Урок-конференция "Сущность и классификация химических реакций"

Цели:

• повторить и обобщить знания учащихся по теме,
• закрепить знания о различных способах классификации химических реакций,
• подробно рассмотреть именные реакции, реакции, отмеченные Нобелевскими премиями,
• привлечь внимание учащихся к проблемам экологии,
• пробудить интерес к химической науке.

Оборудование:

• схема ионного и радикального механизмов реакций,
• схема классификации химических реакций,
• плакат с именными реакциями.

Участники конференции:

• Председатель – учитель,
• Профессор химической науки,
• Историк химической науки,
• Депутат,
• Эколог,
• Химик.

Этапы конференции:

1. Вступительное слово председателя.
2. Химия созидающая, химия разрушающая.
3. Состояние окружающей среды в республике.
4. Химические реакции:
   классификация
   названия реакций
   именные реакции
   реакции, отмеченные Нобелевскими премиями.
5. Механизм химической реакции.
6. Демонстрационные опыты по разным типам.
7. Этап подведения итогов.

Ход урока

Председатель. Уважаемые старшеклассники! Четвертый год вы изучаете химию, вы знакомы с самыми разными химическими явлениями и на этом уроке мы повторим и обобщим знания, полученные ранее, а также рассмотрим значение науки химии в современной цивилизации, затронем экологическую обстановку в республике.

Идут химические реакции и создаются вещества самые разные с заранее заданными свойствами, которых не было и нет в природе.

О достижениях химии за последний период нам расскажет председатель Государственного комитета по науке и технике профессор химической науки.

Профессор. Идут химические реакции – и самолет поднимается в воздух, льется в изложницы металл, отбеливается льняное полотно, древесина превращается в бумагу, свекла — в сахар, речной песок — в стекло...

Только за последние годы химиками созданы сотни новых видов изделий и материалов, и не меньше прогрессивных, оригинальных технологических процессов. Начнем с работ для сельского хозяйства. Среди наиболее значимых исследований – концентрированные и медленно растворимые минеральные удобрения такие, как карбомидно-формальдегидные. Сделан шаг к комплексному использованию природных ресурсов.

Остановлюсь еще на нескольких примерах уже из другой области. Созданы новые марки полимерных материалов, новые технологии производства многотоннажных пластмасс и синтетических смол. Значительные достижения! Они позволили наладить выпуск ряда полимеров: полисульфона, полифениленоксида, оптического поликарбоната и других полимеров с заранее заданными свойствами! Что за этим стоит, думаю, пояснять не надо.

Речь идет о принципиально новых материалах, приспособленных к тем условиям, в которых предстоит работать изделиям из них: в особо агрессивной среде или в условиях повышенных температур. Словом, там, где обычные пластмассы использоваться не могут.

Выпускаются трубы из термопластов, причем весь технологический процесс автоматизирован. Тоже вроде бы будничный факт, но как много за ним стоит.

Можно упомянуть и смазку на полимерной основе, которая защищает стрелочные переводы от коррозии, от обледенения.

Впервые в мировой практике были разработаны и апробированы новые технологические методы получения высокопрочных синтетических нитей и мононитей.

Есть что показать химикам в области создания красителей. Освоено промышленное производство красителей для особо прочного крашения синтетической нити типа нитрон.

Освоена технология получения полиизопренового каучука. Это позволило заметно снизить расход натурального каучука в шинной промышленности, сэкономить огромные деньги.

Весьма интересны результаты в области защиты металлов от коррозии. Привлекательность созданных покрытий еще и в том, что приготовляются они из недорогих и недефицитных компонентов[1].

Председатель. Существует такое выражение: “И на солнце есть пятна”, то есть базовой характеристикой нашей Вселенной является дуальность, двойственность. Химия тоже не лишена этого свойства. Есть химия созидающая и химия разрушающая. О разрушающей химии нам расскажет эколог.

Эколог. Не сегодня и даже не вчера человек столкнулся с проблемами экологии. Каждая эпоха диктовала свои способы их решения. Но что конкретно следует предпринять сейчас, в век научно-технического прогресса?

Человечество берет у природы миллиарды(!) тонн сырья, а в полезный для общества продукт превращает только один — два процента, то есть 98-99% взятого выбрасывается в окружающую среду. Причем все это количество поступает в переработанном, в искаженном виде, чуждом природе. Свалки, отвалы занимают колоссальные территории, в том числе и плодородные земли, отравляют воду, их содержимое разносится ветром, загрязняет атмосферу. Сейчас вся атмосфера земного шара загрязнена сернистым газом. Очищение происходит очень медленно: идет окисление газа до сернистого ангидрида, а последний вместе с дождем выпадает на землю в виде серной кислоты. Эти осадки уже получили свое название — “кислые дожди”. Они стали настоящим бедствием. И понятно, что загрязнение атмосферы сернистым газом никаких границ не признает. Достаточно сказать, что сера может быть перенесена на расстояние около тысячи километров от места выброса. Это трансконтинентальный перенос.

