Vývoj a důkazy vodíku a kyslíku
Předmět: Chemie
Doporučený ročník: 3. ročník
Zařazení do ŠVP: anorganická chemie, vodík, kyslík, katalyzátory
Stručná anotace:
V anorganické chemii je část učiva věnována dvěma velmi důležitým plynům. Jedním z nich je kyslík,
který se nachází ve velké míře v naší atmosféře a je důležitý pro život na naší planetě. Dalším plynem
je vodík, který je nejjednodušším prvkem, a také nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru a jako součást
vody – důležité sloučeniny, taktéž důležitý pro rozvoj života na Zemi.
Tyto plyny budeme laboratorně vyvíjet. Tato aktivita studentům rozšíří teoretické základy. Pokus
bude koncipován jako demonstrační, s určitým podílem práce studentů. V mnohem rozsáhlejší míře
pak tento pokus studenti budou řešit v předmětu Příroda II.
Tato úvodní část tedy studentům přiblíží tyto základní plyny, jejich vlastnosti a reakce. Laboratorní
úlohu je možné zařadit do učiva o obecných vlastnostech prvků, nebo přímo během učiva o
jednotlivých prvcích. Vývoj kyslíku pomocí katalytického rozkladu je možné vložit i do učiva o
katalyzátorech. Laboratorní práce předpokládá, že studenti jsou již seznámeni se základy práce
v laboratoři, tedy i s názvy laboratorního náčiní. Studenti budou pracovat se zředěnými roztoky
kyselin a zásad a peroxidem vodíku. Je proto nutné je předem proškolit o bezpečnosti práce
v laboratoři.
1
Chemie
Seznam pomůcek: frakční baňka na vývoj plynů, dělící nálevka, nálevka kónická,
skleněná vana, zkumavky, kádinky, zápalky, špejle, plynové kahany, gumová
hadička, porcelánové špachtle, stojan, svorky
Seznam chemikálií: peroxid vodíku, MnO2, voda, kyselina sírová nebo
chlorovodíková (zředěný roztok), zinek nebo jiný neušlechtilý kov, hliník, hydroxid
sodný (roztok)
Vývoj a důkazy vodíku a kyslíku
Doba trvání pokusu: 10 – 20 minut
Teoretická část:
Kyslík je možné laboratorně připravit pomocí mnoha metod. Jako nejbezpečnější je považována ta,
při které se použije jako katalyzátor pevný oxid manganičitý (burel). Peroxid vodíku se rozkládá za
katalýzy burelu (oxidu manganičitého) na vodu a kyslík. Kyslík lze následně dokázat doutnající špejlí –
rozžhne
se.
.
Unikající vodík jímáme do zkumavky dnem vzhůru, jelikož je lehčí než vzduch. Po přiložení ústí
zkumavky ke kahanu dochází k reakci vodíku s kyslíkem, která je doprovázena zvukovým projevem.
Praktická část:
Chemie
K vývoji vodíku nutné předem si sestavit aparaturu podle obrázku č. 1. Vzhledem k tomu, že se jedná
o pokus spíše demostrační, není nutné si popisovat celou přípravu aparatury, protože se
předpokládá, že vyučující zná způsoby a metody, jak aparaturu sestavit.
Vývoj a důkazy vodíku a kyslíku
Burel zde funguje jako katalyzátor – což je látka, která vstupuje do reakce a vystupuje z ní nezměněna
– dochází ke snížení aktivační energie reakce.
Vodík je laboratorně možné připravit také řadou metod. Jednou z nejtypičtějších příprav je pak
možné využít reakci neušlechtilého kovu s kyselinou chlorovodíkovou nebo sírovou.
Zinek reaguje s kyselinou chlorovodíkovou za vzniku vodíku a chloridu zinečnatého podle rovnice:
obr.1: Sestavená aparatura na vývoj vodíku (dle
http://www.bgml.chytrak.cz/aparatury/jimani_vodiku.jpg)
Aparatura na vývoj kyslíku je mnohem jednodušší, sestává se pouze ze zkumavky, do které přidáváme
rovnou chemikálie.
Je vhodné všechny roztoky kyselin a zásad předem připravit.
2
Návod pro pokus
Úvod
VÝVOJ VODÍKU POMOCÍ ZINKU A KYSELINY SÍROVÉ NEBO CHLOROVODÍKOVÉ.
