Podręcznik - Sklep WSiP - Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne

od
ZGODNY
Z WYMAGANIAMI 2015
SZKOŁY
PONADGIMNAZJALNE
zakres podstawowy
Po prostu
Chemia
Podręcznik
Autorzy: Hanna Gulińska, Krzysztof Kuśmierczyk
Podręcznik dopuszczony do użytku szkolnego przez ministra właściwego do spraw oświaty
i wychowania i wpisany do wykazu podręczników przeznaczonych
do kształcenia ogólnego do nauczania chemii, na podstawie opinii rzeczoznawców:
mgr Haliny Piankowskiej, dr Anny Wisły-Świder, mgr. Rafała Janusa.
Zakres kształcenia: podstawowy.
Etap edukacyjny: IV.
Typ szkoły: szkoły ponadgimnazjalne.
Rok dopuszczenia: 2012/2015.
Numer ewidencyjny w wykazie wspólny dla tradycyjnej i elektronicznej wersji podręcznika: 523/2012/2015
© Copyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne sp. z o.o.
Warszawa 2013
Wydanie II (2015)
ISBN 978-83-02-15144-6
Opracowanie merytoryczne i redakcyjne: Danuta Roman (redaktor koordynator, redaktor
merytoryczny), Anna Dudek (współpraca redakcyjna)
Redakcja językowa: Milena Schefs, Agnieszka Czerepowicka
Redakcja techniczna: Agnieszka Ziemkiewicz
Projekt okładki: Paweł Rafa
Projekt graficzny: Katarzyna Trzeszczkowska
Projekt infografik i wykonanie: Krzysztof Płuciennik, Dominik Krajewski
Opracowanie graficzne: Krzysztof Płuciennik
Fotoedycja: Ignacy Składowski, Robert Kwiatek
Skład i łamanie: VERDE, Kraków
Zalecane wymagania systemowe i sprzętowe
Podręcznik elektroniczny w formacie PDF otwierany na komputerach PC i MAC wymaga zainstalowania bezpłatnego programu Adobe Reader (http://get.adobe.com/reader/); otwierany na tabletach i telefonach z systemem Apple iOS wymaga zainstalowania bezpłatnego programu iBooks (do
pobrania ze sklepu App Store); otwierany na tabletach i telefonach z systemem Android wymaga
zainstalowania bezpłatnego programu Adobe Reader (do pobrania z Google Play).
Pomoc techniczna: [email protected]
Materiały, do których masz dostęp, nie mogą być rozpowszechniane publicznie, nie mogą być
przedmiotem dalszego obrotu. Rozporządzanie ich opracowaniem wymaga uzyskania zgody.
Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne spółka z ograniczoną odpowiedzialnością
00-807 Warszawa, Aleje Jerozolimskie 96
Tel.: 22 576 25 00
Infolinia: 801 220 555
www.wsip.pl
Publikacja, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują.
Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej
w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło.
A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.
Szanujmy cudzą własność i prawo.
Więcej na www.legalnakultura.pl
Polska Izba Książki
SPIS TREŚCI
Jak korzystać z podręcznika .......................... 4
Regulamin szkolnej pracowni chemicznej ..... 6
17 Przegląd wiadomości: Chemia
a nasze zdrowie .................................. 132
1 O szkolnej pracowni chemicznej
i zasadach bezpiecznej pracy ................... 7
1 . M i nera l n e ska rby
Ziemi
4. Chem ia opakow ań
i o dzieży
18 O opakowaniach i materiałach,
z których są wykonane ........................ 141
2 O alotropii węgla i innych pierwiastków ... 15
3 O tlenku krzemu(IV) – popularnym
minerale skorupy ziemskiej ................... 23
4 O skałach wapiennych i ich znaczeniu
dla gospodarki ...................................... 29
5 O solach bezwodnych i uwodnionych ..... 38
19 O substancjach, z których
jest wytwarzana odzież ........................ 149
20 O surowcach gromadzonych
na składowiskach odpadów .................. 160
21 Przegląd wiadomości: Chemia
opakowań i odzieży ............................ 169
6 O cemencie, wyrobach ceramicznych
i szkle .................................................. 44
7 Przegląd wiadomości: Mineralne
skarby Ziemi ........................................ 53
2 . Chemia
w r o l n ictwie
8 O glebie jako bogactwie naturalnym ....... 61
9 O składnikach pokarmowych roślin ....... 68
