урок по химии «Неметаллы вокруг нас»
класс: 10 «В»
(естественно- математического направления)
учитель химии СШ № 26 г.Актобе,
Алдабергенова Лаззат Аманжановна
Цель урока: обобщить полученные на уроках химии и биологии знания о неметаллах и о их свойствах.
Задачи урока:
• Образовательные: Обобщить знания учащихся о химических элементах- неметаллах, взаимосвязи состава, строения и свойств химических элементов в подгруппах; о биологической роли некоторых химических элементов неметаллов в жизнедеятельности живых организмов; продолжить формирование единой естественно – научной картины мира; совершенствовать умения проводить лабораторные опыты, доказывающие свойства неметаллов.
• Развивающие: развивать умения анализировать, сравнивать, делать выводы; развивать логическое мышление (устанавливать причинно-следственные связи, подтверждая на данном предметном материале зависимость свойств объекта от состава и строения); развивать познавательную активность учащихся; повышать учебную мотивацию к изучению химии и биологии.
• Воспитательные: воспитывать чувство ответственности за сохранение своего здоровья, бережное отношение к окружающему миру.
Тип урока: межпредметный интегрированный.
Оборудование:
• Мини-презентации учащихся о химических элементах - неметаллов;
• Периодическая таблица Д.И.Менделеева;
Учитель:
Другого ничего в природе нет
Ни здесь, ни там в космических глубинах
Все – от песчинок малых до планет
Из элементов состоит единых.
Как формула, как график трудовой
Строй менделеевской системы строгий
Вокруг тебя творится мир живой,
Входи в него, вдыхай, руками трогай…
Учитель: - Как вы поняли ребята, мы сегодня поговорим о ряде химических элементах, о неметаллах. Мы с вами разберем основные подгруппы неметаллов: подгруппа углерода, подгруппа азота, подгруппа кислорода, подгруппа фтора.
Тема нашего урока: «Неметаллы вокруг нас». Эта тема является объектом изучения и химии, и биологии. Поэтому этот урок необычный – он интегрированный. Рассмотрим биологическую роль неметаллов в жизнедеятельности живых организмов.
Вопрос учащимся: рассказать общую характеристику о неметаллах. (Демонстрация мини- презентации учащихся)
подгруппа Общая характеристика
Углерода В подгруппу углерода входят углерод, кремний, германий, олово и свинец. Это р-элементы IV группы периодической системы Д.И. Менделеева. Их атомы на внешнем уровне содержат по четыре электрона ns2np2, чем объясняется сходство их химических свойств. В соединениях элементы подгруппы углерода проявляют степень окисления +4 и -4, а также +2, причем последняя с увеличением заряда ядра становится более характерной. Для углерода, кремния и германия наиболее типична степень окисления +4, для свинца +2. Степень окисления -4 в последовательности C – Pb становится все менее характерной. Элементы подгруппы углерода образуют оксиды общей формулы RO2 и RO, а водородные соединения - формулы RН4. Гидраты высших оксидов углерода и кремния обладают кислотными свойствами, гидраты остальных элементов амфотерны, причем кислотные свойства сильнее выражены у гидратов германия, а основные - у гидратов свинца. От углерода к свинцу уменьшается прочность водородных соединений RН4: СН4 - прочное вещество, а PbH4 в свободном виде не выделено. В подгруппе с ростом порядкового номера уменьшается энергия ионизации атома и увеличивается атомный радиус, т. е. неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются.
