Урок по теме "Оксиды углерода и кремния"

Оксиды углерода и кремния

Цель урока: формировать представление о химических веществах, их составе, строении, свойствах, применении на примере оксидов углерода и кремния.

Задачи: обобщить знания об оксидах;

сравнить состав, строение и свойства оксидов углерода и кремния;

акцентировать внимание на проблемах охраны окружающей среды;

развивать самостоятельность учащихся в работе с дополнительной литературой;

совершенствовать умения анализировать, делать выводы.

Оборудование: периодическая система химических элементов, мрамор, раствор соляной кислоты, известковая вода, аппарат Киппа, презентация, видео.

В классе работают группы учащихся: «химики», «биологи», «экологи», «эксперты», «медики». На партах стоят таблички кто, к какой группе относится. Все кто не распределен, занимает место мнимых «журналистов». У них есть пару вопросов.

ХОД УРОКА

І. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ

Учитель. У нас сегодня не совсем обычный урок. Мы проведем конференцию. Тема сегодняшнего урока связана с экологическими проблемами. Мы должны знать, какие вредные вещества поступают в атмосферу, каким воздухом мы дышим, как уменьшить выбросы токсических веществ. Василий Сухомлинский писал: «Когда думаешь о детском мозге, представляешь цветок розы, на котором дрожит капля росы. Какая осторожность и нежность нужны для того, чтобы, сорвав цветок, не уронить каплю. Вот такая осторожность нужна и нам каждую минуту».

ІІ. СООБЩЕНИЕ ТЕМЫ И ЗАДАЧ УРОКА

Тема нашего урока: «Оксиды углерода и кремния». Перед нами поставлены следующие задачи: 1) обобщить знания об оксидах; 2) сравнить состав, строение и свойства оксидов углерода и кремния; 3) акцентировать внимание на проблемах охраны окружающей среды.

На прошлом занятии вас распределили по группам и дали задание подготовить информацию об оксидах углерода и кремния с позиции той группы, в которой вы находитесь. У нас присутствуют пять групп: «химики», «биологи», «эксперты», «медики» и «экологи». В наше время очень актуальна проблем охраны окружающей среды. Поэтому первыми мы дадим слово экологам.

ІІІ. ПОДГОТОВКА К ОСНОВНОМУ ЭТАПУ УРОКА

Эколог. Экологические проблемы сегодня особенно волнуют наше общество и всех людей планеты. XXI век стал периодом бурного развития металлургической, химической и нефтехимической промышленности. Только химическая промышленность производит большой ассортимент веществ и материалов, которые используются в различных отраслях народного хозяйства: ядохимикаты, красители, химические волокна, пластмассы, минеральные удобрения и т. п. Развитие любой отрасли промышленности сопровождается интенсивным загрязнением окружающей среды. И хотя в последний период выбросы вредных веществ немного уменьшились вследствие сокращения некоторых производств и внедрения безотходных и обезвреживающих технологий, мы не должны забывать об окружающей среде. Академик И. В. Петрянов предостерегает: «Если не влиять на окружающую среду, то количество вредных веществ увеличится в такой мере, что жизнь для людей станет невозможной». Н. Виннер отмечает, что мы так радикально изменили окружающую среду, что теперь для того, чтобы существовать в этой среде, мы должны изменить себя.

Учитель. Итак, сегодня мы не только ознакомимся с составом, строением и свойствами оксидов углерода и кремния, но и узнаем, как эти вещества попадают в атмосферу и как они влияют на человека.

ІV. АКТУАЛИЗАЦИЯ ОПОРНЫХ ЗНАНИЙ

Давайте вспомним: 1. Какие вещества называют оксидами, как их классифицируют?

2. Приведите примеры солеобразующих и несолеобразующих оксидов.

V. УСВОЕНИЕ НОВЫХ ЗНАНИЙ И СПОСОБОВ ДЕЙСТВИЯ

Учитель. Одним из несолеобразующих оксидов является СО — оксид углерода (ІІ), или угарный газ. Что вы знаете об образовании, свойствах и применении этого оксида? Послушаем химиков.

