Подгруппа кислорода

Урок с использованием межпредметных связей

Из материалов газеты «Химия» многое использую в своей практике, особенное внимание привлекают материалы конкурса «Я иду на урок», «Валеология на уроках неорганической химии», «Учебная книга по химии», «Короткие истории из жизни известных химиков», «Химическая кунсткамера», рубрики «Переписка с читателем».
Внимание к предмету можно привлечь и с помощью игровых моментов на уроках и особенно во внеклассных мероприятиях.
Я работаю в средней школе учителем химии 10 лет, имею университетское образование, и мне очень нравится использовать в своей работе материалы, основанные на межпредметных связях. Это во многом помогает в ответе на детские вопросы «А зачем мне знания химии?», «А что в химии может быть интересным?», «Где это встречается?» и помогает показать практическую направленность предмета.
Предлагаемые разработки составлены по темам «Подгруппа кислорода» и «Подгруппа углерода» и были использованы в 9-х классах. Я предлагаю содержание разработок, а форма проведения может быть любая.
В разработках приведены химические вопросы из художественных произведений, а также вопросы, связанные с курсами географии, биологии, физики.
Надеюсь, что этим игровым материалом заинтересуются и воспользуются другие преподаватели.

Загадки

Все ест – не наедается, а попьет – умирает.

(Огонь.)

Горит столб, а дыма нет.

(Свеча.)

В маленьком амбаре держат сто пожаров.

В кипящее озеро железная выдра ныряет.

Встану я рано, пойду к Ивану, к долгому носу, к толстой голове.

Сверху – дыра, снизу – дыра, а посредине – огонь да вода.

(Самовар.)

Меня ждут – не дождутся, а как увидят – разбегутся.

(Дождь.)

Вопросы из литературных произведений

«Стоявший в электроцехе запах серной кислоты напомнил мне о…»

(А.Н.Рыбаков. «Приключения Кроша».)

Пахнет ли серная кислота?

(Нет.)

«В больших солончаках и соляных озерах накапливались хлористые и сернокислые соли... Озера то возникали, то пропадали, заносились илом и песком... Местами сернокислые соли восстанавливались, образуя сероводород, и улетучивались в воздух, местами шло их окисление, и частицы серы покрывали берега озер… Эти процессы шли под воздействием специальных видов бактерий…»

(А.Е.Ферсман. «Путешествие за камнем».)

Напишите уравнение реакции окисления сероводорода под действием кислорода.

(2Н₂S + 3O₂ (изб.) = 2Н₂О + 2SO₂,

2H₂S + O₂ (недост.) = 2Н₂О + 2S.)

«Стоило бросить в землю семечко, как из него поднимался зеленый стебелек, который рос не по дням, а по часам... Кочаны капусты превращались в кусты, а грибы становились величиной с зонтик… Но – увы! – все эти растения… быстро блекли и умирали сожженные, истощенные, обессиленные... Все кикандонцы стали теперь форменными обжорами. В городе стали потреблять в три раза больше продуктов».

(Ж.Верн. «Опыт доктора Окса».)

Из-за какой реакции протекали описанные процессы?

(При дыхании чистым кислородом ускоряются
окислительные процессы обмена веществ,
и организм быстро «сгорает».)

«Твердый спирт не горит, а взрывается от удара. Эфир замерзает в кристаллическую массу. Каучуковая трубка от действия... становится твердой и хрупкой и может быть превращена в куски и в порошок, живые цветы приобретают вид фарфоровых изделий, и фетровую шляпу можно разбить на куски, как фарфор».

(А.Р.Беляев. «Продавец воздуха».)

В присутствии какого вещества происходят описываемые явления?

«Доктор Окс... не пользовался марганцовокислым натрием по методу Тессье дю Мотэ, а попросту разлагал слегка подкисленную воду с помощью изобретенной им батареи. Электрический ток проходил сквозь большие чаны, наполненные водой, которая и разлагалась на составные элементы».

(Ж.Верн. «Опыт доктора Окса».)

Напишите уравнение реакции, которое упоминается в отрывке.

(2Н₂О 2Н₂ + O₂.)

