Тема урока: Кислород Цель урока: изучить физические и химические свойства кислорода, дать общее понятие об оксидах, реакциях горения; рассмотреть практическую значимость и применение; доказать, что кислород - один из важнейших элементов на Земле. Задачи урока: Образовательные: 1. Расширить представления обучающихся о кислороде. 2. Познакомить со свойствами и применением кислорода. 3. Совершенствовать умения составлять уравнения химических реакций. Воспитательные: 1. Формировать умения работать в парах у каждого обучающегося, считаться с мнением соседа и отстаивать свою точку зрения корректно, выполняя упражнения. 2. Воспитывать бережное отношение к своему здоровью, окружающей природе, учить понимать прекрасное, ценить произведения искусства. Развивающие: 1. Способствовать продолжению развития устойчивого интереса к химической науке и практике. 2. Совершенствовать навыки самостоятельной работы, развивать умения наблюдать, формулировать высказывания. 3. Способствовать развитию исследовательских навыков, соблюдая правила техники безопасности. 4. Совершенствовать умения обобщать и делать выводы. ХОД УРОКА І. Организационный момент. (1 мин.) Мы с вами рассмотрим физические и химические свойства кислорода, сформулируем общие понятия об оксидах, реакциях горения, окисления; ознакомимся с практической значимостью и применением кислорода; а также докажем, что кислород - один из важнейших элементов на Земле. ІІ. Актуализация знаний. (7 мин.). История открытия кислорода. Открытие кислорода связана с именами 4 ученых: шведа К.В.Шееле, француза П.Байена, англичанина Д.Пристли, француза А.Л.Лавуазье. К.В.Шееле родился на севере Германии, принадлежавшей в середине XVIII в. Швеции. Любовь к экспериментированию и самостоятельной работе в лаборатории привела его в аптеку, где царил волшебный дух химии. Уже в 15 лет Карл стал учеником аптекаря, а в возрасте 26 лет ему доверили ответственейший пост управляющего аптекой в Стокгольме. В 1772 году он выделил кислород: 2MnO2 + 2H2SO4 = 2MnSO4 + 2H2O + O2 Газ, в котором вспыхивают и тлеющая лучина, и раскаленная железная проволока, Шееле назвал огненным воздухом. За свои уникальные эксперименты скромный аптекарь в 1775 году был избран академиком Стокгольмской академии наук. В 1774 году во Франции П.Байен получил особый вид «воздуха» при нагревании оксида ртути. 2HgO = 2Hg + O2 Это был кислород! Байен назвал его «упругим флюидом» и определил некоторые его свойства: 1. Тяжелее обычного воздуха; 2. Действует на ртуть, превращая ее в красную окись (HgO) 3. Присоединяется к металлам и делает их тяжелее; В Англии одновременно с Шееле и Байеном кислород исследовал Д.Пристли. В 1774 году он выделил «воздух» из HgO. В этот момент в лаборатории горела свеча, и Пристли поместил ее в новый «воздух» - свеча неожиданно вспыхнула ярким пламенем. Пристли предположил, что новый «воздух» может поддерживать жизнь, и для проверки наполнил один стеклянный колокол обычным воздухом, другой – «воздухом», полученным при разложении оксида ртути (II). Через 15 мин мышь, помещенная в первый колокол, погибла, а мышь второго колокола только через полчаса стала терять признаки жизни. Ученый обнаружил, что растения тоже выделяют этот газ на свету. Тогда он решился на отчаянный шаг – вдохнул этот газ сам… Дышать было «чрезвычайно свободно и легко». Пристли проделывал опыты не только с мышами, но и растениями. Он поставил горшок с цветами под колокол, а рядом поместил зажженную свечу. Вскоре свеча потухла, прошло несколько часов, но растение ничуть не изменилось. На следующий день Пристли с удивлением заметил, что цветок не только не завял под колоколом, но на нем появился еще один бутон. Пристли зажег свечу и быстро внес ее под колокол. Свеча продолжала гореть точно так же, как при заполнении колокола чистым воздухом. Значит, растения не только поглощают «связанный воздух», но и выделяют «жизненный воздух», поддерживающий дыхание животных и горение. А.