Урок химии в 10 классе
Тема: Водород, его свойства и применение.
Цель:
Образовательная: Систематизировать и развить представления о водороде как химическом элементе и простом веществе, способах его получения и собирания; закрепить умения составлять схемы электронного баланса; закрепить понятия “окислитель”, “восстановитель”, “окисление”, “восстановление”.
Развивающая: развивать самостоятельность мышления, развивать интеллектуальные умения (анализировать, сравнивать, устанавливать причинно-следственные связи, работать по аналогии, выдвигать предположения).
Воспитательная: формировать научное мировоззрение, экологическое мышление, воспитывать культуру общения.
Задачи:
систематизация и развитие знаний учащихся о водороде как химическом элементе и простом веществе, о свойствах водорода, способах его получения, роли в природной среде на основе сформированной предметной понятийно-теоретической базы.
Тип урока: комбинированный.
Методы: словесный (рассказ, объяснение, с элементами дискуссии, постановка и решение проблемных вопросов); наглядный (презентация); практический (составление уравнений).
Оборудование: компьютер, экран, мультимедийный проектор, карточки для самостоятельной работы
Ход урока.
Организационный момент. 1 мин
Учитель: Здравствуйте, ребята! Садитесь.
Актуализация знаний. 1 мин
Вопросы к классу:
- Как называется раздел, который мы начали изучать на прошлом уроке?
- Где в периодической системе расположены неметаллы?
- Какие группы неметаллов можно выделить?
Мотивационно-ориентационный этап - 2 мин.
Изучение новой темы начнем не совсем традиционно. Посмотрите, на доске отсутствует запись темы урока. И это не случайно, т.к. тему вы сегодня назовете сами. И вот о каком неметалле мы поговорим сегодня, вы должны определить сами, отгадав загадку.
Первый я на белом свете:
Во Вселенной, на планете,
Превращаюсь в легкий гелий,
Зажигаю солнце в небе.
Я, газ легчайший и бесцветный,
Неядовитый и безвредный.
Соединяясь с кислородом,
Я для питья даю вам воду
Ученики отвечают: Водород.
Откройте тетради и запишите тему урока: «Водород, его свойства и применение»
Ученики формулируют цель урока.
Сегодня на уроке мы узнаем, в чем заключается особенность положения водорода в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Изучим его физические и химические свойства.
Изучение нового материала -30 мин.
Изучение материала будем осуществлять по плану:
1.Водород – химический элемент:
а) положение в ПСХЭ Д.И. Менделеева,
б) строение атома,
в) нахождение в природе.
2.Водород – простое вещество:
а) строение молекулы,
б) физические свойства,
в) химические свойства,
Лабораторный опыт «Испытание индикатором растворов водородных соединений неметаллов»
г) получение водорода,
д) применение.
Положение в ПСХЭ Д.И. Менделеева
-В Периодической системе химических элементов каждый элемент занимает строго определенное место. Охарактеризуйте положение водорода в Периодической системе.
Планируемый ответ ученика. Водород находится в I периоде, в 1А группе. Порядковый номер 1. Относительная атомная масса 1, 00797.
-Водород – единственный химический элемент, которому отводят в Периодической системе Д.И. Менделеева два места. Видим, что водород также стоит и в VIIА группе. Почему?
Строение атома
Чтобы ответить на этот вопрос, составьте схему строения атома водорода.
(Один ученик на доске составляет схему строения атома водорода, остальные учащиеся – в тетрадях).
Планируемый ответ ученика. Заряд ядра +1. Один энергетический уровень, на котором находится 1 электрон. Ядро атома водорода содержит 1 протон.
-Наличие на внешнем и единственном энергетическом уровне одного электрона в атоме водорода делает этот химический элемент похожим на щелочные металлы. Водород подобно щелочным металлам отдает единственный электрон и проявляет степень окисления, равную +1.
Что общего между водородом и элементами VIIА группы?
Подобно атомам элементов VIIА группы Периодической системы Д.И. Менделеева водороду не хватает одного электрона до завершения внешнего энергетического уровня, поэтому водород способен проявлять окислительные свойства с металлами, забирая у них этот электрон и получая степень окисления -1.
Но по последним рекомендациям ИЮПАК водород – элемент 1А группы.
(После объяснения учителя ученики заполняют таблицу)
2.Отдают электрон с внешнего энергетического уровня.
3.Восстановительные свойства.
4.Степень окисления в соединениях +1.
Н+2О , Na+Cl
1.До завершения внешнего энергетического уровня не хватает одного электрона.
2.Принимают электрон на внешний энергетический уровень.
3.Окислительные свойства.
4.Степень окисления в соединениях -1.
LiH-1, KCl-1
Изотопы водорода: Протий, Дейтерий, Тритий.
Строение молекулы
-Какое строение имеет молекула водорода? Покажите схему образования молекулы. Определите кратность связи и вид химической связи.
Планируемый ответ ученика. Молекула водорода двухатомная.