10 O problemach związanych
z degradacją gleb .................................. 74
11 Przegląd wiadomości: Chemia
w rolnictwie ......................................... 81
3 . Chemia a n a sze
z d r owie
12 O chemicznych składnikach żywności .... 91
13 O reakcjach zachodzących podczas
przygotowywania żywności ................... 99
14 O wodzie i napojach dnia
codziennego ....................................... 106
15 O chemicznych regulatorach
nastroju .............................................. 116
16 O substancjach użytecznych w walce
z chorobami ....................................... 124
5. Chem ia ś r o dków
c zys toś c i
22 O mydle – najważniejszym sojuszniku
w walce z brudem ............................... 179
23 O środkach do mycia i czyszczenia ....... 187
24 O substancjach zawartych
w kosmetykach ................................... 194
25 Przegląd wiadomości: Chemia
środków czystości ............................... 203
6. Ener gia dzis iaj
i jutr o
26 O węglu jako paliwie ........................... 213
27 O gazie ziemnym i ropie naftowej jako
surowcach strategicznych .................... 220
28 O produktach przemysłu
petrochemicznego .............................. 227
29 O alternatywnych źródłach energii ....... 235
30 Przegląd wiadomości: Energia
dzisiaj i jutro ....................................... 244
Indeks ..................................................... 251
Tabela rozpuszczalności ........................... 252
Źródła fotografii i ilustracji ....................... 253
3
4
Jak korzystać z podręcznika
Podręcznik został podzielony na sześć działów tematycznych, które składają się z rozdziałów,
odpowiadających lekcjom. Znajdują się w nim opisy i analizy zagadnień chemiczych związane
z życiem codziennym człowieka we współczesnym świecie.
Przypomnienie – najważniejsze treści z gimnazjum,
których znajomość jest niezbędna do zrozumienia
zagadnień znajdujących się w danym dziale
Lista pojęć omawianych w lekcji
Temat lekcji
Doświadczenie,
które może wykonać
uczeń
Doświadczenie, które uczeń
może wykonać przy użyciu
techniki małej skali
Rozwiązanie tego zadania wymaga
dodatkowych informacji, które można
znaleźć np. w internecie
Doświadczenie,
które może wykonać
tylko nauczyciel
Polecenia i zadania
do sprawdzenia
wiadomości i umiejętności
Propozycja tematu
do zrealizowania
metodą projektów
5
Podsumowanie
i sprawdzenie
– przygotowane
do każdej lekcji
Ważne
treści
Zapamiętaj
– zestawienie
najważniejszych
informacji w lekcji
Po tej lekcji potrafisz
– umiejętności
z podstawy
programowej
Rozwiąż zadania
– zestaw zadań
sprawdzających
wiadomości
i umiejętności
Zbadaj i opisz samodzielnie
– doświadczenia do wykonania
w domu przy użyciu dostępnych
środków i sprzętu
Doświadczenia
do wykonania na lekcji
– uzupełnione zdjęciami
Przegląd wiadomości
– podsumowanie działu z najważniejszymi
informacjami przedstawionymi w formie
schematów i tabel
Zadania do działu
– zestaw zadań podsumowujących
wraz z punktacją
REGULAMIN SZKOLNEJ PRACOWNI CHEMICZNEJ
1. Do pracowni wchodzimy zawsze w obecności nauczyciela.
2. Doświadczenia wykonujemy ściśle według przepisów.
3. Żadnych substancji nie dotykamy i nie badamy bez polecenia
nauczyciela.
4. Nie wrzucamy do zlewu: zapałek, sączków, osadów itp.
5. Nie wylewamy do zlewu żadnych substancji bez uzgodnienia
z nauczycielem.
6. Doświadczenie niebezpieczne wykonujemy z zachowaniem szczególnej
ostrożności, najlepiej pod wyciągiem.
7. W pracowni nie wolno jeść i pić, ani przechowywać
żywności na stole laboratoryjnym.
8. Substancje wąchamy bardzo ostrożnie, kierując ich pary ruchem ręki
w stronę nosa.
9. Podczas ogrzewania cieczy w probówce kierujemy jej wylot tak,
aby w razie rozpryśnięcia jej zawartości nikogo nie oblać.
10. Z palników korzystamy tylko na polecenie nauczyciela, nie pochylamy
nad nimi twarzy i szczególnie chronimy włosy przed możliwością
zapalenia.