В атмосфере очень много и других примесей: скажем, свинец находят в Арктике и даже в Антарктиде.

Применение инсектицида ДДТ поставило под угрозу многие виды живых существ: они постепенно исчезают с лица Земли, потому что в их организмах накапливается большое количество токсичных веществ. Например, если в литре воды присутствуют миллиардные доли ДДТ, то в конце пищевой цепи — от планктона к рачкам, от рачков к рыбам, от рыб к бакланам — этот показатель возрастает в несколько тысяч раз. Но рыбу едят не только бакланы...

Напрашивается совершенно однозначный вывод: уже сегодня необходимо менять образ жизни, менять методы хозяйствования на нашей планете. Если так пойдет и дальше, то человек выживет себя с лица Земли[1].

Но человечество не может прекратить хозяйственную деятельность. Ее и не надо прекращать. Задача сводится к тому, чтобы в окружающую природу ничего не выбрасывать. Необходимо перестроить технологии: все взятое у природы перерабатывать в нужные продукты, а сами продукты использовать так, чтобы никаких отходов в технологическом процессе не получалось. И хотя задача, стоящая перед человечеством, очень сложна, она все-таки разрешима.

Председатель. Мы рассмотрели общую экологическую проблему. Давайте обсудим, каково состояние окружающей среды в нашей республике. Слово депутату.

Депутат. Если взять нашу малую Родину Чечню, то можно увидеть, какое насилие люди творят над природой. Грозный до своего разрушения бездушными людьми входил в первую десятку городов с повышенной экологической загрязненностью среди городов бывшего СССР. Сегодня, надо полагать, ситуация усугубилась еще больше, поскольку перегонка неочищенной от вредных примесей нефти осуществляется уже много лет почти при “каждом дворе”. По свидетельству Руслана Хасбулатова, если до второй войны на территории Чечни было около 1000 мини-заводов по нефтеперегонке, то сейчас их стало 4-5 тысяч. Добавим к этому факелы, полыхающие в разных местах, которые влияют не только на экологическую обстановку, но и наносят серьезный экономический ущерб разоренной республике. Далее, взрывы цистерн с ядом и трубопроводов нефти, не говоря об отравляющих и разрушающих веществах, которыми начинено оружие всякого рода, испытываемое на нас в ходе этой бесконечной, бесчеловечной войны... Все вместе взятое наносит нокаутирующие удары природе, ее экологии и, следовательно, нам людям. Статистикой в нашей республике никто не занимается, “не до жиру, быть бы живу”, но явно высокая смертность среди населения, распространение новых заболеваний, а также чаще отмечается рождение детей с различными отклонениями. Высока частота онкологических заболеваний. А ведь загрязнение не знает границ.

Загрязнение атмосферы, воды, почвы, безусловно, порождает проблемы, но самое страшное – это загрязнение человеческого сознания. Оно обходится дороже всего. В тяжелые времена все человеческие пороки всплывают наверх. Трудно жить в таком обществе. Труднее нам — чеченцам. То, что в самом начале конфликта мы и в мыслях не допускали, сегодня стало реальностью. Исконно святые для нас ценности искусно разрушаются внешними силами. Люди без нравственных ценностей и принципов подобны животным, без святого – диким животным. У последних существует закон: сильный пожирает слабого. В человеческом обществе он носит название – регресс, который неизбежно заканчивается вымиранием. Образованные (в широком смысле слова), гармоничные люди никогда не будут решать конфликты средневековыми насильственными методами, с помощью оружия. Людям на это дан разум. Я верю, нам хватит разума опомниться, остановиться и возродиться. Пусть каждый создает свою Вселенную, основанную на любви, гармонии, взаимопонимании и прекратятся войны на земле, от которых так устала планета.

Председатель. А теперь перейдем к рассмотрению химических реакций. Используя схему из учебника, повторяем классификационные признаки химических реакций и определения всех изученных ранее химических реакций:

• соединения <=>разложения
• замещения
• обмена
• полимеризация
• поликонденсация
• изомеризация
• циклизация <=> дециклизация
• этерификация
• гидролиз
• электролиз
• гидрирование <=> дегидрирование
• гидрогалогенирование <=> дегидрогалогенирование
• галогенирование <=> дегалогенирование
• гидратация <=> дегидратация
• экзотермическая <=> эндотермическая
• каталитическая <=> некаталитическая
• гомогенная <=> гетерогенная
• окислительно-восстановительная и т. д.

