Конспект урока по химии в 9 классе по теме "Водород"
Конспект урока по химии в 9 классе по теме "Водород"
Цели урока: Сформировать понятие об особенностях строения и свойствах водорода, представление о специфических свойствах, роли в природной среде и жизни человека.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Просмотр содержимого документа
«Конспект урока по химии в 9 классе по теме "Водород"»
Урок в 9-м классе по теме: "Водород"
Цели урока: Сформировать понятие об особенностях строения и свойствах водорода, представление о специфических свойствах, роли в природной среде и жизни человека.
Задачи: - в процессе исследования изучить физические и химические свойства водорода и его соединений; - развивать дальнейшие умения составлять уравнения химических реакций; - учить сравнивать, обобщать, анализировать и делать выводы; - развивать познавательную деятельность через эксперимент и посредством заданий развивающего характера;
Метод обучения: Объяснительно-иллюстративный, проблемно-поисковый.
Организационные формы: беседа, самостоятельная и практическая работа, сообщения учащихся
Средства обучения: таблица, химическое оборудование и реактивы, медиапроектор.
Приёмы активизации мыслительной деятельности учащихся: - Анализ учебной информации - Раскрытие межпредметных связей между химией, биологией, географией, астрономией. - Выдвижение гипотез
Основные особенности использования цифровых образовательных ресурсов:
Во время изучения данной темы будут использованы иллюстративные материалы интернет-ресурсов, содержащие справочные данные по физико-химическим свойствам и значении водорода и воды; компьютерные программные средства – Microsoft Word, Microsoft Power Point, и другие для подготовки материалов к уроку и самостоятельной работы учащихся.
Компьютерная презентация к уроку (Приложение №1)
Ожидаемые результаты обучения: В результате изучения данной темы учащиеся: - Получают знания о строении, свойствах и значении водорода на Земле и во Вселенной, - Получают представление о распространенности водорода в природе - Приобретают знание физических и химических свойств водорода - Знакомятся с важнейшими областями применения водорода и методами его получения из природного сырья - Приобретают умение объяснить причину опасности работы с водородом - Приобретают навыки работы с химическими веществами и оборудованием - Умеют использовать средства Microsoft Word, Microsoft Power Point, Front Page, Microsoft Office для подготовки презентаций, рефератов, докладов, проектных работ по данной теме.
Используемая литература:1)С.С.Бердоносов, Е.А. Менделеева «Особенности содержания и методики преподавания некоторых избранных тем курса химии 8-9 классов.»Москва Педагогический университет 2006. 2)В.В.Еремин Н.Е Кузьменко.» Сборник задач и упражнений по химии. Школьный курс. Москва «ОНИКС21 век»Мир и Образование 2003. 3)Энциклопедический словарь юного химика.Москва. «Педагогика» 1990.
Ход урока
Эпиграф к уроку:
И если вчера человечество благоговело перед новым видом энергии- электричеством, а позавчера перед паровым котлом, то сегодня мы управляем реакцией распада атомного ядра, а завтра будем управлять реакцией синтеза ядер-создадим земные солнца!
Д.И.Щербаков.
Учитель:
Впервые этот газ в чистом виде выделил 240 лет назад английский химик Генри Кавендиш. Свойства полученного им газа были настолько удивительны, что ученый принял его за легендарный «флогистон», «теплород» — вещество, по канонам науки того времени определявшее температуру тел. Он прекрасно горел (а огонь считался почти чистым флогистоном), был необычайно легок, в 15 раз легче воздуха, хорошо впитывался металлами и так далее. Однако другой великий химик, француз Антуан-Лоран Лавуазье, уже в 1787 году доказал, что полученное Кавендишем вещество — вполне обычный, хотя и очень интересный химический элемент. Свое название он получил оттого, что при горении давал не дым, сажу и копоть, а воду. Кстати, именно эта его особенность больше всего привлекает сегодняшних экологов и «зеленых».
О каком газе идет речь? Ученики: ОВодородеУчитель: Итак тема нашего урока «Водород».
Ребята, а что бы вы хотели узнать об этом удивительном элементе. Составим схему:
Общая характеристика
Применение Водород в природе
Атом водорода
Получение Водород
Молекула водорода
Химические свойства
Физические свойства
Опорный конспект:
Общая характеристика:
Водород занимает первое место в периодической системе (Z = 1). Он имеет простейшее строение атома: ядро атома окружено электронным облаком. Электронная конфигурация 1s1.
