Методическая разработка по химии для 11 класса по теме: Окислительно-восстановительные свойства простых веществ - металлов главных и побочных подгрупп. Коррозия металлов.

Тема урока: Окислительно-восстановительные свойства простых веществ - металлов главных и побочных подгрупп. Коррозия металлов.                                                             

Цель урока: Обобщить, систематизировать и расширить знания учащихся об окислительно-восстановительных реакциях, важнейших окислителях и продуктах их  восстановления. Значении этих реакций в различных отраслях народного хозяйства  и  жизни. Конкретизировать знания о процессе коррозии.  Рассмотреть вопрос экологической безопасности  от коррозии металлов.

Формирование УУД  - познавательные, логические, проектно-исследовательские, регулятивные.                                                         

Задачи урока:

образовательные:

совершенствовать умение определять окислительно-восстановительные свойства веществ, прогнозировать продукты реакций в зависимости от активности металлов, концентрации кислот и реакции среды раствора;

развивающие: 

выработать умение составлять уравнения химических реакций, протекающих в различных средах на примере соединений железам, меди, марганца, олова, цинка. Показать разнообразие и значение ОВР в природе и повседневной жизни, организовать работу, направленную на формирование исследовательских умений учащихся, раскрыть межпредметные связи между химией , историей,  биологией, экологией, литературой.

воспитательные: 

формировать научную картину мира, воспитывать аккуратность и ответственность в коллективной работе. Формировать  навыки   экологической   культуры. 

Тип урока: семинар-практикум                                                                    

Метод  урока: коммуникативный

Виды деятельности: поисково-экспериментальная, групповая, коммуникативная.

Оборудование и реактивы: компьютер, проектор с экраном, штатив с пробирками, спиртовки, спички, держатели, железо, цинк,  медь, растворы соляной кислоты, разбавленной и концентрированной азотной и серной кислот, сульфата железа (II), хлорида железа (III), йодид калия, клейстер, раствор перманганата калия, сульфита калия, гидроксида калия.

Ход урока:

1. Организационный момент.

 Приветствие учащихся.  Проверка  готовности учащихся к уроку. Эмоциональный   настрой учащихся.

(слайд 1)  Тема нашего урока «Окислительно - восстановительные реакции. Коррозия металлов»

(слайд 2) Они сошлись, Волна и камень,

                 Стихи и проза, лёд и пламень…

                 Писал А. С. Пушкин о Ленском и Онегине.

                 А в жизни - Да и Нет, Миг и Вечность,

С какими противоположностями Вы сталкивались в жизни? (добро и зло, белое и черное, плюс и минус, четное и  нечетное, притяжение и отталкивание,  наследственность и изменчивость).

А есть ли противоположности в химии? (катион и анион, кислоты и основания, металлы и неметаллы)

2. Повторение и обобщение пройденного материала. 

Сегодня мы с Вами поговорим о противоположных химических процессах – окисление и восстановление, которые объединяются в окислительно - восстановительные реакции. А  заодно  попытаемся разобраться, зачем нужны противоположности в нашей жизни.

 Тема нашего урока «Окислительно - восстановительные реакции».  Известно, что при пропускании хлора через щелочь при температуре близкой к 0⁰С, получается гипохлорит, а при нагревании – хлорат; что разные металлы с азотной кислотой могут давать различные оксиды азота (I, II, IV), азот и аммиак. Как вы думаете, что влияет на продукты этих реакций?

Продукты реакции зависят от влияния различных факторов (активность и концентрация реагентов, степень окисления реагентов, характер среды растворов, температура).

На основе экспериментальных данных нам необходимо установить зависимость окислительно-восстановительных реакций от различных факторов.

Сегодня на уроке вы работаете в группах. Я заранее  передала вам инструкции  и правила техники безопасности. Каждая группа выполнит исследование согласно инструкциям, которые находятся у вас. Но повторим основные моменты по ТБ при работе с кислотами и щелочами.

