Конспект урока по химии "Угольная кислота и ее соли" (9 класс)

Тема урока: Угольная кислота и ее соли

Тип урока: изучение и первичное закрепление новых знаний.

Цель: приобретение знаний о свойствах угольной кислоты, ее солей и их применении.

Задачи:

Образовательная:

• изучить свойства угольной кислоты и ее солей, их взаимопревращениях, роль в круговороте веществ и формировании облика планеты, изучить взаимосвязь строения, свойств и применения веществ, закрепление знаний о средних и кислых солях на примере карбонатов и гидрокарбонатов;
•  изучить качественную реакцию на карбонат-ион;

• познакомиться с практическим применением карбонатов и гидрокарбонатов.

Развивающая: 

• развитие познавательной активности и самостоятельности учащихся;
• формирование исследовательских навыков.

Воспитательная: 

• формирование экологической грамотности учащихся.

Применяемые технологии: технология развития критического мышления, технология проблемного обучения.

Методы обучения:

• проблемный
• исследовательский.

Формы работы: фронтальная, индивидуальная, групповая.

Оборудование: 

• наборы реактивов для проведения опытов,
• образцы минералов, скелеты морских звёзд, раковин, кораллов.

Эпиграф к уроку: «…У школьного мела, у стен дворца и у стен пирамиды один источник, одна основа….»

Организационная структура урока

1. Организационный момент.

У. Сегодня мы продолжим изучение соединений углерода.

2. Стадия «вызов» (мотивация, актуализация знаний, целеполагание).

У. 1. Какие соединения образует углерод?

Учащиеся составляют кластер: «Соединения углерода»

У. 2.Как называется ряд, составленный из следующих формул веществ?

                          C → CO  →   CO₂→H₂CO₃→CaCO₃ 

(Ответ учащихся: генетический ряд углерода)

У доски учащийся выполняет индивидуальное задание: записывает уравнения реакций 1-3 переходов.

У. 3.Какие соединения углерода мы уже изучили?  

(Ответ уч-ся: оксиды углерода)

У. 4. А какие соединения предстоит изучить?            

(Ответ уч-ся: угольную кислоту и ее соли)

У. Открывая бутылку лимонада, «Пепси-колы» или любого другого газированного напитка мы сталкиваемся с нашей незнакомкой. Это она, угольная кислота. Как часто предательски вырывается она из бутылки, разбрызгиваясь вокруг. Это происходит от того, что молекулы ее крайне неустойчивы, а в бутылке она находится под большим давлением, когда мы открываем крышку, она сразу разлагается:

H₂CO₃  =  H₂O + CO₂

Угольная кислота - это тот редкий случай вещества, формулу которого принято считать условной, т.е. такой молекулы не существует, однако возможно рассматривать не только свойства ее соединений, но и собственные свойства этой кислоты.

Это самая распространенная кислота. Она очень слабая и присутствует в любой природной воде. Угольная кислота медленно растворяет памятники старины и искусства, так как переводит нерастворимый карбонат кальция в растворимый в воде гидрокарбонат кальция. Угольная кислота активизирует процессы коррозии.

Постановка и решение проблемного вопроса (в форме тестового задания), как способ перехода к теме урока:

Что вы будете наблюдать при длительном пропускании углекислого газа через дистиллированную воду, подкрашенную фиолетовым лакмусом?

1.   образование белого осадка;

2.   появление синей окраски раствора;

3.   видимых изменений не происходит;

4.   появление красноватой окраски раствора. 

Учащиеся предлагают варианты ответов и выбирают правильный.

Вопросы учащимся:

1. Как изменяется окраска лакмуса?  (показать опыт: газированная вода + лакмус)  

2. Почему?

3. Какой вывод о силе угольной кислоты можно сделать?

(Если учащиеся затрудняются с выводом о силе кислоты, то можно для сравнения представить им окраску лакмуса в растворе соляной кислоты).

Опыт: HCl + лакмус.

Вывод: угольная кислота является слабой, что подтверждает розовая окраска лакмуса, а не красная, как в растворах сильных кислот.

Учащиеся объясняют наблюдаемые явления, определяют тему урока: «Угольная кислота и ее соли». 

