69
PŘÍPRAVA A DŮKAZ VODÍKU MŮŽE VODÍK ŠTĚKAT? Forma provedení: žákovský Časová náročnost: 10minut Učební témata: - vodík - příprava plynů - vzduch jako směs Princip: Vodík se laboratorně připravuje reakcí zředěné kyseliny chlorovodíkové se zinkem. Pokud ke zkumavce s čistým vodíkem přiblížíme hořící špejli, vydá typické štěknutí. (Banýr 1995) Pomůcky: zkumavka, držák zkumavky, zápalky, špejle, zátka, odměrný válec (10cm 3 ), Chemikálie: zinek (Zn), 5% kyselina chlorovodíková (HCl), Pracovní postup: 1. Zkumavku upevníme do držáku zkumavky 2. Kousek Zn (do ø 5mm) vložíme do zkumavky. 3. Odměrným válcem odměříme 3 cm 3 zředěné kyseliny chlorovodíkové. 4. Odměřenou kyselinu nalijeme do zkumavky. 5. Přiložíme zátku. 6. Po uplynutí tří minut zkumavku odzátkujeme. 7. Ihned přiložíme k hrdlu zkumavky hořící špejli. Obrázek: Vyvíjení vodíku. 70
Pozorování: Z povrchu zinku unikají bublinky plynu. Po přiložení hořící špejle uslyšíme typické štěknutí. Rovnice: Zn + HCl ZnCl + H 2 zinek + kys. chlorovodíková chlorid zinečnatý + vodík Bezpečnost práce: Pokus je vhodný pro žáky druhého stupně základní školy. Pozor při práci s plamenem. Kyselina chlorovodíková S a R věty: R 34 Způsobuje poleptání, R 37 Dráždí dýchací orgány, S 26 Při zasažení očí okamžitě důkladně vypláchněte vodou a vyhledejte lékařskou pomoc, S 36 Používejte vhodný ochranný oděv, S 37 Používejte vhodné ochranné rukavice, S 39 Používejte osobní ochranné prostředky pro oči a obličej, S 45 V případě nehody nebo necítíte-li se dobře, okamžitě vyhledejte lékařskou pomoc (je-li možno, ukažte toto označení). Otázky: Co víš o vodíku? (např. plyn, nejjednodušší atom, hořlavý, prodává se stlačený) Jak jsme připravili vodík? (reakcí kyseliny chlorovodíkové se zinkem) Mohli bychom použít k přípravě vodíku i jiný vhodný kov? (ano, např. hliník) Které další plyny se nacházejí v atmosféře? (dusík, kyslík, vzácné plyny, oxid uhličitý, ozon) Jaké je využití vodíku? (nafukovací balónky, svařování, výroba chemických látek) Poznámky: Pokud je vodík smíchaný se vzduchem, tvoří výbušnou směs. V takhle malém množství ale žádné nebezpečí nehrozí. Závěr: Závěr vypracuje žák samostatně. 71
REDOXNÍ REAKCE OXIDUJME, REDUKUJME! Forma provedení: žákovský pokus Časová náročnost: 20min Učební témata: - oxidace a redukce - kovy hliník, měď - oxid měďnatý - vodík - kyselina chlorovodíková Princip: Při hoření se spotřebovává vzdušný kyslík, proto v plameni oxidujeme kov na jeho oxid. Reakcí kyseliny s kovem připravíme vodík. Vodík slouží jako redukční činidlo a za vyšší teploty je schopen redukovat některé oxidy kovů na kov. (Beneš, Pumpr, Banýr 2003) Pomůcky: kahan, zkumavka, stojan a držák zkumavky, odměrný válec (10cm 3 ), Chemikálie: hliník, 5% kyselina chlorovodíková, měděný drát, Pracovní postup: 1. Do držáku zkumavky na stojanu upevníme zkumavku. 2. Odměrným válcem odměříme 5 cm 3 5% kyseliny chlorovodíkové. 3. Odměřenou kyselinu nalijeme do zkumavky. 4. Do zkumavky s kyselinou vhodíme několik hliníkových hoblin (4 ks.). 5. Za chvíli začnou unikat bublinky vodíku, zatím si připravíme kahan. 6. Zapálíme kahan, měděný drát vložíme do plamene kahanu. 7. Když drát v plameni kahanu zčerná, kahan zhasneme. 8. Horký drát vsuneme do zkumavky a čekáme než se zredukuje. Obrázek: Redukce v proudu vodíku. Oxidace mědi v plameni. 72
