Урок «Муравьиная и уксусная кислоты» Вступительное слово

Урок «Муравьиная и уксусная кислоты»
Вступительное слово учителя:
Значение карбоновых кислот и их производных очень велико. Возможно,
поэтому первый учебник по органической химии за 1861г, автором которого был
Д.И.Менделеев, начинался непривычно для нас – с описания химии карбоновых
кислот.
Карбоновые кислоты, выделяемые из растительных и животных организмов,
были тщательно изучены задолго до утверждения в химии теории строения
органических соединений. К началу XVIII в. Были известны муравьиная, уксусная,
бензойная, янтарная и некоторые другие кислоты. Сегодня разговор о двух из них.
Урок ведётся по технологии креативного мышления.
ЭЛЕМЕНТ ИГРОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ – ТЕАТРАЛИЗОВАННАЯ ИГРА
Игра «Суд над уксусной кислотой»
Судья:
Сегодня слушается дело госпожи AcetumAcedum (русское имя – Уксусная
кислота), которая обвиняется в том, в зависимости от ситуации называется
разными именами: Уксусная кислота, Ледяная кислота. Уксусная эссенция,
Столовый уксус, Этановая кислота. Мы призываем суд обстоятельно разобраться,
не нарушает ли вышеназванная особа паспортный режим, а также установить ее
соответствие занимаемой формуле.
Кислота:
Клянусь говорить правду и только правду.
Судья:
Ваше имя?
Кислота:
AcetumAcedum.
Судья:
Расскажите вашу биографию.
Кислота:
Я родилась более четырех тысяч лет назад в Древнем Египте. Впервые меня
получили при скисании вина и назвали AcetumAcedum. Вино, как известно,
содержит спирт, который под воздействием ферментов размножающихся бактерий
окисляется кислородом воздуха в уксусную кислоту.
Известны различные способы получения.
Применяли и применяют меня для улучшения вкуса пищи и консервации
продуктов.
Судья:
Что вы можете сообщить суду по поводу ваших других имен, прозвучавших
здесь?
Кислота:
Я этими именами не пользуюсь, откуда они появились мне не известно.
Судья:
Прошу садиться. Заслушаем свидетелей защиты. Слово предоставляется
господину Всезнающему, эксперту по номенклатуре и физическим свойствам.
Всезнающий:
С обвиняемой мы знакомы много лет.
При температуре 16,7 0С и выше это бесцветная жидкость, хорошо растворимая
в воде, с резким запахом.
В 1648 г. немецкий химик И.Р.Глаубер обнаружил её в подсмольной воде сухой
перегонки дерева.
Ее химический состав был определен в 1814 г. шведским химиком
Й.Я.Берцелиусом.
Первый лабораторный синтез уксусной кислоты был осуществлен в 1845 г.
немецким химиком А.В.Г.Кольбе.
Название «УКСУСНАЯ ЭССЕНЦИЯ» относится к 70%- ному раствору этой
кислоты.
Разбавленная до 6 ли 9% она применяется в виде СТОЛОВОГО УКСУСА.
По систематической номенклатуре ИЮПАК кислота называется ЭТАНОВОЙ.
Эксперт – экспериментатор:
Господин судья! А я знаю, почему ее называют ЛЕДЯНОЙ.
Чистая уксусная кислота кристаллизуется при + 16,7°С. Ниже этой температуры,
она представляет собой кристаллическую массу, похожую на лед, поэтому ее
называют ЛЕДНОЙ уксусной кислотой.
В демонстрационном опыте это трудно показать, легче показать лишь сам факт
«замерзания» ее при охлаждении. Наблюдение кристаллов объяснит, почему
чистая уксусная кислота носит название ледяной.
Если в пробирку налить несколько миллилитров уксусной кислоты (по
возможности безводной) и поместить пробирку в ледяную воду. Вскоре при
встряхивании наблюдают образование крупных блестящих кристаллов кислоты,
напоминающих замерзшую воду.
(Описание опыта:
-Если кислота не безводна, то она может не закристаллизоваться, в таком
случае лучше пользоваться охладительной смесью снега с поваренной солью).
