Министерство образования. Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Павлово-Посадский промышленно-экономический техникум»

Министерство образования.
Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
«Павлово-Посадский промышленно-экономический техникум»
Московской области.
Тема:
«Разрешите представиться, молекула
серной кислоты».
Методическая разработка
урока по дисциплине: «Общая химия».
Подготовила:
преподаватель химии
Дмитренко Е.М.
г. Павловский Посад,
2012 год.
Урок презентация:
«Разрешите представить молекула серной кислоты».
Цель:
1.Закрепить знания о молекулярном составе веществ (на примере серной
кислоты).
Задачи:
1.Разширить знания обучающихся о физических и химических свойствах
серной кислоты, как одной из ярких представительницей неорганических
соединений сложных веществ- кислот.
2.Способствовать заинтересованности обучающихся в изучении химии, как
одному из важных компонентов необходимых в будущей профессии.
3.Развивать познавательную деятельность обучающихся, как неотъемлемую
часть учебного процесса.
4.Показать особенности физических свойств серной кислоты.
5.Углубить знания о химических свойствах концентрированной и
разбавленной серной кислоты.
6.Подчеркнуть окислительные свойства концентрированной серной кислоты.
7.Разобрать способы получения серной кислоты.
8.Показать круг применения и значение серной кислоты.
9.Акцентировать внимание на значение изучаемой темы в будущей
профессии.
Студент должен знать и уметь:
1.Составлять молекулярную и структурную формулы, находить молярную
массу.
2.Определять физические свойства.
3.Различать химические свойства концентрированной и разбавленной серной
кислоты. Записывать уравнения реакций.
4.Описывать контактный способ получения серной кислоты.
5.Знать область применения серной кислоты.
Преподаватель: Мы живем в удивительном мире молекул! Когда
восхищаемся окраской цветов, то восхищаемся молекулами. Если
наслаждаемся пищей и напитками, получаем удовольствие от молекул.
Когда мы чувствуем аромат, ощущаем молекулы. Наша одежда состоит из
молекул, мы дышим молекулами. Да и сами построены из молекул. И
сегодня мы познакомимся с одной очаровательной представительницей
загадочного мира молекул. Итак, разрешите представить молекула серной
кислоты!
Студент (специалист в области физической химии): Возможность
практического использования того или иного вещества целиком
определяется его свойствами. При решении этого вопроса учитывают и
экономическую целесообразность его применения. Поэтому прежде, чем
найти применение веществу, сначала подробно изучают его физические и
химические свойства. После этого становятся ясны границы использования
вещества.
Неразбавленная серная кислота представляет собой ковалентное соединение.
Её молекулы имеют тетраэдрическое строение. Серная кислота - бесцветная
едкая тяжелая маслообразная жидкость без запаха, плотность 1,84г/см3,
смешивается с водой в любых соотношениях. Концентрированная серная
кислота очень бурно реагирует с водой. По этой причине следует всегда
разбавлять серную кислоту, наливая её в воду, а не наоборот. Эта кислота
гигроскопична, то есть способна поглощать влагу из воздуха. Поэтому её
используют для осушения газов, не реагирующих с нею, пропуская их через
серную кислоту. Безводная серная кислота растворяет до 70% оксида серы.
При обычной температуре она не летуча и не имеет запаха. Температура
кипения и температура замерзания серной кислоты зависит от ее состава, т.е.
от количества воды. С водой она образует три соединения, которые
называются кристаллогидратами. Их можно выделить при охлаждении
кислоты соответствующей концентрации. Кристаллогидраты выпадают в
виде прозрачных кристалликов, похожих на лед. Стопроцентная кислота
замерзает около +10 о C. Поэтому перевозить такую кислоту зимой нельзя она переходит в твёрдое состояние. Нельзя её перевозить даже осенью или
весной. От небольших количеств воды её температура плавления резко
снижается. Серная кислота, содержащая всего 6.4% чистой воды, замерзает
уже при -37.9oC. Такую кислоту можно перевозить в любое время года. При
дальнейшем увеличении содержания воды до 15% серная кислота начинает
замерзать около +8oC. Если же содержание воды увеличить до 25%, то
кислота опять начинает замерзать при низкой температуре -41.0o. Таким
образом, башенная кислота, содержащая 75% чистой серной кислоты, не
боится самых сильных морозов, и её можно перевозить даже в самые
холодные районы страны.
Преподаватель: Физические свойства молекулы серной кислоты очень
интересны и химические свойства будут разнообразными и неординарными.