Pozorování: Červená měď se oxiduje na černý oxid měďnatý. Černý oxid měďnatý se redukuje na červenou měď. Vznikající voda orosí zkumavku. Rovnice: Al 0 + H +I Cl -I Al +III -I 0 Cl 3 + H 2 hliník + chlorovodíková k. chlorid hlinitý + vodík H 0 2 + Cu +II O -II Cu 0 + H +I 2 O -II vodík + oxid měďnatý měď + voda Bezpečnost práce: Pokus je vhodný pro žáky druhého stupně základní školy. Kyselina chlorovodíková: R 34 Způsobuje poleptání, R 37 Dráždí dýchací orgány, S 26 Při zasažení očí okamžitě důkladně vypláchněte vodou a vyhledejte lékařskou pomoc, S 36 Používejte vhodný ochranný oděv, S 37 Používejte vhodné ochranné rukavice, S 39 Používejte osobní ochranné prostředky pro oči a obličej, S 45 V případě nehody nebo necítíte-li se dobře, okamžitě vyhledejte lékařskou pomoc (je-li možno, ukažte toto označení) Otázky: Co je charakteristické pro oxidačně-redukční reakce? (v průběhu reakce se mění oxidační čísla látek) Označ v zápisu rovnic, která reakce je oxidace a která redukce. (Kde se oxidační číslo snižuje, označíme redukce. Kde se oxidační číslo zvyšuje, označíme oxidace.) Mohou být redoxní děje vratné? (ano) Může v jedné chemické reakci proběhnout zároveň oxidace i redukce? (ano) Doplň oxidační čísla k oběma reakcím. (viz. rovnice) Pojmenuj látky v těchto reakcích. (viz. rovnice) Závěr: Vypracuje žák samostatně například podle otázek. 73
ROZKLAD UHLOVODÍKŮ Z ČEHO JE CUKR? Forma provedení: žákovský pokus Časová náročnost: 10 minut Učební témata: - cukry = sacharidy - rozklad - uhlovodíky uhlík, vodík, kyslík - organické látky Princip: Sacharidy jsou organické látky. Organické látky jsou sloučeniny, ve kterých jsou vázané atomy uhlíku a většinou i vodíku. Sacharidy obsahují i vázaný kyslík, proto se po delším zahřívání rozkládají na uhlík a vodní páru (vodík sloučený s kyslíkem), (Beneš 1995) Pomůcky: zkumavka, držák zkumavky, lžička, zápalky, kahan, Chemikálie: krystalový cukr (sacharóza), Pracovní postup: 1. Zkumavku upevníme do držáku zkumavky. 2. Do zkumavky nasypeme malou chemickou lžičku cukru. 3. Připravíme a zapálíme kahan. 4. Zkumavku umístíme do vrchní části plamene kahanu. 5. Zkumavku držíme našikmo a komíháme s ní, aby žárem nepraskla. 6. Po ukončení rozkladu zapíšeme pozorování je do sešitu. Pozorování: Pozorujeme tavení cukru. Sledujeme změny zbarvení a vůně. Při zahřívání se bílá sacharóza se mění na hnědý voňavý karamel. Po dalším zahřívání začíná zapáchat a rozkládá na černý uhlík a vodní páru. Část uhlíku reaguje s kyslíkem na oxid uhličitý. Část vodní páry se usazuje na stěnách zkumavky. 74
