Урок по теме "Азот: безжизненный или рождающий (селитры). Проблема связывания азота"

Цели и задачи урока:

Образовательные:

• Раскрыть роль азота в природе.
• Раскрыть сущность названия элемента.
• Рассмотреть роль азота для жизни растений и в жизни человека.
• Изучить  «грозовой цикл».

Развивающие:

• Развивать химический язык.
• Развивать отличие понятий «элемент» и «простое вещество».
• Развивать понятие «степень окисления» и умение её определять .
• Развивать умение сравнивать и сопоставлять факты и делать выводы.
• Развивать воображение

Воспитывающие:

• В ходе урока вести экологическое воспитание
• Раскрыть значение работ учёных-химиков для дальнейшего развития науки и производства.
• Затронуть тему противопожарной безопасности.

Ход урока:

Сегодня на уроке мы поговорим об азоте. Об азоте – элементе и об азоте – веществе, газе.
1.Вспомним основные характеристики элемента азота:

• Символ
• Порядковый номер
• Ar
• Строение атома (на доске)
• Высшая степень окисления и примеры соединений
• Какие еще степени окисления характерны для азота? Составьте примеры соединений.

2.А теперь вспомним, что вы знаете о газе азоте:

• Формула
• Mr
• Физические свойства.

3.Поиграем в игру крестики-нолики. Выигрышный путь линия, соответствующая соединениям азота с высшей степенью окисления.

Таблица заранее заготовлена на ватмане.

Изучение нового материала:

А вы никогда не задумывались, почему название элемента «азот» начинается с буквы «А», а его символ – буква «N»? (возможно дети дадут верный ответ). И действительно латинское (а точнее греко-латинское) название азота – Nitrogenium. Первая буква этого слова и стала символом элемента. В переводе: нитро – от латинского – селитра, genos – от греческого – рождение, т.е. nitrogenium – рождающий селитры. (написать на одной половине доски). Но и слово азот можно разобрать по составу и перевести на русский язык.
azoe    а – греческая приставка, обозначающая отрицание,
zoe – по-гречески жизнь. Азот переводят как безжизненный  (на другой половине доски: азот – безжизненный.
Как же может быть такое: один и тот же элемент и безжизненный и рождающий селитры?
Сегодня на уроке нам предстоит рассмотреть этот вопрос и собрать аргументы «за» и «против» для каждого названия.
Доска разделена на две части:

 
Начнём с названия Азот. (Можно дать задание ученикам заранее подготовить сообщение об открытии азота).
Открыт был азот в конце 18 века, а точнее в 1772 году, Даниэлем Резерфордом, который, поместив в закрытый сосуд животное, обнаружил его через несколько дней погибшим.
Почему?
Исследовав смесь газов в сосуде, он установил, что один из них – углекислый, т.к. давал реакцию с известковой водой, а другой – неизвестный. Резерфорд назвал его « удушливым воздухом».
Название же «азот» дал газу Антуан Лоран Лавуазье.
Итак, это бесспорный факт поддержку «безжизненности» азота.
В эту же колонку можно отнести и то, что азот по своим свойствам очень неактивное, инертное вещество.
Как вы думаете, с чем это связано?
(В случае затруднения вспомните строение молекулы азота, сколько химических связей в молекуле азота?)
Поэтому при обычных условиях азот соединений не образует (кроме реакции с литием), очень много энергии надо на то, чтобы разорвать тройную связь между атомами.
Этот факт также говорит о безжизненности азота.
А давайте вообразим, что азот не инертный газ, а активное вещество, легко реагирующее с другими соединениями.
С каким веществом в первую очередь прореагирует азот в природе? (с кислородом)
Да, с кислородом. И при этом получатся ядовитые оксиды азота. А как же человек? Растения? Животные?  Чем будут дышать? Природа очень мудро поступила, сделав азот инертным и «растворив» в нём кислород.
А если бы в атмосфере не было азота, а был один кислород. Предположите, что могло бы быть на Земле тогда? (одна вспышка молнии и  - пожар). Соотношение 21% кислорода и 78% азота – оптимально. Если кислорода менее 16 %, то наступает удушье, а если больше нормы, то происходит отравление и отёк лёгких.

Теперь рассмотрим другое название элемента – Nitrogenium – рождающий селитры.
Начнем с главного факта:

1. азот входит в состав белков, причем в белках его большое количество – 16-17 %. Белки являются основным строительным материалом любого организма. В организме взрослого человека содержится до 1.8 кг азота.
2. элемент азот входит в состав молекулы ДНК, являющейся носителем наследственной информации (на доске написать: входит в состав белков, ДНК).
3. азот наряду с фосфором и калием относится к основным элементам, обеспечивающим рост и развитие растений. (на доске: рост растений).

И теперь мы подошли к тому, почему же азот «рождающий селитры».

Дать определение: Селитры – соли азотной кислоты  и щелочных и щелочноземельных металлов и аммиака. Привести примеры, составить вместе с учениками формулы натриевой, калийной, кальциевой селитр.

