Конспект урока «Дисперсные системы. Свойства коллоидных растворов»

Жукова Т.А. учитель химии ЯНАО Салехард МБОУ СОШ №2

Практическая работа

«Дисперсные системы. Свойства коллоидных растворов»

Практическая работа была и остается одним из важнейших факторов познавательной деятельности при изучении химии. Как элемент исследовательской деятельности, практическая работа характеризуется высокой степенью самостоятельности, формирует умение работать с определенной информацией, помогает выстроить структуру своей работы, учит проводить аналитические расчеты, обобщать и делать выводы. На практической работе учащиеся закрепляют теоритические знания, проверяют гипотезы, формируют навыки химического анализа. На текущей практической работе учащиеся не только знакомятся с лидирующей инновационной областью развития современной науки - наноиндустрией, но и проводят простейшие исследования с нанообъектами, изучая их удивительные свойства.

Цель уроков: Обобщить, систематизировать и расширить знания по теме; создать на уроке атмосферу поиска и сотрудничества, дать каждому ученику возможность достичь успеха.

Образовательные задачи:

1. Проконтролировать степень усвоения основных ЗУН по теме:
   - Сформулировать понятие дисперсной системы.
   - Закрепить классификацию дисперсных систем по различным признакам.
   - Привлечь внимание учащихся к дисперсным системам большой практической значимости:
   суспензиям, эмульсиям, коллоидным растворам, истинным растворам, аэрозолям, пенам.;

2. Продолжить формирование общеучебных умений (осуществлять самоконтроль; сотрудничать; использовать эксперимент, компьютер, интерактивную доску).

3. Продолжить формирование навыков самостоятельной работы учащихся с дополнительной литературой, сайтами Интернета.

Воспитательные задачи:

1. Воспитывать культуру речи, трудолюбие, усидчивость;

2. Продолжить формирование ответственного, творческого отношения к труду;

Развивающие задачи:

1. Развивать умение использовать химическую терминологию

2. Развивать представления о том, как получают и исследуют нанообъекты на примере коллоидных систем и какими удивительными свойствами они обладают.

3. Развивать мыслительные операции (анализ, синтез, установление причинно-следственных связей, выдвижение гипотезы, классификация, проведение аналогий, обобщение, умение доказывать, выделение главного);

4. Развивать умение проводить, наблюдать и описывать химический эксперимент;

5. Совершенствовать коммуникативные умения учащихся в совместной деятельности (умение вести диалог, выслушивать оппонента, аргументировано обосновывать свою точку зрения) и информационно - познавательную компетентность учащихся.

Ход урока.

- Что общего на представленных фотографиях? (- примеры дисперсных систем в природе).

- Вся окружающая нас природа - организмы животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра представляют собой сложную совокупность множества разнообразных и разнотипных грубодисперсных и коллоидных систем.

- коллоидные растворы(золи) по своим свойствам занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубыми взвесями (суспензиями и эмульсиями).
- В коллоидных растворах частицы дисперсной фазы представляют собой крупные агрегаты, состоящие из сотен и тысяч молекул (диаметр от 1 до 100нм).

- Возможно ли рассчитать размер коллоидной частицы в условиях школьной лаборатории? (возможно, если использовать формулу Стокса).

-Давайте определим размеры частиц коллоидных систем с помощью эксперимента.

(учащиеся проводят эксперимент, делают соответствующие расчеты, сравнивают полученные результаты со справочными данными). См. инструктивную карту п I.

-Коллоидные частицы настолько малы, что растворы кажутся однородными, но они достаточно велики, чтобы рассеивать свет. Благодаря значительным размерам частиц в коллоидных растворах в них можно наблюдать прохождение света, известное под названием «эффект Тиндаля». Джон Тиндаль, 1860г пропустил световой пучок через оптически неоднородную среду и обнаружил светящийся конус. Этот же эффект является причиной окраски радужной оболочки голубоглазых людей.

