Фосфор и его соединения

9 класс

Цели. Образовательная: создать условия для изучения особенностей строения и свойств фосфора и его соединений.

Развивающая: развивать аналитическое мышление (умение выделять существенные признаки и свойства), грамотную речь; умение проводить опыты, работать в заданном темпе.

Воспитательная: воспитывать чувство ответственности за свои действия; умение общаться в группе; интерес к предмету химии.

Оборудование и реактивы. Кислородная подушка, ложечка для сжигания веществ, колба круглая, пробирки, штатив для пробирок, стакан с водой, чашка с водой (для гашения), спиртовка, спички, пластилин, пластмассовые стерженьки, черный экран, таблица индикаторов, предметный столик; растворы фосфорной кислоты, нитратов серебра, натрия и калия, красный фосфор, спирт, метиловый оранжевый.

ХОД УРОКА

Вводная часть

Учитель. Человек всегда стремится к лучшей жизни, здоровью, долголетию, богатству. В далеком 1669 г. жил-был в Гамбурге простой солдат Хеннинг Бранд, у него было хобби – проводить различные химические реакции, которые дали бы ему эликсир жизни. И вот однажды в результате выпаривания, смешивания и прокаливания в реторте у него оказалось удивительное светящееся в темноте вещество, которое он назвал «холодным огнем».

Догадались? Да, мы начинаем изучать фосфор.

В переводе с греческого «phosphorus» означает «светоносный».

В повести Конан Дойля морда собаки Баскервилей светилась. Почему?

(Была намазана фосфором.)

Где применяется фосфор и его соединения? Чтобы помочь ответить на этот вопрос, бюро путешествий «Урал» прислало вам инструктора-альпиниста. Это я.

Меня зовут Елена Михайловна.

Предлагаю забраться на гору под названием «Фосфор». Представьте себя альпинистами-химиками. Покорять вершину, а значит, добиваться цели, будем с помощью знаний, мыслей, рассуждений. Восхождение будем совершать по макету(схема).

Дорога длинная, предстоит изучить фосфор и характер его соединений – это и есть наша цель.

Запишите в тетради число и тему урока.

У подножия горы лежит камень, не дает встать на горную тропу. На камне надпись: «Повторите ТБ (технику безопасности) обращения с кислотами и огнеопасными веществами». Как нужно обращаться с кислотой?

Ученик. Осторожно.

Учитель. А если попадет на кожу?

Ученик. Смыть струей воды и обработать раствором питьевой соды.

Учитель. Можно ли растворы веществ пробовать на вкус?

Ученик. Нет. Многие химические вещества ядовиты.

Учитель. Молодцы. КПП прошли удачно. Но я предупреждаю, что нам встретится еще много препятствий. Надо к ним подготовиться. Для этого у вас на столах лежат информационные карты-инструкции. Думаю, минут 5–7 на их изучение вам хватит. Помните, что инструктор с вами.

Класс делится на 7 групп (по числу этапов восхождения), каждая из которых преодолевает один этап – решает одну учебную задачу.

Самостоятельная работа учащихся

Информационные карты-инструкции

Этап «Древняя стоянка горцев»

Уважаемые «горцы», прошу вас, пользуясь текстом, опорным блоком, прилагаемыми вопросами, дать характеристику элемента № 15 и рассказать о ней классу.

Текст

В периодической системе фосфор расположен в третьем периоде, пятой группе, главной подгруппе под № 15. Строение атома: заряд ядра +15, т.е. атом содержит 15 протонов и 15 электронов, расположенных на трех уровнях (фосфор расположен в третьем периоде), валентных электронов – 5 (элемент в пятой группе).

Электронная формула: ₊₁₅P – 1s²2s²2p⁶3s²3p³.

Степени окисления +5, +3 и –3. Этот элемент – неметалл, т.к. валентных электронов больше трех. Химическую связь могут образовать только неспаренные электроны – их 3.

При сообщении атому дополнительной энергии происходит распаривание s-электронов, и тогда неспаренных электронов у фосфора будет 5.

Опорный блок

Вопросы

1. Как обозначается символ элемента фосфора?

2. Чему равен заряд ядра? Почему?

3. Сколько энергетических уровней у атома фосфора?

4. Сколько электронов находится на последнем уровне?

5. Какой может быть степень окисления фосфора?

6. При каком условии фосфор проявляет степень окисления +5?

7. Какой элемент фосфор? (Металл или неметалл.)

8. Сколько химических связей может образовать фосфор? (Ответ на этот вопрос продиктуйте классу в качестве вывода.)

