Разработка урока "Разрешите представиться, молекула серной кислоты".
методическая разработка по химии (10 класс) по теме

Министерство образования.

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

 «Павлово-Посадский промышленно-экономический техникум»

Московской области.

Тема:

«Разрешите представиться, молекула серной кислоты».

Методическая разработка

урока по дисциплине: «Общая химия».

Подготовила:

преподаватель химии

Дмитренко Е.М.

г. Павловский Посад,

2012 год.

Урок презентация:

       «Разрешите представить молекула серной кислоты».

Цель:

 1.Закрепить знания о молекулярном составе веществ (на примере  серной кислоты).

Задачи:

1.Разширить знания обучающихся о физических и химических свойствах серной кислоты, как одной из ярких представительницей неорганических соединений сложных веществ- кислот.

2.Способствовать заинтересованности обучающихся в изучении химии, как одному из важных компонентов необходимых в будущей профессии.

3.Развивать познавательную деятельность обучающихся, как неотъемлемую часть учебного процесса.  

4.Показать особенности физических свойств серной кислоты.

5.Углубить знания о химических свойствах концентрированной и разбавленной серной кислоты.

6.Подчеркнуть окислительные свойства концентрированной серной кислоты.

7.Разобрать способы получения серной кислоты.

8.Показать круг применения и значение серной кислоты.

9.Акцентировать внимание на значение изучаемой темы  в будущей профессии.

Студент должен знать и уметь:

1.Составлять молекулярную и структурную формулы, находить молярную массу.

2.Определять физические свойства.

3.Различать химические свойства концентрированной и разбавленной серной кислоты. Записывать уравнения реакций.

4.Описывать контактный способ получения серной кислоты.

5.Знать область применения серной кислоты.

Преподаватель: Мы живем в удивительном мире молекул! Когда восхищаемся окраской цветов, то    восхищаемся молекулами. Если наслаждаемся пищей и напитками,  получаем удовольствие от молекул. Когда мы чувствуем аромат, ощущаем молекулы. Наша одежда состоит из молекул, мы дышим молекулами. Да и сами построены из молекул. И сегодня мы познакомимся с одной очаровательной представительницей загадочного мира молекул. Итак, разрешите представить молекула серной кислоты!

Студент (специалист в области физической химии): Возможность практического использования того или иного вещества целиком определяется его свойствами. При решении этого вопроса учитывают и экономическую целесообразность его применения. Поэтому прежде, чем найти применение веществу, сначала подробно изучают его физические и химические свойства. После этого становятся ясны границы использования вещества.

Неразбавленная серная кислота представляет собой ковалентное соединение. Её молекулы имеют тетраэдрическое строение. Серная кислота - бесцветная едкая тяжелая маслообразная жидкость без запаха, плотность 1,84г/см3, смешивается с водой в любых соотношениях. Концентрированная серная кислота очень бурно реагирует с водой. По этой причине следует всегда разбавлять серную кислоту, наливая её в воду, а не наоборот. Эта кислота гигроскопична, то есть способна поглощать влагу из воздуха. Поэтому её используют для осушения газов, не реагирующих с нею, пропуская их через серную кислоту. Безводная серная кислота растворяет до 70% оксида серы. При обычной температуре она не летуча и не имеет запаха. Температура кипения и температура замерзания серной кислоты зависит от ее состава, т.е. от количества воды. С водой она образует три соединения, которые называются кристаллогидратами. Их можно выделить при охлаждении кислоты соответствующей концентрации. Кристаллогидраты выпадают в виде прозрачных кристалликов, похожих на лед. Стопроцентная кислота замерзает около +10 о C. Поэтому перевозить такую кислоту зимой нельзя - она переходит в твёрдое состояние. Нельзя её перевозить даже осенью или весной. От небольших количеств воды её температура плавления резко снижается. Серная кислота, содержащая всего 6.4% чистой воды, замерзает уже при -37.9oC. Такую кислоту можно перевозить в любое время года. При дальнейшем увеличении содержания воды до 15% серная кислота начинает замерзать около +8oC. Если же содержание воды увеличить до 25%, то кислота опять начинает замерзать при низкой температуре -41.0o. Таким образом, башенная кислота, содержащая 75% чистой серной кислоты, не боится самых сильных морозов, и её можно перевозить даже в самые холодные районы страны.

