1001 идея интересного занятия с детьми

Урок - ролевая игра «Значение серной кислоты и ее солей в народном хозяйстве»

Лебедева Лилия Николаевна, МБОУ СОШ №21, учитель биологии и химии, город Белгород, Белгородская область

Предмет (направленность): химия.

Возраст детей: 9 класс.

Место проведения: класс.

Цели и задачи: Повторить, систематизировать и расширить знания учащихся по данной теме.

Рассмотреть значение серной кислоты и ее солей в народном хозяйстве, их влияние на окружающую среду и меры по ее сохранению.

Научиться видеть и выделять главное, составлять конспекты.

Реактивы и оборудование: концентрированная и разбавленная серная кислота; соли серной кислоты, растворы хлорида и нитрата бария, гидроксида натрия; фенолфталеин; цинк, алюминий и железо; сахар; штатив с пробирками, химический стакан, колпак стеклянный, асбестированная сетка, яичная скорлупа; медь.

Методы и приемы: Постановка учебного спектакля. Демонстрация опытов. Конспектирование материала учениками. Подготовка учениками творческих работ и выступление с ними.

Действующие лица: Судья, прокурор, защитник, присяжные заседатели, свидетели и эксперты (химики, эколог, технолог), обвиняемая Серная кислота, соли серной кислоты.

План урока (написан на доске или на экране)

1. Физические свойства серной кислоты.

2. Химические свойства:

а) разбавленной серной кислоты;

б) концентрированной серной кислоты.

3. Применение серной кислоты.

4. Соли серной кислоты и их использование в народном хозяйстве.

5. Экологические проблемы, связанные с серной кислотой (кислотные дожди) и пути их решения.

Ход урока.

Учитель. Сегодня на уроке мы вспоминаем, что знаем о серной кислоте и ее солях, выясним их значение в народном хозяйстве, влияние на окружающую среду и возможности ее сохранения.

Форма нашего урока необычная - судебное разбирательство. По ходу заседания вы составляете протокол (конспект), который сдаете после окончания урока.

Далее учитель знакомит присутствующих с участниками судебного заседания.

Учитель выполняет роль секретаря суда.

Секретарь суда. Встать! Суд идет. Прошу всех сесть.

Судья. Прошу доложить явку ответчиков, свидетелей, экспертов.

Секретарь суда. Присутствуют все.

Судья. Слушанию подлежит жалоба учащихся в отношении гражданки Серной Кислоты. Прокурор, изложите суть обвинения.

Прокурор. Получена жалоба от учащихся в отношении гражданки Серной Кислоты. Учащиеся обвиняют Серную Кислоту в том, что она опасна для жизни и здоровья человека, оказывает разрушительное действие на целый ряд веществ и загрязняет окружающую среду.

Судья. Прокурор, вы поддерживаете обвинение?

Прокурор. Да, поддерживаю.

Судья. Согласно Конституции РФ обвиняемая имеет право на защиту и обжалование приговора в вышестоящих инстанциях. Суд предупреждает об ответственности за дачу заведомо ложных показаний свидетелей и экспертов.

Итак, мы обязаны с вами тщательно разобраться и выяснить характер обвиняемой и действительно ли она совершает все эти преступления.

Прокурор. Предлагаю допросить обвиняемую.

Судья. Обвиняемая Серная Кислота, прошу сообщить суду ваше имя и паспортные данные.

Серная Кислота. По паспорту я Серная Кислота. Личность я жидкая. Масса моя 98. Родители мои: отец - почтенный серный ангидрит S0₃, мать – красавица вода Н₂0. Я - тяжелая маслянистая жидкость без цвета и запаха, гигроскопична, хорошо растворяюсь в воде.

Раствор серной кислоты в воде с содержанием H₂S0₄ более 70% обычно называют концентрированной серной кислотой, хотя это деление условно. При растворении концентрированной H₂S0₄ в воде выделяется большое количество теплоты. Поэтому нельзя приливать воду ко мне, т.к. это может привести к разбрызгиванию раствора и даже к взрыву. Следует осторожно приливать меня к воде небольшими порциями и перемешивать раствор.

Судья. Признаете ли вы свою вину?

Серная Кислота. Признаю частично. У меня действительно скверный характер, но я не трогаю тех, кто соблюдает правила по технике безопасности при работе со мной, не загрязняю окружающую среду, если на предприятиях предотвращаются промышленные выбросы.

Судья. Спасибо. Переходим к слушанию свидетелей и экспертов.

