2.2. Tuyển chọn các nội dung thí nghiệm và xây dựng hệ thống thí nghiệm phát triển
2.2.3. Hệ thống thí nghiệm chương Cacbon – Silic Hóa học lớp 11 THPT
Chúng tôi đã tuyển chọn và xây dựng hệ thống TN của chương Cabon – Silic phụ thuộc vào đối tượng HS, đặc điểm của từng TNHH, nội dung kiến thức bài học, điều kiện cơ sở vật chất của nhà trường và trong cuộc sống thực tiễn, tiến hành làm các TN đó để xác định các yếu tố đảm bảo thành cơng, an tồn khi biểu diễn TN.
Dưới đây là hệ thống các TN của chương Cacbon – Silic hóa học lớp 11 THPT thực hiện cho từng bài và PP tiến hành các TN đó.
Bảng 2.1. Hệ thống các thí nghiệm chƣơng Cacbon – Silic Hóa học 11 THPT ST
T Nội dung Tên thí nghiệm
GV biểu diễn HS biểu diễn Mô phỏng 1. Bài 24: Cacbon
Khả năng hấp phụ chất khí của than gỗ X
2. Khả năng hấp phụ chất tan của than gỗ X
3. Cacbon cháy trong oxi X
4. Cacbon tác dụng với axit nitric đặc X
5. Cabon khử đồng (II) oxit X
6. Cacbon khử kali nitrat X
7.
Bài 25: Hợp chất của cacbon
Điều chế cacbon monoxit trong phòng TN và thử tính khử của nó
X
8. Khí cacbonic làm vẩn đục nước vơi trong X
9. Magiê cháy trong khí cacbonic X
10. Điều chế khí cacbonic trong phịng TN X
11. Nhiệt phân muối hiđrocacbonat X
12. Thử tính chất của muối hiđrocacbonat tác dụng với kiềm.
13.
Bài 26: Silic và hợp chất của silic
Silic đioxit tác dụng với kiềm X
14. Điều chế axit salixic X
15. Silic đioxit tác dụng với axit flohiđric X
16. Axit salixic tan trong dung dịch kiềm X
17.
TN HS có thể làm ở nhà
Sự hấp thụ nhiệt của cacbon X
18. Khí cacbonic khơng duy trì sự cháy X
19. Thổi bóng bay với baking sođa và giấm X
20. Bình CO2 tự chế cho hồ thủy sinh X
Thí nghiệm 1: Khả năng hấp phụ chất khí của than gỗ
* Mục đích: Thử khả năng hấp phụ chất khí của than gỗ * Dụng cụ và hóa chất
- Dụng cụ: Lọ thủy tinh, nút cao su thường, nút cao su có ống thủy tinh vuốt nhọn xuyên qua, ống nghiệm, bình tam giác.
* Cách tiến hành TN
- Cho 1-2 mẩu Cu vào bình tam giác sau đó nhỏ 2ml dung dịch axit HNO3 đặc và đậy nút cao su có ống thủy tinh vuốt nhọn xuyên qua.
- Khí NO2 sinh ra được thu vào 1 bình tam giác khác. Khi thu xong đậy nút cao su thường lại.
- Thả 1 mẩu than gỗ vào bình tam giác có đựng khí NO2 rồi lắc nhẹ. Quan sát hiện tượng xảy ra.
* Hiện tượng và giải thích
- Khi cho dung dịch axit HNO3 đặc vào bình tam giác có chứa mẩu Cu thì PTHH xảy ra tạo dung dịch muối đồng màu xanh và khí NO2 màu nâu đỏ sinh ra.
PTHH: Cu + 4 HNO3 đặc 2NO2 + Cu(NO3)2 + 2H2O
- Khi cho mẩu than gỗ vào bình chứa NO2 rồi lắc nhẹ thì khí trong bình bị nhạt màu dần rồi dẫn đến mất màu. Vì than gỗ có tính hấp phụ các chất khí nên đã làm cho bình đựng khí NO2 chuyển khơng màu.
