Урок "Хімічні властивості кисню"

Тема: ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ОКСИГЕНУ:  ВЗАЄМОДІЯ  З

ВУГЛЕЦЕМ, СІРКОЮ, ФОСФОРОМ, ЗАЛІЗОМ ТА МАГНІЄМ.

РЕАКЦІЯ СПОЛУЧЕННЯ. ПОНЯТТЯ ПРО ОКИСНЕННЯ ТА

ОКСИДИ, ГОРІННЯ

 

МЕТА: закріпити знання учнів про фізичні властивості та валентність

кисню, способи його добування в лабораторії, про реакцію розкладу та

каталізатор;

          поглибити знання учнів про кисень (хімічні властивості кисню):

ознайомити учнів з властивістю кисню взаємодіяти з простими

речовинами (вуглецем, сіркою, фосфором, залізом та магнієм) і окиснювати їх;

дати поняття про реакції горіння та сполучення, з’ясувати їх особливості;

продовжити  формувати  вміння  аналізувати  досліди,  робити висновки  про  хімічні  властивості кисню на основі експерименту;

розвивати логічне мислення, пам’ять, уміння спостерігати і аналізувати 

досліди, складати рівняння реакцій;

вчити використовувати набуті теоретичні знання під час розв’язання практичних завдань;

виховувати інтерес до вивчення хімії, самостійності в навчанні.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ: реакція сполучення, реакція окиснення, оксиди, горіння.

ОБЛАДНАННЯ: 4 демонстраційних циліндри заповнених киснем; зразки речовин, що будуть спалювати  в кисні (вуглець, сірка, магній, залізо – в 3-х літрову банку для спалювання заліза насипати на дно трохи кварцового піску, для попередження розтріскування скла при попадання окалини).

ФОРМИ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ: групова, фронтальна.

МЕТОДИ НАВЧАННЯ: самостійна робота, робота в групах – “навчання разом”, дискусійна - “мозковий штурм”, “ситуація з життя”, диференційний підхід до домашнього завдання.

ТИП УРОКУ: комбінований

ПЛАН УРОКУ

1.    Мотивація навчальної діяльності.
2. Перевірка домашнього завдання.  

3.   Вивчення нового матеріалу:

а) реакції взаємодії кисню з простими речовинами: вуглецем, сіркою, фосфором, залізом, магнієм;

б) реакція сполучення;

в) реакція окиснення та оксиди;

г) горіння;

д) лабораторні досліди.

IV. Закріплення і систематизація знань учнів, осмислення об’єктивних зв’язків у вивченому матеріалі.

V. Повторення вивченого матеріалу під час бесіди.
VI. Первинний контроль знань під час виконання тестових завдань
VII. Підбиття підсумків уроку.
VIII. Домашнє завдання.

 

ХІД УРОКУ

 

1. Організаційний момент.

Повідомлення теми та мети уроку.

2. Перевірка домашнього завдання.

1.          Троє учнів біля дошки виконують домашнє завдання  II       IV    III     IV      III        III        

1. За формулами речовин визначити валентність елементів:  CaO, SiO₂, PH₃, PbO₂, Al₂O₃,  NH₃.
2. Записати реакції розкладу: KMnO₄, KClO₃, H₂O₂. Пояснити умови протікання реакцій.

           a) 2KMnO₄  ^t= K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

           b) 4KClO₃  ^t = KCl+ 3KClO₄ – без каталізатора, t=400^оС

               2KClO₃  ^t = 2KCl + 3O₂↑ - з каталізатором (MnO₂), t=400^оС

           с) 2H₂O_{2 =} 2H₂O + O₂↑ - з каталізатором (MnO₂).

     3.    Визначити масову частку Оксигену в складі перманганату калію.

           Розв’язання задачі:

       В перманганаті калію на 1 моль молекул KMnO₄ припадає  4 моль атомів О. Їхні молярні маси дорів-

       нюють:

       М (KMnO₄) =39+55+16∙4=158 г/моль

       М (О) =16 г/моль

                     4 М (О)           4∙16 г/моль

       w(O) = ─────── = ──────── = 0,405, або 41%

                     М (KMnO₄)     158 г/моль

      Відповідь: масова частка Оксигену  в складі  перманганату калію становить 41%.

