«Кислород: горение и окисление» Обобщающий урок по химии в 8 классе

Учитель химии СШ п. Красная Пресня

Голубева Ирина Витальевна

ВСТРЕЧА ДВУХ МИРОВ

Сюжетно- ролевая игра по теме

«Кислород: горение и окисление»

Обобщающий урок по химии в 8 классе

Кислород – это вещество,

вокруг которого вращается

земная химия.

Я.Берцелиус

Цели урока. Способствовать развитию у школьников интереса к химической науки; углубить знания о свойствах кислорода, его роли в природе и жизни людей; раскрыть межпредметные связи (химия, биология, литература); осознавать значение химии в различных отраслях народного хозяйства; обсудить проблемы окружающей среды.

Оборудование и реактивы. Интерактивная доска, компьютер; прибор для получения и сбора кислорода методом вытеснения воды и воздуха; лучинки; хлопчатобумажный платок, пропитанный ацетоном; тигельные щипцы.

Подготовка к уроку. Познакомить учащихся с формой проведения урока; подобрать участников космической экспедиции; дать задание нарисовать рисунки на тему урока; придумать эмблемы для обитателей Марса.

Ход урока

Столы в кабинете стоят полукругом. У марсиан на груди – эмблемы их планеты, на голове – короны необычной формы с химической эмблемой, у девочек необычно заплетены волосы. У всех – тетради и ручки. У журналистов на груди приколоты визитные карточки. Участники космической научной экспедиции сидят впереди. На столе перед каждым из них – табличка с указанием его роли ( Историк, Географ и т.д.).

У ч и т е л ь: Внимание! Космическая экспедиция землян, прилетевших на нашу планету, познакомит нас, марсиан, с веществом под названием «кислород».

В состав космической экспедиции входят следующие специалисты: историк, химик, физик, биолог, медик, географ, экспериментатор, эколог, литератор.

На этой встрече присутствуют журналисты с других планет и аборигены. Земляне заранее прислали нам много научной литературы о своей планете. Поэтому мы уже немного знакомы с веществом, которое они называют кислородом. Прошу всех принимать активное участие в нашей работе. Все инопланетяне при работе ведут дневники. По ним в конце нашей игры мы отметим самый интересный рассказ.

Итак мы начинаем нашу пресс – конференцию. (Корреспонденты задают вопросы, представляясь.)

К о р р е с п о н д е н т газеты «Марсианские новости». Когда и кем был открыт кислород на Земле?

И с т о р и к. На этот вопрос отвечу я. Еще в начале XVII века газ, позднее названый кислородом, был выделен изобретателем подводной лодки К. Дреббелем, который установил его способность поддерживать дыхание. Однако результаты этих исследований были засекречены из-за их военной направленности, и поэтому они не были известны современникам.

В 1750 г. Русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов на основании своих опытов доказал, что в состав воздуха входит вещество, окисляющее металл.

В 1771 г. Это вещество было получено шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле.

В 1774 г. английский химик и философ Джозеф Пристли нагревал красный оксид ртути HgO, направляя на него солнечные лучи с помощью увеличительного стекла. При этом он получил газ, который считал воздухом. Пристли писал: «Этот воздух не поглощался водой. Каково же было мое изумление, когда я обнаружил, что свеча горит в этом воздухе необычайно ярким пламенем». Он поместил двух мышей, одну – в сосуд с обыкновенным воздухом, а другую – в такой же сосуд с полученным им газом. Первая мышь быстро задохнулась, а вторая в это время еще чувствовала себя хорошо и активно двигалась. Ученый и сам пробовал дышать полученным газом и нашел, что им дышится особенно легко и приятно. Открытый Пристли газ был кислород.

И все- таки главная фигура в истории открытия кислорода – не Шелее и на Пристли, а великий французский химик Антуан Лоран Лавуазье, объяснивший смысл опытов, проведенных этими учеными. В 1775 году он установил, что кислород входит в состав воздуха и содержится во многих веществах.

К о р р е с п о н д е н т журнала. «Природа Марса». Я прочитал в одной книге такое четверостишие:

Он всюду и везде:

В камне, в воздухе, в воде.