В одних условиях водород проявляет металлические свойства (отдает электрон), в других — неметаллические (принимает электрон). Однако по свойствам он более сходен с галогенами, чем со щелочными металлами. Поэтому водород помещают в VII группу периодической системы элементов Д.И. Менделеева, а в I группе символ водорода заключают в скобки.
Водород в природе:
Водород широко распространен в природе — содержится в воде, во всех органических соединениях, в свободном виде — в некоторых природных газах. Содержание его в земной коре достигает 0,15% ее массы (с учетом гидросферы — 1%). Водород составляет половину массы Солнца.
Когда-то люди обожествляли Солнце. Но теперь оно стало объектом точных исследований, и мы редко задумываемся о том, что само наше существование целиком и полностью зависит от происходящих на нем процессов.
Каждую секунду Солнце излучает в космическое пространство энергию, эквивалентную примерно 4 млн т массы. Эта энергия рождается в ходе слияния четырех ядер водорода, протонов, в ядро гелия; реакция идет в несколько стадий, а ее суммарный результат записывается вот таким уравнением:
411Н+ → 42Не2+ + 2е+ + 26,7 МэВ.
Много это или мало –26,7 МэВ на один элементарный акт? Очень много: при «сгорании» 1 г протонов выделяется в 20 млн раз больше энергии, чем при сгорании 1 г каменного угля. На Земле такую реакцию еще никто не наблюдал: она идет при температуре и давлении, существующих лишь в недрах звезд и еще не освоенных человеком.
Солнце - это сферически симметричный раскаленный плазменный шар, находящийся в равновесии. Оно, вероятно, возникло вместе с другими телами Солнечной системы из газопылевой туманности примерно 5 млрд. лет назад. В начале своей жизни солнце, примерно на 3/4 состояло из водорода. Затем, из-за гравитационного сжатия, температура и давление в недрах настолько увеличились, что самопроизвольно начала происходить термоядерная реакция, в ходе которой водород превращаться в гелий. В результате этого очень сильно поднялась температура в центре Солнца, (порядка 15.000.000о К), а давление в его недрах возросло настолько ( 1,5х105 кг/м3), что смогло уравновесить силу тяжести и остановить гравитационное сжатие. Так возникла современная структура Солнца. За время существования Солнца уже около половины водорода в его центральной области превратилось в гелий и вероятно ещё через 5 млрд. лет, когда в центре светила водород будет на исходе, Солнце ( жёлтый карлик в настоящее время) увеличится в размерах и станет красным гигантом.
В природе водород встречается в виде двух изотопов — протия (99,98%) и дейтерия (0,02%). Поэтому в обычной воде содержатся большие количества тяжелой воды
Молекула водорода состоит из двух атомов. Возникновение связи между ними объясняется образованием обобщенной пары электронов (или общего электронного облака):
Н:Н или Н2
Благодаря этому обобщению электронов молекула Н2 более энергетически устойчива, чем его отдельные атомы. Чтобы разорвать в 1 моль водорода молекулы на атомы, необходимо затратить энергию 436 кДж:
Н2 = 2Н, ?H° = 436 кДж/моль
Этим объясняется сравнительно небольшая активность молекулярного водорода при обычной температуре.
Физические свойства.
Водород — это самый легкий газ (он в 14,4 раза легче воздуха), не имеет цвета, вкуса и запаха. Мало растворим в воде (в 1 л воды при 20°С растворяется 18 мл водорода). При температуре — 252,8°С и атмосферном давлении переходит в жидкое состояние. Жидкий водород бесцветен.
Кроме водорода с массовым числом 1 существуют изотопы с массовыми числами 2 и 3 — дейтерий D и тритий Т.
Химические свойства
Для водорода характерны следующие реакции с простыми веществами (с Al, B, Si, P соединения водорода получают косвенным путём):
Взаимодействие с неметаллами
При поджигании или в присутствии платинового катализатора реагирует с кислородом
O2 + 2H2 = 2H2O, реакция протекает со взрывом.
Смесь двух объёмов водорода и одного объёма кислорода называется гремучим газом.
При нагревании водород обратимо взаимодействует с серой:
S + H2 ⇔ H2S
С азотом — при нагревании, повышенном давлении и в присутствии катализатора (железо):
N2 + 3H2 = 2NH3
С галогенами образует галогеноводороды:
F2 + H2 = 2HF, реакция протекает со взрывом при любой температуре,
Cl2 + H2 = 2HCl, реакция протекает только на свету.