У. Сегодня на уроке мы должны рассмотреть получение и свойства угольной кислоты; сформировать представление о свойствах солей угольной кислоты; разобрать взаимные переходы карбонатов и гидрокарбонатов; познакомиться с качественной реакцией на карбонат-ион; рассмотреть круговорот углерода в природе.

Характеристика угольной кислоты составляется в ходе беседы с классом.

У. Охарактеризуйте угольную кислоту по известным классификационным признакам.

(кислородосодержащая

 двухосновная

 слабая

 нестабильная)

Т.к. кислота нестабильная в ионных уравнениях записываем:

Н₂СО₃  ↔ Н₂О + СО₂ Запомни!

В ходе дальнейшей работы на уроке вам предстоит изучить:

- состав солей угольной кислоты, их названия, свойства;

-качественную реакцию на карбонаты;

- практическое значение карбонатов;

-нахождение карбонатов в природе, их происхождение.

Полученные знания и умения вам пригодятся в практической деятельности и повседневной жизни для:

- безопасного обращения с веществами и материалами;

- критической оценки информации о веществах, используемых в быту.

3. Стадия осмысления (получение новой информации)

У. (беседа) Т.к. кислота двухосновная, какие типы солей может образовывать?

(кислые и средние)

Как их называют? Какие ионы входят в их состав?

(карбонаты и гидрокарбонаты. Ион СО₃^2- и НСО₃^-)

                                                     Соли

Средние                                                                             Кислые

(карбонаты)                                                                      (гидрокарбонаты)

CaCO₃                                                                              Ca(HCO₃)₂

Дайте названия этим солям

(Карбонат кальция)                                                       (Гидрокарбонат кальция)

Что можно сказать о растворимости карбонатов? (работа с таблицей растворимости: растворимы только соли K⁺, Na⁺,   NH₄⁺)

А гидрокарбонатов?

(растворимы все)

Химические свойства солей угольной кислоты.

1. Взаимопревращения карбонатов и гидрокарбонатов

Особенностью солей угольной кислоты является их способность превращаться друг в друга. 

(в избытке кислоты карбонаты превращаются в гидрокарбонаты, а при нагревании - наоборот).

Учащиеся составляют уравнения реакций.

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂

Са(НСО₃)₂ = СаСО₃ + СО₂ + Н₂О

У. Химические реакции мы привыкли наблюдать в школьной лаборатории, в пробирках. Но такие же процессы происходят и в природе, вокруг нас. (рассказ об образовании карстовых пещер).

Мы переходим к следующему свойству солей угольной кислоты:

2. Взаимодействию их с кислотами:

У. Известно ли вам, что для устранения изжоги в желудке можно использовать 3%-ный раствор пищевой соды или таблетки гидрокарбоната натрия? Чтобы объяснить, на чем основано применение этих веществ, проделаем следующий лабораторный опыт:

(выполнение учащимися лабораторного опыта по инструкции)

1.В пробирку № 1 налейте 2-3мл раствора Na₂CO_3,

в пробирку № 2 – 2-3 мл  NaHCO₃.

2.Добавьте по каплям HCl.

3.Что наблюдаете?

4. Составьте уравнения реакций молекулярном и ионном виде.

5.Сделайте выводы из наблюдений. Подумайте, почему для устранения изжоги используют гидрокарбонат натрия? (подсказка: вспомните, какая среда в желудке).

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂ + H₂O

2Na⁺ + CO₃^2- + 2H⁺ + 2Cl^- = 2Na⁺ + 2Cl^- + CO₂ + H₂O

2H⁺ + CO₃^2- = CO₂ + H₂O

NaHCO₃ + HCl = NaCl + CO₂ + H₂O

Na⁺ + HCO₃^- + H⁺ + Cl^- = Na⁺ + Cl^- + CO₂ + H₂O

H⁺ + HCO₃^- =  CO₂ + H₂O

Соли угольной кислоты, карбонаты и гидрокарбонаты в воде подвергаются гидролизу, обладают щелочной реакцией среды, поэтому могут быть использованы для нейтрализации кислотной среды.

Соли угольной кислоты реагируют с кислотами. Будучи одной из самых слабых кислот она легко вытесняется из солей более сильными кислотами: соляной, серной и др.

Как на практике можно использовать эту реакцию?

