Урок по химии "Водород"

Урок химии в 10 классе

Тема: Водород, его свойства и применение.

Цель:

Образовательная: Систематизировать и развить представления о водороде как химическом элементе и простом веществе, способах его получения и собирания; закрепить умения составлять схемы электронного баланса; закрепить понятия “окислитель”, “восстановитель”, “окисление”, “восстановление”.

Развивающая: развивать самостоятельность мышления, развивать интеллектуальные умения (анализировать, сравнивать, устанавливать причинно-следственные связи, работать по аналогии, выдвигать предположения).

Воспитательная: формировать научное мировоззрение, экологическое мышление, воспитывать культуру общения.

Задачи:

систематизация и развитие знаний учащихся о водороде как химическом элементе и простом веществе, о свойствах водорода,  способах его получения, роли в природной среде на основе сформированной предметной понятийно-теоретической базы.

Тип урока: комбинированный.

Методы: словесный (рассказ, объяснение, с элементами дискуссии, постановка и решение проблемных вопросов); наглядный (презентация); практический (составление уравнений).

Оборудование:  компьютер, экран, мультимедийный проектор, карточки для самостоятельной работы

Ход урока.

I.                   Организационный момент. 1 мин

Учитель: Здравствуйте, ребята! Садитесь.

II.                Актуализация знаний. 1 мин

Вопросы к классу:

- Как называется раздел, который мы начали изучать на прошлом уроке?

- Где в периодической системе расположены неметаллы?

- Какие группы неметаллов можно выделить?

III.             Мотивационно-ориентационный этап      - 2 мин.

Изучение новой темы начнем не совсем традиционно. Посмотрите, на доске отсутствует запись темы урока. И это не случайно, т.к. тему вы сегодня назовете сами. И вот о каком неметалле мы поговорим сегодня, вы должны определить сами, отгадав загадку.

Первый я на белом свете:

Во Вселенной, на планете,

Превращаюсь в легкий гелий,

Зажигаю солнце в небе.

Я, газ легчайший и бесцветный,

Неядовитый и безвредный.

Соединяясь с кислородом,

Я для питья даю вам воду

Ученики отвечают: Водород.

Откройте тетради и запишите тему урока: «Водород, его свойства и применение»

Ученики формулируют цель урока.

Сегодня на уроке мы узнаем, в чем заключается особенность положения водорода в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Изучим его физические и химические свойства.

IV.              Изучение нового материала -30 мин.

Изучение материала будем осуществлять по плану:

1.Водород – химический элемент:

а) положение в ПСХЭ Д.И. Менделеева,
б) строение атома,

в) нахождение в природе.

2.Водород – простое вещество:

а) строение молекулы,
б) физические свойства,

в) химические свойства,

Лабораторный опыт «Испытание индикатором растворов водородных соединений неметаллов»

г) получение водорода,

д) применение.

Положение в ПСХЭ Д.И. Менделеева

-В Периодической системе химических элементов каждый элемент занимает строго определенное место. Охарактеризуйте положение водорода в Периодической системе.

Планируемый ответ ученика. Водород находится в I периоде, в 1А группе. Порядковый номер 1. Относительная атомная масса 1, 00797.

-Водород – единственный химический элемент, которому отводят в Периодической системе Д.И. Менделеева два места. Видим, что водород также стоит и в VIIА группе. Почему?

Строение атома

Чтобы ответить на этот вопрос, составьте схему строения атома водорода.

(Один ученик на доске составляет схему строения атома водорода, остальные учащиеся – в тетрадях).

Планируемый ответ ученика. Заряд ядра +1. Один энергетический уровень, на котором находится 1 электрон. Ядро атома водорода содержит 1 протон.

-Наличие на внешнем и единственном энергетическом уровне одного электрона в атоме водорода делает этот химический элемент похожим на щелочные металлы. Водород подобно щелочным металлам отдает единственный электрон и проявляет степень окисления, равную +1.

Что общего между водородом и элементами VIIА группы?

Подобно атомам элементов VIIА группы Периодической системы Д.И. Менделеева водороду не хватает одного электрона до завершения внешнего энергетического уровня, поэтому водород способен проявлять окислительные свойства с металлами, забирая у них этот электрон и получая степень окисления -1.

Но по последним рекомендациям ИЮПАК водород – элемент 1А группы.

(После объяснения учителя ученики заполняют таблицу)

Водород и элементы IА группы	Водород и элементы VIIА группы
1.По одному электрону на внешнем энергетическом уровне. 2.Отдают электрон с внешнего энергетического уровня. 3.Восстановительные свойства. 4.Степень окисления в соединениях +1. Н+2О , Na+Cl	1.До завершения внешнего энергетического уровня не хватает одного электрона. 2.Принимают электрон на внешний энергетический уровень. 3.Окислительные свойства. 4.Степень окисления в соединениях -1. LiH-1, KCl-1

Изотопы водорода: Протий, Дейтерий, Тритий.