  2 . Самостійна робота (виконується іншими учнями в той час, поки їхні однокласники готуються відповідати біля дошки )                                                                                               

1. Дати характеристику елемента:

а) Хімічний символ, назва      -      О, Оксиген ;

б) Відносна атомна масса       -       А(О)=16 ;

с) Валентність                          -       II ;

г) Поширення в природі.         -       найпоширеніший елемент на Землі. У вільному стані – у повітрі і воді, а

                                                           у зв’язаному стані– входить до складу води, піску, глини, гірських порід

                                                           та мінералів, а також до складу живих організмів.

 2. За валентністю елементів скласти формули водневих сполук та оксидів:

         II   VII     IV   IV   III       I   II       II

       HS, MnO, CO, SO, NH, HCl,CuO, MgO.

3. Визначити валентність елементів у формулах за відомою валентність водню та кисню: CrO₃, N₂O₅, CH₄, Na₂O, Cl₂O₇, HNO₃, H₂SO₄.

  3.   Фронтальне опитування.

Запитання:

1. Де в природі трапляється кисень як проста речовина і до складу яких природних речовин входить хімічний елемент Оксиген?

Відповідь: У вільному стані, тобто як проста речовина, кисень є у повітрі і в природних водах. Зв’язаний, тобто як хімічний елемент, Оксиген входить до складу води, піску, глини, гірських порід і мінералів, а також до складу живих організмів.

2. В якому випадку мова йде про кисень як хімічний елемент, а в якому – як про просту речовину:

а)  в 1 л води розчинено 20 мл кисню;

б)  у воді міститься 89% кисню.

Відповідь: а) в даному випадку мова йде про те, що воду насичили газом киснем – простою речовиною;

                  б) в даному випадку мова йде про масову частку Оксигену  в складі води.

3.  Чим пояснити, що живі істоти задихаються у прокип’яченій воді, хоч до її складу входить 89% кисню?

Відповідь: Це поянюється тим, що при кип’ятінні газ кисень, яким дихають всі живі істоти, видаляється з води, а ті 89% кисню, про які йде мова, є зв’язаними з двома атомами Гідрогену, тобто - це масова частка Окигену в складі молекули води.

 4.  Яку роль відіграє кисень у живій природі? Про що свідчить кругообіг кисню в природі? Чим пояснити, що кількість кисню у повітрі майже не змінюється?

Кисень відіграє дуже важливу роль у природі. Він одночасно виступає і як будівник, і як руйнівник. Окиснюючи органічні речовини, кисень підтримує дихання, тобто саме життя. Енергія, що при цьому вивільнюється, забезпечує життєдіяльність організмів. Отже, основна частина кисню поглинається живими організмами при диханні. Проте за участю кисню в природі постійно відбуваються і руйнівні процеси: іржавіння металів, горіння речовин, гниття рослинних і тваринних решток. Але, незважаючи на це, кількість кисню в природі залишається практично незмінною. Це відбувається завдяки життєдіяльності рослин. Ми знаємо з уроків ботаніки, що рослини на світлі поглинають вуглекислий газ і воду і за допомогою особливих каталізаторів – ферментів – перетворюють їх на крохмаль і кисень. Кисень, що виділяється, повертається в атмосферу і тим самим компенсує ту його частину, що витрачається на окисні процеси.

 Таким чином, наявність кисню в атмосфері і постійність його складу зумовлені життєдіяльністю рослинного і тваринного світу.

5.  На яких фізичних властивостях кисню грунтуються способи збирання його над водою та витісненням повітря?

Відповідь: В 1-му випадку, спосіб збирання кисню над водою грунтується на тому, що за н.у.  густина води вища, ніж густина кисню (ρ(H₂O) = 1 г/см³,  ρ(O₂) = 0,00143 г/см³ ). В 2-му випадку, спосіб збирання кисню витісненням повітря грунтується на тому, що кисень трохи важчий за повітря ( 1 л кисню за н.у. важить 1,43 г, а 1 л повітря – 1,29 г.).

