Материалы открытого занятия по химии на тему "Великий кислород"

Элементы IVА группы. Кислород

Цель занятия:

1. Организовать деятельность обучающихся по обобщению знаний о кислороде как самом распространенном химическом элементе на Земле, расширить их представления о свойствах кислорода, его значении для живых существ;

2. Установление межпредметных связей между химией и биологией, историей и экологией;

3. Продолжать развивать умения обучающихся самостоятельно работать с дополнительной литературой.

В чем горят дрова и газ,

Фосфор, водород, алмаз?

Дышит чем любой из нас

Каждый миг, и каждый час?

Без чего мертва природа?

Правильно, без ……….

Тема нашего занятия - Элементы IVА группы. Кислород. На нем мы постараемся обобщить и закрепить знания по теме, расширить ваше представление о кислороде, его значении для живых существ.

Дома вы все изучили историю открытия элемента, исследовали материал о физических и химических свойствах кислорода и его получении и применении, поэтому сегодня мы и будем освещать эти вопросы.

План занятия:

1. История открытия кислорода

2. Нахождение кислорода в природе

3. Физические и химические свойства кислорода

4. Получение кислорода в лаборатории и промышленности

5. Использование кислорода

1. История открытия кислорода

Многие ученые прошлого догадывались, что существует вещество со свойствами, присущими кислороду. Сведения о нем – косвенные, разумеется,- есть в трактате китайского алхимика Мао Хао (VIII в.). Китайцы знали «деятельное начало», входящее в состав воздуха, и называли его «йын». В XV в. следы кислорода можно обнаружить в трудах Леонардо да Винчи. Потом снова теряются - до XVII в., когда голландец Дреббель изобретает подводную лодку.

Он использует селитру, чтобы ее кислородом обогатить воздух в подводной лодке. Но этот факт остался незамеченным. В 1758 году М. В. Ломоносов на основании своих опытов доказал, что в состав воздуха входит вещество, окисляющее металл. Открытие кислорода является одним из важнейших событий в истории элементов, но и химии вообще и связано с именами Д. Пристли, К. Шееле и А. Лавуазье.

Давайте послушаем, что Джозеф Пристли писал о кислороде.

Джозеф Пристли писал: «1 августа 1774 г. Я попытался извлечь воздух из ртутной окалины (оксида ртути) и нашел, что воздух легко может быть изгнан из нее посредством линзы. Этот воздух не поглощался водой. Каково же было мое изумление, когда я обнаружил, что свеча горит в этом воздухе необычайно ярким пламенем. Тщетно пытался я найти объяснение этому явлению».

Что же было дальше?

Полгода спустя Д. Пристли осуществил опыт с мышами, поместив одну в сосуд с кислородом, а другую в такой же сосуд с воздухом, и обнаружил, что в кислороде живые существа живут дольше, чем в воздухе. Затем он сам пробовал дышать полученным газом и убедился, что дышится чрезвычайно им «свободно и легко».

А кто еще занимался открытием и изучением кислорода?

Одновременно с Пристли кислород открыл и шведский ученый Карл Шееле. Шееле даже получил его раньше, чем Пристли, но сообщение об этом было опубликовано позже, чем открытие Пристли все-таки главная фигура в истории открытия кислорода – не Шееле и не Пристли. Они открыли новый газ – и только. Собственно открывшим кислород остается французский химик Антуан Лавуазье.

В 1775 году он исследовал кислород и создал кислородную теорию горения, которая пришла на смену теории флогистона (теория огненной материи). За два века, прошедшие со времени открытия, теория Лавуазье не только не была опровергнута, но еще более укрепилась. Лавуазье дал название кислороду oxygenium (оксигениум) – рождающий кислоту.

Далее поговорим о нахождении кислорода в природе.

2. Нахождение кислорода в природе

В атмосфере нашей планеты находится приблизительно 21 % свободного кислорода (по объему). Количество его в земной коре в виде химических соединений с другими элементами составляет 49 %. Кислород - химически активный элемент. В состав половины из 4 тысяч известных в настоящее время неорганических веществ, входит кислород. В связанном виде он находится в почве, минералах и рудах. В составе воды рек, озер, морей, океанов содержится до 89% кислорода, в песке его доля достигает 53 %, в глине – 56 %.

Организм человека содержит до 65 % кислорода в связанном состоянии. Кислород является важным составляющим элементом растений и животных.

В атмосфере Земли – 21%

Итак, мы рассмотрели, историю открытия кислорода и нахождение в природе. А теперь мы узнаем, в самом ли деле он невидим и активен.

3. Физические и химические свойства кислорода

Кислород при нормальных условиях бесцветный газ без запаха и вкуса, но если его сжижать, то можно увидеть воочию. Сжижается газ, если его охладить до температуры -183 °С при нормальных условиях. Если снизить температуру до -218,8 °С, то жидкий кислород превратится в красивые синие кристаллы.