Преподаватель: Физические свойства молекулы серной кислоты очень интересны  и химические свойства будут разнообразными и неординарными.

Студент  (специалист по вопросам изучения химических свойств серной кислоты): Молекула серной кислоты состоит из 2х атомов водорода, 1 атома серы и 4х атомов кислорода.

Концентрированная серная кислота обугливает органические вещества — сахар, бумагу, дерево, волокна и т. д., отнимая от них элементы воды. При этом образуются гидраты серной кислоты. Поэтому кислота, которая идет в продажу, имеет бурый цвет от случайно попавших и обуглившихся в ней пыли и органических веществ. Серная кислота сильная двухосновная кислота. По первой ступени в растворах невысокой концентрации она диссоциирует практически нацело.Концентрированная серная кислота, особенно горячая, энергичный окислитель. Она окисляет НI и НВr до свободных галогенов, уголь до СО2 , серу до SО2, реагирует с фосфором. Взаимодействие серной кислоты с металлами протекает различно в зависимости от ее концентрации. Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода. Концентрированная  H2SO4 - сильный окислитель; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) может восстанавливаться до SO2, S или H2S (без нагревания не реагируют также Fe, Al, Cr - пассивируются). Разбавленная серная кислота реагирует с основными оксидами, с гидроксидами, с солями. Образование белого осадка BaSO4 (нерастворимого в кислотах) используется для идентификации серной кислоты и растворимых сульфатов.

 Действуя в качестве окислителя, серная кислота обычно восстанавливается до SO2. Однако наиболее сильными восстановителями она может быть восстановлена до S и даже H2S.

При рассказе на доске записываются необходимые уравнения реакции.

Серная кислота, будучи двухосновной, образует два ряда солей: средние, называемые сульфатами, и кислые, называемые гидросульфатами. Сульфаты образуются при полной нейтрализации кислоты щелочью (на один моль кислоты приходится два моля щелочи), а гидросульфаты — при недостатке щелочи (на один моль кислоты — один моль щелочи).

Преподаватель: Химические свойства молекулы серной кислоты действительно оказались специфическими. А теперь попробуем опытным путем доказать и показать некоторые свойства  этой необычайной молекулы.

 На демонстрационном столе: штатив с пробирками, химический стакан, сахарная пудра, вода, концентрированная и разбавленная серная кислота, раствор хлорида бария, цинк, перманганат калия, этиловый спирт.

Студент  (лаборант института коллоидной химии) демонстрирует опыты, другой (эксперт в области проведения химических реакций) объясняет суть опыта, а третий (вызывают из группы) записывает уравнения реакций.

Опыт №1.  В пробирку наливаем немного воды и медленно добавляем тонкой струйкой концентрированную серную кислоту. Происходит нагревание пробирки (практически до 90градусов). Это объясняется тем, что при растворении  серной кислоты в воде  выделяется огромное количество теплоты, вследствие гидратации ионов Н+ и НSО4-. Поэтому необходимо кислоту лить в воду, а не наоборот!

Опыт №2.  В пробирку насыпаем немного сахарной пудры и добавляем концентрированной серной кислоты. Через 1-2 минуты смесь потемнеет. Это объясняется тем, что концентрированная серная кислота хорошо поглощает влагу, она может отнимать воду от некоторых органических соединений, при этом происходит их обугливание.                    

Опыт №3. В пробирку кладем цинк и добавляем разбавленную серную кислоту. В результате реакции наблюдаем выделение водорода.

Опыт №4. В химический стакан наливаем 50мл. концентрированной серной кислоты и добавляем 70мл. этилового спирта. Появилась граница раздела 2-х жидкостей. Всыпаем аккуратно немного перманганата калия в стакан. Появляются вспышки на границе раздела жидкостей. Это происходит за счет выделения кислорода, он то и поджигает спирт в стакане.

Опыт №5. В пробирку наливаем немного хлорида бария и добавляем разбавленной серной кислоты. Наблюдаем появление белого осадка. Произошло образование нерастворимой соли сульфата бария. Эта реакция является качественной для обнаружения  сульфат ионов.                  

