Тема урока.       Серная кислота.             9 класс.

 Цели урока

        обучающие:

        - активизировать знания учащихся о качественном и количественном составе серной кислоты, ее солей;

         - закрепить знания о свойствах серной кислоты, подчеркнув способы её получения;

         - углубить знания учащихся об особенностях взаимодействия кислоты с металлами;

      развивающие:

       - стимулировать познавательную деятельность при решении задач;

       - продолжать развивать навыки работы с реактивами;

       - сформировать умения обнаружения и определения ионов (сульфат-аниона, катиона водорода);

            - способствовать развитию интереса к предмету, уверенности в своих знаниях   и умениях.

       воспитательные:

          - развивать навыки работы в паре, группе;

        - формировать навыки аккуратного обращения с приборами, реактивами, соблюдения техники безопасности;

        - обратить внимание учащихся на практическую сторону знаний, на то, какое значение имеют для нас соли – сульфаты;

        - воспитывать умение распоряжаться своим временем, работать в режиме ограничения времени.

      Задачи:

1. Формировать способности опознавать, анализировать, сопоставлять явления, факты, наблюдения, работать с текстом.

2. Сформировать знания о физических и химических свойствах серной кислоты.

3. Развивать навыки работы с компьютером, тестами.

4. Формировать умения составлять уравнения реакций, расставлять коэффициенты.

 Оборудование урока:

- Таблицы растворимости,

опорный плакат "Серная кислота",

- презентация «Серная кислота»,

- Периодическая система элементов,

- Компьютер, экран, мультимедиа,

- Инструктивные карточки для учащихся,

- Тесты,

- Раздаточный материал по ТБ,

- Датчик температуры, принтер.

   Реактивы: растворы H₂SO₄, Na₂SO₄,  NaCl,  BaCl₂,  ZnSO₄,  индикаторы,  концентрированная серная кислота, медь, магний, оксид меди (II), NaОН, Na2СО3, сахарная пудра, листок бумаги с рисунком, выполненный разбавленной серной кислотой, этанол, перманганат калия, стакан с водой,

Эпиграф урока:

«Серная кислота – хлеб химической промышленности»

                                                             Академик Ферсман.

План работы на доске:

1. Строение молекулы серной кислоты.

2. Физические свойства кислоты.

3. Химические свойства разбавленной кислоты.

4. Химические свойства концентрированной кислоты.

5. Применение серной кислоты.

Ход урока.

I. Организационный момент. Проверка домашнего задания

1. Экспресс-опрос:

- Какой химический элемент мы изучаем?

- К какой группе химических элементов относится сера?

- Возможные степени окисления серы?

- Назовите соединения серы с низшей степенью окисления.

- Соединение серы с высшей степенью окисления? (H₂S0₄)

II. Подготовка к восприятию нового материала.

1.  Что называют кислотой с позиций электролитической диссоциации? (кислота – это электролит, который диссоциирует в растворе на ионы водорода и ионы кислотного остатка).

 Образно серную кислоту называют «кровь химии». Нет кислоты, которая бы была нужнее и применялась бы чаще, чем серная.  Главным образом ее потребляют две отрасли промышленности: производство синтетических волокон и производство суперфосфата. Также кислота необходима для получения красителей, синтетических моющих средств, медикаментов, ядохимикатов, взрывчатых веществ.

 - Какова формула серной кислоты?

 - Запишите молекулярную, структурную и электронную формулы кислоты.

 - Какой тип связи между атомами в молекуле?

 - Определите степень окисления серы в кислоте.

 - Какие свойства (окислителя или восстановителя) будет проявлять серная кислота в ОВР? Почему? (схема)

 - Дайте характеристику серной кислоты  (кислородсодержащая, двухосновная)

 Серная кислота является сильным электролитом, но как двухосновная кислота диссоциирует в 2 ступени:

H₂S0₄ = Н⁺ + HS0₄^- (гидросульфат-ион)

HS0₄^-  <-> Н⁺ + S0₄^2-  (сульфат-ион)

   Первая ступень протекает нацело и практически необратима. Вторая — обратима. Тем не менее, диссоциация по второй ступени протекает в значи­тельной степени. (Данные реакции имеет смысл приводить для того, чтобы показать учащимся, что у серной кислоты есть 2 ряда солей).  Но в школьном курсе, при составлении ионных уравнений реакций диссоциацию H₂S0₄ пишут в одну ступень, ведь серная кислота сильный электролит:

H₂S0₄ = 2Н⁺ +   S0₄^2-

2. Историческая справка о H₂S0₄

- сообщение учащегося.