* Chú ý:
- TN có ứng dụng trong thực tế như dùng than củi để chữa cơm bị khê hay cho vào thùng gạo để hút ẩm và khử mốc.
- Câu hỏi TN: Một thực tế trong cuộc sống hàng ngày là khi nấu cơm khê người ta rất hay cho một mầu than củi vào nồi cơm. Về mặt hóa học em hãy giải thích hiện tượng đó?
- Giải thích: Vì than củi có đặc tính là xốp và khả năng hấp phụ rất tốt nên khi cho một mẩu than củi vào nồi cơm khê nó có thể hấp phụ hơi khét của cơm làm cho cơm đỡ mùi khê.
- GV có thể áp dụng tính hấp phụ khí của cacbon trong phần liên hệ thực tế Bài 24: Cacbon.
Thí nghiệm 2: Khả năng hấp phụ chất tan của than gỗ
* Mục đích: Thử khả năng hấp phụ chất tan của than gỗ * Dụng cụ và hóa chất
- Dụng cụ: Ống thủy tinh thơng hai đầu, nút cao su có ống thủy tinh vuốt nhọn xuyên qua, cốc thủy tinh. Giá đỡ, kẹp ống nghiệm.
- Hóa chất: Mực, nước cất, bơng, bột than.
* Cách tiến hành TN
- Lắp nút cao su có ống thủy tinh vót nhọn vào 1 đẩu của ống nghiệm thơng 2 đầu. Đầu còn lại cho thứ tự đầu tiên là 1 lớp bông, tiếp theo là 1 lớp than gỗ. Sau
đó, kẹp ống nghiệm lên giá đỡ đã chuẩn bị sẵn. Quan sát hiện tượng xảy ra.
- Đổ 10ml mực đã được pha lỗng bằng nước chảy qua lớp bột than dưới có đặt một cốc thủy tinh.
* Hiện tượng và giải thích
- Dung dịch thu được trong cốc thủy tinh không màu.
- Khi cho mực chảy qua lớp bột than dưới có đặt 1 cốc thủy tinh vì than gỗ có khả năng giữ trên bề mặt các chất tan trong dung dịch nên nước chảy ra cốc thủy tinh.
* Chú ý:
- Câu hỏi TN: Có thể thay thế than củi bằng than hoạt tính trong TN trên được hay không? Trong thực tế, người ta hay làm sạch nước bằng loại than gì? Vì sao?
- Giải thích: Có thể thay thế than củi bằng than hoạt tính trong TN trên. Khi làm sạch nước sinh hoạt người ta thường sử dụng than hoạt tính vì: than hoạt tính có cấu tạo mao mạch rỗng bên trong rất lớn và có khả năng loại bỏ vi khuẩn đến 99%.
Thí nghiệm 3: Cacbon cháy trong oxi.
* Mục đích: Nghiên cứu và chứng minh tính khử của cacbon khi tác dụng với oxi. * Dụng cụ và hóa chất
Lọ thủy tinh đã được thu khí O2, mẩu than, mơi sắt, đèn cồn.
* Cách tiến hành TN
- Lấy 1 mẩu than cho vào môi sắt rồi đốt trên ngọn lửa đèn cồn.
- Đưa nhanh mẩu than đã được đốt nóng đỏ vào lọ chứa oxi đã được mở nút cao su. Quan sát hiện tượng.
* Hiện tượng và giải thích
- Phản ứng xảy ra mãnh liệt tạo ra ánh sáng chói. Khí tạo ra là CO2 PTHH: C + O2 t0 CO2
* Lưu ý:
- Nên lấy 1 mẩu than nhỏ.Vì nếu lấy mẩu than lớn lúc đó C dư sẽ phản ứng tiếp với lượng CO2 tạo ra khí CO độc.
- Câu hỏi TN 1: Vì sao khi sử dụng bếp than tổ ong sau một thời gian dài có thể gây ra tác hại khơng nhỏ đến hệ hô hấp của con người? Khi sử dụng bếp than tổ ong cần chú ý điều gì?
