Интегрированный урок (химия + биология) по теме "Фосфор и его соединения. Его химические и биологические особенности"

Цели:

1) Обобщить и систематизировать знания учащихся о фосфоре и его соединениях, значении этих веществ в природе и в жизни человека;

2) Активизировать познавательную деятельность учащихся на всех этапах урока, способствовать развитию логического мышления, умению устанавливать взаимосвязь состава, строения и свойств изучаемых соединений;

3) Воспитывать умение работать в атмосфере творчества, любовь к предмету;

Тип урока: интегрированный урок (химия + биология)

Дидактические и материальные оснащения: интерактивная доска, ноутбук, мультимедейный проектор, компьютерная презентация по теме “Фосфор и его соединения”; реактивы: фосфат натрия, нитрат свинца, штатив с пробирками.

 

Содержание и ход урока

I. Организационный момент.

II. Формирование новых знаний, умений, навыков.

Фосфор – элемент жизни и мысли.
А.Е.Ферсман

История открытия

В поисках философского камня – вещества, превращающего все в золото, немецкий алхимик Хенниг Бранд в 1669 году упарил до твердого остатка почти тонну мочи из солдатских казарм. Сухой остаток он смешал с углем и прокалил. Ночью совершенно случайно Бранд заметил, что новое вещество в виде белой пыли светится в колбе. Так был получен белый фосфор Р₄:

4NaPO₄ + 10C = P₄ + 6Na₂O + 10CO

Свойством белого фосфора светится, Бранд немедленно воспользовался: он стал показывать новое вещество как диковинку, продавал ее на вес золота и разбогател, а потом дорого продал свой секрет.

Название элемент получил от греческих слов “фос” - свет и “форос” - несущий (светоносный).

Строение атома

+15Р))) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p^3
285

Фосфор в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева находится в третьем периоде, в пятой группе, в главной подгруппе.

Фосфор – химический элемент.

1. Химический знак – Р. 2. Аr (P) = 31 3. Валентность – переменная (III;V)

4. Нахождение в природе.

Фосфор встречается в природе только в виде соединений. Важнейшими его минералами являются фосфориты, апатиты. Фосфор входит в состав растительных и животных белков. Содержание фосфора в тканях мозга – 0,38%, в мышцах – 0,27%.

Фосфор – простое вещество

1.Химическая формула – Р. 2.Mr(Р) =31 3. М (Р) = 31г/моль

4. Физические свойства.

Фосфор образует несколько аллотропных модификаций:

1. Белый фосфор - Р₄ – бесцветное или желтое ядовитое вещество, нерастворимое в воде, растворяется в органических растворителях, легкоплавок, летуч, окисляется на воздухе, поэтому его хранят под слоем воды, светится в темноте.
2. Красный фосфор – порошок красно – бурого цвета, не ядовит, нерастворим в воде, в органических растворителях, нелетуч. Возгоняется при сильном нагревании и, охлаждаясь, превращается в белый фосфор.
3. Черный фосфор – похож на графит, не растворим в воде, обладает полупроводниковыми свойствами.
4. Химические свойства.

а) Фосфор – окислитель

1) Взаимодействие с металлами:

2P + 3Ca = Ca₃P₂ (фосфид кальция)

б) Фосфор – восстановитель

1) Горение

4Р + 5О₂ =2Р₂О₅

2) Взаимодействие с галогенами (при нагревании)

2Р + 5CI₂ = 2PCI₅ (при избытке галогена)

2Р + 3CI₂ = 2PCI₃ (при избытке фосфора)

3) Взаимодействие с серой

2P + 5S = P₂S₅

2P + 3S = P₂S₃

С водородом фосфор непосредственно не реагирует. Газообразный фосфин РН₃ получают косвенным путем, например:

Ca₃P₂ + 6H₂O = 3Ca(OH)₂ + 2PH₃

Фосфин – фосфористый водород, ядовитый газ с чесночным запахом, легко воспламеняется на воздухе. Поэтому огни на болотах и свежих могилах – это не выдумка. В теплые темные ночи на свежих могилах наблюдаются бледно – голубоватые огоньки – “горит” фосфин. Это является причиной редкого природного явления – “блуждающих огней”, породивших суеверные рассказы о душах умерших, вышедших из могил.

2РН₃ + 4О₂ = Р₂О₅ + 3Н₂О

Это вещество образуется при гниении отмерших растительных и животных организмов. Подобные огни наблюдал немецкий астроном Ф.В.Бессель, изучал киевский профессор Кнорре, австрийский исследователь Лист.