11. Podczas wykonywania doświadczeń używamy odzieży ochronnej
i okularów ochronnych.
12. Z pracowni nie wolno zabierać żadnych substancji.
13. Po wykonaniu doświadczeń oraz po każdej lekcji chemii myjemy
starannie ręce.
14. O wszelkich wypadkach (np. o skaleczeniach, oparzeniach lub rozlaniu
się roztworów substancji) natychmiast informujemy nauczyciela.
15. Po skończonych zajęciach sprzątamy pracownię, a dyżurni pomagają
nauczycielowi myć użyte do doświadczeń naczynia i wietrzą
pomieszczenie.
7
1
„
„
„
„
„
O szkolnej pracowni
chemicznej...
i zasadach
bezpiecznej pracy
Szkolna pracownia chemiczna
Stężenie procentowe roztworu
Zjawiska fizyczne i przemiany chemiczne
Środki bezpieczeństwa związane ze stosowaniem odczynników
Układ okresowy pierwiastków chemicznych
Miejscem pracy chemika jest laboratorium, gdzie są prowadzone różnego rodzaju prace badawcze. Miejscem pracy ucznia na lekcjach chemii jest szkolna pracownia chemiczna.
SZKOLNA PRACOWNIA CHEMICZNA
Doświadczenia należy wykonywać zgodnie z opisem w podręczniku bądź poleceniami nauczyciela. Bardziej skomplikowane eksperymenty przeprowadzi nauczyciel. Wykonywanie
doświadczeń, zarówno tych łatwych, jak i tych trudniejszych, może wiązać się z ryzykiem
skaleczenia, oparzenia oraz zatrucia. Aby uniknąć nieszczęśliwych wypadków, należy zawsze
pamiętać o przestrzeganiu zasad bezpiecznej pracy (ryc. 1.1), które określa regulamin pracowni chemicznej.
W każdym laboratorium chemicznym powinna
znajdować się apteczka pierwszej pomocy (ryc. 1.2).
W standardowym wyposażeniu takiej apteczki nie
ma roztworów, które mogą zneutralizować zasady
i kwasy. Roztwory te warto przygotować. Zadanie
to będzie okazją do przypomnienia nazw i przeznaczenia naczyń oraz sprzętu laboratoryjnego
najczęściej wykorzystywanych w szkolnej pracowni chemicznej.
Ryc. 1.1. Wszystkie doświadczenia należy wykonywać w okularach
i rękawicach ochronnych. Dobrze jest uzupełnić takie wyposażenie
o fartuch
Ryc. 1.2. Apteczkę warto wyposażyć w materiały
opatrunkowe, wodę utlenioną oraz środki
neutralizujące zasady i kwasy, takie jak rozcieńczone
roztwory kwasu octowego i sody oczyszczonej
8
O S Z KO L N E J P R A C OW N I C H E M I C Z N E J ...
W opisach doświadczeń do pierwszej lekcji zamieszczono nazwy potrzebnych naczyń i sprzętu – ułatwi to przypomnienie wiadomości z gimnazjum. W kolejnych lekcjach informacje
j
te znajdują się w opisie sposobu wykonania eksperymentu.
mentu.
1 .1 . S P O R Z Ą D Z E N I E R O Z T W O R U
KWASU OCTOWEGO
Sprzęt i odczynniki: zlewka, cylinder miarowy,
bagietka, ocet spożywczy (roztwór kwasu octowego
CH3COOH o stężeniu 10%), woda destylowana.
3
3
„ Do zlewki o pojemności 200 cm wlej 50 cm
octu i 50 cm3 wody destylowanej. Objętość cieczy
ocet
woda
odmierzaj cylindrem miarowym.
destylowana
„ Przygotowany w ten sposób roztwór wymieszaj
bagietką i zbadaj jego zapach, kierując ruchami
dłoni w stronę nosa pary wydobywające się ze zlewki.
„ Roztwór przelej do zakręcanej butelki. Umieść na niej informację dotyczącą zawartości.
STĘŻENIE PROCENTOWE ROZTWORU
Stężenie procentowe (cp) określa liczbę gramów substancji rozpuszczonej (ms) zawartą w 100 g
roztworu.
m
cp = ms · 100%
r
Przykład
Oblicz, ile sody oczyszczonej (w g) i ile wody (w cm3) należy zmieszać, aby otrzymać 160 g roztworu o stężeniu 5%.