Он и в утренней росе,

И в небес голубизне.

Где же на Земле встречается кислород?

Г е о г р а ф. Кислород – наиболее распространенный на Земле химический элемент. Литосфера на 47% по массе состоит из кислорода, входящего в состав оксидов и солей. В атмосфере содержится по массе – 23% (21% по объему) свободного кислорода. Гидросфера содержит 85,8% кислорода, основная доля которого приходится на воду. Кислород входит в состав растений (- 40%), животных (- 20%), минералов, оснований, большинства солей и кислот, органических веществ. Тело человека примерно на 65% состоит из этого элемента.

К о р р е с п о н д е н т газеты «Марсианские новости». Атмосфера Марса на 95% состоит из углекислого газа. Каков состав атмосферы вашей планеты?

Г е о г р а ф. Атмосфера Земли представляет собой смесь газов. Сухой воздух вблизи поверхности Земли, если удалить из него влагу и частицы пыли, по объему содержит; 78,09% азота, 20,94% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа и всего лишь 0,01% приходится на долю всех остальных газов – водорода, гелия, неона, криптона, ксенона, радона, оксидов азота и других газов. Масса атмосферы 5,27_* 10¹⁵ т. на долю кислорода в газовой оболочке Земли приходится около 1 200 000 млрд т. состав атмосферы до высоты 80 км существенно не меняется. Свыше 80 км под действием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют на атомы (выше 80 км диссоциируют на СО₂ и Н₂, выше 150 км – О₂, выше 300 км – N₂)

К о р р е с п о н д е н т журнала «Новости науки». Способен ли меняться состав атмосферы?

Ф и з и к. Если говорить кратко, то атмосфера загрязняется как по естественным причинам (извержение вулканов, пыльные бури и т.д.), так и из-за хозяйственной деятельности человека. Ее состав при этом изменяется. Атмосфера содержит много пыли, которая попадает туда с поверхности земли и частично из космоса. При сильных волнениях ветры подхватывают капли воды из морей и океанов. Вместе с водяными каплями в атмосферу попадают и частицы соли. В результате извержения вулканов, лесных пожаров и других природных явлений воздух загрязняется продуктами сгорания. Больше всего пыли и других примесей – в приземном слое воздуха. Все эти мельчайшие примеси влияют на цвет неба. Молекулы газов рассеивают фиолетовые и синие лучи, поэтому днем небо голубого цвета. А частицы примесей рассеивают световые лучи почти всех длин волн. Поэтому, когда воздух запылен или в нем содержатся капельки воды, небо становится белесоватым. На больших высотах небо темно- фиолетовое и даже черное.

К о р р е с п о н д е н т журнала «Природа Марса». Что является основным источником загрязнения атмосферы?

Э к о л о г. Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха в индустриальных странах являются автомобили и другие виды транспорта, а также тепловые электростанции. Углекислый, угарный и сернистый газы – самые распространенные газообразные загрязнители, делающие атмосферу непригодной для жизни человека и животных.

Ежегодно в атмосферу выбрасываются 200-205 млт тонн золы и 60 млн тонн сернистого газа.

В результате сжигания на тепловых электростанциях угля и нефти в воздушный бассейн выбрасываются 74% всех поступающих в атмосферу оксидов серы и около половины оксидов азота.

К о р р е с п о н д е н т того же журнала. Как же на Земле решается проблема чистоты атмосферы?

Э к о л о г. Проблема охраны окружающей среды стоит перед землянами очень остро.

Ее можно решить только путем международного сотрудничества в области охраны воздуха: правильное сжигание топлива, строительство очистительных сооружений, совершенствование технологий (особенно в металлургической и химической отраслях промышленности), модернизация транспорта, расширение площадей зеленых насаждений.

К о р р е с п о н д е н т журнала «Новости науки». Что вы еще можете сказать о свойствах кислорода? Мне известно, что кислород- газ без цвета, вкуса и запаха.