VÝVOJ KYSLÍKU POMOCÍ KATALYTICKÉHO ROZKLADU PEROXIDU VODÍKU.
Sestavte aparaturu na vývoj vodíku. Ten vytvořte a dokažte ho tzv. vodíkovým štěknutím.
Pomůcky a chemikálie
Seznam pomůcek: frakční baňka na vývoj plynů, dělící nálevka, nálevka kónická, skleněná vana,
zkumavky, kádinky, zápalky, špejle, plynové kahany, gumová hadička, porcelánové špachtle, stojan,
svorky, gumový špunt
Seznam chemikálií: voda, kyselina sírová nebo chlorovodíková (zředěný roztok), zinek nebo jiný
neušlechtilý kov, hliník, hydroxid sodný (roztok)
Vývoj a důkazy vodíku a kyslíku
Úkol 1
Sestavte aparaturu na vývoj plynu podle obrázku.
Propojte aparaturu gumovou hadičkou se skleněnou vanou, ve které je voda. Vzniklý plyn
budete jímat do zkumavky dnem vzhůru.
Do spodní kulovité baňky s postranním odvodem nasypte pomocí porcelánové špachtle
několik granulek zinku.
Do dělící nálevky nalijte zředěný roztok kyseliny sírové nebo chlorovodíkové přes nálevku
Na zinek kapejte opatrně zředěnou kyselinu z dělící nálevky.
Vzniklý plyn jímejte do zkumavky naplněné vodou.
Nakonec ověřte přítomnost vodíku tzv. „štěknutím“ nad hořícím kahanem. Zkumavku
s jímaným vodíkem držte vždy dnem vzhůru.
Jakmile se Vám vodík najímal – plyn vytlačil všechnu vodu - rychle zkumavku zašpuntujte
připraveným špuntem.
3
Chemie
Postup/návod
Nyní zapalte kahan, nebo zapalte špejli, rychle odšpuntujte zkumavku a přibližte hořící
špejli k ústí zkumavky. Ozve se charakteristický zvuk – tzv. vodíkové štěknutí.
Úkol 2
Připravte pomocí katalytického rozkladu peroxidu vodíku kyslík a dokažte ho.
Pomůcky a chemikálie
Vývoj a důkazy vodíku a kyslíku
Seznam pomůcek: demonstrační zkumavky, špejle, sirky, automatická pipeta, porcelánová špachtle
Seznam chemikálií: peroxid vodíku, pevný MnO2
Postup/návod
Do zkumavky nalijeme pomocí automatické pipety 5 ml peroxidu vodíku.
Do zkumavky nasypeme několik granulek pevného MnO2
Postupně dojde k vývoji plynu. Ten dokážeme tak, že k ústí zkumavky (popř. i dovnitř
zkumavky) přiblížíme rozžhavenou špejli (tedy takovou, kterou zapálíme, necháme krátce
hořet a pak sfoukneme).
Špejle by se měla znovu rozhořet
Poznámky k praktické činnosti
Je možné studenty nechat zodpovědět nebo vypracovat následující otázky:
Chemie
Zobecněte laboratorní přípravu vodíku. Tedy jakým typem reakcí ho připravujeme.
Proč vodík „štěkl“ ?
Jaké vlastnosti má vodík? K čemu ho využíváme?
4
Varianty
Je možné při vývoji vodíku použít i variantu s hydroxidem sodným a alobalem (hliníkem). Postup je
stejný, jen analogicky vyměníte chemikálie – do dělící nálevky nalijete roztok NaOH, do baňky
nasypete práškový hliník nebo na kousky natrhaný alobal. Zbytek postupu je stejný jako ve výše
popsaném postupu.
Chemie
Vývoj a důkazy vodíku a kyslíku
Při vývoji kyslíku můžeme postupovat i následující variantou, která využívá roztok
manganistanu draselného a peroxid vodíku.
Do zkumavky nalijte 5 ml nasyceného roztoku manganistanu draselného.
Okyselte tento roztok několika kapkami zředěné kyseliny sírové.
Nyní dojde ke známé reakci a zbytek postupu je stejný jako v regulerním postupu.
5
Download

Vývoj a důkazy vodíku a kyslíku