И еще мне нужна ваша помощь, я готовила к уроку раствор перманганата калия («марганцовка»), пролила стакан с раствором на полотенце. Предложите  вещество, с помощью которого можно очистить полотенце. Я думаю, что 4-я группа даст мне ответ на мой вопрос и поможет решить эту проблему. Работуы мы выполняум вертально. После вашего  ответа я проделаю опыт.

Инструкция группе № 1 (слайд 3)

Цель: установить зависимость протекания ОВР от активности реагентов.

В четыре пробирки налить по 2-3 мл раствора соляной кислоты. В пробирки соответственно опустить железо, цинк, алюминий, медь. Какие металлы реагируют с кислотой? Сделать вывод, составить окислительно-восстановительные реакции, используя метод электронного баланса.

Планируемый результат работы группы: составление ОВР с использованием метода электронного баланса, установление зависимости протекания ОВР от активности реагентов.

Инструкция группе № 2 (слайд 4)

Цель: установить зависимость протекания окислительно-восстановительных реакций от концентрации реагентов.

Положить в две пробирки по кусочку меди. В одну из них прилить 2-3 мл разбавленной азотной кислоты, в другую – концентрированной. При необходимости немного нагреть пробирки, соблюдая правила ТБ. Наблюдать выделение газов, обратить внимание на их цвет. Какой газ образуется в первой пробирке, какой во второй? Сделать вывод, составить окислительно-восстановительные реакции, используя метод электронного баланса.

Планируемый результат работы группы: составление ОВР с использованием метода электронного баланса, установление зависимости протекания ОВР от концентрации реагента.

Инструкция группе № 3 (слайд 5)

Цель: установить зависимость процессов окисления и восстановления от степени окисления реагентов.

1. В пробирку налить 2-3 мл раствора сульфата железа (II) и туда же добавить иодид калия и крахмальный клейстер. Изменился ли цвет смеси? Идет ли данная реакция?

2. Налить в пробирку 2-3 мл раствора хлорида железа (III) и туда же добавить несколько капель раствора иодида калия и крахмальный клейстер. Что наблюдаете? Как изменится окраска раствора? Запишите уравнение, используя метод электронного баланса по схеме:

FeCl₃+KI → FeCl₂+I₂+KCl

Планируемый результат работы группы: составление ОВР с использованием метода электронного баланса, установление зависимости процессов окисления и восстановления от степени окисления реагентов; привести примеры практического значения окислителей.

Инструкция группе № 4 (слайд 6)

Цель: установить зависимость протекания процессов окислительно-восстановительных реакций в различных средах.

1. Налить в пробирку 1-2 мл перманганата калия KMnO₄, подкислить несколькими каплями раствора серной кислоты и добавить сульфита калия. Наблюдать исчезновение фиолетовой окраски, характерной для ионов MnO₄ ^- . Запишите уравнение, используя метод электронного баланса. Реакция идет по схеме:

                  KMnO₄ + K₂SO₃ + H₂SO₄→ MnSO₄ + … + … (обесцвечивание раствора)

2. Налить в пробирку 1-2 мл перманганата калия KMnO₄, добавить сульфита калия. Наблюдать через некоторое время выделение из раствора бурых хлопьев MnO₂. Запишите уравнение, используя метод электронного баланса. Реакция идет по схеме:

                   KMnO₄ + K₂SO₃ + H₂O→ MnO₂↓ + MnSO₄ + …(выпадение бурых хлопьев)

3. Налить в пробирку 1-2 мл перманганата калия KMnO₄, 1 -2 мл концентрированного раствора щелочи и добавить 4-5 мл сульфита калия. Наблюдать через некоторое время появление зеленой окраски, характерной для ионов MnO4 ^2-. Запишите уравнение, используя метод электронного баланса. Реакция идет по схеме:

                     KMnO₄ + K₂SO₃ + КOН→ K₂MnO₄ + … + …(появление зеленой окраски).

