Глава 1. Опорные конспекты по теме «Азот»

Методика использования опорных конспектов относительно проста и в то же время многообразна. Лекции, беседы можно сопровождать составлением конспекта на доске и в тетради или постепенно проецировать на экран заранее составленный опорный конспект.

Если опорный конспект по одной теме подобен конспекту по другой, родственной теме, то ученики могут сами поблочно озвучивать заранее составленный учителем и размноженный конспект. При затруднениях детей с озвучиванием готового конспекта эту информацию сообщает учитель. Чтобы запомнить и воспроизвести конспект либо целиком, либо частями на последующих уроках, ученики должны обязательно его записать, причем без «творческого» изменения.

Устные или письменные описания одного и того же опорного конспекта на следующих уроках могут быть разной углубленности в тему. В сильном классе и классе коррекции они имеют разное содержание, так же, как у сильного и слабого учеников одного класса. Оценка в таких случаях будет разной при полностью и правильно воспроизведенном опорном конспекте. Основу оценки определяет углубленность информации в тему, а также число установленных связей. Чем больше использовано понятий и раскрыто связей между явлениями при ответе, тем выше оценка за работу.

Опорные конспекты по теме «Азот» будут типичны для других неметаллов, изучаемых в школе. Это могут быть характеристика подгруппы (как первоначальная, вводящая в тему, так и заключительная), характеристика простого вещества азота N₂, сведения об аммиаке, оксидах азота NO, NO₂, азотной кислоте, о солях аммония, производстве аммиака, заключительное обобщение всей темы.

Приведем некоторые опорные конспекты и описания к ним. Заметим, что описания содержат ответы на типичные для химии вопросы: состав, строение и свойства атомов и молекул, простых веществ и соединений, а также физические и химические свойства соответствующих структур.

Vа подгруппа - подгруппа азота

Первый блок посвящен общему в составе, строении и свойствах атомов элементов подгруппы азота.

Подгруппа Va включает пять элементов: N, Р, As, Sb, Bi. Число электронов внешнего электронного слоя одинаково, оно равно номеру группы (n_e = 5) и имеет суммарный отрицательный заряд -5. Атомные остовы этих элементов (части атомов без электронов внешнего слоя) из-за электронейтральности атомов несут одинаковый положительный заряд, равный заряду валентных электронов (+n = 5). Заряды внешнего электронного слоя и остова велики, силы их притяжения большие (F - большие), а радиусы атомов относительно малы (R - малые) по сравнению с элементами подгрупп Ia-IVa соответствующего периода. Большие силы притяжения валентных электронов и малые размеры радиусов обусловливают значительные окислительные свойства этих элементов (способность притягивать и присоединять электроны других атомов) и значительную электроотрицательность (ЭО) - способность оттягивать на себя общие электронные пары в соединениях. Энергия ионизации (E_ион), требуемая для отрыва электрона от внешнего электронного слоя, высокая, поэтому рассматриваемые элементы - слабые восстановители. Итак, элементы-неметаллы Va подгруппы, как и другие неметаллы, в реакциях могут быть и окислителями, и восстановителями. Окислительные свойства преобладают.

Валентные электроны неодинаковы по запасу энергии. Два из пяти электронов обладают энергией s-подуровня внешнего уровня, три - энергией р-подуровня. Эти два s-электрона создают при движении одно общее сферическое s-облако, а три неспаренных р-электрона образуют три гантелевидных p-облака, располагающихся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Эти три электрона ответственны за степени окисления -3 (при взаимодействии с восстановителями) и +3 (при взаимодействии с окислителями). Распаривание s-орбиталей приводит к возникновению степени окисления +5. Кроме перечисленных, у этих элементов (например, у азота) в соединениях возможны и другие степени окисления: +1, +2, +4.

Второй блок посвящен особенному в составе, строении и свойствах атомов элементов подгруппы азота.

При рассмотрении элементов в направлении от N до Bi по мере роста их относительных атомных масс (A_r ) наблюдается увеличение числа протонов в их ядрах (p ), нарастание общего числа электронов, числа слоев в их электронных оболочках (n_слоев), увеличение радиусов атомов (R ), удаление валентных электронов от ядер и атомных остовов и ослабление сил связи с ним (F(связи e с ядром) ). Как следствие, в этом ряду происходит уменьшение окислительных свойств и электроотрицательности (ок-ли , ЭО ). Увеличение радиусов атомов приводит к уменьшению энергии, необходимой для отрыва электрона с внешнего слоя (E(отрыва e) ), что ведет к усилению восстановительных свойств элементов (в-ли ). Из элементов этой подгруппы азот - самый сильный окислитель, а висмут - самый сильный восстановитель.

Третий блок посвящен сравнению состава, строения, свойств атомов элементов подгруппы азота Vа с атомами элементов подгруппы кислорода VIа и хлора VIIа. При сравнении имеются в виду атомы элементов разных подгрупп, но одного периода.

При движении от VIIа подгруппы к Vа подгруппе наблюдается уменьшение относительных атомных масс элементов (A_r ) и числа протонов в их ядрах (p ). При этом у элементов одного периода сохраняется равенство числа слоев в электронной оболочке атомов (n слоев - одинаковое), происходит увеличение радиусов атомов (R ) и уменьшение сил связи электронов внешнего слоя с ядрами, ослабление окислительных свойств элементов, их электроотрицательности. Синхронно с ростом радиусов уменьшается энергия, необходимая для отрыва одного или нескольких внешних электронов от атома, поэтому увеличиваются восстановительные свойства элементов (в-ли ).

Четвертый блок посвящен сведениям о соединениях, прежде всего общим формулам водородных соединений, соединений с металлами, высших оксидов и типичных гидроксидов. Здесь содержится план рассказа о конкретных соединениях.

Так, по нашему мнению, должна выглядеть характеристика подгруппы в начале изучения темы.

Простое вещество азот N2

Описание опорного конспекта

Первый блок посвящен составу, строению и свойствам молекулы азота.