Dane:
Szukane:
ms = ?
mr = 160 g
Vwody = ?
cp = 5%
Po przekształceniu wzoru na stężenie procentowe roztworu w miejsce zmiennych należy podstawić wartości liczbowe:
m
cp = ms · 100%
r
to
ms =
cp · mr
100%
5% · 160 g
=8g
100%
Ponieważ roztwór składa się z substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika, masę wody można
obliczyć ze wzoru:
mwody = mr – ms = 160 g – 8 g = 152 g
Skoro 1 cm3 wody ma masę 1 g, potrzeba 152 cm3 H2O.
ms =
Odpowiedź: Przygotowanie 160 g roztworu sody oczyszczonej o stężeniu 5% wymaga rozpuszczenia 8 g tej substancji w 152 cm3 wody.
LEKCJA 1
O S Z KO L N E J P R A C OW N I C H E M I C Z N E J ...
Korzystając z wyników obliczeń, przygotuj roztwór
wór sody oczyszczonej.
1.2. SPORZĄDZENIE
ROZTWORU SODY
OCZYSZCZONEJ
Sprzęt i odczynniki: waga laboratoryjna, łyżka do
pobierania substancji stałych, zlewka, cylinder
miarowy, bagietka, soda oczyszczona, woda
destylowana.
„ Odważ 8 g sody oczyszczonej. Przygotowaną
naważkę wsyp do zlewki i wlej do niej 152 cm3
wody odmierzonej cylindrem miarowym.
„ Zawartość zlewki mieszaj bagietką aż do całkowitego rozpuszczenia się sody.
„ Roztwór przelej do zakręcanej butelki. Umieść na niej informację dotyczącą zawartości.
Soda oczyszczona to sól kwasu węglowego (H2CO3), w którym jeden z atomów wodoru został
zastąpiony jednym atomem sodu – jest to więc wodorowęglan sodu o wzorze NaHCO3. Soda
oczyszczona jest stosowana jako składnik proszku do pieczenia i dodatek do żywności, środek
pianotwórczy w gaśnicach oraz pochłaniacz nieprzyjemnych zapachów.
ZJAWISKA FIZYCZNE I PRZEMIANY CHEMICZNE
Wydziel sodę oczyszczoną z jej roztworu.
1.3. ODPAROWANIE WODY
Z ROZTWORU SODY
OCZYSZCZONEJ
Sprzęt i odczynniki: palnik, parownica, trójnóg z siatką ze
spieku ceramicznego, bagietka, roztwór sody oczyszczonej
o stężeniu 5% (z dośw. 1.2).
3
„ Wlej do parownicy 3– 4 cm roztworu sody oczyszczonej.
Ustaw ją na siatce ze spieku ceramicznego.
„ Parownicę ogrzewaj płomieniem palnika. W trakcie
odparowywania wody zawartość parownicy mieszaj
bagietką.
„ Zakończ ogrzewanie, gdy w parownicy zostanie suchy proszek.
Obserwacje i wnioski: pod wpływem ogrzewania woda odparowała i w parownicy została
biała substancja. Nie jest to jednak wodorowęglan sodu, lecz mieszanina wodorowęglanu sodu i produktów jego rozkładu (soda jest nietrwała termicznie i w temperaturze powyżej 60°C
rozkłada się).
9
10
O S Z KO L N E J P R A C OW N I C H E M I C Z N E J ...
Przeprowadzone w doświadczeniach sporządzanie roztworów czy odparowywanie rozpuszczalnika to zjawiska fizyczne. Chemicy badają przemiany chemiczne (reakcje chemiczne),
podczas których z jednych substancji powstają inne, o odmiennych właściwościach. Przykładami przemian chemicznych są rozkład termiczny sody oraz reakcja sody oczyszczonej
z kwasem octowym.
Przeprowadź reakcję sody oczyszczonej z octem i zbadaj właściwości
otrzymanego gazu.
1 . 4 . R E A K C J A R O Z T W O R Ó W S O DY
O C Z Y S Z C Z O N E J I K WA S U O C T O W E G O
Sprzęt i odczynniki: kolba stożkowa o pojemności 250 cm3,
cylinder miarowy, balonik, roztwory kwasu octowego (z dośw. 1.1)
i sody oczyszczonej (z dośw. 1.2) o stężeniach 5%.