Планируемый результат работы группы: составление ОВР с использованием метода электронного баланса, установление зависимости реакций окисления - восстановления от различных сред (кислой, нейтральной, щелочной), определение философского значения ОВР как типичного проявления таких явлений, как переход количественных изменений в качественные, закон единства и борьбы противоположностей.

Почему одно и то же вещество в процессе окислительно-восстановительных реакций может давать различные продукты?

(Это зависит от активности реагента; от концентрации реагентов; от степени окисления реагентов; от среды раствора).

- Вы проделали лабораторный опыты, а теперь предложите вещество, с помощью которого можно очистить полотенце.

Пятна от раствора перманганата калия быстро выводятся раствором пероксида водорода, подкисленным уксусной кислотой:

2KMnO₄ + 9H₂O₂ + 6CH₃COOH = 2Mn (CH₃COO)₂ +2CH₃COOK + 7O₂ + 12H₂O

Старые пятна перманганата калия содержат оксид марганца (IV), поэтому будет протекать еще одна реакция:

MnO₂ + 3H₂O₂ + 2CH₃COOH = Mn(CH₃COO)₂ + 2O₂ + 4H₂O

После выведения пятен кусок ткани необходимо промыть водой.

3. Выступление учащихся с подготовленными сообщениями на тему: «Значение окислительно-восстановительных реакций в природе и жизни человека». Окружающий нас мир – это гигантская химическая лаборатория, в которой ежесекундно протекают тысячи реакций, в основном – окислительно-восстановительные, и пока они существуют, эти реакции, пока есть условия для их протекания, возможно и все окружающее нас великолепие, возможна сама жизнь.

(слайд 7) В природе окислительно-восстановительные реакции чрезвычайно распространены. Они играют большую роль в биохимических процессах: дыхании, обмене веществ, нервной деятельности человека и животных. Проявление различных жизненных функций организма связано с затратой энергии, которую наш организм получает из пищи в результате окислительно-восстановительных реакций.

Значение ОВР в природе

Фотосинтез — это окислительно-восстановительная реакция, обеспечивающая жизнь на планете. Под действием света в зеленых растениях происходит процесс, который можно описать суммарным уравнением: 6С0₂ + 6Н₂0 = C₆H₁₂O₆ + 60₂. Окислителем здесь выступает углекислый газ, а восстановителем — атомы кислорода в составе воды.

Обмен веществ и энергии в клетках происходит в процессе многочисленных окислительно-восстановительных реакций. Процессы дыхания, пищеварения — все это цепи ОВР. Превращение энергии, освобождающейся при ОВР, в энергию химических связей молекул АТФ происходит в митохондриях.

В живых организмах случаются и нежелательные процессы окисления, следствием которых могут быть мутации ДНК и заболевания, в частности рак. Вещества-антиоксиданты, проявляют восстановительные свойства, взаимодействуют с избыточными окислителями в организме и «нейтрализуют» их. Самый распространенный антиоксидант — витамин С.

Фотосинтез – запасенная в продуктах фотосинтеза энергия – основной источник энергии для человечества. Фотосинтез препятствует увеличению концентрации СО2, предотвращая перегрев Земли вследствие так называемого «парникового эффекта».

 Уравнение реакции, отображающее процесс фотосинтеза:

СО₂ + Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + О₂

1.Горение: любая реакция горения является окислительно-восстановительной. С давних времен горение является источником энергии для человека. Горение древесины можно описать уравнением, обратным к процессу фотосинтеза: С₆Н₁₂0₆ + 60₂ = 6С0₂ + 6Н₂0.

2.Брожение — еще один пример природных ОВР. Этот процесс происходит при участии грибов, которые таким способом получают необходимую энергию. Человек использует брожение для приготовления квашеных овощей, дрожжевого теста, кисломолочных продуктов, сыра, пива и т. п.