Состав молекулы передает молекулярная формула - N₂. Два атома объединяются в молекулу азота.

Строение молекулы азота иллюстрируют разные формы записи. Электронная формула показывает, что атомы в молекуле азота связаны тремя общими двухэлектронными парами. Связи ковалентные неполярные, в равной мере принадлежат каждому из соединяемых атомов. Эти связи возникают за счет обобществления неспаренных электронов. Два спаренных электрона атома азота не участвуют в образовании связи. В результате обобществления трех электронов каждый атом располагает устойчивым электронным октетом.

Структурная формула, содержащая три черточки, подчеркивает, что два атома в молекуле соединены тройной связью.

Схема образования связей делает наглядным способ образования каждой из ковалентных связей, общих электронных облаков. У соединяемых атомов азота p-орбитали перекрываются по-разному. В одном случае наибольшая электронная плотность лежит на прямой, соединяющей ядра (одна-связь), в двух других случаях осуществляется боковое перекрывание орбиталей (две -связи) и места с повышенной электронной плотностью лежат над и под плоскостью, содержащей ядра атомов азота.

Геометрия молекулы азота - прямая линия. Линейная молекула NN из-за трех связей прочная, трудно диссоциирующая, потому инертная. Низкая химическая активность - ее главное свойство.

Второй блок посвящен составу и строению кристалла, физическим свойствам простого вещества азота.

Простое вещество азот - это множество двухатомных молекул, каждая из которых ковалентно-неполярная ±. Такие молекулы при низких температурах образуют молекулярные кристаллы.

Силы притяжения F между легкими маленькими ковалентно-неполярными молекулами слабые, поэтому температуры кипения и плавления у азота низкие. Азот может быть в трех агрегатных состояниях: жидком (ж.), твердом (т.) и газообразном (г.). Жидкое и твердое состояния для азота при обычных условиях нехарактерны. При 25 °С и атмосферном давлении азот - газ.

Из-за неполярности и инертности молекул азот не имеет запаха, малорастворим в полярном растворителе - воде (м.), неэлектропроводен, плохо проводит теплоту.

Молярный объем V_М, молярную массу М, плотность и относительную плотность по воздуху D_возд азота легко рассчитать.

Третий блок посвящен строению и свойствам атома азота, без которых невозможно понять важнейшие химические свойства молекулы и простого вещества азота.

Во внешней электронной оболочке атома азота - элемента Va подгруппы - 5 электронов. Они отвечают за химические свойства элемента азота и его простого вещества. Три валентных электрона атома азота не спарены, а два спарены. Спаренные электроны обладают пониженным запасом энергии и относятся к s-подуровню второго энергетического уровня. Неспаренные электроны обладают более высоким запасом энергии р-подуровня. Разница в запасе энергии спаренных 2s²-электронов столь мала, что они относятся к одной энергетической ячейке, образуя одну двухэлектронную s-орбиталь. Разница в запасе энергии неспаренных 2р³-электронов существенна. Они относятся к трем энергетическим ячейкам. При движении образуют три р-орбитали, находящиеся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Суммарный отрицательный заряд электронов внешнего слоя высокий (-5), поэтому заряд атомного остова тоже высокий (+5). Силы (F) cвязывания валентных электронов атомным остовом большие, а расстояние (R) между этими электронами и атомным остовом малое.

Элемент азот не только хорошо удерживает валентные электроны, но и легко притягивает дополнительные до возникновения октета, он сильный окислитель. Энергия, необходимая для смещения или отрыва внешних электронов, большая. Поэтому элемент азот - слабый восстановитель. Электроотрицательность, прямо связанная с окислительными способностями элемента, у азота большая. У элемента азота наблюдается двойственная химическая функция: он окислитель и восстановитель. Окислительные свойства преобладают.

Путем сравнения значения электроотрицательностей азота, водорода, металлов и кислорода можно заключить, что атом азота прямо или косвенно - окислитель атома водорода и атомов металлов, но восстановитель атома кислорода. Азот более слабый окислитель, чем фтор и кислород.

Четвертый блок посвящен химическим свойствам простого вещества азота.

Простое вещество азот, состоящее из атомов элемента азота, должно быть окислителем простых веществ - водорода и металлов, но восстановителем простого вещества кислорода.

Слабость межмолекулярных сил в газе азоте, казалось бы, должна облегчать протекание реакций, но наличие тройных связей между атомами в молекулах азота резко снижает реакционную способность. Из-за инертности молекул азот оказывается слабым окислителем и слабым восстановителем. Условия реакций обычно жесткие: высокая температура, наличие катализатора, повышенное давление.

Блоки 4а и 4б - это описание химических свойств азота на двух примерах: восстановление азота в реакции с литием и окисление азота кислородом. Рассматривается изменение числа частиц в ходе процесса, отмечаются признаки реакции, перенос электронов, обязательно приводится физико-химическая характеристика явления, выявляются условия повышения скорости реакции, а для обратимых процессов - условия смещения химического равновесия с целью увеличения выхода продукта.

Блок 4 а. Каждый моль азота N₂ соединяется с шестью молями лития, при этом образуются два моля нитрида лития. Реакция идет самопроизвольно, без дополнительного нагревания, с выделением теплоты.

Газообразный неметалл азот (без цвета и запаха), взаимодействуя с твердым металлом литием (серого цвета, блестящий, электро- и теплопроводный), дает одно вещество зеленоватого цвета, твердое, непахнущее, неэлектропроводное. Главный признак реакции - потемнение поверхности лития, исчезновение блеска.

По изменению степеней окисления азота от 0 до -3 и лития от 0 до +1 легко догадаться, что реакция окислительно-восстановительная.

В соответствии с положением в ряду электроотрицательности литий - восстановитель. От каждого атома металла смещается единственный электрон внешней электронной оболочки, образуя положительный ион Li⁺, идет окисление металла лития. Простое вещество N₂ - окислитель. Молекула азота N₂ смещает к себе шесть электронов, достраивая внешний слой каждого атома до октета, образуя два иона с зарядом 3- (N^3-). Идет восстановление газа азота.

