Урок. Лужноземельні метали. Твердість води та способи її усунення.

Тема. Лужноземельні елементи та Магній. Фізичні та хімічні властивості простих речовин, основний характер їх оксидів та гідроксидів, біологічна роль елементів.

 

Мета: вивчити властивості лужноземельних металів та їхніх оксидів, пояснити біологічну роль елементів, продемонструвати властивості експериментально.

 

Очікуваний результат:

Учень:

• розпізнає лужноземельні метали та їхні сполуки,
• називає сполуки лужноземельних металів,
• пояснює хімічні та фізичні властивості лужноземельних металів,
• характеризує та доводить експериментально характер оксидів та гідроксидів,
• обґрунтовує біологічну роль лужноземельних елементів для організму,
• робить висновки.

 

Тип уроку: комбінований урок.

Форми проведення: самостійна робота по варіантах, робота з підручником та опорною схемою про  лужноземельні метали, практичний експеримент, робота в парах.

 

Обладнання та реактиви: вода, лакмусовий папірець, фенолфталеїн, кислота, кальцій оксид.

 

І. Організаційний момент.

ІІ. Перевірка домашнього завдання.

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

Самостійна робота на два варіанти.

І варіант

1. Напишіть рівняння реакцій, що лежать в основі схеми:

                                K → K₂O → K₃PO₄                                                                

                                                 ↓                                                                                 

                                              KOH

2. Невідомий металічний елемент знаходиться у головній підгрупі І групи. Відносна молекулярна маса гідроксиду рівна 150. Визначте елемент.

ІІ варіант

1. Напишіть рівняння реакцій, що лежать в основі схеми:

                   NaOH ← Na → Na ₂O → Na ₂SO₄

2. Невідомий металічний елемент знаходиться у І групі, відносна молекулярна маса вищого оксиду рівна 186. Визначте елемент.

ІV. Мотивація навчальної діяльності.

Вчитель. Дуже близькі за хімічною активністю до лужних металів їхні сусіди по групі – металічні елементи головної підгрупи ІІ групи. Їх називають лужноземельними. Магній знаходиться у морській воді і надає їй гіркуватого присмаку. Магній та Кальцій були відкриті англійським хіміком Г. Деві у 1808 році. Яку роль вони відіграють у природі та які властивості мають – все це на сьогоднішньому уроці.

V. Сприйняття та усвідомлення нового матеріалу.

Вчитель. Записуємо загальну характеристику лужноземельних металів.

• На зовнішньому енергетичному рівні – два s-електрони.
• Вища валентність в оксидах, гідроксидах, солях – ІІ.
• Ступінь окиснення у сполуках: +2.
• Подібно до лужних металів (крім магнію) є сильними відновниками.
• Мають невисокі густини і твердість.
• В природі знаходяться у вигляді сполук.

Біологічна роль. В середньому в організмі дорослої людини міститься близько 1 кг кальцію. Приблизно 99 % цієї кількості міститься у вигляді кальцій фосфату у кісткових та зубних тканинах. Без кальцію неможливе згортання крові, скорочення м’язів і функціонування нервової системи. Засвоєнню кальцію в організмі сприяє вітамін D, нестача якого у дитячому віці може викликати рахіт. Кальцій, як і натрій та калій, також відіграє важливу роль у гомеостазі.

Магній необхідний для правильного функціонування м'язів і нервової системи. В середньому у дорослої людини його є 25 г, більша частина якого сконцентрована у кістках. Ми засвоюємо магній, поїдаючи зелені листя овочів. Всі зелені рослини містять хлорофіл. Це комплексна сполука, центральним атомом якої є магній. Магній гідроксид, розчинений у воді, називається магнезія і використовується для нейтралізації надлишкової кислотності шлунка.

«Барієва каша» використовується для рентгеноскопічної діагностики хвороб шлунково-кишкового тракту.

Хімічні властивості вивчаємо за схемою:

Із зростанням протонного числа зверху вниз зростає радіус атома. Тому хімічна активність металів зростає від Mg до Ba.

 

 

               12                                                                  Ме

   Mg   24,305

                 3S²

      Магній

   2/8/2

 

                   20

      Са   40,08

  4S²

         Кальцій                  + Cl₂         + S          + H₂          + O₂       + HCl       +HOH        

     2/8/8/2                               з галогенами                                                                          з кислотами

 

                    38

      Sr  87,62

 5S²

     Стронцій                  МеCl₂         МеS        МеH₂          МеО        МеCl₂  Ме(OH)₂

        2/8/18/8/2                                                                                                                             +              +

                56                                                                                                     H₂­               H₂­

 

      Ba   137,34

 6S²

      Барій                    З усіх металів ІІ групи головної підгрупи хімічна активність

        2/8/18/18/8/2                   магнію є найнижчою. Тому з водою магній реагує при

                                                 нагріванні, з утворенням магній оксиду, а не гідроксиду.

                                                                                 Mg + H₂O → MgO + H₂↑

                                   На відміну від металів ІІ групи, берилій не сполучається з 

                                         воднем і не утворює гідриду.