3. Гниение: благодаря процессам гниения осуществляется круговороты веществ в природе. Гнилостные бактерии, переводя органическое вещество в неорганическое, как бы начинают круговорот жизни. Миллионы лет назад благодаря этим процессам сформировались полезные ископаемые.

Гниение -  разложение сложных азотсодержащих органических соединений (преимущественно белков) под действием гнилостных микроорганизмов. При гниении выделяется преимущественно газообразный аммиак. Гниение играет важную роль в круговороте веществ в природе: в результате жизнедеятельности и гибели животных и растений, в почву и водоемы попадают много белковых продуктов, которые лишь благодаря деятельности гнилостной микрофлоры не накапливаются, а минерализуются.

 На островах Индонезии обитают сорные куры. В отличие от большинства птиц они не высиживают свои яйца, а закапывают их в кучу гумуса, листьев и навоза. Яйца развиваются благодаря теплоте, выделяемой при окислительно-восстановительной реакции гниения растений. Благодаря нежной коже внутри клюва самец отслеживает температуру в таком «инкубаторе» и в зависимости от нее раскапывает яйца или засыпает их песком.

Ещё к окислительно-восстановительным реакциям относится процесс: Дыхание

В промышленности и быту (слайд 8): окислительно-восстановительные реакции сопровождают многие процессы, осуществляемые в промышленности и в различных сферах быта: горение газа в газовой плите, приготовление пищи, стирка, чистка предметов домашнего обихода, изготовление обуви, парфюмерных, текстильных изделий.
 (слайд 9) Для целей отбеливания и дезинфекции пользуются окислительными свойствами таких наиболее известных средств, как пероксид водорода, перманганат калия, хлор и хлорная, или белильная, известь.

Если требуется окислить с поверхности изделия какое-либо легко разрушающееся вещество, применяют пероксид водорода. Он служит для отбеливания шелка, перьев, меха. С его помощью также реставрируют старинные картины. Ввиду безвредности для организма пероксид водорода применяют в пищевой отрасли промышленности для отбеливания шоколада, рубцов и оболочек в производстве сосисок.  

Дезинфицирующее действие перманганата калия тоже основано на его окислительных свойствах.   

 (слайд 10) Хлор как сильный окислитель используют для обеззараживания сточных вод. Хлор разрушает многие краски, на чем основано его применение при белении бумаги и тканей. Хлорная, или белильная, известь – это один из самых распространенных окислителей как в быту, так и в производственных масштабах.

В промышленности.

 Трудно переоценить значение металлов для народного хозяйства, а получение металлов из руд также основано на окислительно- восстановительных реакциях (слайд 11)
Обычно руды состоят из кислородных или сернистых соединений, из которых предстоит восстановить металл в свободном состоянии, на практике часто применяют восстановление металлов из их соединений другими металлами. В качестве восстановителей применяют алюминий, магний, кальций, натрий, а также кремний.

ОВР – основа метода гальванопластики — покрытия поверхности тонким слоем металла. На изделие любой сложности из любого материала наносят слой металла. Этим методом наносят позолоту на деревянные изделия, хромируют детали автомобилей, бытовой техники и т. п.

Металлургические процессы — получение металлов — невозможны без ОВР. Металлы (железо, медь, свинец и др.) восстанавливаются из руды коксом (специально обработанным углем). Алюминий из руды восстанавливают электрическим током.

Значение ОВР в технике

Получение энергии из любого топлива основано на ОВР. Например, в двигателях внутреннего сгорания происходит реакция сгорания бензина. Энергия, выделяющаяся в результате реакции, превращается в механическую энергию для перемещения автомобиля.

 (слайд 12) В обычных батарейках также протекают ОВР, энергия от которых преобразуется в электрическую энергию. Такие источники электрического тока называют гальваническими элементами. Аккумуляторы в автомобилях, ноутбуках и мобильных телефонах — это также гальванические элементы, в которых протекают различные ОВР.