Л.лавуазье подчиняясь воле отца, стал юристом, но гораздо больше его привлекали естественные науки, особенно химия. Начало его исследовательской деятельности было очень удачным. Он принял участие в конкурсе на лучший способ освещения улиц Парижа, в апреле 1765г. получил золотую медаль академии, а в сентябре сделал первое научное сообщение – доклад о составе гипса. Лавуазье повторил опыты с животными и пришел к блестящим выводам: 1. При дыхании расходуется лишь наиболее годная часть воздуха, а остающийся газ представляет собой «инертную» среду (сейчас известно, что это азот и другие газы), в воздухе примерно 1/5 часть кислорода; 2. Горение есть процесс соединения тел с кислородом. Получающиеся в результате продукты – не простые вещества, а сложные, состоящие из тела и кислорода. При горении вес тела увеличивается. 3. Дыхание животных тождественно горению, только идет медленнее, и образующаяся при этом теплота поддерживает постоянную температуру тела. А.Л.Лавуазье дал название кислороду, в переводе от латинского слова «оксигениум» - рождающий кислоты. Кислород – химический элемент. 1. 2. 3. 4. Химический знак – О Относительная атомная масса = 16 Степень окисления (-2), в соединении OF2 (+2); Нахождение в природе. Кислород – самый распространенный химический элемент на Земле. Из каждых 100 атомов земной коры 58 – атомы кислорода. В атмосфере Земли – 21% кислорода (по объему). В твердой оболочке Земли – 47% кислорода (по массе). В гидросфере – 86% кислорода (по массе). В виде простого вещества входит в состав воздуха. В виде соединений кислород входит в состав многих веществ. Массовая доля кислорода в организме человека составляет 65%. Кислород – простое вещество. 1. Химическая формула – О2 2. Относительная молекулярная масса = 32 3. Молярная масса = 32г/моль Расскажите о нахождении кислорода в природе. Ответ: Кислород — самый распространенный химический элемент в земной коре. Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю приходится около 49% массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,5% (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 21% по объёму и 23% по массе. Более 1500 соединений земной коры в своем составе содержат кислород. Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет 20,9%, по массовой доле — около 65 %. 1. Перечислите способы получения кислорода в лаборатории? Ответ: В лаборатории кислород получают следующими способами: 1) Разложение перманганата калия. 2KMnO4 = K2MnO4+MnO2+O2↑ 2) Разложение перекиси водорода. 2H2O2 = 2H2O + O2↑ 3) Разложение бертолетовой соли. 2KClO3 = 2KCl + 3O2↑ 8. Перечислите способы получения кислорода в промышленности. Ответ: В промышленности кислород получают: 1) Электролиз воды. 2H2O = 2H2 + O2↑ 2) Из воздуха. ВОЗДУХ давление, -183˚C=O2 (голубая жидкость). В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. В лабораториях небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия (марганцовка) KMnO4. Кислород мало растворим в воде и тяжелее воздуха, поэтому его можно получать двумя способами: Установите соответствие между способом получения кислорода и уравнением химической реакцией. Работа в парах. Способы получения кислорода Уравнения химических реакций А. Разложение перманганата калия. Б. Разложение перекиси водорода. В. Разложение бертолетовой соли. Г. Электролиз воды. Д. Из воздуха. Ответ: А-4; Б-2; В-1; Г-5; Д-3. 