«Состав воздуха: 79 частей азота, 21 часть кислорода, углекислота и водяные пары в переменных количествах...»

(Ж.Верн. «Опыт доктора Окса».)

Какие вещества, кроме указанных в отрывке, входят еще в состав атмосферного воздуха?

«Вы знаете, что у нас в кают-компании на стене висит ружье. Так вот, это самое ружье непременно раз в год стреляет. И в этом году тоже – как бабахнет! Мы как раз стояли у острова Борнео. Я сбегаю с мостика, врываюсь в кают-компанию – и что же я вижу? Ружье раскачивается на стене, как маятник в шторм, а пуля пробила насквозь аквариум с моими любимыми золотыми рыбками… Вода выливается через дыру, как сквозь кингстоны, а бедные рыбки подпрыгивают, бьются о дно... Пришлось мне заткнуть пробоину своим телом и вызвать своих помощников…»

(А.С.Некрасов. «Приключения капитана Врунгеля».)

Какую необычную деталь вы обнаружили в рассказе?

(Пуля, попадающая в сосуд с водой,
разбивает его вдребезги,
т. к. давление передается с водой одинаково
по всем направлениям (закон Паскаля).
Если бы пуля попала в пустой аквариум,
то она бы не разбила его вдребезги.)

Вопросы по географии

Впервые серебристые облака – самые высокие облака земной атмосферы, не ослабляющие света звезд, – были обнаружены более 100 лет назад русским астрономом В.К.Цераским. Какова природа этих облаков?

(Серебристые облака состоят из
мельчайших кристалликов льда.
Водяной пар образуется в верхних слоях атмосферы
при слиянии атомов кислорода с атомами водорода,
которые приносит солнечный ветер.)

Эти дожди могут вызывать только отчаяние. Вместо живительной влаги на землю выпадает кислота. В чем причина этого явления?

(Кислотные дожди – осадки,
содержащие серную и азотную кислоты,
являются следствием вредных
промышленных выбросов в атмосферу.)

Пресное озеро Могильное на острове Кильдин, который находится у северного побережья Кольского полуострова, давно привлекало внимание исследователей. Еще в XVI в. оно удивляло людей тем, что в нем ловили морскую рыбу. Природа разделила озеро на пять резко отличающихся между собой «этажей». Что вы знаете об этом озере?

(Озеро образовалось в результате отделения
части моря песчано-галечным валом.
Нижний слой насыщен сероводородом,
потому безжизненный; второй – вишневого цвета,
который придают ему пурпурные бактерии,
преграждающие путь сероводороду;
третий слой воды состоит из морской воды
и населен обитателями моря;
в четвертом наряду с медузами и ракообразными
встречаются и пресноводные;
пятый – поверхностный слой кристально чистой воды.)

В нашей стране существует уникальный уголок. Здесь находится более сотни крупных и мелких гейзеров. Температура воды в гейзерах от 94 до 99 °С, продолжительность извержения воды от 1 до 20 мин. Самый большой гейзер – Великан, высота его фонтана достигает 50 м, столб пара над ним поднимается выше 400 м. От бесконечных извержений вся долина в клубах пара. Что это за удивительное место?

(Долина гейзеров расположена
в Кроноцком заповеднике
в долине реки Гейзерной на Камчатке.
Открыта в 1941 г. геологом Т.И.Устиновой.)

В суровые зимы, когда в озерах и непроточных водоемах лед достигает большой толщины, рыба гибнет от недостатка кислорода. Что необходимо сделать, чтобы этого не допустить?

(Сделать проруби и закрывать их камышом.)

Леса – это легкие нашей планеты, основной естественный производитель атмосферного кислорода и поглотитель углекислоты. Почему ученые беспокоятся о зеленом наряде нашей планеты?

(Происходит большая вырубка леса,
гибель его от пожаров.)

Почему М.М.Пришвин назвал болота «кладовыми солнца»?

(Солнце каждому растению отдает свое тепло.
Растения, разлагаясь, в виде удобрений
передают это тепло другим растениям.
Но в болотах вода не дает возможности
родителям-растениям передать все свое добро детям.
Тысячи лет это добро под водой сохраняется,
болото становится кладовой солнца,
а потом все это как торф
достается человеку в наследство.)