С сажей взаимодействует при сильном нагревании:
C + 2H2 = CH4
] Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами
Водород образует с активными металлами гидриды:
Na + H2 = 2NaH
Ca + H2 = CaH2
Гидриды — солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются:
CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2 ↑
Взаимодействие с оксидами металлов (как правило, d-элементов)
Оксиды восстанавливаются до металлов:
CuO + H2 = Cu + H2O
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
WO3 + 3H2 = W + 3H2O
Гидрирование органических соединений
При действии водорода на ненасыщенные углеводороды в присутствии никель-катализатора и повышенной температуре происходит реакция гидрирования:
CH2=CH2 + H2 = CH3-CH3
Водород восстанавливает альдегиды до спиртов:
CH3CHO + H2 = C2H5OH
Получение:
Вплоть до конца XIX века получение водорода было делом достаточно хлопотным. Добывали его в мизерных количествах, растворяя обычные металлы в кислотах, а также щелочные и щелочноземельные в воде. Только после того, как электричество начали производить в промышленных масштабах, появилась возможность относительно легко добывать его тоннами с помощью электролиза. Выглядит электролитический процесс примерно так: в ванну с водой опускают два электрода, на одном — положительный потенциал, на другом — отрицательный. На плюсе в результате прохождения тока выделяется кислород, а на минусе — водород.
Эксперимент по получению водорода из воды с помощью солнечной энергии (Университет Нового Южного Уэльса, Австралия). В этой технологии солнечный свет сначала преобразуется в электричество, которое уже разлагает воду на кислород и водород в присутствии катализатора (диоксида титана)
В промышленности
1.Электролиз водных растворов солей:
2NaCl + 2H2O → H2 + 2NaOH + Cl2
2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C:
H2O + C ⇔ H2 + CO
3.Из природного газа.
Конверсия с водяным паром:
CH4 + H2O ⇔ CO + 3H2 (1000°C)
Каталитическое окисление кислородом:
2CH4 + O2 ⇔ 2CO + 4H2
В лаборатории
1.Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и соляную кислоту:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
2.Взаимодействие кальция с водой:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2
3.Гидролиз гидридов:
NaH + H2O = NaOH + H2
4.Действие щелочей на цинк или алюминий:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Zn + 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2
Применение (сообщение учащегося)
Домашнее задание: П. 17 Ответить на контрольные вопросы,
Контрольные вопросы к уроку «Водород»
1. Какой элемент характеризуется наибольшей распространенностью во Вселенной? 2. Кто впервые выделил водород в чистом виде? 3. Какова электронная конфигурация водорода? 4. Назовите изотопы водорода. 5. Чем объясняется сравнительно небольшая активность молекулярного водорода при обычной температуре. 6. В каких модификациях может существовать газообразный водород? 7. Охарактеризуйте химические свойства водорода. 8. Что называют гремучим газом? 9. Какие соединения водород образует с активными металлами? 10. Оксиды каких элементов восстанавливаются до металлов водородом? 11. Что такое реакции гидрирования? 12. Каковы способы получения водорода в промышленности? 13. Как получают водород в лаборатории? 14. Перечислите основные области применения водорода. 15. Что такое водородное топливо? 16. Почему баллоны, содержащие сжатый кислород можно хранить в помещениях, а баллоны с водородом нельзя? 17. Каково значение водорода в природе.
Проверочные задания по теме водород:
1) Какую массу цинка (г) надо растворить в соляной кислоте, чтобы полученным водородом можно было восстановить 14.4 г оксида меди(II)?
2)Рассчитайте количество водорода, которое может быть получено из 21 г гидрида кальция в случае: а) термического разложения твердого образца; б) реакции такого же образца с водой.
3) Допишите уравнения реакций:
Zn + 2HCl = ? + H2
? + 2H2O = Ca(OH)2 + H2
NaH + H2O = NaOH + ?
2Al + 2NaOH + 6H2O = ? + 3H2
Zn + ? + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2
Применение:
В качестве перспективного горючего водород начал рассматриваться уже в середине прошлого века, а до этого он успел поработать в дирижаблях и сварочных аппаратах, ныне же часто трудится в роли одного из самых эффективных аккумуляторов энергии. Внедрение водорода в качестве горючего долго тормозилось его взрывоопасностью, а самое главное, себестоимостью его добычи. Но скоро ситуация может резко измениться
Наработав в достаточном количестве этот легкий газ, люди сначала приспособили его для воздушных полетов. В этом качестве первый элемент Таблицы Менделеева применяли вплоть до 1937 года, когда в воздухе сгорел крупнейший в мире, в два футбольных поля размером, заполненный водородом немецкий дирижабль «Гинденбург». Катастрофа унесла жизни 36 человек, и на таком использовании водорода был поставлен крест. С тех пор аэростаты заправляют исключительно гелием. Гелий — газ, увы, более плотный, но зато негорючий. .