После открытия способности фосфора светиться его стали использовать в церковных культах. Фосфор добавляли в расплавленный, но уже слегка загустевший воск, формовали карандаши и делали ими надписи на стенах храмов. Фосфор, медленно окисляясь, светился в темноте. Фосфор также растворяли в сероуглероде СS₂ и полученным раствором смачивали фитили свечей, после испарения растворителя белый фосфор воспламенялся, а от него загорался фитиль, и происходило чудо – “самовоспламенение свечей”.

6. Получение

Белый фосфор получают восстановлением фосфата кальция с углем в присутствии SiO₂:

Ca₃(PO₄)₂ + 5C + 3SiO₂ = 2P + 5CO + 3CaSiO₃

7. Применение

• Белый фосфор используют при производстве термической фосфорной кислоты
• Красный фосфор – как фосфорное удобрение длительного действия
• Красный фосфор для изготовления полупроводниковых материалов
• Красный фосфор применяют в производстве спичек

Соединения фосфора. Оксид фосфора (V)

1.Р₂О₅ 2. Mr(P₂O₅) = 142 3. M (P₂O₅) = 142г/моль

4. Физические свойства.

Р₂О₅ – белый порошок, очень гигроскопичен, растворим в воде.

5. Химические свойства

а) Взаимодействие с водой

Р₂О₅ + 3Н₂О = 2Н₃РО₄

б) Взаимодействие с основными оксидами

Р₂О₅ + 3СаО = Са₃(РО₄)₂

в) Взаимодействие с основаниями

Р₂О₅ + 6NaOH = 2Na₃PO₄ + 3H₂O

6. Получение

Р₂О₅ - получают сжиганием красного фосфора

7. Применение

Р₂О₅ – применяют как осушающее или водопоглощающее средство.

Многие органические вещества обугливаются при воздействии Р₂О₅ . При попадании на кожу может вызвать сильные ожоги.

Ортофосфорная кислота.

1. Н₃РО₄ 2. Mr(H₃PO₄) = 98 3. М (Н₃РО₄) = 98г/моль

4. Физические свойства

Н₃РО₄ – нелетучее, твердое, бесцветное кристаллическое вещество, растворима в воде. При комнатной температуре 100% - ная фосфорная кислота может существовать как льдоподобное вещество (так называемая ледяная фосфорная кислота).

5. Химические свойства

а) Действие на индикаторы

б) Диссоциация

Н₃РО₄ ==== Н⁺ + Н₂РО^-₄

Н₂РО^-₄ ==== Н⁺ + НРО^-2₄

НРО^-2₄ ==== Н⁺ + РО^-3₄

в) Взаимодействие с основными оксидами

2Н₃РО₄ + 3Na₂O = 2Na₃PO₄ + 3H₂O

г) Взаимодействие с основаниями

Н₃РО₄ + 3КОН = К₃РО₄ + 3Н₂О

д) Взаимодействие с солями

2Н₃РО₄ + 3СaCI₂ = Ca₃(PO₄)₂ + 6HCI

e) Качественная реакция на фосфат ион.

Реактивом на РО^-3₄ являются ионы серебра Ag⁺

К₃РО₄ + 3AgNO₃ = Ag₃PO₄ + 3KNO₃

(желтый осадок)

Соли ортофосфорной кислоты

Соединения фосфора – обязательная составляющая растительных и животных организмов. В растениях фосфор накапливается в семенах и плодах; в организме человека и животных - в скелете, мышечной и нервной тканях.

Биологическое значение фосфора

1. Обеспечение нормального роста костной и зубной тканей, а также последующее поддержание их целостности в течение всей жизни человека.
2. Обеспечение постоянного состава нуклеиновых кислот (ДНК, РНК, молекул хранящие и передающие наследственную информацию, отвечающие за нормальное деление и рост клеток)

3. В составе ферментов Р принимает участие в жировом обмене, синтезе и распаде гликогена и крахмала

4. В составе фосфорной кислоты учувствует в мышлении, движении, дыхании, нормализует белковый и углеводный обмен

5. Обеспечивает энергией все процессы жизнедеятельности в составе АТФ

6. Вместе с белками и жирными кислотами фосфор образует высокоактивные соединения – например, лецитин, необходимый для формирования клеточных и мозговых оболочек.

Известно, что лецитин в огромных количествах расходуется организмом при нагрузках, не только физических, но и психоэмоциональных, поэтому без достаточного количества фосфора, необходимого для его синтеза, наши клетки останутся незащищёнными.

7. Соединения фосфора участвуют в поддержании кислотно-щелочного равновесия в организме, так как входят в состав крови и других жидкостей; благодаря фосфору, могут образовываться активные формы витаминов, так как он запускает необходимые для этого ферментные реакции.

8. В соединении с азотом, жирными кислотами и глицерином образует фосфолипиды, которые участвуют во всех физиологических процессах в организме.