1) 2KClO3 = 2KCl + 3O2↑ 2) 2H2O2 = 2H2O + O2↑ 3) ВОЗДУХ = O2 4) 2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2↑ 5) 2H2O = 2H2 + O2↑ 10. Что называют катализаторами? Где эти вещества применяются? Ответ: Вещества, которые ускоряют химические реакции, но сами при этом не расходуются, называют катализаторами. Катализаторы широко применяют в химической промышленности. С их помощью удается повысить производительность химических процессов, снизить себестоимость выпускаемой продукции и более полно использовать сырье. На какой диаграмме распределение массовых долей элементов отвечает количественному составу (NH4)3PO4? Ответ: 4. ІІІ. Изучение нового материала. (12 мин.) Физические свойства. Кислород - бесцветный газ, без вкуса и запаха, относительно малорастворим в воде (в 100 объемах воды при температуре 20ºС растворяется 3,1 объема кислорода). Кислород немного тяжелее воздуха: 1л кислорода при нормальных условиях весит 1,43 г, а 1л воздуха — 1,29г. (Нормальные условия - сокращенно: н.у. - температура 0ºС и давление 760 мм.рт.ст., или 1 атм. ≈ 0,1 МПа). При давлении 760 мм.рт.ст. и температуре -183ºС кислород сжижается, а при снижении температуры до -218,8ºС затвердевает. Химические свойства. Техника безопасности (провести инструктаж!) Кислород при нагревании энергично реагирует со многими веществами, при этом выделяются теплота и свет. Такие реакции называют реакциями горения. Если опустить в сосуд с кислородом O2 тлеющий уголек, то он раскаляется добела и сгорает, образуя оксид углерода(IV) СO2. Чтобы определить, какое образовалось вещество, в сосуд наливают известковую воду — раствор гидроксида кальция Са(ОН)2. Она мутнеет, так как при этом образуется нерастворимый карбонат кальция СаСO3: CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O Видеодемонстрация №1 «Горение угля в кислороде» http://files.schoolcollection.edu.ru/dlrstore/695aa82a-e84a-fa4d-7b04-16d28ded2fbb/index.htm (Слайд № 8) Сера горит в O2 ярким синим пламенем с образованием газа с резким запахом — оксида серы(IV) S + O2 = SO2 Видеодемонтсрация №2 «Горение серы в кислороде» http://files.schoolcollection.edu.ru/dlrstore/600cd365-f9f2-ae10-56e4-98ee0af7e4c6/index.htm (Слайд № 9) Горение фосфора в кислороде Видеодемонстрация №3 «Горение фосфора в кислороде» http://files.schoolcollection.edu.ru/dlrstore/f83beda5-449d-d3dc-442c-a474a89eeca6/index.htm Опыт следует проводить под тягой. Следует соблюдать правила обращения с нагревательными приборами. Не допускать попадания горящего фосфора на рабочую поверхность стола. Не вдыхать выделяющийся дым фосфорного ангидрида. Фосфор Р сгорает в O2 ярким пламенем с образованием белого дыма, состоящего из твердых частиц оксида фосфора(V). 4P + 5O2 = 2P2O5 (Слайд № 10) Горение железа в кислороде Видеодемонстрация №4 «Горение железа в кислороде» http://files.schoolcollection.edu.ru/dlrstore/deb6e939-f8c8-fea7-fe24-7b2c80013fd7/index.htm В кислороде горят и такие вещества, которые обычно считают негорючими, например железо. Если к тонкой стальной проволоке прикрепить спичку, зажечь ее и опустить в сосуд с кислородом, то от спички загорится и железо. Горение железа происходит с треском и разбрасыванием ярких раскаленных искр — расплавленных капель железной окалины Fe3O4. В этом соединении два атома железа трехвалентны и один двухвалентен. Поэтому реакцию горения железа в кислороде можно выразить следующим уравнением: 3Fe + 2O2 = FeO * Fe2O3 