Вчитель. Використовуючи схему, запишіть властивості лужноземельних металів на прикладі магнію.

Експериментально проведемо демонстрацію досліду взаємодії магнію з хлоридної кислотою. Згадуємо правила безпеки під час роботи з хімічними речовинами.

Вчитель обирає учня-асистента, який проводитиме експеримент.

Асистент.

Дослід 1. У пробірку насипаємо невелику кількість магнієвої стружки. Доливаємо приблизно 2 мл розчину хлоридної кислоти. Спостерігаємо бурхливе виділення водню.

Mg + 2НСІ → МgСІ₂ + Н₂↑ 

Вчитель. Експериментально доведемо основний характер оксидів та гідроксидів лужноземельних металів на прикладі кальцій оксиду.

Асистент.

Дослід 2. Маємо кальцій оксид. Насипаємо у пробірку невелику його кількість, розчиняємо у воді. Одержуємо кальцій гідроксид.

СаО + НОН → Са(ОН)₂↓

Ця реакція називається у будівництві гасінням вапна. Спостерігаємо виділення великої кількості тепла. Перевіряємо отриману речовину індикатором. Лакмусовий папірець стає синього кольору.

VІ. Узагальнення та систематизація знань.

1. Дайте характеристику Магнію та Кальцію згідно положення у періодичній системі та будовою атома.
2. Напишіть рівняння реакцій взаємодії стронцію з речовинами, поданими у схемі. Поставте коефіцієнти.
3. Як з карбонату кальцію можна добути кальцій оксид? Напишіть відповідні рівняння.
4. У періодичній системі Кальцій знаходиться біля Калію, але його хімічні властивості подібні до властивостей Натрію, який міститься у ІІ періоді, чому?
5. Метал із ступенем окиснення  +2 масою 8 г прореагував з водою. В результаті реакції виділився газ об’ємом 4,48 л (н.у.). Який це метал?

VІІ. Рефлексія.

• Що нового ви довідалися про лужноземельні метали сьогодні?
• Чи можете ви після сьогоднішнього уроку порівняти властивості лужних та лужноземельних металів?
• В чому полягає різниця у класифікації металів на лужні та лужноземельні?
• Чи задоволені ви результатом своєї роботи на уроці?
• Складіть список практичних порад учням класу щодо підготовки та вивчення даного матеріалу.

 

VІІІ. Домашнє завдання: відповідні параграф у підручнику та сторінка у  друкованому робочому зошиті з хімії (автор М.М.Савчин).

 

 

Тема. Поняття про твердість води (постійну, тимчасову) і методи її усунення (зменшення).

 

Мета: вивчити матеріал про твердість води, показати експериментально методи її усунення.

 

Очікуваний результат:

Учень:

• розпізнає карбонатну та некарбонатну твердість води,
• називає карбонати та гідрогенкарбонати,
• вміє писати рівняння реакцій, що характеризують способи усунення твердості води,
• пояснює способи усунення твердості води,
• обґрунтовує матеріал та робить висновки.

 

Тип уроку: комбінований урок.

Форми проведення: фронтальна бесіда, індивідуальні завдання біля дошки, робота з підручником та порівняльною таблицею твердості води, демонстраційний дослід, вправа «Мікрофон» з коментарем.

 

Обладнання та реактиви: вода, сода.

 

І. Організаційний момент.

ІІ. Перевірка домашнього завдання.

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

1. Фронтальна бесіда:

• Порівняйте положення натрію та магнію у періодичній системі.
• Чи відрізняються властивості берилію від властивостей інших лужноземельних металів?
• Яка речовина утвориться при взаємодії з водою кальцію?
• Назвіть продукти взаємодії магнію з водою.
• Яка біологічна роль кальцію?
• Чи має значення для живого організму вміст магнію?
• Де використовуються сполуки барію?

2. Індивідуальні завдання для учнів біля дошки:

А) Напишіть реакції, які характеризують хімічні властивості магнію.

Б) Напишіть реакції, які входять до схеми перетворень:

                          Ba → BaO → Ba(OH)₂

                                       ↓

                                         BaCO₃                                

В) Напишіть реакції, які входять до схеми перетворень:

              Ca → CaO → Ca₃(PO₄)₂

                            ↓

                            Ca(OH)₂                              

Г) Цинк кількістю речовини 0,8 моль повністю прореагував з розчином хлоридної кислоти. Який об'єм водню виділився?

ІV. Мотивація навчальної діяльності.

Вчитель. Лужноземельні метали містяться у багатьох природних сполуках: карбонатах. Їх ми вже вивчали, коли вчили карбонатну кислоту та карбонати. Частково природні карбонати та інші солі потрапляють у воду, спричиняючи твердість води. У природі вода, перед тим як потрапити до колодязя або водопровідної мережі, проходить крізь ґрунт і насичується в ньому розчинними солями. Сьогодні про цю твердість ми будемо говорити на уроці.

