Урок "Соли угольной кислоты"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Приуральская средняя общеобразовательная школа Новоуральского сельсовета Кувандыкского района Оренбургской области»

Беркутова Ольга Ильинична

Учитель химии и биологии

Тема :  Соли угольной кислоты.

Цель урока:  Изучить  химические свойства солей  угольной кислоты – карбонатов и гидрокарбонатов, приобрести навыки в решении расчетных и экспериментальных задач.

Оборудование и реактивы: Коллекция минералов – карбонатов (мел, мрамор, известняк, кальцит, доломит, сидерит). Растворы гидроксида натрия, карбоната натрия, известковая вода, соляная кислота (1:3), 10% - я серная кислота, 10% - я азотная кислота, фенолфталеин. Твердые соли: карбонат аммония, гидрокарбонат натрия, карбонат натрия, мел, малахит. Прибор для получения газов, стеклянная трубка, горелка, стаканы, пробирки.

Плакаты: «Схема образования сталактитов, сталагмитов». «Соли угольной кислоты и их названия».

Ход урока

Учитель. Сегодня мы должен изучить свойства угольной кислоты и ее солей. Но прежде чем отправиться в увлекательный мир карбонатов, нам надо сосредоточиться. В связи с этим, как всегда тест – экспресс.

         Учитель диктует вопросы, ученики записывают краткие ответы. Время на размышление – не более 20 с

Тест – экспресс

1.     Разновидности простого вещества, образованные одним и тем же химическим элементом?  (Аллотропы)

2.     Электронная формула атома углерода? (1S² 2S² p² )

3.     Количество электронов на внешней электронной оболочке элементов IVа группы? (Четыре)

4.     Летучие водородные соединения углерода и кремния? (Метан СΗ₄ , силан SiΗ₄ ).

5.     Формула высших оксидов элементов IVа группы? (ЭО₂ ).

6.     Масса 0.5 моль свинца? (103.5г)

7.     Объем 2 моль метана при нормальных условиях? (44.8л)

8.     Чего больше по массе в угарном газе – кислорода или углерода? (По массе больше кислорода)

9.     Степень окисления углерода в угарном газе и углекислом газе? (+2, +4)

10. Где больше атомов – в 1 л угарного или 1 л углекислого газа? (В 1л углекислого газа)

После того как листки с ответами собраны, коллективно обсуждается правильность ответов.

         Учитель. На предыдущем уроке мы рассмотрели свойства углекислого газа. Как обнаружить его среди других газообразных веществ?

         Ученик. Углекислый газ не поддерживает горения, лучина, внесенная в сосуд с ним, гаснет.

         Учитель. Хорошо, но подобным свойствам обладают и некоторые другие  газы, например азот.

Ученик. Если пропускать углекислый газ через известковую воду, то она мутнеет.

Учитель. Замечательно. Запишем уравнение этой реакции.

Ученик на доске пишет уравнение реакции, а затем его просят продемонстрировать это самым доступным способом. В процессе обсуждения ученики решают, что проще всего подуть через стеклянную трубку в пробирку с известковой водой. Попутно вспоминают из уроков биологии, что при дыхании поглощается кислород и выделяется углекислый газ.

Как получить углекислый газ в лабораторных условиях в больших количествах?

После обсуждения ученики решают: получить углекислый газ можно действием сильных кислот на соли угольной кислоты, например карбонат кальция.

Решим конкретную задачу.

В этих пробирках находятся кристаллы кальцита. Какую кислоту вы предпочли бы для получения углекислого газ: серную, соляную или азотную?

         У доски три ученика записывают уравнения реакций в молекулярной и ионных формах, а затем выполняют задачу экспериментально.

Для получения углекислого газа лучше всего использовать азотную или соляную кислоту. При действии серной кислоты образуется поверхностная пленка сульфата кальция (малорастворимая соль), препятствующая дальнейшему течению реакции.        

Обратите внимание на краткое ионное уравнение. Действием сильной кислоты может служить качественной реакцией на карбонаты. Геологи в полевых условиях именно так отличают  карбонатные минералы от силикатных.