-Вымораживанием кислоты из водного раствора легко получить чистую
ледяную уксусную кислоту, которую можно хранить в качестве
демонстрационного
препарата.
В
небольшую
колбочку
наливают
концентрированную уксусную кислоту и охлаждают в смеси снега с солью. Когда
значительная часть жидкости закристаллизуется, выливают из колбы остаток
жидкости — воду с некоторым количеством уксусной кислоты. Дают растаять
замерзшей кислоте и снова помещают колбу в охладительную смесь. Когда часть
жидкости снова закристаллизуется, опять сливают жидкость с кристаллов и
повторяют всю операцию еще раз. Так удается получить практически безводную
уксусную кислоту, которую при понижении температуры очень легко переводить
в кристаллическое состояние).
Судья:
Господин Всезнающий, как может рядовой потребитель уберечься от подделок
уксусной кислоты?
Всезнающий:
Бутылка с уксусной эссенцией, выпущенная на заводе имеет на горлышке три
кольца, свидетельствующие об опасности вещества. Кроме этого, на этикетке
обязательно указаны адрес завода-изготовителя и дата выработки. При
встряхивании бутылки образуются мелкие пузырьки, которые быстро исчезают.
Судья:
Прошу садиться. Слово просит госпожа Структура.
Структура:
Многие свойства уксусной кислоты, например кислый вкус, взаимодействие с
металлами, основаниями, солями, подтверждают, что атом водорода в молекуле
подвижнее, чем в этиловом спирте. Видимо это влияние карбонильного кислорода.
Карбонильный атом кислорода притягивает электроны, связывающие его с
атомом углерода, вследствие чего атом углерода приобретает частичный
положительный заряд и притягивает электроны от атома углерода, делая его, более
подвижным.
Влияние атомов взаимно, и гидроксогруппа, в свою очередь влияет на
карбонильный атом кислорода. Так для альдегидов характерны реакции
присоединения по месту разрыва двойной связи. В молекуле уксусной кислоты
связь разорвать труднее, более характерны реакции замещения и обмена.
Судья:
Суд присяжных постановил: имена госпожи Уксусной кислоты не противоречат
друг другу, а структурная формула ее химическим свойствам. Заседание суда
объявляю закрытым.
ТЕХНОЛОГИЯ КРИТИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ
СТАДИЯ ВЫЗОВА
Учитель:
Муравьиная кислота – это второе вещество, с которым мы знакомимся подробно.
Название муравьиной кислоты возникло не случайно: эта кислота впервые была
выделена в 1671 году из рыжих лесных муравьев английским натуралистом
Джоном Рэйем.
Я приведу некоторые интересные факты. Муравьи дают людям муравьиную
кислоту. Около 70% содержимого ядовитой железы рыжего муравья – это
муравьиная кислота. Издавна люди использовали муравьиную кислоту как
средство для лечения ревматизма. Использовали весьма своеобразным способом.
Люди, страдающие подагрой, засовывали ноги в муравейник и некоторое время
терпели укусы его обитателей.
Доказать, что муравьи содержат кислоту довольно легко. Для этого необходимо
взять полоску универсальной индикаторной бумажки, слегка смочить ее водой и
положить возле главного входа в муравейник. Через несколько минут, бумажка
станет розовой.
(+ВИДЕОФРАГМЕНТ)
СТАДИЯ ОСМЫСЛЕНИЯ.
«ЗИГЗАГ»
Все распределены на 4 группы экспертов.
Задания для экспертных групп.
1. Прочитать текст.
2. Найти ответ на вопрос, описание которого дано в таблице.
3. Заполнить соответствующую графу в таблице.
4. Представить свою часть материала в смешанных группах.
Заполнить таблицу:
№ ВОПРОСЫ
Ответ (главное)
1 Состав, строение, сила
кислоты,
физические
свойства,
интересные
факты.
2 Получение.
3 Химические
свойства
подтверждающие
структуру кислоты.
4 Применение.
ТЕКСТ (Материал для изучения в группах экспертов)
Часть 1.