V. Сприйняття та усвідомлення нового матеріалу.

Вчитель. Твердість води зумовлюється тим, що, взаємодіючи з карбон (ІV) оксидом, перетворює кальцій та магній карбонати на розчинні кислі солі – гідроген карбонати:

СО₂↑ + НОН ↔ Н₂СО₃

СаСО₃↓ + НОН + СО₂↑ → Са(НСО₃)₂

МgСО₃ + НОН + СО₂↑ → Мg(НСО₃)₂

Твердість води буває двох типів: карбонатна (тимчасова) і некарбонатна (постійна або стала). Чим вищий вміст у воді цих йонів, тим більша твердість води. Загальна твердість складається з карбонатної та некарбонатної. Малюємо у зошитах порівняльну таблицю:

	Карбонатна твердість	Некарбонатна твердість
Визначення	Спричиняється наявністю у воді кальцій та магній гідрогенкарбонатів.	Обумовлюється наявністю у воді сульфатів, хлоридів, нітратів кальцію та магнію.
Суть методів усунення твердості води	Полягає в тому, щоб пом’якшити воду – видалити з неї кальцієві та магнієві солі.
Методи (способи) усунення	Кип’ятіння води: Са(НСО3)2 → СаСО3↓ + НОН + СО2↑ Мg(НСО3)2 → МgСО3↓ + НОН +СО2↑ Мg(НСО3)2 → Мg(ОН)2↓+ СО2↑	Фосфатний метод: 3СаСІ2+2Na3РО4→Са3(РО4)2↓+  +6NaСІ 3МgSО4+2Na3РО4→Мg3(РО4)2↓ + + 3Na2SО4
	Додавання соди: Са(НСО3)2+Na2СО3→ СаСО3↓+2NaНСО3 Мg(НСО3)2+Na2СО3→МgСО3↓+2NaНСО3	Додавання соди: СаСІ2+Na2СО3→ СаСО3↓+2NaСІ МgSО4+Na2СО3→МgСО3↓+Na2SО4
	Додавання гашеного вапна (у промислових умовах): Са(НСО3)2+Са(ОН)2→ СаСО3↓+2НОН Мg(НСО3)2+Са(ОН)2→СаСО3↓ + +МgСО3↓ + 2НОН	Додавання мила: R-СООNa + МgSО4 → → (R-СОО)2Мg ↓+ Na2SО4
	В промисловості для пом’якшення води застосовують синтетичні смоли, що мають рухливі йони натрію.

 

Як бачимо, суть способів усунення твердості води полягає в тому, що солі кальцію та магнію осідають у вигляді осадів.

Відомо, що у твердій воді мило погано милиться. Розглянемо це явище на досліді.

Дослід.

Беремо для досліду розчин гіпсу. Він буде відігравати роль штучної твердої води. Наллємо його у хімічний стакан. В іншому стакані розведемо розчин мила і вливатимемо його потроху, порцію за порцією, до твердої води, добре струшуючи після кожного вливання стакан з твердою водою. Перші порції мила затрачуватимуться на утворення пластівчастого осаду, і піна від струшування не утворюватиметься. Тільки після того, як припиниться  утворення осаду, з’явиться піна.

Мила – це натрієві солі органічних кислот. З катіонами кальцію чи магнію вони утворюють солі. Зверніть увагу на пункт «Додавання мила» у таблиці. На утворення цих солей і витрачається марно мило. Таким чином, користуючись мильним розчином, можна оцінити загальну твердість води, загальний вміст у ній йонів кальцію та магнію.

Для господарсько-побутових потреб потрібна вода з незначною твердістю, бо від кип’ятіння твердої води утворюється накип. У твердій воді погано розварюються м'ясо, овочі, крупи. Під час прання тканин у такій воді утворюються нерозчинні сполуки, що осідають на поверхню ниток і поступово псують волокна.

У парових котлах вода утворює накип, який утруднює нагрівання води, збільшує витрати палива, прискорює спрацювання стінок котлів.

VІ. Узагальнення та систематизація вивченого.

«Мікрофон» з коментарем (один учень відповідає, другий коментує його відповідь):

• Яку воду називають твердою?
• Що таке карбонатна твердість води?
• Які способи усунення карбонатної твердості води ви знаєте?
• Що таке некарбонатна твердість води?
• Які способи усунення некарбонатної твердості води ви знаєте?
• Як ви розумієте поняття «загальної твердості води»?

VІІ. Рефлексія.

• Чи дізналися ви сьогодні на уроці що-небудь, що би вас зацікавило?
• Чим саме, ця інформація буде вам корисною у повсякденному житті?
• Чи зміниться вигляд волосся після миття голови у твердій воді?
• Які методи ви використовували для пом’якшення води раніше?

 

VІІІ. Домашнє завдання: відповідні параграф у підручнику та сторінка у  друкованому робочому зошиті з хімії (автор М.М.Савчин), провести домашній дослід «Усунення накипу з внутрішньої поверхні чайника», підготуватися до тестового контролю знань.