Строение молекулы

-Какое строение имеет молекула водорода? Покажите схему образования молекулы. Определите кратность связи и вид химической связи.

Планируемый ответ ученика. Молекула водорода двухатомная.

Н· + ·Н → Н : Н или Н – Н. Атомы связаны одной электронной парой. Связь в молекуле одинарная, ковалентная неполярная.

Нахождение в природе (доклад)

.

По распространенности в нашей Вселенной водород занимает первое место. На его долю приходится около 92% всех атомов  Водород – основная составная часть звезд и межзвездного газа. В условиях звездных температур (например, температура поверхности Солнца – 6000 °С) и межзвездного пространства, пронизанного космическим излучением, этот элемент существует в виде отдельных атомов.

Массовая доля водорода в земной коре составляет 1% – это девятый по распространенности элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет –17% (второе место после кислорода, доля атомов которого равна –52%). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода.

В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состоянии, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества имеется в атмосфере (0,00005% по объему).

Основным соединением водорода является вода. Кроме того, большое его количество входит в состав многочисленных соединений с углеродом (органических веществ), составляющих основу нефти, природного газа, угля и др. Он непременная составная часть веществ, образующих живые организмы (–6,5% от сухой массы).

Физические свойства

-Какими физическими свойствами обладает водород?

Ответ на этот вопрос я предлагаю вам найти самостоятельно, работая с учебником ( стр. 191-192). Выписать в тетради основные показатели (при обычных условиях):

Агрегатное состояние-

Цвет-

Запах-

Вкус-

Плотность-

Растворимость в воде-

Температура плавления-

Температура кипения-

Теплопроводность-

Коррекция записей с помощью мультимедиа.

Химические свойства

-Из – за высокой устойчивости молекул Н₂ химическая активность водорода при обычных условиях мала. Хотя сам водород неметалл, он более химически активен по отношению к неметаллам, чем к металлам. При комнатной температуре водород реагирует только с фтором. При облучении – с хлором.

1. Взаимодействие с простыми веществами:

- с неметаллами;

Н₂ + О₂ = Н₂О

- с металлами.

2Na + Н₂ = 2NaH

2. Взаимодействие со сложными веществами:

- с оксидами металлов;

CuО + H₂ = Cu +Н₂О.

- с органическими соединениями.

СН₂=СН₂ + Н₂ = СН₃-СН₃

Работа с карточками по рядам:

Закончить уравнения реакций и показать переход электронов.

1 ряд: Н₂ + WO₃ =

           Н₂ + N₂ =

 H₂ + K =

 2 ряд Н₂ + PbO =

           Н₂ + S =

           H₂ + Ba =

3 ряд Н₂ + C =

          Н₂ + FeO =

H₂ + Li =

Лабораторный опыт «Испытание индикатором растворов водородных соединений неметаллов»

Проводится учителем, а учащиеся делают выводы о кислотно-основном характере водородных соединений неметаллов.

Получение водорода

Мы изучили свойства водорода, а сейчас ознакомимся со способами его получения. Но вначале вспомним немного из истории химии.

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.

В промышленности получают водород из воды действием тока, идет реакция разложения воды с образованием двух веществ: водорода и кислорода. Но этот способ сравнительно дорогой. В настоящее время наиболее экономичный способ производства водорода – конверсия метана.

В лаборатории для получения водорода используют вещества, относящиеся к классу кислот. Например: HCl – соляная кислота или Н₂SO₄ – серная кислота. Как извлечь из нее водород? Провести реакцию замещения с металлом – Zn, Fe.

Н2SO4 + Zn = H2 + ?

2НCl + Zn = H2 + ?

Полученный тем или иным способом водород может быть загрязнен воздухом, с которым может образовывать взрывчатую смесь (смесь водорода и кислорода в объемном отношении 2:1 называется, “гремучим газом”), это опасно! Вспомните Пилата де Розье. Поэтому полученный водород проверяют на чистоту.

Демонстрация учителя:

Реакция получения водорода в лаборатории проводится и в аппарате Киппа, происхождение его названия связано с голландской фирмой, выпускавшей эти аппараты. В одно из отделений закладывается Zn, а в другое наливается кислота, газ выходит по газоотводной трубке.

Наполняем пробирку водородом, используя один из методов собирания, и подносим ее открытым концом к пламени – если услышим хлопок со свистом, то водород загрязнен, если же хлопок глухой-то водород чистый.