(Таким образом можно распознать соли угольной кислоты среди других солей. Это качественная реакция на карбонаты и гидрокарбонаты).

У. На ваших столах находятся образцы мела. Здесь вы видите также ракушки, скелеты морских звёзд, кораллов, образцы мрамора, известняка. 

Что общего между этими горными породами, минералами и объектами живой природы? Чтобы ответить на эти вопросы предлагаю вам выполнить лабораторный опыт:

1.К образцам мела, мрамора, известняка (1 вариант); ракушек, морских звёзд и кораллов (2 вариант) добавьте по каплям HCl.

2. Что наблюдаете?

3.  Как вы думаете, какое вещество входит в их состав?

(учащиеся высказывают предположение: карбонаты)

4. Запишите уравнение реакции.

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Действительно, основной компонент этих объектов живой и неживой природы- карбонат кальция. Не случайно в своей поэме о минералах Н.М. Федоровский написал:

По формуле, как не смотри,

Они не рознятся никак:

Все те же кальций це о три,

Как мрамор, так и известняк.      

Вам никогда не приходило задуматься о том, почему, желая дать какому-то произведению искусства оценку, говорят: «Это-жемчужина…». А далее уже называют вид искусства. Но почему жемчужина? А потому, что жемчуг всегда считался символом высочайшего проявления прекрасного. Так что же такое жемчуг? (рассказ)

В романе Г. Хаггарда «Клеопатра» читаем:  

«… она вынула из уха одну из 3-х огромных    жемчужин и опустила жемчужину в ….  Наступило молчание, потрясенные гости, замерев, наблюдали, как несравненная жемчужина медленно растворяется. Вот от нее не осталось и следа, и тогда Клеопатра подняла кубок, покрутила его, взбалтывая, и выпила все до последней капли».

Я думаю, сейчас вы сможете ответить на вопрос: «В чем же растворила жемчужину Клеопатра?»  (ответ уч-ся: в кислоте)  

В какой?   Ведь она потом выпила полученный раствор (ответ уч-ся: в уксусной).

(Учащиеся с помощью учителя записывают уравнение реакции).

СаСО₃ + 2СН₃СООН = (СН₃СОО)₂Са + Н₂О + СО₂

Учитель предлагает учащимся вернуться к эпиграфу и закончить это высказывание (СаСО₃).

Я думаю, вы уже поняли, что соли угольной кислоты широко распространены в природе и участвуют во многих химических процессах.

А теперь я предлагаю вам объединиться в пары и поработать с предложенными текстами, из которых вы узнаете о значении и применении карбонатов и гидрокарбонатов в повседневной и практической деятельности человека.

После работы с текстами вам предстоит назвать и записать в тетради области применения солей угольной кислоты.

Таблица. Практическое значение природных карбонатов

Формула	Химическое название	Техническое название	Области применения

Текст 1

 Карбонаты в виде известняков используют при строительстве. При обжиге известняка образуется оксид кальция, или негашёная известь:

СаСО₃ = СаО + СО₂.

При добавлении к оксиду кальция воды образуется гашёная известь:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂.

Гашёную известь используют при строительстве для побелки, штукатурки, при этом для прочности добавляют песок. Гидроксид кальция, реагируя с углекислым газом воздуха, превращается в карбонат кальция и постепенно твердеет.

Многие памятники скульптуры и архитектуры сделаны из известняка и мрамора. Вы, наверное, знаете, что за последние десятилетия они начали сильнее разрушаться, чем за всё предыдущее время. Это происходит под воздействием кислотных дождей. Кислоты получаются при взаимодействии в атмосфере оксидов азота и серы, образующихся при сжигании различных видов топлива, с водой. Под воздействием этих кислот из памятников культуры вымываются карбонаты:

СаСО₃ + H₂SО₄ = CaSО₄ + СО₂ + Н₂О.

В последнее время для их защиты используют покрытия из высокомолекулярных соединений — силиконов.

Текст 2

Вода в природе бывает мягкая и жёсткая. Жёсткой называют воду, содержащую различные соли. Различают временную и постоянную жёсткость.

Временная жёсткость обусловлена присутствием растворимых гидрокарбонатов кальция и магния — Са(НСО₃)₂ и Mg(HCО₃)₂. Данные соли разрушаются при кипячении, поэтому такую жёсткость и называют временной.