Секретарь суда. Приглашается первый свидетель, эксперт-химик.

Судья. Эксперт, расскажите суду подробно о химических свойствах Серной Кислоты.

Эксперт-химик. Химические свойства Серной Кислоты во многом зависят от ее концентрации. Я расскажу вам о химических свойствах разбавленной Серной Кислоты.

Разбавленная H₂SO₄ проявляет все характерные свойства сильных кислот.

В водных растворах она диссоциирует на ионы. Диссоциация протекает ступенчато и практически полностью по обеим ступеням. Поэтому разбавленная H₂S0₄ является очень сильным электролитом:

I. H₂S0₄ = H⁺ + HS0₄ ^-

II.HSО₄^- = H⁺ + SО₄^2-

H₂S0₄ = 2H⁺ + SO₄^2-

Безводная H₂S0₄ диссоциирует незначительно, т.е. является слабой. Разбавленная H₂S0₄ настолько сильная и уверенная в себе дама, что в ее присутствии краснеет даже Лакмус (демонстрирует опыт). Разбавленная H₂S0₄ реагирует:

- с основными оксидами с образованием соли и воды, например,

MgO + H₂S0₄ = MgS0₄ + Н₂О

- с основаниями вступает в реакцию нейтрализации, например,

2NaOH + H₂S0₄ = Na₂S0₄ + 2Н₂0

Секретарь суда. В этом вы можете убедиться сами, если проделаете реакцию согласно вашему протоколу. (Ученики выполняют опыт).

Эксперт-химик (продолжает). Разбавленная H₂S0₄ реагирует с солями с образованием другой соли и другой кислоты. При взаимодействии сульфат-иона S0₄ ^2- с ионами Ва ²⁺происходит образование белого нерастворимого осадка BaS0₄. Эта реакция является качественной на сульфат-ион.

Секретарь суда. Проделайте эту реакцию согласно вашему протоколу. (Учащиеся выполняют опыт и делают записи).

Судья. Спасибо. Слово предоставляется Прокурору.

Прокурор. Итак, вы видели и слышали, как разбавленная H₂S0₄ действует на неугодные ей вещества. А как она разрушает металлы. Прошу вызвать другого эксперта, который сможет об этом подробно рассказать.

Судья. Пригласите эксперта.

Эксперт-химик. В разбавленной H₂S0₄ растворяются металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся до водорода. При этом образуются сульфаты металлов и выделяется водород:

Zn + H₂S0₄ = ZnS0₄ + Н₂↑

Металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся после водорода (Си, Ag, Hg, Аи, Pt) не реагируют с разбавленной H₂S0_4.

Си + H₂S0₄ ≠

разб.

Секретарь суда. Присутствующие могут убедиться в этом сами, если проделают опыт согласно протоколу.

Судья. Спасибо. У защиты есть вопросы.

Защитник. Прошу обратить внимание на то, что в результате всех этих «разрушительных реакций» образуются соли серной кислоты - сульфаты, которые широко используются человеком в различных отраслях народного хозяйства.

Прошу заслушать свидетелей защиты, которые располагают данными об использовании солей Серной Кислоты человеком.

Секретарь суда. Пригласите свидетеля защиты.

Свидетель защиты. Как двухосновная кислота H₂SO₄ дает два ряда солей: средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты). Большинство сульфатов хорошо растворимо в воде (показывает по таблице растворимости). Мало растворим CaS0₄, еще менее растворим PbS0₄ и практически нерастворим BaS0₄. (Далее ученик делает сообщение и демонстрирует презентацию о применении сульфатов).

Судья. Спасибо. Пригласите другого свидетеля.

Свидетель защиты. Некоторые сульфаты содержат в своем составе кристаллизационную воду и называются купоросами. (Далее ученик делает сообщение и демонстрирует презентацию о применении купоросов).

Судья. Спасибо. Что на это скажет Прокурор?

Прокурор. Никакие полезные свойства солей H₂S0₄ не смогут убедить меня в ее невиновности. Тем более, что мы еще не все узнали о ее характере. Прошу пригласить следующего свидетеля, эксперта-химика, который расскажет о свойствах концентрированной H₂S0₄.

Судья. Пригласите эксперта-химика.

Эксперт-химик. Концентрированная H₂S0₄ является более сильным окислителем, особенно при нагревании. Концентрированная H₂S0₄ может реагировать с некоторыми металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений после водорода (Си, Ag, Hg), при этом образуются сульфаты металлов, а также продукт восстановления серной кислоты - оксид серы (IV) S0₂.