В топливных элементах энергия вырабатывается в результате окислительно-восстановительной реакции горения. Перспективным является топливный элемент, в котором происходит сгорание водорода, поскольку единственный продукт этой реакции — вода. Автомобили с такими топливными элементами будут экологически чистыми.

В строительстве.

 Окислительно-восстановительные реакции применяются при производстве некоторых строительных материалов. Например, производство кальцинированного гипса

В строительстве еще с древних времен применяются металлы и их сплавы. Многие металлы и сплавы подвергаются коррозии, т.е. разрушаются под действием окружающей среды. Коррозия наносит прямой ущерб, ежегодно от неё теряется около 1/3 произведённого за год во всём мире металла, но и косвенно разрушает конструкции, на которые был затрачен труд (машины, крыши, памятники архитектуры, мосты…)

Помогает сохранять и защищает от коррозии знание окислительно-восстановительных реакций.

Медицина и окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительные реакции активно происходят как на стадиях разложения организмов, так и на стадии заживления ран, излечения от болезней. Одну из простейших окислительно-восстановительных реакций вы могли не только наблюдать, но и хотя бы раз в жизни провести!

Н₂О₂ → Н₂О + О₂

Пероксид водорода H₂O₂, вернее, его водный 3%-й раствор, известен как кровоостанавливающее средство при травмах кожи. При лечении открытых травм H₂O₂ служит для обогащения крови больного кислородом O₂ непосредственно возле поврежденного места тела:

2O^-1 - 2e^- > O₂⁰ (окисление) 1

2O^-1 + 2e^-> 2O^-2 (восстановление) 1

         Перекисью водорода называется хорошо известное в народе вещество, которое широко используют как в медицине, так и для бытовых целей. В частности, перекись водорода рекомендуют как дезинфицирующее средство. Действие перекиси связано с тем, что при контакте с живой тканью она начинает быстро разлагаться. При этом выделяется молекулярный кислород, который способствует окислению органических компонентов разных клеток. При разложении перекиси кислород выделяется настолько энергично, что раствор вспенивается. Получившаяся при контакте с тканью пена помогает в механическом очищении повреждений и ран. Вместе с пеной из ран удаляется мусор, микроорганизмы, омертвевшие частицы тканей, гнойные выделения и так далее. Раствор перекиси водорода способен за счет пенообразования способствовать тромбообразованию и оказывать кровоостанавливающее действие при небольшом кровотечении.

ОВР в медицине и фармации

Сведения относительно окислительно-восстановительных свойств различных лекарственных препаратов позволяют решать вопросы о совместимости при одновременном их назначении больному, а также о допустимости их совместного хранения. С учетом этих данных становятся понятными несовместимость ряда лекарственных средств (например, таких как ио-дид калия и нитрит натрия, перманганат калия и тиосульфат натрия, пероксид водорода и ио-диды и т. д.).

Во многих случаях фармацевтические свойства медицинских препаратов находятся в непосредственной связи с их окислительно-восстановительными свойствами. Так, например, многие из антисептических, противомикробных и дезинфицирующих средств, (иод, перманганат калия, пероксид водорода, соли меди, серебра и ртути) являются в то же время и сильными окислителями.

Применение тиосульфата натрия в качестве универсального антидота (противоядия) основано на его способности участвовать в окислительно-восстановительных реакциях в роли как окислителя, так и восстановителя. В случае отравлений соединениями мышьяка, ртути и свинца, прием внутрь раствора тиосульфата натрия приводит к образованию труднорастворимых и потому практически неядовитых сульфатов. При отравлениях синильной кислотой или цианидами тиосульфат натрия дает возможность превратить эти токсичные вещества в менее ядовитые роданистые соединения. При отравлении галогенами и другими сильными окислителями антитоксическое действие триосульфата натрия обусловлено его умеренными восстановительными свойствами.