Практически все виды муравьев содержат органическую кислоту, которую так и
называют муравьиной.
Муравьи беззастенчиво используют кислоту в качестве химического оружия: как
с целью самообороны, так и для охоты на других насекомых.
В одних случаях они впрыскивают муравьиную кислоту в тело жертвы
("жалят"), в других - брызгаются струйками кислоты, чтобы отпугнуть
врага.Например, излюбленной добычей муравьев является термиты. Термиты
слепы, большинство термитов имеет сравнительно мягкий панцирь. Но не все
термиты так беззащитны. Есть термиты-солдаты, которые облачены в прочный
панцирь и имеют мощные челюсти. Один из видов муравьев нашел оригинальный
выход: они жалят термитов-солдат, в единственное уязвимое место - через рот,
когда термиты готовятся обрушить свои челюсти на неприятеля.
Было замечено, что вороны иногда садятся на муравейник и умышленно
тревожат его обитателей, чтобы те разозлились и обрызгали птицу муравьиной
кислотой. Таким способом вороны борются с паразитами.
Муравьиная кислота полезна для крупных млекопитающих, так, медведи после
зимней спячки избавляются от паразитов, ложась на муравейник. Муравьи, кусая
его, впрыскивают муравьиную кислоту.
Муравьи рода Formika используют различные кислоты как средство общения
друг с другом, точно так же, как многие общественные насекомые. Муравьиная
кислота, выделяемая муравьями в момент опасности, служит сигналом для всех
остальных особей этого вида и является средством защиты при нападении
хищников. Благодаря этой кислоте муравьи имеют не так уж много врагов.
В природе муравьиная кислота обнаружена в едких выделениях пчел, в хвое,
фруктах. Листья и стебли крапивы покрыты тонкими твердыми волосками, внутри
которых содержится муравьиная кислота. Эти волоски протыкают кожу, и
ломаются, выделяя кислоту.
Муравьиная кислота (Formicacid, метановая кислота, E236) — первый
представитель в ряду насыщенных одноосновных карбоновых кислот.
Химическая формула HCOOH.
Муравьиная кислота - самая простая среди карбоновых кислот. Не трудно
заметить, что в молекуле муравьиной кислоты вместо органического радикала
содержится атом водорода: H-COOH.
Кислотные свойства в ряду карбоновых кислот уменьшаются. Муравьиная
кислота на порядок сильнее гомологов. Это связано с увеличением
углеводородного радикала, который обладает положительным индуктивным
эффектом.
Название кислоты
Формула кислоты
рК
Муравьиная кислота
HCOOH
3,77
Уксусная кислота
CH 3COOH
4,76
Пропионовая
CH 3CH 2COOH
4,88
кислота
Муравьиная кислота - кислота средней силы: она сильнее уксусной, но гораздо
слабее соляной.
По физическим свойствам муравьиная (метановая) кислота – это бесцветная
подвижная
жидкость
с
резким
запахом,
tпл =
8,25 °C,
3
tкип = 100,7 °С, = 1,220 г/см . Муравьиная кислота смешивается с водой, спиртом,
эфиром. Ее молекулы не связаны в единый пространственный каркас, а
объединены водородными связями попарно. Отсюда следует невысокая вязкость и
заметная летучесть муравьиной кислоты:
При попадании на кожу вызывает болезненные ожоги.
Часть 2.
Раньше муравьиную кислоту получали довольно варварским методом обработкой муравьев паром.
Теперь для этих целей используют другие способы.
Основным из них является реакция угарного газа и едкого натра при
повышенной температуре и давлении.
NaOH + CO =>HCOONa
В результате получается формиат натрия (натриевая соль муравьиной кислоты)
HCOONa, которую обрабатывают серной кислотой. Образовавшуюся муравьиную
кислоту отгоняют при пониженном давлении.
2HCOONa + H2SO4=> 2HCOOH + Na2SO4
Также в промышленности муравьиную кислоту получают из метана, спиртов и
альдегидов – их окислением:
_____________________________________________________________________
Часть 3.
Как может быть подтверждена ее структурная формула?