Теперь рассмотрим биологическую роль подгруппы углерода
подгруппа Биологическая роль
Углерода Соединения углерода являются основой растительных и животных организмов (45 % углерода содержится в растениях и 26 % ― в животных организмах). Характерные биологические свойства проявляют оксид углерода (II) и оксид углерода (IV). Оксид углерода (II) ― очень токсичный газ, так как он прочно соединяется с гемоглобином крови и лишает гемоглобин возможности переносить кислород от легких к капиллярам. При вдыхании СО человек может получить отравления, возможен даже смертельный исход. Оксид углерода (IV) особенно важен для растений. В клетках растений (особенно в листьях) в присутствии хлорофилла и под действием солнечной энергии происходит фотосинтез глюкозы из углекислого газа и воды с выделением кислорода. В результате фотосинтеза растения ежегодно связывают до 150 млрд. т углерода и 25 млрд. т водорода, и выделяют в атмосферу до 400 млрд. т кислорода. Ученые установили, что растения получают около 25 % СО2 через корневую систему из растворенных в почве карбонатов. Кремний растения используют для построения покровных тканей. Содержащихся в растениях кремний, пропитывая клеточные стенки, делает их более твердыми и устойчивыми к повреждениям насекомыми, предохраняет их от проникновения грибной инфекции. Кремний находится почти во всех тканях животных и человека, особенно им богаты поджелудочная железа, печень, волосы, шерсть, кожа, кости, зубы, хрящи. У туберкулезных больных в костях, зубах и хрящах кремния значительно меньше, чем у здоровых людей. При таких заболеваниях, как экзема, чешуйчатый лишай, болезнь Боткина, отмечается уменьшение содержания кремния в крови, а при поражении толстой кишки ― наоборот, увеличение его содержания в крови.
Учитель : Задача учащимся:
В природе постоянно происходит круговорот биогенных элементов: углерода, водорода, кислорода, фосфора, азота и др. Человек в процессе своей деятельности вмешивается в круговорот веществ, использую минеральное сырье для своих нужд. Какая масса углерода должна превратиться в CO2, чтобы получить 1 л минеральной газированной воды с концентрацией углекислоты 2%, ρ=1г/см3. (ответ: m(С) = 3,87 г)
Учитель: Вопрос учащимся: рассказать общую характеристику о неметаллах. (Демонстрация мини- презентации учащихся)
подгруппа Общая характеристика
Азота В нее входят элементы: азот (N); фосфор (P); мышьяк (As); сурьма (Sb); висмут (Bi). Общая электронная формула элементов подгруппы азота: ns2np3 – на внешнем энергетическом уровне эти элементы содержат пять валентных электронов, на что указывает номер группы – два электрона на s-подуровне и три не-спаренных электрона на р-подуровне. Это р-эле-менты. У каждого последующего нижестоящего атома нарастает энергетический уровень (N – 2s22p3; P – 3s23p3; As – 4s24p3; Sb – 5s25p3; Bi – 6s26p3), в связи с чем увеличивается радиус атома, уменьшается энергия ионизации, энергия сродства к электрону, электроотрицательность, ослабевают неметаллические свойства – усиливаются металлические. Характерны следующие степени окисления: N – +1, +2, +3, +4, +5, 0, -1, -3, -5; P – от +1 до +5 (кроме +2), 0, -2, -3; все остальные: +3, +5, -3. Характерные валентности: 3, 4, 5. Азот пятивалентным быть не может – максимальная его валентность равна четырем, т. к. наивысшая валентность равна числу возможных квантовых ячеек на внешнем уровне – у азота их четыре (одна s– и три р-орбитали), следовательно, число ковалентных связей тоже четыре. Итак, азот в невозбужденном состоянии имеет валентность три, а в возбужденном (при переходе электронов с s-подуровня) – четыре. У фосфора и всех последующих элементов подгруппы имеется d-подуровень, куда могут переходить электроны с s– и р-подуровней, и в возбужденном состоянии они имеют валентность пять. Водородные соединения элементов соответствуют формуле: RН3: NН3 – аммиак; РН3 – фосфин; AsН3 – арсин; SbН3– стибин; BiН3 – висмутин. Все соединения – газы, химическая стойкость каждого последующего ослабевает, что связано с ростом порядкового номера элементов, ослабевания неметаллических свойств и усиления металлических. Кислородные соединения подгруппы азота отвечают составу: R2О3, R2О5, которые соответствуют кислотам типа: НRО2; НRО3; Н3RO4 – ортокислоты (азот ортокислоты не образует). Характер оксидов элементов в направлении сверху вниз закономерно изменяется: N2О3, Р2О3 обладают кислотными свойствами; As2О3, Sb2О3 имеют амфотерные свойства; Bi2О3 – основные свойства. R2О5 образуют только кислотные оксиды и соответствуют кислотам: НRО3, Н3RO4 (кроме азота). Сила кислот НRО3 сверху вниз убывает. Резкие изменения наблюдаются и у простых веществ элементов подгруппы азота: азот, фосфор, мышьяк – неметаллы; сурьма и висмут – металлы.