Н· + ·Н → Н : Н или Н – Н. Атомы связаны одной электронной парой. Связь в молекуле одинарная, ковалентная неполярная.
Нахождение в природе (доклад)
.
По распространенности в нашей Вселенной водород занимает первое место. На его долю приходится около 92% всех атомов Водород – основная составная часть звезд и межзвездного газа. В условиях звездных температур (например, температура поверхности Солнца – 6000 °С) и межзвездного пространства, пронизанного космическим излучением, этот элемент существует в виде отдельных атомов.
Массовая доля водорода в земной коре составляет 1% – это девятый по распространенности элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет –17% (второе место после кислорода, доля атомов которого равна –52%). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода.
В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состоянии, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества имеется в атмосфере (0,00005% по объему).
Основным соединением водорода является вода. Кроме того, большое его количество входит в состав многочисленных соединений с углеродом (органических веществ), составляющих основу нефти, природного газа, угля и др. Он непременная составная часть веществ, образующих живые организмы (–6,5% от сухой массы).
Физические свойства
-Какими физическими свойствами обладает водород?
Ответ на этот вопрос я предлагаю вам найти самостоятельно, работая с учебником ( стр. 191-192). Выписать в тетради основные показатели (при обычных условиях):
Агрегатное состояние-
Цвет-
Запах-
Вкус-
Плотность-
Растворимость в воде-
Температура плавления-
Температура кипения-
Теплопроводность-
Коррекция записей с помощью мультимедиа.
Химические свойства
-Из – за высокой устойчивости молекул Н2 химическая активность водорода при обычных условиях мала. Хотя сам водород неметалл, он более химически активен по отношению к неметаллам, чем к металлам. При комнатной температуре водород реагирует только с фтором. При облучении – с хлором.
1. Взаимодействие с простыми веществами:
- с неметаллами;
Н2 + О2 = Н2О
- с металлами.
2Na + Н2 = 2NaH
2. Взаимодействие со сложными веществами:
- с оксидами металлов;
CuО + H2 = Cu +Н2О.
- с органическими соединениями.
СН2=СН2 + Н2 = СН3-СН3
Работа с карточками по рядам:
Закончить уравнения реакций и показать переход электронов.
1 ряд: Н2 + WO3 =
Н2 + N2 =
H2 + K =
2 ряд Н2 + PbO =
Н2 + S =
H2 + Ba =
3 ряд Н2 + C =
Н2 + FeO =
H2 + Li =
Лабораторный опыт «Испытание индикатором растворов водородных соединений неметаллов»
Проводится учителем, а учащиеся делают выводы о кислотно-основном характере водородных соединений неметаллов.
Получение водорода
Мы изучили свойства водорода, а сейчас ознакомимся со способами его получения. Но вначале вспомним немного из истории химии.
Вот такая история произошла с французским химиком, директором Парижского музея науки Пилатом де Розье (1756-1785). Как-то он решил проверить, что будет, если вдохнуть водород. До него никто такого эксперимента не проводил. Не заметив никакого эффекта, ученый решил убедиться, проник ли водород в легкие? Он ещё раз глубоко вдохнул этот газ, а затем выдохнул его на огонь свечи, ожидая увидеть вспышку пламени. Однако водород в легких экспериментатора смешался с воздухом и произошел сильный взрыв. “Я думал, что у меня вылетели все зубы вместе с корнями”, - так Розье характеризовал испытанные ощущения. Эксперимент чуть не стоил ему жизни.
В промышленности получают водород из воды действием тока, идет реакция разложения воды с образованием двух веществ: водорода и кислорода. Но этот способ сравнительно дорогой. В настоящее время наиболее экономичный способ производства водорода – конверсия метана.
В лаборатории для получения водорода используют вещества, относящиеся к классу кислот. Например: HCl – соляная кислота или Н2SO4 – серная кислота. Как извлечь из нее водород? Провести реакцию замещения с металлом – Zn, Fe.
Полученный тем или иным способом водород может быть загрязнен воздухом, с которым может образовывать взрывчатую смесь (смесь водорода и кислорода в объемном отношении 2:1 называется, “гремучим газом”), это опасно! Вспомните Пилата де Розье. Поэтому полученный водород проверяют на чистоту.
Демонстрация учителя:
Реакция получения водорода в лаборатории проводится и в аппарате Киппа, происхождение его названия связано с голландской фирмой, выпускавшей эти аппараты. В одно из отделений закладывается Zn, а в другое наливается кислота, газ выходит по газоотводной трубке.
Наполняем пробирку водородом, используя один из методов собирания, и подносим ее открытым концом к пламени – если услышим хлопок со свистом, то водород загрязнен, если же хлопок глухой-то водород чистый.