Ф и з и к. 1 л кислорода весит 1,43 г, т.е. он тяжелее воздуха. Кислород плохо растворяется в воде. В 100 л воды при давлении 1 атм и температуре 0⁰ С растворяется примерно 5 л кислорода. При -183⁰С он превращается в голубоватую, очень подвижную жидкость, при дальнейшем охлаждении (до -219⁰С) – в замерзающую темно – голубую масса, притягивающуюся магнитом.

Л и т е р а т о р. А вот как описаны свойства жидкого кислорода в повести А. Беляева «Продавец воздуха»: «Твердый спирт не горит, взрывается от удара, эфир замерзает в кристаллическую массу. Каучуковая трубка от действия жидкого воздуха становится твердой и хрупкой и может быть превращена в куски и порошок, живые цветы приобретают вид фарфоровых изделий, и фетровую шляпу можно разбить на куски, как фарфор».

К о р р е с п о н д е н т журнала «Юный химик Марса». Правда ли, что кислород – сильный окислитель?

Х и м и к. Кислород в химических реакциях выступает в роли окислителя, уступая лишь фтору. Кислород отличается высокой химической активностью. Из 110 элементов он взаимодействует с 86 элементами, но не соединяется с золотом, платиной, криптоном и ксеноном.

Для развития активной реакции кислорода с большинством простых и сложных веществ нужно нагревание.

С фосфором кислород активно реагирует при нагревании до 60⁰С.

4P + 5O₂ = 2P₂O₅;

с серой – до 250⁰С:

S + O₂ =SO₂;

с водородом – до температуры выше 300⁰С:

2H₂ + O₂ = 2H₂O;

с углеродом (в виде графита) – до 700-800⁰С:

C + O₂ = CO_2.

Кислород окисляет и сложные вещества:

2 С₂Н₂ + 5О₂ = 4СО₂ + 2Н₂О + Q.

ацетилен

Правда, есть вещество – гемоглобин крови, - способное реагировать с кислородом при комнатной температуре.

Есть две разновидности реакций окисления: горение (реакции, сопровождающиеся интенсивным выделение энергии) и медленное окисление.

Л и т е р а т о р. Помните, в романе «Таинственный остров» Сайрес Смит, чтобы зажечь мох, воспользовался двумя выпуклыми стеклами от карманных часов. Налив в стекла воды, он сложил их и слепил края глиной, в результате чего у него получилось двояковыпуклое зажигательное стекло. Воспользовавшись этим стеклом, он направил солнечный луч на горстку сухого мха, и мох воспламенился, т.е. произошло нагревание мха до температуры его воспламенения.

Э к о л о г. Я хочу кое – что добавить. Подобной линзой, способной сфокусировать солнечные лучи, может стать и обыкновенная бутылка, брошенная жарким летом в лесу ленивым человеком. Нужно всегда помнить, что такая бутылка не только захламляет лес, но и может стать причиной лесного пожара.

Э к с п е р и м е н т а т о р. Итак, для того чтобы вещество загорелось, должны быть соблюдены два условия: достижение температуры воспламенения вещества и доступ кислорода.

( Демонстрирует опыт «Несгораемый платок». Поджигает хлопчатобумажный платок, пропитанный органическим растворителем. Платок невредим. Дает объяснение.)

При горении растворителя не была достигнута температура воспламенения ткани, поэтому платок остался цел.

Э к о л о г. Говоря о горении, мы прежде всего имеем в виду сжигание топлива. Это уголь и газ в котельных и бензин в двигателях внутреннего сгорания автомобилей! Процессы сжигания топлива ставят серьезные экологические проблемы. Например, образующийся в результате таких процессов СО₂ вызывает загрязнение атмосферы.

К о р р е с п о н д е н т журнала «Химия и жизнь». Кислород – окислитель. Находит ли применение это свойство кислорода?

Х и м и к (рассказывает по слайдам).

На земле и под землею

Нужен кислород.