Постоянная жёсткость обусловлена присутствием других солей, например, сульфатов (CaSО₄) и хлоридов (СаС1₂).

 Использование в быту воды с повышенной жёсткостью приводит к дополнительным материальным и энергетическим затратам. Например, при кипячении такой воды на стенках посуды образуется постепенно толстый слой накипи, образованной нерастворимыми карбонатами кальция и магния:

Са(НСО₃)₂ = СаСО₃ + Н₂О + СО₂.

Чем больше слой накипи, тем дольше закипает чайник.

При стирке в жёсткой воде расходуется больше стиральных средств, в частности мыла. При этом часть мыла тратится на связывание ионов кальция и магния, в результате этого образуются нерастворимые соединения кальция и магния, которые выпадают в осадок.

В настоящее время для стирки используют синтетические моющие средства, эффективность которых мало зависит от жёсткости воды. Однако синтетические моющие средства медленно разрушаются в природной среде и вызывают загрязнение водоёмов.

Смягчить воду можно химическим путём. Для этого в жёсткую воду добавляют соду Na₂C0₃ или известковую воду Са(ОН)₂, при этом карбонат кальция выпадает в осадок. Временную жёсткость устраняют также кипячением.

 Как влияет жёсткая вода на организм человека? Хотя ионы кальция и магния играют важную роль в водно-солевом балансе организма, их избыток может привести к нарушению обмена веществ и развитию заболеваний, например, почечно-каменной болезни.

Наши прабабушки старались умывать лицо, мыть волосы талой или дождевой водой, которая содержит очень малое количество солей. Такая вода не сушит кожу, и волосы после мытья мягкие и блестящие. Обратите внимание, что в составе кремов присутствует умягчённая вода, а шампуни, пены для ванн обязательно содержат смягчители воды.

Овощи, мясо, сваренные в мягкой воде, гораздо вкуснее и сочнее. Жёсткую воду не рекомендуют использовать для приготовления пищи, так как она снижает вкусовые качества блюд.

Текст 3

Карбонаты применяют в производстве стекла. Сырьём для получения обычного стекла служат чистый кварцевый песок, сода и известняк. Эти вещества тщательно перемешивают и подвергают сильному нагреванию (до 1500 °С). При этом протекают реакции:

Na₂CО₃ + SiО₂ = Na₂SiО₃ + CО₂↑;

CaCО₃ + SiО₂ = CaSiО₃ + CО₂↑.

Расплавленное стекло охлаждается постепенно, и ему можно придать различную форму.

Известняк и глина, содержащая оксид кремния, служат основным сырьём для производства цемента. Эти вещества тщательно перемешивают и обжигают смесь в наклонных цилиндрических печах, длина которых достигает 200 м, а диаметр составляет около 5 м. В процессе обжига печь медленно вращается, исходные материалы постепенно движутся, при этом между глиной и известняком происходят сложные реакции. Образовавшиеся вещества спекаются в куски, после охлаждения их размалывают до тонкого порошка. Цемент широко используют в строительстве как связующий материал.

Гидрокарбонаты аммония и натрия применяют в кондитерском деле, они легко разлагаются при нагревании, образуя газы, разрыхляющие тесто и делающие его пышным:

NH₄HCО₃ = NH₃ + Н₂О + СО₂;                2NaHCО₃ = Na₂CО₃ + Н₂О + СО₂.

Карбонат натрия, или соду, используют в огнетушителях. Огнетушитель представляет собой стальной баллон, заполненный раствором соды. Сверху помещена ампула с серной кислотой. Когда огнетушитель приводят в действие, ампула разбивается, серная кислота реагирует с карбонатом натрия, начинает выделяться углекислый газ и образуется пена. Пена прекращает доступ кислорода к горящему предмету, и таким образом происходит тушение пожара.

Текст 4

В нашей стране значительные площади занимают кислые почвы. Наличие в кислых почвах большого количества ионов водорода резко ухудшает плодородие земли. Для нейтрализации кислотности и повышения плодородия проводят известкование кислых почв, т. е. вносят в почву известняк СаСО₃ и доломит СаСО₃ • MgCО₃ в измельчённом виде.

Известкование известно человеку давно. Земледельцы Галлии и Британских островов использовали известняк и мел на полях, лугах и пастбищах около 2000 лет назад.