Химики. Он образуется в результате неполного сгорания угля при недостатке кислорода:

2С + О₂ = 2СО

Это бесцветный газ, без запаха, отравляющий, плохо растворяется в воде, несколько легче воздуха. Оксид углерода (ІІ) горит васильково-синим пламенем, выделяя большое количество теплоты: 2СО + О₂ = 2СО₂

При высоких температурах восстанавливает металлы из их оксидов:

CO + CuO = Cu + CO₂

Учитель: Теперь дадим слово экспертам.

Эксперт. Оксид углерода (ІІ) (СО) является постоянным компонентом атмосферы Земли. Выделяется СО в результате жизнедеятельности микроорганизмов, растений, животных и человека. Угарный газ образуется во время пожаров и присутствует в вулканических и болотных газах. Источником поступления СО в окружающую среду является также неполное сгорание органических веществ в двигателях автотранспорта, топлива в печах, табачного дыма. В табачном дыме содержание СО составляет 0,5–1,0 %. Больше половины СО, поступающего в атмосферу в результате деятельности человека, приходится на автотранспорт. При сгорании 1 кг бензина, в зависимости от режима работы двигателя, в воздух попадает от 150 до 800 г СО.

Учитель: Какое же свойство оказывает угарный газ на организм человека?

Биолог. Попадая в организм с воздухом, СО поступает в легкие, где быстро связывается с гемоглобином крови, легко заменяя кислород и образуя карбоксигемоглобин. Последний не способен переносить кислород к клеткам органов, кровь обогащается карбоксигемоглобином, утрачивает функцию газообмена, организм отравляется. В первую очередь губительному воздействию подвергается мозг. Легкое отравление угарным газом протекает без потери сознания или с потерей сознания, сонливостью, тошнотой и рвотой. Отравление СО средней степени сопровождается потерей сознания, провалами памяти, двигательными расстройствами, судорогами; тяжелое отравление — потерей сознания свыше 2 часов, а со временем комой и смертью. Угарный газ пагубно воздействует на ребенка в лоне матери, так как они имеют общую кровеносную систему, поэтому СО легко проникает в детский организм. После разового и повторного отравления беременных женщин угарным газом будущий ребенок может умереть (65 % случаев). 10–12 % детей, подвергшихся влиянию СО в лоне матери, рождаются с физическими недостатками или с задержкой психомоторного развития. Родившиеся дети, матери которых курят, имеют небольшую массу, со временем у них проявляются нарушения сердечной деятельности. Женщины более стойки к токсическому влиянию СО, чем мужчины.

Учитель: Как быстро выводится угарный газ из организма человека?

Медик. СО выводится из организма главным образом через органы дыхания: 60–70 % выводится из организма через 1 час после острого отравления, остальные — через 3–4 часа. При хроническом отравлении СО выводится из организма достаточно продолжительное время. Частично СО выводится из организма через желудочно- кишечный тракт и почки.

Учитель. Природа, самоочищаясь, использует угарный газ. Он окисляется до CO₂ , который поглощается растениями, микроорганизмами, фильтруется почвой. Во многих странах мира созданы экологические службы, которые следят за выбросами оксида углерода (ІІ) в атмосферу.

CO 2 — оксид углерода (ІV), диоксид углерода, углекислый газ. Относится к кислотным оксидам. Что это означает?

Химики. Это означает, что CO₂ взаимодействует:

 с водой: СО₂ + Н₂О = Н₂CO₃

 с растворами щелочей: CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O

 с основными оксидами: CaO + CO₂ = CaCO₃

Учитель: В лаборатории оксид углерода получают взаимодействием мрамора с неорганическими кислотами. Но перед тем как проводить лабораторный опыт мы вспомним правила техники безопасности на уроке химии. Также мы проверим некоторые химические свойства оксида углерода (IV).

Учитель проводит эксперимент «Получение CO₂ при взаимодействии мрамора и раствора соляной кислоты в аппарате Киппа». Перед опытом учащиеся повторяют правила техники безопасности во время работы с кислотами. CO₂ пропускают через дистиллированную и известковую воду. Учащиеся наблюдают помутнение известковой воды.

Учитель: Попросим наших химиков записать уравнения реакций, которые мы наблюдали на опыте.