Обогащение воздуха кислородом делает более эффективными и экономичными многие технологические процессы, в основе которых лежит реакция окисления. Черная металлургия поглощает более 60% получаемого кислорода. При работе двигателя внутреннего сгорания автомобиля расходуется 1825 кг О ₂ на каждые 100 км пути. Кислородно – ацетиленовая смесь, при ее сжигании дает пламя с температурой до 3500⁰С, достаточной для резки и сварки многих металлов.

Кислород используют для окисления ракетного топлива. Это впервые предложил К.Э. Циолковский. Любое пористое горючее вещество, например опилки, мох, торф, уголь, в результате пропитки жидким кислородом становится взрывчатым. Такие вещества (их называют окислителями) в случае необходимости могут заменить динамит при разработке месторождений полезных ископаемых. Кислород нужен для производства многих веществ, например азотной кислоты.

Медленное окисление веществ пищи в нашем организме – энергетическая основа жизни. Благодаря медленному окислению навоза и перегноя согреваются парники. Кислород необходим также человеку для дыхания, а дыхание – частный случай окислительных реакций в нашем организме. Установлено, например, что космонавту в межпланетном рейсе необходимо в сутки (в лежачем положении) 0,42 кг О₂. Летчики при высотных полетах пользуются кислородными масками. Если без пищи и воды человек может прожить несколько суток, то без кислорода – несколько минут.

Л и т е р а т о р. Я хочу привести пример воздействия чистого кислорода на живые организмы из произведения Жюля Верна «Опыт доктора Окса»: «Стоило бросить в землю семечко, как из него поднимался зеленый стебелек, который рос не по дням, а по часам… кочаны капусты превращались в кусты, а грибы становились величиной с зонтик. Но увы! Все эти растения… быстро блекли и умирали, сожженные, истощенные, бессильные». Объясните, что происходит в этом отрывке.

(После объяснений учащихся ведущий дополняет их сообщения.)

В е д у щ и й. Согласно современной концепции, человеческий организм приспособился в ходе эволюции к дыханию воздухом, а не чистым кислородом. В случае же дыхания чистым кислородом ускоряются окислительные процессы обмена веществ и человеческий организм быстрее «сгорает». Так что Жюль Верн в чем-то был прав.

К о р р е с п о н д е н т журнала «Природа Марса». Сколько кислорода в сутки необходимо человеку для дыхания?

М е д и к. В сутки через легкие человека проходит 800 литров кислорода.

Б и о л о г. Я хочу кое – что добавить. Все живые организмы нуждаются в кислороде. Вот интересные факты. Наименее требователен к кислороду из рыб - карась, спокойно живущий в зарослях пруда, где почти весь растворенный в воде кислород расходуется на окисление органических веществ. Самый привередливый в этом смысле карп. Ему нужно, чтобы концентрация кислорода в воде была не менее 4 мг/л.

М е д и к. Хочу как врач добавить следующее. Человеку, впервые попавшему в горы, на высоте не хватает воздуха, точнее, кислорода. В разреженном воздухе кровь не успевает насытится кислородом и наступает кислородное голодание. Люди, постоянно живущие в горных районах, кислородной недостаточностью не страдают, так как их организм приспособился к горным условиям.

К о р р е с п о н д е н т журнала «Природа Марса». За счет чего восстанавливается запас кислорода на Земле?

Б и о л о г. Главные поставщики кислорода – океан, морские водоросли и растения. (По плакату рассказывает о круговороте кислорода.) Растения, поглощая атмосферный кислород в темное время суток, в утренние часы (на свету)активно выделяют его процессе фотосинтеза (образование из углекислого газа и воды) органических соединений:

6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂↑

глюкоза

Образующиеся органические вещества разлагаются. Продолжительность одного цикла в круговороте кислорода 2000 лет. За это время весь кислород проходит через живое вещество. При фотосинтезе образуется ежегодно 177 млрд тонн органических веществ, химическая энергия которых в 100 раз больше, чем энергия, вырабатываемая всеми электростанциями мира.

К о р р е с п о н д е н т журнала «Химия и промышленность». Где же берут кислород те, кто отправляется в путешествие в космическом корабле?