Obrázek: V levé části vidíme vodní páru, část již kondenzuje na stěně zkumavky. V pravé části pozorujeme, jak se karamelizovaný cukr mění na černý uhlík Rovnice: C 12 H 22 O 11 + Q C + H 2 O + CO 2 sacharóza + teplo uhlík + voda + oxid uhličitý Bezpečnost: Pokus je vhodný pro žáky druhého stupně základní školy. Zachovat opatrnost při práci s plamenem. Otázky: Které nejběžnější prvky tvoří organické látky? (uhlík a vodík, dále kyslík, dusík, síra, fosfor) Označ organickou látku: uhlík, voda, oxid uhličitý, cukr, sklo, (cukr) Jak se průběžně mění barva cukru? (bílá, béžová, hnědá, černá) Která látka se sráží na stěnách zkumavky? (voda) Jaký prvek zůstane na dně zkumavky? (uhlík) Poznámky: Zkumavky se tavením cukru začerní a nejdou zcela umýt. Přesto je můžeme použít na další pokusy s cukry. Na fotografii je vidět druhá možnost zahřívání: Zkumavka je místo do držáku zkumavky připevněná na stojan. V tomto případě při zahřívání nekomíháme zkumavkou, ale kahanem. Závěr: Vypracuje žák samostatně například podle otázek. 75
ROZTOKY JSOU KYSELÉ NEBO ZÁSADITÉ? Forma provedení: žákovský pokus Časová náročnost: 10 minut Učební témata: - roztoky - organické kyseliny octová a citronová - kyseliny a zásady - anorganické látky hydroxid draselný, hydrogenuhličitan sodný - indikátory Princip: Kyselina je látka, která je schopná odštěpit proton (= kyselý vodík). Zásada je látka s vhodným elektronovým párem, na který váže kyselý vodík. Indikátory jsou látky, které změní barvu, když se změní neutralita prostředí. Kyseliny barví indikátorový papírek červeně a zásady modře. (Morganová 1997) Pomůcky: stojánek se zkumavkami, Petriho miska, odměrný válec (10cm 3 ), skleněná tyčinka, kádinka (100 cm 3 ) Chemikálie: kyselina citrónová, kyselina octová, vodovodní voda, hydroxid draselný, hydrogenuhličitan sodný (soda), indikátorové papírky Pracovní postup: 1. Připravíme si zkumavky do stojánku. 2. Ke každé zkumavce napíšeme název kapaliny, která v ní bude. 3. Odměrným válcem odměříme do každé zkumavky 4 cm 3 určené kapaliny. 4. Na Petriho misku položíme indikátorový papírek. 5. Pomocí tyčinky na něj naneseme kapku od každého roztoku, než tyčinku namočíme do dalšího roztoku, vždy ji umyjeme v kádince s vodou. 6. Barevné změny si zapíšeme, barvu srovnáme se stupnicí na krabičce. Tabulka: ocet citrón voda soda hydroxid zbarvení indikátoru kyselost zásaditost (červená) (červená) (žlutá) (zelená) (modrá) (kyselý) (kyselý) (neutrální) (zásaditý) (velmi zásaditý) ph (2) (2) (6) (8) (11) 76
Obrázek: Pokus nachystaný s laboratorními i běžnými pomůckami. Pozorování: Pozorujeme zbarvení indikátorového papírku, posoudíme kyselost látky. Bezpečnost práce: Pokus je vhodný pro žáky druhého stupně základní školy. Pozor, hydroxid je žiravina. Hydroxid sodný S a R věty: R 35 Způsobuje těžké poleptání, S 26 Při zasažení očí okamžitě důkladně vypláchněte vodou a vyhledejte lékařskou pomoc, S 36 Používejte vhodný ochranný oděv, S 37 Používejte vhodné ochranné rukavice, S 39 Používejte osobní ochranné prostředky pro oči a obličej, S 45 V případě nehody nebo necítíte-li se dobře, okamžitě vyhledejte lékařskou pomoc (je-li možno, ukažte toto označení) Otázky: Jakou barvou látka zbarvila indikátorový papírek? Je velmi či mírně kyselá nebo zásaditá? Jakou má látka přibližnou číselnou hodnotu ph?