Кислород.Озон.Воздух

Задачи:

Образовательные:

1. Охарактеризовать кислород по его положению в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.Познакомить со способами получения и свойствами кислорода и озона.

2. Изучить состав воздуха.

Воспитательные:

1. Воспитывать бережное отношение к природе, изучая роль «озонового щита» Земли.

2. Реализовать экологическое воспитание, решая проблему сохранения кислорода на нашей планете.

Развивающие:

1. Способствовать продолжению развития устойчивого интереса к химической науке и практике.

Тип урока: комбинированный. Сообщение новых знаний и их совершенствование.

Оборудование: штатив с пробирками, спиртовка, спички, лучина.

Реактивы: раствор пероксида водорода, оксид марганца (IV).

Ход урока

I. Проверка знаний.

1. Расскажите о строении атома кислорода и свойствах этого элемента на основании его положения в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева.

2. Какие степени окисления может проявлять кислород в различных соединениях?

3. Назовите простые вещества, которые при взаимодействии с кислородом образуют высший оксид, и те, которые в полученном оксиде имеют промежуточную степень окисления.

4. Бывают ли реакции соединения простых веществ с кислородом эндотермическими? Если да, то приведите пример.

5. Откуда появляется кислород в атмосфере Земли? Почему его концентрация не уменьшается из-за расходования в процессах дыхания и горения?

6. Расскажите об областях применения кислорода в технике, промышленности, медицине, химическом производстве. Как окрашены баллоны, в которых хранится кислород?

II. Изучение нового материала:

Сообщение об опыте Лавуазье по определению состава воздуха.

В 1774 г. французский ученый А. Лавуазье доказал, что воздух – это смесь в основном двух газов – азота и кислорода. Он нагревал металлическую ртуть в реторте на жаровне в течение 12 суток. Конец реторты был подведен под колокол, поставленный в сосуд с ртутью. В результате уровень ртути в колоколе поднялся примерно на 1/5. На поверхности ртути в реторте образовалось вещество оранжевого цвета – оксид ртути. Оставшийся под колоколом газ был непригоден для дыхания. Этим опытом было доказано, что в воздухе содержится примерно 4/5 азота и 1/5 кислорода (по объему).

Учитель: В конце XIX в. исследованиями было доказано, что в состав воздуха, кроме кислорода и азота, входят еще 5 газообразных простых веществ: гелий Не, неон Ne, аргон Аг, криптон Кг, ксенон Хе. Долгое время не удавалось получить соединения этих элементов. Поэтому их назвали благородными газами. Кроме того, в воздухе содержатся оксид углерода (IV), водяные пары, озон, примеси.

Примерный состав воздуха показан в таблице.

Кислорода в воздухе содержится 78,08%, азота – 20, 95%, инертных газов – 0,93%, углекислого газа – 0,03%, озона – 0.00004%. (Содержание составных частей воздуха указано по объему).

Атомы кислорода могут образовывать два простых вещества – кислород и озон. Молекулы кислорода, как известно, состоят из двух атомов, связанных ковалентной неполярной связью.

В природе озон образуется или во время грозы вследствие электрических разрядов, или при окислении смолы хвойных деревьев. Озон и придает приятный свежий запах воздуху в хвойных лесах и после грозы.

При обычных условиях озон – это газ с характерным запахом, в 1,5 раза тяжелее кислорода. Он гораздо лучше растворяется в воде, чем кислород.

Озон и кислород хотя и состоят из атомов одного и того же химического элемента, но представляют собой совершенно различные вещества.

Озон химически значительно активнее кислорода. Так, например, некоторые вещества (фосфор, спирт) в озоне воспламеняются, каучук становится хрупким, а красители под действием озона обесцвечиваются.

Явление, когда один и тот же химический элемент образует несколько простых веществ, называют аллотропией. Простые вещества, образованные одним и тем же химическим элементом, называют аллотропными видоизменениями этого элемента.

Кислород и озон – это аллотропные видоизменения одного и того же химического элемента – кислорода.

Сообщение - трижды открытый элемент (история открытия кислорода).

Кислород впервые получили многие химики, не зная, правда, что это за газ.

За кем же закрепили приоритет его открытия?

С кислородом химики сталкивались давно, но установить природу газа им не удавалось. Полагают, что первым кислород получил голландский алхимик-технолог Корнелиус-Якобсон Дреббел (1572-1633) нагреванием нитрата калия:

2KNO₃ = 2KNO₂ + О₂↑.