Наименьшее число частиц восстановителя и окислителя обмениваются по ходу реакции шестью электронами (наименьшее общее кратное чисел 1 и 6). Отсюда коэффициенты к формулам исходных простых веществ 6 и 1 (т. к. 6/1 = 6, 6/6 = 1).

Прочитать уравнение реакций можно следующим образом. Каждый моль простого вещества азота окисляет шесть молей простого вещества металла лития, образуя два моля нитрида лития. В соединении Li₃N cтепень окисления азота -3, а лития +1, т.е. три электрона смещены от трех атомов лития к одному атому азота.

Физико-химическая характеристика данной реакции следующая: необратимая (в уравнении реакции - знак равенства), экзотермическая (в уравнении +Q), гетерогенная (литий - твердый, азот - газообразный), некаталитическая (нет соответствующей записи в уравнении).

Скорость подобных реакций можно повысить, увеличивая концентрацию газа или площадь поверхности твердого вещества, проводя нагревание смеси.

Подобным образом можно проанализировать блок 4б - реакцию азота с кислородом.

Аммиак NH3

Описание опорного конспекта

Первый блок посвящен составу, строению и некоторым свойствам молекулы аммиака.

Молекулярная формула аммиака - NH₃. Такой состав вызван тем, что атом азота получает три электрона, недостающих ему до октета, от трех атомов водорода. Отрицательная степень окисления атома азота равна числу его неспаренных электронов и определяется как разность 8 - 5. Водород в соединении с азотом имеет положительную степень окисления, равную 1. В бинарном соединении с формулой NH₃ суммарное значение положительных (+3) и отрицательных (-3) степеней окисления уравновешено.

Каждый из трех неспаренных р-электронов азота обобществляется с неспаренным s-электроном водорода, образуются три общие для азота и водорода электронные пары. Электронная формула приобретает вид а, структурная - б.

Три ковалентные связи возникают в результате перекрывания каждой гантелевидной р-орбитали азота со сферической s-орбиталью водорода по прямой, соединяющей ядро азота с ядром водорода. Все три связи относятся к-связям.

Валентные р-орбитали атома азота располагаются в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Молекула NH₃ объемная, имеет вид пирамиды, вершина которой - азот, а основание - треугольник из атомов водорода (в). Углы НNH (их три) не равны 90°, хотя р-орбитали свободного азота находятся под такими углами. Угол между связями H-N-H из-за отталкивания молекулярных орбиталей равен 108°.

Связи N-Н в молекуле NH₃ полярные из-за различия в электроотрицательности элементов. Электронная плотность каждой связи смещена в сторону электроотрицательного азота. У атома азота возникает частичный отрицательный заряд, у атома водорода - частичный положительный (г).

В целом близко от вершины - азота - формируется отрицательный полюс, близко от основания - треугольника из атомов водорода - положительный полюс зарядов молекулы. Молекула аммиака полярная - диполь (д). Центры тяжести положительных и отрицательных зарядов достаточно удалены друг от друга.

Атом азота молекулы NH3 имеет степень окисления -3 - максимальную отрицательную для азота. Поэтому в реакциях аммиак может выполнять функцию восстановителя. Имея неподеленную электронную пару на азоте, аммиак может быть комплексообразователем, т.е. взаимодействовать с частицами, имеющими свободные электронные орбитали.

Второй блок посвящен составу, строению, физическим свойствам и способам собирания аммиака.

Вещество аммиак - это множество полярных молекул, диполей. Силы взаимодействия между диполями намного выше, чем между неполярными молекулами азота. Температуры кипения и плавления аммиака существенно выше (приблизительно на 150 °С) таковых для азота. Аммиак может быть в трех состояниях. Часто работают с жидким аммиаком, t_кип = -33,4 °С. Газ NH₃ бесцветный, великолепно растворяется в воде, резко пахнет. Растворимость в воде и запах аммиака обусловлены полярностью его молекул и образованием водородных связей с водой.

Третий блок посвящен восстановительным свойствам аммиака. Суть восстановления аммиаком сводится к передаче трех и пяти электронов окислителю (кислороду О₂ или ионам железа Fe²⁺). В результате аммонийный азот превращается соответственно в или в . Первое превращение идет без катализатора при нагревании в присутствии кислорода или оксида железа(II). Для второго превращения требуется катализатор. Продукты окисления азота N(-3) разные. В первом случае - N₂, во втором - NО. (Учащиеся должны сами записать уравнения реакций с составлением электронного баланса.)

Четвертый блок посвящен реакциям присоединения к молекулам аммиака ионов H⁺ из кислот и воды. Свободная s-орбиталь азота может использоваться для образования ковалентной связи особым образом. Азот аммиака является донором пары электронов, катион Н⁺ - ее акцептором. Процесс приводит к изменению геометрии продукта по сравнению с исходным веществом. Пирамида аммиака преобразуется в тетраэдр - ион аммония с атомом азота в центре и атомами водорода в четырех его вершинах.

Реакция аммиака с водой - обратимый процесс. Сначала образуются водородные связи между молекулами аммиака и молекулами воды, возникновение соединений NH₃*H₂O. Затем вследствие электролитической диссоциации в растворе возникают ионы аммония и гидроксид-ионы ОН-.

Большую растворимость аммиака в воде иллюстрирует опыт с фонтаном. Круглодонную колбу объемом 100 мл наполняют аммиаком. Колбу закрывают резиновой пробкой со стеклянной трубкой, доходящей до середины колбы. На второй конец трубки надета резиновая трубка, закрытая винтовым зажимом. Колбу опускают горлом вниз в чашку с водой и снимают зажим. В нескольких каплях попавшей в колбу воды растворяется значительное количество аммиака, и в колбе создается вакуум. Немедленно начинает бить фонтан, и жидкость заполняет всю колбу. При погружении в образовавшийся раствор электродов прибора для оценки электропроводности наблюдается свечение лампочки. Это доказывает возникновение заряженных частиц в растворе. От приливания к полученному раствору капли фенолфталеина наблюдается появление малиновой окраски.