К карбонатам относится также минерал малахит (СuОН)₂СО₃. Его используют как декоративный и поделочный камень. Красоту малахиту придают ярко-зелёный цвет, затейливый узор, нередко создающий загадочную картину. В Зимнем дворце, расположенном в Санкт-Петербурге, имеется малахитовый зал. Из малахита также получают зелёную краску.

Применение карбонатов.

1. Карбонаты в виде известняков используют при строительстве. 

Гашёную известь - для побелки, штукатурки, при этом для прочности добавляют песок.

2. Многие памятники скульптуры и архитектуры сделаны из известняка и мрамора.

3. Обусловливают жесткость воды (образование накипи, увеличение расхода мыла при стирке, нарушение обмена веществ в организме и развитие заболеваний, понижение вкусовых качеств блюд).

4. Карбонаты применяют в производстве стекла. 

5. Карбонат натрия, или соду, используют в огнетушителях.

6. Для нейтрализации кислотности и повышения плодородия проводят известкование кислых почв, т. е. вносят в почву известняк СаСО₃ и доломит СаСО₃ • MgCО₃ в измельчённом виде.

7. Минерал малахит (СuОН)₂СО₃ используют как декоративный и поделочный камень.  Из него получают зелёную краску.

Давайте подведем итог. Угольная кислота и ее соли во многом формируют облик планеты. Они находят широкое применение и в хозяйственной деятельности человека. Особое значение в истории цивилизации имеет карбонат кальция. Это ему мы обязаны архитектурным обликом наших городов. Но для того, чтобы карбонаты работали на человека, требуется знание научных закономерностей, в первую очередь химических процессов, протекающих вокруг нас. И бережное отношение к природе.

4. Стадия размышления и рефлексии.

Тест по теме: «Угольная кислота и её соли»

Вариант 1

1.    Какая характеристика относится к угольной кислоте:

      а) нестабильная

      б) одноосновная

      в) сильная.

2.   Формула питьевой соды:

       а) Са(НСО₃)₂

       б) NаНСО₃

       в) Nа₂СО₃.

3.    Условие, необходимое для разложения карбонатов:

        а) давление

        б) температура

        в) свет.

4.   Вещество, с помощью которого распознают карбонаты:

        а) НСl

        б) Са(ОН)₂

        в) ВаСl₂.

5. Где применяется питьевая сода?                                     

         а) в кондитерском деле                

         б) в строительстве

         в) в производстве стекла.

Тест по теме: «Угольная кислота и её соли»

Вариант 2

1.    Какая характеристика не относится к угольной кислоте:

      а) нестабильная

      б) двухосновная

      в) сильная.

2.   Формула кислой соли:

       а) Са(НСО₃)₂

       б) (NH₄)₂СО₃

       в) Nа₂СО₃.

3.    Условие, необходимое для превращения гидрокарбонатов в карбонаты:

        а) давление

        б) катализатор

        в) температура.

4.   Вещество, с помощью которого распознают карбонаты:

        а) ВаСl₂.

        б) NaОН

        в) H₂SO₄.

5. Где применяется известняк?                                     

         а) в кондитерском деле                

         б) в строительстве

         в) в производстве стекла.

Ответы: Вариант 1: 1-а;  2- б;  3-б;   4-а;   5-а. 

               Вариант 1: 1-в;  2- а;  3-в;   4-в;   5-б. 

Оценки:  «5» -  0 ош.;

                «4» -  1 ош.;

                «3» -2-3 ош.

А сейчас сядьте поудобнее, можно закрыть глаза, расслабьтесь и обдумайте все, что происходило на уроке, выполните рефлексивный тест:

1. Я узнал (а) много нового.

2. Мне это пригодится в жизни.

3. На уроке было над чем подумать.

4. На все возникшие у меня вопросы я получил(а) ответы.

5. На уроке я поработал(а) добросовестно.

Количество плюсов я буду считать вашей оценкой за мою работу на уроке. А я оценю вашу работу после выполнения домашнего задания. Спасибо за урок.

Задание на дом: П.34 (белый уч.), п.30 (зеленый), упр.4,5,6(а); подгот. к п.р. с. 265 (белый), с.192 (зеленый)