Урок "Добування кисню у промисловості та лабораторії. Реакція розкладу. Поняття про каталізатор"

7 клас

Тема. Добування кисню у промисловості та лабораторії. Реакція розкладу. Поняття про каталізатор.

Мета уроку:

• сформувати уявлення в учнів про методи, що лежать в основі промислового добування кисню та способи його одержання у лабораторії; дати коротку історичну довідку про відкриття кисню; пояснити суть реакції розкладу на прикладі добування кисню з гідроген пероксиду та поняття каталізатора; ознайомити з роботою датчика кисню О₂-ВТА; удосконалювати вміння аналізувати графіки та розв’язувати задачі.
• розвивати критичне та логічне мислення, усне мовлення, вміння шукати та аналізувати інформацію;
• виховувати любов до предмету, повагу один до одного.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

Форми роботи: розповідь учителя, робота в групах.

Обладнання: 3 %-ий р-н гідроген пероксиду, манган (IV) оксид, велика пробірка, корок з газовідвідною трубкою, штатив, хімічний стакан, датчик кисню О₂-ВТА, аналогово-цифровий перетворювач LABQ2, ноутбук, проектор.

Базові поняття і терміни: кисень, перегонка, термічний розклад, реакція розкладу, каталізатор.

Хід уроку

І. Організація класу

Вітання учителя з класом, перевірка відсутніх, оголошення теми уроку.

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

Родоначальник німецької класичної філософії  Іммануїл Кант якось сказав: «Веселий вираз обличчя поступово відображається і на внутрішньому світі людини». Тому, дорогі учні, я дуже хотів би щоб ви зараз посміхнулись один до одного. Сподіваюсь, сьогоднішній урок буде цікавим і пізнавальним, а ви залишатиметесь у хорошому настрої.

ІІІ. Актуалізація опорних знань

1. Перевірка домашнього завдання;
2. Фронтальне опитування:

*Що являє собою повітря?

*Які компоненти входять до складу повітря?

*Яким є вміст кисню у повітрі?

*Яким є склад молекули кисню?

*Які фізичні властивості кисню ви могли б назвати?

     *Подумайте й скажіть, чи однаковим є вміст кисню в повітрі у будь-якій точні нашої планети, наприклад, у мегаполісі Токайдо (Японія) та дощових лісах Південної Америки? Чому?

Учні об’єднуються у три групи (команди).

 IV. Вивчення нового матеріалу

1. Промислове одержання кисню

Справді, кисень є одним з компонентів повітря, а його вміст складає близько 21 % за об’ємом. У 2016 році вчені з Данії довели, що вільний кисень входив до складу атмосфери вже 3,8 млрд років тому. Почали його продукувати перші фотосинтезуючі археї. (Пригадайте, що називають фотосинтезом?) Впродовж першого мільярда років практично весь кисень поглинався розчиненим в океанах залізом, формуючи поклади мінералу джеспіліту.

З початку кембрійського періоду 540 млн років тому об’ємний вміст кисню коливався від 15 % до 30 %. До кінця кам’яновугільного періоду (близько 300 млн років тому) його рівень досяг максимального значення 35 %, який, скоріше за все, сприяв появі великої кількості комах та земноводних у той час.

Ви вже знаєте, що кисень у атмосфері поповнюється завдяки фотосинтезу. Але як ви вважаєте, чи можна нам отримати кисень, як індивідуальну речовину, з повітря?

Пропоную активізувати ваші знання англійської мови і переглянути короткий відеоролик «Extraction of oxygen and nitrogen from liquid air», який ви можете переглянути, просканувавши даний QR-код.

Це один з промислових методів одержання кисню, під назвою «кріогенне розділення». Промисловий метод – це спосіб одержання речовин та матеріалів у великих кількостях, тобто це великотонажне виробництво на заводах. Що лежить в основі  методу кріогенного розділення? Яку температуру кипіння має рідкий кисень?

Зверніть увагу яке забарвлення має рідкий кисень. Після того як його одержали, кисень потрібно десь зберігати і певним чином транспортувати. Як ви гадаєте, чи тривалий час кисень може зберігатись у рідкому стані у відкритій посудині? Чому? Одержаний газ зберігають у балонах, пофарбованих у блакитний колір (щоб не забути, згадуйте колір рідкого кисню) або у спеціальних ємкостях з подвійними стінками, де створений вакуум, що називаються посудинами Дьюара. Щоб зрозуміти будову такої ємності, пригадайте як сконтруйований звичайний термос.

Кріогенне розділення газів, що грунтується на різниці між температурами кипіння складових повітря, не єдиний промисловий метод одержання кисню. Також використовують адсорбційні та мембранні картриджі. (з даними методами учням пропонується ознайомитись самостійно)

2. Лабораторні методи одержання кисню

Окрім повітря кисень можна добувати у невеликих кількостях з інших речовин. Пригадайте, будь ласка, як виділяються бульбашки газу, коли мама наносила вам перекис водню на ранку. Це також кисень. Існує велика кількість хімічних речовин, що містять у своєму складі кисень. Даний газ, що так вкрай необхідний нам для дихання, міститься там наче у пастці і може бути «звільненим» звідти при у різних ситуаціях.

Офіційно вважається, що вперше газоподібний кисень добув 1 серпня 1774 р. англійський хімік Джозеф Прістлі, шляхом нагрівання в герметичній посудині лупою твердої речовини жовтого кольору -  меркурій (ІІ) оксиду:

2HgO = 2Hg + O₂↑;

Однак Прістлі тоді не зрозумів, що відкрив просту речовину, назвавши O₂ «дефлогістованим повітрям».