Водород используют при синтезе аммиака NH3, хлороводорода HCl, метанола СН3ОН, при гидрокрекинге (крекинге в атмосфере водорода) природных углеводородов, как восстановитель при получении некоторых металлов. Гидрированием природных растительных масел получают твёрдый жир — маргарин. Жидкий водород находит применение как ракетное топливо, а также как хладагент. Смесь кислорода с водородом используют при сварке.
Одно время высказывалось предположение, что в недалёком будущем основным источником получения энергии станет реакция горения водорода, и водородная энергетика вытеснит традиционные источники получения энергии (уголь, нефть и др.). При этом предполагалось, что для получения водорода в больших масштабах можно будет использовать электролиз воды. Электролиз воды — довольно энергоёмкий процесс, и в настоящее время получать водород электролизом в промышленных масштабах невыгодно. Но ожидалось, что электролиз будет основан на использовании среднетемпературной (500—600 °C) теплоты, которая в больших количествах возникает при работе атомных электростанций. Эта теплота имеет ограниченное применение, и возможности получения с её помощью водорода позволили бы решить как проблему экологии (при сгорании водорода на воздухе количество образующихся экологически вредных веществ минимально), так и проблему утилизации среднетемпературной теплоты.
В 1979 году компания BMW выпустила первый автомобиль, вполне успешно ездивший на водороде, при этом не взрывавшийся и выпускавший из выхлопной трубы водяной пар. В эпоху усиливающейся борьбы с вредными выхлопами машина была воспринята как вызов консервативному автомобильному рынку. Вслед за BMW в экологическую сторону потянулись и другие производители. К концу века каждая уважающая себя автокомпания имела в запаснике хотя бы один концепт-кар, работающий на водородном топливе.
Баварские автомобилестроители в рамках программы CleanEnergy («чистая энергия») приспособили под езду на Н2 несколько «семерок» и MINI Cooper.
Оборудованная 4-литровым двигателем водородная «семерка» развивает мощность в 184 лошадиные силы и проходит на одной заправке (170 литтров жидкого водорода «под завязку») 300 км.
Но большинство производителей пошли по пути создания электромобилей на топливных элементах. Ибо кроме «экологичности» у них есть масса других преимуществ. Например, гораздо более высокий (до нескольких раз) КПД двигателя или бесшумность.
А больше всех новым топливом заинтересовались японцы. И это понятно. Эта страна, практически лишенная хоть каких-нибудь природных запасов нефти и газа, обладает неограниченными объемами сырья для водорода (в виде океанской воды) и поистине завидной сообразительностью населения. А поэтому здесь водородные аналоги есть практически у любого вида техники — от работающего на топливных элементах локомотива до человекоподобного робота SpeecysFC. К тому же японцы вовсю ведут разработки топливных элементов для ноутбуков и мобильных телефонов. Вопрос? Так как же хранят водород?
Водородное топливо сберегают тремя способами: в сжатом виде, в сжиженном и в металлогидридах. Самое простое, конечно, — закачать водород в бак мощным компрессором. В баках той же Mazda водородное топливо содержится под давлением 350 атмосфер. Но способ этот, будучи самым дешевым, и самый небезопасный. При таком высоком давлении любая слабинка в системе грозит протечкой газа. А где протечка, там пожар, а то и взрыв.
Более надежный и практичный способ — держать водород в жидком виде. Но для этого его нужно охладить до –253 градусов Цельсия. В BMW топливо хранится именно в таком виде: поэтому почти половину топливной системы занимает мощнейшая теплоизоляция. И все равно, стоит оставить машину на стоянке, скажем, на недельку, и она встретит вернувшегося хозяина с пустыми баками. Никакая изоляция не может полностью защитить систему от нагрева. В результате водород начинает испаряться, давление в баке растет, и газ просто стравливается в атмосферу через предохранительный клапан. По техническим условиям полная заправка испаряется всего за три дня…
Самый перспективный способ — хранение в металлогидридных композициях. Водород, оказывается, очень хорошо растворяется металлами, как вода впитывается губкой. Причем он поглощается в огромных объемах, значительно превосходящих объемы «губки». Такие «напитанные» водородом металлы называются металлогидридами. При охлаждении они вбирают водород, при нагревании — активно его отдают.
