Тип урока: изучение новой темы (интегрированный урок).
Цели урока:
Обучающие:
- Изучить свойства и значение фосфора для развития человека и растений;
- Совершенствовать умения учащихся применять полученные знания для характеристики элемента по его положению в периодической системе.
Развивающие:
- Развивать умение учащихся формулировать гипотезу и проводить ее проверку, опираясь на знания химии;
Воспитательные:
- Способствовать формированию взглядов учащихся о познаваемости мира;
- Воспитывать бережное отношение к окружающей среде.
Методы и методические приемы:
- Фронтальный опрос;
- Эвристическая беседа;
- Составление отчета по результатам изучения темы;
- Демонстрация процесса горения фосфора в кислороде;
Работа со средствами наглядности: Периодической системой химических элементов Д.И.Менделеева, таблицей растворимости веществ, таблицей электроотрицательности элементов.
Оборудование и реактивы:
Лабораторный штатив с пробирками, ложечка для сжигания веществ, спиртовка, колба, стакан с водой, спички, коллекция апатитов; фосфор (красный).
Ход урока
I. Актуализация знаний (фронтальная беседа).
Элемент жизни и мысли - этим названием геохимик и минеролог, один из основоположников геохимии, академик Александр Евгеньевич Ферсман обозначил элемент фосфор, тем самым подчеркнув его совершенную необходимость для всего живого и для человеческого мозга, в частности.
Фосфор обнаружен буквально во всех органах зеленых растений: в стеблях, корнях, листьях, но больше всего его в плодах и семенах. Растения накапливают фосфор и снабжают им животных.
Вспомним все, что мы знаем об элементе фосфоре, исходя из его положения в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева.
Ученик:
Химический знак элемента - Р,
Ar (P)=31,
Порядковый номер - 15,
Фосфор находится в V группе, главной подгруппе, в III малом периоде.
Напишите схему строения атома фосфора, электронную и электронно-графическую формулы в невозбужденном и возбужденном состоянии.
Исходя из строения атома фосфора, сделайте вывод, какие степени окисления характерны для фосфора. Приведите примеры соединений фосфора, в которых он проявляет различные степени окисления.
Каков характер простого вещества фосфора? Сравните неметаллические свойства простого вещества фосфора с соседями по периоду и подгруппе.
Напишите формулы высшего оксида фосфора и соответствующего ему гидроксида, укажите их характер.
Напишите формулу летучего водородного соединения фосфора.
Итак, зная периодический закон, периодическую систему химических элементов, теорию строения атома, мы смогли дать характеристику химическому элементу и его важнейшим соединениям.
II. Изучение нового материала.
1. Фосфор в неживой природе.
Ученик: Фосфор - весьма распространенный элемент в природе, на его долю приходится 0,093% от общей массы земной коры (13 место среди всех элементов). В свободном виде фосфор не встречается в природе, так как химически активен в свободном состоянии. Он входит в состав апатитов и фосфоритов. В виде фосфидов железа, кобальта, никеля фосфор встречается в железных метеоритах.
2. Содержание фосфора в организме человека (сообщение учащегося).
Фосфор является одним из основных макроэлементов организма человека. Его соединения присутствуют в каждой клетке человеческого тела и обеспечивают нормальное протекание всех физиологических процессов жизнедеятельности. В организме животных фосфор сосредоточен главным образом в скелете, мышцах и нервной ткани.
Соединения фосфора совместно с витамином D и кальцием играют немаловажную роль в формировании скелета, накоплении мышечной массы. Основное депо фосфора - костная и мышечная ткани, где содержится до 85% всех запасов этого элемента. Тело человека содержит в среднем около 1,5 кг фосфора. Из этого количества 1,4 кг приходится на кости, около 130 г - на мышцы и 12 г - на нервы и мозг. В состав костей фосфор входит главным образом в виде фосфата кальция. Зубная эмаль - это тоже соединение фосфора, которое по составу и кристаллическому строению соответствует важнейшему минералу фосфора апатиту Са5(PO4)3(F, Cl).
Впервые фосфор в костях определил Ю. Ган в 1769 году, а через два года знаменитый шведский химик К. Шееле показал, что кости состоят главным образом из фосфата кальция, и предложил способ получения фосфора из золы, образующейся при сжигании костей.
О роли фосфора в процессе жизнедеятельности организма очень хорошо сказал известный биолог и биохимик Энгельгардт В. А.: "Без фосфора нет движения, ибо химизм мышечных сокращений - это целиком химия фосфорных соединений".
В среднем взрослый человек должен ежедневно получать с пищей 1000 - 1500 мг фосфора. Для лиц, которые заняты тяжелым физическим трудом, доза фосфора должна быть увеличена.