Демонстрируется опыт. На образцы горных пород наносится капля соляной кислоты. «Вскипание» - свидетельство присутствия солей угольной кислоты – карбонатов.

Об удивительном свойстве некоторых минералов растворяться в кислотах знала, очевидно, и египетская царица Клеопатра, которая, по преданию, выпила во время пира кубок вина с растворенной жемчужиной. А  жемчуг – это минерал арагонит СaСO₃ .  Впрочем знание азов химии необходимо не только великим, но и простым смертным. На одной из  железнодорожных станций в восьмидесятые годы произошла авария, при которой на рельсы из поврежденных цистерн вылилась серная кислота. За двое суток руководство станции так и не решило проблемы нейтрализации кислоты, которая за это время «съела» рельсы, не считая экономического ущерба, который был нанесен  остановкой движения.

         Каково же решение проблемы, если учесть, что рядом со станцией работали два карьера – песчаный  и лиловый?

После обсуждения проблемы и ее решения возвращаемся к задаче получения углекислого газа в лабораторных условиях, выясняем каким из двух методов, известных учащимся, можно воспользоваться в данном случае.

         А.  Метод вытеснения воздуха приемлем, но необходимо вычислить плотность углекислого газа по воздуху. Находим, что плотность больше 1 (Д_возд  (СO₂) = 44/29 >1). Значит, тяжелый углекислый газ можно «наливать» в стакан как жидкость.

         Б. Метод вытеснения воды невозможен из-за протекания реакции:

                                      СO₂ + Η₂  O↔ Η₂ СO₃

Уравнение ступенчатой диссоциации угольной кислоты

Η₂ СO₃ ↔ Η⁺ + ΗСO₃ ^–

ΗСO₃ ^- ↔ ΗСO₃ ^2-  

На основании записи уравнений диссоциации учащихся делают вывод. что для угольной кислоты характерно образование двух типов солей: нормальных – карбонатов и кислых – гидрокарбонатов.

         Два ученика в роли лаборантов демонстрируют опыт. Через известковую воду длительное время пропускают углекислый газ,  получаемый в пробирке с газоотводной трубкой разложением кусочков мрамора соляной кислотой. Затем один из учеников записывает на доске уравнения протекающих реакций:

Сa(OΗ)₂ + СO₂ → СaСO₃ + Η₂ О

_{воды                        газ                    тв}

СaСO₃ + СO₂ + Η₂ О→ Сa(ΗСO₃)₂

   _{тв                   газ          жидк                воды}

Учитель. Уравнения реакцией, записанные вами, играют огромную роль в формировании облика нашей планеты. Углекислый газ в образе ваятеля и зодчего создает подземные дворцы в толщах карбонатных пород. Он способен землей перемещать сотни и тысячи тонн известняка. По трещинам в горных породах вода, содержащая растворенный в ней  углекислый газ, попадает в толщу известняка, образуя полости – карстовые пещеры. Гидрокарбонат кальция существует только в растворе. Грунтовые воды перемещаются в земной коре, испаряя в подходящих условиях воду:

Сa(ΗСO₃)₂ → СaСO₃ ↓ + Η₂ О + СO₂↑

СO₂       Η₂ О↔ Η₂СO₃

Η₂СO₃  + Η₂ О↔ ΗСO^- + Η₃ О⁺

(схема образования сталактитов и сталагмитов)

         Так образуются сталактиты и сталагмиты, схема образования которых предложена известным минералогом и геохимиком Александром Евгеньевичем Ферсманом. Очень много карстовых пещер у нас в Крыму. Их изучением занимается наука спелеология.

Этот фрагмент урока может быть видоизменен: сообщения о геохимической роли углекислого газа учащиеся готовят заранее с привлечением рекомендованной учителем литературы.

         Учитель. В повседневной жизни нам часто приходится сталкиваться с солями угольной кислоты. Это питьевая и кальцинированная сода, известняк, мрамор, малахит /ссылка на плакат/

         Ученики записывают  тривиальные названия солей в своей химический словарь.

         На этом плакате отсутствует одно очень известное соединение, содержащее в %:

         углерод – 4,2

         водород – 6.99

         кислород – 72.73

         неизвестный металл – 16.08

Определите формулу этого вещества, если известно, что это кристаллогидрат.