1.Молекула муравьиной кислоты построена как бы из молекулы воды и
молекулы оксида углерода (II):
Можно провести реакцию: разложение кислоты на оксид углерода (II) и воду.
В качестве водоотнимающего средства можно воспользоваться часто
применяемой для этой цели серной кислотой. Оксид углерода (II) нетрудно будет
обнаружить по его характерному пламени при горении.
(+ ВИДЕОФРАГМЕНТ с прямым выходом)
HCOOH -----------CO + H2O
Приоблучении ультрафиолетовым светом с малой длиной волны или в
присутствии в качестве катализаторов мелкоразмельченных осмия, рутения и
иридия муравьиная кислота разлагается на углекислый газ и водород
HCOOH -----------CO2 + H2
2.Окисление муравьиной кислоты.
По химическим свойствам муравьиная кислота самая реакционноспособная из
всех карбоновых кислот. Это объясняется тем, что ее карбоксильная группа
связана с водородом, а не с углеводородным радикалом. Благодаря присутствию в
молекуле альдегидной группы муравьиная кислота обладает свойствами
альдегидов.
Это дает возможность предположить, что муравьиная кислота должна
окисляться легче уксусной, и в частности давать реакцию серебряного зеркала.
Не
трудно
заметить,
что
образуется
угольная
кислота:
Пример:
____________________________________________________________________
Часть 4.
Муравьиная кислота находит широкое применение в различных отраслях
народного хозяйства.
В технике кислоту и ее соли применяют в качестве протравы при крашении
тканей, в кожевенном производстве – для отмывания извести, используемой при
обработке шкур.
В медицине смесь кислоты с водой, так называемый муравьиный спирт,
используется как раздражающее кожу, рефлекторно действующее средство при
ревматических и неврологических болях.
Муравьиная кислота применяется в промышленном органическом синтезе в
качестве восстановителя, а также для получения щавелевой кислоты.
В пищевой отрасли промышленности ее используют в качестве
дезинфицирующего и консервирующего средства.
Сложные эфиры муравьиной кислоты используют в качестве растворителей и
душистых веществ. Муравьиная кислота обладает хорошим бактерицидным
действием.
В основном, муравьиную кислоту используют как консервирующий и
антибактериальный агент при заготовке корма. Муравьиная кислота замедляет
процессы гниения и распада, поэтому сено и силос, обработанные муравьиной
кислотой, дольше сохраняются.
Опасность муравьиной кислоты зависит от концентрации. Согласно
классификации Европейского союза, концентрация до 10% обладает
раздражающим эффектом, больше 10%- разъедающим.
При контакте с кожей 100%-ная жидкая муравьиная кислота вызывает сильные
химические ожоги. Попадание даже небольшого её количества на кожу причиняет
сильную боль, поражённый участок сначала белеет, как бы покрываясь инеем,
потом становится похожим на воск, вокруг него появляется красная кайма. Кислота
легко проникает через жировой слой кожи, поэтому промывание поражённого
участка раствором соды необходимо произвести немедленно.
Контакт с концентрированными парами муравьиной кислоты может привести к
повреждению глаз и дыхательных путей. Случайное попадание внутрь даже
разбавленных
растворов
вызывает
явления
тяжелого
некротического
гастроэнтерита.
Муравьиная кислота быстро перерабатывается и выводится организмом. Тем не
менее, муравьиная кислота и формальдегиды, образующиеся при отравлении
метанолом, вызывают повреждение зрительного нерва и ведут к слепоте.
СТАДИЯ РЕФЛЕКСИИ
Зачитать результаты заполнения таблицы.
Выступление учащегося о роли кислот в пищевой промышленности.
ЭЛЕМЕНТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Решение Экспериментальной задачи
Учитель:
Доказать верность теоретических рассуждений о строении и свойствах
попробуем практически.
Экспериментальная задача III. Уровень II
Проведите опыт по распознаванию уксусной и муравьиной кислот.
Муравьиная кислота – единственная, содержащая альдегидную группу, а значит
дающая положительную реакцию «серебряного зеркала».