или Fe3O4 Взаимодействие вещества с кислородом относится к реакциям окисления. Горение — это химическая реакция, при которой происходит окисление веществ с выделением теплоты и света. В большинстве случаев при взаимодействии веществ с кислородом образуются оксиды. Оксиды — это сложные вещества, которые состоят из двух элементов, одним из которых является кислород. Известны химические элементы, которые непосредственно с кислородом не соединяются. К ним относятся золото Au и некоторые другие. Оксиды этих элементов получают косвенным путем. «Химические свойства кислорода» Задание № 1. Прочитать текст учебника и приложения 4, дать характеристику хим. свойств кислорода, записать уравнения реакции, расставить коэффициенты методом электронного баланса Взаимодействие с: Реакция Значение 1.Взаимодействие с металлами, образование всех видов оксидов Горение (сопровождается выделением теплоты и света) - Реакции горения – это такие реакции, которые сопровождаются выделением тепла и света. а) 4Li + O2 = 2Li2O + Q(основный оксид, солеобразующий); б) 2Na+ O2 = Na2O2 + Q (пероксид натрия, несолеобразующий); в) 4Al + 3O2 = 2Al2 O3 + Q (амфотерный, солеобразующий оксид); г) 3Fe + 2O2 = Fe3O4 + Q(образование окалины, состоящей из двух оксидовFeO и Fe2O3) (смешанный оксид) 2. Взаимодействие с неметаллами. - Реакции окисления – это такие реакции, которые протекают с участием кислорода - Медленное S + O2 = SO2 + Q (солеобразующий, окисление – переваривание кислотный оксид); пищи 4P + 5O2 = - Дыхание – 2P2O5 + Q (солеобразующий, газообмен в кислотный оксид); легких и тканях С + О2 = СО2 + Q - Фотосинтез Реакции, протекающие с поглощением теплоты N2 + O2 = 2NO – Q 1. Реакция взаимодействия с метаном СН4 + 2О2 =СО2 + 2Н2О + Q 1. Кислород – восстановитель 2F2 + 2 Н2О = 4HF + O2 2H2S + 3О2 = 2SO2 + 2H2O (избыток кислорода). 1. Взаимодействие с металлами, образование всех видов оксидов: а) 4Liº + O2º = 2Li2+O2- (основный оксид, солеобразующий) Liº - 1ȇ = Li+׀4 ׀восстановитель О2º + 4ȇ = 2O2-׀1 ׀окислитель __________________________ 4Liº + O2º = 4Li+ + 2O22б) 2Naº+ O2º = Na2+O21- (пероксид натрия, несолеобразующий) Naº- 1ȇ = Na+ ׀2 ׀восстановитель О2º + 2ȇ = 2О- ׀1 ׀окислитель ________________________ 2Naº+ O2º = 2Na+ + 2Oв) 4Alº + 3O2º = 2Al23+ O32- (амфотерный, солеобразующий оксид) Alº - 3ȇ =Al+3 ׀4 ׀восстановитель О2º + 4ȇ =2О2- ׀3 ׀окислитель 4Alº + 3O2º = 4Al2+ + 6O2г) 3Feº + 2O2º = Fe3+8/3O42- (образование окалины, состоящей из двух оксидов FeO и Fe2O3) (смешанный оксид) 3Feº - 8ȇ = 3Fe+8/3׀1׀4 ׀восстановитель ВИДЕООПЫТ О2º + 4ȇ =2О2- ׀2׀8 ׀окислитель _______________________ 3Feº + 2O2º = 3Fe+8/3 + 4O21. Взаимодействие кислорода с неметаллами а) Sº + O2º = S+4O22- (солеобразующий, кислотный оксид) Sº - 4ȇ = S+4 ׀восстановитель O2º + 4ȇ = 2O2- ׀окислитель б) 4Pº + 5O2º = 2P25+O52- (солеобразующий, кислотный оксид) ВИДЕООПЫТ Pº - 5ȇ = P5+ ׀4 ׀восстановитель O2º + 4ȇ = 2O2- ׀5 ׀окислитель 4Pº + 5O2º = 4P5+ + 10O2в) Сº + О2 º = С4+О22- С – 4ȇ = С4+ ׀восстановитель О2 º + 4ȇ = 2 O2- ׀окислитель 1. Кислород – восстановитель 2F2º + 2 Н2+О2- = 4H+F- + O2º F2º + 2ȇ = 2F – ׀2 ׀окислитель 2O2- - 4ȇ = O2º ׀1 ׀восстановитель 2F2º + 2 О2- = 4F- + O2º Применение кислорода. Основано на его химических свойствах. В больших количествах кислород используют для ускорения химических реакций в разных отраслях химической промышленности и в металлургии. Например, при выплавке чугуна для повышения производительности доменных печей в них подают воздух, обогащенный кислородом. При сжигании смеси ацетилена или водорода с кислородом в