Открытый урок по химии

Тема урока: «Общая характеристика элементов V А группы.

Азот , фосфор и их соединения».

Цель урока: формирование знаний о строении и свойствах азота и фосфора, как о химическом  элементе и простом веществе.

Методическая цель : использование методики интенсификации обучения на основе схемных и знаковых моделей учебного материала  ( В.Ф.Шаталова) с применением парной и групповой деятельности студентов на уроке.

Задачи урока:
Образовательные:

•      формировать умение давать сравнительную характеристику элементов с помощью периодической системы Д.И,Менделеева ;

•      углубить знания о понятии аллотропия ( на примере аллотропных модификаций фосфора).

Развивающие:

•      совершенствовать умения составлять уравнения химических реакций;

•      Формировать навыки работы с дополнительным источником информации (реферат).

Воспитательные:

•      воспитывать у ребят умение правильно организовывать рабочее время на уроке;

•      формировать устойчивую , положительную мотивацию к изучению химии.

Оборудование: 
ПСХЭ, компьютер, мультимедийный проектор. 

Тип урока:  комбинированный.

Формы организации учебной деятельности: 

1.      самостоятельная работа с текстом;

2.      фронтальная;

3.      сообщения учащихся (индивидуальная);

4.      работа в парах,  группах. 

Методы обучения. Методы организации учебной деятельности: 

1.      словесные (эвристическая беседа),

2.      наглядные (слайд-презентация опорных конспектов, видеофрагмент) на основе познавательной деятельности.

3.      интерактивные

Педагогические приемы:

1.      учебно-организационные (определение цели и задачи урока, создание благоприятных условий деятельности);

2.      учебно – информационные (беседа, постановка проблемы, ее обсуждение, работа с рефератом);

3.      учебно – интеллектуальные (восприятие, осмысление, запоминание информации, мотивация деятельности). 

ХОД  УРОКА

       I.            Организационный момент

-Здравствуйте ребята! Рада всех приветствовать на уроке химии. Я прочитаю вам загадки  и вы поймёте, о чём пойдёт речь на уроке.

Предупреждаю вас заранее:
Я непригоден для дыхания!
Но все как будто бы не слышат
И постоянно мною дышат.   (азот)

Я светоносный элемент.
Я спичку вам зажгу в момент.
Сожгут меня - и под водой 
Оксид мой станет кислотой.    (фосфор)

Работа с таблицей Д,И.Менделеева

·         В какой группе находятся эти элементы?

·         Сформулируйте тему урока - высказывания студентов

Откроем тетрадь : запишем число и тему урока.

Обращение к группе:

Какие этапы  на уроке будут рассмотрены ?- ответы ( предположения)  студентов.

·         Исторические открытия;
Строение-свойства;

·         Распространение в природе;

·         Физические свойства;

·         Применение;

·         Круговорот в природе;

    II.            Актуализация учебного материла.

Повторение пройденного материала.
Буквенный тест ( за правильный ответ  1 балл)
Задание: выберите букву, соответствующую правильному ответу, и прочтите фразу-напутствие на сегодняшний урок.
1. Где расположены химические элементы – неметаллы в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева:
У) в главных подгруппах;
Ф) в побочных подгруппах;
Х) в главных и побочных подгруппах?
2. Содержание в земной коре углерода и кремния:
Г)  0,00056% и 0,0035%
Д)  0,087%  и 25,8%
E)  0,0018% и 45,4%  ?
3. При нагревании без доступа воздуха из древесины и каменного угля , а также при крекинге метана можно получить …. ?
А) углерод
Б) кремний
В) сера?
4. Молекула аллотропного видоизменения кислорода – озона:
Х) одноатомна
Ц) двухатомная
Ч) трехатомна ?
5. Какой вид химической связи в простых веществах, образованных атомами неметаллов ( например О₂, N₂ , CI₂ ):
Ж) ковалентная полярная
З) ионная
И) ковалентная неполярная?
6. У этого элемента можно выделить две разновидности : кристаллическую и пластическую:
А) кремний
Б) кислород
В) сера?
7. Какую степень окисления имеет азот в соединении HNO₃:
П) +3
Р) +5
С) -3?
8. Вид гибридизации у графита:
А) sp²
Б) sp
В) sp³?
9. Формулы угарного и углекислого газа соответственно:
А) СО₂ и СО₃
Б) СО и СО₂
В) СО₃ и СО₂ ?
10. При разложении нитрата натрия получают :
Н) азот
О) кислород
П) натрий?
11. При нагревании графита в атмосфере гелия получают:
Р) алмаз
C) графит
T) фуллерит?
12. Какая из перечисленных кислот самая сильная:
Е) HClO₄
Ж) H₂SO₄
З) H₃PO₄?
13.С каким настроением Вы пришли на урок:
!) хорошим
•) плохим
?) отвратительным?