В обе пробирки с кислотами наливаем по 1 мл аммиачного раствора гидроксида
серебра.
Слегка нагреваем в пламени спиртовки.
ТБ: пробирку не вносим в пламя, а совершаем круговые движения вокруг пламени.
Наблюдаем образование металлического серебра на стенках одной пробирки в
виде зеркального слоя.
Делаем вывод, записываем уравнения химических реакций.
Техника безопасности:
1.
2.
3.
4.
Спиртовку от другой спиртовки зажигать нельзя!
Пробирку не вносим в пламя, а совершаем круговые движения вокруг пламени.
Пламя спиртовки гасим, накрывая его колпачком.
Приводим рабочее место в порядок.
Творческий ВЫВОД
В ней – сочетанье двух начал,
Одно – в рождении зеркал.
Конечно, не для созерцанья,
А для науки пониманья.
Другая ее суть.
Она ведь прежде кислота, не позабудь.
И в царстве леса встречается она,
Меньшие братья здесь ее друзья,
Им сердце отдано сполна.
Нет жизни ей, исчезнет вдруг трудяга-муравей.
Сестрицы ей – пчела и жгучая крапива.
Обидно сильно колется она,
Зато и сердце радует, и глаз,
Когда под Новый год сверкает как алмаз.
Кто без нее не может обойтись –
Текстиль, бумага, кожа –
Для них она всего дороже.
Здесь кислота – протрава для храненья,
И для отделки здесь она.
Законсервирует вдруг соки без предупрежденья,
Дезинфицирует и бочки для пива и вина.
Нужна и в медицине кислота,
Муравьиный спирт – ее раствор,
Он – от некоторых хворь.
Формиаты соли – вот ее семья.
Как поняли, нужна нам эта кислота.
Из всех кислот
Она, конечно, прима,
Присутствует везде
И зримо, и незримо.
В животных и растениях есть она,
С ней техника и медицина навсегда.
Ее потомство – ацетаты –
Очень нужные «ребята».
Всем известный аспирин.
Он, как добрый господин,
Жар больного понижает
И здоровье возвращает.
Это – меди ацетат.
Он растеньям друг и брат,
Убивает их врагов.
От кислоты еще есть толк –
Нас одевает в ацетатный шелк.
А пельмени любит кто,
Знает уксус тот давно.
Есть еще вопрос кино:
Хорошо всем надо знать,
Что без пленки ацетатной нам кино не увидать.
Конечно, есть и другие применения,
И вам они известны, без сомнения.
Но главное, что сказано, друзья,
«Хлеб промышленности» уксусная кислота.
Задание на закрепление (или Д/З)
Решите цепочку превращений:
Ацетальдегид → ацетат калия → этановая кислота → этилацетат → ацетат кальция
→ ацетон
Ответ:
CH3CHOCH3COOKCH3COOHCH3COOC2H5 (CH3COO)2Ca
(CH3)2CO
Тип реакции может подсказать сравнение состава исходного и получаемого
веществ. Так, для первого превращения видно, что необходимо окислить альдегид
в щелочной среде, например:
CH3CHO + 2KMnO4 + 3KOH  CH3COOK + 2K2MnO4 + 2H2O
CH3COOK + HCl = CH3COOH + KCl
CH3COOH + C2H5OH
CH3COOC2H5+ H2O
Чтобы из эфира получить ацетат, надо провести его гидролиз в щелочной
среде, причем в качестве щелочи взять гидроксид кальция:
2CH3COOC2H5 + Ca(OH)2
(CH3COO)2Ca + 2C2H5OH
Особую сложность может вызвать последнее превращение, поскольку способы
получения кетонов в базовом курсе химии обычно не рассматриваются. Для
его осуществления проводят пиролиз (термическое разложение) ацетата
кальция:
(CH3COO)2Ca
(CH3)2CO + CaCO3
Для удаления пятен ржавчины их обрабатывают раствором уксусной
кислоты. Составьте молекулярные и ионные уравнения происходящих при этом
реакций, учитывая, что ржавчина содержит оксид и гидроксид железа(III) —
Fе2O3 и Fе(ОН)3.