(odpovědi viz. tabulka) Poznámky: Roztoky neutrální koncentrace oxoniových a hydroxidových iontů je stejná. Mají ph = 7. Roztoky kyselé mají více oxoniových iontů, ph je 0 až 6. Roztoky zásadité mají více hydroxidových iontů, ph 8 až 14. Indikátory látky, které v kyselém, neutrálním a zásaditém prostředí mají jinou barvu. Univerzální indikátorové papírky v kyselém prostředí červenají a v zásaditém zmodrají. Závěr: Vypracuje žák samostatně. 77
ROZTOKY KAM ZMIZELA ZRNKA? Učební témata: - směsi - roztoky - difuze - manganistan draselný Forma provedení: žákovský pokus Časová náročnost: 15 minut Difuze 50 minut Princip: Roztok je homogenní směs látek. Nejvýznamnější jsou kapalné roztoky, které vznikají rozpuštěním látek v kapalině, (která je rozpouštědlem). (Beneš 2004) Pomůcky: Kádinky (100cm 3 ), pinzeta, skleněná tyčinka, bílý papír, odměrný válec (10cm 3 ), Chemikálie: manganistan draselný, voda, Pracovní postup: 1. Na pracovní stůl položíme bílý papír. 2. Na papír postavíme dvě kádinky. 3. Odměrným válcem do kádinek odměříme 10 cm 3 vody. 4. Do středu každé kádinky vhodíme pinzetou 10 zrnek manganistanu, zapíšeme si čas. 5. První kádinku necháme stát. 6. Ve druhé kádince zrnka manganistanu občas promícháme tyčinkou. 7. Zapíšeme čas, ve kterém voda zrůžoví a čas kdy zrnka zmizí. 8. Porovnáme rozdíl. Obrázek: Pokus probíhající ve skleničkách. Pokus v kádinkách. 78
Pozorování: Pozorujeme, jak se manganistan draselný rozpouští a barví vodu. Bezpečnost práce: Pokus je vhodný pro žáky druhého stupně základní školy. Pozor, manganistan draselný silně barví. Manganistan draselný S a R věty: R 8 Dotek s hořlavým materiálem může způsobit požár, R 22 Zdraví škodlivý při požití, R 50 Vysoce toxický pro vodní organismy, R 53 Může vyvolat dlouhodobé nepříznivé účinky ve vodním prostředí, S 60 Tento materiál a jeho obal musí být zneškodněn jako nebezpečný odpad, S 61 Zabraňte uvolnění do životního prostředí. Viz speciální pokyny nebo bezpečnostní listy. Otázky: Za jakou dobu se sytě růžově zabarví voda ve druhé kádince? (za 1-2 minuty) Za jakou dobu se zrnka úplně rozpustí? (9 minut) Je roztok ve druhé kádince nasycený? (Přidejte ještě zrnko a zkuste jestli se rozpustí.) (Jestli jsou všechna zrnka rozpuštěná, je nenasycený. Pokud se další zrnko už nerozpustí, je roztok nasycený) Za jakou dobu je roztok všude stejně zabarvený v první kádince? (6 minut) Za jakou dobu se zrnka úplně rozpustí. (40 50 minut) V jaké části kádinky je roztok nejkoncentrovanější a kde je nejzředěnější? (Nejkoncentrovanější je roztok u zrnek, tedy ve středu a nejzředěnější je na okrajích) Poznámky: Pokus můžeme stejně jako v kádinkách provést v jiných skleničkách (viz. obr.). Manganistan draselný KMnO 4 se v lékárnách prodává pod názvem hypermangan. Difuze až do úplného rozpuštění zrnek trvá dlouho, můžeme mezitím třeba psát protokol. Čas závisí také na velikosti zrnek. Závěr: Vypracuje žák samostatně podle otázek. 79