На доске приведены уравнения некоторых химических реакций. Учащиеся дают им полную физико-химическую характеристику. Например: N₂+3H₂ 2NH₃+Q – это реакция обратимая, экзотермическая, каталитическая, гомогенная, окислительно-восстановительная.

Председатель. Химию создавали люди необычной судьбы — вначале алхимики, затем врачи, аптекари и, наконец, собственно химики. Они верили в свое предназначение и не щадили здоровья, а порой и жизни в стремлении открыть двери в неизведанное, получить новые вещества и материалы, необходимые людям. Сейчас мы рассмотрим именные реакции названные в дань памяти химикам – первооткрывателям новых методов синтеза веществ. Всего известно более 1000 именных органических, неорганических и аналитических реакций. Их число продолжает увеличиваться, так как нет до сих пор общепринятой номенклатуры химических реакций. Вот некоторые из них:

• реакция Рашига – промышленный метод получения фенола.

С₆Н₆ + Сl₂ = С₆Н₅Cl + HCl
C₆H₅Cl + H₂O = C₆H₅OH + HCl

• реакция Бертло – получение этилового спирта гидратацией этилена

C₂H₄ + HOH = C₂H₅OH

• реакция Бертолле – получение триоксохлората калия

6KOH + Cl₂ = KClO₃ + 5KCl + 3H₂O

• реакция Вюрца – удлинение углеродной цепи

2CH₃I + 2Na = C₂H₆ + 2NaI

• реакция Велера – синтез карбамида (мочевины)

NH₄CO = (NH₂)₂CO

• реакция Кучерова – получение уксусного альдегида из ацетилена

H₂C₂ + H₂O = CH₃CHO

• реакция Коновалова — получение нитросоединений

CH₄+ HNO₃ = CH₃NO₂ + H₂O

Далее историк делает краткое сообщение об этих именных реакциях.

• Немецкий химик-технолог Фридрих Рашиг (1863-1928) разработал промышленный метод получения фенола.
• В 1854 г. Бертло открыл способ получения этилового спирта без применения брожения пищевого сырья: зерна, картофеля, сахара и без гидролиза растительных материалов вроде древесины.
• Для получения триоксохлората калия Бертолле предложил пропускать хлор в горячий раствор гидроксида калия в воде.
• Реакция Вюрца была открыта в 1855 г. и является одной из важнейших для получения насыщенных углеводородов алканов.
• Велер в 1828 г. случайно обнаружил, что при нагревании водного раствора цианата аммония образуется мочевина. Это был первый синтез органического вещества из неорганического, проведенный чисто химическим методом в лаборатории.
• Русский химик-органик Михаил Григорьевич Кучеров (1850-1911) в 1881 г. открыл реакцию получения уксусного альдегида из ацетилена.
• Михаил Иванович Коновалов (1858-1906), русский химик-органик, был ректором Киевского политехнического института, предложил способ получения нитросоединений — взаимодействие органического вещества с азотной кислотой[2].

Историк. И, наконец, рассмотрим реакции, отмеченные Нобелевскими премиями.

Нобелевские премии присуждаются людям, чья деятельность принесла максимальную пользу человечеству. Такими реакциями являются следующие:

1. Cинтез аммиака – немецкий химик Фриц Габер (1918).
2. Cинтез каучука – Лебедев Сергей Васильевич (1928).
3. Cинтез препарата ДДТ (дихлордифенилтрихлорметилметан) – швейцарский химик Пауль Мюллер (1948).
4. Cинтез пенициллина Флеминг (1945) [2].

По желанию учителя можно включить информацию о значимости этих веществ.

Председатель. О механизме химической реакции нам расскажет химик.

Химик. Механизм – это классификация, основа всего в науке. “Установление детальных механизмов химических реакций представляет собой одну из величайших задач химии” — утверждают авторитеты. Зная механизм, удается предугадать, как пойдет реакция с веществом, которое никто никогда не видел (разумеется, если известно его строение).

В органической химии число различных соединений перешагнуло за несколько миллионов, соответственно и миллионы реакций — настоящие джунгли. А механизмов – десятки. Но именно знание механизмов позволяет не только пройти через джунгли органической химии, но и использовать их богатство. И только изучив до тонкостей механизм реакций, можно влиять на ее ход, получать вещества с заданными характеристиками и предсказывать новые реакции.