Этап «Ущелье»

Ребята, вам предстоит серьезная и кропотливая работа. Внимательно прочитайте текст об аллотропии фосфора, соотнесите опорную схему с предложенным текстом, составьте рассказ, отвечая на прилагаемые вопросы.

Текст

Явление образования одним химическим элементом нескольких простых веществ называется аллотропией. Фосфор образует три простых вещества, которые при разных условиях могут взаимопревращаться. Кристаллические решетки у них разные, у белого – молекулярная (м.к.р.), он летуч, пластичен, ядовит, светится в темноте, самовоспламеняется на воздухе. У каждого атома белого фосфора в молекуле три связи (по числу свободных электронов), поэтому он соединяется с тремя другими атомами. В пространстве это реализуется как тетраэдр, т.е. формула белого фосфора – Р₄.

У красного и черного фосфора атомная кристаллическая решетка (а.к.р.).

Черный фосфор похож на графит, полупроводник.

Опорная схема

Вопросы

1. Что такое аллотропия?

2. Какие аллотропные модификации фосфора существуют? (Ответ на этот вопрос продиктуйте классу в качестве вывода.)

3. Объясните зависимость свойств белого, красного и черного фосфора от строения их кристаллических решеток.

4. Какую пространственную форму имеет молекула белого фосфора?

Задание

С помощью палочек и пластилина соберите пространственную модель молекулы белого фосфора.

Этап «Светлая полянка»

Ребята, я прошу вас выяснить самую сложную проблему нашего урока: почему белый фосфор светится, образуя оксид фосфора P₄O₆, а когда воспламеняется и сгорает, то получается другой, более устойчивый оксид фосфора P₄O₁₀?

Ответить на этот вопрос поможет текст, прилагаемые вопросы и опорная схема (приготовьтесь ее озвучить).

Текст

В тетраэдрической молекуле белого фосфора у каждого атома есть по паре электронов, которые располагаются снаружи от тетраэдрической клетки белого фосфора. Атомы фосфора «открыты» и легко доступны любым атомам-окислителям (например, кислороду воздуха).

Белый фосфор светится не просто так, он окисляется: сначала атомы кислорода по-хозяйски располагаются между атомами белого фосфора. Это значит, что при медленном окислении из белого фосфора получается оксид фосфора состава Р₄О₆ по реакции:

Р₄ + 3О₂ = Р₄О₆,

или, как мы привыкли записывать,

4Р + 3О₂ = 2Р₂О₃.

При этом химическая энергия переходит в световую. Но в оксиде Р₄О₆ па'ры электронов у каждого атома фосфора остались свободны.

Когда фосфор воспламеняется и сгорает, получается другой, более устойчивый оксид Р₄О₁₀ по реакции:

Р₄ + 5О₂ = Р₄О₁₀,

или

4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅.

В молекуле Р₄О₁₀ уже нет никаких свободных электронов (все 5 электронов задействованы на образование связей) для присоединения веществ-окислителей, поэтому Р₄О₁₀, или Р₂О₅, является вполне устойчивым.

Таким образом, белый фосфор при обычной температуре медленно окисляется и светится, образуя Р₄О₆. Эта реакция идет с выделением теплоты и, когда поверхность кусочков фосфора будет нагрета приблизительно до 40 °С, он воспламеняется и образуется Р₄О₁₀.

Задание

Вам выданы две объемные модели белого фосфора и пластилин. Глядя на рисунки, соберите модели оксидов фосфора.

Опорная схема

Вопросы

1. Покажите на моделях оксидов фосфора, сколько связей затрачивает фосфор в Р₄О₆ и в Р₄О₁₀.

2. При каком условии белый фосфор светится?

3. Почему при медленном окислении (при обычной температуре) белый фосфор светится? (Ответ на этот вопрос продиктуйте классу в качестве вывода.)

Этап «Перевал»

Уважаемые альпинисты, от вас зависит, будет ли весь класс знать свойства высшего оксида фосфора. Я предлагаю после чтения текста и изучения опорной схемы, используя вопросы, составить рассказ.

Текст

Устойчивый высший оксид фосфора с молекулярной формулой Р₄О₁₀ (сокращенно Р₂O₅) – порошок белого цвета. Устойчивость оксида относительная, т.к. он очень гигроскопичен, жадно впитывает воду и, как и полагается кислотному оксиду, образует ортофосфорную (или просто фосфорную) кислоту Н₃РО₄ по уравнению:

Р₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄ + Q.