Экспериментально фиксируется и процесс присоединения к NH₃ молекулы HCl из концентрированной соляной кислоты. Варианты опытов следующие. При соединении двух пробирок, содержащих разные газы - NH₃ и НCl, происходит заполнение их белым дымом и припаивание пробирок друг к другу. При контакте двух стеклянных палочек, одна из который смочена 25%-м раствором аммиака, другая - концентрированной соляной кислотой, наблюдается появление белого дыма.



Азотная кислота HNO3

Описание опорного конспекта

Опорный конспект посвящен составу, строению, физическим и химическим свойствам концентрированной и разбавленной азотной кислоты.



Азотная кислота - одноосновная, кислородсодержащая, ее молекулярная формула - HNO₃. Степень окисления азота в ней +5. Азотная кислота - сильный окислитель.

Формула с выделенной гидроксигруппой HONO₂ подсказывает, что кислота должна быть очень сильной, поскольку число атомов кислорода, дополнительно соединенных с атомом азота, равно 2.

Азотная кислота - пример соединения, в котором степень окисления и ковалентность у одного элемента (азота) не совпадают по значению. Азот в азотной кислоте четырехковалентен в соответствии с положением элемента во втором периоде, а его степень окисления +5.

Структурные формулы азотной кислоты можно представить в виде:

Азотная кислота - ковалентно-полярная молекула, диполь. Наибольшая полярность связи на участке HO, по этой связи и происходит электролитическая диссоциация. При обычных условиях это жидкость с резким запахом, t_пл = -41 °С, t_кип = 86 °С, легко растворимая в воде.

Концентрированная дымящая кислота с массовой долей (НNO₃) = 1 - желтое вещество; концентрированная недымящая кислота с массовой долей (НNO₃) = 0,6 - бесцветная.

Цвет безводной кислоты и подогретых растворов объясняется протеканием реакции, общей для всех кислородсодержащих кислот, - разложением под действием нагревания и света с выделением оксидов. При разложении азотной кислоты возникает оксид азота(IV) - бурый газ, придающий окраску кислоте. Реакция разложения азотной кислоты обратимая, эндотермическая и идет довольно легко. Общее число молей газообразных и парообразных продуктов реакции (7 моль) значительно выше числа молей парообразного исходного вещества (4 моль).

Азотная кислота обладает свойством, общим для всех растворимых сильных кислот. В водных растворах она полностью диссоциирует на ионы гидроксония H₃О⁺ и ионы кислотного остатка , проявляя степень диссоциации, близкую к 1.

Азотной кислоте присущи общие свойства кислот: характерное окрашивание индикаторов, реакции ионного обмена с оксидами и гидроксидами металлов, солями других кислот, в частности с карбонатами. Реакции сводятся к связыванию протона в слабодиссоциирующее вещество, например в слабый электролит воду (для оксидов и оснований), к образованию слабой, легко разлагаемой на составные части кислоты, например угольной.

Вместе с тем раствор HNO₃ и концентрированная безводная кислота обладают особым по сравнению с другими кислотами свойством: их протоны не вступают в реакцию окисления металлов. Поэтому при взаимодействии азотной кислоты с металлами не выделяется газ водород.

Конечно, окислительно-восстановительные реакции (ОВР) между металлами и азотной кислотой, как разбавленной, так и концентрированной, идут. Но окислителем является азот в степени окисления +5 из нитрат-иона . Поэтому продуктами восстановления в этих реакциях оказываются разнообразные соединения азота.

Реакции азотной кислоты и металлов протекают очень специфично. Азот из окисляет все металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, а также медь, ртуть и серебро, стоящие в ряду напряжений после водорода. Холодная концентрированная кислота пассивирует металлы Fe, Cr, Co, Ni, Al и нержавеющие стали, покрывая их поверхность стойкими оксидными пленками. Концентрированная кислота не окисляет Рt, Au, Rh, Ir, Ta, Ti.

Окисляясь, металлы теряют электроны и превращаются в катионы металлов. Азот азотной кислоты в степени окисления +5 принимает электроны, превращаясь в частицы, где степень его окисления колеблется от +4 до -3 (NO₂, N₂O₃, NO, N₂O, N₂, NH₃).

Число принимаемых азотом N(+5) электронов обусловливается концентрацией кислоты, силой восстановителя, температурой. Чем выше концентрация кислоты, тем меньшее число электронов принимает атом N(+5), тем большая степень окисления азота в продукте. Так, 60%-я кислота способствует присоединению атомом N(+5) 1e, образованию N(+4), выделению NO₂. Разбавленная 3%-я кислота способствует присоединению к атому N(+5) 8e, образованию N(-3), выделению аммиака NH₃ или соли иона .

Чем сильнее металл-восстановитель, тем большее число электронов принимает N(+5), тем ниже степень окисления азота в продукте. Так, Cu с 60%-й кислотой дает NO₂, с 30%-й кислотой - NO, Zn и Mg с 20%-й кислотой дают N₂O, а с 3%-й кислотой - . Поскольку по мере протекания реакции с металлом кислота разбавляется, возникает смесь продуктов. Взаимодействие меди с концентрированной азотной кислотой (образование NO₂) и с разбавленной кислотой (образование NO) - качественные реакции на азотную кислоту, так же, как и появление желтого окрашивания при контакте белка с азотной кислотой.

Глава 2. Об изучении темы «Подгруппа азота»

На изучение темы «Подгруппа азота» отведено 18 ч, из них 1 ч -- резервное время.

Изучение данной темы основано на знании учащимися важнейших теоретических вопросов курса химии и фактического учебного материала таких как периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева, строение атома, химическая связь, закономерности протекания химических реакций, электролитическая диссоциация, окислительно-восстановительные реакции. Поэтому большая часть учебного материала темы может быть изучена дедуктивно: учащимся следует чаще предлагать задания, при выполнении которых они могли бы привлекать ранее приобретенные теоретические знания при изучении и объяснении нового учебного материала, при решении задач и проведении химического эксперимента.

