Урок по химии на тему "Водород: получение, свойства, применение"

Тема урока. Водород. Получение, свойства, применение.

8 класс.

Учебник Рудзитис, Фельдман

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

Задачи:

• в процессе исследования изучить физические и химические свойства водорода и его соединений;
• развивать дальнейшие умения составлять уравнения химических реакций;
• учить сравнивать, обобщать, анализировать и делать выводы;
• развивать познавательную деятельность через эксперимент и посредством заданий развивающего характера;

Метод обучения: Объяснительно-иллюстративный, проблемно-поисковый.

Организационные формы: беседа, самостоятельная и практическая работа, сообщения учащихся

Приёмы активизации мыслительной деятельности учащихся:

1.      Анализ учебной информации

2.      Раскрытие межпредметных связей между химией, биологией, географией, астрономией.

3.      Выдвижение гипотез

4.      Анализ и составление обобщающих таблиц.

Ожидаемые результаты обучения:

В результате изучения данной темы учащиеся:

·         Получают знания о строении, свойствах и значении водорода на Земле и во Вселенной

·         Получают представление о распространенности водорода в природе

·         Приобретают знание физических и химических свойств водорода

·         Знакомятся с важнейшими областями применения водорода и методами его получения из природного сырья

·         Приобретают умение объяснить причину опасности работы с водородом

·         Приобретают навыки работы с химическими веществами и оборудованием

·         Умеют использовать средства Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft Power Point, Front Page, Microsoft Office для подготовки презентаций, рефератов, докладов, проектных работ по данной теме.

Структура урока

I.Ориентировочно-мотивационный блок (Предъявление темы, обоснование её актуальности, возбуждение интереса к ней). Вводная беседа, создание проблемной ситуации.

II. Информационный блок.

III. Обобщение и систематизация результатов поиска и ответа на проблему, составление схем обобщающих поисковую деятельность

 IV. Рефлексия.

V. Домашнее задание.

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.

Ход урока

1. Актуализация знаний учащихся.

Мотивация на изучение нового материала.

Учитель:

Впервые этот газ в чистом виде выделил 240 лет назад английский химик Генри Кавендиш. Свойства полученного им газа были настолько удивительны, что ученый принял его за легендарный «флогистон», «теплород» — вещество, по канонам науки того времени определявшее температуру тел. Он прекрасно горел (а огонь считался почти чистым флогистоном), был необычайно легок, в 15 раз легче воздуха, хорошо впитывался металлами и так далее. Однако другой великий химик, француз Антуан-Лоран Лавуазье, уже в 1787 году доказал, что полученное Кавендишем вещество — вполне обычный, хотя и очень интересный химический элемент. Свое название он получил оттого, что при горении давал не дым, сажу и копоть, а воду. Кстати, именно эта его особенность больше всего привлекает сегодняшних экологов и «зеленых».

О каком газе идет речь?

Ученики: О Водороде

2. Сообщение темы и постановка целей урока.

Итак, тема нашего урока «Водород». Слайд 1.

-Запишите тему урока в тетрадь.

 -Ребята, а что бы вы хотели узнать об этом удивительном элементе. (формулировка целей урока)

Слайд 2.

На слайде появляется схема.

                                              Общая характеристика

 

                    Применение                                                  Водород в природе

 

                                                                                                             Атом водорода

Получение                                     Водород

 

                                                                                                  Молекула  водорода

   Химические свойства

                                             Физические свойства

Слайд 3

.-Эпиграфом к уроку послужат слова ученого Дмитрия Щербакова.

 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.

-Хочется, чтобы в конце урока вы смогли объяснить, почему именно эти слова я взяла в качестве эпиграфа.

3. Вводный контроль.

Безе вещества, о котором пойдет речь, не возможна наша жизнь. Проверьте свои знания  о водороде, ответив на вопросы теста.

1 вариант	2 вариант
Самое распространённое вещество во Вселенной: А) кислород Б) водород В) сера 2. Гремучим газом называют взрывоопасную смесь: А) водорода с воздухом Б) водорода с водой В) водорода с серой 3. Относительная атомная масса водорода равна: А) 1 Б) 2 В) 3 4. Какой химик впервые выделил водород в чистом виде: А) Менделеев Б) Антуан-Лоран Лавуазье В) Генри Кавендиш	1. Самый лёгкий газ: А) кислород Б) водород В) сера 2. Газ, составляющий половину массы Солнца: А) кислород Б) водород В) гелий 3. Каким газом заполняют современные дирижабли: А) кислород Б) водород В) гелий 4. Какой химик впервые доказал существование водорода и дал ему название: А) Менделеев Б) Антуан-Лоран Лавуазье В) Генри Кавендиш

-На все ли вопросы смогли ответить?