Учитель биологии: Теперь рассмотрим биологическую роль подгруппы азота
подгруппа Биологическая роль
Азота Азот играет исключительно важную роль в жизни растений, поскольку входит в состав аминокислот, белков и хлорофилла, витаминов группы В, ферментов, активизирующих обмен веществ. Поэтому недостаток азота в почве отрицательно сказывается на растениях, и в первую очередь на содержание хлорофилла в листьях, из-за чего они бледнеют. Овощные растения потребляют от 50 до 250 кг азота на 1 гектар площади почвы. Больше всего азота находится в цветах, молодых листьях и плодах. Важнейшим источником азота для растений являются азотные удобрения ― это в основном нитрат аммония и сульфат аммония. Следует отметить также особую роль азота как составной части воздуха ― важнейшего компонента живой природы. Ни один из химических элементов не принимает столь активного и многообразного участия в жизненных процессах растительных и животных организмов, как фосфор. Он является составной частью нуклеиновых кислот, входит в состав некоторых ферментов и витаминов. У животных и человека в костях сосредоточено до 90 % фосфора, в мышцах ― до 10 %, в нервной ткани ― около 1 % (в виде неорганических и органических соединений). В мышцах, печени, мозге и других органах фосфор находится в виде фосфатидов и фосфорных эфиров. Фосфор принимает участие в мышечных сокращениях и в построении мышечной и костной ткани. Людям, занимающимся умственным трудом, необходимо употреблять повышенное количество фосфора, чтобы не допустить истощения нервных клеток, которые функционируют с повышенной нагрузкой именно при умственном труде. При недостатке фосфора понижается работоспособность, развивается невроз, нарушается обмен веществ. Недостаток фосфора может быть пополнен употреблением таких овощей и фруктов, как салат, шпинат, щавель, фасоль, морковь, томаты, баклажаны, огурцы, сладкий перец, клубника, абрикосы. Из продуктов животного происхождения наиболее богаты фосфором мясо, мозг, говяжья печень, рыба, яйца, молокопродукты.
Учитель химии: Задача учащимся:
1. Масса белка в организме человека составляет 17% от массы тела, а азота в белке содержится 16%(мас.). Определите, сколько азота в составе белка содержится в организме человека массой 70 кг. (ответ: m (белка)= 11,9 кг, m (N2)= 1,9 кг)
2. Суточная потребность человека в фосфоре составляет 1 г. Известно массовые доли фосфора в продуктах питания: в мясе 0,204%, в яйцах 0,224%, в сыре 0,701%. Вычислите массу каждого продукта, в которой содержится суточная норма фосфора. (ответ: m (мяса)= 490 г, m (яиц)= 446 г, m(сыра)= 142 )
Учитель химии: Вопрос учащимся: рассказать общую характеристику о неметаллах. (Демонстрация мини- презентации учащихся)
подгруппа Общая характеристика
Кислорода Подгруппа кислорода, или халькогенов – 6-я группа периодической системы Д.И. Менделле-ва, включающая следующие элементы: кислород – О; сера – S; селен – Se; теллур – Te; полоний – Po (радиоактивный элемент). Номер группы указывает на максимальную валентность элементов, стоящих в этой группе. Общая электронная формула халькогенов: ns2np4– на внешнем валентном уровне у всех элементов имеется 6 электронов, которые редко отдают и чаще принимают 2 недостающих до завершения уровня электрона. Наличие одинакового валентного уровня обуславливает химическое сходство халькогенов. Характерные степени окисления: -1; -2; 0; +1; +2; +4; +6. Кислород проявляет только -1 – в пероксидах; -2 – в оксидах; 0 – в свободном состоянии; +1 и +2 – во фторидах – О2F2, ОF2 т. к. у него нет d-под-уровня и электроны разъединяться не могут, и валентность всегда – 2; S – все, кроме +1 и -1. У серы появляется d-подуровень и электроны с 3р и с 3s в возбужденном состоянии могут разъединиться и уйти на d-подуровень. В невозбужденном состоянии валентность серы – 2 – в SО, 4 – в SО2, 6 – в SО3. Se +2; +4; +6, Te +4; +6, Po +2; -2. Валентности у селена, теллура и полония также 2, 4, 6. Значения степеней окисления отражены в электронном строении элементов: О – 2s22p4; S – 3s23p4; Se – 4s24p4; Te – 5s25p4; Po – 6s26p4. Сверху вниз, с нарастанием внешнего энергетического уровня закономерно изменяются физические и химические свойства халькогенов: радиус атома элементов увеличивается, энергия ионизации и сродства к электрону, а также электроотрицательность уменьшаются; уменьшаются неметаллические свойства, металлические увеличиваются (кислород, сера, селен, теллур – неметаллы), у полония имеется металлический блеск и электропроводимость. Водородные