Экологические аспекты преподавания темы "Р-элементы" на уроках химии и экологии
p align="left">3.3.2 Урок № 2. Лабораторная работа 1. «Изучение способов получения кислорода»

Чтобы получить чистый кислород, нужны вещества, богатые этим элементом. К ним относятся нитраты и хлориды, а также пероксиды.

1. Разложение перекиси водорода в присутствии катализатора

Оборудование и реактивы: пробирка, лучинка, пероксид водорода (3 %-ный), оксид марганца (IV).

Ход работы: В пробирку налить 5 мл пероксида (Н2О2) добавить две гранулы MnO2 и поднести лучинку. Мы будем наблюдать ее горение. Значит, выделяется кислород.

2О2 2H2O + O2

Пероксид водорода очень неустойчив и уже на воздухе разлагается с образованием кислорода и воды. Оксид марганца (IV) значительно ускоряет эту реакцию, т.к. является катализатором.

2. Разложение нитратов калия или натрия

Оборудование и реактивы: пробирка, 5 г порошкообразной селитры (KNO3 или NaNO3), чашка с песком, лучинка, горелка.

Ход работы: Укрепим пробирку на штативе и внесем в нее нитрат. Поставим под пробирку чашку с песком, т.к. при этом опыте стекло часто плавится и вытекает горячая масса. Поэтому и горелку при нагревании будем держать сбоку. Когда мы сильно нагреем селитру, она расплавится и из нее выделится О2 (обнаружим его с помощью лучинки):

2KNO3 2KNO2 + O2

В пробирке после выделения О2 останется нитрит.

3. Разложение перманганата калия.

Оборудование и реактивы: пробирка с герметичной пробкой и отводной трубкой, горелка, стакан для сбора кислорода.

Рис. 2. Разложение перманганата калия

Ход работы: собрать прибор как показано на рис. 2, вносим в пробирку 5 г KМnO4 и нагреваем. Кислород улавливаем в специальный стакан и проверяем его на наличие с помощью лучинки.

2KMnO4 MnO2 + K2MnO4 + O2

3.3.3 Урок № 3. Лабораторная работа 2. «Изучение способов получения и химических свойств озона»

1. Одновременно можно провести два следующих опыта:

а) получение озона

б) качественное определение озона

Оборудование и реактивы: пробирка, йодо-крахмальная бумага, H2SO4 (к), KМnO4.

Ход работы. В небольшой сухой стаканчик насыпать очень немного KMnO4 (на конце ложечки) и прилить несколько капель H2SO4 концентрированной. Происходит бурная реакция с выделением озона:

2KMnO4 + H2SO4 K2SO4 + 2HMnO4

2HMnO4 H2O + Mn2O7

Mn2O7 2MnO2 + O3

Озон легко определяем с помощью иодокрахмальной бумаги, которую предварительно смачиваем. Она при пропускании озона окрашивается в синий цвет, т.к. происходит реакция выделения свободного йода

2KI + H2O + O3 2KOH + I2 + O2

свободный йод с крахмалом дает синее окрашивание.

По окончании каждой лабораторной работы ученики должны заполнить рабочую таблицу. [3]

3.3.4 Урок № 4. «Экскурсия в кислородный цех»

Предварительная подготовка

После рассмотрения лабораторного способа получения кислорода с учащимися обсуждают может ли этот способ получения кислорода удовлетворить промышленную потребность в нем. В процессе беседы выясняют, что пероксид водорода и перманганат калия, из которых получают кислород в лабораторных условиях, непригодны для получения его в промышленности, т.к. эти вещества являются дорогостоящими продуктами производства. Следовательно, получать из них кислород в больших количествах экономически невыгодно: его стоимость будет слишком высокой.

В качестве самого дешевого и доступного сырья учащиеся называют воздух. Они знают, что воздух это механическая смесь газов, в основном кислорода и азота. Вместе с преподавателем ученики устанавливают различия в физических свойствах кислорода и азота, обратив внимание на различие температур кипения азота (-196 С) и кислорода (-183 С) при парциальном давлении 10,1 МПа.

Экскурсия

Учащиеся посещают кислородный цех, который включает в себя машинный зал, разделительное отделение, наполнительное отделение, слесарную мастерскую и др.