Раскроем особенности содержания и методики проведения уроков по теме «Подгруппа азота» при изучении курса химии VIII класса, которые могут быть распределены, как это указано в «Примерном тематическом планировании» (см. с. 27).

Урок 1 (29) «Характеристика элементов подгруппы азота. Химические свойства азота». Изучение этого материала целесообразно построить дедуктивно. Привлекая ранее приобретенные знания, учащиеся самостоятельно характеризуют положение химических элементов V группы главной подгруппы в периодической системе Д. И. Менделеева, описывают строение атомов азота и фосфора, могут сравнить их с зарядами ядер атомов и числом электронов на внешнем электронном слое других химических элементов, сопоставить их положение в группах, подгруппах и периодах и сделать выводы о металлических или неметаллических свойствах простых веществ азота и фосфора. Учащиеся приводят формулы высших оксидов и гидроксидов, указывают их характер (кислотный или основной). Они должны уметь рассчитывать относительную плотность азота по воздуху, определять виды химических связей в изучаемых соединениях азота и фосфора и предполагать некоторые химические свойства простых и сложных веществ, образованных этими элементами.

Организовать ответы учащихся можно с помощью заранее записанного на доске или кодопленке плана, которым они уже пользовались при изучении темы «Электролитическая диссоциация» можно ориентировать учащихся на сравнение состава и свойств химических элементов подгруппы азота и установление зависимости, их свойств от изменения величин зарядов ядер (порядковых номеров) химических элементов.

Учащимся из курса биологии известно, что элемент азот играет важную роль в жизнедеятельности растений, животных и человека. В то же время азот -- простое вещество называют «безжизненным газом». Объяснение этого положения убеждает учащихся в необходимости изучения различных соединений азота.

При рассмотрении азота -- простого вещества разъясняем состав молекулы, ее электронную формулу и характеризуем кристаллическую решетку твердого азота. Для выяснения зависимости между строением молекулы азота и его физическими и химическими свойствами (взаимодействие с водородом и кислородом) учащимся предлагаем самостоятельную работу с текстом учебника (§ 12, с. 30-- 31, до слов: «Такие соединения называют нитридами»). Взаимодействие азота с металлами не изучается.

Подчеркиваем, что при комнатной температуре азот малоактивен. Лишь при высокой температуре (в электрическом разряде) взаимодействует с кислородом, при относительно высокой температуре, давлении и наличии катализатора реагирует с водородом. Эти свойства азота используются в промышленности при получении аммиака и азота кислоты. Указанные химические реакции рассматриваем как окислительно-восстановительные процессы. Подводим учащихся к выводу что азот обладает окислительно-восстановтельной двойственностью свойств. Отмечаем, что обе химические реакций обратимы и без дополнительных условий равновесие очень трудно полностью смеет» в сторону образования нужных веществ, данном учебном материале необходимо продолжить формирование у учащихся умений самостоятельно прогнозировать условия смещения равновесия обратимой химической peaкция в сторону образования продуктов и получения максимально возможно их выхода.

При объяснения химических свойств аммиака необходимо привлекать знания учащихся для объяснения влияния условий реакции на полноту окисления аммиака (получение в результате реакции оксида азота (II) или азота). Сущность процесса окисления аммиака объясняют при составлении уравнения реакции и электронного баланса. На этом уроке предусмотрен большой демонстрационный эксперимент: 1) синтез аммиака; 2) растворение аммиака в воде; 3) горение аммиака в кислороде; 4) получение аммония. Демонстрационные опыты 2 и 4 учитель может включить в процесс изложения как иллюстрацию содержания лекции, а опыты 1 и 3 лучше провести в заключение урока. Во время лекции учащиеся делают рисунки опытов, поясняющие записи к ним. При этом они лучше усваивают содержание лекции и готовятся к практическому занятию.

Повторение основного содержания лекции можно провести по рис. 6, 7, 8, 9, 10 из учебника, предложив учащимся прокомментировать каждый из них.

На уроке 3 (31) «Соли аммония» проводим проверку усвоения основного содержания лекции в виде письменного опроса на 10--15 мин: Вариант I. 1. Составьте уравнение реакции каталитического окисления аммиака, разберите его в свете представлений об окислительно-восстановительных процессах.

2. Сделайте рисунок опыта растворения аммиака в воде и дайте поясняющие надписи к нему.

Вариант II, 1. Составьте уравнение реакции горения аммиака а разберите его в свете представлений об окислительно-восстановительных процессах.

2. Сделайте рисунок опыта взаимодействия аммиака с хлороводородом и приведите поясняющие надписи к нему.

После окончания самостоятельной работы может быть организована ее взаимопроверка (один учащийся за партой проверяет и оценивает работу другого) или самопроверка (два ученика выполняют работу на закрытых частях доски, а остальные -- в тетрадях, затем по записям на доске каждый проверяет свою работу). Учитель выборочно оценивает работу нескольких учащихся.

Изучение свойств солей аммония начинаем с беседы, в процессе которой повторяем общие свойства солей (диссоциация, отношение к металлам, кислотам, основаниям, другим солям, разложение некоторых солей при нагревании).

Учитель разъясняет состав, кристаллическое строение солей аммония, а учащиеся делают предположения об их химических свойствах. Поскольку катион аммония сложный, первые уравнения реакций, характеризующих свойства солей аммония, рекомендуем разобрать на примере хлорида аммония; Рассматривают диссоциацию соли, взаимодействие с серной кислотой, щелочью, нитратом серебра и ее термическое разложение (возгонку хлорида аммония). Во всех необходимых случаях уравнения реакций записывают в молекулярной, полной и сокращенной ионной форме.