3
„ Do kolby stożkowej wlej 50 cm roztworu kwasu octowego
3
i 50 cm roztworu sody oczyszczonej. Objętość cieczy odmierzaj
cylindrem miarowym.
„ Po wlaniu roztworu sody do kolby stożkowej z roztworem kwasu
octowego na jej wylot szybko załóż balon.
Obserwacje i wnioski: balon szybko wypełnia się gazem. Jest nim tlenek węgla(IV) – gazowy produkt reakcji, której przebieg można zilustrować za pomocą równania:
NaHCO3 + CH3COOH Ą CH3COONa + H2O + CO2Ì
Substancję można zidentyfikować na podstawie jej charakterystycznych właściwości
fizycznych i chemicznych.
Udowodnij, że gaz zebrany w balonie to tlenek węgla(IV).
1.5. IDENTYFIKACJA TLENKU WĘGLA(IV)
Sprzęt i odczynniki: dwie zlewki, świeca, zapałki i balon z gazem
zebranym w doświadczeniu 1.4.
„ Gaz znajdujący się w balonie wpuść do pustej zlewki.
„ W drugiej zlewce umieść świecę. Zapal ją.
„ Zlewkę z gazem przechyl nad zlewką z palącą się świecą.
Obserwacje i wnioski: w obecności gazu przelanego ze zlewki płomień świecy gaśnie. Tlenek węgla(IV) nie podtrzymuje
palenia, a jako gaz o gęstości większej od gęstości powietrza
opada na płomień świecy, odcinając dostęp powietrza.
LEKCJA 1
O S Z KO L N E J P R A C OW N I C H E M I C Z N E J ...
ŚRODKI BEZPIECZEŃSTWA ZWIĄZANE ZE STOSOWANIEM ODCZYNNIKÓW
Wszystkie odczynniki chemiczne dostępne w laboratorium szkolnym, a także preparaty chemiczne używane w domu należy traktować jako niebezpieczne i stosować z dużą ostrożnością. Na opakowania chemikaliów nanosi się oznaczenia graficzne, tzw. piktogramy, informujące o rodzaju zagrożenia, jakie stwarza korzystanie z tych produktów.
Materiały wybuchowe
Gazy, ciecze i ciała stałe,
które w kontakcie
z substancjami organicznymi
mogą spowodować
ich zapłon
Łatwo palne gazy, aerozole,
ciecze i ciała stałe
Substancje szkodliwe,
drażniące skórę, oczy
i drogi oddechowe
Substancje uczulające
i rakotwórcze
Silne trucizny po spożyciu
albo naniesieniu na skórę
Substancje stanowiące
zagrożenie dla środowiska
wodnego
Substancje żrące,
uszkadzające skórę i oczy
oraz powodujące
rdzewienie metali
UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW CHEMICZNYCH
Związki chemiczne są zbudowane z pierwiastków chemicznych. Wiele informacji na temat
budowy atomów pierwiastków i ich właściwości można odczytać z położenia pierwiastków
w układzie okresowym pierwiastków chemicznych – masz go na końcu podręcznika. Układ
okresowy to zestawienie pierwiastków chemicznych, uporządkowanych według rosnącej liczby atomowej. Jego użyteczność wynika z faktu, że właściwości fizyczne i chemiczne pierwiastków powtarzają się okresowo. Pierwiastki ułożone w kolumnach (grupach) mają podobne właściwości. Pierwiastki leżące w tym samym rzędzie (okresie) zmieniają się od bardzo
aktywnych metali do niemetali, z których ostatnim jest gaz szlachetny.
TO CIEKAWE!
Chemik detektywem?
Nie ma przestępstw doskonałych – każdy
sprawca pozostawia jakieś ślady. Chemicy badający ślady dostarczają policji dowody umożliwiające rozwiązanie spraw kryminalnych. Poza
badanymi rutynowo próbkami krwi, płynów
ustrojowych, narkotyków i trucizn chemicy analizują farby, włókna, leki, a nawet ślady prochu.
W swojej pracy wykorzystują skomplikowane
techniki analityczne, m.in. chromatograficzne
i spektroskopowe, oraz metody biologii molekularnej, pozwalające ustalić niepowtarzalny
profil DNA konkretnej osoby. Badania chemiczne są także pomocne w ocenie autentyczności dzieł sztuki.
11