Вот как описаны свойства жидкого воздуха в повести писателя-фантаста А. Беляева «Продавец воздуха».

«Мистер Бейли открыл шестую дверь, и я увидел изумительное зрелище. Перед нами был огромный подземный грот. Десятки ламп освещали большое озеро, вода которого отличалась необычайно красивым голубым цветом. Казалось, как будто в эту подземную пещеру упал кусок голубого неба. «Жидкий воздух, - сказал Бейли».

Еще Лавуазье отмечал, что кислород поддерживает горение и дыхание. Значит, мы с вами, используя кислород воздуха, уменьшаем его количество. Как же поддерживается необходимое нам постоянное содержание кислорода в воздухе?

Исключительно важна роль кислорода в процессе дыхания человека и животных. Растения также поглощают атмосферный кислород. Но если в темноте идет только процесс поглощения растениями кислорода, то на свету протекает еще один противоположный ему процесс - фотосинтез, в результате которого растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Так как процесс фотосинтеза идет более интенсивно, то в итоге на свету растения выделяют гораздо больше кислорода, чем поглощают его при дыхании. Таким образом, содержание свободного кислорода Земли сохраняется благодаря жизнедеятельности зеленых растений.

Ребята, а что вы скажите о производителях кислорода? Кто производит столь необходимый для дыхания газ?

Благодаря солнечному свету и хлорофиллу углекислый газ поглощается растениями, выделяющими кислород, так необходимый человеку и животным. Самыми активными «производителями» кислорода являются не растения, которые мы видим на суше, а бесчисленные мелкие водоросли, произрастающие в поверхностных теплых слоях морей и океанов. Подсчитано, что сухопутные растения вырабатывают ежегодно 53 млрд. тонн кислорода, а водоросли – почти в 10 раз больше. Было определено также, что населению Земли и животным нужно две тысячи лет, чтобы исчерпать весь кислород атмосферы, а растениям и водорослям достаточно 600 лет, чтобы восстановить массу кислорода в воздухе, окружающем Землю.

Кислород образует так много соединений потому, что он химически активный. Каковы же химические свойства кислорода?

Для кислорода характерны реакции горения, при которых происходит окисление веществ с выделением теплоты и света.

Давайте рассмотрим эти реакции.

Уголек в кислороде не гаснет

Раскаляется он добела

Дым, и пламя не выделяя,

Углекислый газ сотворя.

Это горение угля в кислороде или горение углерода.

1. Взаимодействие с неметаллами

С + О₂ = СО₂

Подмигнув лиловым глазом,

Сера быстро стала газом.

Ох, не радует он нас

Ядовитый сернистый газ.

Это горение серы и эта реакция тоже относится к взаимодействию с неМе.

S + О₂ = SО₂

Взяли в ложечке железо

Заискрилось и оно

Магний, цинк или рубидий,

Всем сгорать им суждено.

Это горение железа в кислороде, т. е. взаимодействие кислорода с Ме.

2. Взаимодействие с металлами

4Fe + 3О₂ = 2Fe₂О₃

2Zn + О₂ = 2ZnО

2Mg + О₂ = 2MgО

Особенно легко кислород реагирует с щелочными и щелочноземельными металлами.

4Li + О₂ = 2Li₂О

4Na + О₂ = 2Na₂О

2Ca + О₂ = 2CaО

3. Кислород способен окислять сложные вещества

2H₂S + 3O₂ = 2SO₂ + 2H₂O

4NH₃ + 5O₂ = (kat. Pt) 4NO + 6H₂O

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

Итак, ребята, физические и химические свойства кислорода мы рассмотрели. Давайте дальше поговорим о получении кислорода в лаборатории и промышленности.

4. Получение кислорода в лаборатории и промышленности

Что же вы узнали о способах получения кислорода?

Чтобы получить чистый кислород, нужны исходные вещества, богатые этим элементом. В лаборатории его получают разложением перманганата калия или каталитическим разложением пероксида водорода.

Хорошо, давайте рассмотрим эти реакции и запишем уравнения.

Опыт 1. Получение кислорода разложением перманганата калия (Видео-ролик).

Для опыта нужна пробирка с газоотводной трубкой. В пробирку насыпали кристаллический перманганат калия (марганцовку). При нагревании перманганат калия разлагается, выделяющийся кислород поступает по газоотводной трубке в колбу-приемник. Кислород тяжелее воздуха, поэтому не покидает колбу и постепенно заполняет ее. Если опустить тлеющую лучину в колбу с собранным кислородом, то она ярко вспыхнет, т. к. кислород поддерживает горение.

Уравнение проведенной реакции:

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂  + O₂ ↑

K₂MnO₄ – манганат калия – соль темно-зеленого цвета

MnO₂ – оксид марганца(IV), диоксид марганца

Это удобный способ получения кислорода, но он дорог. Из 10 г марганцовки можно получить всего 1 литр кислорода.