Фосфор содержится во многих продуктах питания. Основным источником фосфора являются мясные и молочные продукты. Особенно богат фосфором желток куриных яиц. Для нормального метаболизма фосфора в организме человека необходимо, чтобы с пищей поступало достаточное количество кальция и витамина D. Оптимальным соотношением содержания кальция и фосфора является 2:1. Избыточное содержание в пище магния, алюминия и железа препятствует усвоению фосфора.
У взрослого человека очень редко развивается фосфорный дефицит. Чаще всего причина этого явления кроется в длительном приеме антацидных (понижающих кислотность) лекарственных препаратов. Недостаток содержания фосфора в организме приводит к развитию общей слабости, болям в костях и мышцах, парадантозу, кариесу.
Также снижение уровня фосфора в организме может происходить в следствие:
- Диетического питания с низким содержанием белка;
- Повышенного поступления в организм магния, железа, алюминия, бария, кальция;
- Алкоголизма;
- Эндокринных заболеваний, нарушающих нормальную регуляцию фосфорного обмена;
- Употребления в больших количествах лимонадов;
- Хронического заболевания почек.
Переизбыток фосфора также вреден для организма человека, как и его недостаток. Он может наблюдаться при длительном питании с преобладанием мяса, рыбы и зерновых продуктов. Переизбыток содержания фосфора приводит к развитию уменьшения плотности костной ткани (остеопорозу), что является причиной возникновения переломов даже в результате небольшого физического воздействия.
Дневная норма фосфора для взрослого человека содержится в 130,0 г сыра, 12 яичных желтках, в 6 столовых ложках тыквенных семечек, 500,0 г мяса или рыбы, 400,0 г овсяных хлопьев. Дополнительный прием фосфора иногда необходим при развитии остеопороза, переломах, кариесе, парадантозе, а также людям, испытывающим значительные физические нагрузки. Прежде чем принимать препараты, содержащие фосфор, нужно обязательно получить консультацию у врача и сдать необходимые анализы.
По ходу сообщения ученики заполняют таблицу 1.
Таблица 1. Роль фосфора в организме человека
| Э | Нахождение в организме | Физиологическое действие | Суточная потребность | Источник | Последствия недостатка элемента | Последствия избытка элемента |
| Р |
3. Влияние фосфора на развитие растений.
Фосфор в растениях встречается в виде органических соединений, а также фосфатов кальция, калия, магния и натрия. Значение фосфора в жизнедеятельности растений очень разнообразно. Он входит в состав нуклеиновых кислот, витаминов, ферментов и других биологически активных соединений, играющих важную роль в превращении вещества и энергии.
Фосфор - необходимый элемент питания, без него растения гибнут. Фосфор ускоряет и улучшает цветение, способствует его обилию и продолжительности, ускоряет развитие корневой системы. При недостатке фосфора листья многих растений приобретают серо-зеленую или красноватую окраску, нижние листья желтеют и буреют, а затем отмирают. Развитие растений замедляется, их созревание затягивается, они имеют угнетенный вид. Крайне необходим фосфор молодым растениям. При избытке фосфора наблюдается уменьшение размеров растения, сморщивание нижних листьев, их пожелтение, отмирание и преждевременное отделение от стебля.
4. История открытия фосфора.
Ученик: Открытие фосфора приписывается гамбургскому алхимику Х. Бранду. В поисках "философского камня", Бранд занимался перегонкой сухого остатка мочи. В приемнике оказалось вещество, испускавшее голубой свет. Так совершенно случайно в 1669 году был открыт белый фосфор - вещество, дававшее свечение. Разочаровавшись в своей находке, он продал открытие другому алхимику, тот третьему. Конец "фосфорному бизнесу" положил английский химик Р.Бойль, который опубликовал методику получения фосфора. Наименование элемента происходит от греческого слова "фос" - свет, и "форос" - несущий. Название "фосфоры" приписывают всем веществам, светящимся в темноте после облучения, а само явление холодного свечения называют фосфоресценцией (демонстрируется рисунок - открытие фосфора Х. Брандом).
Дополнение учителя: Так был получен фосфор много десятилетий назад. Основной же способ получения его сегодня сводится к следующему: его восстанавливают из фосфата кальция углем в присутствии оксида кремния (IV). Уравнение этой реакции следующее - 2Са3(РО4)2 + 10С + 6SiO2 = Р4 + 10СО + 6СаSiО3. Особый интерес представляют физические свойства фосфора. Этот элемент является одним из самых богатых аллотропными модификациями. Вспомните, что же такое аллотропия?