-Возникли трудности?

-Значит,  нам есть над чем работать.

- К этому тесту вернемся в конце урока.

4. Изучение нового материала.

• Общая характеристика:

-Химический символ Н

-Относительная атомная масса 1

-Молекулярная формула Н2

-Почему?

-Молярная масса 2 грамм на моль

-Какую валентность проявляет водород - 1

• Водород в природе:

-Работа по учебнику стр. 71

-Прочитайте о нахождении водорода в природе

-Запишите в тетрадь.

-Беседа (Ответы детей).

Слайд 4.Водород — самое распространённое вещество во Вселенной (примерно 90 % всех атомов во вселенной)

Водород широко распространен в природе — содержится в воде, во всех органических соединениях, в свободном виде — в некоторых природных газах.

Слайд 5.Содержание его в земной коре достигает 0,15% ее массы (с учетом гидросферы —1Водород — самый лёгкий газ. Масса 1 литра водорода в газообразном состоянии при нормальных условиях составляет всего 0,08988 грамм %). Водород составляет половину массы Солнца.

Один ученик рассказывает дополнительно.

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.

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. 

• Получение водорода.

Учитель: Сейчас мы с вами проведем интересный опыт – получим водород. Обратите внимание на физические свойства водорода.

Лабораторный опыт.

Соблюдение Т. Б. при получении водорода.

Водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь - так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21%.

 Для эксперимента необходимо взять две чистые пробирки. В одну пробирку поместим цинк и прильем раствор соляной кислоты. Что вы наблюдаете? (учащиеся отвечают, что видят выделение какого- то газа).

Учитель: Какой это газ? Опишите его физические свойства.

Учащиеся: Этот газ без цвета, без запаха.

Учитель: Затем возьмем вторую пробирку и поставим ее на первую пробирку вверх дном. Зачем?

Учащиеся: Возможно, этот газ легче воздуха и чтобы его собрать, необходимо пробирку перевернуть вверх дном.

Учитель: Сейчас к отверстию пробирки, в которую собирали газ, поднесем горящую лучинку. Что вы наблюдали? (учащиеся отмечают, что слышали хлопок). Так сгорает водород. Значит, в результате взаимодействия цинка с соляной кислотой выделяется водород.

Учитель: Как можно получить водород в лаборатории, и какими физическими свойствами он обладает?

Учитель: Запишите уравнение реакции получения водорода в тетради:

Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2

. Слайд 6.

Вот такая история произошла с французским химиком, директором Парижского музея науки Пилатом де Розье (1756-1785). Как-то он решил проверить, что будет, если вдохнуть водород. До него никто такого эксперимента не проводил. Не заметив никакого эффекта, ученый решил убедиться, проник ли водород в легкие? Он ещё раз глубоко вдохнул этот газ, а затем выдохнул его на огонь свечи, ожидая увидеть вспышку пламени. Однако водород в легких экспериментатора смешался с воздухом и произошел сильный взрыв. “Я думал, что у меня вылетели все зубы вместе с корнями”, - так Розье характеризовал испытанные ощущения. Эксперимент чуть не стоил ему жизни.

. Слайд 7.

Дополнение ученика.

Тайна гибели дирижабля «Гинденбург»..

. Слайд 8.

4 марта 1936 года из эллинга для сборки дирижаблей вывели самый большой воздушный корабль — цеппелин LZ 129 «Гинденбург». Это было самое большое воздушное судно из всех, когда-либо поднимавшихся до того над землёй. 245 метров в длину и максимальным диаметром 41,2 метра; 200 000 кубометров газа в баллонах (объём выполненного; номинальный объём — 190 000 м³). Оснащенный четырьмя дизельными двигателями «Даймлер-Бенц» максимальной мощностью 1200 л. с. каждый, способный поднять в воздух до 100 тонн полезной нагрузки, цеппелин развивал скорость до 135 километров в час (150 при попутном ветре). Для того времени это были очень высокие показатели.

. Слайд 9.

Четверг, 6 мая 1937 года, 18 часов 25 минут. Дирижабль «Гинденбург» (LZ 129 «Hindenburg»), преодолев тысячи километров над Атлантикой, появился над окрестностями Нью-Йорка. Дирижабль заходит на посадку на военно-морскую базу Лэйкхёрст в Нью-Джерси. Неожиданно толчок сотрясает воздушную махину, изнутри беззвучно показываются огоньки пламени — через 32 секунды чудо инженерной мысли представляет собой огненный шар — на землю падает обгоревший алюминиевый каркас.