Представьте себе такой опыт. В приборе для электролиза воды катод изготовлен в виде пластинки. Вы включаете ток, и... пластинка сама собой начинает изгибаться! Секрет этого фокуса заключается в том, что пластинка изготовлена из палладия и с одной стороны покрыта слоем лака. При электролизе на не лакированной стороне пластинки выделяется водород и тотчас же растворяется в металле; а так как при этом объем палладия увеличивается, то возникает усилие, изгибающее пластинку.
Это явлении, называется окклюзией.
Водород и будущее
Слова «дейтерий» и «тритий» напоминают нам о том, что сегодня человек располагает мощнейшим источником энергии, высвобождающейся при реакции:
21Н + 31Н → 42Не +10n + 17,6 МэВ.
Эта реакция начинается при 10 млн градусов и протекает за ничтожные доли секунды при взрыве термоядерной бомбы, причем выделяется гигантское по масштабам Земли количество энергии.
Водородные бомбы иногда сравнивают с Солнцем. Однако мы уже видели, что на Солнце идут медленные и стабильные термоядерные процессы. Солнце дарует нам жизнь, а водородная бомба – сулит смерть...
Но когда-нибудь настанет время – и это время не за горами, – когда мерилом ценности станет не золото, а энергия. И тогда изотопы водорода спасут человечество от надвигающегося энергетического голода: в управляемых термоядерных процессах каждый литр природной воды будет давать столько же энергии, сколько ее дают сейчас 300 л бензина. И человечество будет с недоумением вспоминать, что было время, когда люди угрожали друг другу животворным источником тепла и света...
Домашнее задание: Ответить на контрольные вопросы,
Контрольные вопросы по теме:
1. Какой элемент характеризуется наибольшей распространенностью во Вселенной?
2. Кто впервые выделил водород в чистом виде?
3. Какова электронная конфигурация водорода?
4. Назовите изотопы водорода.
5. Чем объясняется сравнительно небольшая активность молекулярного водорода при обычной температуре.
6. В каких модификациях может существовать газообразный водород?
7. Охарактеризуйте химические свойства водорода.
8. Что называют гремучим газом?
9. Какие соединения водород образует с активными металлами?
10. Оксиды каких элементов восстанавливаются до металлов водородом?
11. Что такое реакции гидрирования?
12. Каковы способы получения водорода в промышленности?
13. Как получают водород в лаборатории?
14. Перечислите основные области применения водорода.
15. Что такое водородное топливо?
16. Почему баллоны, содержащие сжатый кислород можно хранить в помещениях, а баллоны с водородом нельзя?
17. Каково значение водорода в природе.
Проверочные задания по теме водород:
1) Какой минимальный объем гремучего газа нужно использовать для получения
2 л воды?
2) Какую массу цинка (г) надо растворить в соляной кислоте, чтобы полученным водородом можно было восстановить 14.4 г оксида меди(II)?
3)Самый тяжелый из изотопов водорода- тритий- радиактивен. В какой элемент превращается радиактивный водород при β-распаде?
4)Рассчитайте количество водорода, которое может быть получено из 21 г гидрида кальция в случае: а) термического разложения твердого образца; б) реакции такого же образца с водой.
5) В солнечной атмосфере содержится 82% водорода-1 и 18 % гелия-4 по числу атомов. Рассчитайте массовую долю атомарного водорода в атмосфере солнца.
object(ArrayObject)#862 (1) {
["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
["title"] => string(287) "урок химии на тему:Основные месторождения металлов и неметаллов в Казах¬стане и проблемы защиты окружающей среды при процессах добычи и переработке сырья. "
["seo_title"] => string(184) "urok-khimii-na-tiemu-osnovnyie-miestorozhdieniia-mietallov-i-niemietallov-v-kazakh-stanie-i-probliemy-zashchity-okruzhaiushchiei-sriedy-pri-protsiessakh-dobychi-i-pierierabotkie-syr-ia"
["file_id"] => string(6) "151167"
["category_seo"] => string(6) "himiya"
["subcategory_seo"] => string(5) "uroki"
["date"] => string(10) "1420644227"
}
}