Конспект урока по теме "водород"

Конспект урока по теме "Водород"

Цель: систематизировать понятие об особенностях строения и свойствах водорода,     
представление о специфических свойствах, роли в природной среде и жизни человека.

Задачи:

• Обучающие: привести в систему знания учащихся о водороде; закрепить умения применять полученные знания при объяснении новых фактов; продолжить формирование умения составлять формулы веществ, уравнения реакций на основании знания степени окисления элементов.

• Развивающие: развивать мышление учащихся, умение анализировать, сравнивать, обобщать, наблюдать, запоминать, работать в нужном темпе, осуществлять самоконтроль; формировать общеучебные умения и навыки.

• Воспитательные: воспитывать личностные качества, обеспечивающие успешность исполнительной деятельности (дисциплинированность, ответственность), творческой деятельности (активность, увлечённость, наблюдательность, сообразительность, способность к самооценке).

Ход урока

Эпиграф к уроку:

 И если вчера человечество благоговело перед новым видом энергии- электричеством, а позавчера перед паровым котлом, то сегодня мы управляем реакцией распада атомного ядра, а завтра будем управлять реакцией синтеза ядер-создадим земные солнца!

                                                                                               Д.И.Щербаков.

I. Мотивация. Актуализация знаний

Загадки

1. Первый я на белом свете:
   Во Вселенной, на планете,
   Превращаюсь в лёгкий гелий,
   Зажигаю солнце в небе.

2. Гость из космоса пришёл,
   В воде приют себе нашёл.

3. Я, газ легчайший и бесцветный,
   Неядовитый и безвредный.
   Соединяясь с кислородом,
   Я для питья даю вам воду.

Учитель: Итак, тема урока: Водород.

II. Изучение нового материала

 Водород в природе:

 Водород широко распространен в природе — содержится в воде, во всех органических соединениях, в свободном виде — в некоторых природных газах. Содержание его в земной коре достигает 0,15% ее массы (с учетом гидросферы — 1%). Водород составляет половину массы Солнца.

Когда-то люди обожествляли Солнце. Но теперь оно стало объектом точных исследований, и мы редко задумываемся о том, что само наше существование целиком и полностью зависит от происходящих на нем процессов.

Каждую секунду Солнце излучает в космическое пространство энергию, эквивалентную примерно 4 млн т массы. Эта энергия рождается в ходе слияния четырех ядер водорода, протонов, в ядро гелия; реакция идет в несколько стадий, а ее суммарный результат записывается вот таким уравнением:

4¹₁Н⁺ → ⁴₂Не²⁺ + 2е⁺ + 26,7 МэВ.

Много это или мало –26,7 МэВ на один элементарный акт? Очень много: при «сгорании» 1 г протонов выделяется в 20 млн раз больше энергии, чем при сгорании 1 г каменного угля. На Земле такую реакцию еще никто не наблюдал: она идет при температуре и давлении, существующих лишь в недрах звезд и еще не освоенных человеком.

Солнце - это сферически симметричный раскаленный плазменный шар, находящийся в равновесии. Оно, вероятно, возникло вместе с другими телами Солнечной системы из газопылевой туманности примерно 5 млрд. лет назад. В начале своей жизни солнце, примерно на 3/4 состояло из водорода. Затем, из-за гравитационного сжатия,  температура и давление в недрах настолько увеличились, что самопроизвольно начала происходить термоядерная реакция, в ходе которой водород превращаться в гелий. В результате этого очень сильно поднялась температура в центре Солнца, (порядка 15.000.000^о К),  а давление в его недрах возросло настолько ( 1,5х10⁵ кг/м³), что смогло уравновесить силу тяжести и остановить гравитационное сжатие. Так возникла современная структура Солнца. За время существования Солнца уже около половины водорода в его центральной области превратилось в гелий и вероятно ещё  через 5 млрд. лет, когда в центре светила водород  будет  на  исходе, Солнце ( жёлтый карлик в настоящее время)  увеличится в размерах и станет красным гигантом. 

 В природе водород встречается в виде двух изотопов — протия (99,98%) и дейтерия (0,02%). Поэтому в обычной воде содержатся большие количества тяжелой воды

Молекула водорода состоит из двух атомов. Возникновение связи между ними объясняется образованием обобщенной пары электронов (или общего электронного облака):

Н:Н или Н₂

Благодаря этому обобщению электронов молекула Н₂ более энергетически устойчива, чем его отдельные атомы. Чтобы разорвать в 1 моль водорода молекулы на атомы, необходимо затратить энергию 436 кДж:

Н₂ = 2Н, ?H° = 436 кДж/моль

Этим объясняется сравнительно небольшая активность молекулярного водорода при обычной температуре.

Физические свойства.

Водород — это самый легкий газ (он в 14,4 раза легче воздуха), не имеет цвета, вкуса и запаха. Мало растворим в воде (в 1 л воды при 20°С растворяется 18 мл водорода). При температуре — 252,8°С и атмосферном давлении переходит в жидкое состояние. Жидкий водород бесцветен.

Кроме водорода с массовым числом 1 существуют изотопы с массовыми числами 2 и 3 — дейтерий D и тритий Т.

Химические свойства

Для водорода характерны следующие реакции с простыми веществами (с Al, B, Si, P соединения водорода получают косвенным путём):

Взаимодействие с неметаллами

При поджигании или в присутствии платинового катализатора реагирует с кислородом

O₂ + 2H₂ = 2H₂O, реакция протекает со взрывом.

Смесь двух объёмов водорода и одного объёма кислорода называется гремучим газом.