Дреббел установил, что в кислороде, который он назвал «воздухом», вспыхивает тлеющий уголь, а человек спокойно дышит. В 1615 г. он построил первое подводное судно, наполнил его кислородом и вместе с двенадцатью мужчинами опустил на дно Темзы около Лондона на три часа. Предполагают, что в подводном судне находился и король Англии Джеймс I. В 1665 г. ассистент Бойля, английский физик Роберт Гук (1635-1703) в книге «Микрография» писал, что воздух состоит из газа, который находится в селитре (нитрате калия KNO3), и большого количества, какого-то инертного газа. Позднее, в 1678 г. датский химик Оле Борх снова установил, что при нагревании селитры действительно выделяется газ, в котором вспыхивает тлеющий уголь. В 1721 г. священник Стефен Гейлс (1667-1761), повторив опыт Борха, собрал этот газ над водой, но принял его за очищенный воздух. В 1772 г. К. Шееле выделил кислород, используя реакцию взаимодействия диоксида марганца МпО2 с серной кислотой:

2МnО₂ + 2H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 2Н₂О + О₂↑.

Полученный газ Шееле назвал «огненным воздухом». Через два года английский священник Пристли, ничего не зная о работах своих предшественников, снова открыл кислород, нагревая оксид ртути (II):

2HgO = 2Hg + O₂↑.

В полученном газе ярко вспыхивала тлеющая лучинка, горела железная проволока, рассыпая искры. Полученный им газ Пристли назвал «дефлогистированным воздухом». Приоритет открытия кислорода был закреплен за Шееле и Пристли.

В том же 1774 г. Лавуазье, проводя опыты с нагреванием оксида ртути (II) и горением фосфора, пришел к выводу, что в воздухе находится газ, поддерживающий горение. Сначала он назвал его «жизненным газом», но впоследствии дал газу название «кислотообразующий принцип», или «оксиген». Последнее название в России постепенно трансформировалось в слова «кислород» и «кислотвор». Закрепилось в химической литературе только первое слово.

Демонстрационный опыт

Получение кислорода разложением пероксида водорода.

Цель:

1. получить кислород разложением пероксида водорода;

2. доказать наличие кислорода.

Ход работы

1. Получение кислорода разложением пероксида водорода. В пробирку с пероксидом водорода добавьте катализатор – оксид марганца IV).

2. Доказательство наличия кислорода. В пробирку с выделавшимся в результате реакции кислородом поместите тлеющую лучину (для этого лучину подожгите в пламени спиртовки, а затем погасите ее).

Что наблюдается в результате реакции? Какие выводы можно сделать?

Планируемый ответ.

1. В результате лабораторной работы при разложении пероксида водорода наблюдали выделение кислорода.
   2Н₂О₂ =2Н₂О + О₂↑.

2. Доказали наличие кислорода по возгоранию тлеющей лучины.

Учитель: Рассмотрим физические и химические свойства кислорода.

Физические свойства. При нормальных условиях кислород – бесцветный газ, без запаха и вкуса. Температура кипения -183° С, тяжелее воздуха, плотность 1,43 г/см³. В 1 литре при н.у. растворяется 0,04 г кислорода.

Химические свойства. Как элемент, занимающий место в правом верхнем углу периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, кислород обладает ярко выраженными неметаллическими свойствами. Имея на наружном энергетическом уровне 6 электронов, атом кислорода может перейти к предельно заполненной 8-й электронной оболочке (условие максимальной химической устойчивости), присоединив 2 электрона. Поэтому в реакциях с другими элементами (кроме фтора) кислород проявляет исключительно окислительные свойства.

Кислород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме гелия, неона и аргона. С большинством элементов он взаимодействует непосредственно, кроме галогенов, золота и платины.

Такой активный металл, как цезий, самовозгорается в кислороде воздуха уже при комнатной температуре.

С фосфором кислород активно реагирует при нагревании до 60° С, с серой – до 250°С, а водородом – более 300°С, с углеродом (в виде угля и графита) – при 700-800°С:

4Р+5О₂ = 2Р₂О₅;
S + O₂ = SO₂;
2Н₂ + О₂ = 2Н₂О;
С + О₂ = СО₂.

С кислородом реагируют и металлические вещества.

Составьте уравнение реакции горения магния и алюминия.

Планируемый ответ.