Дещо раніше, шведський хіміх Карл Шеєле також отримав кисень (він назвав його «горючим газом», поміркуйте чому?) іншим способом. Вони обоє повідомили про своє відкриття відомому французькому вченому Антуану Лавуазьє, який і встановив, що це індивідуальна речовина, що входить до складу багатьох сполук. Таким чином, заслугу у відкритті кисню ділять між собою одразу аж троє хіміків - Прістлі, Шеєле та Лавуазьє.

А зараз ми з вами спробуємо добути кисень і довести його наявність.

Інструктаж з БЖ!

Демонстрація добування кисню з гідроген пероксиду. У велику пробірку, похило закріплену у штативі, наливають на 1/3 3 %-ий розчин H₂O₂ і вносять невелику кількість чорного порошку манган (IV) оксиду. Одразу починається інтенсивне виділення бульбашок газу. Пробірку закривають змоченим у воді резиновим корком з газовідвідною трубкою, зануреною у високий хімічний стакан.

Учні висловлюють свої думки стосовно того як можна довести наявність кисню у посудині. Учитель поміщає датчик кисню О₂-ВТА у стакан і виставляє час побудови графіка на аналогово-цифровому перетворювачеві LABQ2 на приблизно 3-5 хв. Учні спостерігають за динамічною картинкою побудови графічної залежності вмісту кисню від часу експерименту. Школярам пропонується відмітити характерні точки на графіку й проаналізувати його, відмітивши місце де вміст кисню мінімальний/максимальний, з якою інтесивністю відбувалася реакція у ці моменти в пробірці.

Учитель демонструє якісну реакцію на кисень, внісши у хімічний стакан тліючу дерев’яну скіпку, що в цей момент яскраво спалахує. Далі записує на дошці рівняння реакції розкладу гідроген пероксиду:

2H₂O₂ = 2H₂O + O₂↑;

Зверніть вашу увагу на дану і поперденю реакцію! Ви бачите, що з однієї речивини в процесі хімічної реакції утворюється декілька інших, що у випадку меркурій (ІІ) оксиду, так і гідроген перекосиду. У хімії існує велика кількість таких реакцій і називаються вони реакціями розкладу. Отож, реакція розкладу – це реакція в результаті якої з однієї речовини утворюється дві або більше нових. (Учням дається завдання придумати схематичне зображення реакції розкладу. Кожна з команд по черзі презентує свої ідеї).

Зверніть, будь ласка, вашу увагу на ще один факт – і H₂O₂, і HgO містили у своєму складі Оксиген, а у процесі розкладання утворювався кисень. Це дає нам змогу висунути припущення, що якщо у молекулі речовини наявний Оксиген, то з цієї речовини можна добути кисень. Чи погоджуєтесь ви з цією гіпотезою? Чому ви так думаєте? І справді, існує багато оксигеновмісних речовин з яких у лабораторії добувають кисень. Серед найпоширеніших ми можемо відмітити:

а) Розклад води електричним струмом:

2Н₂О = 2Н₂ + O₂;

б) Термічний розклад калій перманганату:

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑;

в) Термічний каталітичний розклад калій хлорату (бертолетової солі):

2KClO₃ = 2KCl + 3O₂↑;

г) Розклад нітратів активних металів (селітр):

2NaNO₃ = 2NaNO₂ + O₂↑;

Зберігаючи перекис водню у домашній аптечці ми не спостерігаємо спонтанного процесу інтенсивної появи бульбашок кисню. Це відбувається у тому випадку, коли ми наносимо його на рану або додаємо маган (IV) оксид, як це було у нашому досліді. Речовини, подібні до MnO₂, називають каталізаторами. Вони суттєво прискорюють перебіг хімічної реакції, але самі при цьому участі у реакції не беруть. Доречі, маган (IV) оксид є також каталізатором у реакції розкладу бертолетової солі. Каталізатори будвають різними за своєю будовою і складністю. Скажімо, у нашому організмі також наявні такі речовини. Вони являють собою дуже великі молекули білків і називаються ферментами.

Домашній експеримент: нанести кілька крапель перекису водню на зріз картоплі, моркви, яблука, а потім на зріз вареної картоплі. Описати спостереження.

V. Повторення вивченого

а) Опишіть промисловий метод одержання кисню.

б) Що називають реакцією розкладу/каталізатором?

в) Хто вперше добув кисень?

г) Які лабораторні методи добування кисню ви знаєте?

д) Команди на швидкість розвязують задачу

На підводних човнах і орбітальних станціях зазвичай добувають кисень  взаємодією натрій пероксиду з вуглекислим газом, що видихає людина, за реакцією: 2Na₂O₂ + 2CO₂ = 2Na₂CO₃ + O₂↑. Розрахуйте масову частку Оксигену в молекулі натрій пероксиду.

VI. Рефлексія

Кожній з команд пропонується скласти сенкан до слова «кисень»

(Сенкан – вірш у п’ять рядків. 1. Перший рядок – тема, що є іменником («кисень»). 2. Другий рядок – опис теми з двох прикметників. 3. Третій рядок – дія, пов’язазана з темою, складається з трьох дієслів. 4. Четвертий рядок – фраза, яка висловлює ставлення до теми. 5. Останній рядок – один синонім до теми)

Кожна команда зачитує свій сенкан, інші  - висловлють свої враження щодо нього.

VII. Домашнє завдання

Опрацювати §20 (ст. 118). Виконати вправи: 146, 148, 150.