Цель. Обобщить и систематизировать знания учащихся о воздухе как природной смеси газов, полученные на уроках химии, физики, биологии.
Задачи:
- познакомиться с историей формирования атмосферы, химическим составом воздуха;
- расширить знания о воздухе, его составных частях и их свойствах;
- убедиться во взаимном влиянии веществ атмосферного воздуха и живых организмов друг на друга;
- закрепить навыки проведения химического эксперимента, соблюдать правила техники безопасности; умения решать расчетные задачи с использованием понятий: массовая доля химического элемента, молярный объем газа, молярная масса воздуха;
- познакомиться с видами загрязнения атмосферы и мерами по ее охране.
Форма урока. Научно-практическая конференция
Оборудование. Мультимедийные слайды, приборы и реактивы.
На столе учителя: приборы для получения озона и кислорода, спектрограф; спектры излучения газов.
Реактивы: 30% раствор пероксида водорода, перманганата калия, иодида калия, крахмала.
На столах учащихся: прибор для получения и собирания газов, химический стакан, спиртовка, спички, лучина, древесный уголек.
Реактивы: кристаллический перманганат калия, раствор известковой воды.
План урока
1. Введение
Урок начинается вступительным словом учителя.
При слове «воздух» большинству из нас невольно приходит на ум, быть может, несколько наивное сопоставление: воздух – это то, чем дышат. Действительно, в этимологическом словаре русского языка указывается, что слово «воздух» заимствовано из церковно-славянского языка: «воздыхать». С точки зрения биологической, воздух, следовательно, является средой для поддержания жизни за счет кислорода. В составе воздуха могло бы и не быть кислорода – жизнь все равно развивалась бы в анаэробных формах. Но полное отсутствие воздуха, по-видимому, исключает, возможность существования каких бы то ни было организмов.
Для физиков воздух – прежде всего земная атмосфера и газовая оболочка, окружающая
землю.
А что же представляет сам воздух с точки зрения химии? (учащиеся дают ответ).
Много сил, труда и терпения потребовалось ученым, чтобы раскрыть эту загадку природы, что воздух – не самостоятельное вещество, как считалось еще более 200 лет тому назад, а представляет сложную смесь газов. Впервые высказался о сложном составе воздуха ученый – художник Леонардо да Винчи (XV век).
(Учитель называет тему, цель, задачи, план и форму проведения урока).
2. Воздух – природная смесь газов
(Эта часть урока проходит в форме конференции, сопровождается презентацией и демонстрационными опытами. Учащиеся внимательно слушают докладчиков, заполняют таблицу, на основе которых в конце урока и будет сформулирован общий вывод
по данной теме).
1. Атмосфера Земли, этапы формирования, строение и состав.
Атмосфера («атмос» - пар; «сфера» - шар).
Атмосферой принято считать ту область вокруг земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землей как единое целое. Масса этого воздушного океана внушает уважение – составляет около 3,15-5,15 · 1015т. От поверхности Земли более чем на 1,5 тысячи километров.
Первая атмосфера Земли состояла из водорода, который «ушел» в космическое пространство.
Вторая (известная как первичная) состояла из вулканических газов. В первичной атмосфере Земли кислород отсутствовал.
Было предложено три варианта состава первичной атмосферы:
- восстановительная: CH4, NH3 , H2O, H2;
- окислительная: CO2, CН4, NH3, H2O;
- нейтральная: CH4, N2, H2O.
Около 4 миллиардов лет назад атмосфера Земли состояла в основном из углекислого газа. Постепенно он растворялся в воде, реагировал с горными породами, образуя карбонаты и гидрокарбонаты кальция и магния. С появлением зеленых растений этот процесс стал протекать гораздо быстрее. К моменту появления человека углекислый газ, так необходимый растениям уже стал дефицитом. Его концентрация в воздухе до начала промышленной революции составляла всего 0,029%. В течение 1,5 млд лет содержание кислорода постепенно увеличивалось.
Химический состав воздуха
|
Вещества |
Объемный |
Весовой |
|
Азот |
78,08 |
75,51 |
|
Кислород |
20,95 |
23,15 |
|
Аргон |
0,93 |
1,28 |
|
Углекислый газ |
0,03 |
0,046 |
|
Неон |
1,25 ·10-3 |
1,25 ·10-3 |
|
Гелий |
5,2 ·10-4 |
0,72 ·10-4 |
|
Метан |
2,2 ·10-4 |
1,2 ·10-4 |
|
Криптон |
1 ·10-4 |
2,9 ·10-4 |
|
Оксид азота (IV) |
1 ·10-4 |
1,5 ·10-4 |
|
Водород |
5 ·10-5 |
0,3 ·10-5 |
|
Ксенон |
8 ·10-6 |
3,6 ·10-5 |
|
Озон |
1 ·10-6 |
3,6 ·10-5 |
Основным из составляющих воздуха для нас является кислород, его в воздухе 21% по объему. Разбавлен кислород большим количеством азота – 78% от объема воздуха и сравнительно маленьким объёмом благородных инертных газов – их около 1%. Входят в состав воздуха также переменные составляющие – оксид углерода (IV) или углекислый газ и водяной пар, количество которых зависит от различных причин. Например, углекислого газа много в воздухе городов, лишенных зелени, водяного пара – над поверхностью океанов и морей. В воздухе содержится небольшое количество оксида серы (IV) или сернистого газа, аммиака, метана, оксида азота (I) или закиси азота, водорода. Особенно насыщен ими воздух вблизи промышленных предприятий, газо-нефтяных месторождений или вулканов. В верхних слоях атмосферы существует еще один газ – озон. Летает в воздухе и разнообразная пыль, которую мы можем легко заметить, глядя сбоку на тонкий луч света, попадающий из-за шторы в затемненную комнату.
