Урок изучения нового материала по теме «Кислород как химический элемент и простое вещество», 8 класс

Автор: Идрисова-Фомина

Людмила Ивановна

Должность: учитель химии

высшей квалификационной

категории, учитель- методист,

отличник образования.

Учебное заведение:

Муниципальное общеобразова-

тельное учреждение «Школа №9

г. Донецка».

Донецкая Народная Республика.

Урок изучения нового материала по теме

«Кислород как химический элемент и простое вещество», 8 класс.

Форма обучения: лекция с элементами химических демонстраций опытов и фронтальной беседой (крупноблочная подача материала).

План лекции

1. Оксиген как химический элемент.

2. Кислород как простое вещество.

3. Кислород в природе и его физические свойства, способы его получения. Реакции разложения.

4. Химические свойства кислорода. Понятие об окислении и оксидах. Реакции соединения. Круговорот кислорода в природе.

5. Воздух и его состав. Условия возникновения и прекращения горения. Охрана атмосферного воздуха от загрязнения.

Оксиген (лат. oxigenium) имеет химический знак «О» иотноситель-ную атомную массу 15, 9994.

Как простое вещество кислород имеет формулу О₂, молекуляр-ную массу 32. Оксиген почти во всех соединениях двухвалентный.

В свободном состоянии кислород встречается в природе в виде двух аллотропных модификаций- О₂ и О₃ (озон).

При нормальных условиях «обычный» кислород-газ без цвета, вкуса и запаха. Кислород есть повсюду. В виде соединений он распространен на земной поверхности настолько, что ни один другой элемент не может с ним сравниться. Он составляет 8/9 массовых долей (88,8% по массе) воды, которая, в свою очередь, занимает 3/4 земной поверхности. В твердой внешней оболочке Земли-земной коре-на часть связанного кислорода приходится 47,6% по массе, или 58% по количеству атомов кислорода.

Вместе с азотом и незначительным количеством других газов

свободный кислород О₂ образует атмосферу, где его содержание-23,15% по массе, или 26,95% по объему-всего же 1,5 • 10¹⁵ тонн.

Несмотря на незначительную растворимость азота в воде, общее количество кислорода в воде составляет 1,5 • 10¹³ тонн. Если бы растворенный кислород в воде вернулся в атмосферу, то его объем составил бы более 10 млн. м³. В связанном же виде кислород содержится в составе таких биологически важных веществ организма как вода, белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и др. В общем кислород составляет 56-85% от общего веса животных и растительных тканей.

Практически весь свободный кислород нашей планеты возник и сохраняется благодаря неутомимой работе растений, которые выде-ляют его в процессе фотосинтеза:

6СО₂ + 6Н₂О+ 2,83Кдж =(хлорофилл) С₆Н₁₂О₆+ 6О₂

Процессы дыхания животных и растений, а также гниения и горения действуют в направлении, обратном фотосинтезу, и переводят кислород атмосферы в связанное состояние:

С₆Н₁₂О₆+ 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О+ 2,83Кдж

Ежегодно растительный мир Земли возвращает в атмосферу около 400 млрд тонн кислорода, причем «львиную долю» его дают морские водоросли и намного меньше-растения сухопутные.

Подсчитано, что если бы фотосинтез остановился, то на протяжении 2000 лет весь кислород атмосферы был бы использован. Всё это составляет круговорот кислорода в природе.

Кислород почти одновременно был получен шведским ученым

Шееле (1768-1773) путем прокаливания калийной и натриевой селитры и других веществ и английским ученым Дж. Пристли (1774) при нагревании оксида ртути. Поскольку кислород входит в состав кислот, Лавуазье назвал его Оxigenium, т.е. «тот, что образует кислоты» (от греческих слов «оксос» кислый и «геннас»-рождаю); отсюда и пошло название «кислород».

При нормальных условиях кислород имеет плотность 1,42397 г/л.

При -182,9° С кислород конденсируется в бледно-синюю жидкость, а при -218,7°С затвердевает, образуя синие кристаллы. В 100 объемах воды при 0°С растворяется 5 объемов кислорода.

