Урок по теме: "Нитраты". 9-й класс

Разделы: Химия

Класс: 9

Цели урока:

  1. Дать понятие о нитратах.
  2. Рассмотреть их физические и химические свойства.
  3. Уметь записывать уравнения химических реакций в молекулярном, ионном, окислительно-восстановительном виде.
  4. Научить экспериментально определять нитрат-ион, соблюдая правила по технике безопасности.
  5. Познакомить учащихся с важнейшими представителями показать их значение в народном хозяйстве, быту и действие на организм человека.

Оборудование:

  • штатив с пробирками,
  • спиртовка,
  • спички,
  • пробиркодержатель,
  • пипетки,
  • ступка с пестиком,
  • предметное стекло,
  • стеклянная палочка,
  • коллекция азотных удобрений,
  • карточки с формулами веществ,
  • раздаточный материал для учащихся.

Реактивы: Cu, H2SO4 (к), кристаллические NaNO3, KNO3, Ca(NO3)2, NH4NO3, AgNO3, S, уголь, растворы H2SO4, HCl, Ba(NO3)2, Cu(NO3)2, KOH, NaCl, AgNO3 ; раствор дифениламина, картофельный сок, морковный сок.

Ход урока

I. Актуализация прежних знаний учащихся.

Обостренный интерес к этим солям возник во второй половине XX в., когда развитые страны стали переносить принципы промышленных технологий на сельское производство, не учитывая его экологических особенностей. Внесение неумеренных доз азотных удобрений на поля с целью резкого увеличения их продуктивности приводило к различным отрицательным последствиям, и прежде всего к накоплению излишнего количества этих солей в сельскохозяйственной продукции. Это вызывало отравление людей, ухудшало их здоровье, что повлекло стойкую неприязнь к ним.

Между тем эти соединения – одно из важнейших звеньев природного круговорота азота, без которого невозможно существование земной биоты. Ее основной строительный материал – белок, а он в обязательном порядке включает химически связанный азот. Поэтому они хорошо усваиваются растениями и под действием ферментов восстанавливаются до аммиака.

Скажите, о каких солях идет речь?

II. Усвоение новых знаний и способов действия.

Возможно ли образование кислых солей азотной кислоты?

Нет, ибо HNO3 одноосновная кислота и поэтому образует один ряд солей – средние или нитраты.

Нитраты натрия, калия, аммония и кальция называются селитрами. Это прекрасные удобрения.

Выступления учащихся с одновременным заполнением таблицы на доске: название – химический состав – цвет и внешний вид – действие на организм.

Натриевая селитра – мелкокристаллический порошок белого или слегка желтоватого цвета, растворима в воде, содержит до 16% азота. Дерево или бумага, пропитанные натриевой селитрой, легко воспламеняются. При попадании на кожу или слизистую оболочку глаз и носа вызывает раздражение.

Аммиачную селитру, содержит 15 – 16% азота, упаковывают в бумажные, битумированные или полиэтиленовые мешки. Из-за взрывоопасности селитру нельзя хранить вместе с нефтепродуктами, торфом, соломой, опилками, углем и другими органическими материалами. Аммиачная селитра раздражающе действует на слизистую оболочку носа и кожу.

Кальциевая селитра содержит 15, 5 -17% азота. Сильно гигроскопична, поэтому ее упаковывают в непромокаемые пятислойные бумажные мешки и хранят в закрытых помещениях. Это удобрение нельзя смешивать с суперфосфатом (дигидроортофосфат кальция Ca (H2PO4 )2 * H2O (двойной суперфосат), Ca (H2PO4 )2 * 2 H2O, CaSO4 * 2 H2O (простой суперфосфат).

На основе анализа состава и строения нитратов, а также таблицы растворимости, можно говорить о том, что все нитраты – кристаллические вещества с ионной кристаллической решеткой, все – хорошо растворимые в воде.

Общими свойствами для всех нитратов будет их хорошая диссоциация в водных растворах и реакции ионного обмена. К демонстрации опытов, иллюстрирующие общие свойства нитратов (взаимодействие нитрата бария с серной кислотой, нитрата меди (II) со щелочью, нитрата серебра с хлоридом натрия, нитрата меди (II) с железом (вспоминаем правило: каждый металл вытесняет из растворов солей все другие металлы, расположенные правее его в ряду напряжений. Это правило соблюдается при выполнении условий:

1. обе соли (и реагирующая, и образующаяся) д.б.растворимыми;

2. металлы не должны взаимодействовать с водой, поэтому металлы главных подгрупп I, II групп не вытесняют другие металлы из растворов солей), привлекаю учащихся.