 ОВР получается охватывают все сферы жизни и деятельности человека. Поэтому даже в литературных произведениях мы можем найти описание происходящих ОВР (слайд 13).

…Трясся Крым двадцать восьмого года,

И восстало море на дыбы.

Испуская к ужасу народа,

Огненные серные столбы.

Всё прошло. Опять гуляет пена,

Но с тех пор всё выше и плотней

Сумрачная серная геена

Подступает к днищам кораблей…

        (Ю. Кузнецов. Тайна Чёрного моря)

( В данном отрывке описаны химические свойства сероводорода, в которых сера является восстановителем, а кислород – окислителем):

2H₂S + O₂ = 2H₂O + 2S              2H₂S + 3O₂ = 2H₂O + 2SO₂

10. Коррозия металлов описана и в стихотворении «Равенна» Александра Блока (1909)  (слайд 14)

…От медленных лобзаний влаги

Нежнеет грубый свод гробниц,

Где зеленеют саркофаги

Святых монахов и девиц. Сероводород  постоянно  образуется на дне черного моря при взаимодействии растворенных в морской воде сульфатов с органическими веществами. Этот процесс связан с жизнедеятельностью сульфатвосстанавливающих микроорганизмов. До верхних слоев воды сероводород не доходит, так как на глубине 150 м он встречается с проникающим сверху кислородом. На этой же глубине обитают серобактерии, которые способствуют окислению сероводорода до серы:

2Н₂S + O₂ = 2H₂O + 2S

В живописи

Мы можем также обнаружить картины, связанные с темой нашего урока:

      (слайд 15) В 79 году н.э. «заговорил» вулкан Везувий. До этого времени он был красочной горой, которая на 1300 м возносилась над Неаполитанским заливом. Но 24 августа над Везувием поднялась туча необычной формы, которая становилась все темней. Посыпался пепел, тяжелые камни, в воздухе чувствовался запах сожженной серы. Извержение вулкана полностью уничтожило город Помпею, город исчез под слоем пепла, который достигал 3 метров. (Демонстрация репродукции Карла Брюллова «Последний день Помпеи»).

«Жизнь вулкана» сопровождается окислительно – восстановительными процессами. Например:

2H₂S+O₂→2S+2H₂O             2H₂S+3O₂→2SO₂ +2H₂O              Окислительно –восстановительный процесс в жизни иногда называют коррозией. Этот процесс вы опишите мне в своих творческих работах и раскрыть экологическую тему «Вторичная переработка металла», «Хочу жить в чистом городе».

4. Формулирование выводов по уроку.

Мы живем и не задумываемся, что вокруг нас протекает множество химических реакций, без которых наша жизнь невозможна. Вокруг нас постоянно все движется. Все существующее постоянно переходит из одного состояния в другое, все течет и меняется, нет ничего неподвижного: окисленное восстанавливается, восстановленное окисляется, холодное нагревается, горячее остывает.

«Закон единства и борьбы противоположностей». Именно этот закон является внутренним источником движения и развития. Гераклит Эфесский говорил: «Чем больше противоположности расходятся, тем более они сходятся для борьбы, и из этой борьбы возникает «прекраснейшая гармония». Можно добавить гармония жизни, гармония красоты, гармония совершенства.

5. Рефлексия.

Оцените, пожалуйста, свою работу на уроке:

На уроке мне было…

Я узнал(а)…

Теперь я знаю…

Знания, полученные на уроке, пригодятся мне…

6. Домашнее задание: Творческие проекты.

Краткое описание документа:

Тема урока: Окислительно-восстановительные свойства простых веществ - металлов главных и побочных подгрупп. Коррозия металлов. Цель урока: Обобщить, систематизировать и расширить знания учащихся об окислительно-восстановительных реакциях, важнейших окислителях и продуктах их восстановления. Значении этих реакций в различных отраслях народного хозяйства и жизни. Конкретизировать знания о процессе коррозии. Рассмотреть вопрос экологической безопасности от коррозии металлов.