоски специальной бумаги сможем определить – есть ли в воде или воздухе что-то опасное. Помните, мы говорили про озон, который вреден для человека? Мы можем опознать его по запаху, но зачем нам дышать ядовитым газом, гораздо проще использовать специальную индикаторную бумагу. Есть и более сложные индикаторы – они используются в медицине и позволяют определить наличие некоторых наследственных заболеваний по капле крови или слюны. Мы же с вами посмотрим на самые простые индикаторы, которые взаимодействуют с кислотами и основаниями и по изменению цвета мы сможем сказать, к какому классу соединений относится вещество. Давайте посмотрим, что происходит с разными индикаторами в растворах кислот и оснований. Что наблюдаете? Запишите результат
Как видите, даже такие простые индикаторы очень разнообразны. Некоторые меняют цвет только от кислот, некоторые – только от оснований, а есть такие, которые имеют разные цвета и в растворах кислот и в растворах оснований. Такие индикаторы называются универсальными. А что получится, если мы будем аккуратно по каплям добавлять к раствору основания, окрашенного индикатором, раствор кислоты? Каким будет цвет индикатора: таким же, как в кислоте или как в основании? Что происходит с цветом индикатора? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Оказывается, классы веществ кислот и оснований обладают некоторыми противоположными свойствами и если смешать вместе кислоту и основание, то они уничтожат друг друга, нейтрализуются. И получится вещество нейтральное, не кислота и не основание. Такие вещества называются соли. Это название произошло от названия поваренной соли. При химической реакции кислот и оснований получаются соединения, похожие по свойствам на поваренную соль, поэтому этот класс соединений химики и назвали солями. Практическая работа. Определение кислот и оснований в продуктахИсследуемые продукты: лимон, яблоко, уксус, мыло, стиральный порошок, питьевая сода, газированная вода, чай, поваренная соль. Приготовьте, если нужно, растворы. Растворите в стаканчике в воде мыло, стиральный порошок и другие твердые вещества. Из лимона выжмите сок, яблоко можно размять в стакане с небольшим количеством воды. Каждую жидкость разделите на две пробирки, в одну добавьте раствор универсального индикатора, в другую – крезолового пурпурного. Запишите в таблицу продукты и цвет индикаторов. Сделайте вывод – что содержится в каждом продукте кислота или основание.
|
Похожие:
 |
Формат Устава проекта Устав проекта является нормативным документом, регламентирующим реализацию проекта и порядок взаимодействия участников проекта |
|
Конкурсная документация по проведению открытого конкурса на право... Мегион, проекта планировки и проекта межевания территории V микрорайона г. Мегиона в составе комплексного проекта управления градостроительным... |
|
Описание Нажмите для отображения проекта в центре. Нажмите для изменения скорости прокрутки экрана. Нажмите для контроля за созданием проекта.... |
 |
Пояснительная записка состав проекта том Основная (утверждаемая) часть проекта планировки «Яблоновское городское поселение» от 26 сентября 2016 года №592 «О мероприятиях по подготовке проекта планировки территории совместно... |
|
Должностная инструкция Главного инженера проекта Главный архитектор проекта Подразделение |
|
Тема проекта Руководитель проекта: Белянова Татьяна Геннадьевна учитель истории и обществознания |
|
Проекта Тема проекта «Управление проектом разработки интернет-магазина по Scrum-методологии» |
|
Техническое задание. Приложение №1 к указанному Договору Важными целями разработки проекта планировки и проекта межевания территории являются |
|
Пояснительная записка 7 Обоснование актуальности проекта. 7 Перспективы дальнейшей реализации результатов выполнения проекта в течение ближайших пяти лет 6 |
|
Отчёт о технологическом и ценовом аудите Проекта: «Строительство 1 й очереди Якутской грэс-2» Экспертно-инженерная оценка сроков и графика реализации Инвестиционного проекта 46 |
|
«утверждаю» Научный руководитель проекта, первый заместитель директора... Кадровый состав и адресные реквизиты библиотек участников проекта 1-й и 2-й очередей 15 |
|
Творческий проект «Оживший алфавит» Разработчик проекта: коллектив... Познакомить детей с разнообразием материалов, из которых сделаны различные предметы |
|
Направление реализации инновационного проекта дошкольной образовательной организации Обоснование значимости предлагаемого проекта для развития системы образования Московской области и Российской Федерации |
|
Автор проекта: Бояршинова Дарья 11 класс Руководитель проекта Название темы: Игра- презентация для младших школьников «Следы невиданных зверей или птичьими тропами» |
|
Тема проекта Тема проекта: «vnur – S» принципиально новая экологически безопасная упаковка для дозированной выдачи содержимого» |
|
Авторы проекта Авторы проекта: Нарбекова Марина Ивановна, учитель химии 1 кв категории; Решетнёва Юлия Михайловна, воспитатель |