III. Изучение нового материала.

1. Физические свойства H₂S0₄. H₂SO₄ -  бесцветная маслянистая жидкость, отсюда устаревшее название «купоросное масло». Тяжелая (ρ=1,89 г/мл). Концентрированная кислота крайне гигроскопична – она поглощает воду. Неограниченно смешивается

c  водой (раствор сильно разогревается).

Следует соблюдать определенные правила при разбавлении серной кислоты: нужно осторожно, тоненькой струйкой, вливать кислоту в воду, непрерывно помешивая: «Сначала вода, потом кислота, иначе случится большая беда».

- Почему именно так разбавляется кислота (т. е. кислота в воду, а не наобо­рот?)

    Напомним, что плотность воды (1 г/мл), а  плотность концентрированной серной кислоты (1,8 г/мл), т: е. H₂S0_{4 (K0HU}) почти в 2 раза тяжелее воды. Напомним  о большом выде­лении тепла в результате растворения кислоты в воде.

  Если добавляют кислоту в воду, то она идет сразу вниз (т. к. тяжелее) и вся выделяющаяся теплота идет на нагревание раствора. В случае добавления воды в кислоту, вода как более легкая жидкость ко дну не идет, а остается на поверхности. Вода очень быстро закипает, испаряется и брызгами или паром попадает в лицо незадачливого лаборанта.

- датчик температуры (через мультимедийный проектор)

- выпускаем график зависимости температуры от времени при разбавлении кислоты.

   В данном случае вспоминаются слова сатирика николаевской эпохи Козьмы Пруткова “Всегда держись начеку”. Серная кислота - это особое вещество.

   При рас­творении серной кислоты в воде образуются гидраты разного состава, например H₂S0₄  ∙ H₂0, H₂S0₄ ∙ 2H₂0.

 H₂S0₄  - сильная кислота.

   Воздействие серной кислоты на организм человека (слайд):

Техника безопасности:

- Но если вы всё же получили ожог, то как оказать первую помощь?

При попадании на кожу: промыть большим количеством воды, обработать слабым раствором питьевой соды и снова промыть.

При ожогах глаз: промыть большим количеством воды, наложить светозащитную повязку и обратиться к врачу.

При попадании в ЖКТ: промыть желудок большим количеством воды, дать слабительное и активированный уголь, выпить молоко, вызвать скорую помощь.

(слайд)

   Демонстрируем  гигроскопические свойства H₂S0_{4 (К0НЦ)}, предста­вив ребятам эксикатор с кислотой (Объясним, как им пользоваться (от­крывать и закрывать, сдвигая крышку).

- Демонстрация стакана с серной кислотой, находящегося между рамами окна.

2. Химические свойства H₂S0_{4 (разб)}

     Какими химическими свойствами обладают кислоты?

- диссоциируют на катионы водорода, взаимодействуют с металлами, находящимися в ряду напряжений до водорода; с основными и амфотерными оксидами, с основаниями – щелочами и нерастворимыми в воде; с растворами солей, если реакция обмена идет до конца.

   Давайте проверим,  характерны ли эти свойства для раствора серной кислоты. Вы будете работать в группах по 3-4 человека. Проведите опыты согласно инструкции, составьте соответствующие уравнения реакций и сделаете выводы о свойствах разбавленной серной кислоты. Затем один представить от группы расскажет нам о своих наблюдениях и напишет соответствующие уравнения реакций на доске:

1 группа – взаимодействие H₂S0₄  с металлами (цинк, магний, медь),

2 группа – взаимодействие H₂S0₄  с оксидами металлов,

3 группа - взаимодействие H₂S0₄  с основаниями

Инструктаж по технике безопасности:

1. Осторожно работаем с растворами кислот и щелочей.
2. Используем реактивы в минимальных количествах.
3. Оставляем рабочее место в порядке.

- Инструкции для лабораторных опытов.

- Лабораторная работа №

Инструктивная карта «Химические свойства разбавленной серной кислоты»

Опыт 1. Диссоциация серной кислоты на ионы.