Применение (доклад)
В 1783 году совершил полет на воздушном шаре, наполненном водородом французский физик Ж. Шарль. В 1794 году воздушные шары нашли практическое применение в военном деле. В последствии стали применять смесь водорода с гелием. Это было более безопасно, так как водородные шары часто воспламенялись. С 1932 по 1937 год немецкий дирижабль “Граф Цеппелин” совершил 136 полетов из Европы в Южную Америку и 7 полетов – в США и перевез свыше 13 тысяч человек. Потом дирижабли были постепенно вытеснены успехами авиации и вертолетостроения. Сейчас вновь обсуждаются вопросы создания современных дирижаблей. Другое универсальное свойство водорода – самая высокая теплопроводность среди всех газов – находит применение в современной энергетике для охлаждения электрических машин. Водород - это топливо будущего, существует много примеров создания и применения топливных элементов. Например: подобный агрегат служит источником воды и энергии в космических кораблях, двигателях автомобилей, подводных лодках.
Учитель: Итог нашего урока: мы познакомились с первым элементом – водородом. Вы узнали его свойства и уникальность. Я думаю, вам понятно, почему надо обращаться с этим газом очень осторожно. Возможен взрыв, вот почему вы должны быть всегда начеку!
Закрепление полученных знаний. - 8 мин.
Тест
1. Водород является продуктом взаимодействия:
1) Cu + HCl;
2) Zn + HCl;
3) Cu + H2O;
4) S + NaOH
2. Укажите валентность фосфора в водородном соединении:
1) I;
2) II;
3) III;
4) V
3. Индивидуальным веществом является:
1) чугун;
2) водород;
3) соляная кислота;
4) воздух.
4. Водород не реагирует с:
1) N2;
2) S;
3) O2;
4) HCl
5. Химические свойства водорода используются при:
1) получении сверхнизких температур;
2) наполнении стратостатов и шаров-зондов;
3) получении металлов из их оксидов;
4) отводе теплоты в электрических машинах.
6. Водород в лаборатории получают взаимодействием:
1) железа с водой;
2) натрия с водой;
3) оксида кальция с водой;
4) цинка с соляной кислотой.
7. Формула продукта реакции и коэффициент перед ней в уравнении реакции взаимодействия водорода с хлором:
1) HCl;
2) 2HCl;
3) 3HCl;
4) 4HCl
8. Водород реагирует:
1) только с простыми веществами;
2) с простыми и сложными веществами;
3) только со сложными веществами;
4) только с неметаллами.
9. Водород реагирует с:
1) Н2О;
2) SO3;
3) Cl2;
4) Au
10. В промышленности водород не получали и не получают взаимодействием:
1) метана с водой;
2) железа с водой;
3) электролизом воды;
4) цинка с соляной кислотой.
Домашнее задание - 1 мин.
§ 42, упр. 4-6 (3)
Рефлексивно - оценочный этап. - 2 мин
Подведение итогов, выставление оценок.
Рефлексия – Наш урок завершается, мы с вами покоряли высоту под названием «Водород».
Ответьте на вопросы: - Кто считает, что сегодня ему удалось покорить горную вершину под названием Водород»?
- Кто застрял на середине дороги, какая преграда появилась на вашем пути?
- Как мы дальше сможем использовать полученные сегодня знания?
Нахождение в природе
По распространенности в нашей Вселенной водород занимает первое место. На его долю приходится около 92% всех атомов (8% составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых – менее 0,1% ). Таким образом, водород – основная составная часть звезд и межзвездного газа. В условиях звездных температур (например, температура поверхности Солнца – 6000 °С) и межзвездного пространства, пронизанного космическим излучением, этот элемент существует в виде отдельных атомов.
Массовая доля водорода в земной коре составляет 1% – это девятый по распространенности элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет –17% (второе место после кислорода, доля атомов которого равна –52%). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода.
В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состоянии, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества имеется в атмосфере (0,00005% по объему).
Основным соединением водорода является вода. Кроме того, большое его количество входит в состав многочисленных соединений с углеродом (органических веществ), составляющих основу нефти, природного газа (формула метана?), угля и др. Он непременная составная часть веществ, образующих живые организмы (–6,5% от сухой массы).
Применение
В 1783 году совершил полет на воздушном шаре, наполненном водородом французский физик Ж. Шарль. В 1794 году воздушные шары нашли практическое применение в военном деле. В последствии стали применять смесь водорода с гелием. Это было более безопасно, так как водородные шары часто воспламенялись. С 1932 по 1937 год немецкий дирижабль “Граф Цеппелин” совершил 136 полетов из Европы в Южную Америку и 7 полетов – в США и перевез свыше 13 тысяч человек. Потом дирижабли были постепенно вытеснены успехами авиации и вертолетостроения. Сейчас вновь обсуждаются вопросы создания современных дирижаблей. Другое универсальное свойство водорода – самая высокая теплопроводность среди всех газов – находит применение в современной энергетике для охлаждения электрических машин. Водород - это топливо будущего, существует много примеров создания и применения топливных элементов. Например: подобный агрегат служит источником воды и энергии в космических кораблях, двигателях автомобилей, подводных лодках.