Далее разъясняю особые свойства нитратов:

т1. ермическое разложение:

Даром времени не тратя,
Разберемся, как нитраты
В печке разлагаются.
Что же получается?
Щелочной металл – такой активный,
Он командным тоном говорит:
“Быть нитратом – это так противно,
Из нитрата превращусь в нитрит!”
А металлы из компании от магния до меди,
Цинк, железо и другие их соседи –
Осторожно и спокойно, без обид,
Из нитрата извлекают свой оксид.
Выбрали вполне достойный путь…
Ну, а что же серебро и ртуть?
Вот металлы, что себя считают благородными,
И желают стать совсем-совсем… свободными.

2. качественная реакция на нитраты: если к соли или ее раствору добавить медь и конц. серную кислоту и смесь подогреть, то выделяется бурый NO2

NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3

4 HNO3 + Cu = Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O

Твердые нитраты можно распознать также по образованию вспышки, если бросить на раскаленный уголек щепотку кристалликов соли. Этот эффект является следствием общего свойства нитратов разлагаться при нагревании с выделением кислорода.

Сообщения учащихся. Первый учащийся рассказывает о том, что нитраты – прекрасные азотные удобрения. Во втором сообщении раскрывается вред нитратов для окружающей среды.

Нитраты – прекрасные азотные удобрения. Они необходимы для нормального питания растений. Основатель отечественной агрохимии Д.Н. Прянишников писал, что главным условием, определяющим среднюю высоту урожая в разные эпохи, была степень обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом. При недостатке азота в почве у растений наступает азотное голодание. Оно характеризуется изменением зеленой окраски листьев, так как задерживается образование хлорофилла. Листья приобретают бледно-зеленую окраску. Другой признак азотного голодания растений – это сильная задержка роста из-за ограниченного образования белков, необходимых для формирования молодых клеток. Азотные удобрения вносят под все культуры, они увеличивают урожай.

В следующем сообщении раскрывается вред нитратов для окружающей среды.

Из всех минеральных удобрений нитраты особенно сильно загрязняют окружающую среду, так как отличаются более высокой подвижностью в почве, чем калийные и фосфорные удобрения, и лучшей растворимостью. Для предотвращения загрязнения окружающей среды удобрениями необходимо соблюдать основные правила их использования, хранения и транспортировки. Рациональное применение удобрений – показатель высокой культуры земледелия, грамотного ведения этой отрасли сельского хозяйства. Важно соблюдать нормы и сроки внесения удобрений, вносить их не сразу, а в несколько приемов. Не рекомендуется вносить удобрения поздней осенью или ранней весной, когда почва покрыта коркой льда или подморожена, так как талые воды смывают до половины удобрений. Сроки внесения азотных удобрений должны быть приближены к периоду их максимального использования растениями. Кроме того, нельзя запахивать удобрения в почву.

При избытке нитратов в почве они полностью не перерабатываются, накапливаются в растительной продукции и попадают в организмы животных и человека. В желудочно-кишечном тракте нитраты превращаются в соли азотистой кислоты – нитриты, которые отравляют организм. Признаки отравления организма – слабость, головокружение, тошнота, расстройство желудка и т.д. Снижается работоспособность человека, возможна потеря сознания. В крови увеличивается содержание молочной кислоты, холестерина, лейкоцитов, снижается количество белков. Нитриты могут вступать во взаимодействие с гемоглобином, образуя метгемоглобин, в котором железо окислено до Fe(III). Это вещество, угнетающее дыхательный центр, так как не способно переносить кислород. Многие растения способны накапливать большое количество нитратов, например капуста, кабачки, петрушка, укроп, свекла столовая, тыква и др. Такие растения называют нитратонакопителями.

Итак, что бы сказал врач по нашей теме урока? Избыток в почве нитратов ухудшает качество выращиваемых овощей, фруктов, зерновых культур и др. Последствия употребления некачественных продуктов могут быть такие:

  1. развиваются раковые заболевания;
  2. появляется заболевание, при котором кровь не способна удерживать кислород, - метгемоглобинемия (кислородное голодание);
  3. нарушается деятельность щитовидной железы и др.

Корневые системы всех без исключения растений хорошо усваивают нитраты. В растении происходит восстановление нитратов до аммиака:

Нитрат нитрит гипонитрит гидроксиламин аммиак

Образовавшийся аммиак реагирует с некоторыми органическими кислотами (пировиноградная, щавелево-уксусная и др.) и в результате образуются аминокислоты – строительный материал для белков.

Если в почве избыток нитратов, то они не успевают полностью превратиться в аминокислоты. Нитраты по корню поднимаются и могут осесть в любой части растения. Они превращаются в нитриты и отравляют организм.

Монооксид азота, или оксид азота (II) N0 — газ без цвета, запаха, мало растворим в воде и с ней не взаимодействует; является несолеобразующим оксидом. В ОВ процессах монооксид азота проявляет двойственные свойства: может быть и окислителем и восстановителем, так как атом азота в нем имеет промежуточную степень окисления +2.