Си + 2H₂S0₄ → CuS0₄ + S0₂ +2Н₂0.

(Учитель демонстрирует опыт).

Более активными металлами (Zn, Al, Mg) концентрированная H₂S0₄ может восстанавливаться до свободной серы или сероводорода. Обратите внимание на схему:

(Схема на доске или на экране)

Разбавленная H₂SО₄ :

Zn + H₂SО₄ → ZnS0₄ + H₂ ↑

H⁺ - окислитель

Концентрированная H₂SО₄ :

Zn+2H₂ S0₄ → ZnS0₄ + S0₂↑+ 2H₂0

3Zn+4H₂ SO₄ → 3ZnS0₄ + S↓+ 4H₂0

4Zn+5H₂ S0₄ → 4ZnS0₄ + H₂ S↑ + 4H₂0

S ⁶⁺ - окислитель

Разница заключается в том, что при взаимодействии с металлами разбавленной H₂S0₄ окислителем является Н⁺ , а в реакциях с концентрированной H₂S0₄ - S ⁶⁺ .

Кроме металлов концентрированная H₂S0₄ окисляет некоторые неметаллы (S, С, Р), восстанавливаясь до оксида серы (IV) S0₂ (пишет на доске):

С + 2H₂S0₄ (конц.) = 2S0₂ + С0₂ + 2Н₂0

Многие органические вещества, содержащие в своем составе водород и кислород (бумага, древесина, ткани, сахар) под действием концентрированной H₂S0₄ обуславливаются в результате связывания кислотой воды. Например, процесс обугливания сахара C₁₂H₂₂0₁₁ (пишет на доске): С₁₂Н₂₂О₁₁+ H₂S0₄ = 12С + H₂S0₄ + 11Н₂0 (Учитель демонстрирует опыт).

Прокурор. На этих опытах вы убедились, что концентрированная H₂S0₄ еще опаснее, чем разбавленная. Она разрушает благородные металлы, некоторые неметаллы, опасна для жизни и здоровья человека, т.к. может вызывать ожоги различной степени тяжести.

Защитник. Да, концентрированная H₂S0₄ опасна. Но не всегда. Например, на холоде концентрированная H₂S0₄ пассивирует некоторые металлы (Al, Fe, Ni, Cr, Ti). Явление пассивации связано с образованием на поверхности металла прочной сплошной оксидной пленки, которая препятствует контакту металла с кислотой. Благодаря пассивации концентрированную H₂S0₄ можно хранить и перевозить в стальной таре.

Прокурор. А знаете ли вы, как загрязняют окружающую среду заводы по производству H₂S0₄? По свидетельству очевидцев, местность вокруг сернокислотных заводов представляет собой безжизненную пустыню с выжженной кислотой землей, на которой ничего не растет, рядом протекают реки с мертвой водой, отравленной все той же H₂SO₄. Кроме того, H₂S0₄ входит в состав кислотных дождей. О том как влияют на окружающую среду кислотные дожди нам может рассказать Эколог.

Секретарь суда. Пригласите эколога.

Эколог. Термин «кислотные дожди» в широкий обиход был введен в середине 60-х годов, когда в странах Скандинавии и на северо-востоке Северной Америки было отмечено повышение концентрации ионов водорода (Н ⁺) в дождевой воде.

Причиной возникновения кислотных дождей явились массовые промышленные выбросы оксидов серы, азота и углерода в атмосферу. Основным компонентом кислотных дождей является оксид серы (IV) S0₂ (или диоксид серы). Кроме промышленных выбросов S0₂ попадает в атмосферу вместе с вулканическими газами, он образуется в результате деятельности некоторых бактерий, при сжигании топлива (например, угля), в результате лесных пожаров, при выплавке металлов из руд. В атмосфере происходит окисление диоксида серы S0₂ до триоксида серы SO₃, который получается в результате реакции окисления: 2S0₂ + 0₂ → 2S0₃

Окислению способствует капельки воды, фотоны солнечного света, озон, а также оксиды и соли металлов в воздухе в виде пыли. Образовавшийся триоксид серы SO₃ растворяется в капельках влаги, что ведет к появлению совершенно чуждого воздуху вещества - серной кислоты: S0₃ + Н₂0 →H₂S0₄

H₂S0₄ являясь сильным электролитом, диссоциирует в водном растворе почти полностью, что и приводит к повышению кислотности атмосферной воды: H₂S0₄ = 2Н⁺ + S0₄^2-

Аналогичным образом вносят свою лепту в появление кислотных дождей и оксиды азота и углерода.