Затем учащиеся выполняют лабораторный опыт взаимодействия солей аммония со щелочами, уясняют, что эта реакция качественная на ион аммония. Знание ее необходимо в дальнейшем при экспериментальном решении задач. На этом уроке можно предложить учащимся устно выполнить задания нарастающей трудности:

Задание Как распознать соли: хлорид натрия и хлорид аммония? Ответ подтвердите уравнениями химических реакций.

Задание. Как распознать соли: хлорид аммония и сульфат натрия? Ответ подтвердите уравнениями химических реакций.

Задание 3. Составьте план распознавания солей: хлорида натрия, хлорида аммония и сульфата аммония. Запишите уравнения химических реакций.

Урок 5 (33) «Производство аммиака» можно начать е заранее подготовленного сообщения учащегося о значении аммиака в народном хозяйстве*. Выясняем вопрос, как получить аммиак в больших количествах, необходимых для народного хозяйства. Рассматриваем условия проведения реакции синтеза аммиака. Обсуждаем вопрос о выборе оптимальной температуры, давления. Разбираем общие научные принципы химического производства, позволяющие повысить выход конечного продукта, используя технологическую схему производства аммиака на рис. 1 цветной вклейки учебника. Затем учащиеся проверяют свою готовность ответить на вопросы 1--7 на с. 43. В заключение урока заслушивают сообщения учителя иди учащихся о профессиях работников аммиачного производства: аппаратчика, слесаря-инструментальщика и наладчика, оператора, лаборанта⁵. На уроке можно использовать диафильм

«Производство аммиака».

Урок 6 (34) «Определение массовой (объемной) доли выхода продукта от теоретически возможного» посвящается повторению и уяснению промышленного способа получения аммиака и решению вопроса о том, как оценить количественно, насколько полно проведено взаимодействие азота с водородом в производственном процессе. Учитель объясняет, как нужно вычислять массовую (объемную) долю выхода продукта от теоретически возможного, подчеркивает, что теоретический выход рассчитывают но уравнению химической реакции. Практический выход всегда несколько меньше теоретического. На снижение практического выхода продукта влияют такие условия, как обратимость химической реакции, малая скорость взаимодействия исходных веществ, технологические потери, несоблюдение технологического режима и др. Количественную оценку массовой (объемной), доли выхода продукта от теоретически возможного рассчитывают по формуле:

2. При взаимодействии 32 г меди с концентрированной азотной кислотой получили 16,8 л оксида азота (IV). Определите объемную долю выхода оксида азота (IV) от теоретически возможного. На последующих уроках во время опроса или в качестве домашнего задания предлагаем учащимся задачи из задачника⁶. №№4-- 111, 14--114, 14--116. о времени изучения азотной кислоты -- урок 7 (35) -- учащиеся должны приобрести умение самостоятельно описывать свойства, характерные для класса кислот. Поэтому они самостоятельно могут описать общие свойства '. азотной кислоты (диссоциация, отношение к основным оксидам, основаниям, солям, термическое разложение). На этом этапе обучения учащиеся должны без напоминания учителя записывать не только молекулярные, но и ионные (или только сокращенные ионные) уравнения химических реакций, а также уметь демонстрировать опыты, подтверждающие свойства, общие для класса кислот. Учитель разъясняет особые (окислительные) свойства: азотной кислоты и демонстрирует опыты взаимодействия разбавленной в концентрированной азотной кислоты с медью и разложение азотной кислоты с образованием воды, кислорода и оксиды азота (IV). Не следует рассматривать отношение азотной кислоты к активным металлам. Важно совершенствовать умения учащихся составлять электронные уравнения при объяснении окислительных свойств азотной кислоты. Этот трудный для усвоения материал сначала рекомендуем учащимся выслушать, не отвлекаясь на записи, затем проанализировать записи учителя на доске, которые можно потом закрыть или стереть, а учащимся предложить самостоятельно составит уравнения - реакций и электронный баланс, отметив окислитель и восстановитель. На дом: § 18 (до реакции азотной кисла ты с магнием), с. 47; задания 7 я 2 на с. 48 Урок 8 (36) «Нитраты» проводится аналогично. В беседе выясняют общие свойств солей и делают предположения о свойства нитратов. Учащиеся самостоятельно записывают уравнения реакций в ионном виде: I) нитратом бария я серной кислот 2) нитратом меди и щелочью, 3) нитрат серебра и хлоридом натрия, 4) нитратом железом. Осуществляют само- или в самопроверку работы.

Обсуждаем уравнения реакций, каждое из которых (под номерами 2, 3, 4) соответствует стадии производства азотной кислоты. Привлекаем знания учащихся о закономерностях химических реакций, условиях смещения равновесия и получения максимально возможного выхода продукта.

Уравнение реакции, соответствующей третьей стадии получения азотной кислоты, учащиеся разъясняют самостоятельно в свете представлений об окислительно-восстановительных процессах.

- Урок 10 (38) «Фосфор и его соединения» основан на дедуктивном изучении учебного материала. Начать его можно с выполнения учащимися задания, в котором требуется составить уравнения реакций в соответствии с приведенной схемой фосфор - оксид фосфора (V) ортофосфорная кислота. Одновременно обсуждают физические свойства фосфора, оксида фосфора (V) и фосфорной кислоты, проводят демонстрационные опыты. Фосфорную кислоту рассматривают как представителя соответствующего класса кислот. (Известны и другие кислородсодержащие фосфорной кислоты, например: HP0₃ -- метафосфорная кислота, Н4Р2О7 -- пирофосфорная и др.). Особое внимание обращают на образование кислых солей, их номенклатуру. Целесообразно параллельно предложить учащимся записать уравнения ступенчатой диссоциации фосфорной кислоты № диссоциацию фосфатов, гидро- и дигидрофосфатов.

Учащимся также следует предложить записать уравнения химической реакции взаимодействия фосфорной кислоты и гидроксида натрия, взяв соответственно щелочь количеством вещества 1 моль, 2 моль, 3 моль. По этим уравнениям учащиеся могут составить задачи изученных типов и решить их.