соединения халькогенов соответствуют формуле: H2R: H2О, H2S, H2Sе, H2Те – хальководороды. Водород в этих соединениях может быть замещен на ионы металлов. Степень окисления всех халькогенов в соединении с водородом -2 и валентность тоже 2. При растворении хальководородов в воде образуются соответствующие кислоты. Эти кислоты – восстановители. Сила этих кислот сверху вниз возрастает, т. к. уменьшается энергия связи и способствует активной диссоциации. Кислородные соединения халькогенов отвечают формуле: RО2 и RО3 – кислотные оксиды. При растворении этих оксидов в воде они образуют соответствующие кислоты: Н2RО3 и Н2RO4. В направлении сверху вниз сила этих кислот убывает. Н2RО3 – кислоты-восстановители, Н2RO4 – окислители.
Учитель биологии: Теперь рассмотрим биологическую роль подгруппы кислорода
подгруппа Биологическая роль
Кислорода Сера играет важную роль в жизни растений, животных и человека. В животных организмах сера входит в состав почти всех белков, в серосодержащие аминокислоты ― цистеин и метионин, а также в состав витамина В1 и гормона инсулина. При недостатке серы у овец замедляется рост шерсти, а у птиц отмечена плохая оперяемость. з растений больше всего потребляют серу капуста, салат, шпинат. Богаты серой также стручки гороха и фасоли, брюква, редис, репа, лук, хрен, тыква, огурцы; бедны серой арбуз и красная свекла. о химическим свойствам селен и теллур очень похожи на серу, но по физиологическим являются ее антагонистами. Для нормального функционирования организма необходимы очень малые количества селена. Селен положительно влияет на состояние сердечно-сосудистой системы, образование красных кровяных телец, повышает иммунные свойства организма. Повышенное количество селена вызывает у животных заболевание, проявляющееся в исхудании и сонливости. Недостаток селена в организме ведет к нарушению работы сердца, органов дыхания, повышается температура тела и может даже наступить смерть. Существенное влияние селен оказывает на зрение животных. Например, у оленей, которые отличаются высокой остротой зрения, в сетчатке глаз селена содержится в 100 раз больше, чем в других частях тела. В растительном мире много селена содержат все бобовые растения. Особенно большое его количество накапливает растение астрагал. Физиологическая роль теллура для растений, животных и человека изучена меньше, чем селена. Известно, что теллур менее токсичен по сравнению с селеном и соединения теллура в организме быстро восстанавливаются до элементарного теллура, который в свою очередь соединяется с органическими веществами.
Учитель : Задача учащимся:
1. Известно, что в организме человека большую часть составляет кислород (приблизительно 65%). Рассчитайте массу кислорода в организме человека массой 50 кг. (ответ: 32,5 кг)
2. Массовая доля серы в организме человека составляет 0,16%. Определите массу серы в вашем организме и в организме человека массой 50 кг. (ответ: 0,08 кг= 80 г)
Учитель химии: Вопрос учащимся: рассказать общую характеристику о неметаллах. (Демонстрация мини- презентации учащихся)
подгруппа Общая характеристика
Фтора К главной подгруппе седьмой группы периодической системы относятся элементы F, CI, Br, I и At. Атомы всех элементов имеют по одному неспаренному электрону, что определяет их свойства типичных неметаллов. Будучи самым электроотрицательным элементом, фтор в соединениях всегда имеет степень окисления —1. Остальные галогены также имеют степень окисления —1, но для них возможны и положительные степени окисления: +1, +3, +5, +7. Астат может существовать во всех указанных степенях окисления — от —1 до +7, являясь типичным аналогом иода. В ряду F—С1—Вг—I—At значение сродства к электрону уменьшается. С повышением порядкового номера элемента в ряду F—At увеличиваются радиусы атомов, уменьшается ионизационный потенциал, ослабевают неметаллические свойства и окислительная способность элементов. Строение внешнего электронного слоя 2s22p5 3s23p5 4s24p5 5s25p5 6s26p5. В ряду С1—Вг—I—At с ростом радиуса атома усиливается поляризуемость молекул, ослабевает прочность связи Г—Г . В ряду F2—С12—Вг2—12—At2 окислительная активность галогенов падает и нарастает восстановительная активность ионов Г(-). Более активный галоген'способен вытеснять (окислять) галогенид-ион (Г-) менее активного из его соединений с водородом или металлом. Наоборот, менее активный галоген способен вытеснять (восстанавливать) более активный галоген (окислитель) из его кислородсодержащих соединений.