Студент (специалист по вопросам изучения химических свойств серной
кислоты): Молекула серной кислоты состоит из 2х атомов водорода, 1 атома
серы и 4х атомов кислорода.
Концентрированная серная кислота обугливает органические вещества —
сахар, бумагу, дерево, волокна и т. д., отнимая от них элементы воды. При
этом образуются гидраты серной кислоты. Поэтому кислота, которая идет в
продажу, имеет бурый цвет от случайно попавших и обуглившихся в ней
пыли и органических веществ. Серная кислота сильная двухосновная
кислота. По первой ступени в растворах невысокой концентрации она
диссоциирует практически нацело.Концентрированная серная кислота,
особенно горячая, энергичный окислитель. Она окисляет НI и НВr до
свободных галогенов, уголь до СО2 , серу до SО2, реагирует с фосфором.
Взаимодействие серной кислоты с металлами протекает различно в
зависимости от ее концентрации. Разбавленная серная кислота растворяет
только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода.
Концентрированная H2SO4 - сильный окислитель; при взаимодействии с
металлами (кроме Au, Pt) может восстанавливаться до SO2, S или H2S (без
нагревания не реагируют также Fe, Al, Cr - пассивируются). Разбавленная
серная кислота реагирует с основными оксидами, с гидроксидами, с солями.
Образование белого осадка BaSO4 (нерастворимого в кислотах)
используется для идентификации серной кислоты и растворимых сульфатов.
Действуя в качестве окислителя, серная кислота обычно восстанавливается
до SO2. Однако наиболее сильными восстановителями она может быть
восстановлена до S и даже H2S.
При рассказе на доске записываются необходимые уравнения реакции.
Серная кислота, будучи двухосновной, образует два ряда солей: средние,
называемые сульфатами, и кислые, называемые гидросульфатами. Сульфаты
образуются при полной нейтрализации кислоты щелочью (на один моль
кислоты приходится два моля щелочи), а гидросульфаты — при недостатке
щелочи (на один моль кислоты — один моль щелочи).
Преподаватель: Химические свойства молекулы серной кислоты
действительно оказались специфическими. А теперь попробуем опытным
путем доказать и показать некоторые свойства этой необычайной молекулы.
На демонстрационном столе: штатив с пробирками, химический стакан,
сахарная пудра, вода, концентрированная и разбавленная серная кислота,
раствор хлорида бария, цинк, перманганат калия, этиловый спирт.
Студент (лаборант института коллоидной химии) демонстрирует опыты,
другой (эксперт в области проведения химических реакций) объясняет суть
опыта, а третий (вызывают из группы) записывает уравнения реакций.
Опыт №1. В пробирку наливаем немного воды и медленно добавляем
тонкой струйкой концентрированную серную кислоту. Происходит
нагревание пробирки (практически до 90градусов). Это объясняется тем, что
при растворении серной кислоты в воде выделяется огромное количество
теплоты, вследствие гидратации ионов Н+ и НSО4-. Поэтому необходимо
кислоту лить в воду, а не наоборот!
Опыт №2. В пробирку насыпаем немного сахарной пудры и добавляем
концентрированной серной кислоты. Через 1-2 минуты смесь потемнеет. Это
объясняется тем, что концентрированная серная кислота хорошо поглощает
влагу, она может отнимать воду от некоторых органических соединений, при
этом происходит их обугливание.
Опыт №3. В пробирку кладем цинк и добавляем разбавленную серную
кислоту. В результате реакции наблюдаем выделение водорода.
Опыт №4. В химический стакан наливаем 50мл. концентрированной серной
кислоты и добавляем 70мл. этилового спирта. Появилась граница раздела 2-х
жидкостей. Всыпаем аккуратно немного перманганата калия в стакан.
Появляются вспышки на границе раздела жидкостей. Это происходит за счет
выделения кислорода, он то и поджигает спирт в стакане.
Опыт №5. В пробирку наливаем немного хлорида бария и добавляем
разбавленной серной кислоты. Наблюдаем появление белого осадка.
Произошло образование нерастворимой соли сульфата бария. Эта реакция
является качественной для обнаружения сульфат ионов.
Преподаватель: Молекула серной кислоты удивительная молекула! Ее
производство в мире превышает 100 млн.тонн в год. А каким способом
получают молекулу серной кислоты?