специальных горелках температура пламени достигает 3000ºС. Такое пламя используется для сварки металлов. Если берут кислород в избытке, то пламенем можно резать металл. Жидкий кислород применяют в ракетных двигателях. В медицине кислород служит для облегчения затрудненного дыхания. В этом случае кислородом заполняют специальные подушки. Кислородные маски необходимы в высотных полетах, в космосе и при работе под водой. Кислород расходуется в громадных количествах на многие химические реакции, например на сжигание топлива. Из сказанного видно, что очень много кислорода расходуется на разнообразную деятельность человека, тратится на процессы дыхания человека, животных, растений, а также на процессы гниения. Человек при дыхании в течение 1 мин в среднем употребляет 0,5 дм³ кислорода, в течении суток — 720 дм³, а в год — 262,8 м³ кислорода, что все жители земного шара (5 миллиардов) в течение года для дыхания используют 1578 миллиардов кубических метров кислорода. Если такой объем кислорода при нормальном давлении поместить в железнодорожные цистерны, то поезд был бы протяженностью более 300 млн км, что равняется расстоянию до Солнца и обратно. С фотосинтезом вы уже знакомились в курсе ботаники. Упрощенно процесс фотосинтеза изображают так: 6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2. Так в природе происходит непрерывный круговорот кислорода. В целях сохранения кислорода в воздухе вокруг городов и крупных промышленных центров создаются зоны зеленых насаждений. Специальная служба систематически контролирует содержание кислорода в воздухе. При необходимости применяют меры по устранению загрязнения воздуха. IV. Закрепление знаний. (6 мин.) Задание №1. «Правда или ложь? Если знаешь - разберешь» Для кислорода верны следующие утверждения: а) Кислород – бесцветный газ, без вкуса и запаха. б) Кислород немного легче воздуха. в) В кислороде горят и такие вещества, которые обычно считают негорючими, например железо. г) Известны химические элементы, которые непосредственно с кислородом соединяются. К ним относятся золото Au и некоторые другие. д) Применение кислорода основано на его физических свойствах. е) Непрерывный круговорот кислорода непосредственно связан с таким процессом, как фотосинтез. Ответ: а; в; е. (Задание №2. «Скорая помощь» Вставьте пропущенные вещества в уравнениях реакций: а) …….. + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O б) S + ……. = SO2 в) ….. + 2O2 = FeO * Fe2O3 или Fe3O4 Ответ: а)CO2 б)O2 в) 3Fe Задание №3. «Мозговой штурм» Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. а) CO2 + H2O = C6H12O6 + O2 б) P + O2 = P2O5 Задание №4. «Ассоциации» С каким применением кислорода ассоциируется данное изображение? 1) в металлургии; 2) для резки металлов; 3) в авиации для дыхания; 4) в авиации для двигателей; 5) для сварки металлов; 6) на взрывных работах; 7) в медицине. V. Домашнее задание. (1 мин.) §20,21; №6-9 (с.60). Решите задачи 1-2 (с.60). Творческое задание: подготовить сообщение №10 с. 60 «Что делается в вашей местности для поддержания определенного содержания кислорода в воздухе? В чем может заключаться ваше участие в этой деятельности?» (Слайд № 27) VI. Рефлексия. (1 мин.) Учитель: Сегодня я узнал... было трудно… я понял, что… я научился… я смог… было интересно узнать, что… меня удивило… мне захотелось… VII. Подведение итогов урока. (1 мин.) (Слайд № 28) В чём горят дрова и газ, Фосфор, водород, алмаз? Дышит чем любой из нас Каждый миг и каждый час? Без чего мертва природа? Правильно, без…. Обучающиеся: кислорода Учитель: Правильно. Спасибо за урок! До свидания!