А теперь представим, что, начиная с весны, кинокамера фиксирует жизнь яблони – час за часом, день за днем – до появления урожая. Киносъемка зафиксирует мгновения, когда набухают почки, когда на глазах раскрываются клейкие листья, когда вдруг образуются крошечные завязи, и, наконец, стоп-кадр – спелые крупные плоды.

На глазах спрессовано время: месяцы стали минутами.

Химическая реакция идет так же – в несколько этапов. И каждый дает свой промежуточный продукт, который становится исходным для последующей стадии реакции. Разница лишь в том, что эти стадии порой протекают слишком быстро. Их течение не подсмотришь кинообъективом.

Вмиг исчезают возникшие только что частицы, взамен появляются новые, но и они быстро пропадают, наконец, остановка – процесс закончился, в руках исследователей плоды химической реакции.

Так вот, то, неуловимо мелькавшее с начала реакции до ее остановки, и есть механизм [2].

(Учитель, используя схему из учебника Г.Е. Рудзитис, Химия 11, стр. 87 , объясняет ионный и радикальный механизм химической реакции).

Председатель. Теперь нам предстоит провести демонстрационные опыты по некоторым типам.

(Они могут быть занимательными, их подбор осуществляет сам учитель по своему усмотрению). После просмотра опыта учащиеся пишут на доске и в тетрадях уравнения химических реакций, дают им характеристику, а также, если есть необходимость, подбирают коэффициенты методом электронного баланса.

Пероксид зажигает кислоту

Оборудование: фарфоровая чашка, пероксид натрия, безводная уксусная кислота, пипетка.

В фарфоровую чашку помещают холмиком пероксид натрия, в центре холмика делают углубление. В глазную пипетку набирают безводную уксусную кислоту и капают ее на пероксид натрия. При каждой капле появляется вспышка:

4Na₂O₂ + CH₃COOH + = 2CO₂ + 6H₂O + 8CH₃COONa

Реакция сопровождается большим выделением теплоты.

Чёрная змея

Оборудование: эмалированная тарелка, промытый и прокаленный речной песок, твердый гидрокарбонат натрия, сахарная пудра, спирт.

В тарелке смешайте песок со спиртом, формуя их конической мензуркой. В центре конуса сделайте углубление, в котором поместите смесь из 10 г гидрокарбоната натрия и 65 г сахарной пудры. Подожгите спирт. Из сахарной массы “выползает” черная извивающаяся змея.

Огненная метель

Оборудование: раствор аммиака, оксид хрома(3), ложечка для сжигания вещества, горелка.

В бутыль налейте водный раствор аммиака, смочите ее стенки и закройте ее крышкой (пробкой). В ложечку для сжигания веществ поместите оксид хрома(3) и накалите над пламенем горелки, а затем внесите в бутыль с газообразным аммиаком и сбросьте его. Образуется целый сноп искр, которые кружатся внутри бутыли, как в метель, в темноте зрительный эффект повышается:

4NH₃ + 5O₂ 4NO + 6H₂O

2NO + O₂ = 2NO₂

Самовоспламеняющаяся жидкость

Оборудование: пипетка, цилиндр или демонстрационная пробирка, воронка с длинной стеклянной трубкой, глицерин, концентрированная серная кислота, перманганат калия.

В фарфоровой чашке поместите 0,5 г слегка растертых в ступке кристаллов перманганата калия, а затем из пипетки на них нанесите 3-4 капли глицерина. Через некоторое время глицерин воспламеняется:

14KМО₄ + 3С₃Н₅(ОН)₃ = 14МnO₂ + 9CO₂ + 5H₂O + 14KOH

Подведение итогов. Итак, человек встречается с химией на каждом шагу. Наша жизнь, здоровье, настроение тесно связаны с бесчисленными химическими веществами и процессами вокруг нас и в нас самих. Развитие человеческого общества сопровождается применением новых материалов и новых химических процессов во всех сферах деятельности человека. Это химия удобряет наши поля, убивает вредителей съедобных растений, помогает нам строить и украшать наш быт, создавая такие прекрасные заменители искусственных материалов, которые сразу и не отличишь от настоящих.

Химия дает в руки человеку огромные возможности и силы, но при этом требует грамотного, ответственного их использования, понимания сущности химических явлений.

Химические знания помогут вам сделать правильный выбор различных материалов. Надеемся, что урок пробудит интерес к более широкому и глубокому изучению замечательного школьного предмета – химии.

Литература

1. Курячая М. А. Химия созидающая, химия разрушающая. Издательство “Знание” 1990.
2. Степин Б.Д., Аликберова Л. Ю. Книга по химии для домашнего чтения. Москва “Химия” 1995.
3. Габриелян О. С., Лысова Г. Г. Химия.Москва. 2002.
4. Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии. Москва “Просвещение” 1995.