4Al +3О₂ = 2Al₂O₃;
2Mg + О₂ =2MgO

При горении сложных веществ в избытке кислорода образуются оксиды соответствующих элементов:

2Н₂S + 3O₂ =2SO₂ + 2Н₂О
СН₄ +2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Рассмотренные реакции сопровождаются выделением как теплоты, так и света. Такие процессы с участием кислорода называются горением.

Кроме указанного типа взаимодействия имеют место и такие, которые сопровождаются выделением только теплоты. К ним прежде всего следует отнести процесс дыхания.

Сообщение - Роль кислорода в природе и его применение в технике.

При участии кислорода совершается один из важнейших жизненных процессов – дыхание. Окисление кислородом углеводов, жиров и белков служит источником энергии живых организмов. В организме при участии кислорода совершается один из важнейших жизненных процессов – дыхание. Окисление кислородом углеводов, жиров и белков служит источником энергии живых организмов. В организме человека содержание кислорода составляет 61% от массы тела. В виде различных соединений он входит состав всех органов, тканей, биологических жидкостей. Человек вдыхает в сутки 20-30 м³ воздуха.

Кислород широко используют практически во всех отраслях химической промышленности: для получения азотной и серной кислот, в органическом синтезе, в процессах обжига руд и др. Процесс производства стали невозможен без кислорода, металлургия использует свыше 60% всего промышленного кислорода. Горение водорода в кислороде сопровождается выделением   значительной энергии – почти 286 кДж/моль. Температура пламени достигает 3000°С .Жидкий кислород применяют для изготовления взрывчатых смесей.

Огромная потребность в кислороде ставит перед человечеством серьезную экологическую проблему сохранения его запасов в атмосфере. До настоящего времени единственным источником, пополняющим атмосферу кислородом, является жизнедеятельность зеленых растений. Поэтому особо важно следить за тем, чтобы их количество на Земле не уменьшалось.

Учитель: Решите экологическую проблему: «Осуществимы ли жизненные процессы на Земле без кислорода?»

Планируемый ответ.

1. Кислород – основной биогенный элемент, входящий в состав молекул всех важнейших веществ, обеспечивающих структуру и функции клеток – белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, а также множества низкомолекулярных соединений.

2. В результате процесса фотосинтеза масса кислорода в воздухе пополняется.

3. Кислород является окислителем многих химических веществ как в живой, так и в неживой природе.

Вывод: жизнь на Земле без кислорода невозможна.

III. Закрепление изученного.

Выполните тест:

1. Аллотропными видоизменениями являются: 
   а) фосфор и азот; 
   б) азот и кислород; 
   в) озон и кислород;
   г) азот и озон.

2. Значение озонового слоя для жизни на Земле заключается в том, что он: 
   а) задерживает ультрафиолетовое излучение;
   б) обладает бактерицидным действием;
   в) предохраняет поверхность Земли от перегрева;
   г) задерживает поток мелких метеоритов.

3. Объем каждого газа: азота и кислорода – в 100 л воздуха составляет: 
   а) 10 л и 60 л;
   б) 78 л и 21 л;
   в) 56 л и 25 л;
   г) 90 л и 10 л.

4. Первым состав воздуха установил:
   а) М.В. Ломоносов; 
   б) К. Шееле; 
   в) А. Лавуазье;
   г) Д.И. Менделеев.

5. К переменным составным частям воздуха относятся:
   а) инертные газы; 
   б) азот и кислород;
   в) примеси; 
   г) углекислый газ и водяные пары.

6. При сгорании натрия в кислороде образуется:
   а) пероксид натрия; 
   б) оксид натрия;
   в) карбонат натрия; 
   г) гидроксид натрия.

Планируемый ответ.

1. Аллотропными видоизменениями являются: в) озон и кислород;

2. Значение озонового слоя для жизни на Земле заключается в том, что он: а) задерживает ультрафиолетовое излучение;

3. Объем каждого газа: азота и кислорода – в 100 л воздуха составляет: б) 78 л и 21 л.

4. Первым состав воздуха установил: в) А. Лавуазье;

5. К переменным составным частям воздуха относятся: г) углекислый газ и водяные пары.

6. При сгорании натрия в кислороде образуется: а) пероксид натрия.

IV. Подведение итогов урока.

Комментарий учителя.

V. Домашнее задание.

1. Решите экологическую проблему: что такое озоновые дыры и как предупредить их появление?

2. Выучить §15, вопрос 2, 3 письменно.