Монооксид азота — токсичное вещество, потому что он реагирует с ионом железа (+2) гемоглобина и окисляет его в катион железа (+3). При этом образуется прочное комплексное соединение нитрозогемоглобин, в котором оксид азота (II) является лигандом.

Нитрозогемоглобин, содержащий ион Fe3+, не способен переносить молекулярный кислород от легких к тканям, вследствие этого наступает кислородное голодание тканей. Таким образом, монооксид азота, как и угарный газ, является кровяным ядом .

Тем не менее в конце 80-х гг. XX века ученые установили, что монооксид азота синтезируется в организме человека и положительно влияет на деятельность клеток.

Хотя время жизни монооксида азота в клетках составляет доли секунды, его биороль в организме велика: он регулирует работу сердца, кровяное давление за счет расслабления мышц кровеносных сосудов, способствует передаче нервных импульсов, эффективной работе иммунной системы. Как полагают ученые, оксид азота (II) играет большую роль в обучении и запоминании.

Кроме монооксида азота токсичны и другие соединения азота, в частности нитраты и нитриты.

При попадании в организм нитратов также возникает острое кислородное голодание тканей из-за уменьшения содержания гемоглобина в крови. Это происходит потому, что нитраты (соли азотной кислоты) в организме восстанавливаются до нитритов по реакции:

NO3- + 2Н+ + 2e—> NO2- + Н2О
нитрат-ион нитрит-ион

Получающиеся нитриты проявляют сильные окислительные свойства и окисляют катионы железа Fe2+ гемоглобина в катион железа Fe3+. При этом образуется метгемоглобин, а нитриты восстанавливаются до монооксида азота по уравнению:

Монооксид азота может взаимодействовать с гемоглобином, образуя нитрозогемоглобин. Метгемоглобин (гемиглобин), как и нитрозогемоглобин, не обладает способностью переносить кислород в организме, поэтому его появление в крови уменьшает ее кислородную емкость и опасно для жизни.

Реакция окисления гемоглобина нитритами протекает по свободнорадикальному механизму и способствует появлению в организме активных (токсичных) форм кислорода.

Итак, нитраты и нитриты, попадая в кровь, вызывают:

  1. метгемоглобинемию;
  2. острое кислородное голодание тканей;
  3. усиление свободнорадикального окисления в организме.

Метгемоглобинемия — присутствие в крови метгемоглобина — продукта окисления гемоглобина некоторыми промышленными ядами. К ядам относятся нитраты, нитриты, арсин, бертолетова соль, анилин и др., а также лекарства — сульфаниламидные препараты, хинин, фенацетин и другие при особой чувствительности к ним организма человека. Очень редко наблюдаются врожденные формы метгемоглобинемии, связанные с аномалиями строения молекулы гемоглобина.

Человеку, отравившемуся монооксидом азота, нитратами, нитритами, надо обеспечить полный покой, вдыхание чистого кислорода, питье молока в больших количествах.

Наличие избытка нитратов в растениях можно установить различными методами. Выпускается индикаторная бумага “Индам-2”, с помощью которой можно мгновенно определить избыток нитратов в растительной продукции. Однако ее не всегда встретишь в продаже, да и школы сейчас плохо обеспечены материально. Можно использовать другую методику обнаружения нитратов.

Методика обнаружения нитратов в растительных объектах.

Реактивы и оборудование: раствор дифениламина в серной кислоте (0, 1 г дифениламина на 10 мл крепкой серной кислоты) в темной склянке, пипетка, ступка с пестиком, предметное стекло, стеклянная палочка, растительные объекты.

Кусочек растительного объекта растирают пестиком в ступке. Каплю полученного растительного сока помещают на предметное стекло и добавляют в него несколько капель раствора дифениламина. По изменению окраски судят о содержании нитратов: при отсутствии нитратов сок не изменяет цвет, при небольшом количестве нитратов появляется светло-голубая окраска, а при большом количестве нитратов – темно-синяя.

Представляю таблицу “ПДК нитратов в продукции растениеводства, мг NO3- на 1 кг”.

В разных странах приняты разные ПДК содержания нитратов в продукции растениеводства. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) считает допустимым содержание нитратов в диетических продуктах до 300 мг на 1 кг сырого вещества. Знакомлю учащихся с таблицей, которая отражает способность различных культур накапливать нитраты.

ПДК нитратов в продукции растениеводства, мг NO3 - на 1 кг

Томаты 60
Картофель 80
Морковь 300
Свекла столовая 1400
Лук (перо) 400
Огурцы (тепличные) 150
Капуста 300
Арбуз 45
Дыня 45

Для того, чтобы оценить, насколько реальна опасность отравления нитратами, предлагаю учащимся расчетную задачу №4 (см. в ЗУН).