Учитель : Теперь рассмотрим биологическую роль подгруппы фтора
подгруппа Биологическая роль
Фтора Фтор играет очень важную роль в жизни растений, животных и человека. Без фтора невозможно развитие костного скелета и особенно зубов. Содержание фтора в костях составляет 80-100 мг на 100 г сухого вещества. В эмали фтор присутствует в виде соединения Ca4F2(PO4)2 и придает ей твердость и белизну. При недостатке фтора в организме человека происходит поражение зубной ткани (кариес), а избыток его способствует заболеванию зубов флюорозом. Суточная потребность человека во фторе – 2-3 мг. Хлор (хлор-ион) более важен для жизнедеятельности животных и человека, чем для растений. Он входит в состав почек, легких, селезенки, крови, слюны, хрящей, волос. Ионы хлора регулируют буферную систему крови. Хлорид натрия является составной частью плазмы крови и спинномозговой жидкости и участвует в регуляции водного обмена в организме. Свободная соляная кислота входит в состав желудочного сока всех млекопитающих и активно участвует в пищеварении. У здорового человека содержится в желудке 0,2-0,3% соляной кислоты. Недостаток хлора в организме приводит к тахикардии, снижению артериального давления, судорогам. Достаточное количество хлора содержится в таких овощах как сельдерей, редис, огурцы, капуста белокочанная, укроп, перец, лук, артишок. Бром также входит в число необходимых микроэлементов и больше всего его содержится в гипофизе, крови. Щитовидной железе, надпочечниках. Бромиды в небольших дозах (0,1-0,3 взрослого человека) положительно действуют не центральную нервную систему как усилители процессов торможения в коре головного мозга. В природе бромиды накапливаются в таких растениях, как рожь, пшеница, ячмень, картофель, морковь, черешня, яблоки. Много брома содержится в голландском сыре. Йод в организме человека начинает накапливаться еще в утробе матери. В гормоне щитовидной железы человека ― тироксине ― содержится 60% связанного йода. Этот гормон с током крови поступает в печень, почки, молочные железы, желудочно-кишечный тракт. Недостаток йода в организме человека вызывает такие заболевания, как эндемический зоб и кретинизм, при котором замедляется рост и развивается умственная отсталость. В сочетании с другими элементами йод способствует росту и упитанности животных, улучшает их здоровье и плодовитость. Основными поставщиками йода для человека служат злаки, баклажаны, фасоль, капуста белокочанная и цветная, картофель, лук, морковь, огурцы, тыква, салат, морская капуста, кальмары.
Учитель: Задача учащимся:
1. Карбонат кальция входит в состав зубных паст. Его готовят химическим взаимодействием карбоната натрия и какой-либо растворимой соли кальция. Напишите уравнение этой реакции в молекулярном, полно и сокращенном ионном виде.
2. Массовая доля йода в щитовидной же¬лезе составляет 0,12%. Масса щитовидной железы – 40 г. Определите массу йода в щи¬товидной железе. (ответ: 0,048 г)
3. Бороться с кариесом можно, укрепляя эмаль зуба (состав её близок к составу минерала гидроксиапатита). Для этого в зубную пасту вводят соединения фтора, при этом гидроксиапатит переходит во фторапатит: Ca5OH(PO4)3+NaF=Ca5F(PO4)3+NaOH. Сколько граммов зубной пасты с массовой долей фторида натрия 0,1% необходимо для перевода 1,36 мг гидроксиапатита во фторапатит? (Ответ: 0,11 г.)