Коллоидные частицы способны рассеивать падающий свет. Если раствор осветить сбоку тонким лучом света от маленького фонарика, то в коллоидном растворе вы увидите мутноватый конус, опалесценцию. Этот эффект называется эффектом Тиндаля. Истинный раствор такого эффекта не дает.

Еще лучше опыт получается с лучом лазера, который невидим в истинном растворе, но легко заметен при прохождении сквозь высокодисперсную систему.

Исследуйте следующие дисперсные системы:

• раствор молока

• раствор хлорида железа (III)

• раствор сульфата меди (II)

• раствор чая

• раствор лакмуса

• раствор сульфата никеля (II)

• спиртовая вытяжка хлорофилла

• растворы индикаторов (лакмус, метиловый оранжевый)

результаты наблюдений учащиеся заносят в таблицу. См. инструктивную карту п II.

- Важным свойством частиц коллоидных растворов (золей) является их способность адсорбировать на своей поверхности растворенные вещества в виде ионов. При этом коллоидная частица приобретает заряд этих ионов (+ или -)это припятствует слипанию дисперсных частиц друг с другом.

Укрупнение частиц коллоидного раствора называется коагуляцией, а осаждение их под действием силы тяжести - седиментацией. Вызвать коагуляцию можно тремя способами:

1. прибавление к золю электролита

2. прибавление другого золя с противополжным знаком

3. нагревание золя

Коагулирующей частью электролита является один из его ионов, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. Чем больше заряд (степень окисления) этого коагулирующего иона, тем больше его коагулирующая способность.

Пример: (демонстрация)

AgNO₃ + KI(по каплям) = AgI + KNO₃

При избытке AgNO₃ коллоидная частица: {[AgI]m nAg⁺(n-x) NO₃^-}^+x x NO₃^-

Далее учащиеся выполняют эксперимент по получению коллоидного раствора гидроксида железа (III) и изучают причины коагуляции его частиц. См. инструктивную карту п III.

Одним из важнейщих свойств коллоидных растворов в жизнедеятельности человека является синерезис - самопроизвольное уменьшение объема геля с отделением жидкости (воды). Синерезис определяет сроки годности пищевых, косметических и медицинских коллоидных систем. Биологический синерезис определяется свертываемостью крови.

Если у человека нарушен биологический синерезис, чем это чревато, как называется это заболевание и в чем его особенности?

Развитие коллоидной химии связано с актуальными проблемами различных областей естествознания и техники.

В качестве закрепления учащиеся выполняют тест (приложение 3)

Дом задание:

Задание №1 Известен следующий способ снижения запыленности воздуха: загрязненный воздух пропускается через камеры, в которых распыляется обычная вода. Объясните сущность данного процесса с позиции знаний о дисперсных системах.

Задание №2.

Вводной среде молока эмульгированы мелкие капельки жира. Они постепенно поднимаются на поверхность, поскольку их плотность меньше, чем плотности воды. В молоке за несколько часов образуется слой сливок. Молоко является не устойчивой эмульсией.

Молоко, поступающее в продажу с предприятий молочной промышленности, должны быть более устойчивы к расслоению. Каким образом можно повысить устойчивость данной эмульсии.

Задание №3.

Для получения тепло- и звукоизолирующих полимерных материалов их необходимо вспенивать «вспучивать»), т.е. получать пенопласты. Это материалы, в которых в массе твердого полимера содержится большое количество пузырьков газа. Одним из способов получения пенопластов является применение веществ - газообразователей. Эти вещества при полимеризации разлагаются с выделением газа.

Необходимо предложить вещества, которые можно использовать в качестве газообразователей, и составить уравнения реакций их разложения.

Задание №4.

При повреждении кожи (ранке) наблюдается свертывание крови - коагуляция золя. В чем сущность этого процесса? Почему это явление выполняет защитную функцию для организма? Как называют болезнь, при которой свертывание крови затруднено или не наблюдается?

Задание №5

Выяснить, что такое кровоостанавливающий карандаш. Объяснить, на чем основано его действие.