Источниками кислорода в промышленности являются вода и воздух. Из воды кислород получают путем электролиза:

2 Н₂О=2 Н₂ +О₂

В незначительных количествах кислород можно получить путем разложения калия перманганата при нагревании:

2 КМnO₄ =К₂МnO₄ + МnO₂ + О₂↑

С этой же целью можно использовать сурик (Pb₃O ₄), оксид ртути (2),

бертолетову соль ₍КClO₃), калийную KNO₃ и натриевую селитры.

1. 2 КClO₃ =2 КCl + 3 О₂↑

2. 2НgO=2Нg+ О₂↑

3. 2 KNO₃= 2 KNO₂ + 2 Н₂О₂

Кислород выделяется при разложении перекиси водорода:

2 Н₂О₂= 2 Н₂О + О₂↑ (В присутствии оксида марганца (4) ).

Особенно бурно кислород выделяется в присутствии катализаторов:

Тщательно измельченной платины, солей железа и др.

Реакция разложения перекиси водорода может быть использована для снабжения водой и кислородом экипажей космических кораблей. Подсчитано, что 2 кг 95% перекиси водорода достаточно для того, чтобы обеспечить минимальную суточную дозу воды и кислорода для одного космонавта.

Очень удобным источником кислорода являются пероксиды щелочных металлов. Так, на советских кораблях – спутниках «Восток» «Восход» необходимый для дыхания кислород получали по реакции : Na₂O₂+2H₂O=2NaOH+H₂O₂

Углекислый газ, который выделяется при дыхании, одновременно поглощается гидроксидом щелочного металла

2NaOH+2CO₂=2Na₂CO₃+H₂O

Суммарное уравнение:

2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂

Катализаторы – это вещества, которые ускоряют химические реакции, но сами при этом не расходуются.

В случае разложения перекиси водорода как катализатор используется оксид марганца (4).

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА

Кислород активный неметалл. Известны его соединения со всеми элементами, кроме лёгких инертных газов- Гелия, Неона и Аргона. С гологенами, криптоном, ксеноном, золотом и платиновыми металлами кислород непосредственно не реагирует, поэтому его соединения с этими элементами получают непрямым способом. Остальные элементы соединяются при взаимодействии с кислородом непосредственно. Почти все эти процессы являются реакциями окисления, экзотермичес-кими, потому что сопровождаются выделениями энергии. А если реакция протекает быстро, а энергия выделяется в виде тепла и света, процесс называют горением. Условия горения:

- доступ кислорода;

- повышение температуры вещества до температуры горения.

Условия прекращения горения:

- прекращение доступа кислорода;

- снижение температуры вещества до такой, которая ниже чем температура воспламенения.

Разные металлы взаимодействуют с кислородом по-разному.

Более активно с кислородом реагируют литий, натрий, калий, рубидий, цезий, кальций. При этом образуются их оксиды. Хром и алюминий окисляются только в поверхностном слое. Образуется защитная окис-ная плёнка, которая препятствует дальнейшему взаимодействию кислорода с металлом.

Железо при обычных условиях реагируют с кислородом очень медленно, но раскалённая до красного цвета проволока горит в кислороде: 3Fe+2O₂=Fe₃O₄

Демонстрация

С серой, углеродом, азотом, фосфором кислород взаимодействует при нагревании. Начинается горение:

1. N₂+O₂=2NO

2. S+O₂=SO₂

3. 4P+5O₂=2P₂O₅

Демонстрация

Кислород взаимодействует со сложными веществами образуя оксиды тех элементов которые входят в состав сложного вещества:

1. 2H₂S+3O₂=2SO₂+3H₂O(в избытке O₂)

2. 2H₂S+O₂=2S+H₂O (при недостатке O₂)

3. CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O (горение природного газа)

Как видите при горении веществ в кислороде происходит их окисление. Продукты реакций называются оксидами.

Оксиды – это сложные вещества, которые состоят из двух элементов, одним из которых является оксиген.

Основные оксиды Кислотные оксиды

CaO – кальций оксид CO₂ – карбон (4) оксид

CuO – купрум (2) оксид SO₃ – сульфур (6) оксид

FeO – ферум (2) оксид H₂O – гидроген оксид

Fe₂O₃ - ферум (3) оксид SiO₂ – силиций оксид

Al₂O₃ – алюминий оксид P₂O₅ – фосфор(5) оксид

СОСТАВ ВОЗДУХА

В 1774 французский учёный Лавуазье доказал, что воздух – смесь газов: азота – 78%, кислорода 21%, благородных газов 0,94%, карбон(4) – 0,03%. Средняя молекулярная масса воздуха 29. При нормальном давлении и температуре -192°C воздух превращается в бледно-голубую жидкость плотностью 0,096 г/см3.