4. Марлевые повязки, пропитанные раствором тиосульфата натрия, использовали для защиты органов дыхания от отравляющего вещества хлора в первую мировую войну. Уравняйте методом электронного баланса.
Na2S2O3+ Cl2+ H2O= Na2SO4+ HCl+H2SO4
(ответ Na2S2O3+ 4Cl2+ 5H2O= Na2SO4+ 8HCl+H2SO4)
Учитель : Проведем занимательную викторину
o Какое простое вещество-неметалл издавна включали в состав мазей для лечения кожных заболеваний? (Это сера)
o В атмосфере какого газа-неметалла хранят старинные рукописи? (Этот газ азот)
o Это простое вещество используют для очистки воды и воздуха от нежелательных примесей, для удаления сивушных масел из спирта. (Это активированный уголь)
o Каким элементом богата морская капуста - ламинария? (Этот элемент - йод)
o Из этого вещества при высоких температуре и давлении получают искусственные алмазы? (Это вещество - графит)
o Какое простое вещество обладает способностью светиться в темноте? (Это белый фосфор)
o Без этого элемента немыслима жизнь на Земле, ему обязана своим существованием органическая химия, в природе он существует в трёх лицах. О каком элементе идёт речь? (Это углерод)
o Образованное этим элементом простое вещество оказывает сильное раздражающее действие на слизистую оболочку глаз и дыхательную систему. О каком веществе идёт речь? (Это хлор)
o Этот неметалл издавна употребляли для отбеливания тканей, изготовления лекарственных препаратов, чернения оружия и приготовления чёрного пороха. О каком неметалле идёт речь? (Это сера)
o Второй элемент по распространённости в земной коре, в свободном виде в природе не встречается, его соединения входят в состав растительных и животных клеток, некоторые организмы обладают способностью его накапливать. Что это за элемент? (Этот элемент кремний)
o Первенство открытия этого химического элемента принадлежит китайскому учёному VIII века Мао-хао, который за 1000 лет до Лавуазье установил, что в состав воздуха входит газ, поддерживающий горение и дыхание. О каком газе идёт речь? (Этот газ кислород)
o Эту аллотропную модификацию серы можно получить в виде нитей. (Пластическая сера)
o Этот неметалл считается самым активным среди всех неметаллов. (Это фтор)
o Какой химический элемент называют "элементом жизни и мысли"? (Это фосфор)
Учитель химии: домашнее задание Генетическая загадка Я прочитаю вам стихотворение, которое отражает генетический ряд неметаллов. Вам необходимо это стихотворение перевести на язык химии и записать уравнения соответствующих реакции (для реакций ионного обмена следует составить полные и сокращённые ионные уравнения).
Пусть эти превращения
Дадут вам уравнения.
Красный фосфор я сжигаю,
К дымку воду приливаю.
Проверяю лакмусом,
Станет сразу красным он!
Добавим натрия гидроксид -
Цвет фиолетовый в колбе возник,
Потом получаю фосфат серебра,
Цветом - лимонная кожура.
Растворяю осадок жёлтый
Добавлением кислоты азотной.
И на доске превращения эти
Вы запишите, умные дети! Бросим мы в костер бревно
И получим вещество
В кислороде он горит -
Получается оксид,
А затем оксид другой,
Догадайтесь вот какой?
Есть он в воздухе и в нас.
В лимонаде тот же газ.
Ну а если мы прибавим
Гидроксида натрия,
То получим очень скоро
Соль такую знатную.
Станет пышным с ней пирог,
И подумать, кто бы мог!
Разлагаем эту соль
Мы при нагревании
В результате получаем
Соль с другим названием.
Сыпем кальция хлорид,
Видим изменения,
Белый порошок возник -
Признак без сомнения.
Растворяем в кислоте
Видим пузырьки на дне,
Газ какой-то или что же,
Кто ответит верно, мне?
Смело пишем на доске
Чудо превращения.
Классы нам веществ нужны -
Все без исключения.
|