Экскурсия проводится по следующему плану:

сырье для получения кислорода (воздух), его подготовка (очистка)

производственный процесс получения кислорода

продукция данного производства и ее применение

контроль производства (работа химической лаборатории завода)

Экскурсия начинается с осмотра машинного зала; учащиеся наблюдают работу турбокомпрессоров, подающих воздух, фильтров для его очистки, водяных холодильников, регенераторов, турбодетандеров, теплообменников, ректификационных колонн, конденсаторов, абсорбера для поглощения оксида углерода (IV) и др. оборудования. Ученикам объясняют, что воздух, из которого получают кислород, засасывается турбокомпрессорами из атмосферы и очищается в фильтрах от пыли. Учащиеся наблюдают за работой машиниста-компрессорщика, а экскурсовод рассказывает, что входит в его обязанности. Машинист компрессорных установок обеспечивает пуск, остановку, переключение компрессоров, наблюдает за работой всего вспомогательного оборудования. При этом следует подчеркнуть, что для успешного выполнения работы машинист-компрессорщик должен владеть знаниями основ механики и химии, законов термодинамики и электротехники, он должен уметь читать схемы и чертежи и т.д.

Далее экскурсовод должен рассказать, как переводится воздух в жидкое состояние. Учащимся объясняют, что воздух, как и любой газ, переходит во время сжатия в жидкое состояние только тогда, когда его температура будет ниже критической при данном давлении. Известно, что для воздуха критическая температура равна -141 С при критическом давлении 3,7 МПа. При этих параметрах начинается сжижение воздуха, поэтому воздух подвергают глубокому охлаждению (зона температур -100 С). Сначала турбокомпрессором воздух сжимают (до 20 МПа). При этом он разогревается, вследствие межмолекулярного взаимодействия. Затем дают возможность быстро расшириться, предварительно пропускают через водяной холодильник, а затем делят на четыре потока и направляют в регенераторы для дальнейшего охлаждения. Во время расширения у реальных газов ослабевает взаимное притяжение соседних молекул. На разрушение межмолекулярных связей расходуется внутренняя энергия газа, в результате чего и происходит охлаждение. С этой целью осуществляют дросселирование: сжатый воздух пропускают через специальный вентиль, вследствие этого понижается давление. Но чаще сжатый воздух подают в специальные поршневые детандеры, принцип работы которых такой же, как и у паровой машины. Воздух двигает поршень; при этом на выполнение работы расходуется энергия, и температура воздуха понижается.

В результате этих процессов воздух сжимается. Теперь он подается для разделения на отдельные компоненты в специальные ректификационные колонны, в основе действия которых лежит различие в температурах кипения азота (-196 С) и кислорода (-183 С) при нормальном давлении (0,1 МПа).

Для более полного разделения последовательно используют две ректификационные колонны. Одна из них работает при более высоком давлении (до 0,6 МПа), другая при более низком (0,1 МПа). Первым из жидкого воздуха удаляется азот, затем инертные газы.

Экскурсовод показывает учащимся жидкий воздух, азот и кислород; рассказывает об устройстве сосуда Дьюара, используемого для хранения жидких газов; обращает внимание на материалы, из которых изготовлены типовые аппараты; отмечает, что все колонны, конденсатор, теплообменники изготовлены из меди, что установка тщательно изолируется для уменьшения потерь холода; показывает учащимся теплоизоляционные материалы - шлакоотвод, магнезит и др.

Затем учащихся знакомят с работой химической лаборатории. Там показывают, как лаборант берет пробу газовой смеси, выходящей из колонны, и анализирует ее, чтобы убедиться в том, что разделение сжиженных газов уже закончилась (если объемная доля азота не превышает 0,5 %).

Далее наблюдают, как из колонны отбирают азот и кислород и помещают в специальные аппараты для хранения. Учащимся показывают «танки» с жидким кислородом, газгольдеры и баллоны с газообразным кислородом, знакомят их с правилами обращения с кислородными баллонами, отмечают, что кислородные баллоны окрашиваются в светло-голубой цвет, а азотные - в черный с коричневой полоской вверху.

Рис. 3. Простейшая установка для сжижения воздуха

3.3.5 Урок на тему «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 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 ([3, с. 23 - 32.]).

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.

Таблица

Химические свойства серы

окислительные

восстановительные

1. Сера реагирует почти со всеми металлами:

2. С некоторыми металлами, например Na, К, взаимодействует даже без нагревания:

3. При повышенной температуре реагирует с водородом:

При повышенной температуре сера реагирует с фтором и с кислородом (горит):

5. Применение серы. Области применения серы показаны на схеме 2

Схема 2

III. Закрепление нового материала

1. Пользуясь данными таблиц, объясните, почему у атомов хлора степени окисления выражаются нечетными числами, а у атомов серы -- четными. Почему кислород проявляет постоянную валентность, а сера -- переменную?