6.  Візьмемо 2 пробірки. В кожну з них помістимо однакову кількість бертолетової солі, але в другу - додамо трішки MnO₂. Пробірки закриємо їх пробками з газовивідними трубками і нагріємо. Газ, що виділяється, збираємо над водою. Поясніть, чому в 2-^му випадку виділилася більша кількість кисню.

Відповідь: Це відбувається тому, що бертолетова сіль швидше розкладається в присутності оксиду марганцю (IV), який виступає каталізатором реакції.

7.  Що ви знаєте про речовини- каталізатори?

Відповідь: Каталізатори – це речовини, які змінюють швидкість реакції, але не входять до склада продуктів реакції. Вони широко застосовуються в промисловості. Дають змогу підвищити продуктивність хімічних процесів, отже, економніше вести виробництво.

8. За якими властивостями кисню його можна виявити?

Відповідь: Кисень можна виявити за його властивостями підтримувати дихання та горіння.

3. Вивчення нового матеріалу.

       а) реакції взаємодії кисню з простими речовинами: фосфором, вуглецем, сіркою, магнієм, залізом,

      б) реакція сполучення;

 в) реакція окиснення та оксиди;

 г) горіння;

 д) лабораторні досліди. (Правила техніки безпеки під час проведення дослідів).

З попереднього матеріалу ми вже знаємо, що коли мова йде про хімічні властивості, то маються на увазі хімічні реакції, в які може вступати ця речовина. Ми також знаємо, що кисень в усіх сполуках, окрім сполук з фтором (ОF₂, +2), проявляє валентність -2. Кисень дуже активний неметал. Найважливішою хімічною властивістю кисню є його здатність сполучатися з більшістю простих речовин з виділенням теплоти та світла. Цей процес називається горінням. Щоб викликати горіння речовин в кисні, часто доводиться нагрівати їх до певної температури - температури їх займання, так як при нормальній температурі кисень являється досить таки інертною речовиною (зв’язок між атомами кисню характеризується значною міцністю). Розглянемо приклади взаємодії кисню з простими речовинами – неметалами.

I. Взаємодія кисню з фосфором.

Якщо в посудину з киснем внести залізну ложечку з запаленим червоним фосфором і швидко прикрити її склом, то можна побачити, що фосфор горить у кисні яскравим білим полум’ям, і в посудині утворюється густий білий дим. Це тверді частинки нової речовини – оксиду фосфору (V). Якщо після закінчення досліду в посудину внести тліючу скіпку, то виявиться, що кисню в посудині більше немає. Його атоми в процесі реакції сполучилися з атомами Фосфору й утворили нову речовину оксид фосфору (V) P₂O₅. Оксид фосфору (V) – це тверда речовина. Отже, кисень не просто підтримує горіння, а й бере участь у реакції як вихідна речовина. Цю реакцію можна виразити хімічним рівнянням:

                                4P + 5O₂ = 2 P₂O₅

II. Взаємодія кисню з вуглецем.

Покладемо в залізну ложечку кусочок деревного вугілля і внесемо у полум’я пальника. Вуглинка розжариться. Якщо її внести в посудину з киснем (посудину прикриваємо склом), то вона розжариться ще сильніше до білого жару і швидко згорить без полум’я і диму, але з виділенням теплоти. Щоб дізнатися, яка речовина при цьому утворилася, наллємо в посудину вапняну воду. Вона стає каламутною. Це ознака того, що під час горіння вуглинки утворився вуглекислий газ, або оксид карбону (IV) CO₂:

                                C + O_{2 =}  CO₂

У процесі реакції атоми Карбону, що входять до склада вугілля, сполучаються з атомами Оксигену, що входять до склада кисню, й утворюється газ - оксид карбону (IV) CO₂. Відбувається реакція сполучення.

III. Взаємодія кисню з сіркою.

 Демонстрація досліду згорання сірки в кисні і на повітрі.

Будь-яка речовина при звичайній температурі повільно реагує з киснем. Наприклад, про повільну взаємодію сірки з киснем повітря свідчить запах сірки, що утворюється при окисненні. Але, якщо сірку нагріти, то реакція з киснем іде швидше, а коли температура досягає температури займання, то з’являється синювате полум’я палаючої сірки. Якщо тепер запалену сірку поступово внести в посудину з киснем, накривши її склом, то горіння посилюється, синювате полум’я стає яскраво голубим. При цьому утворюється газ з різким запахом – оксид сульфуру (IV) SO₂ і виділяється велика кількість теплоти:

                               S + O₂ = SO₂

Вчитель: Скажіть, в якому випадку сірка згоріла швидше і горіла яскравіше?