Применение (доклад)

В 1783 году совершил полет на воздушном шаре, наполненном водородом французский физик Ж. Шарль. В 1794 году воздушные шары нашли практическое применение в военном деле. В последствии стали применять смесь водорода с гелием. Это было более безопасно, так как водородные шары часто воспламенялись. С 1932 по 1937 год немецкий дирижабль “Граф Цеппелин” совершил 136 полетов из Европы в Южную Америку и 7 полетов – в США и перевез свыше 13 тысяч человек. Потом дирижабли были постепенно вытеснены успехами авиации и вертолетостроения. Сейчас вновь обсуждаются вопросы создания современных дирижаблей. Другое универсальное свойство водорода – самая высокая теплопроводность среди всех газов – находит применение в современной энергетике для охлаждения электрических машин. Водород - это топливо будущего, существует много примеров создания и применения топливных элементов. Например: подобный агрегат служит источником воды и энергии в космических кораблях, двигателях автомобилей, подводных лодках.

Учитель: Итог нашего урока: мы познакомились с первым элементом  – водородом. Вы узнали его свойства и уникальность. Я думаю, вам понятно, почему надо обращаться с этим газом очень осторожно. Возможен взрыв, вот почему вы должны быть всегда начеку!

V.                 Закрепление полученных знаний. - 8 мин.

Тест

1. Водород является продуктом взаимодействия:

1) Cu + HCl;
2) Zn + HCl;
3) Cu + H₂O;
4) S + NaOH

2. Укажите валентность фосфора в водородном соединении:

1) I;
2) II;
3) III;
4) V

3. Индивидуальным веществом является:

1) чугун;
2) водород;
3) соляная кислота;
4) воздух.

4. Водород не реагирует с:

1) N₂;
2) S;
3) O₂;
4) HCl

5. Химические свойства водорода используются при:

1) получении сверхнизких температур;
2) наполнении стратостатов и шаров-зондов;
3) получении металлов из их оксидов;
4) отводе теплоты в электрических машинах.

6. Водород в лаборатории получают взаимодействием:

1) железа с водой;
2) натрия с водой;
3) оксида кальция с водой;
4) цинка с соляной кислотой.

7. Формула продукта реакции и коэффициент перед ней в уравнении реакции взаимодействия водорода с хлором:

1) HCl;
2) 2HCl;
3) 3HCl;
4) 4HCl

8. Водород реагирует:

1) только с простыми веществами;
2) с простыми и сложными веществами;
3) только со сложными веществами;
4) только с неметаллами.

9. Водород реагирует с:

1) Н₂О;
2) SO₃;
3) Cl₂;
4) Au

10. В промышленности водород не получали и не получают взаимодействием:

1) метана с водой;
2) железа с водой;
3) электролизом воды;
4) цинка с соляной кислотой.

VI.              Домашнее задание - 1 мин.

§ 42, упр. 4-6 (3)

VII.           Рефлексивно - оценочный этап. - 2 мин

 Подведение итогов, выставление оценок.

Рефлексия – Наш урок завершается, мы с вами покоряли высоту под названием «Водород».

Ответьте на вопросы: - Кто считает, что сегодня ему удалось покорить горную вершину под названием Водород»?

- Кто застрял на середине дороги, какая преграда появилась на вашем пути?

- Как мы дальше сможем использовать полученные сегодня знания?

Нахождение в природе

По распространенности в нашей Вселенной водород занимает первое место. На его долю приходится около 92% всех атомов (8% составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых – менее 0,1% ). Таким образом, водород – основная составная часть звезд и межзвездного газа. В условиях звездных температур (например, температура поверхности Солнца – 6000 °С) и межзвездного пространства, пронизанного космическим излучением, этот элемент существует в виде отдельных атомов.

Массовая доля водорода в земной коре составляет 1% – это девятый по распространенности элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет –17% (второе место после кислорода, доля атомов которого равна –52%). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода.

В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состоянии, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества имеется в атмосфере (0,00005% по объему).

Основным соединением водорода является вода. Кроме того, большое его количество входит в состав многочисленных соединений с углеродом (органических веществ), составляющих основу нефти, природного газа (формула метана?), угля и др. Он непременная составная часть веществ, образующих живые организмы (–6,5% от сухой массы).

Применение

В 1783 году совершил полет на воздушном шаре, наполненном водородом французский физик Ж. Шарль. В 1794 году воздушные шары нашли практическое применение в военном деле. В последствии стали применять смесь водорода с гелием. Это было более безопасно, так как водородные шары часто воспламенялись. С 1932 по 1937 год немецкий дирижабль “Граф Цеппелин” совершил 136 полетов из Европы в Южную Америку и 7 полетов – в США и перевез свыше 13 тысяч человек. Потом дирижабли были постепенно вытеснены успехами авиации и вертолетостроения. Сейчас вновь обсуждаются вопросы создания современных дирижаблей. Другое универсальное свойство водорода – самая высокая теплопроводность среди всех газов – находит применение в современной энергетике для охлаждения электрических машин. Водород - это топливо будущего, существует много примеров создания и применения топливных элементов. Например: подобный агрегат служит источником воды и энергии в космических кораблях, двигателях автомобилей, подводных лодках.