При рассмотрении физических свойств солей фосфорной кислоты (внешнего вида и растворимости в воде) может быть записана схема 2 с указанием названия солей и их растворимости в воде (растворимые -- «р»; нерастворимые -- «н»; малорастворимые -- «м»)

Для контроля за усвоением изученного материала учащимся предлагаются задания: 1. Приведите уравнения реакций в соответствии с приведенной схемой:



полученные соли. 2. Как распознать соли: хлорид натрия, сульфат натрия и нитрат аммония? Ответ поясните уравнениями химических реакций.

На дом: § 22, кроме с. 53--55 (аллотропия фосфора); § 23, задание 8, с. 58 или расчетная задача (по усмотрению учителя).

Раскрывая содержание этого урока и подбирая задания к нему, необходимо учесть, что программой не предусмотрено изучение следующих вопросов: круговорот фосфора в природе, аллотропия фосфора, взаимодействие фосфора с перхлоратом калия, метафосфорная кислота (получение и свойства); превращения гидро- и дигидрофосфатов в фосфаты и наоборот. Исключены как обязательные расчеты массовой доли питательного вещества в удобрениях.

Последующие два урока 11 и 12 (39 и 40) «Минеральные удобрения» могут быть проведены так: один -- в форме лекции и самостоятельной работы учащихся с учебником, а другой -- в форме конференции. При этом должны быть выяснены вопросы: какие вещества являются минеральными удобрениями, их классификация и роль в получения высоких урожаев.

Классификацию удобрений можно представить в виде схемы 3, заготовив ее заранее на доске или кодопленке.

На уроке, который проводится в форме конференции или ролевой игры, заслушиваем небольшие сообщения учащихся, заранее подготовленные по рекомендованной учителем литературе.

Этот урок можно провести совместно с учителем биологии. Заранее (примерно за месяц) до урока ставятся опыты, доказывающие влияние азотных, фосфорных и калийных удобрений на прорастание семян овса, гороха, на рост в развитие комнатных растений. Результаты их в виде рисунков, схем, гербариев или живых растений нужно продемонстрировать учащимся.

На конференции могут быть использованы фрагменты из нового цветного фильма «Азот». Для подготовки учащихся к практическим занятиям 4, б --уроки 13--14, (42--43) -- повторяют изученные качественные реакции.

Урок по обобщению знаний по теме может быть проведен перед практическим занятием б.

Примерный вариант контрольной работы № 3.

Задание 1. Составьте уравнение реакции концентрированной азотной кислоты с медью. Разъясните ее в свете представлений Об окислительно-восстановительных процессах.

Задание 2. При взаимодействии 2,24 л аммиака (н. у.) с соляной кислотой получен хлорид аммония массой 5 г. Вычислите массовую долю выхода хлорида аммония от теоретически возможного.

Задание 3. Почему перед внесением в почву нельзя смешивать с гашеной известью удобрения: а) сульфат аммония, б) нитрат аммония? Подтвердите ответ уравнениями химических реакций.

Задание 4. Перечислите, какие общие научные принципы химического производства применяются в промышленном синтезе аммиака.

Глава 3. Методические разработки по теме: "Подгруппа азота"

Цели урока:

· систематизировать знания учащихся по теме,

· осуществить их коррекцию,

· закрепить умение применять полученные знания на практике,

· развить логическое мышление учащихся.

На проведение урока требуется один академический час. Подготовка к уроку происходит в процессе изучения всего материала.

Учащиеся класса распределяются по группам, в которые входят сильные, средние и слабые ученики, выбирается капитан, который руководит работой данной группы и распределяет задания, полученные от учителя. У каждого учащегося есть зачетный лист, куда выставляются баллы за выполнение задания. Выполнение каждого задания оценивается по 5-бальной шкале.

Слово учителя.

На этом уроке вы совершите путешествие в страну, где сможете вступить в общество химиков. Ваш путь лежит через государства: “Элемент”, “Теоретик”, “Умники и умницы”.

Первое государство “Элемент”

Предоставляется слово каждой группе учащихся. В своем выступлении необходимо представить любой элемент 5 группы Периодической системы (сочинение, сказка, стих, историческая справка).Это задание учащиеся получают за неделю до урока.

Второе государство “Теоретик”

Каждой группе выдается конверт с теоретическими вопросами. Все задания объединены в 7 групп по их сложности.

Задание №1.

В четырех пронумерованных пробирках находятся растворы следующих веществ: HNO₃, H₂SO₄, H₂O, KOH.

Используя лакмус, KOH, BаCl_2, определите, в какой пробирке находится раствор азотной кислоты.

Задание №2.

Атомам каких элементов и какому состоянию атома - основному, возбужденному или запрещенному, соответствуют нижеприведенные электронные формулы?

Определите валентность, характерную для данного состояния атома.

а) 1S22S22P63S23P3	в) 1S22S22P63S13P33D1
б) 1S22S22P63S23P64S23D104P3	г) 1S22S22P3

Задание №3

1. Какое из перечисленных веществ является аллотропной модификацией фосфора?

а) фосфин	г) метафосфорная кислота
б) фосфид натрия	д) правильного ответа нет
в) фосфат натрия

2. Каким образом можно отличить азот от аммиака?

а) по цвету	в) по растворимости в воде
б) по реакции со щелочью	г) по запаху

Задание 4

1. Какой из перечисленных газов нельзя собрать способом вытеснения воды? Почему?

а) азот	в) кислород
б) водород	г) аммиак

2. Какие из перечисленных веществ реагируют с разбавленной азотной кислотой, напишите уравнение реакции, расставьте коэффициенты.

а) CO2 б) Zn	в) Aq	г) CuO

Задание 5

1. Один из 4-х сосудов заполнен аммиаком, другой - углекислым газом, третий - кислородом, четвертый - воздухом. Как вы определите, какой газ находится в каждом из сосудов.

2. “Летучая мышь” - так называли в XVIII веке аммиак. Почему его так называли?

