Сера и ее соединения на уроках химии и экологии

«Сера и ее соединения на уроках химии и экологии»

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Состояние преподавания темы «Сера и ее соединения» в современной средней школе

1.1 Программные требования к преподаванию темы «Халькогены»
1.2 Опорные конспекты, схемы и таблицы по теме «Халькогены»

ГЛАВА 2. МОИ УРОКИ

2.1 Урок № 1. Положение химических элементов подгруппы кислорода в периодической таблице химических элементов, строение их атомов
3.2 Урок № 2. Сера, строение молекул, физические и химические свойства
3.3 Урок № 3. Серная кислота, состав, строение, свойства, применение
3.4 Урок-зачет по теме «Халькогены»
3.5 Система уроков по теме «Кислотные дожди» для 10-11 классов с углубленным изучением экологии

ГЛАВА 3. БАНК ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ ПО ТЕМЕ «ХАЛЬКОГЕНЫ»

3.1 КАРТОЧКИ 1 УРОВНЯ
3.2 КАРТОЧКИ 2 УРОВНЯ
3.3 КАРТОЧКИ 3 УРОВНЯ

ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Газообразные и пылевые выбросы очень неблагоприятно влияют на экологическую обстановку в местах расположения промышленных предприятий, а также ухудшают санитарно-гигиенические условия труда. К агрессивным массовым выбросам относятся окислы азота, сероводород, сернистый, углекислый и многие другие газы.

Не менее важной задачей является очистка газов от двуокиси серы. Общее количество серы, которое выбрасывается в нашей стране в атмосферу только в виде сернистого газа, составляет около 16 млн. т. в год. Из этого количества серы можно выработать до 40 млн. т. серной кислоты.

Значительное количество серы, главным образом, в виде сероводорода содержится в коксовом газе. С дымовыми газами из заводских труб и энергетических установок ежегодно выбрасываются в атмосферу несколько миллиардов кубометров углекислого газа. Этот газ может быть использован для получения эффективных углеродсодержащих удобрений.

Серьезный ущерб пылевые и газообразные выбросы приносят тем, что они отравляют воздушный бассейн в городах и на предприятиях: ядовитые газы губят растительность, крайне вредно действуют на здоровье людей и животных, разрушают металлические сооружения и коррозируют оборудование. Учитывая общую экологическую обстановку на планете, необходимо принять самые срочные и самые радикальные меры по очистке выбросных газов от вредных примесей [1].

В настоящей курсовой работе целью явилось раскрытие основных направлений реализации экологического подхода к преподаванию темы «Сера. Соединения серы» на уроках химии и экологии.

Глава 1. Состояние преподавания темы «Сера и ее соединения» в современной средней школе
1.1 Программные требования к преподаванию темы «Халькогены»

Тема 2. Подгруппа кислорода (4 часа)

№ урока	Тема занятия	Вводимые опорные понятия и представления. Формирование специальных навыков	Актуализация опорных знаний, умений, навыков по химии и междисциплинарным наукам
2.	Сера, строение молекул, физические и химические свойства	Продолжение формирования понятий «химический элемент», «простое вещество», «химическая реакция», «аллотропные модификации»	Продолжение формирования понятий «аллотропия», «связь физических и химических свойств элемента»
3.	Серная кислота, состав, строение, свойства, применение	Строение и свойства серной кислоты, качественная реакция на сульфат-анион	Качественный анализ
4.	Зачет

Тема 3. Сера

Сера. Аллотропия серы. Физические и химические свойства серы, ее получение и применение, нахождение в природе. Сероводород, его физические и химические свойства, получение и применение, нахождение в природе. Сульфиды. Оксид серы (IV), его физические и химические свойства, получение и применение. Оксид серы (VI), его физические и химические свойства, получение и применение. Сернистая кислота и сульфиты.

Серная кислота, свойства разбавленной и концентрированной серной кислот. Серная кислота как окислитель. Сульфаты. Качественные реакции на сульфид-, сульфит- и сульфат-ионы.

Демонстрации

Получение аллотропных видоизменений кислорода и серы.

Взаимодействие серы с водородом и кислородом.

Действие концентрированной серной кислоты на металлы (цинк, медь) и органические вещества (целлюлозу, сахарозу).

Лабораторные опыты

Ознакомление с серой и ее природными соединениями.

Практические занятия

Получение и собирание газов (кислород и др.), опыты с ними.

Определение содержания карбонатов в известняке.

Устранение временной жесткости воды.

Исследование восстановительных свойств металлов.

Опыты, характеризующие свойства соединений металлов.

Экспериментальные задачи на получение и распознавание веществ.

Экспериментальное установление генетических связей между классами неорганических соединений.

Расчетные задачи

Вычисление массовой доли химического элемента в соединении.

Установление простейшей формулы вещества по массовым долям химических элементов.

Расчет объемных отношений газов при химических реакциях.

Вычисление массы веществ или объема газов по известному количеству вещества одного из вступивших в реакцию или получающихся веществ.

Расчет теплового эффекта по данным о количестве одного из участвующих в реакции веществ и выделившейся (поглощенной) теплоты.

Вычисления по уравнениям, когда одно из веществ взято в виде раствора определенной концентрации.

Вычисления по уравнениям, когда одно или несколько веществ взяты в избытке.

Вычисление массы или объема продукта реакции по известной массе или объему исходного вещества, содержащего примеси.

Определение выхода продукта реакции от теоретически возможного.

Расчет энтальпии реакции.

Расчет изменения энтропии в химическом процессе.

Расчет изменения энергии Гиббса реакции.

Расчет массы или объема растворенного вещества и растворителя для приготовления определенной массы или объема раствора с заданной концентрацией (массовой, молярной, моляльной).

1.2 Опорные конспекты, схемы и таблицы по теме «Халькогены»

В целях интенсификации процесса обучения в ходе проведения лекции по теме учителем совместно с учащимися составляются опорные конспекты. [4]

ЭЛЕМЕНТЫ ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ VI ГРУППЫ (халькогены)

Строение внешнего энергетического слоя атомов элементов этой подгруппы следующее:

О, S - ns2, np4;

Se, Те, Ро - (n - 1)d10, ns2, np4.

В общем виде ns2, np4.

При переходе в возбужденное состояние у всех атомов халькогенов (кроме кислорода) может увеличиваться число неспаренных электронов за счет перехода электронов с ns- и nр- подуровней на свободный nd-подуровень. При этом проявляются следующие валентные состояния.

· Валентность, равная IV.

ns2, np3, nd1

· Валентность, равная VI.

ns1, np3,.nd2

СЕРА

Электронная формула серы 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3р4

Электронно-графическая формула внешнего электронного слоя:

При переходе в возбужденное состояние происходит переход по одному электрону с 3s- и 3р-орбиталей на свободную 3d-орбиталь:

В связи с этим у серы возможны проявления II, IV, VI валентностей. Возможные степени окисления -2, 0, +2, +4, +6.

Например: H2S-2 S0 S+2O S+4O2 S+6O3

Таблица 1. Химические свойства серы

Свойство	Описание и уравнения реакций
Взаимодействие с простыми веществами
Сера, как окислитель	S0 + 2e- S-2 При реакциях с металлами, водородом, неметаллами, имеющими меньшую электроотрицательность, чем сера:
Сера, как восстановитель
Реакции с кислородом, галогенами	С кислородом сера образует и двухвалентный оксид - неустойчивое соединение, разлагающееся и при комнатной температуре: 2S + O2 2SO
Взаимодействие со сложными веществами
С водой	Не взаимодействует
Взаимодействие с кислотами-окислителями
С растворами щелочей	При нагревании идет реакция диспропорционирования:
Вулканизация резины	При вулканизации в природный каучук включается примерно 3% серы (образуется резина) или 25 - 30% серы (образуется эбонит). Улучшение свойств обусловлено образованием большого числа поперечных «сшивок» между цепями и уменьшением числа двойных С=С связей, по которым проходит окисление природного каучука. · Горячая вулканизация. Смесь из латекса, серы и других веществ (наполнители, красители) нагревают, одновременно формуя из этой смеси необходимые изделия. · Холодная вулканизация. Сформованное изделие из латекса продолжительное время выдерживают в растворе серы в сероуглероде.

СЕРНАЯ КИСЛОТА

Таблица 2. Получение серной кислоты контактным способом

Стадия	Уравнения реакций
Обжиг пирита и получение оксида серы (IV)
Окисление SO2 в SO3 в присутствии катализатора (V2O5)
Растворение SО3 в серной кислоте и получение олеума	H2SO4 + nSO3 H2SO4 nSO3 Олеум используют для получения серной кислоты любой концентрации, разбавляя его в воде. Олеум перевозят в железных цистернах. H2SO4 nSO3 + nH2O (n - l)H2SO4

Таблица 3. Химические свойства серной кислоты

Свойство	Описание и уравнения реакций
Реакции разбавленной серной кислоты
С металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода	2Na + H2SO4 Na2SO4 + Н2 Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2
С оксидами металлов	H2SO4 + MgO MgSO4 + H2O
С солями более слабых и более летучих кислот	H2SO4 + Na2CO3 Na2SO4 + H2O + CO2 H2SO4 + BaCl3 BaSO4 + 2HCl
С основаниями	H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O
С аммиаком	2NH3 + H2SO4 (NH4)2SО4
Реакции концентрированной серной кислоты
Взаимодействие с неактивными металлами	2H2SO4 + 2Ag Ag2SO4 + SO + 2H2O H2SO4 + Cu CuSO4 + SO2 + 2H2O 2H2SO4 + Hg HgSO4 + SO2 + 2H2O Следует помнить, что, так как в концентрированной серной кислоте окислителем является анион SO42-, а не катион Н+, то водород не выделяется.
Взаимодействие с активными металлами	Активные металлы восстанавливают серную кислоту до H2S: 4Mg + H2SO4 4MgSO4 + H2S + 4H2O
Взаимодействие с менее активными металлами	Менее активные металлы восстанавливают серную кислоту до SO2: 2H2SO4 + Zn ZnSO4 + SO2 + 2H2O В зависимости от концентрации могут образовываться и другие продукты реакции, например: S или Н2S. 4H2SO4 + 3Zn 3ZnSO4 + S + 4H2O 5H2SO4 + 4Zn 4ZnSO4 + H2S + 4H2O
Взаимодействие с алюминием, хромом и железом	На холоде с этими металлами серная кислота не взаимодействует. При нагревании идут следующие реакции:
Взаимодействие с неметаллами	S + 2H2SO4 3SO2 + 2H2O С + 2H2SO4 2SO2 + CO2 + 2H2O 2P + 5H2SO4 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O
Окисление сложных веществ	8HI + H2SO4 4I2 + H2S + 4H2O 2HBr + H2SO4 Br2 + SO2 + 2H2O 3H2S + H2SO4 4S + 4H2O H2SO4 + nC12H22O11 12nC + H2SO4 11nH2O

ГЛАВА 2. МОИ УРОКИ
2.1 Урок № 1. Положение химических элементов подгруппы кислорода в периодической таблице химических элементов, строение их атомов

Цели и задачи: учащиеся должны уметь применять знания о строении атома для характеристики атомов элементов подгруппы кислорода; знать, как изменяется строение атомов элементов главной подгруппы.

Ход урока

I. Организационный момент; проверка домашнего задания

II. Новый материал.

1. Строение атомов кислорода и серы (табл. 4).

Таблица 4. Схемы строения атомов кислорода и серы

Химический знак	Размещение электронов по энергетическим уровням	Электронная формула
О	+8О 2е-, 6е-	1s2 \| 2s22p4
S	+16S 2е-, 8е-, 6е-	1s2 \| 2s22p6 \| 3s23p43d0

Размещение электронов по орбиталям

На наружном энергетическом уровне атомов всех элементов VI A группы находится по 6 электронов. До устойчивого энергетического состояния атома, характерного для благородных газов, недостает двух электронов, которые способны присоединять эти элементы. Поэтому кислород является одним из сильных окислителей: О0 + 2е- О-2

Кислород в подавляющем большинстве соединений проявляет постоянную степень окисления -2. Исключением являются соединения OF2, где кислород имеет степень окисления +2, и пероксид водорода Н2О2, где кислород имеет степень окисления -1 (Н+1--О-1--О-1--Н+1). В подгруппе с возрастанием относительных атомных масс и увеличением атомных радиусов: а) закономерно уменьшаются неметаллические свойства; б) прочность водородных соединений падает; в) сила кислородных кислот уменьшается.

Таблица 5. Возможные степени окисления серы

Состояние атомов серы

Размещение электронов по орбиталям

Степень окисления

Нормальное

состояние

Возбужденные

состояния

+ 2, - 2

+ 4

+ 6

У атомов серы на третьем энергетическом уровне имеется пять незаполненных d-орбиталей. Поэтому возможно распаривание электронов. В результате этого у атомов серы появляется либо четыре, либо шесть неспаренных электронов, которые при образовании соединений с более электроотрицательным элементом смещаются в его сторону (табл. 5). Этим объясняется степень окисления серы в соединениях с кислородом: S+4O2 и S+6O3.

III. Закрепление нового материала.

3.1 Ответьте на вопросы:

1. На основе теории строения атомов, используя таблицу, поясните, почему кислород является более сильным окислителем, чем сера. Почему кислород проявляет постоянную валентность?

2. Возможные степени окисления кислорода и серы.

2.2 Урок № 2. Сера, строение молекул, физические и химические свойства

Знать: аллотропные модификации серы; физические и химические свойства, получение и применение серы, оксидов серы(IV) и серы(VI), cерной кислоты, сульфатов; качественные реакции на сульфат- и сульфид-ионы; химические реакции, лежащие в основе производства серной кислоты; общие научные принципы химического производства.

Уметь: рассматривать в сравнении аллотропные модификации; записывать уравнения реакций, характеризующие свойства серы и ее соединений; рассматривать химические свойства веществ с точки зрения окислительно-восстановительных и ионных представлений.

Основные понятия: аллотропия, аллотропные модификации.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент; проверка домашнего задания

II. Новый материал

1. Сера в природе и ее получение. В природе сера встречается как в свободном состоянии (сопутствует горным породам), так и в виде соединений. Важнейшие природные соединения серы показаны на схеме 1.

Схема 1

2. Получение. Для отделения серы в свободном состоянии от других горных пород пользуются ее легкоплавкостью (112,8°С).

3. Физические свойства серы. Сера - твердое кристаллическое вещество желтого цвета. Как неметалл, она плохо проводит теплоту и не проводит электрический ток. Кусочки серы тонут в воде - ее плотность близка к 2, а порошок серы всплывает (не смачивается водой). Подобно сере в измельченном состоянии водой не смачиваются многие соединения. Этим свойством пользуются для отделения сернистых руд от «пустой породы». Такой метод обогащения руд называется флотацией и используется на практике.

Сера хорошо растворяется в сероуглероде, толуоле и др. При температуре 112,8°С сера плавится, превращаясь в легкоподвижную жидкость желтого цвета. При дальнейшем нагревании она темнеет и густеет. При температуре 444 6 °С она закипает. Если нагретую до кипения серу вылить в холодную воду, то образуется пластическая сера, которая растягивается. Кристаллическая и пластическая сера - это аллотропные видоизменения химического элемента серы.

Кристаллическая сера легко плавится: это свидетельствует о том, что ее кристаллическая решетка должна быть молекулярной. Рентгенографические и другие исследования подтверждают, что кристаллическая решетка серы действительно состоит из кольцевых молекул (рис. 1). При нагревании восьмичленные кольца молекул серы разрываются, превращаясь в длинные цепи (рис. 1), которые могут растягиваться и сокращаться. Это пластическая сера. (Ответьте на вопросы 3--4 ([5], с. 29)).

Рис. 1. Кристаллическая решетка серы, состоящая из восьмичленных колец молекулы серы (а); разрыв восьмичленных колец молекулы серы при нагревании и образование длинных цепей (б).

4. Химические свойства серы. В связи с большим атомным радиусом, чем у кислорода, окислительные свойства серы выражены слабее. Поэтому в реакциях с кислородом сера - восстановитель и проявляет степени окисления +4 и +6 (табл. 6). Окислительные свойства серы проявляются в реакциях с металлами и водородом, а восстановительные -- в реакциях с кислородом и галогенами (кроме иода). Химические свойства серы показаны в таблице 6.

Страницы: 1, 2, 3, 4

В соцсетях