Giải thích: Khi nhóm bếp than tổ ong thì cacbon sẽ tác dụng với oxi trong khơng khí để sinh ra CO2. Lượng CO2 sinh ta tác dụng tiếp với C tạo thành khí CO độc hại.
nhà, nơi dễ cháy nổ, đặt ở nơi thống gió, rộng rãi, sử dụng than sạch, uy tín. Hoặc trước khi nhóm than có thể nhúng viên than trong dd nước vôi trong. Hoặc không được dùng bếp than tổ ong để sưởi ấm vào mùa đông giá lạnh.
- Câu hỏi TN 2: Tại sao khi xếp than người ta hay chia thành những đống nhỏ mà không chất thành một đống lớn?
Giải thích: Do than tác dụng với O2 trong khơng khí tạo CO2, phản ứng này tỏa nhiệt. Nếu than chất thành đống lớn phản ứng này diễn ra nhiều nhiệt tỏa ra được tích góp dần khi đạt tới nhiệt độ cháy của than thì than sẽ tự bốc cháy.
Thí nghiệm 4: Cacbon tác dụng với axit nitric đặc.
* Mục đích: Nghiên cứu và chứng minh tính khử của cacbon khi tác dụng với
axit nitric đặc.
* Dụng cụ và hóa chất
- Dụng cụ: Ống nghiệm, kẹp gỗ, mơi sắt, giá đỡ, đèn cồn. - Hóa chất: Dung dịch HNO3 đặc, mẩu than gỗ.
* Cách tiến hành TN
- Dùng kẹp gỗ kẹp lấy một ống nghiệm sạch, lấy 2ml dung dịch HNO3 đặc cho vào ống nghiệm rồi đun trên ngọn lửa đèn cồn.
- Lấy 1 mẩu than lên môi sắt và đốt đồng thời đốt trên ngọn lửa đèn cồn.
- Khi axit sơi lăn tăn thì thả mẩu than đã nóng đỏ vào ống nghiệm. Quan sát màu sắc trong ống nghiệm.
* Hiện tượng và giải thích
- Khi cho mẩu than đã nóng đỏ vào axit sơi lăn tăn thì phản ứng xảy ra mãnh liệt tao ra hỗn hợp khí màu nâu đỏ. Hỗn hợp khí ở đây là CO2 (không màu) và NO2 (nâu đỏ).
PTHH: C + 4 HNO3 đ/n CO2 + 4NO2 + 2H2O
*Lưu ý: Sau khi thực hiện TN nên dùng miếng bơng có tẩm dung dịch NaOH
đậy nút ống nghiệm để tránh NO2 (độc) bay vào mơi trường khơng khí gây ảnh hưởng tới sức khỏe của GV và HS.
- Để chứng minh tính khử của cacbon thì ngồi tác dụng axit HNO3 có thể thay thế bằng axit H2SO4 đặc và hỗn hợp khí sinh ra là CO2 và SO2 (độc) nên cũng phải dùng miếng bơng có tẩm kiềm đậy nút ống nghiệm. PTHH này, HS đã được học trong Bài 33: Axit Sunfuric – Muối sunfat trong chương trình Hóa học 10. Qua đó, HS có thể nhớ lại và khắc sâu kiến thức cũ.
Thí nghiệm 5: Cacbon khử đồng (II) oxit.
* Dụng cụ và hóa chất
- Dụng cụ: Ống nghiệm, pipet, kẹp gỗ, nút cao su có ống thủy tinh vuốt nhọn xuyên qua, đèn cồn, giá đỡ, cốc thủy tinh.
- Hóa chất: Bột đồng (II) oxit, cacbon, dung dịch nước vôi trong
* Cách tiến hành TN
- Trộn đều 1 thìa bột CuO với 2 thìa bột than cho vào đáy một ống nghiệm khô rồi treo lên giá đỡ. Nút ống nghiệm bằng nút cao su có ống dẫn khí cong, đầu kia của ống dẫn khí được sục vào cốc nước vơi trong.