Лавуазье нагревал металлическую ртуть в реторте на жаровне в течение 12 суток. Конец реторты он провёл под колокол, поставленный в посудину со ртутью. В результате уровень ртути в колоколе поднялся на 1/5. На поверхности ртути в реторте образовалось вещество оранжевого цвета – оксид ртути. Газ, который остался под колоколом, был уже не пригоден для дыхания. Этим опытом было доказано, что в воздухе содержится около 4/5 азота и 1/5 кислорода по объёму.

Применение воздуха

Подсчитано, что 97,6 % необходимой человечеству энергии дает в наше время сжигание разных видов топлива при обязательном участии кислорода. В то же время воздух-обязательный технологический компонент промышленных производств, которые требуют участия кислорода (производ-ство сульфатной и нитратной кислот, выплавка металлов и др.). Воздух-единственный неисчерпаемый источник азота.

Воздух используют также для электро- и теплоизоляции, нагревания или охлаждения различных механизмов и аппаратов. Сжатый воздух «работает» во многих пневматических устройствах (распылители, воздушные тормоза, отбойные молоты), в автомобильных шинах и мячах, в кораблях и автомобилях на воздушной подушке».

Применение кислорода

Кислород используют для ускорения химических реакций в разных отраслях химической промышленности и металлургии.

При сжигании смеси ацетилена или водорода с кислородом в специальных горелках температура пламени достигает 3000°C. Такое пламя используют для резки и сварки металлов. Жидкий кислород используется в ракетных двигателях, для дыхания в медицине, при гашении пожаров для дыхания пожарных, при высотных полетах, в космосе, под водой, под землей.

Много кислорода затрачивается для сжигания топлива. Например, современный пассажирский самолет при полете в течении 9 часов использует 50-75 тонн кислорода. Такое количество кислорода за это время выделяет 25-50 тысяч гектаров леса в результате процесса фотосинтеза.

Охрана воздуха и кислорода

Вокруг городов и рабочих поселений создаются зоны зеленых насаждений. Специальная служба систематически контролирует содержание кислорода в воздухе, а в случае необходимости применяются меры по устранению причин загрязнения воздуха.

На многих предприятиях введена должность инженера по охране окружающей среды.

Несколько учебных заведений готовят специалистов по переработке промышленных отходов и выбросов. В частности, в Донецком техническом университете готовят специалистов по охране окружающей среды.

На «дымящих» объектах Донецкой области работало приблизительно 3000 очистных сооружений. На Енакиевском цементном заводе очистные сооружения задерживали за сутки более 200 тонн пыли, на Краматорском цементно-шиферном заводе-около 240 тонн в сутки. Очистные сооружения завода по производству цинка в Константиновке задерживали около 98% вредных веществ.

Бурное развитие автотранспорта привело к загрязнению городского воздуха автомобильными газами. «Дыхание» миллиона машин вредно воздействует на здоровье людей, на зелень парков и скверов, разрушает памятники архитектуры. Выход из создавшейся ситуации ищут в создании электромобилей, в переходе на водородное топливо. Свой вклад в решение данной проблемы внесли и химики. Изобретены специальные нейтрализа-торы, через которые проходят выхлопные газы перед выбросом в атмосферу.Это решетчатые цилиндры, заполненные кусочками катализатора. Соприкасаясь с ними, вредные компоненты, которые содержатся в выхлопных газах, окисляются, догорают. Катализаторы очищают выхлопные газы от оксидов углерода, сажи, углеводородов.

Литература

1. Немчанинова Г.Л. Путешествие по шестой группе.-М.: Просве-

щение,1976.

2. Николаев А.Л. Первые в рядах элементов.-М.: Просвещение,1983.

3. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия, 8 класс.- М.: Просвещение,

2016.

4. Сидельников В.П. Эта всесильная химия.- Донецк: Донбасс,1979.

5. Энциклопедия школьника. Неорганическая химия.-М.: Советская

Энциклопедия, 1982.