С первых своих шагов этот город стал легендой, его называли «городом юности». Эмблема города – рослая фигура крепкого парня, руками раздвигающего тайгу, – напоминает о том, как закладывался город, о его первостроителях, весной 1932 г. высадившихся комсомольским десантом на безлюдный берег реки. Сегодня город – это десятки заводов, где производят самолеты и ледоколы, варят сталь и вырабатывают нефтепродукты, создают машины и подъемные краны. Назовите город.

(Комсомольск-на-Амуре.)

Вопросы по биологии

В низовьях Днестра и Дуная живет рыба умбра, или евдошка. Дышит она не так, как другие рыбы. Плавательный пузырь у нее связан с глоткой широким протоком. Высунувшись из воды, рыба набирает воздух в пузырь, который густо оплетен кровеносными сосудами. Из пузыря кислород проникает в кровь. Воздух, насыщенный углекислым газом, рыба выталкивает через рот. Чем объяснить такие изменения в органах дыхания этой рыбы?

(В воде пойменных озер мало кислорода,
поэтому рыба приспособилась
получать кислород из воздуха.)

Темно-коричневый паук, покрытый длинными волосками, то поднимается среди растений на поверхность воды, то снова погружается в воду. Под водой на волосках, покрывающих тело паука, удерживается слой воздуха, и паук выглядит серебристым. Пузырек за пузырьком носит паук воздух в свое жилище, пока не заполнит им весь колокол. Зачем паук это делает?

(Накопленным воздухом дышит яйцевой кокон,
поддерживается молодь,
этот воздух необходим в период линьки.)

Назовите продукт дыхания и раздражитель дыхательного центра.

(Углекислый газ.)

Назовите вещество, образующееся после грозы, которое в больших дозах вредно для живых организмов.

(Озон.)

Каким путем кислород, необходимый для образования органических веществ – белков, жиров, углеводов, – поступает в растение?

Какова роль кислорода в жизни растений и животных?

(Необходим для дыхания; при дыхании
происходит окисление органических веществ,
в результате чего выделяется энергия.)

Где в практике сельского хозяйства используют медленное окисление?

(Процесс медленного окисления (гниения) навоза,
торфа используют в парниках.
Теплота, выделяющаяся при гниении,
способствует росту и развитию растений.)

Какие соли серной и соляной кислот используют для защиты растений от вредителей и болезней?

(Медный купорос, железный купорос,
хлорид бария, хлорид цинка.)

Вопросы по физике

Должны ли отличаться между собой температуры кипения жидкого кислорода и жидкого озона?

(Да, температура кипения жидкого кислорода –182 °С,
  жидкого озона –112 °С.)

Можно ли собрать сероводород в вертикально стоящий сосуд способом вытеснения воздуха? Ответ поясните.

(Да, сероводород тяжелее воздуха.)

Плотности простых веществ ряда кислород–сера–селен–теллур в твердом состоянии соответственно равны: 1,4, 2,1, 4,8, 6,2 г/см³, температуры плавления: –218, 119, 220, 450 °С. Чем объясняется такая последовательность?

(Изменяются прочность связи
и кристаллическая решетка соединений.)

На высоте приблизительно 25 км от поверхности Земли в стратосфере существует озоновый слой. Для чего он нужен?

(Поглощает ультрафиолетовое излучение,
опасное для всех живых организмов.)

Зачем музыканты дуют в трубу?

(При игре на духовых инструментах
дыхание музыканта лишь помогает возбудить
колебания того воздуха, который уже находится в трубе.
Воздушный столб колеблется вдоль, а не поперек,
поэтому волны колебаний свободно огибают извивы труб.
Все медные духовые инструменты изогнуты
исключительно ради компактности,
звук от этого не становится хуже или лучше.)

Почему зимой птицы сидят на льду?

(Фазовые переходы. При замерзании 1 г воды
в окружающую среду выделяется 70 кал теплоты.
При сильных морозах происходит утолщение
ледяного покрова, сопровождающееся выделением теплоты,
и птицы зимой на льду греются.)

