Организация химического эксперимента по органической химии в профильном классе

в профильных классах

Тема «Многоатомные спирты» – одна из ключевых в школьном курсе органической химии. Изучение этой темы дает возможность учителю успешно осуществить опережающее обучение и предварительно ознакомить школьников с такими важными органическими веществами, как жиры (сложные эфиры), углеводы. Кроме того, эта тема позволяет закрепить и углубить знания учащихся о спиртах как боль

шой группе гидроксилсодержащих органических соединений, имеющих большое значение, как в природе, так и в жизни человека.

Конечно же, решающая роль в реализации указанных дидактических задач при изучении данной темы принадлежит химическому эксперименту. Предлагаем свой опыт проведения лабораторных занятий по теме «Многоатомные спирты» в классах с углубленным изучением химии.

Опыт 1. Качественная реакция на многоатомные спирты.

Для проведения опыта используют глицерин, 5-6 капель которого с помощью пипетки добавляют в пробирку со свежеосажденным гидроксидом меди (II). При встряхивании полученной смеси наблюдают растворение голубого осадка Сu(ОН)2 и образование ярко-синего раствора глицерата меди (II).

Необходимо заметить, что опыт всегда проходит удачно только при одном условии: среда должна быть щелочной. А это значит, что при получении осадка гидроксида меди (II) к 2-3 каплям 5%-ного раствора медного купороса (пятиводного сульфата меди) необходимо добавить избыток щелочи (1-2 мл 10%-ного раствора едкого натра или едкого кали). Если все же опыт не удается, надо в пробирку с реакционной смесью добавить раствор щелочи и тогда непременно будет положительный результат.

Опыт 2. Доказательство того, что многоатомными спиртами являются углеводы.

Углеводы – гетерофункциональные природные вещества (содержат различные функциональные группы в молекуле), строение которых довольно сложно для понимания школьников. Поэтому учащихся постепенно надо готовить к изучению этого класса соединений, поэтапно знакомить с особенностями их строения.

При изучении темы «Многоатомные спирты» они узнают о том, что углеводы в своем составе содержат две и более гидроксильные группы, а в дальнейшем при изучении темы «Альдегиды и кетоны» – о том, что молекулы углеводов имеют и карбонильные функциональные группы. Так постепенно учащиеся получают знания об этих довольно сложно устроенных веществах. Причем эти знания подкрепляются химическим экспериментом.

Такой прием опережающего обучения, основанный на внутрипредметной интеграции, как показывает опыт преподавания химии в школе, способствует более глубокому пониманию основ конкретных сложных тем и органической химии в целом.

Берут две пробирки, в одну из них помещают несколько кристаллов сахара, в другую – немного мёда. Содержимое пробирок растворяют в 3-5 мл воды, и полученные растворы добавляют к свежеосажденному гидроксиду меди (II). В обоих случаях голубой осадок Си(ОН)2 растворяется и образуются комплексы Си2+ и углеводов, имеющие ярко-синюю окраску.

Приводятся формулы использованных в эксперименте углеводов в сокращенном виде. Сахар – С12Н22О11 или С12Н20О9(ОН)2. Мёд – сложная смесь природных веществ, основными компонентами которой служат два изомерных углевода – глюкоза и фруктоза, их формула – С6Н12О6 или С6Н10О4(ОН)2.

Ниже приведено уравнение реакции (в упрощенной форме) на примере взаимодействия глюкозы или фруктозы с гидроксидом меди (II).

Опыт 3. Доказательство того, что многоатомные спирты – структурные компоненты жиров.

Учитель сообщает школьникам, что жиры – природные вещества, широко распространенные в составе живых организмов и выполняющие ответственные биологические функции. Молекулы жиров содержат остатки многоатомных спиртов (наряду с остатками карбоновых кислот, с которыми учащиеся знакомились при изучении одноатомных спиртов), в частности остатки глицерина. Это доказывает следующий опыт.

Мелконарезанные кусочки жира (свиного сала) помещают в колбу, добавляют 20-25 мл воды и 5-6 капель концентрированной серной кислоты (вместо указанных реагентов можно взять 2%-ный раствор серной кислоты). Смесь кипятят 2-3 мин., раствор фильтруют, фильтрат обрабатывают 2%-ным раствором едкого натра до нейтральной среды по лакмусу. Затем полученный раствор добавляют к свежеосажденному Сu(ОН)2. При этом наблюдается ярко-синее окрашивание глицерата меди (II).

Этот же опыт удобнее проводить другим способом, а, именно. Мелконарезанные кусочки жира (свиного сала) помещают в колбу, добавляют 20-25 мл 10%-ного водного раствора щелочи (гидроксида натрия или гидроксида калия). Смесь кипятят 2-3 мин., раствор фильтруют, а к фильтрату добавляют по каплям 5%-ный раствор медного купороса. Первоначально образующийся осадок гидроксида меди (II) при встряхивании растворяется и образуется ярко-синий раствор глицерата меди.

Предлагается объяснение результатов опыта: при нагревании жира с водой в присутствии кислоты или щелочи происходит его гидролиз, одним из продуктов которого является трехатомный спирт глицерин, который обнаруживается качественной реакцией с гидроксидом меди (II). Уравнение реакции приведено в опыте 1.

Опыт 4. Качественное обнаружение многоатомных спиртов в кремах и мазях.

Как известно, многие кремы и мази содержат в качестве смягчающих средств многоатомные спирты. Чаще всего для этих целей применяют глицерин или пропиленгликоль. Эти полиолы легко обнаружить качественной реакцией на многоатомные спирты.

Небольшое количество детского крема помещают в дистиллированную воду (можно использовать обычную водопроводную или родниковую воду), тщательно перемешивают при комнатной температуре в течение 2-3 мин., раствор сливают и в нем обнаруживают многоатомный спирт с помощью качественной реакции. При использовании какого-либо другого косметического крема получается устойчивая водная эмульсия белого цвета. Затем к этой эмульсии добавляют равный объем 10%-ного раствора щелочи (едкого натра или едкого кали), выпавшие белые хлопья отфильтровывают, а фильтрат добавляют к свежеосажденному Сu(ОН)2. Наблюдается растворение осадка и появляется ярко-синее окрашивание.

Этот опыт можно заметно упростить и сократить по времени. Для этого крем помещают в 10%-ный раствор щелочи, выпавшие хлопья фильтруют, а к фильтрату, содержащему многоатомный спирт, добавляют по каплям 5%-ный раствор медного купороса. Первоначально образующийся осадок гидроксида меди (II) при встряхивании растворяется и образуется ярко-синий раствор глицерата меди (см. опыт 1).

Опыт 5. Обнаружение многоатомных спиртов в жевательной резинке.

Сладкий вкус жевательных резинок обусловлен присутствием в них многоатомных спиртов, например, ксилита. Его формула С5Н12О5, или СН2ОН(СНОН)3СН2ОН.

Мелкоизмельченный кусочек жевательной резинки помещают в воду и перемешивают 2-3 мин. при комнатной температуре. Затем воду с растворенным в ней ксилитом сливают в пробирку с гидроксидом меди (II) и наблюдают положительную качественную реакцию на многоатомные спирты.