Химики записывают уравнения реакций:

CaCO₃ + HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O;

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

Учитель. Таким образом, углекислый газ — это бесцветный газ, без запаха, в 1,5 раза тяжелее воздуха, хорошо растворяется в воде, особенно под давлением, легко превращается в жидкость даже при комнатной температуре и небольшом давлении (5 МПа) . Как углекислый газ попадает в атмосферу Земли спросим у экспертов?

Эксперт. Содержание углекислого газа в общей массе газовой оболочки Земли составляет 0,03 %, масса его в атмосфере — около 2,3∙10¹² т. Углекислый газ входит в состав вулканических газов, выделяется в атмосферу в процессе выветривания горных пород, образуется во время горения, брожения, гниения органических веществ и в результате жизнедеятельности микроорганизмов почвы. Антропогенными источниками поступления CO₂ в окружающую среду являются промышленные выбросы, которые составляют 5∙1 0⁹ т в год. Промышленные источники: сжигание топлива, производство сахара, шахты, рудники, туннели, колодцы, геотермальные электростанции.

Учитель: Как влияет углекислый газ на организм человека? Попросим высказаться биологов.

Биолог. Токсическое влияние CO₂ на организм человека проявляется в наркотическом действии, раздражении кожи и слизистых оболочек. В относительно малых концентрациях CO₂ возбуждает дыхательный центр мозга, а в очень больших — угнетает. Высокое содержание CO₂ с пониженным содержанием кислорода в воздухе является причиной быстрой смерти. Углекислый газ оказывает центральное сосудосужающее и местное сосудорасширяющее действие, повышения содержания адреналина и норадреналина и уменьшения содержания аминокислот в крови.

Учитель: А теперь послушаем мнение медиков.

Медик. CO₂ попадает в организм человека в местах его накопления (в ямах, оврагах, колодцах, бродильных чанах и т. п.). В воздухе, который выдыхает человек, содержится около 4 % CO₂ , поэтому концентрация углекислого газа в воздухе в закрытых помещениях возрастает, особенно когда выполняется интенсивная работа. Профилактика отравления углекислым газом в быту и на производстве предусматривает интенсивное проветривание мест накопления углекислого газа. Если в больших дозах CO₂ — «преступный газ», то в малых — наоборот. Медики давно заметили, что вдыхание газовых смесей с повышенным содержанием CO₂ не только оказывает наркотическое действие, но и нарушает терморегуляцию и вызывает гипотермию — охлаждение организма. Известный русский врач П. И. Бахметьев еще в 1901 г. предложил использовать эту особенность CO₂ для замедления процессов жизнедеятельности. В своей статье «Рецепт дожить до XXІ века» он подробно описал метод вхождения в состояние анабиоза с помощью углекислого газа.

Журналист. Почему содержание углекислого газа в атмосфере невысокое и практически неизменное?

Эколог. Это потому, что растения поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза. Тополь в течение лета поглощает 44 кг CO₂ , а липа — 16 кг. Почти столько же выделяется и кислорода. Таким образом, происходит круговорот, то есть биологическое самоочищение атмосферы с помощью деревьев, кустов, перемешивание масс воздуха, дождей. Самым лучшим способом очищения воздуха от CO₂ является озеленение, особенно в городах. Альпинисты и туристы, идущие в горы, должны помнить, что палатку нужно ставить так, чтобы вход в нее был повернут к подножию горы. Это нужно для свободного «вытекания» CO₂ . Если же вход в палатку повернут к вершине горы, палатка быстро наполнится выдыхаемым CO₂ , и во время сна люди могут задохнуться.

Учитель. Мы видим, что в природе все явления взаимосвязаны. Каждое вещество и живое существо выполняют определенные функции. Сбои в работе одного организма вызывают болезнь всей системы. Человек почувствовал себя «царем» природы, создал свои жестокие законы, направленные на обогащение. Еще Демокрит говорил, что подобно болезням тела есть болезни образа жизни.