Различаются ли температуры плавления кислорода и озона? Объясните почему.

(Да, температура плавления кислорода –218 °С,
озона –192 °С.)

Вопросы по химии

Хороший булатный клинок требовал закалки – нагревания и охлаждения стали в особом режиме. Среди прочих использовали следующую методику: кузнец брал бычьи рога, сжигал их на огне, в полученный пепел добавлял соль и, шепча заклинания, засыпал этой смесью изделие, которое затем нагревал и закаливал в воде или сале. Как вы объясните использование бычьих рогов и соли?

(Пепел рогов и соль создавали условия
для безокислительного нагревания металла.)

Как вы думаете, какое профессиональное содержание вложено в поговорку «Куй железо пока горячо»? Почему в кузницах даже во время работы всегда царит полумрак?

(Кузнец не мог измерять температуру металла
и судил о ней по цвету нагретого железа или стали:
темно-желтый соответствовал 220 °С,
коричнево-красный – 265 °С,
фиолетовый – 285 °С,
темно-синий – 300 °С,
светло-синий – 320 °С,
серый – 330 °С,
слабосветящийся – 550 °С,
темно-красный – 600 °С.
По преданию при отсутствии света
натренированному глазу легче следить
за изменением цветовой гаммы.)

Если подуть на свечу – она гаснет, а если подуть на угли – они разгораются сильнее. Парадокс! Объясните его.

(Вещество горит, если оно имеет
соответствующую температуру.
Тлеющий уголь в струе холодного воздуха
практически не остывает, а, напротив,
получив дополнительную порцию кислорода,
разгорается сильнее. Свеча в струе холодного
по сравнению с температурой горения воздуха
быстро теряет оболочку нагретого воздуха,
остывает, и процесс горения прекращается.)

Две совершенно одинаковые полулитровые склянки заполнили соответственно Н₂SO₄ и HCl, при этом забыли пометить надписями содержание склянок. Как, не вынимая пробок, определить, какой из кислот заполнена каждая склянка?

(По массе. Поскольку серная кислота имеет
большую плотность, то масса у нее будет больше.)

Имеется две склянки без надписей: в одной – разбавленная соляная, в другой – разбавленная серная кислота. Можно ли при помощи мрамора узнать, в какой из склянок находится серная кислота?

(Да. 2HCl + CaCO₃ = CaCl₂ + H₂O + CO₂,

H₂SO₄ + CaCO₃ = CaSO₄+ H₂O + CO₂).

Если на раскаленную поверхность попадет концентрированная серная кислота, то она разлагается на воду, кислород и оксид серы(IV).
Напишите уравнение реакции.

Водород содержит примесь сероводорода. Каким из перечисленных растворов – гидроксид натрия, хлороводород, ацетат свинца – можно воспользоваться для освобождения водорода от этой примеси?
Напишите уравнение реакции.

(Pb(CH₃COO)₂ + H₂S =
PbS+ 2CH₃COOH.)

Из скольких атомов состоят молекулы аллотропных видоизменений серы, относительные молекулярные массы которых 64 и 256?

(S₂ и S₈.)

Плотность кислорода равна 1,429 г/л. Назовите плотность озона.

Во сколько раз озон тяжелее воздуха?

Сколько граммов весит 1 л сернистого газа при н. у.?

Сколько процентов водорода, серы и кислорода содержится в серной кислоте?

((H) = 2,04%, (S) = 32,65%, (O) = 65,31%.)

Сколько молей cульфита натрия необходимо для получения 5,6 л (н. у.) сернистого газа?

По термохимическому уравнению S + O₂ = SO₂ + 296 кДж рассчитайте, сколько энергии выделится при сгорании 1 кг серы.

После озонирования некоторого объема кислорода наблюдалось уменьшение объема на 5 мл. Сколько миллилитров озона образовалось и сколько миллилитров кислорода на это израсходовано?

При действии серной кислоты на 3,24 г смеси хлорида натрия с сульфатом натрия было получено 3,53 г сульфата натрия. Каков был состав исходной смеси в граммах?

Е.В.МАРКОВСКАЯ,
учитель химии
(г. Новосибирск)