После окончания опыта и охлаждения пробирки в нее наливают несколько миллилитров воды, тщательно взбалтывают содержимое и наблюдают цвет образовавшихся веществ (К₂МnO₄ - зеленого цвета и МnO₂ темно-бурого).

Благодаря свойству перманганата калия выделять кислород при нагревании, его наравне с серой, углем и фосфором применяют в различных взрывчатых смесях. Поэтому марганцовка в аптеках продается только в малых количествах и только взрослым.

Опыт 2. Получение кислорода каталитическим разложением пероксида водорода (Видео-ролик)

Запись уравнения реакции: 2Н₂О = О₂ + 2Н₂О

А вот как предлагал получить кислород в лаборатории Жюль Верн в романе «Опыт доктора Окса». «Доктор, искусный химик, умел получать этот газ в больших количествах и дешево, не пользуясь марганцевокислым натрием, по методу Гессье дю-Мотэ, а просто разлагал слегка подкисленную воду с помощью изобретенной им батареи. Электрический ток проходил сквозь большие чаны, наполненные водой, и жидкая стихия разлагалась на составные части - кислород и водород». (Запись уравнения реакции).

А как же получают кислород в промышленности?

В настоящее время промышленным способом получения кислорода является извлечение его из воздуха сжижением с последующей ректификацией.

И давайте перейдем к последнему вопросу нашей темы.

5. Использование кислорода

Исключительно важна роль кислорода в процессе дыхания человека и животных. Давайте вспомним.

У самого берега возле стебля тростника повис вниз головой жук-плавунец. Возле него расположились какие-то личинки, также вниз головой, выставив над водой свои «хвостики». Что он высматривает на дне?

Жук и личинка запасаются кислородом. Поднимаясь на поверхность воды, жук выставляет из воды задний конец своего тела, и некоторое время остается висеть в этой позе совершенно неподвижно. Воздух поступает через дыхальца, открывающиеся на спинной стороне его брюшных колец. Дыхальца – отверстия в брюшке (у личинок они находятся в «хвостиках»), от них отходят трахеи трубочки к каждому органу жука. Кислород воздуха из трахеи проникает в каждую клетку организма жука, а углекислый газ из клеток проникает в трахеи и выводится наружу.

Хорошо. Этим примером мы доказываем важную роль кислорода для живых организмов.

Скажите, а где реакции окисления протекают быстрее и интенсивнее – в воздухе или в чистом кислороде и почему?

Живые организмы приспособились в ходе эволюции к дыханию воздухом, а не чистым кислородом. В случае же дыхания чистым кислородом ускоряются окислительные процессы обмена веществ и живой организм быстрее «сгорает».

Ребята, скажите, а где еще применяется кислород?

Баллоны, которые используют для обеспечения дыхания космонавтов, летчиков, водолазов, аквалангистов, пожарни­ков и т. п., содержат кислород.

Медленное окисление ве­ществ пищи в нашем организме - «энергетическая база» жизни. А тепловую энергию, которая выделяется при окислении мусо­ра и перегноя, используют для обогрева парников и коттеджей.

Применяют кислород и в полеводстве. Один из эффективных способов предпосевной под­готовки семян - намачивание в насыщенной кислородом воде. Это мероприятие убыстряет про­растание семян и повышает их полевую всхожесть.

Важную роль играет кислород в промышленности. Обогащение воздуха кислородом убыстряет технологические процессы, связанные с окислением веществ. Они - основа тепловой энер­гетики и металлургии. Ведь превращение чугуна в сталь, обжиг руд цветных металлов невозможно осуществить без применения кислорода.

Кислород используют и для получения высоких темпера­тур. Для этого разные горючие газы (водород, ацетилен, ме­тан) сжигают в специальных горелках.

Смеси жидкого кислорода с угольным порошком, древес­ной мукой или другими горючими веществами называют оксиликвитами. Их очень сильные взрывные свойства приме­няют на подрывных работах.

Жидкий кислород - эффективный окислитель ракетного топлива.

Итак, хорошо, мы рассмотрели свойства такого важного химического элемента, как кислород.

Давайте проверим, ваши знания.

Игра «Да – Нет»

1. Кислород – самый распространенный элемент нашей планеты. ДА

2. Кислород входит в состав воды, минералов, горных пород и почти всех веществ, из которых построены организмы растений и животных. ДА

3. Кислород – голубой, безвкусный, прозрачный газ. НЕТ

4. Безвкусный, бесцветный, без запаха газ. ДА

5. Содержание кислорода в современной атмосфере – 21 %. ДА

6. Чистый кислород опасен. Его в небольших дозах применяют в медицине, но если дышать им долго, можно отравиться. ДА

7. Кислород получают разложением перманганата калия. ДА

8. При дыхании все живые организмы потребляют углекислый газ, а выделяют кислород. НЕТ

9. Кислород вырабатывают только зеленые растения и водоросли. ДА

10. Жидкий кислород - эффективный окислитель ракетного топлива. ДА

5