TEPLOTA VARU PŘI KOLIKA STUPNÍCH VODA VŘE? Forma provedení: žákovs. pokus Časová náročnost: 40 minut Učební témata: - chemické reakce - faktory ovlivňující průběh reakce teplota varu, koncentrace Princip: Teplota varu roztoku je vyšší než teplota varu rozpouštědla. Roztok připravíme, když v rozpouštědle ( vodě) rozpustíme chemickou látku (- sůl, chlorid sodný rozpouštěná látka) (Klečková, Los 2003) Pomůcky: síťka s keramickým středem, žíhací kruh, kahan, zápalky, polévková lžíce, stojan, teploměr, varné kamínky, 2 kádinky (250cm 3 ), odměrný válec (100 cm 3 ), hodinky Chemikálie: chlorid sodný, destilovaná voda, Pracovní postup: 1. Dvě kádinky důkladně vymyjeme a opláchneme, vložíme varný kamínek. 2. Odměrným válcem odměříme do první kádinky 50 cm 3 destilované vody. 3. Do správné výšky upevníme na stojan žíhací kruh, položíme na něj síťku 4. Na keramickou síťku postavíme kádinku s vodou. 5. Zapálíme kahan. 6. Měříme dobu do počátku varu. 7. Nad hladinou vařící vody přidržíme teploměr a změříme teplotu varu. 8. Zhasneme kahan. 9. Do druhé kádinky odměříme 50 cm 3 destilované vody. 10. Zarovnanou polévkovou lžíci soli vsypeme do kádinky s vodou, rozmícháme 11. Kádinku s roztokem položíme na síťku místo kádinky s vodou. 12. Zapálíme kahan. 13. Měříme dobu do počátku varu. 14. Nad hladinou vařícího roztoku přidržíme teploměr a změříme teplotu varu. 15. Zjištěné údaje porovnáme. 80
Obrázek: Varianta aparatury s chemickým stojanem a s použitím trojnožky. Pozorování: Měříme dobu do počátku varu. Bezpečnost práce: Pokus je vhodný pro žáky druhého stupně základní školy. Pozor při manipulaci s kahanem. Otázky: Jakou teplotu varu vody jste naměřili? (96-100 C) Popište vliv soli na teplotu varu. (zvýší teplotu varu nad 100 C) Změní sůl čas, za který dojde k varu? (sůl prodlouží dobu, než dojde k varu roztoku) Zamyslete se: Platí stejný vliv soli i pro teplotu tání? ( sůl sníží teplotu tání ledu) (jaký vliv má solení silnic v zimě na tání ledu) (led taje i v mírném mraze) Poznámky: Obvykle se teplota varu měří jako teplota par nad vařící kapalinou. Školní teploměry obvykle naměří teplotu varu 96 C. Dobu varu podstatně zkrátíme, pokud místo chladné vody použijeme teplou. Pokud použijeme lihový kahan, podstatně se prodlouží doba než dojde k varu. Závěr: Vypracuje žák samostatně například podle otázek. 81
VODA MODELUJEME KOLOBĚH VODY Forma provedení: žákovský pokus Časová náročnost: 5 minut Učební témata: - voda - koloběh vody v přírodě - odpařování - skupenství Princip: Voda v přírodě vyskytuje ve třech skupenstvích. Kapalná voda se neustále odpařuje jako vodní pára do ovzduší a tvoří mraky, ze kterých se deštěm zase vrací na zemi. Energii potřebnou pro koloběh vody dodá sluneční záření. (Beneš 2004) Pomůcky: baňka (100cm 3 ), kádinka (100 250cm 3 ), Chemikálie: voda, led, Pracovní postup: 1. Kádinku naplníme do poloviny nejteplejší vodou z vodovodu. 2. Kádinku postavíme doprostřed pracovní plochy. 3. Baňku naplníme studenou vodou s ledem. 4. Baňku položíme na kádinku s horkou vodou. Pozorování: V kádince pozorujeme odpařování vodní páry, která se ochlazuje na stěnách kádinky a na baňce se studenou vodou. Kondenzované kapky vody kapou zpět do kádinky. 82