- Hơ nóng đều ống nghiệm rồi đun tập trung tại vị trí chứa hỗn hợp CuO và C trên ngọn lửa đèn cồn. Quan sát TN và nêu hiện tượng.
* Hiện tượng và giải thích
+ Khi đốt nóng hỗn hợp CuO và C thì hỗn hợp chuyển từ màu đen sang màu đỏ và dung dịch nước vôi trong bị vẩn đục.
PTHH: 2CuO (đen) + C t0 2Cu (đỏ) + CO2
+ Khí CO2 sinh ra tiếp tục phản ứng với nước vôi trong. PTHH: CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
* Chú ý:
- TN giúp HS hình thành các kĩ năng thực hành TN như: cách lấy hóa chất, lựa chọn dụng cụ, tiến hành TN thành công.
- Qua TN trên, ngồi việc chứng minh tính khử của cacbon cịn thể hiện được tính oxi hóa của CuO, to HS sẽ được nghiên cứu trong Bài 35: Đồng và hợp chất của đồng -chương trình Hóa hoc 12. Như vậy, để nghiên cứu tính oxi hóa của CuO thì ngồi việc cho tác dung với C thì HS có thể thay thế các chất khử khác như H2, CO. Nhưng trên thực tế, người ta hay dùng H2. Vì CO là một chất độc, gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Thí nghiệm 6: Cacbon khử kali nitrat
* Mục đích: Nghiên cứu và chứng minh tính khử của cabon tác dụng với kali nitrat. * Dụng cụ và hóa chất
- Dụng cụ: Giá đỡ, ống nghiệm, mơi sắt, đèn cồn. - Hóa chất: KNO3 tinh thể, mẩu than hoạt tính.
* Cách tiến hành TN
- Cho 1 ít tinh thể KNO3 vào ống nghiệm sạch. Lắp ống nghiệm lên giá đỡ rồi đun nóng trên ngọn lửa đèn cồn đến khi nóng chảy.
- Thả mẩu than nóng đỏ vào ống nghiệm chứa tinh thể KNO3 đã nóng chảy. Quan sát TN và nêu hiện tượng.
* Hiện tượng và giải thích
- Mẩu than cháy mãnh liệt chuyển động vòng quanh trong ống nghiệm và sinh ra khí CO2. PTHH: 3C + 2KNO3(tt) t0 2KNO2 + 3CO2
Chú ý:
- Có thể thay tinh thể KNO3 trong TN bằng tinh thể KClO3 hiện tượng sinh ra khí CO2. PTHH: 3C + 2KClO3(tt) t0 2KCl + 3CO2
- Để sản xuất thuốc nổ đen, pháo hoa hay đầu đạn rocket người ta đã trộn đều các chất đã được nghiền mịn KClO3, C và S theo 1 tỉ lệ nhất định. Chúng có đặc tính rất nhạy, tốc độ nhanh, tỏa ra năng lượng lớn.
PTHH: 3S + 3C + 4KClO3(tt) t0 4KCl + 3CO2 + 3SO2
Thí nghiệm 7: Điều chế cacbon monoxit trong phịng thí nghiệm và thử tính khử của nó.
* Mục đích: Điều chế và thử tính khử của CO. * Dụng cụ và hóa chất
- Dụng cụ: Giá đỡ, ống nghiệm, pipet, nút cao su có ống thủy tinh vuốt nhọn xuyên qua, đèn cồn, diêm.
- Hóa chất: Dung dịch axit H2SO4 đặc , axit HCOOH.
* Cách tiến hành TN
- Dùng pipet lấy 1ml axit HCOOH cho vào ống nghiệm sạch, thêm tiếp 1ml dung dịch axit H2SO4 đặc. Đậy ống nghiệm bằng nút cao su có ống thủy tinh vuốt nhọn xuyên qua.