При нагревании водород обратимо взаимодействует с серой:

S + H₂ ⇔ H₂S

С азотом — при нагревании, повышенном давлении и в присутствии катализатора (железо):

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

С галогенами образует галогеноводороды:

F₂ + H₂ = 2HF, реакция протекает со взрывом при любой температуре,

Cl₂ + H₂ = 2HCl, реакция протекает только на свету.

С сажей взаимодействует при сильном нагревании:

C + 2H₂ = CH₄

] Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами

Водород образует с активными металлами гидриды:

Na + H₂ = 2NaH

Ca + H₂ = CaH₂

Гидриды — солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются:

CaH₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + 2H₂ ↑

Взаимодействие с оксидами металлов (как правило, d-элементов)

Оксиды восстанавливаются до металлов:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O

WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O

 Гидрирование органических соединений

При действии водорода на ненасыщенные углеводороды в присутствии никель-катализатора и повышенной температуре происходит реакция гидрирования:

CH₂=CH₂ + H₂ = CH₃-CH₃

Водород восстанавливает альдегиды до спиртов:

CH₃CHO + H₂ = C₂H₅OH

Получение:

Вплоть до конца XIX века получение водорода было делом достаточно хлопотным. Добывали его в мизерных количествах, растворяя обычные металлы в кислотах, а также щелочные и щелочноземельные в воде. Только после того, как электричество начали производить в промышленных масштабах, появилась возможность относительно легко добывать его тоннами с помощью электролиза. Выглядит электролитический процесс примерно так: в ванну с водой опускают два электрода, на одном — положительный потенциал, на другом — отрицательный. На плюсе в результате прохождения тока выделяется кислород, а на минусе — водород.

Эксперимент по получению водорода из воды с помощью солнечной энергии (Университет Нового Южного Уэльса, Австралия). В этой технологии солнечный свет сначала преобразуется в электричество, которое уже разлагает воду на кислород и водород в присутствии катализатора (диоксида титана)

В промышленности

1.Электролиз водных растворов солей:

2NaCl + 2H₂O → H₂ + 2NaOH + Cl₂

2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C:

H₂O + C ⇔ H₂ + CO

3.Из природного газа.

Конверсия с водяным паром:

CH₄ + H₂O ⇔ CO + 3H₂ (1000°C)

Каталитическое окисление кислородом:

2CH₄ + O₂ ⇔ 2CO + 4H₂

 В лаборатории

1.Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и соляную кислоту:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

2.Взаимодействие кальция с водой:

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂

3.Гидролиз гидридов:

NaH + H₂O = NaOH + H₂

4.Действие щелочей на цинк или алюминий:

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

Zn + 2KOH + 2H₂O = K₂[Zn(OH)₄] + H₂

Закрепление знаний

Тест по теме “Водород. Химический элемент и простое вещество”

1. Водород в ПС находится:

1) во 2 А группе

2) в 7 А группе

3) в 6 А группе

2.Водород проявляет степень окисления в соединениях:

1) +1 и - 1

2) +2 и -2

3) 0 и + 1

3. Водород это газ:

1) без цвета, вкуса, запаха, тяжелее воздуха

2) без цвета, запаха, вкуса, легче воздуха

3) без цвета, вкуса, с запахом, легче воздуха

4. Водород – как химический элемент во Вселенной занимает:

1) Второе место

2) Третье место

3) Первое место

5.Водород является продуктом взаимодействия:

1) Cu + HCl;
2) Zn + HCl;
3) Cu + H₂O;

6. Водород в химической реакции с металлами является:

1) восстановителем

2) окислителем

7. Водород в химической реакции с галогенами является:

1) окислителем

2) восстановителем

8. Водород реагирует с:

1) Н₂О;
2) SO₃;
3) Cl₂;

9. Водород не реагирует с:

1) N₂;
2) HCl
3) O₂

10. Экологически чистым топливом является:

1) бензин;

2) мазут;

3) водород.

Ответ запишите в виде последовательности цифр _________

Ученики: выполнив задание, меняются тетрадями друг с другом, проверяют и выставляют оценки.

Правильные ответы:

“Кроссворд” (резерв)

Работайте в парах.

Ключевым словом является название ближайшей к Земле звезды, на которой преобладает химический элемент водород. Каждое предложенное химическое явление подтвердите соответствующими уравнениями химических реакций.

1. Сложные вещества, при взаимодействии которых с водородом получают металлы.

2. Вещество, которое образуется при горении водорода в кислороде.

3. Кислоты, состоящие из атомов водорода и другого химического элемента.

4. Кислота, которая легко разлагается на оксид углерода (IV) и воду.

5. Металл, непосредственно взаимодействующий с водородом.

6. Кислота, по уровню производства которой можно судить о мощности химической промышленности страны.

V. Подведение итогов урока

Домашнее задание :параграф 17; упр. № 3,4 на стр.103.

Литература

1. Габриелян О.С. Химия. 9 кл.: рабочая тетрадь к учебнику О.С.Габриеляна “Химия. 9 класс”/ О.С.Габриелян, А.В.Яшукова. – 6-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2007.

2. Габриелян О.С. Химия. 9 класс: учеб. для общеобразоват. Учреждений/ О.С.Габриелян. – 12-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2007.

3. Горковенко М.Ю. Химия. 8 класс: Поурочные разработки к учебникам О.С.Габриеляна; Л.С.Гузея, В.В.Сорокина, Р.П.Суровцевой; Г.Е.Рудзитиса, Ф.Г.Фельдмана. – М.: ВАКО, 2004.

4. Учебно-методическая газета для учителей “Химия” Издательский дом “ Первое сентября”: №10, 24 2008 год: № 2 2009 год.