Obrázek: Baňka s ledovou vodou na kádince s horkou vodou. Bezpečnost práce: Pokus je vhodný pro žáky druhého stupně základní školy. Otázky: V jakých skupenstvích se vyskytuje voda? (pevné, kapalné, plynné) Jak se voda nazývá ve skupenství plynném? (vodní pára) Jaká skupenství vody umožňují koloběh vody v přírodě? (kapalné a plynné) Může kapalná voda přecházet na vodní páru, ikdyž ji nevaříme? (ano) Závěr: Závěr vypracuje žák například podle otázek. 83
VÝROBA PAPÍRU JAK SE DĚLÁ RUČNÍ PAPÍR? Forma provedení: žákovský pokus Časová náročnost: 45 minut Učební témata: - ruční papír - chemické výroby - polysacharidy - celulóza - soli - hydrogenuhličitan sodný Princip: Ruční papír se obvykle dělá ze starého papíru, (čím víc je barevný, tím šedivější bude ruční papír) nebo ze stonků rostlin ( len, konopí, brambor, kopřiva), které se vaří se sodou (hydrogenuhličitanem sodným). Stonky rostlin i starý papír obsahují celulózu. Celulóza je makromolekulární polysacharid tedy tvoří ji dlouhé řetězce atomů. Rozmáčením a rozmixováním tyto řetězce oddělíme od sebe a lisováním je nově spojíme. Dlouhá vlákna se vzájemně propletou a po usušení máme nový papír. (Kunz 2000) Pomůcky: ponorný mixér, naběračka, sítko, rámeček, houba, kádinka, kyblík, lžička, noviny, Chemikálie: starý papír, voda, lepidlo na tapety, (barevné odstřižky, sušené listy, koření) Pracovní postup: 1. Natrháme 3 listy papíru na kousíčky. 2. Kousky papíru ponoříme na 10 minut do kádinky s vodou. 3. Slijeme vodu z kádinky. 4. Do kyblíku nalijeme 300 ml čisté vody a 1lžičku lepidla. 5. Přidáme rozmočený papír, zamícháme a rozmixujeme. 6. Nachystáme si rámeček se sítkem, na něj položíme prázdný rámeček. 7. Vodu s papírovou hmotou nalijeme do rámečku na sítko. 8. Vodu vymačkáváme houbou, často ždímáme. 9. Sejmeme rámeček, sítko položíme papírem na noviny. 10. Vysajeme vodu houbou, sejmeme sítko. 11. Vzniklý papír můžeme ozdobit např. barevnými ústřižky nebo lisovanými květinami, které k němu přimáčkneme. 12. Papír necháme ležet na novinách až do vyschnutí. 84
Obrázek: Potřeby pro výrobu ručního papíru. Bezpečnost práce: Pokus je vhodný pro žáky základní školy. Otázky: Která chemická látka je základem papíru? (polysacharid celulóza) Navrhni několik způsobů, jak šetřit nový papír. (psaní po obou stranách, sběr a recyklace) Jakou chemickou látkou se louhují rostliny pro výrobu ručního papíru? (hydrogenuhličitan sodný) Poznámky: Nejlépe se mixuje ponorným mixérem v malém kyblíku, ale poslouží i jiné mixéry. Hmotu v kyblíku si můžeme schovat na později. Barva z papíru může zabarvit nádobu. Potřebujeme alespoň 2 rámečky a 2 síťky na 15 dětí, které se střídají. Rámečky a síťky se dají koupit, nebo je vyrobí známý kutil. Mohou být velké formátu A7 až A5. Síťka muže být kovová i plastová. Příliš jemná - hustá síťka se špatně vymačkává. Závěr: Vypracuje žák samostatně. 85
86