Ответ: УДАЧИ В РАБОТЕ!

 III.            Изучение нового материала.

-Сегодня на уроке при изучении элементов VА группы (азота и фосфора) мы будем составлять кластер, он нам поможет в конце урока подвести итог нашей работы..

-Запишем первый элемент схемы кластера: ( точный правильный ответ 2 балла)

Работа ( в парах)  с дополнительной литературой( приложение) по плану :

1.      Открытие азота

2.      Открытие фосфора

3.      Строение – свойства азота

4.      Строение- свойства фосфора

5.      Распространение в природе азот

6.      Распространение в природе фосфора

7.      Физические свойства азота

8.      Физические свойства фосфора

9.      Применение азота

10.  Применение фосфора

11.  Круговорот в природе :

2этап

Химические свойства и применение  ( работа по группам)

1 и 2 группа : цепочка превращения:

 N₂ → NH₃ → NO → NO₂ → HNO₃ → Ba(NO₃)₂ → HNO₃ → AgNO₃→ NO₂
3 и 4  группа : цепочка превращения:

Р → Са₃Р₂ → РН₃ →Р₄О₁₀ →   HРO₃→Н₃РО₄ → Са(Н₂РО₄)₂ → Са₃(РО₄)₂ →CaSiO₃                    

Цепочки превращения записаны на двух досках, участники команд должны записать уравнения реакций ( та группа которая запишет больше правильных  реакций получает дополнительный балл к оценке за урок) 

В конце урока кластер имеет вид :

 IV.            Первичное закрепление материала

Проверочный тест:

Ответ: 1 вариант – С, Е, В, С, С    2 вариант – D, Е, А, С, Д

    V.            Итог урока .

-Итак, ребята, наш урок заканчивается и я хочу отметить, что вы сегодня хорошо поработали. 
- Достигли ли мы цели урока? Используя кластер ответьте на поставленный вопрос.

Выставление оценок за урок.

•      15-13 бал. – оценка «5»

•      12-10 бал.- оценка «4»

•      9- 7 бал. – оценка «3»

•      6-0 бал.- оценка «2»

 VI.            Рефлексия.

-Заканчивая урок, продолжите фразу:  «Уходя с урока, я хочу сказать…»
по кругу высказываются одним предложением, выбирая начало фразы из рефлексивного экрана на доске:

·         сегодня я узнал…

·         было интересно…

·         было трудно…

·         я выполнял задания…

·         я понял, что…

·         теперь я могу…

·         я почувствовал, что…

·         я приобрел…

·         я научился…

·         у меня получилось …

·         я смог…

·         я попробую…

·         меня удивило…

·         урок дал мне для жизни…

·         мне захотелось…

VII.            Домашнее задание .

глава 8  §8.8-8.14 ( Нурахметов Н.Н. , химия , учебник для 10 класса);

составить сравнительную таблицу.

Вопросы и упражнения : стр 247 №1; стр 253 №9 и ответить на устные вопросы.

Приложение .

    История открытия

Британский физик и химик Генри Кавендиш получил азот из воздуха (1777г.), пропуская последний через раскаленный уголь, а затем через раствор щелочи для поглощения углекислоты.

Британский естествоиспытатель  Д. Пристли практически одновременно с Г.Кавендишем  проводил серию экспериментов, в которых также связывал кислород воздуха и удалял полученный углекислый газ, то есть также получал азот. Но будучи сторонником господствующей в те времена теории флогистона, совершенно неверно истолковал полученные результаты : по его мнению, процесс был противоположным — не кислород удалялся из газовой смеси, а наоборот, в результате обжига воздух насыщался флогистоном; оставшийся воздух (азот) он и назвал насыщенным флогистоном, то есть флогистированным.

Официальной датой открытия азота считается 1772 год, однако еще  в 1770 г. швед, помощник  аптекаря Карл Вильгельм Шееле, будущий академик, выделил азот из «сгоревшего воздуха», но не сообщил об этом. Лишь в 1777 г. в труде «Химический трактат о воздухе и огне» Шееле описал получение и свойства «огненного воздуха» и указал, что атмосферный воздух состоит из двух «видов воздуха»: «огненного» — кислорода и «флогистированного» — азота.