Учень: В кисні вона згоріла швидше і горіла яскравіше.

Вчитель: Поясніть, чому горіння в кисні йде швидше і теплоти за однаковий час виділяється більше?

Учень 1: Ми знаємо, що молекули кисню в обох випадках в своєму хаотичному русі зустрічалися з молекулами речовини, що спалюється. Але кількість цих зустрічей в обох випадках за одиницю часу була різною. Так, у взятому об’ємі чистого кисню молекул кисню більше, ніж в такому ж об’ємі повітря. Відповідно кількість зустрічей молекул речовини, що спалюється, і молекул кисню тут буде значно більшою.

Таким чином, чим більше міститься молекул в одиниці об’єму, тобто чим більша концентрація речовини, тим скоріше може йти реакція з цією речовиною.

Учень 2: Другою причиною пришвидшення горіння речовини в кисні в порівнянні з його горінням в повітрі полягає в тому, що теплота, яка виділяється при реакції в кисні, йде на нагрівання (підвищення кінетичної енергії) тільки молекул кисню. В цьому випадку вона не витрачається на нагрівання (підвищення кінетичної енергії) молекул азоту та інших газів, що містяться у повітрі. Реагуючі речовини нагріваються сильніше, тому температура горіння в кисні значно вище, ніж у повітрі, а чим вище температура, тим скоріше йде реакція.

Отже, ми можемо зробити висновок, що при спалюванні у кисні прості речовини – неметали швидко згорають з виділенням теплоти і світла, утворюючи при цьому нові речовини – оксиди, тобто речовини, які утворені двома елементами, одним з яких обов’язково є Оксиген. Хімічні реакції, в результаті яких утворюються оксиди, відносяться до реакцій окиснення.

 Ми бачимо, що спалювання простих речовин у кисні супроводжується виділенням теплоти і світла, тобто відбувається процес горіння. Отже, ми можемо дати визначення цьому процесу. Горіння- це хімічна реакція, під час якої відбувається окиснення речовин з виділенням теплоти і світла.

 В циліндри з отриманими оксидами (СO₂ і SO₂) _{потрохи} доливаємо води і струшуємо їх, попередньо накривши склом. Потім візьмемо лакмусовий папір і змочемо його в отриманому розчині. Ми побачимо, що лакмус забарвиться в червоний колір. Це говорить нам про те, що при сполученні оксидів з водою утворилися нові речовини – кислоти, які забарвили лакмусовий папірець у червоний колір. Фосфорного ангідриду треба брати трішки і добавляти воду краплинами, так як реакція відбувається дуже бурхливо з “шипінням” і виділенням великої кількості теплоти.

 Отже, при спалюванні неметалів у кисні утворюються оксиди, які називаються кислотними.

IV. Взаємодія кисню з магнієм.

 Окрім того, що кисень вступає в реакції сполучення з неметалами, він здатний взаємодіяти з усіма металами, крім золота та платинових металів, утворюючи при цьому нові речовини – оксиди.

Візьмемо щипцями магнієву стрічку і запалимо її. Швидко внесемо запалену магнієву стрічку в посудину з киснем. Магній починає горіти ще яскравіше, а на стінках посудини осідають тверді білі частинки нової речовини – оксиду магнію (II) MgO. Згорання магнію в кисні можна подати таким хімічним рівнянням:

                                   Mg + O₂ = 2MgO

Світло від магнію, що горить, дуже яскраве і містить багато ультрафіолетових променів. Тому ним інколи користуються для освітлення при фотографічних зйомках, а також для виготовлення освітлювальних ракет і запалювальних снарядів.