Задание 6

Однажды друг мой закадычный Мне цепочку подарил, И с улыбкой необычной“Золотая” - говорил. Есть чему здесь удивиться, И, ему не доверяя, Сам решил я удивится, Что цепочка золотая. Все для химика возможно: Кислоты азотной влил И цепочку осторожно В эту жидкость опустил. Тут я прямо поразился: Дым коричневый такой Над подарком заклубился, Ядовитый и густой. Вдоль цепочки той вокруг Энергичное шипенье, Жидкость - цветом “изумруд”, Живописное явленье. Помогите ж разобраться, Дайте правильный ответ: Есть ли золото в цепочке, Иль его там вовсе нет?

Ответ подтвердите уравнением химической реакции.

Задание 7

1. Карбонат аммония используют при выпечке теста. Что происходит с карбонатом аммония, и почему тесто поднимается и становится мягким?

2. В военное время зажигательные бомбы начиняли белым фосфором. С какой целью? Напишите уравнение происходящей химической реакции.

Каждой группе предоставляется возможность выступить с ответом на определенное задание, после чего озвучивается правильный ответ, учитель оценивает ответы, учащиеся выставляю баллы в зачетные листы.

Третье государство “Умники и умницы”

На данном этапе учащимся необходимо проявить свои знания в исторической области развития химии, в знании фамилий ученых, которые открыли элементы подгруппы азота, а также по отрывкам из произведений художественной литературы определить о каком элементе идет речь. Вопросы задаются одновременно всем учащимся.

Вопрос 1

Азот называют газом-парадоксом, а начинаются парадоксы уже с истории его открытия учеными: шотландцем Даниелем Резерфордом, шведом Карлом Шееле, англичанами Джозефом Пристли и Генри Кавендешем, Французом Антуаном Лавуазье.

К Шееле раньше, чем Дж.Пристли, открыл кислород и раньше , чем Д.Резерфорд, открыл азот. Но почему же приоритет первооткрывателя перешел соответственно к Дж. Пристли и Д.Резерфорду?

(Ответ. Случилось так, что рукопись “химического трактата и воздухе и огне”, в которой сообщалось об этих открытиях, из-за небрежности издателя увидела свет только в августе 1774 г. К этому времени работы Дж. Пристли о кислороде и Д. Резерфорда об азоте уже были опубликованы.)

Вопрос 2

Сын лорда, талантливый английский химик и физик, член Лондонскоко королевского общества, открывший азот и водород, определивший состав воздуха и воды, был самоучкой. Знатность происхождения обеспечивала блестящую карьеру государственного деятеля, а случайно доставшееся богатое наследство открывало все возможности беспечной жизни. Но он пренебрег и тем и другим ради того удовлетворения, которое доставляет проникновение в тайны природы. Кого соотечественники называли самым богатым из ученых и самым ученым из богачей? ( Ответ: Генри Кавендиш).

Вопрос 3

Он был основоположником классической химии, одним из создателей номенклатуры, автором учебника “Элементарный курс химии” и понятия “химический элемент”.Судом Революционного трибунала его казнили. Узнав о смерти ученого, математик Лагранж сказал своему коллеге: “Понадобилось лишь одно мгновение, чтобы отрубить эту голову, но, быть может, и столетия будет мало, чтобы создать подобную ей”. О ком идет речь?

(Ответ: Лавуазье)

Вопрос 4

Этот элемент в1669 г. открыл солдат-алхимик Хенинг-Бранд. Почти сто лет алхимики считали, что открыли “Филосовский камень”. Назовите порядковый номер этого элемента (Ответ:№ 15).

Вопрос 5

…Да! Это была собака, огромная, черная, как смоль. Но такой собаки еще никто из нас смертных, не видывал. Из ее отверстий пасти вырывалось пламя, глаза блестели, метали искры, по морде и загривку переливался мерцающий огонь. Ни в чьем воспаленном мозгу не могло возникнуть видение более страшное, чем это адское существо, выскочившее на нас из тумана…

Страшный пес, величиной с молодую львицу. Его огромная пасть все еще светилась голубоватым пламенем, глубоко сидящие дикие глаза были обведены огненными кругами. Я дотронулся до этой светящей головы и, отняв руку, увидел, что мои пальцы тоже засветились в темноте. Какой элемент оказался “замешан” в столь скверной истории? (Ответ: белый фосфор)

Вопрос 6

Бытовой холодильник представляет собой напольный шкаф для хранения продуктов питания. Мороз в некоторых холодильных камерах создается за счет быстрого превращения в пар “летучей жидкости” в трубопроводе испарителя, и сопровождается это значительным поглощением тепла. Что это за “летучая жидкость”? (Ответ: аммиак)

Вопрос 7

Современные спички были изобретены с открытием одного элемента, который воспламенялся при очень низкой температуре. Однако этот элемент был так опасен для рабочих, что его пришлось запретить международным договором 1906г. И лишь после открытия его новой аллотропной модификации в 1844г. стали производить безопасные спички. Что это за вещества? (Ответ: фосфор красный)

Вопрос 8

Летописцы рассказывают, что в 1534 г. на Аппиевой дороге в Риме была вскрыта древняя гробница дочери Цицерона. И вдруг тело ее засветилось блеском и тут же рассыпалось в прах. Объясните это явление.

(Ответ: в любом живом организме обязательно присутствует фосфор. В теплое время из почвы выделяются гидриды фосфора, которые самовоспламеняются и, при взаимодействии с влагой воздуха образуются мелкие капельки, которые и дают неясные свечения).

После каждого ответа на вопрос производится оценка знаний.

В конце урока подводится итог, подсчитываются баллы.

Активность учащихся в ходе всего урока высокая, ощущается положительная эмоциональная реакция, т. к. проявить себя могут как сильные, так и слабые ученики.

ЛИТЕРАТУРА

1. Малышкина В. Занимательная химия. Серия “Нескучный учебник” - Санкт-Петербург, Тригон, 1998.

2. Все обо всем: популярная энциклопедия для детей // Научный редактор Славкин В. - М.,1994.

3. Конан Дойль “Собака Баскервилей” - М., Инком, 1991.