Налейте в три пробирки небольшое количество H₂SO₄ и прилейте в них соответственно растворы индикаторов: лакмуса, метилоранжа и фенолфталеина. Отметьте изменение окраски индикаторов. Составьте уравнения реакций ступенчатой диссоциации серной кислоты.

Сделайте вывод: почему серная кислота изменяет окраску указанных индикаторов?

Опыт 2.  Взаимодействие разбавленной серной кислоты с металлами.

Поместите в пробирку №1 гранулы цинка,  в пробирку №2 – порошок магния, а пробирку №3 - медные стружки. Прилейте в них раствор серной кислоты. Что наблюдаете? Напишите уравнения происходящих реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

Сделайте вывод: с какими металлами взаимодействует разбавленная серная кислота?

Опыт 3. Взаимодействие серной кислоты с оксидом меди (II).

Внесите в пробирку небольшое количество оксида меди (II) и прилейте серную кислоту. Пробирку нагрейте в пламени спиртовки. Что наблюдаете? Напишите уравнение происходящей реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

Сделайте вывод: с какими оксидами взаимодействует серная кислота?

Опыт 4. Взаимодействие серной кислоты с гидроксидом натрия.

В пробирку налейте небольшое количество гидроксида натрия, добавьте фенолфталеин. Что наблюдаете? Почему? Прилейте в пробирку раствор серной кислоты до исчезновения окраски. О чем это свидетельствует? Напишите уравнение происходящей реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде. Как называется эта реакция?

Сделайте вывод: с какими основаниями взаимодействует серная кислота?

Опыт 5. Взаимодействие серной кислоты с гидроксидом меди (II).

Получите гидроксид меди (II). Для этого к раствору сульфата меди (II) прилейте раствор гидроксида натрия. Отметьте признаки реакции. Отлейте небольшое количество осадка в другую пробирку и добавьте в нее серную кислоту. Что наблюдаете? Напишите уравнения происходящих реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

Сделайте вывод: с какими основаниями взаимодействует серная кислота?

Опыт 6. Взаимодействие серной кислоты с хлоридом бария.

К раствору хлорида бария прилейте раствор серной кислоты. Что наблюдаете? Напишите уравнение происходящей реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

Сделайте вывод: при каких условиях возможны реакции между солями и серной кислотой?

 1 группа.

     Разбавленная серная кислота проявляет окислительные свойства, в ка­честве окислителя выступает ион водорода.

Zn° + H₂⁺S0_4(paзб) = Zn²⁺S0₄ + Н₂°  (р. замещения)

Zn°  - 2е  =  Zn²⁺

2Н⁺ + 2е = Н₂°

   Данную реакцию можно рассмотреть с позиций реакций ионного обмена:

Zn° + 2Н⁺ + S0₄^2-  = Zn²⁺ + S0₄^2-  + Н₂

Zn° + 2Н⁺ = Zn²⁺ + Н₂°

2 группа.

                           +t

CuО + H₂S0₄   =  CuS0₄+ Н₂0

3 группа.

    Разбавленная серная кислота проявляет все свойства типичных кис­лот, выступает в качестве электролита в реакциях ионного обмена:

H₂S0₄ + 2КОН = K₂S0₄ + 2Н₂0 (р. нейтрализации)

2Н⁺ + S0₄^2-  + 2К⁺ + 20Н^-  =  2К⁺ + S0₄^2-  + 2Н₂0

Н⁺ + ОН^-  =  Н₂0

4.  Взаимодействие серной кислоты с солями (СаСО3)

- самостоятельное исследование

Вывод учащихся.

5.  Как двухосновная кислота H₂S0₄ образует 2 ряда солей: кислые (гид­росульфаты) и средние (сульфаты). Сульфаты большинства металлов хо­рошо растворимы в воде. Нерастворимыми являются соли ЩЗМ, Ag и РЬ (данные таблицы растворимости).    Демонстрационный экспе­римент по получению сульфата бария.  Данная реакция является качественной на сульфат-ион.

- Слейте равные объемы серной кислоты и хлорида бария. Отметьте цвет осадка и его нерастворимость в кислотах. Составьте уравнения реакций в молекулярной и ионной форме:

ВаС1₂ + H₂S0₄ = BaS0₄↓ + 2НС1

Ва²⁺ + 2С1^-  + 2Н⁺ + S0₄^2-  = BaS0₄↓+ 2Н⁺ + 2С1^-

Ва²⁺ + S0₄^2-  = BaS0₄↓

Вывод: реактивом  на серную кислоту и ее соли являет­ся хлорид бария (или реактивом на сульфат-ион является ион бария.

   Прав был Дмитрий Иванович Менделеев: “Опыт - единственно верный путь спрашивать природу и слышать ответ в ее лаборатории”.

4. А теперь познакомимся со свойствами концентрированной серной кислоты.   

   Окислительно-восстановительные свойства H₂S0_{4 (конц)} сильно отличают­ся от свойств разбавленной кислоты. Концентрированная серная кислота яв­ляется сильным окислителем, но в качестве окислителя выступают не ионы водорода, а сера S⁶⁺, входящая в состав кислоты. Именно поэтому, водород ни­когда не выделяется при взаимодействии металлов с концентрированной сер­ной кислотой. Продукты восстановления зависят как от активности металла, так и от условий протекания реакции (концентрации кислоты, температуры и т.д.). Общая закономерность такова: чем выше активность металла, тем по­лнее идет восстановление кислоты, тем ниже с. о. полученного продукта (тем больше электронов принимает сера). При определенных условиях она способна взаимодействовать со всеми металлами, за исключением золота и платины.

Неактивные металлы (после водорода в ряду активности) восстанавливают серу до ближайшей с.о. +4.

   Все возможные электронные переходы концентрированной серной кислоты при взаимодействии с металлами:

S⁺⁶ + 2е  → S⁴⁺ (в виде S0₂)

S⁺⁶ + 6е  → S°

S⁺⁶ + 8е  → S ^2- (H₂S)

(слайд)

Демонстрация. В стакан с медными  стружками наливаем концентрированную серную кислоту и нагреваем его. Медь темнеет, выделяется газ - SO₂, который определяем при помощи индикаторной бумаги.

Записываем уравнение реакции:

Cu +2H₂SO_4(КОНЦ) → CuSO₄ + SO₂↑ +2H₂O

Таким образом, в качестве продуктов реакции образуются соль, где металл проявляет высшую степень окисления, вода и продукт восстановления серы. Продукт восстановления зависит от активности металла, от концентрации кислоты и температуры.

(слайд)

Первичное закрепление:

Рассмотрите несколько примеров реакций взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой, составим к ним электро­нный баланс.

Zn° + H₂S⁺⁶0₄₍конц)= Zn⁺²S0₄ + H₂S^2-  + H₂0

Напомним правила уравнивания:

1)  в начале выставляете коэффициенты перед атомами металла в обеих частях равенства (из электронного баланса);

2)  считаете число атомов серы (основной элемент-неметалл) в правой части равенства (4+1 = 5);

3)  выставляете полученный коэффициент перед молекулой кислоты (уравняли атомы серы);

4)  считает атомы водорода левой части уравнения — 10 атомов, затем уравниваете атомы водорода в правой части с учетом 2 атомов водо­рода в составе H₂S. Итого, перед молекулой воды выставляете коэф­фициент 4;

5)   Проверка правильности составления уравнения: посчитать число атомов кислорода в обеих частях равенства. Они должны быть рав­ны.

4Zn + 5H₂S0_4(KOHЦ) = 4ZnS0₄ + H₂S + 4H₂0

   Многие металлы (Al, Fe) пассивируются кон­центрированной серной кислотой. Таким образом, концентрированная серная кислота взаимодейст­вует с металлами, стоящими в ряду напряжений, как до водорода, так и после него. При этом выделяются различные серосодержащие соединения.

Взаимодействие  H₂S0_4(KOHЦ)  с органическими веществами.

   Основу всех органических веществ составляет углерод. При действии концентрированной серной кислоты на органические вещества происходит обугливание, так как кислота отнимает от этих веществ водород в виде воды:

Демонстрация: «ромовая баба»:  в стакан с сахарной пудрой приливаем немного воды до образования кашицы, наливаем концентрированную серную кислоту и быстро перемешиваем стеклянной палочкой. Масса в стакане чернеет, через 2-3 минуты вспучивается, сильно увеличивается в объеме и выходит за пределы стакана. Серная кислота обугливает массу, и образовавшиеся газы (СО₂ и SO₂) выталкивают ее из стакана.