V. Взаємодія кисню з залізом.

 В чисту скляну банку чи колбу місткістю не менше 3 л насипаємо піску і заповнюємо киснем. На кінці стальної дротини (діаметром 0,25 мм), скрученої в спіраль, закріплюємо “запал” –половину сірника. Нагріваємо дротину у верхній частині полум’я пальника і підпалюємо “запал”. Вводимо дротину в посудину з киснем. Шматочок сірника розгорається дуже яскраво, а потім займається і сама спіраль. Горіння заліза нагадує бенгальський вогонь: в усі боки розлітаються частинки залізної окалини Fe₃O₄.Одні з них падають на дно посудини, а інші – осідають на її стінках у вигляді бурого нальоту. Залізну окалину можна розглядати як подвійний оксид феруму (II) і феруму (III), або FeO ∙ Fe₂O₃, в якому Ферум проявляє валентності II і III. Оксид заліза Fe₃O₄ – це тверда речовина. Горіння заліза в кисні можна подати рівнянням:

                                    3Fe + 2O₂   = Fe₃O₄

Отже, метали як і неметали, сполучаючись з киснем, утворюють оксиди.

А тепер візьмемо фарфорову чашечку і покладемо в неї трішки оксиду магнію, що утворився при спалюванні магнію в кисні, і добавимо води. Ми бачимо, що відбувається реакція з виділенням теплоти. Тепер візьмемо лакмусовий папір і змочемо його в отриманому розчині. Ми бачимо, що лакмус забарвлюється в синій колір. Це говорить нам про те, що при сполученні оксидів з водою утворилися нові речовини – основи, які забарвили лакмусовий папірець у синій колір.

Отже, при спалюванні металів у кисні утворюються оксиди, які називаються основними.

Отже, на дослідах ми переконалися, що кисень може взаємодіяти як з металами, так і з неметалами.  В усіх випадках атоми кисню сполучалися з атомами металу або неметаллу, утворюючи нову речовину. Такі реакції називаються реакціями сполучення.

Таким чином, реакції сполучення – це такі реакції, в результаті яких з кількох вихідних речовин (простих або складних) утворюється одна складна речовина.

На сьогоднішньому уроці ми вивчили взаємодію простих речовин з киснем і побачили, що в результаті цієї взаємодії утворюються нові речовини, до складу яких обов’язково входить хімічний елемент Ок-сиген, оксиди: P₂O₅, CO₂, SO₂, MgO, Fe₃O₄. Отже, оксиди – це складні речовини, утворені двома елементами, одним з яких обов’язково є Оксиген, а хімічні реакції, в результаті яких утворюються оксиди, називають реакціями окиснення.

4. Закріплення і систематизація знань учнів, осмислення об’єктивних зв’язків у вивченому матеріалі.

Оформлення результатів дослідів у таблицю за схемою:

Мета досліду	Що робили	Що спостерігали	Висновок	Рівняння хім.р-ї
Взаємодія кисню з фосфором	У циліндр, заповнений киснем, внесли залізну ложечку з запаленим фосфором. Після згорання внесли в циліндр тліючу скіпку. До частини оксиду добавили води, в отриманий розчин опустили лакмусовий папір	а) Фосфор у кисні горить яскравим білим полум’ям, утворюється густий білий дим. б)“Шипіння”, виділення теплоти лак-мус почервонів.	а) Це – оксид фосфору(V). Неметали горять у кисні. б) Оксид фосфору (V) – це кислотний оксид. При розчиненні у воді утворюється кислота.	а)4P + 5O2 = 2P2O5 – фосфор (V)оксид б) P2O5 + 3H2O = 2H3PO4 – ортофос-форна кислота
Взаємодія кисню з вуглецем
Взаємодія кисню з сіркою
Взаємодія кисню з магнієм
Взаємодія кисню з залізом

 

 

      V.        Повторення вивченого матеріалу під час бесіди.

Перелік запитань для бесіди:

1. Як ви можете охарактеризувати хімічні властивості кисню?

Відповідь: Кисень є активним хімічним неметаллом.  Найважливішою хімічною властивістю кисню є його здатність сполучатися з більшістю простих речовин як металів, так і неметалів з виділенням теплоти і світла.

2. Раз кисень є хімічно активним неметелом, то поясніть тоді чому кисень, який міститься у вільному стані у повітрі (21% об.ч.), не взаємодіє зараз з тими простими речовинами, які є зараз на цьому демонстраційному столі?