Творческое задание - проследите эволюцию коллоидных систем в процессе развития жизни на Земле.

Приложение1

Приложение 2

Практическая работа «Дисперсные системы. Коллоидные растворы».

Инструктивная карта.

1. Классификация дисперсных систем по размерам частиц.

Определите размер частиц - зубного порошка, крахмала, мука. По размерам частиц, определите тип дисперсной системы.

Грубодисперсные (взвеси) - размер частиц более 100 нм;

Тонкодисперсные (коллоидные системы) - размер частиц от 100 до 1 нм;

Истинный раствор - размер частиц менее 1 нм (размер молекул или ионов).

Расчет радиуса частицы проведите по формуле:

где

Определите размеры частиц зубного порошка.

Для этого взболтайте в нескольких миллилитрах воды одну - две щепотки зубного порошка или измельченного мела и осторожно вылейте полученную суспензию в стакан с водой. Засеките время, необходимое для полного оседания на дно стакана. Для расчета можно использовать следующие величины: g=9,8м/с² , ή=0,001Н * с/м² , Δd = d(мел) - d(вода) = 2700 - 1000 = 1700кг/м³ , h =0,1м (если расстояние от поверхности воды до дна стакан составляет 10 см); если время t вы отмеряете в секундах, то радиус частицы получится в метрах. Очевидно, что самые маленькие частицы порошка будут оседать дольше более крупных частиц, поэтому расчёт даёт оценку размеров наиболее мелких частиц в исследуемом материале. Если отсчёт времени t остановить в момент оседания самых крупных частиц (что происходит уже в начале опыта), вы получите информацию об их размерах и, таким образом, сможете указать диапазон (разброс) значений радиусов частиц выбранного порошка. Чем более однороден порошок в отношении размеров частиц, тем меньший разброс значений получится в эксперименте

Результаты проведенных измерений занесите в таблицу:

(в графах «Время оседания» и «Результат» укажите диапазон значений).

2. Изучение оптических свойств дисперсных систем на основе эффекта Тиндаля.

Коллоидные частицы способны рассеивать падающий свет. Если раствор осветить сбоку тонким лучом света от маленького фонарика, то в коллоидном растворе вы увидите мутноватый конус, опалесценцию. Этот эффект называется эффектом Тиндаля. Истинный раствор такого эффекта не дает.

Еще лучще опыт получается с лучом лазера, который невидим в истинном растворе, но легко заметен при прохождении сквозь высокодисперсную систему.

Исследуйте следующие дисперсные системы:

• раствор молока

• раствор хлорида железа (III)

• раствор сульфата меди (II)

• раствор чая

• раствор лакмуса

• спиртовой раствор хлорофилла

• раствор сульфата никеля (II)

Результаты наблюдений занесите в таблицу:

Компоненты раствора

Цвет системы

Устойчивость

Тип дисперсной системы

3. Получение коллоидного раствора и изучение его свойств (на примере гидроксида железа(III)).

1. Получение коллоидного раствора.

В химическом стакане нагреть до кипения 100 мл дистиллированной воды и затем добавить к ней по каплям 2% - ный раствор хлорида железа (III). При кипячении в течении 3-4 мин образуется коллоидный раствор гидроксида железа (III).

2. Свойство коллоидного раствора.

В три пробирки налейте по 2-3 мл коллоидного раствора гидроксида железа (III). Одновременно прибавьте в каждую пробирку 2-3 мл электролита: в первую - раствор KCl, во вторую - K₂SO₄, в третью - K₃PO₄. Перемешайте содержимое пробирок. Наблюдайте различное коагулирующее действие солей, образованных различными ионами.

На основании результатов опытов определите:

1. Какие ионы (катионы или анионы) вызывают коагуляцию золя железа?

2. Как влияет на коагуляцию величина заряда иона?

3. Представьте структуру коллоидной частицы гидроксида железа (III).

4. Оформите результаты, сделайте соответствующие выводы, уберите рабочее место.