В 1772 г. английский физик и химик Д. Резерфорд, сжигая фосфор и другие вещества в стеклянном колоколе, показал, что остающийся после сгорания газ, названный им "удушливым воздухом", не поддерживает дыхания и горения.  Резерфорд  описал этот газ (названный  позже в 1787 г. Антуаном Лавуазье  «азотом») как простое вещество, опубликовав магистерскую диссертацию, где указал основные свойства азота (не реагирует со щелочами, не поддерживает горения, непригоден для дыхания). Именно Даниэль Резерфорд и считается первооткрывателем азота.

Первым в свободном состоянии фосфор, названный сначала «холодным огнём», получил в 1669г. гамбургский алхимик Хеннинг  Бранд. В поисках «философского камня» он прокалил в закрытом сосуде сухой остаток от выпаривания мочи с речным песком и древесным углем. После прокаливания сосуд c реагентами начал светиться в темноте белым светом, на чем Бранд  сразу же стал наживаться.

Хотя Бранд держал в строгом секрете свое открытие фосфора (от греч.- «свет»  и «несу», т. е. светоносца), о секрете узнал некто Кункель, служивший в то время алхимиком и тайным  камердинером у саксонского курфюрста. Кункелю удалось самому приготовить фосфор способом, близким к способу Бранда, и в отличие от последнего он широко рекламировал фосфор, умалчивая, однако, о секрете его изготовления. Это происходило в 70-х годах XVII в.

В третий раз фосфор открыл английский физик, химик и философ Роберт Бойль в 1680 г., который опубликовал данные о свойствах фосфора в статье «Способ приготовления фосфора из человеческой мочи», датированной 14 октября 1680 года .  Это сообщение было опубликовано только через 12 лет, уже после смерти Бойля в 1693 году.

Усовершенствованный способ получения фосфора  опубликовал в 1743 г. немецкий химик  и  металлург, член Берлинской  академии наук  Андреас Сигизмунд  Маргграф.  Фосфор, как малоисследованное и очень дорогое вещество , заинтересовал ученого (в Амстердаме в 1730г. 31 г фосфора стоил 80 золотых рублей). Маргграф разработал  более усовершенствованный и дешевый способ получения фосфора из мочи с применением фосгенита (редкий коллекционный минерал группы карбонатов, карбонат свинца), песка и угля, чем положил конец «фосфорной спекуляции».

Строение- свойства.

Азот – элемент 2-го периода главной подгруппы V группы, порядковый номер 7, атомная масса равна 14. В ядре атома азота находятся 7 протонов и 7 нейтронов, общее число электронов так же 7. Эти электроны расположены на двух энергетических уровнях следующим образом : 1s² 2s²2p³ . Валентные электроны располагаются в квантовых ячейках. Азот в соединениях трехвалентен, в основном состоянии степени окисления азота -3, 0, +3. Из –за отсутствия d-орбитали  у атома азота , при образовании химических связей один электрон с 2 s-орбитали смещается к более электроотрицательному элементу , при этом азот проявляет степень окисления  +1, +2, +3, +4, +5. Азот имеет ковалентно неполярную связь и молекулярно кристаллическую решетку. Природный   азот состоит из двух стабильных изотопов: ¹⁴N — 99,635 % и ¹⁵N — 0,365 %.

Фосфор – элемент 3-го периода главной подгруппы V группы, порядковый номер 15, атомная масса равна 31. В ядре атома фосфора содержится  15 протонов и 16 нейтронов, общее число электронов 15. Эти электроны распределены по трем  энергетических уровнях следующим образом : 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p³. Валентные электроны располагаются в квантовых ячейках. Фосфор в соединениях проявляет валентности III  и V, степени окисления фосфора -3, 0,+3,  +5, реже +1 и +4. Фосфор встречается в трех аллотропных видоизменениях: белый(желтый) , красный и черный.

Распространение азота в природе
            Среди всех элементов, образующих земной шар, один азот (если не считать инертных газов) как бы избегает образовывать химические соединения и входит в состав земного шара преимущественно в свободном виде. А так как азот в свободном состоянии - газ, основная его масса сосредоточена в газовой оболочке той сложной химической системы, которую представляет собой земной шар, - в его атмосфере. Атмосфера более чем на 78,1 массовых долей, % состоит из газообразного азота. Связанный азот образует минералы в форме нитратов: чилийская, индийская и норвежская селитры. Азот в форме сложных органических производных входит в состав белков, в связанном виде содержится в нефти каменных углях .Молекула азота является самой устойчивой формой его существования, чем обусловлена так называемая проблема связанного азота. Потребление связанного азота растениями и животными приводит к обеднению окружающей среды соединениями азота. Этот дефицит должен восполняться искусственным путем, поскольку естественное пополнение запасов связанного азота (грозы, деятельность азотобактерий и т. п.) не компенсирует его потери.

Распространение фосфора в природе. 