Преподаватель: Молекула серной кислоты удивительная молекула! Ее производство в мире превышает 100 млн.тонн в год. А каким способом получают молекулу серной кислоты?

Студент  (директор завода по производству серной кислоты): Наибольшее значение имеет контактный способ получения. По этому способу можно получить H2SO4 любой концентрации, а также олеум – раствор SO3 в H2SO4.

Процесс состоит из трех стадий:

1) получение SO2

2) окисление SO2 в SO3

3) получение H2SO4

SO2 получают обжигом пирита FeS2 в печах:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

Газ, выходящий из печи обжига, состоит из оксида серы(IV), кислорода, азота, соединений мышьяка и паров воды. Он называется обжиговым газом.

Обжиговый газ тщательно очищают, нагревают и направляют в контактный аппарат, внутри которого имеются решетчатые полки, заполненные катализатором. В качестве катализатора используют оксид ванадия (V2O5).

Реакция окисления SO2 в SO3 обратимая:

 2SO2 + O2=2SO3

SO3 поглощается концентрированной серной кислотой – образуется  олеум. Разбавляя олеум водой, можно получить кислоту нужной концентрации.

Преподаватель: Молекула серной кислоты настолько важна, что объем ее годового производства может служить мерой степени индустриализации государства и его активности на мировом рынке. Давайте рассмотрим сферы применения молекулы серной кислоты.

Студент (начальник отдела продаж завода по производству серной кислоты): Серную кислоту применяют:

-в производстве минеральных удобрений;

-как электролит в свинцовых аккумуляторах;

-для получения различных минеральных кислот и солей;

-в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;

-в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;

-в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513(эмульгатор);

-в промышленном органическом синтезе в реакциях:

-дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);

-гидратации (этанол из этилена);

-сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);

-алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.

Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄ — 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

Преподаватель: Молекула серной кислоты имеет действительно огромный спектр применения, а интересно окунуться в историю ее открытия.

Студент (историк): Серная кислота известна с древности. Первое упоминание о кислых газах, получаемых при прокаливании квасцов или железного купороса «зеленого камня», встречается в сочинениях, приписываемых арабскому алхимику Джабир ибн Хайяну.Позже, в IX веке персидский алхимик Ар-Рази, прокаливая смесь железного и медного купороса (FeSO4•7H2O и CuSO4•5H2O), также получил раствор серной кислоты. Этот способ усовершенствовал европейский алхимик Альберт Магнус, живший в XIII веке.В XV веке алхимики обнаружили, что серную кислоту можно получить, сжигая смесь серы и селитры, или из пирита — серного колчедана, более дешевого и распространенного сырья, чем сера. Таким способом получали серную кислоту на протяжении 300 лет, небольшими количествами в стеклянных ретортах. И только в середине 18 столетия, когда было установлено, что свинец не растворяется в серной кислоте, от стеклянной лабораторной посуды перешли к большим промышленным свинцовым камерам. А в России первый завод по производству серной кислоты из серы был построен в 1805 году немецким химиком, технологом и фармацевтом И.В.Вутингом (1783-1850).

Преподаватель: Итак, молекула серной кислоты действительно очень интересна, загадочна, многообразна и важна. А пригодятся ли знания о свойствах, получении и применении молекулы серной кислоты в вашей будущей профессии?

Студент (из группы): Наша профессия техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования. А это значит, что мы будем работать в различных отраслях нашей промышленности. Ведь в наш современный мир, мир автоматизации, компьютеризации и инновации без электричества не обойтись. И многие из нас будут обслуживать аппаратуру по производству различных молекул, а значит и молекул серной кислоты. И наши знания здесь очень пригодятся. Современный специалист должен быть компетентен во всех областях науки.

Преподаватель: Давайте подведем итог нашему знакомству с молекулой серной кислоты.

Каждый студент вначале презентации получил карточку-задание, которую в процессе урока должен был заполнить. Работы проверяются и оцениваются.

При разработке данного урока были использованы следующие материалы:

1. Учебная литература: М.Фримантл. Химия в действии., М: Мир, 1991г, 528 с.; П.Эткинс. Молекулы., М: Мир, 1991г, 216 с.; О.С.Габриелян. Химия., М:Дрофа, 2012 г.
2. Интернет-ресурсы: http://www.slideshare.net/zaharov/ss-16152349