Сегодня на уроке мы научимся определять содержание нитратов в картофеле, моркови. Предлагаю изучить схему содержания нитратов в различных плодах.

Обратите внимание на распределение нитратов в различных частях плодов. Сравните цифры на рисунке (Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3) с приведенными в таблице и сделайте практические выводы: при приготовлении пищи нужно производить обрезку тех частей плода, где сконцентрировано больше всего нитратов.

Практическая часть (проведение опытов).

Учитель. А сейчас поделим класс на две рабочие группы, и будем выполнять опыты. Каждая группа будет проводить определенный опыт. Напоминаю о технике безопасности, осторожном обращении с химической посудой. На лотках есть все необходимое для опыта.

Опыты №1. определение нитратов в картофельном соке.

№2. определение нитратов в морковном соке.

После выполнения работы один из группы расскажет о полученных результатах по плану на доске.

После практической части сделать запись в тетрадях о том, как можно уменьшить содержание нитратов в овощах в домашних условиях.

Опасными загрязнителями продуктов питания нитраты становятся тогда, когда на каждый кг веса человек потребляет 5 мг нитратов в сутки.

1. Нитраты более активно накапливаются растениями при недостатке света, поэтому выращивать культуры с высокой накопительной способностью нитратов нельзя в тенистых местах.

2. По способности накапливать нитраты можно разделить растения на 5 групп:

  1. больше 5 г на 1 кг продукции (все виды салатов, петрушка, редис);
  2. до 5 г на 1 кг (шпинат, редька, свекла, зеленый лук);
  3. до 4 г на 1 кг (белокочанная капуста, морковь, репчатый лук);
  4. до 3 г на 1 кг (лук-порей, ревень, укроп, тыква);
  5. менее 1 г на 1 кг (огурцы, арбузы, дыни, помидоры, баклажаны, картофель).

3. Как распределяются нитраты в овощах?

  1. У свеклы сконцентрированы в верхней части корнеплода – до 65%;
  2. в моркови в центральной части – 90%, наружной части – 10%;
  3. капуста – самая опасная часть – кочерыжка, и в толстых черешках листьев;
  4. у картофеля в мелких клубнях нитратов больше, чем в крупных, сосредоточены под кожурой (чистить – не экономя);
  5. мелкие огурцы содержат нитратов меньше, чем большие. Если огурец сорван утром – нитратов меньше.

4. Практический совет (как уменьшить количество нитратов):

  1. тщательно промывать овощи и фрукты – уменьшает на 10 %;
  2. механическая очистка – на 15-20 %
  3. варка овощей, особенно очищенных и нарезанных, - на 50%;
  4. зелень рекомендуют вымачивать перед употреблением в холодной воде 1-1, 5 часа – 20-30%;
  5. уменьшается содержание нитратов при квашении, солении, мариновании.

Для уменьшения содержания нитратов овощи лучше подкармливать органическими удобрениями.

III. Закрепление, формирование ЗУН.

  1. В технической кальциевой селитре содержится примесь карбоната кальция. Поясните, как можно очистить кальциевую селитру от этой примеси. Составьте соответствующие уравнения реакций.
  2. Соли азотной кислоты растворимы в воде, тем не менее предложите уравнение реакции HNO3 с солью, в результате которой образуется осадок. Напишите ионное уравнение реакции. (Растворимый SiO3-2 с азотной кислотой).
  3. На банке с аммиачной селитрой была надпись: “Осторожно! Взрывоопасное вещество!” Когда нитрат аммония становится опасным? (Если в кристаллический нитрат аммония попадают органические вещества (волокна целлюлозы от фильтровальной бумаги, гранулы парафина с крышки банки), это вещество способно саморазогреваться и взрываться с выделением теплоты и большого объема газов (азота и кислорода).
  4. В столовой свекле содержится в среднем 1200 мг нитрат-ионов на 1 кг. При очистке свеклы теряется 10% нитратов, а при варке – еще 40%. Будет ли превышена суточная норма потребления нитратов (325 мг), если ежедневно съедать по 200 г вареной свеклы?

Заканчиваю урок подведением итогов, оценкой работы учащихся, отмечаю наиболее содержательные выступления.

Литература.

  1. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. – М.: АСТ-ПРЕСС, 2002. – 559 с.
  2. Габриелян О.С. Настольная книга учителя химии. 9 класс. – М.: Блик и К0, 2001.–397с.
  3. Дорофеева Т.И. Эти двуликие нитраты. //Химия в школе. – 2002. - №5. – С. 43- 45.
  4. Михалева М.В., Мартыненко Б.В., Изилянова Э.М. Экспресс-анализ овощей на содержание нитратов. //Химия в школе. – 2003. - №1. – С. 54- 56.
  5. Пичугина Г.В. Химия и повседневная жизнь человека. – М.: Дрофа, 2004. – 253 с.