9. Подкисляет мочу и снижает вероятность образования камней в почках.

Нахождение фосфора у человека

У взрослого человека около 86% фосфора находится в минеральной части костей и зубов. Оставшийся фосфор распределяется в мышцах, органах, жидкостях, скелетной ткани, но особенно много её в тканях нервных клеток и мозга. В среднем тело человека содержит около 1,5 кг фосфора, из которых 1,4 кг приходится на кости, 130г содержится в мышцах и 12г – в нервной ткани

Суточная потребность в фосфоре

Суточной нормой фосфора для взрослого человека считают 1600 мг, потребность у беременных - 3000 мг, а у кормящих матерей 3800 мг в сутки (у детей она выше, чем у взрослых).

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. Принятый с пищей фосфор попадает в кости уже через 4–6 ч.

Продукты, содержащие фосфор

• Бобовые (горох, фасоль)
• Кукуруза;
• Дрожжи;
• Сыр;
• Отруби;
• Молоко (цельное и сгущенное)
• Молочные продукты;
• Желток яйца;
• Рыба;
• Сухофрукты;
• Чеснок;
• Орехи;
• Семечки тыквы;
• Семечки подсолнечника;
• Мясо;
• Домашняя птица.

Как обеспечить правильное усвоение фосфора в организме?

Фосфор правильно работает в присутствии кальция и витамина D, но кальция при этом должно быть вдвое больше, чем фосфора. Важно не только абсолютное количество фосфора, но и соотношение его с кальцием (в оптимальном варианте кальция должно быть в полтора-два раза больше). При избытке фосфора может происходить выведение кальция из костей, при избытке кальция — развиваться мочекаменная болезнь.

Без фосфора не усваивается ниацин – витамин В3, необходимый для работы сердца и почек, обменных процессов, дыхания клеток и обеспечения их энергией, передачи нервных импульсов.

Потребность в фосфоре повышается при физических нагрузках и недостатке белка, чрезмерном употреблении сахара, приёме некоторых гормональных препаратов. Усвоению этого элемента способствуют витамины А, D и F, калий, а также железо, магний и кальций в сбалансированных количествах.

Недостаток фосфора

Даже при достаточном поступлении фосфора с продуктами питания может возникнуть дефицит этого элемента в организме. Это может быть вызвано нарушениями обмена веществ; избытком в организме соединений магния, алюминия, кальция; потреблением большого количества газированных напитков, типа Колы или Фанты; продолжительными или хроническими заболеваниями, в том числе почек и щитовидной железы; отравлениями, в том числе наркотическими и алкогольными. У маленьких детей недостаток фосфора может возникнуть при искусственном вскармливании – это чревато развитием рахита человек ощущает слабость и общее недомогание. При дисбалансе фосфора также могут проявляться всплески интеллектуальной активности, на смену которым приходит нервное истощение. Такие люди могут активно реагировать на окружающее, а затем впадать в апатию и депрессию. Кроме слабости и утомляемости, недостаток фосфора может выражаться снижением внимания и аппетита, болями в мышцах и костях, частыми инфекциями и простудами, нарушениями работы печени, серьёзными сбоями в обмене веществ, кровоизлияниями, патологическими изменениями в сердце, остеопорозом и резким снижением иммунитета.

Избыток фосфора

При избытке фосфора может возникнуть почечнокаменная болезнь, поражается печень и кишечник, развивается анемия и лейкопения – уменьшается содержание лейкоцитов; появляются кровоизлияния, возникают кровотечения, костная ткань теряет кальций, а фосфаты, наоборот, откладываются в костях. Потеря кальция приводит к быстрому развитию остеоопороза.

При отравлении фосфором нарушается работа всей пищеварительной системы, печени, почек, сердца, появляются геморрагии – мелкие кровоизлияния, в том числе и на сетчатке глаз.

Круговорот фосфора в природе

Растения извлекают фосфор из почвы, а животные получают его с растительной пищей. После отмирания растений и животных органические соединения, не усвоенные растениями, под действием фосфоробактерий превращаются в неорганические – фосфаты. Так осуществляется круговорот фосфора в природе. Этот круговорот нарушается при удалении соединений фосфора с урожаем сельскохозяйственных культур. Недостаток в почве фосфора практически не восполняется естественным путем. Поэтому необходимо вносить фосфорные удобрения.

III. Применение знаний, умений, навыков.

1. Игра на интерактивной доске слайд 35-41

2. а) Выполнение лабораторной работы №9.

Качественная реакция на фосфат - ион РО^-3₄

IV. Д/З s 29, упр. 1, 2, 3,4,5

Заполните таблицу:

Сравнительная характеристика аллотропных модификаций фосфора.