Учитель. Есть другие способы получения водорода.

Демонстрационный опыт. Щелочной Ме с водой.

-Запишите реакции. ( ученик работает у доски)

. Слайд 10.

• Физические свойства

Учитель. Ознакомьтесь с физическими свойствами водорода самостоятельно стр. 74 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

1. с кислородом. Видео
2. водород – восстановитель видео
3. с хлором и серой запишите самостоятельно ( у доски работают ученики)

. Слайд 11.

• Применение водорода.

-Водород широко применяется в различных областях нашей жизни. Об этом вы узнаете, прочитав материал в дополнительной литературе.

Раздаточный материал.

Основными потребителями водорода на сегодняшний день являются предприятия следующих направлений:

      - нефтеперерабатывающая промышленность;

 - газоперерабатывающая промышленность;

 - нефтехимическая промышленность;

 - химическая промышленность;

 - черная металлургия;

 - цветная металлургия;

 - пищевая промышленность;

 - электроэнергетика;

 - машиностроение;

 - стекольная промышленность;

 - радиотехническая промышленность;

 - авиационная, космическая и оборонная промышленность

В металлургии водород используется для получения металлов методом прямого восстановления, а так же для получения твердых сплавов.

Химическая промышленность: при производстве аммиака, метанола, мыла и пластмасс

Пищевая промышленность: при производстве маргарина из жидких растительных масел. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E949. Входит в список пищевых добавок, допустимых к применению в пищевой промышленности Российской Федерации в качестве вспомогательного средства для производства пищевой продукции.

Авиационная промышленность: водород очень лёгок и в воздухе всегда поднимается вверх. Когда-то дирижабли и воздушные шары наполняли водородом. Но в 30-х гг. XX в. произошло несколько катастроф, в ходе которых дирижабли взрывались и сгорали. В наше время дирижабли наполняют гелием, несмотря на его существенно более высокую стоимость.

Топливо: водород используют в качестве ракетного топлива. Ведутся исследования по применению водорода как топлива для легковых и грузовых автомобилей. Водородные двигатели не загрязняют окружающую среду и выделяют только водяной пар. ( группа учащихся работает в Интернете по теме : Водородный транспорт)

 В электронной промышленности: водород используется для создания восстановительной атмосферы. Одно из основных требований предприятий электронной промышленности к используемому водороду – его высокая чистота. Этим требованиям наилучшим образом соответствует водород, получаемый электролизом с последующей очисткой.

  В энергетике: водород используется для охлаждения мощных турбогенераторов, благодаря его высокой теплопроводности и коэффициенту диффузии, а также не токсичности.

Дополнительный материал.

. Слайд 12.В 1979 году компания BMW выпустила первый автомобиль, вполне успешно ездивший на водороде, при этом не взрывавшийся и выпускавший из выхлопной трубы водяной пар. В эпоху усиливающейся борьбы с вредными выхлопами машина была воспринята как вызов консервативному автомобильному рынку. Вслед за BMW в экологическую сторону потянулись и другие производители. К концу века каждая уважающая себя автокомпания имела в запаснике хотя бы один концепт-кар, работающий на водородном топливе. Автомобили с силовыми установками на водородных топливных элементах производят и испытывают: Ford Motor Company, Honda, Hyundai, Nissan, Toyota — Toyota,Volkswagen.

. Слайд 13.В Германии построен  танкер.  Он производит водород на борту из энергии ветра.

. Слайд 14.А вот китайская компания Shanghai Pearl произвела велосипед с водородными топливными элементами, экспорт которого осуществляет в Испанию.

Возможно, в будущем, лет через десять-пятнадцать в Европе уже во всю будут разъезжать "водородные" автомобили. Вот добиться бы ещё и низкой стоимости этого топлива. До России эта волна, скорее всего, дойдет много лет спустя. Отечественные производители не могут обеспечить свои автомобили двигателями, которые отвечали бы нормам ЕВРО-3, а в Европе уже принимаются ЕВРО-4. Поэтому до двигателей, работающих на водороде, нам ещё очень далеко.

·         Итоговый контроль.

Вернитесь к вопросам вводного контроля и ответьте на них сейчас (анализ работы учащихся)

• Подведение итогов. Домашнее задание.

Заключение: Но когда-нибудь настанет время – и это время не за горами, – когда мерилом ценности станет не золото, а энергия. И тогда изотопы водорода спасут человечество от надвигающегося энергетического голода: в управляемых термоядерных процессах каждый литр природной воды будет давать столько же энергии, сколько ее дают сейчас 300 л бензина. И человечество будет с недоумением вспоминать, что было время, когда люди угрожали друг другу животворным источником тепла и света...