Практическая работа «Дисперсные системы. Коллоидные растворы».

1. Классификация дисперсных систем по размерам частиц.

Расчет радиуса частицы проведите по формуле:

где

Объек измерений

Плотность частиц, кг/м³

Время оседания, с

Размер частицы

Тип дисперсной системы

Расчеты:

2. Изучение оптических свойств дисперсных систем на основе эффекта Тиндаля

Компоненты раствора

Цвет системы

Устойчивость

Тип дисперсной системы

Схема рисунка:

А Б В

3. Получение коллоидного раствора и изучение его свойств (на примере гидроксида железа(III)).

1. Получение коллоидного раствора на примере гидроксида железа(III):

Приложение 3

Тесты по теме «Коллоидные растворы».

1. Коллоидные растворы в отраженном свете окрашиваются в … цвет.

1. желтый; 2. красный; 3. зеленый; 4. голубой.

2. Механизм броуновского движения коллоидных частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде заключается в том, что …

1. частицы дисперсной фазы движутся в поле тяжести;

2. частицы сталкиваются между собой и передают импульс в произвольном направлении;

3. молекулы дисперсионной среды сталкиваются с частицами и передают им импульс;

4. молекулы дисперсионной среды сталкиваются между собой и передают импульс частицам.

3. Отметьте ошибочное утверждение: коллоидные растворы …

1. проходят через бумажные фильтры;

2. подвергаются диализу;

3. седиментационно устойчивы;

4. термодинамически устойчивы.

4. Необязательным условием получения коллоидных растворов является …

1. образование нерастворимого соединения;

2. небольшой избыток одного из реагентов;

3. присутствие ПАВ;

4. отсутствие посторонних электролитов.

5. Для золя кремниевой кислоты, полученного по реакции

Na₂SiO₃(изб) + 2HCl = H₂SiO₃ + 2NaCl, потенциалопределяющими ионами будут ионы …

1. SiO3^2-; 2. H⁺; 3. Na⁺ ; 4. Cl^-.

6. Золь AgBr получен смешением 8 мл 0,05н раствора NaBr и 10 мл 0,02н AgNO₃. Напишите формулу мицеллы золя.

7. Мицелла золя Al(OH)₃, полученного при смешении растворов AlCl₃ и

NH₄OH(изб), будет иметь заряд …

1. положительный; 2. электронейтральный;3. отрицательный; 4. любой.

8. Установите соответствие между составляющими частями мицеллы

{[Fe(OH) ]mnFeO⁺(n-x)Cl^-}^+xxCl^-

1. агрегат; А. nFeO+;

2. ядро мицеллы; Б. [Fe(OH)3]m;

3. потенциалопределяющие ионы; В. [Fe(OH)3]m nFeO+;

4. противоионы адсорбционного слоя; Г. xCl-;

5. противоионы диффузного слоя; Д. {[Fe(OH)3]m nFeO+(n-x)Cl-}+x;

6. коллоидная частица. Е. (n-x)Cl-.

9. Агрегативная устойчивость коллоидных растворов возрастает при …

1. добавлении электролита; 2. понижении температуры;

3. перемешивании раствора; 4. добавлении ПАВ.

10. Коагуляцию золя, полученного по реакции AgNO₃(изб) + KJ = AgJ↓ + KNO₃, вызывают …

1. молекулы воды; 2. катионы;

3. анионы; 4. катионы и анионы.

11. С увеличением заряда ионов их коагулирующая способность …

1. не изменяется; 2. возрастает;

3. уменьшается; 4. изменяется неоднозначно.

12. С увеличением длины углеводородного радикала адсорбция ПАВ из полярных растворителей

1. возрастает; 2. уменьшается;

3. не изменяется; 4. проходит через максимум.

13. Шар по сравнению с кубом того же объема имеет …

1. меньшую площадь поверхности;

2. большую площадь поверхности;

3. одинаковую площадь поверхности.

Что общего между всеми этими фотографиями?