Мы с вами говорили о том, что азот инертен при обычных условиях. Но его можно заставить вступать в реакции с различными веществами, только для этого надо создать определённые условия. Какие? Да нужна высокая температура или электрический разряд. Где в природе можно наблюдать электрические разряды? Когда?  Запишем протекающую реакцию:

N₂+O₂=2NO

Какова степень окисления азота в этом соединении? Назовите соединение. Тут же происходит окисление оксида азота (II). Запишем реакцию:

2NO+ O₂=2NO₂

Определить степень окисления азота и назвать соединение. NO₂ – ядовитый газ, бурого цвета, который вступает в реакцию с водой и кислородом воздуха и образует азотную кислоту HNO₃:

4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃

Азотная кислота и выпадает вместе с осадками в почву, где и образует селитры. Т.о, свободный атмосферный азот превращается в нитрат-ион NO₃^-, т.е. переходит в связанное состояние и в таком виде может усваиваться растениями из почвы.
Данную последовательность превращений называют «Грозовой цикл».
А для чего нужны нитраты в почве и нужны ли они вообще? (да, нужны, растения обеспечивают себе рост и развитие за счёт нитратов).
А в чём отличие азота воздуха от азота, содержащегося в почве в виде нитратов?
( Азот воздуха – простое вещество, а азот в нитратах – элемент).
А какой азот усваивается растениями? (азот в виде ионов).
 Какое семейство растений способно усваивать азот из воздуха? (бобовые, вспомнить о клубеньках на корнях растений).
Как вы думаете, какой дождь, с точки зрения земледельца, полезней: грозовой или обычный? Почему? Тут же возникает другой вопрос: А много ли «связанного» азота выпадает с осадками на землю? Это подсчитано. Около 15 кг на 1 га в год. Если сюда прибавить работу бактерий-нитрификаторов, которые тоже усваивают атмосферный азот и в виде ионов и  накапливают его в почве, (приблизительно тоже 15 кг на 1 га в год), то получается не очень много.  Особенно, если учесть, что озимая пшеница при урожае 25 ц с га поглощает примерно 79 кг азота с га, то станет понятно, что азота в почве не хватает. Встаёт вопрос: А сможет ли Земля прокормить всё увеличивающееся население планеты? Это вопрос стал тревожить учёных давно. Как вы думаете, какие мероприятия предпринимаются по увеличению количества азота в почве? (вносят минеральные удобрения). Но ведь их надо ещё получить! Где целесообразнее всего взять азот для получения азотных удобрений? Да, из воздуха. Но мы помним, что азот воздуха неактивен, инертен. Перевести его в ту форму, которую бы смогли усваивать растения очень сложно. Но возможно. Учёные долго бились над проблемой, как связать азот и затратить при этом минимальное количество энергии и ресурсов. И наиболее выгодным, оказалось получить аммиак NH₃, соединив азот с водородом.

N₂+3H₂=2NH₃

Где взять азот для реакции? (из воздуха).
А водород получают в результате химических производственных реакций. Синтез аммиака – энергоёмкий процесс, и не один год понадобился учёным для его осуществления. Первым получил патент на его изобретение Ле Шателье в 1901 году. А в 1914 году немецкие учёные Габер и Бош создали промышленную установку по производству аммиака и разработали оптимальные условия производства. За это они получили Нобелевскую премию. И по сей день  95%  аммиака производят по методу Габера-Боша. И это тема нашего следующего урока.  Из аммиака путём химических превращений получают оксиды азота, азотную кислоту, а потом и соли нитраты.

NH₃→NO→NO₂→HNO₃.

Но мы с вами отвлеклись от темы. Вернёмся к названию Nitrogenium. Только что  мы рассмотрели, как происходит рождение селитр и других нитратов. И, конечно, этот факт в пользу названия Nitrogenium.
Так как же вы думаете, какое же название элемента отражает истинную сущность азота? Да, конечно, Nitrogenium.
А почему же мы называем седьмой элемент азотом? Ваши предположения? В 19 веке был сделан перевод слова, и получилось – селитротвор. Название не прижилось в силу неблагозвучности и название «азот»  закрепилось исторически. Оно является удобным, коротким, привычным. (Дети и сами могут сделать этот вывод).

Заключение. Сегодня на уроке мы составили логическую цепочку умозаключений, используя наши знания, всё наше воображение, и доказали, что элемент с порядковым номером 7  хоть и переводится как «безжизненный», на самом деле является одним из элементов, создающих, творящих жизнь на Земле!

Вопросы для повторения и закрепления:

1. Где в природе азот находится в виде простого вещества?
2. Какова его доля в атмосфере?
3. Какие вещества в организме человека содержат элемент азот?
4. Какова роль азота для растений?
5. С чем связана малая химическая активность азота?
6. Какую реакцию по связыванию азота используют в промышленности?
7. Как переводится Nitrogenium.

Задача:
Какой объём азота и водорода потребуется для получения 300 литров аммиака?