Одно из аллотропных видоизменений фосфора - белый фосфор, формула которого Р4, решетка молекулярная. На столах перед вами образцы другой аллотропной модификации - красный фосфор, решетка атомная. Они существенно отличаются друг от друга.
5. Свойства фосфора.
Ученики под руководством учителя заполняют таблицу "Свойства аллотропных модификаций фосфора". К уравнениям химических реакций составляют электронный баланс.
Таблица 2. "Свойства аллотропных модификаций фосфора"
| Аллотропные модификации фосфора | |||
| белый | красный | черный | |
| Состав, строение | Р4, молекулярная кристаллическая решетка | Рn, атомная кристаллическая решетка | Рn, атомная кристаллическая решетка |
| Физические свойства | Белое вещество (из-за примесей
может иметь желтоватый оттенок) с температурой
плавления 44,1 °С. (По внешнему виду он очень
похож на очищенный воск или парафин, легко
режется ножом и деформируется от небольших
усилий). Ядовит (вызывает поражение костей, костного мозга, некроз челюстей). Летальная доза для взрослого мужчины составляет 0,05-0,1 г. |
Имеет оттенки от пурпурно-красного до
фиолетового. На воздухе не самовоспламеняется, вплоть до температуры 240-250 °С, но самовоспламеняется при трении или ударе. Нерастворим в воде, а также в бензоле. При температуре возгонки красный фосфор превращается в пар, при охлаждении которого образуется в основном белый фосфор. Ядовитость его в тысячи раз меньше, чем у белого. |
Чёрное вещество с металлическим
блеском, жирное на ощупь и похожее на графит, не
растворяется в воде и органических
растворителях. Горит только в атмосфере чистого
кислорода при 400 °С. Способен проводить электрический. |
| Химические свойства | 1) Взаимодействие с металлами: 3Са + 2Р = Са3Р2 3Mg + 2Р = Mg3Р2 |
||
| 2) горение в кислороде: 4Р + 5О2 = 2Р2О5 (демонстрация опыта) |
|||
| самовоспламеняется при 40oС | при 260oС | Горит только в атмосфере чистого кислорода при 400°С. | |
| 3) взаимодействие с водородом: 2Р + 3Н2 = 2РН3 |
|||
| 4) горит в атмосфере галогенов: 2Р + 3Сl2 = 2PCl3 2Р + 5Сl2 = 2РCl5 |
|||
| Применение (заполняют дома, используя дополнительные источники информации) | |||
Дополнительная информация.
Белый фосфор - сильный яд, ожоги от него долго не заживают. С белым фосфором связана много различных историй.
Много мрачных суеверий и легенд порождали "блуждающие огни". Народная фантазия испокон веков заселяла кладбища душами грешников. Между тем "блуждающие огни" обязаны своим происхождением естественным биохимическим и химическим процессам. Растительные и животные останки содержат фосфор. Попадая в почву, они, под влиянием влаги, тепла, микроорганизмов, разлагаются. В результате образуются газы метан и фосфин, способные гореть. Реакция сопровождается выделением тепла, под влиянием которого воспламеняется фосфин и поджигает метан. Итак, таинственное явление вполне объяснимо.
III. Подведение итогов урока.
Формулирование выводов о химической активности фосфора и его значении для живых организмов
Занимательный вопрос.
А. К. Дойл. "Собака Баскервилей". " Стоя рядом с Холмсом, я мельком взглянул на его лицо - бледное, взволнованное, с горящими при лунном свете глазами. И вдруг оно преобразилось: взгляд его стал сосредоточен и суров. В ту же секунду Лейстред вскрикнул от ужаса и упал ничком на землю. Да! Это была собака, огромная, чёрная как смоль. Но такой собаки ещё никто из нас не видывал. Из её отверстой пасти вырывалось пламя, глаза метали искры, по морде и загривку переливался мерцающий огонь. Ни в чьём мозгу не могло бы возникнуть видение более страшное, более омерзительное, чем это адское существо, выскочившее на нас из тумана.
:Чудовище, лежавшее перед нами, поистине могло кого угодно напугать своими размерами и мощью. Его огромная пасть всё ещё светилась голубоватым пламенем, глубоко сидящие дикие глаза были обведены огненными кругами. Я дотронулся до этой светящейся головы и, отняв руку, увидел, что мои пальцы тоже засветились в темноте.
- Фосфор, - сказал я.
- Да, какой-то особый препарат, - подтвердил Холмс.
Вопрос: В чём состоит "химическая" ошибка автора?
IV. Домашнее задание:
Параграф 19.9; упр. № 15, 16, 23, 24 (по учебнику химия-9, авторов: Л. С. Гузей, В. В. Сорокина, Р. П. Суровцевой)