Студент (директор завода по производству серной кислоты):
Наибольшее значение имеет контактный способ получения. По этому
способу можно получить H2SO4 любой концентрации, а также олеум –
раствор SO3 в H2SO4.
Процесс состоит из трех стадий:
1) получение SO2
2) окисление SO2 в SO3
3) получение H2SO4
SO2 получают обжигом пирита FeS2 в печах:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
Газ, выходящий из печи обжига, состоит из оксида серы(IV), кислорода,
азота, соединений мышьяка и паров воды. Он называется обжиговым газом.
Обжиговый газ тщательно очищают, нагревают и направляют в контактный
аппарат, внутри которого имеются решетчатые полки, заполненные
катализатором. В качестве катализатора используют оксид ванадия (V2O5).
Реакция окисления SO2 в SO3 обратимая:
2SO2 + O2=2SO3
SO3 поглощается концентрированной серной кислотой – образуется олеум.
Разбавляя олеум водой, можно получить кислоту нужной концентрации.
Преподаватель: Молекула серной кислоты настолько важна, что объем ее
годового производства может служить мерой степени индустриализации
государства и его активности на мировом рынке. Давайте рассмотрим сферы
применения молекулы серной кислоты.
Студент (начальник отдела продаж завода по производству серной
кислоты): Серную кислоту применяют:
-в производстве минеральных удобрений;
-как электролит в свинцовых аккумуляторах;
-для получения различных минеральных кислот и солей;
-в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ
и взрывчатых веществ;
-в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др.
отраслях промышленности;
-в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой
добавки E513(эмульгатор);
-в промышленном органическом синтезе в реакциях:
-дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
-гидратации (этанол из этилена);
-сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные
продукты в производстве красителей);
-алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и
др.
Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных
удобрений. На 1 т P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной
кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄ — 0,75 т серной кислоты. Поэтому
сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по
производству минеральных удобрений.
Преподаватель: Молекула серной кислоты имеет действительно огромный
спектр применения, а интересно окунуться в историю ее открытия.
Студент (историк): Серная кислота известна с древности. Первое
упоминание о кислых газах, получаемых при прокаливании квасцов или
железного купороса «зеленого камня», встречается в сочинениях,
приписываемых арабскому алхимику Джабир ибн Хайяну.Позже, в IX веке
персидский алхимик Ар-Рази, прокаливая смесь железного и медного
купороса (FeSO4•7H2O и CuSO4•5H2O), также получил раствор серной
кислоты. Этот способ усовершенствовал европейский алхимик Альберт
Магнус, живший в XIII веке.В XV веке алхимики обнаружили, что серную
кислоту можно получить, сжигая смесь серы и селитры, или из пирита —
серного колчедана, более дешевого и распространенного сырья, чем сера.
Таким способом получали серную кислоту на протяжении 300 лет,
небольшими количествами в стеклянных ретортах. И только в середине 18
столетия, когда было установлено, что свинец не растворяется в серной
кислоте, от стеклянной лабораторной посуды перешли к большим
промышленным свинцовым камерам. А в России первый завод по
производству серной кислоты из серы был построен в 1805 году немецким
химиком, технологом и фармацевтом И.В.Вутингом (1783-1850).
Преподаватель: Итак, молекула серной кислоты действительно очень
интересна, загадочна, многообразна и важна. А пригодятся ли знания о
свойствах, получении и применении молекулы серной кислоты в вашей
будущей профессии?
Студент (из группы): Наша профессия техническая эксплуатация и
обслуживание электрического и электромеханического оборудования. А это
значит, что мы будем работать в различных отраслях нашей
промышленности. Ведь в наш современный мир, мир автоматизации,
компьютеризации и инновации без электричества не обойтись. И многие из
нас будут обслуживать аппаратуру по производству различных молекул, а
значит и молекул серной кислоты. И наши знания здесь очень пригодятся.
Современный специалист должен быть компетентен во всех областях науки.
Преподаватель: Давайте подведем итог нашему знакомству с молекулой
серной кислоты.
Каждый студент вначале презентации получил карточку-задание, которую
в процессе урока должен был заполнить. Работы проверяются и
оцениваются.
При разработке данного урока были использованы следующие
материалы:
1. Учебная литература: М.Фримантл. Химия в действии., М: Мир, 1991г,
528 с.; П.Эткинс. Молекулы., М: Мир, 1991г, 216 с.; О.С.Габриелян.
Химия., М:Дрофа, 2012 г.
2. Интернет-ресурсы: http://www.slideshare.net/zaharov/ss-16152349