От кислотных осадков сильно корродируют металлические конструкции, страдают различные строения и памятники архитектуры, увеличивается заболеваемость людей, снижается продуктивность сельскохозяйственных угодий, гибнут обитатели рек и озер, леса.

Я могу продемонстрировать вам, как кислотные дожди влияют на скорлупу яйца:

С0₃ ²⁺ + 2Н⁺ → С0₂ +Н₂0 (Демонстрирует опыт)

Вы видите, что скорлупа растворяется. Аналогично кислотные дожди разъедают, например, мраморные статуи и известняковые скульптуры Древнего Рима и Древней Греции. Например, храм Парфенон разрушился за последние 30 лет значительно сильнее, чем за 3 столетия до этого.

Прокурор. Нужны ли еще доказательства? Или этого достаточно, чтобы признать H₂S0₄ виновной и запретить ее производство и использование.

Защитник. Уважаемый суд! Не стоит забывать о том, что сама серная кислота широко используется человеком. Она находит применение в производстве минеральных удобрений, волокон, пластмасс, красителей, взрывчатых веществ. (Далее зачитывает сообщение о применении серной кислоты и демонстрирует презентацию).

Прошу Вас также заслушать эксперта-технолога, который поделится своими соображениями по вопросу сокращения выбросов диоксида серы (S0₂) в окружающую среду.

Технолог. Так как основная масса S0₂ в атмосферу попадает в результате промышленных выбросов, то на заводах предотвратить загрязнение окружающей среды можно путем герметизации аппаратуры и применения газоочистительных установок. В настоящее время разработано довольно большое количество способов очистки промышленных газовых выбросов от диоксида серы S0₂. Наибольшее распространение в промышленности получили методы, основанные на поглощении SO₂ водными растворами, содержащими вещества основного характера, такие как известь (Са(ОН)₂ и СаО), аммиак (NH₃), известняк (СаС0₃), соду (Na₂CO_3*10H₂O), доломит (CaCО_{3 *} MgCО₃). Утилизация диоксида серы основана на его кислотных свойствах и способности S⁴⁺ окисляться до S⁶⁺, например:

2 СаСОз + 2S0₂ + 0₂ = 2CaS0₄ + 2С0₂

4NH₃ + 2S0₂ + 0₂ + Н₂0 = 2(NH₄)₂S0₄

(Реакции записаны на экране).

Образующиеся сульфаты можно использовать в строительной промышленности (CaS0_4*MgS0₄), так и в виде удобрений ((NH₄)₂S0₄).

До недавнего времени газы, содержащие диоксид серы, рассматривались исключительно как загрязнители окружающей среды. Однако, учитывая истощение природных месторождений серы, такие газы могут рассматриваться и как резерв производства серы. В настоящее время исследователи проявляют повышенный интерес к реакции взаимодействия диоксида серы и сероводорода:

S0₂ + 2H₂S = 3S + 2H₂0

(Реакция записана на экране).

Эта реакция приводит к получению товарной серы.

Судья. Итак, мы заслушали свидетелей, экспертов, защитника, обвиняемую. Присяжные посовещаются и вынесут свое решение.

(Присяжные совещаются, учащиеся заполняют протоколы).

Секретарь суда. Присяжные, вы вынесли решение?

Присяжные. Да, вынесли.

Судья. И каков ваш вердикт.

Присяжные. Не виновна.

Судья. Объясните суду, на чем основано ваше решение.

Присяжные. Да, H₂S0₄ - вещество опасное, но

1) во-первых, она очень широко используется человеком, также широко применяются человеком и соли серной кислоты – сульфаты;

2) во-вторых, H₂S0₄ не опасна для жизни и здоровья, если при работе соблюдать правила по технике безопасности;

3) в-третьих, основным загрязнителем окружающей среды является не сама H₂S0₄, а оксиды серы. Биосфера загрязняется этими оксидами в результате деятельности человека. Человек должен помнить, что он лишь часть природы. Он должен научиться такому образу поведения, при котором разумно и рационально организованное производство и потребление становятся основой полной гармонии между человеком и природой.

Академик В.И. Вернадский писал: «В геологической истории биосферы перед человеком открывается огромное будущее, если он поймет это и не будет употреблять свой разум и свой труд на самоистребление».

Судья. Судебное заседание объявляю закрытым.

Затем учитель подводит итоги урока, ученики сдают протоколы (конспекты) учителю.

8