- Đun ống nghiệm dưới ngọn lửa đèn cồn.
- Đốt khí thốt ra bằng que diêm đang cháy. Quan sát TN và nêu hiện tượng.
* Hiện tượng và giải thích
- Khi cho thêm axit H2SO4 đặc vào ống nghiệm chứa axit HCOOH thì có khí thốt ra.
PTHH: HCOOH CO + H2O
- Khi đốt khí thốt ra bằng que diêm đang cháy thì khí cho ngọn lửa xanh nhạt PTHH: 2CO + O2 2CO2
Thí nghiệm 8: Khí cacbonic làm vẩn đục nước vơi trong.
* Mục đích: Nghiên cứu và chứng minh tính oxit axit của CO2 H2SO4 đặc, to
* Dụng cụ và hóa chất
- Dụng cụ: ống nghiệm, bình cầu có nhánh, nút cao su có ống dẫn khí, giá đỡ, ống hút, phễu nhỏ giọt.
- Hóa chất: đá vơi, axit HCl, dd Ca(OH)2. * Cách tiến hành TN
- Kẹp bình cầu có nhánh trên giá TN rồi cho vào chừng 2g đá vơi. Đậy miệng bình bằng nút cao su có kèm phễu nhỏ giọt chứa chừng 5ml dd HCl.
- Mở khóa phễu nhỏ giọt (khoảng 1ml) dd HCl chảy vào bình cầu chứa đá vơi. Khí thốt ra được dẫn qua ống nghiệm 1ml dd nước vôi trong. Quan sát TN và nêu hiện tượng?
- Tiếp tục mở khóa phễu nhỏ giọt (khoảng 1,5ml) dd HCl chảy vào bình cầu. Quan sát TN và nêu hiện tượng?
- Dùng đèn cồn hơ nóng ống nghiệm chứa dd nước vôi trong. Quan sát TN và nêu hiện tượng?
* Hiện tượng và giải thích
- Khi mở khóa phễu nhỏ giọt (khoảng 1ml) dd HCl chảy vào bình cầu chứa đá vơi thì khí thốt ra là CO2 làm cho dung dịch nước vôi trong bị vẩn đục.
PTHH: CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
- Khi tiếp tục mở khóa phễu nhỏ giọt (khoảng 1,5ml) dd HCl chảy vào bình cầu thì ống nghiệm chứa nước vơi trong đang từ vẩn đục chuyển sang dd khơng màu. Vì lượng CO2 tiếp tục sinh ra hòa tan kết tủa tạo Ca(HCO3)2 là dd trong suốt.
PTHH: CO2 + H2O + CaCO3 Ca(HCO3)2
- Dùng đèn cồn hơ nóng ống nghiệm chứa nước vơi trong ban đầu thì lại thấy xuất hiện kết tủa trắng. Vì muối Ca(HCO3)2 là muối dễ bị nhiệt phân tạo thành muối CaCO3 kết tủa trắng.
PTHH: Ca(HCO3)2 t0 CaCO3 + CO2 + H2O * Chú ý:
- TN này giúp cho HS hiểu rõ được hiện tượng hóa học của bài toán quan trọng CO2 tác dụng với dd kiềm có khả năng tạo ra 2 muối cacbonat (CO32-), hiđrocabonat (HCO3-). Từ đó thấy được mối quan hệ của hai muối này có thể chuyển hóa cho nhau.
- Câu hỏi TN 1: Tại sao trong một thời gian ngắn người ta có thể qt vơi được nhiều lần mà không ảnh hưởng đến tường qt? khi qt vơi lên tường thì lát sau vơi khơ và cứng lại ?
Giải thích: Khi qt vơi lên tường nó có khả năng khơ và cứng lại rất nhanh. Nước vôi chính là Ca(OH)2 (ít tan) khi cho nước vào tạo dung dịch trắng đục, khi quét lên tường gặp CO2 trong khơng khí thì nước vơi sẽ khơ cứng lại theo