Метилоранж окрасит воду в розовый цвет после растворения в ней оксида фосфора, что и доказывает – получили кислоту. Таким образом, оксид фосфора – кислотный, т.к. при реакции с водой образует кислоту.

Опорная схема

Вопросы

1. Какова формула высшего оксида фосфора?

Укажите степень окисления фосфора в этом оксиде.

2. О чем говорит результат реакции оксида фосфора(V) c водой?

3. Сделайте общий вывод: какой характер (кислотный или основный) у оксида фосфора? Почему?

4. Что получается при добавлении воды к оксиду фосфора? (Продиктуйте вывод классу. )

Этап «Ручей»

Ребята, в нашем восхождении на гору встретится «ручей». Можно ли из него пить? Вам нужно будет всему классу рассказать о фосфорной кислоте по опорному блоку. Чтобы легче это было сделать, я прошу вас изучить внимательно текст, ответить на вопросы, проделать опыты по инструкции.

Опорный блок

Текст

Фосфорная кислота – это трехосновная (по числу атомов водорода) кислота средней силы, и метилоранж окрашивается в ней в розовый цвет.

Проделайте опыты.

Инструкция к опытам.

1. Возьмите пустую пробирку, прилейте на 1/3 фосфорной кислоты и по каплям добавьте метилоранж. Наблюдайте розовое окрашивание.

2. Теперь проделайте исследовательскую работу. В штативе две пробирки, одна с раствором из ручья, другая – с питьевой водой. Исследуйте, какая среда (кислая или нейтральная) в растворе из ручья, используя имеющиеся реактивы.

Вопросы

1. Можно ли пить воду из этого ручья? Почему?

2. Какова структурная формула фосфорной кислоты?

3. Какая осно'вность этой кислоты?

4. Как проверить, что какой-то раствор является кислотой? (Это будет выводом. Продиктуйте вывод классу.)

Этап «Пещера»

Уважаемые химики, вам предстоит провести качественную реакцию на фосфат-ион (). Отвечая на вопросы, расскажите классу о своих результатах. Суть вашего выступления представлена в опорной схеме.

Опорная схема

Текст

Реакции, по которым узнают вещество, называются качественными. Для обнаружения фосфат-иона () проделайте опыты.

Инструкция к опытам.

В трех пробирках у вас есть растворы Н₃РО₄.

В первую пробирку (1) прилейте АgNО₃, во вторую (2) – раствор KNО₃, в третью (3) – раствор NaNО₃.

Что наблюдаете? Какой признак указывает на присутствие фосфат-иона?

Запишите уравнения реакции в молекулярном и ионном видах.

Вопросы

1. Какой ион является реактивом на фосфат-ион РО₄?

2. Какой признак реакции действия иона серебра на фосфат-ион в кислоте и соли? (Это будет вывод. Продиктуйте его классу.)

Этап «Горный аул»

Уважаемые скалолазы, химики изучают какое-либо вещество для того, чтобы его правильно использовать. Ваше задание состоит в том, чтобы рассказать всему классу о применении соединений фосфора. Озвучьте прилагаемую опорную схему, пользуясь текстом.

Текст

Главные потребители фосфорной кислоты – производства минеральных удобрений и моющих средств.

Иногда она используется вместо лимонной кислоты, но только после специальной очистки.

Оксид фосфора – сильное водоотнимающее средство (из влажного воздуха и из молекул некоторых соединений).

Всем хорошо знакомы фосфорорганические ядохимикаты: карбофос, дихлофос, хлорофос.

Белый фосфор нужен в военном деле для изготовления зажигательных и дымовых снарядов и бомб.

Красный фосфор применяют в металлургии для получения и легирования полупроводниковых материалов, сталей. Он также входит в состав намазки на боковую поверхность спичечного коробка.

Опорная схема

Представление работ и их обсуждение

Древняя стоянка горцев.

Учитель. Вот тут, в низине, древняя стоянка горцев. Остановимся и мы. Что хотят рассказать нам горцы о положении элемента фосфора в периодической системе и о строении его атома?

Выступление ребят по опорному блоку.

Учитель. Ваш вывод?

Ученик. Вывод 1. Фосфор – неметалл, может образовывать три или пять химических связей.

Учащиеся сразу получают отметку за выполненную работу.

Ущелье.

Учитель. Дорога ведет нас в ущелье. Тут не очень светло, на скалах написано что-то непонятное «алло-троп-ия».

Если мы узнаем, что это такое и какую роль тут играет фосфор, мы сможем подниматься выше.

Выступление ребят по опорной схеме.

Учитель. Какой вывод запишем?

