Скачать 144.16 Kb.
|
Урок на тему «Водород» 9 класс Цель: рассмотрение свойств водорода как химического элемента и простого вещества. Задачи: Образовательные: рассмотреть положение водорода в Периодической системе; изучить физические, химические свойства, способы получения и применение водорода. Развивающие: развивать умения выделять главное, обобщать, анализировать, сравнивать, наблюдать. Воспитательные: воспитывать умение работать в коллективе, воспитывать умение оценивать свои знания; прививать интерес к предмету химия, к процессам, происходящим в окружающем мире. Тип урока: урок усвоения новых знаний. Методы: поисковая деятельность, проблемные вопросы. Форма организации учебной деятельности: групповая деятельность на основе кейс-технологии. Приемы деятельности учителя: выступает в роли координатора в процессе усвоения нового материала, ведет беседу, совместно с учащимися ставит и обсуждает проблемные вопросы. Приемы деятельности учащихся участвуют в беседе, выполняют необходимые задания, проводят химические опыты, работают в группе, анализируют, сравнивают, делают выводы, оценивают себя. Планируемые результаты: расширение знаний о водороде как химическом элементе и простом веществе. 1. Организационный момент 2. Целеполагание и мотивация Сегодня у нас необычный урок. Урок-поиск. Доводы, до которых человек додумывается сам, Обычно убеждают его больше, нежели те, Которые пришли в голову другим. Б. Паскаль Придерживаясь высказывания Паскаля, проведем мы сегодня урок, на котором многое вы усвоите в ходе собственных исследований, решений и выводов. И начнем мы его нетрадиционно. Посмотрите, на доске отсутствует запись темы урока. И это не случайно, т.к. тему вы сегодня назовете сами. У вас у всех на столах лежат информационные и инструктивные карточки. Просмотрите содержание этих листочков и скажите, что мы будем изучать на этом уроке? (Правильно. Тема сегодняшнего урока-«Водород»). Цель нашего урока - изучить свойства водорода. Как достичь этой цели? Изучив историю открытия, распространенность элемента, положение элемента в периодической системе, получение, свойства простого вещества и применение. Как видите, нам предстоит очень большая работа. Чтобы нам успеть со всем этим справиться, я разделила вас на группы. Каждая группа будет выполнять определенную работу. Обобщать итоги работы каждой группы будем в виде общей таблицы, в которую будем заносить ответы на ваших карточках с заданиями. Посмотрите на схему в своей инструктивной карточке. Она вам показывает, какие знания вы должны получить о водороде, с чем познакомиться и что узнать. Работать мы будем по группам с использованием инструктивной карты. Та группа, которая в процессе работы будет наиболее активной, убедительной в конце урока получит оценку. Кроме этого оценку можно получить и индивидуально. Сейчас вы приступаете к самостоятельной работе с вашим информационным материалом. На эту работу я даю вам 15 минут. Вы должны изучить предложенную вам информацию и ответить на вопросы. После того, как вы ответите на вопросы, вы будете знакомить нас с ответами. 3. Работа по кейс-технологии. Кейс №1 (группа №1): Характеристика элемента водорода по его положению в таблице Менделеева: Характеризуя водород по положению в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, следует обратить внимание на особенности строения атома водорода — самого простейшего из химических элементов (состоит из ядра, представляющего собой один протон, и одного электрона. В ядре атома водорода нейтронов нет). Наиболее распространенная степень окисления водорода +1(H2O, CH4-метан, H2S-сероводород). В соединениях с металлами водород проявляет степень окисления, равную -1(NaH, CaH2-гидриды металлов). Молекула водорода двухатомная, связь ковалентная неполярная. Схема образования молекулы водорода: H:H или H-H. Водород — газ без цвета и запаха, плохо растворим в воде, в 14,5 раз легче воздуха. Так же как и у щелочных металлов (Li, Na, К и др.), у Н на внешнем электронном слое один электрон, с другой стороны, так же как и элементам VII группы, водороду не хватает одного электрона до его завершения (поэтому водород расположен одновременно и в I, и в VII группе. Водород — самый распространенный элемент во Вселенной. На Земле водород содержится в воде, природном газе, нефти. История Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в XVI и XVII веках на заре становления химии как науки. Прямо указывал на выделение его и М. В. Ломоносов, но уже определённо сознавая, что это не флогистон. Английский физик и химик Г. Кавендиш в 1766 году исследовал этот газ и назвал его «горючим воздухом». При сжигании «горючий воздух» давал воду, но приверженность Кавендиша теории флогистона помешала ему сделать правильные выводы. Французский химик А. Лавуазье совместно с инженером Ж. Менье, используя специальные газометры, в 1783 г. осуществил синтез воды, а затем и её анализ, разложив водяной пар раскалённым железом. Таким образом он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё получен. Происхождение названия Лавуазье дал водороду название hydrogène (от др.-греч. ὕδωρ — «вода» и γενναω — «рождаю») — «рождающий воду». Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году — по аналогии с ломоносовским «кислородом». Распространённость во Вселенной Водород — самый распространённый элемент во Вселенной. На его долю приходится около 92 % всех атомов (8 % составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — менее 0,1 %). Таким образом, водород — основная составная часть звёзд и межзвёздного газа. В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца ~ 6000 °C) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных молекул, атомов и ионов и может образовывать молекулярные облака, значительно различающиеся по размерам, плотности и температуре. Земная кора и живые организмы Массовая доля водорода в земной коре составляет 1 % — это десятый по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет 17 % (второе место после кислорода, доля атомов которого равна ~ 52 %). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода. В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере (0,00005 % по объёму). Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках. В живых клетках по числу атомов на водород приходится почти 50 %. Геохимия водорода На Земле содержание водорода понижено по сравнению с Солнцем, гигантскими планетами и первичными метеоритами, из чего следует, что во время образования Земля была значительно дегазирована и водород вместе с другими летучими элементами покинул планету во время аккреции или вскоре после неё. Свободный водород H2 относительно редко встречается в земных газах, но в виде воды он принимает исключительно важное участие в геохимических процессах. В состав минералов водород может входить в виде иона аммония, гидроксид-иона и кристаллической воды. В атмосфере водород непрерывно образуется в результате разложения воды солнечным излучением. Имея малую массу, молекулы водорода обладают высокой скоростью диффузионного движения (она близка ко второй космической скорости) и, попадая в верхние слои атмосферы, могут улететь в космическое пространство. Кейс №2(группа №2). Физические свойства Водород — самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,5 раз. Очевидно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в семь раз выше теплопроводности воздуха. Молекула водорода двухатомна — Н2. При нормальных условиях — это газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность 0,08987 г/л (н.у.), температура кипения −252,76 °C, удельная теплота сгорания 120.9·106 Дж/кг, малорастворим в воде — 18,8 мл/л. Водород хорошо растворим во многих металлах (Ni, Pt, Pd и др.), особенно в палладии (850 объёмов на 1 объём Pd). С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через них; диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом (так называемая декарбонизация). Практически не растворим в серебре. Изотопы Водород встречается в виде трёх изотопов, которые имеют индивидуальные названия: 1H — протий (Н), 2Н — дейтерий (D), 3Н — тритий (радиоактивный) (T). Протий и дейтерий являются стабильными изотопами с массовыми числами 1 и 2. Содержание их в природе соответственно составляет 99,9885 ± 0,0070 % и 0,0115 ± 0,0070 %. Это соотношение может незначительно меняться в зависимости от источника и способа получения водорода. Изотоп водорода 3Н (тритий) нестабилен. Его период полураспада составляет 12,32 лет. Тритий содержится в природе в очень малых количествах. Природный водород состоит из молекул H2 и HD (дейтероводород) в соотношении 3200:1. Содержание чистого дейтерийного водорода D2 ещё меньше. Из всех изотопов химических элементов физические и химические свойства изотопов водорода отличаются друг от друга наиболее сильно. Это связано с наибольшим относительным изменением масс атомов. . Особенности обращения Водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь — так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21 %. Также водород пожароопасен. Жидкий водород при попадании на кожу может вызвать сильное обморожение. Химические свойства Молекулы водорода Н2 довольно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия: Н2 = 2Н − 432 кДж Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, например с кальцием, образуя гидрид кальция: Ca + Н2 = СаН2 и с единственным неметаллом — фтором, образуя фтороводород: F2 + H2 = 2HF С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре или при другом воздействии, например при освещении: О2 + 2Н2 = 2Н2О Он может «отнимать» кислород от некоторых оксидов, например: CuO + Н2 = Cu + Н2O Записанное уравнение отражает восстановительные свойства водорода. N2 + 3H2→ 2NH3 С галогенами образует галогеноводороды: F2 + H2 → 2HF, реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре, Cl2 + H2 → 2HCl, реакция протекает со взрывом, только на свету. С сажей взаимодействует при сильном нагревании: C + 2H2 → CH4 Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами При взаимодействии с активными металлами водород образует гидриды: 2Na + H2 → 2NaH Ca + H2 → CaH2 Mg + H2 → MgH2 Гидриды — солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются: CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑ Взаимодействие с оксидами металлов Оксиды восстанавливаются до металлов: CuO + H2 → Cu + H2O Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O WO3 + 3H2 → W + 3H2O Кейс №3. Получение Промышленные способы получения простых веществ зависят от того, в каком виде соответствующий элемент находится в природе, то есть что может быть сырьём для его получения. Так, кислород, имеющийся в свободном состоянии, получают физическим способом — выделением из жидкого воздуха. Водород же практически весь находится в виде соединений, поэтому для его получения применяют химические методы. В частности, могут быть использованы реакции разложения. Одним из способов получения водорода служит реакция разложения воды электрическим током. Основной промышленный способ получения водорода — реакция с водой метана, который входит в состав природного газа. Она проводится при высокой температуре (легко убедиться, что при пропускании метана даже через кипящую воду никакой реакции не происходит): СН4 + 2Н2O = CO2↑ + 4Н2 −165 кДж В лаборатории для получения простых веществ используют не обязательно природное сырьё, а выбирают те исходные вещества, из которых легче выделить необходимое вещество. Например, в лаборатории кислород не получают из воздуха. Это же относится и к получению водорода. Один из лабораторных способов получения водорода, который иногда применяется и в промышленности, — разложение воды электротоком. Обычно в лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой. В промышленности: 1.Электролиз водных растворов солей: 2NaCl + 2H2O → H2↑ + 2NaOH + Cl2 2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C: H2O + C ⇄ H2↑ + CO↑ 3.Из природного газа: Конверсия с водяным паром: CH4 + H2O ⇄ CO↑ + 3H2↑ (1000 °C) Каталитическое окисление кислородом: 2CH4 + O2 ⇄ 2CO↑ + 4H2↑ 4. Крекинг и риформинг углеводородов в процессе переработки нефти. В лаборатории: 1.Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и разбавленную соляную кислоту: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑ 2.Взаимодействие кальция с водой: Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑ 3.Гидролиз гидридов: NaH + H2O → NaOH + H2↑ 4.Действие щелочей на цинк или алюминий: 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + H2↑ 5.С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода. Применение Атомарный водород используется для атомно-водородной сварки. Химическая промышленность: При производстве аммиака, метанола, мыла и пластмасс Пищевая промышленность При производстве маргарина из жидких растительных масел Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E949 (упаковочный газ) Авиационная промышленность Водород очень лёгок и в воздухе всегда поднимается вверх. Когда-то дирижабли и воздушные шары наполняли водородом. Но в 30-х гг. XX в. произошло несколько катастроф, когда дирижабли взрывались и сгорали. В наше время дирижабли наполняют гелием. Топливо Водород используют в качестве ракетного топлива. Ведутся исследования по применению водорода как топлива для легковых и грузовых автомобилей. Водородные двигатели не загрязняют окружающей среды и выделяют только водяной пар. В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую. 4. Физкультминутка. Исходное положение - сидя за партой, руками схватиться за стул, стопы ног на полу. 1. Развернуть грудную клетку, соединить лопатки и локти назад - вдох. Наклонились вперед - выдох. Повторить 2-3 раза. 2. 1-2 – сцепив пальцы рук, подняли руки вверх, потянулись(вдох). 3-4 – ладонями нажали на грудную клетку, наклонились вперед (выдох).Повторить 3-4 раза. 5. Обобщение знаний в виде таблицы.(Из каждой группы по 1 представителю выходят к интерактивной доске)
6. Составление синквейна на тему «Водород» 7. Закрепление изученного материала: Тест по теме “Водород. Химический элемент и простое вещество” (10 мин) 1. Водород в ПС находится: А) во 2 А группе Б) в 7 А группе В) в 6 А группе Г) в 1 А группе 2.Водород проявляет степень окисления в соединениях: А) +2 и - 2 Б) +1 и -1 В) 0 и + 1 3. Водород это газ: А) без цвета, вкуса, запаха, тяжелее воздуха Б) без цвета, запаха, вкуса, легче воздуха В) без цвета, вкуса, с запахом, легче воздуха 4. Водород – как химический элемент во вселенной занимает: А) Второе место Б) Первое место В) Третье место 5. Водород в химической реакции с металлами является: А) восстановителем Б) окислителем 6. Водород в химической реакции с галогенами является: А) окислителем Б) восстановителем Ответ запишите ввиде последовательности букв ___________________ 8. Рефлексия. Вспомните, какую цель мы поставили в начале урока. Подумайте, достигли ли мы поставленных целей? А теперь в своих тетрадях закончите предложение: Меня удивило, что….. 9. Домашняя работа. а)Составить презентацию по изученной теме. б)Решить задачу: Вычислите объем водорода, который выделится при взаимодействии цинка с 60 г раствора соляной кислоты, в которой массовая доля кислоты составляет 20%. 10. Итог. Самооценка
Приложение Инструктивная карта для I группы: 1. Дайте характеристику элементу водороду по следующему плану:
Инструктивная карта для II группы: 1.Заполните таблицу:
2. С какими веществами взаимодействует водород. Напишите уравнения реакций. 2. Какие изотопы есть у водорода? 3. Почему опасен водород? 5. Составьте синквейн на тему «Водород». Инструктивная карта для III группы:
6. Где применяется водород? |