2. Сравните свойства кристаллической и пластической серы. На основе этого примера поясните сущность аллотропии.

3. Перечислите природные соединения серы, напишите их химические формулы и определите в них степени окисления серы.

4. Составьте уравнения реакций, при которых из простых веществ образуются сложные вещества, формулы которых следующие: Li2S, ZnS, H2S, SO2, CS2 и SF6. Используя данные таблицы, поясните, какие свойства (окислительные или восстановительные) проявляет сера в этих реакциях.

5. Как можно получить диоксид серы? Назовите не менее трех способов получения SO2. Почему диоксид серы может быть и окислителем, и восстановителем?

6. Известно соединение, содержащее 0,27928 массовых долей, или 27,928%, фосфора и 0,72072 массовых долей, или 72,072%, серы. Найдите его простейшую формулу.

7. При образовании 1 моль оксида серы (IV) из элементов выделяется 332,8 кДж. Сколько выделится теплоты при сгорании 1 г серы?

Лабораторные опыты

V. Ознакомление с образцами серы и ее природных соединений

Рассмотрите выданные вам образцы серы и ее природных соединений. В тетрадях сделайте запись по следующей схеме:

Название

Химическая формула

Агрегатное состояние

Цвет

Твердость

IV. Домашнее задание

3.3.6 Система уроков по теме «Кислотные дожди» для 10-11 классов с углубленным изучением экологии

Цели:

раскрыть причины и механизм образования кислотных дождей;

показать их влияние на все компоненты биосферы, в том числе на человека;

обсудить основные методы снижения кислотообразующих выбросов в атмосферу.

На занятиях можно использовать аудиовизуальные технические средства обучения:

плакаты «Шкала кислотности», «Кислотные дожди», «Последствия кислотных дождей»;

дидактический раздаточный материал в виде таблицы, диаграммы источников выбросов в атмосферу оксидов серы и азота, схемы образования кислотных аэрозолей и дождей;

видеофильм Минприроды о состоянии воздушного бассейна России.

Тема «Кислотные дожди» изучается на нескольких уроках и завершается контролем полученных школьниками знаний.

ХОД УРОКА

В новое тысячелетие человечество вступает в условиях экологического кризиса. До ноосферы Вернадского как сферы коллективного разума на Земле еще очень далеко. В последней четверти ХХ в. три глобальные экологические проблемы - разрушение озонового слоя Земли, прогрессирующее потепление ее климата и кислотные дожди - сделали вполне реальной угрозу самоуничтожения человечества. Еще в конце прошлого века Энгельс предупреждал: «Не будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую такую победу она нам мстит. Каждая из этих побед имеет, правда, в первую очередь те последствия, на которые мы рассчитывали, но во вторую и третью очередь совсем другие, непредвиденные последствия, которые очень часто уничтожают последствия первых». Знакомство с проблемой кислотных дождей подтвердит нам правоту этих слов.

Преодоление экологического кризиса во всех его проявлениях, ведущих к деградации природы и, как следствие, к деградации и исчезновению человечества, жизненно необходимо. Не должны оказаться пророческими слова великого ученого-естествоиспытателя, впервые создавшего теорию развития живой природы, Жана Батиста Ламарка: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания». Для успешного разрешения планетарных экологических кризисов и дальнейшего развития человеческой цивилизации необходимо понимание и осознание этих кризисных проблем всеми, в том числе подрастающим поколением, чтобы направить свою деятельность на изменение структуры общественного и хозяйственного устройства, формирование экологического мировоззрения, ответственного за состояние дома, в котором мы все живем, - нашей планеты Земли.

Теперь подробно познакомимся с сутью проблемы кислотных осадков, в том числе дождей.

Кислотные осадки представляют собой различные виды атмосферных осадков (дождь, снег, туман, роса) с кислотностью выше нормы.

1. Понятие кислотности

Кислотность водного раствора определяется присутствием в нем положительных водородных ионов Н+ и характеризуется концентрацией этих ионов в одном литре раствора C(H+) (моль/л или г/л). Щелочность водного раствора определяется присутствием гидроксильных ионов ОН- и характеризуется их концентрацией C(ОН-).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9



Реклама
В соцсетях
рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать