Преподавание химии

Соединения серы

Предлагаемая методика уроков по теме “Соединения серы” (программа по химии для 9 класса, автор О.С. Габриелян) разработана на основе проблемно-интегративного обучения, направленного на самостоятельное приобретение школьниками знаний и умений одновременно с интеграцией, синтезом и применением этих знаний в процессе выявления, постановки и решения взаимосвязанных интегративных учебных проблем (внутрипредметных, межпредметных, комплексных). Изучение темы рассчитано на 2–3 учебных часа.

Цель: формирование системы знаний о важнейших соединениях серы – сероводороде, оксидах серы, кислотам и соответствующим им солях, об их получении, физико-химических свойствах, распространении в природе и применении человеком.

Задачи урока:

• дидактические: дать понятие о соединениях серы, их физико-химических свойствах и применении; рассмотреть различие в химических свойствах разбавленной и концентрированной серной кислоты;
• развивающие: продолжить развивать умения и навыки в решении проблемных ситуаций, строить гипотезы, находить пути их решения; участвовать в дискуссии и высказывать свое мнение;
• воспитательные: формировать умение выслушать своего собеседника.

Учащийся будет иметь представление о соединениях серы;

знать:
– свойства серной кислоты в свете представлений ТЭД;
– окислительные свойства концентрированной серной кислоты в свете ОВР;

уметь: записывать уравнения реакций в ионном виде и с точки зрения ОВР.

Средства обучения: химический эксперимент, электронное учебное издание “Химия. 9 класс” (мультимедийное приложение к УМК “Химия. 9 класс”. – М.: Дрофа, 2007).

Реактивы и оборудование: для лабораторной работы: растворы H₂SO₄, CuSO₄, NaOH, Na₂CO₃, BaCl₂; тв. Zn, CuO; для демонстрационного эксперимента: растворы SO₂ в воде (заранее приготовленный), лакмуса; конц. H₂SO₄, тв. Na₂SO₃, сахар; бумага; пробирки, спиртовка, держатель, спички, химические стаканы, колбы.

1. Сероводород. Сульфиды

Сероводород – бесцветный газ с резким неприятным запахом, растворяется в воде. Проблема: “Почему водород способен растворяться в воде?” Рассмотрим строение молекулы сероводорода. Учащиеся с легкостью определяют тип химической связи между атомами водорода и серы – ковалентная полярная связь вследствие существенного различия в электроотрицательности серы и водорода. Такой же тип связи и в молекуле воды. Известное правило химии – подобное растворяется в подобном – находит здесь свое подтверждение.

При растворении в воде сероводород образует слабую сероводородную кислоту, соли ее называются сульфидами.

При объяснении действия сероводорода на организм человека использую межпредметный материал. Сероводород нередко входит в состав вулканических газов. Являясь сильным ядом, он часто вызывает массовую гибель животных. На склоне одного из вулканов о. Ява есть глубокая и обширная впадина, со дна которой из подземных источников беспрерывно струится сероводород. Эта впадина получила название Долины смерти, так как ее дно устлано скелетами животных и людей, попавших в зону отравляющего действия сероводорода.

Для человека и других живых организмов сероводород почти столь же ядовит, как и цианистый водород. В чистом виде он убивает почти мгновенно. Однако он опасен и в том случае, если присутствует в воздухе в ничтожно малых количествах. Опасен сероводород и тем, что способен накапливаться в организме. Если человек долго находится в среде, отравленной сероводородом, его обоняние притупляется, осознание опасности притупляется. Тем временем газ, накапливаясь в организме, вызывает внезапный обморок, а затем смерть.

Отравляющее действие сероводорода объясняется тем, что он разрушает гемоглобин, превращая содержащееся в нем железо в сульфид. Цвет крови изменяется: из красной она становится черно-зеленой.

Однако несмотря на свое пагубное действие на человека, сероводород используют и в медицинских целях. Являясь составной частью природных вод, он определяет их лечебные свойства. Купание в сероводородных ваннах вызывает легкое раздражение кожи, расширение кровеносных сосудов и тем самым оказывает целительное действие при ревматизме и других болезней. Особенно славятся сероводородные лечебные источники Мацесты и Пятигорска.

При рассмотрении химических свойств сероводорода и сульфидов учащиеся без проблем определяют их роль как восстановителей. В качестве примера рассматривается горение сероводорода.

2. Оксид серы (IV). Сернистая кислота и ее соли

Оксид серы (IV) или сернистый газ – бесцветное газообразное вещество с резким запахом, хорошо растворим в воде. При растворении в воде оксид серы (IV) образует сернистую кислоту. Из курса 8 класса известно, что кислоты бывают сильные и слабые. Почему? Учащиеся отвечают, что кислоты по-разному диссоциируют на ионы в воде: сильные кислоты практически полностью, слабые – частично. Сернистая кислота относится к слабым кислотам. Далее предлагается решить проблему: “Как можно доказать, что сернистая кислота – слабая кислота?” Для выдвижения гипотезы организую беседу по вопросам:

– Какие химические свойства характерны для кислот?
– В каком случае кислоты взаимодействуют с солями?
– Можно ли предположить, что если сернистая кислота – слабая, то ее можно выделить из ее соли действием более сильной кислоты?
– Как еще можно доказать, что сернистая кислота является слабой кислотой?