         Задачу решает у доски ученик, желательно хорошо успевающий по химии, чтобы не затягивать урок. Ответ записывается в химический словарь: кристаллическая вода Na₂ СO₃    10 Η₂ О

Рассмотрим еще одно важное свойство солей угольной кислоты -  отношение к нагреванию. Гидрокарбонаты разлагаются с образованием карбонатов, воды и углекислого газа

2Na ΗСO₃→Na ₂СO₃ + СO₂↑ + Η₂ O

Это свойство дает возможность применять гидрокарбонаты в пищевой отрасли промышленности в качестве разрыхлителей теста. Современные разрыхлители включают в своей состав гидрокарбонат натрия и какие-либо пищевые кислоты или гидрокарбонат аммония.

         Карбонаты щелочных металлов (кроме лития) плавятся без разложении. Карбонаты остальных металлов разлагаются на соответствующий основной оксид  и углекислый газ. Например, разложение доломита:

 MgСO₃  СaСO₃ →MgO + СaO + 2СO₂ ↑  

На этом свойстве основано решение некоторых практических задач. Например: Как избавить карбонат натрия от примеси гидрокарбоната? Как «обновить» негашеную известь?

         После разбора решения задач класс приступает к выполнению практической работы, перед началом которой необходимо повторить основные правила техники безопасности. В теме « Карбонаты» такое повторение позволяет вернуться к гидролизу солей на примере карбоната натрия. Для этого предлагается проблемная задача.

         Учитель. Еще одна задача. Рядом с аптечкой у нас в кабинете, как вы знаете, стоит бутыль с раствором соды. Кто может объяснить – зачем?

         В процессе обсуждения выяснили, что раствор соды предназначен для нейтрализации следов кислоты на поверхности кожи. При этом раствор соды выступает в роли слабой щелочи и окрашивается фенолфтамином в розовый цвет.

         Сода – соль слабой кислоты и сильного основания – подвергается гидролизу в водном растворе.

         На доске записывается уравнение реакции гидролиза:

Na₂ СO₃ + Η₂ O↔NaΗСO₃ + NaOΗ

2Na⁺ + СO^2-₃  +   Η₂ O

Η⁺ + OΗ^- ↔ 2Na⁺ ΗСO₃^- + OΗ^-

Практическая работа выполняется по трем вариантам группами учеников, которые формируются по усмотрению учителя, но так, чтобы в каждый группе был лидер – помощник учителя. задания для трех вариантов приведен в таблице.

Задания для практической работы по теме «Подгруппа углерода»

I  вариант	II вариант	III вариант
1. Собрать прибор для получения углекислого газа. Осуществить заданные превращения. Записывать уравнения всех проведенных реакций в молекулярной и ионной формах. Ответы на вопросы подтвердить соответствующими уравнениями реакций или расчетами
Сa(OΗ)2→СaСO3→Сa2 (ΗСO3)2	Na2 SiO3→ Na2 СO3	NaOΗ→Na2 СO3→NaΗСO3
Почему водопроводная вода содержит значительные количества гидрокарбоната кальция?	Почему «стареет» канцелярский клей?	Почему при взаимодействии щелочи, длительное время хранившейся в склянке с неплотно закрытой крышкой, с кислотой выделяются пузырьки газа?
Как наиболее  доступным способом обнаружить эту соль в растворе.	Почему в присутствии фенолфталенна растворы соды и клея приобретают розовую окраску?	Почему в огнетушителях используется раствор гидрокарбоната натрия, а не карбоната?
2. В пакетах под номерами находятся порошки соли. Определите соль, пользуясь минимальным количеством реагентов и операций:
карбонат аммония, кальцинированная сода	кальцинированная сода, питьевая сода	мел, гипс. кальцинированная сода
3.  Решите задачу:
Как приготовить 1л 5% раствора карбоната натрия, имея кристаллическую соду?	100г кристаллической соды растворили в 0.5л воды. Определите массовую долю растворенного вещества?	Сколько граммов кристаллической соды надо растворить в 200г воды для получения 5% раствора карбоната натрия?