                Фосфор встречается в природе почти исключительно в виде солей фосфорной кислоты, главным образом фосфорита и апатита. Лишь в отдельных местах встречаются фосфаты железа, алюминия. Соединения фосфорной кислоты составляют существенную часть растительных и животных организмов. Часть фосфорной кислоты связана в них в виде органических соединений, например, в желтке яйца и в веществе мозга − в форме лецитинов; частично же в виде гидраксилапатита или карбонат-апатита , она входит в состав основного вещества костей.

Зубная эмаль не содержит, как предполагали ранее, преимущественно фторапатит, но состав ее неорганического вещества, что было показано позднейшими исследованиями, в основном такой же, как и остальных костей. Большая прочность зубной эмали объясняется тем, что гидроксил- или карбонатапатит в ней присутствует в сравнительно более крупно-кристаллическом состоянии .Экскременты человека и животных также богаты фосфорной кислотой (около 40 % зольного остатка). Экскременты животных минувших эпох, находимые в окаменелом виде, так называемые копролиты, состоят почти из чистого фосфата кальция (гидроксилапатита).

Физические свойства

      Азот - газ без цвета и запаха. Точка кипения жидкого азота -195,8 град. С, точка плавления твердого азота -210,5 град. С. Твердый азот получается в виде порошка и в виде льда. Азот плохо растворим в воде и органических растворителях. В 1 л воды при 0 град. С растворяется всего 23,6 см3 азота. 1 л азота при нормальных условиях весит 1,2505 г.

          Элементарный Фосфор существует в виде нескольких аллотропических модификаций, главные из которых - белая, красная и черная.

Белый Фосфор - воскообразное, прозрачное вещество с характерным запахом, образуется при конденсации паров Фосфора. Белый Фосфор в присутствии примесей - следов красного Фосфора, мышьяка, железа - окрашен в желтый цвет .Белый Фосфор ядовит: на воздухе при температуре около 40 °С самовоспламеняется, поэтому его следует хранить под водой .Нагреванием белого Фосфора без доступа воздуха при 250-300 °С в течение нескольких часов получают красный Фосфор. Красный Фосфор на воздухе не самовоспламеняется, вплоть до температуры 240-250 °С, но самовоспламеняется при трении или ударе; нерастворим в воде, а также в бензоле, сероуглероде и других, растворим в трибромиде Фосфора. При температуре возгонки красный Фосфор превращается в пар, при охлаждении которого образуется в основном белый Фосфор.

При нагревании белого Фосфора до 200-220 °С образуется черный Фосфор.

Черный Фосфор представляет собой кристаллы ромбической структуры .По внешнему виду черный Фосфор похож на графит. Черный Фосфор малоактивен, с трудом воспламеняется при поджигании, поэтому его можно безопасно подвергать механической обработке на воздухе.

Применение азота и фосфора.

         Область применения азота очень велика - производство удобрений, взрывчатых

веществ, нашатырного спирта, который используют  в медицине. Азотсодержащие

удобрения являются самыми ценными. К таким удобрениям относится  аммиачная

селитра, мочевина, аммиак, натриевая селитра. Азот является неотъемлемой

часть белковых молекул, поэтому он и необходим растениям для нормального

роста и развития. Такое важное соединение азота с водородом, как аммиак,

используют в холодильных установках, аммиак, циркулируя по замкнутой системе

труб,  при своем испарение отнимает большое количество теплоты. Калийная

селитра идет на производство дымного пороха, а порох используют в охотничьих

ружьях, для разведки рудных ископаемых, залегающих под землей. Без дымный

порох получают из пироксилина - сложного эфира целлюлозы и азотной кислоты.

Органические взрывчатые вещества на основе азота используют для прокладки

тоннелей в горах (тротил, нитроглицерин).

           Красный фосфор в чистом виде применяют в спичечном производстве; в смеси с

толченым стеклом и клеем его наносят на боковые поверхности спичечной коробки.

Красный и белый фосфор используют при получении йодистоводородной и

бромистоводородной кислот. Фосфид цинка применяют для борьбы с грызунами. Белый фосфор используют в военном деле длязажигательных бомб, а также для дымообразующих снарядов, шашек и гранат, дающих дымовые завесы. Применение радиоактивного изотопа фосфора Р³² позволило по-новому осветить поведение фосфора в растениях, почве и удобрениях. Исключительная чувствительность определения радиоактивного фосфора дает возможность следить за ходом поступления в растения фосфатов, за их распределением и превращениями внутри растений. Чистую фосфорную кислоту используют в пищевой и фармацевтической промышленности. Техническая фосфорная кислота идет для окрашивания тканей, производства эмалей, зубных пломб, а также для производства фосфорных удобрений.