Эколог. Ежегодное поступление оксида углерода(ІV) в атмосферу вследствие деятельности человека в 100–150 раз превышает естественное поступление. Углекислый газ относится к парниковым газам, которые пропускают на Землю излучение Солнца, однако сильно задерживают тепловое излучение Земли. Увеличение концентрации хотя бы одного из парниковых газов приведет к тому, что в атмосфере будет задерживаться больше тепла, в результате чего повысится средняя температура атмосферы Земли и её поверхности. Повышение температуры внутренних слоев атмосферы и поверхности Земли, обусловленное накоплением в атмосфере парниковых газов, называется парниковым эффектом. Прогнозы утверждают: если содержание оксида углерода(ІV) в атмосфере увеличится вдвое, то это приведет к повышению температуры на планете на 2–3 ºС. Наиболее интенсивное потепление может наблюдаться в северных широтах. Это обусловит таяние ледников в Северном Ледовитом океане, в результате чего будут заболочены огромные территории.

Учитель. Белый кварцевый песок, желтый песок, драгоценные камни — аметист, яшма, агат, опал, топаз, горный хрусталь — это SiO₂ , то есть оксид кремния(ІV) — твердое кристаллическое вещество, тугоплавкое, неядовитое, нерастворимое в воде. Спросим у экспертов так ли это.

Эксперт. Да, это так. Около 12 % литосферы составляет кремнезем в виде минерала кварца и его разновидностей. Антропогенным источником SiO₂ в пылевидном состоянии является переработка и добыча большинства полезных ископаемых, металлургия, машиностроение, производство строительных материалов.

Учитель: Как влияет оксид кремния на организм человека?

Биолог. Токсическое влияние почти всех соединений кремния незначительно. Пыль, содержащая кремний, попадает в органы дыхания очень медленно и служит причиной патологических изменений типа хронических катаров верхних дыхательных путей, хронических бронхитов и пневмокониозов. Накопление SiO₂ в легких и трахеобронхиальных лимфоузлах у рабочих, которые работают в запыленной атмосфере, служит причиной силикоза легких, а потом и силикотуберкулеза. При добыче и обогащении асбестов, в производстве асбестотехнических изделий и их использовании возможен контакт рабочих с пылевидными частицами этого минерала. Асбест вызывает на коже «асбестовые бородавки». Попадая в легкие, асбест служит причиной тяжелого заболевания легких — асбестоза. Стенки бронхов и сосуды под влиянием асбестов деформируются. Накапливаясь в легких, асбест становится причиной туберкулеза и рака легких. Выводится кремний через желудочно-кишечный тракт и почки.

Учитель. Чем можно объяснить разницу физических свойств CO₂ и SiO₂ ? (Простейшая формула оксида кремния (IV) SiO₂ аналогична формуле оксида углерода (IV) СO₂. Между тем физические свойства их резко отличаются (SiO₂ — твердое вещество, CO₂ — газ). Это различие объясняется строением кристаллических решеток. СO₂ кристаллизуется в молекулярной решетке, SiO₂ — в атомной.)

VІ. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА

Учитель. Человек XXІ в. должен принять новую экологическую этику, которая базируется на уважении ко всем живым существам на Земле. Хотелось бы, чтобы все люди помнили слова римского мыслителя Сенеки, сказанные им еще в І в. н. э.: «Жить счастливо и жить в согласии с природой — одно и то же».

Для того чтобы еще раз вспомнить пройденный материал выполним небольшой тест.

Тест

1. Оксид углерода (II) и оксид углерода (IV) являются соответственно

А) кислотным и амфотерным

Б) кислотным и основным

В) амфотерным и кислотным

Г) несолеобразующим и кислотным

2. В отличие от высших оксидов других элементов- неметаллов, оксид кремния

А) не является кислотным

Б) не взаимодействует со щелочами

В) не взаимодействует с основными оксидами

Г) не взаимодействует с водой

3. Оксид кремния (IV)

А) основный

Б) кислотный

В) амфотерный

Г) несолеобразующий

4. Кристаллическая решетка кремния

А) молекулярная

Б) ионная

В) атомная

Г) металлическая

5. Кристаллическая решетка оксида кремния, в отличие от других кислотных оксидов,

А) молекулярная

Б) ионная

В) атомная

Г) металлическая

VІІ. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

§16 зад. 2,7,9*