Ученик. Вывод 2. Фосфор образует аллотропные видоизменения: белый, красный, черный.

Учитель. Так сколько аллотропных модификаций образует фосфор?

Светлая полянка.

Учитель. Какая светлая полянка впереди! Ох, и на ней камни. Все-таки горы! Поднимаю один камень, а на нем написано: «При каком условии происходит свечение белого фосфора?»

Рассказ детей по опорной схеме.

Учитель. Какой вывод запишем?

Ученик. Вывод 3. Свечение белого фосфора происходит при медленном окислении, химическая энергия переходит в световую.

Учитель. При свечении фосфора образуется оксид Р₄О₆, но мы привыкли записывать формулы кратко, указывая только соотношение атомов. В нашем случае 4:6 = 2:3. Получаем формулу Р₂О₃.

Так сколько же электронов затрачивает атом фосфора в Р₂О₃ для образования связей с кислородом?

В дальнейшем будем пользоваться краткими формулами.

При горении фосфора образуется высший оксид фосфора Р₄О₁₀, или Р₂О₅. Почему это высший оксид? Сколько связей образует фосфор в этом оксиде?

Перевал.

Учитель. Самое трудное – подняться на вершину к перевалу, вот он перед нами. Если быстро узнаем, какой характер у высшего оксида фосфора, мы уже на вершине.

Рассказ группы по опорной схеме.

Учитель. Ваш вывод?

Ученик. Вывод 4. Оксид фосфора(V) кислотный, т.к. при реакции с водой он образует кислоту.

Ручей.

Учитель. Впереди ручеек. Может, отдохнем, водицы горной попьем? А можно ли ее пить?

Выступление ребят по опорному блоку.

Учитель. Сформулируйте вывод.

Ученик. Вывод 5. В кислоте метилоранж – розовый. (Показывает результат опыта.)

Пещера.

Учитель. Ого-го! Тут еще и пещера! А в ней лаборатория. Мы можем исследовать, какая кислота в ручье нашем? Ведь мы альпинисты-химики. Может, даже сделаем открытие?

Выступление группы по опорной схеме.

Учитель. Ваш вывод?

Ученик. Вывод 6. Реактивом на фосфат-ион является ион серебра.

Горный аул.

Учитель. Вот и горный аул. Его жители просят рассказать им о применении фосфора и его соединений по опорной схеме.

Ученики рассказывают о применении фосфора.

Учитель. Если так много тратится фосфора и его соединений, почему же они полностью не исчерпываются? Вам предстоит найти ответ дома (это задание на дополнительную оценку).

Обобщение полученных знаний

Учитель. Ребята, давайте обобщим, приведем в систему полученные на уроке знания. Мы преодолели все препятствия, вернулись к подножию горы. Можно зайти в кафе «Гнездо орла», посидеть, подвести итоги.

1) Так какой химический элемент мы сегодня изучали?

2) Какой высший оксид имеет фосфор?

3) Какая кислота соответствует этому оксиду?

Учитель записывает на доске генетический ряд:

P —> Р₂О₅ —> H₃PO₄.

Учитель. Но ведь это надо проверить экспериментально, т.к. только опыт подтверждает истину.

Во время показа опыта постарайтесь ответить на вопросы.

1) Чем является фосфор? (Металл или неметалл.)

2) Какой характер у оксида фосфора? (Основный или кислотный.)

3) Какое вещество образуется при растворении оксида фосфора в воде?

Учитель проводит демонстрационный опыт: сжигает фосфор (красный) в колбе с кислородом, добавляет затем в колбу воду и метилоранж.

Учитель. И к какому же выводу мы пришли?

Кто желает сформулировать вывод?

Какая цель стояла перед нами в начале урока?

Мы ее достигли?

Давайте запишем вывод в тетрадь:

Фосфор – неметалл, образует кислотный оксид, которому соответствует кислота.

Большое спасибо я вам говорю,
мы цели достигли, благодарю.

Сравните общий конспект с параграфом учебника и научитесь озвучивать его для воспроизведения на следующем уроке.

Общий конспект урока

 

 

Рефлексия

Учитель. Я прошу вас оценить значимость урока для вас.

1) Понравился ли вам урок?

а) Да; б) нет.

2) Что вам показалось наиболее интересным на уроке?

а) Работа в группах;

б) использование компьютера;

в) полученные знания на уроке.

3) Удовлетворены ли вы своей деятельностью на уроке?

а) Да; б) нет; в) частично.

Е.М.ВАРЛАМОВА,
учитель химии
(пос. Кын, Лысьвенский р-н, Пермский край)