Учитель. Газы воздуха стали собирать под стеклянными колпаками, изучать их химические реакции с твердыми и жидкими веществами, исследовать, используя приборы, подаренные химии ее вечной спутницей – физикой. Особенно помог спектрограф, позволяющий снимать у газов их индивидуальные «отпечатки пальцев». Что же узнали ученые о свойствах отдельных газов, составляющих воздух? Каковы их особенности поведения?
(Учащиеся излагают материал в строго логической последовательности. Сначала дают характеристику элементу: особенности строения атома и его свойства, нахождение в природе и история открытия. Затем – вещества, их строение, физические и особые химические свойства, значение в природе и влияние на живые организмы).
Постоянные составляющие газы воздуха.
2. Кислород (приложение, стр. 2 – 3)
3. Азот (приложение, стр. 3 – 4)
4. Инертные газы (приложение, стр. 5 – 6)
(Демонстрационный опыт. Спектрограф. Спектры испускания газов).
Переменные составляющие газы воздуха
5. Оксид углерода (IV) (приложение, стр. 6 – 7)
6. Озон (приложение стр. 7 – 8)
(Демонстрационный опыт. «Получение озона и его распознавание»).
Уравнения:
3O2 → 2O3
O3 + 2KI + H2O = I2 + 2KOH + O2
3. Обобщение
(проходит в форме фронтальной беседы по результатам заполнения таблицы, выводы учащиеся записывают в тетрадь).
Таблица
|
Вещества |
Формула |
Свойства вещества |
Химическая |
Роль в природе |
|||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
цвет |
Ткип. |
p М |
Р |
||||
|
Кислород |
|
|
|
|
|
|
|
|
Азот |
|
|
|
|
|
|
|
|
Инертные газы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Углекисл. газ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Озон |
|
|
|
|
|
|
|
Вывод.
1. Воздух – природная смесь газообразных веществ, в которой каждое вещество имеет и сохраняет свои физические и химические свойства, поэтому воздух можно разделить.
2. Воздух – это бесцветный газообразный раствор, плотность – 1,293г/л, при температур -1900С он переходит в жидкое состояние. Жидкий воздух представляет голубоватую жидкость.
3. Живые организмы тесно связаны с веществами воздуха, которые оказывают определенное воздействие на них. И в то же время живые организмы влияют на него, так как выполняют определенные функции: окислительно-восстановительную – окисляют, например углеводы до углекислого газа и восстанавливают его до углеводов; газовую – поглощают и выделяют газы.
Таким образом, живые организмы создали в прошлом и поддерживают миллионы лет атмосферу нашей планеты. Она не только обеспечивает нормальный ход процессов жизнедеятельности многих организмов (на каждого человека приходится 1,5·106т воздуха), но и понижает интенсивность коротковолновой и особенно корпускулярной части солнечного излучения. Прохождение солнечных лучей через слой воздушной оболочки зависит не только от оптических свойств ее газовых составляющих и от количества взвешенных в воздухе частиц пыли, но и от размеров самих молекул газов. Свет, оказывается, может рассеиваться, отражаясь от таких малых частиц, как молекулы! Сильнее всего в воздухе рассеиваются видимые лучи с самой короткой длиной волны – голубые и синие. Так цвет неба получил, наконец, строго научное объяснение!
Ровный, чистый, сине – голубой цвет у нас над головой не просто случайная прихоть Природы: многочисленные молекулы воздуха сообщают нам тем самым о своем неизменном присутствии, о постоянном дозоре над созданной ими колыбелью жизни…
7. Виды загрязнения воздуха и меры по его защите (приложение стр. 8)
4. Практикум
(Вторая часть урока проходит в форме практикума. Учащиеся решают расчетные задачи, выполняют фронтальные лабораторные опыты).
Задача.
1. Для решения задач используется средняя масса воздуха. Определите молярную массу воздуха, если его плотность составляет 1, 293г/л.
Дано:
ρ = 1,293г/л
н. у.
Найти:
М (возд)
Решение:
М =V · ρ
Vm = 22,4 л/моль
М = 22,4л/моль · 1,293г/л = 29(г/моль)
Ответ.
М (возд) 29г/моль
2. Фронтальный лабораторный опыт. Получение и распознавание газов.
(Учащиеся получают кислород разложением перманганата калия и собирают вытеснением воздуха. Распознают кислород и углекислый газ)
3. Демонстрационный опыт. Получение кислорода разложением пероксида водорода в присутствии катализатора (KMnO4)
4. Задача (устно).
Даны два уравнения, лежащие в основе получения кислорода в лабораторных условиях.
Вопрос. Как, не производя математических расчетов по уравнению можно определить, в каком случае кислорода образуется больше?
10г х л
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2↑
х = 0,7л
10г х л
2H2O2 = 2H2 + O2
х = 3,29л
Ответ. По массовой доли кислорода в исходном веществе.
M(KMnO4) =158г/моль ω (О) = 0,4
M(H2O2) = 34 г/моль ω (О) = 0,94
Ответ. При разложении пероксида водорода кислорода выделится больше.
5. Задача.
Какой объём воздуха пойдет на полное окисление глюкозы количеством
3 моль? (у. н.)
3моль х л
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O
1моль 134,4л
х = 403,2л
Vвозд. = 403,2 : 0,21 = 1920(л)
4. Подведение итогов
(Учитель подводит итоги урока, благодарит учащихся за совместную работу, выставляет оценки).