Напоминаю учащимся об опыте, который они наблюдали при изучении химических свойств серы – ее сгорание в кислороде с образованием сернистого газа и последующее его растворение в воде. Растворимость газов в воде уменьшается при повышении температуры (эта закономерность известна учащимся из темы “Кислород”). В результате учащиеся приходят к выводу: если сернистая кислота является слабой кислотой, то при нагревании из ее раствора будет легко выделяться сернистый газ. Таким образом они предлагают два способа позволяющих подтвердить, что сернистая кислота – это слабая кислота: нагревание ее раствора и вытеснение ее из соли более сильной кислотой.

Найденный ответ проверяю экспериментально. В первом опыте полученный ранее раствор сернистого газа нагреваю, отмечая изменение окраски лакмуса и появление белого дыма над поверхностью воды.

Во втором опыте провожу реакцию сульфита натрия с серной кислотой. В колбу помещаю немного порошка сульфита натрия и прибавляю разбавленную серную кислоту. Выделяется сернистый газ.

Межпредметный материал расширяет знания учащихся о нахождении сернистого газа в природе и его практическом применении. Сернистый газ еще чаще, чем водород, встречается в вулканических извержениях.

На современном этапе развития биосферы весьма значимым источником SO₂ стала антропогенная деятельность человека, связанная со сжиганием серосодержащих видов топлива. Поэтому одной из серьезных экологических проблем является скопление сернистого газа на промышленными районами. В качестве примера можно привести лондонский смог и причины его возникновения (Мультмедийное приложение к УМК “Химия. 9 класс).

Сернистый газ оказывает отравляющее действие на живые организмы – при содержании в атмосфере более 0,03 % SO₂ возникает одышка, бронхит, воспаление легких, а большие концентрации вызывают смерть. Однако несмотря на характер физиологического воздействия, человек широко использует сернистый газ в хозяйственной деятельности. Двуокись серы находит применение в текстильной промышленности для отбеливания шерсти и шелка. При этом, в отличие от хлорсодержащих и других агентов, двуокись серы не разрушает красящие вещества, а образует с ними сложные соединения. Часто эта реакция обратима и природный цвет со временем восстанавливается.

Сернистый газ – отличное дезинфицирующее средство, поэтому его применяют для борьбы с паразитами, микробами и плесенью – им окуривают склады, винные бочки. Сернистый газ используется как консервант при производстве сиропов и сухофруктов. Свежие плоды и фрукты окуривают сернистым газом или вымачивают в растворе двуокиси серы.

3. Серная кислота и ее соли.

Оксид серы (IV) при окислении кислородом превращается в оксид серы (VI). Оксид серы (VI) или серный ангидрид – бесцветная дымящаяся на воздухе жидкость. Проявляет свойства типичного кислотного оксида, растворяясь в воде, образуя серную кислоту.

Серная кислота – маслянистая бесцветная жидкость, почти в два раза тяжелее воды. Активно поглощает воду, поэтому используется для очистки газов. При растворении серной кислоты в воде выделяется огромное количество теплоты, поэтому необходимо соблюдать правила техники безопасности: в емкость с водой осторожно приливают кислоту, а не наоборот.

При рассмотрении химических свойств серной кислоты провожу небольшую лабораторную работу. Учащиеся самостоятельно проводят опыты, записывая их результаты в таблицу:

Свойство	Уравнения химических реакций
1. Взаимодействие с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода	Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑ Zn0 + 2H+ = Zn2+ + H20
2. Взаимодействие с оксидами металлов	CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O CuO + 2H+ = Cu2+ + H2O
3. Взаимодействие с основаниями	Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O Cu(OH)2 + 2H+ = Cu2+ + 2H2O
4. Взаимодействие с солями	Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + CO2↑ + H2O CO32– + 2H+ = CO2↑ + H2O BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HCl Ba2+ + SO42– = BaSO4↓

В ходе лабораторной работы учащиеся приходят к выводу, что свойства серной кислоты определяются катионами водорода (за исключением последней реакции).

Затем перед учащимися ставлю проблемный вопрос: “Влияет ли концентрация серной кислоты на ее химическую активность и свойства?” Учащиеся высказывают свои предположения. Для получения ответа на поставленный вопрос предлагаю рассмотреть взаимодействие концентрированной серной кислоты с медью, обугливание бумаги и сахара. Для демонстрации обугливания сахара концентрированной серной кислотой можно использовать видеоролик (см. мультимедийное приложение к УМК “Химия. 9 класс”).

Все эти химические реакции окислительно-восстановительные, где в роли окислителя выступает не Н⁺, а S⁺⁶, входящий в состав сульфат-иона. Реакцию меди с концентрированной серной кислотой рассматриваю с точки зрения процессов окисления – восстановления.

В завершении рассматриваю применение серной кислоты и ее солей в различных областях деятельности человека (в контексте учебника).

На завершающем этапе урока предлагаю учащимся проверить степень усвоения изученного материала, выполнив небольшую самостоятельную работу (Приложение 1).