Відповідь: Я думаю тому, що за н.у. кисень є досить таки інертною речовиною, і зв’язок між атомами кисню в молекулі досить таки міцний. Для того, щоб кисень почав взаємодіяти з іншими простими речовинами, їх потрібно нагріти.

3. Чому перед проведенням досліду зі спаленням сталевої пружини до її кінця прикріплюють шматочок сірника? Чи відбувається виділення теплоти при взаємодії заліза з киснем?

Відповідь: Тому, що залізо в кисні горить, розкидаючи яскраві іскри залізної окалини в усі боки. Звичайно, при взаємодії заліза з киснем відбувається виділення теплоти.

4. До якого типу належать процеси горіння простих речовин? Навести приклади.

Відповідь: Вони належать до процесу окиснення, так як в результаті реакцій утворюються оксиди. Наприклад, при горінні фосфору утворюється оксид фосфору (V), при горінні вугілля – вуглекислий газ, при горінні магнію – оксид магнію (II) і т.д.

5. Коли – взимку чи влітку – швидше можна розпалити вогнище із сухих дров і чому?

Відповідь: Я думаю, що влітку, тому що концентрація кисню в повітрі буду більшою, ніж взимку, т.я. влітку рослини виділяють кисень в процесі фотосинтезу, а взимку – ні.

6. Які реакції називаються реакціями сполучення. Наведіть приклади.

Відповідь: Реакції сполучення – це такі реакції, в результаті яких з кількох вихідних речовин (простих або складних) утворюється одна складна речовина. Наприклад, реакції взаємодії кисню з сіркою, фосфором, магнієм, вуглецем, залізом і т.д.

7.   Які умови необхідні для горіння в кисні вуглецю, сірки, фосфору, магнію, заліза? Чому ці речовини потрібно нагрівати тільки до початку реакції?

Відповідь: Щоб викликати горіння цих речовин в кисні, необхідно нагріти їх до температури їх займання, так як при нормальній температурі кисень являється досить таки інертною речовиною, тому що зв’язок між атомами кисню характеризується значною міцністю.

8. В чому відмінність горіння простих речовин у кисні і на повітрі?

Відповідь: Горіння простих речовин у кисні відбувається швидше, з більшим виділенням теплоти і світла, тому що тут більша концентрація молекул кисню (кисень підтримує горіння) і вища температура горіння, так як не потрібно витрачати теплоту для нагрівання молекул азоту та молекул інших інертних газів, які входять до складу повітря.

VI.       Первинний контроль знань під час виконання тестових завдань

Робота в групах по 8 чоловік.

1.  Запишіть рівняння реакцій:

2CaO + O₂ = 2CaO

4Li +   O₂ = 2Li₂O

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

4Ag + O₂ = 2Ag₂O

Si + O_{2 =} SiO₂

2W + 3O₂ = 2WO₃

2. З наведенного переліку речовин виписати окремо формули оксидів: H₂SO₄, SO₃, MgO, HCl, Cr₂O₃, HNO₂, CO, N₂O₅, Fe(OH)₃, H₂O, CuO, H₃PO₄, MnO₂.

      VII.  Підбиття підсумків уроку.

Про які властивості кисню ви дізналися на уроці?

Чи сподобався вам урок?

Що сподобалося (не сподобалося)? Чому?

За роботу на уроці ви отримали такі оцінки:
VIII. Домашнє завдання.

 Вивчити хімічні властивості кисню, завдання 2, 3, 7-9 стр.74 – письмово

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОДАТОК

ЗАДАЧІ

1. У сполуці вуглецю з киснем на 3 в. ч. Карбону припадає 8 в.ч. Оксигену. Скласти рівняння реакції утворення цього оксиду, визначити його молекулярну формулу.
2. У сполуці міді з  киснем на 8 в.ч. Купруму припадає 1 в.ч. Оксигену. Записати формулу і назву оксиду. Обчислити його молекулярну массу і процентний склад.
3. У сполуці хрому з киснем на 13 в.ч. Хрому припадає 6 в.ч. Оксигену. Визначити формулу оксиду. Обчислити його молекулярну массу і процентний склад.