Ф и з и к. Для дыхания в замкнутых помещениях (космические аппараты, подводные лодки и т. п.) используют твердые источники кислорода, действие которых основано на самораспространяющейся экзотермической реакции между носителем кислорода (хлоратом или перхлоратом) и горючим. Например, смесь NaCIO₃, порошка Fe, BaO₂ и стекловолокна прессуют в виде цилиндров. После поджигания такая кислородная свеча выделяет чистый, пригодный для дыхания кислород в количестве 240 л/кг.

К о р р е с п о н д е н т журнала «Юный химик». А не можете ли вы сейчас получить кислород?

Э к с п е р и м е н т а т о р. В лаборатории чаще всего используют промышленный кислород, поставляемый в баллонах под давлением, однако его можно легко получить из кислородсодержащих веществ: из KCIO₃ (хлорат калия), HgО (оксид ртути (II) ), H₂O₂ (пероксида водорода), KMnO₄ (перманганата калия). При нагревании эти вещества разлагаются с выделением кислорода. Также кислород получают электролизом водного раствора NaOH.

Мы сейчас покажем вам опыт получения и сбора кислорода.

(Демонстрирует опыт «Получение кислорода при разложении перманганата калия и сбор его вытеснением воды и воздуха». Доказывает присутствие кислорода.)

Почему лучина горит в кислороде ярче, чем в воздухе?

Я покажу вам еще один волшебный опыт и попрошу дать объяснение. (Стучит стеклянной трубочкой по краю стакана с пероксидом водорода.) Пероксид водорода разлагается с выделением кислорода, этот процесс идет быстрее при нагревании. Но я и без нагревания этот процесс ускорю. (Стучит палочкой.) Приказываю проснуться!.. Нет, что – то не так. (Качает головой. Опускает трубочку с KMnO₄ в стакан с Н₂О_2.) Приказываю проснутся! (Идет бурная реакция.) Как же я разбудил вещество?

(Учащиеся дают объяснение.)

Э к с п е р и м е н т а т о р. Мы убедились, что катализаторы – волшебники химии. Эти соединения делают сложное – простым, дорогое – дешевым, недоступное – доступным, невозможное – возможным.

К о р р е с п о н д е н т журнала «Химия и промышленность». Кислород в промышленности получают так же, как в лаборатории?

Ф и з и к. Что вы! В промышленности его получают в больших количествах из жидкого воздуха методом низкотемпературной ректификации. Температуры кипения азота и кислорода различаются (при атмосферном давлении) на 12,8 ⁰С. Сначала воздух превращают в жидкость, охлаждая его до -196 ⁰С (температура кипения азота). Затем жидкий кислород отделяют от азота, испаряя азот. Хранят кислород в стальных баллонах под давлением 15 и 20 МПа. Кислородные баллоны окрашены в голубой цвет и имеют надпись черными буквами «Кислород».

Л и т е р а т о р. Я хочу привести отрывок из повести А. Беляева «Продавец воздуха»: «Перед нами был огромный подземный грот. Десятки ламп освещали большое озеро, вода которого отливала красивым голубым цветом. «Жидкий воздух», - сказал Бэйли. Я был поражен. Вместе с тем я почувствовал, что мой костюм как будто сжимается, и не мог понять почему. Здесь большое давление».

Ф и з и к. Фантастический сюжет основывается на абсолютно реальных процессах. Ведь в промышленности выделяют из воздуха под большим давлением.

В е д у щ и й. Вездесущий, всемогущий и в то же время невидимый – все эти три эпитета можно отнести к кислороду. Кислород – вездесущ: из него в значительной степени состоят не только воздух, вода и земля, но и мы с вами. Могущество кислорода проявляется уже в том, что мы им дышим, а ведь дыхание – синоним жизни. «Dum spiro spero» («пока дышу, надеюсь»).

При обычных условиях кислород не только бесцветен и поэтому невидим, но и никак нами не воспринимается, он не ощутим никакими органами чувств. Правда, недостаток кислорода, а тем более его отсутствие мы бы почувствовали бы мгновенно.

От имени всех присутствующих здесь марсиан благодарим ученых – землян за интересный рассказ о кислороде. Желаем благополучного возращения на Землю!