Записываем уравнение реакции:

C₁₂Н₂₂О₁₁ + H₂SO_4(КОНЦ) → 12C + H₂SO₄ *11H₂O

                                                         гидраты

- Демонстрация обугливания лучинки (результат взаимодействия кислоты с органическим веществом — клетчаткой, всле­дствие чего углерод выделяется в виде угля. Именно, поэтому, необходимо осторожно обращаться с серной кислотой, иначе могут пострадать кожа и одежда!)

С + 2H₂SO_4(КОНЦ) → СО₂↑+ 2SO₂↑ + 2Н₂О

Занимательная минутка:

   Серная кислота -  волшебница. Она может устраивать фейерверки и зажигать спиртовки без спичек.

1. Взаимодействие серной кислоты (конц) с перманганатом калия – «Самовозгорание спиртовки» - пример экзотермической реакции

2.  В цилиндр налить 50 мл концентрированной серной кислоты и добавить 70 мл этилового спирта. Появилась граница раздела двух жидкостей. Всыпаем порошок перманганата калия в цилиндр - появляются вспышки на границе раздела жидкостей.

Закрепление изученного материала.

Тест.

Вариант 1.

1. Разбавленная серная кислота реагирует с веществом, формула которого:

а) Zn;     б) H₂O;   в) Cu;    г ) P₂O₅.

2. С помощью какого катиона можно распознать сульфат-ион?

а) Cu²⁺;  б) Mg²⁺;  в) Ba²⁺;  г) Na⁺.

3. При взаимодействии концентрированной серной кислоты с углеводами (сахарами):

а) выделяется оксид углерода (IV);    

б) выделяется водород и кислород;

в) происходит обугливание и образуются SO₂, СО₂ и гидраты;

г) ничего не происходит.

4. При растворении концентрированной серной кислоты в воде необходимо:

а) приливать кислоту в воду;
б) приливать воду в кислоту;
в) оба ответа правильные.

5. Свойство, не характерное для концентрированной серной кислоты:

а) гигроскопичность;
б) взаимодействие при обычных условиях с железом;
в) обугливание органических веществ.

Вариант 2.

1. Разбавленная серная кислота не реагирует с веществом, формула которого:

а) Zn;     б) NaOH;   в) Cu;    г ) CaO.      

2. Качественной реакцией на сульфат ион, является его взаимодействие с катионом:

а) Cu²⁺;  б) Mg²⁺;  в) Ba²⁺;  г) Na⁺.

3.        При взаимодействии концентрированной серной кислоты с благородными металлами при нагревании будут получены:

а) сульфаты и водород;

б) оксиды и сернистая кислота;

в) оксиды и сероводород;

г) сульфаты, SO₂ и вода.

4. При растворении концентрированной серной кислоты в воде нужно:

а) приливать кислоту в воду;
б) приливать воду в кислоту;
в) оба ответа правильные.

5. При попадании концентрированной серной кислоты на кожу необходимо:

а) промыть кожу водой, протереть спиртом;

б) промыть водой, протереть раствором борной кислоты;

в) промыть водой, нейтрализовать 2%-ым раствором соды, промыть водой.

Итог урока. Рефлексия.

   Итак, мы изучили свойства серной кислоты. H₂S0₄    имеет разнообразные области применения: из неё получают красители, минеральные удобрения, лекарства, искусственный шёлк, взрывчатые вещества и т.д. Поэтому справедливыми являются слова академика Ферсмана «Серная кислота – хлеб химической промышленности» (эпиграф урока)

Оценки за урок.

Ответьте на вопросы:

1. Мне было комфортно на уроке.
2. Я много узнал нового.
3. Это мне пригодится в жизни.
4. Я приняла активное участие в обсуждении темы.
5. Мне это не интересно.

Домашнее задание: §22, упр.  3, 4.

   Творческое задание: сочинить сказку о серной кислоте.

Содержание сказки:

Глава 1. Рождение серной кислоты.
Глава 2. Детство.
Глава 3. На развилке дорог.
Глава 5. Ювелирный магазин.
Глава 6. Кислота-волшебница.