| Я ИДУ НА УРОК |
Азот
Урок-исследование • 9 класс
Жизнь ставит цели науке;
наука освещает путь жизни.
Н.Михайловский
Цели урока.
Обучающие: изучить взаимосвязь состава, строения, свойств и применения азота и его соединений.
Развивающие: продолжить развитие умений логически мыслить, самостоятельно работать с учебником и дополнительной литературой, находить главное, сравнивать, делать выводы; совершенствование способности к рефлексии.
Воспитательные: сформировать у учащихся гражданскую позицию на примере решения одной из глобальных проблем человечества.
Методы и методические приемы. Проблемный, частично-поисковый; самостоятельная работа с учебной и дополнительной литературой, беседа, химический эксперимент, составление опорного конспекта, самопроверка.
Организационные формы работы. Коллективная, индивидуальная, групповая с различными видами самостоятельной деятельности учащихся.
Оборудование и реактивы. План-схема (на доске), схемы, опорные конспекты на каждом столе (см. приложение), плакат с изображением вариантов приборов для сбора газа, карточки с заданиями для групп, стаканы, кристаллизатор с водой, цилиндр, свеча на кусочке пенопласта, спички; 25%-й раствор аммиака, универсальный индикатор, азотная кислота, раствор белка, образец почвы.
Опорный конспект заполняется учащимися по ходу урока.
ХОД УРОКА
I. Ориентировочно-мотивационный этап
Учитель. Сегодня мы будем изучать химический элемент, с которым связан не один «парадокс».
Про него говорят «безжизненный», и в то же время без него нет жизни. Его называют «источником танталовых мук человечества», элементом трагедий, войн и катастроф. Этот элемент – азот.
Давайте проведем исследование и вынесем свое заключение, каков этот элемент? Полезен он или вреден? Какова природа противоречий, его окружающих? Ответить на эти вопросы нам поможет план-схема на доске (схема 1).
Итак, наша цель: дать характеристику азоту, как химическому элементу и как простому веществу. Работать будем в группах, каждая группа получает свое задание.
Г р у п п а I. История открытия элемента азота. Происхождение названия. Применение азота.
Г р у п п а II. Нахождение азота в природе.
Г р у п п а III. Строение атома. Степени окисления.
Г р у п п а IV. Вид химической связи простого вещества азота. Физические свойства.
Г р у п п а V. Химические свойства азота. Получение азота.
II. Операционно-исполнительский этап
Учитель. На подготовку ответов выделяется 10 минут. Затем слушаем отчеты групп. (Во время подготовки учитель оказывает помощь группам, отдельным учащимся.) Во время отчетов групп каждому следует заполнить опорный конспект, который будет оцениваться в конце урока. Первая группа расскажет об истории открытия азота, происхождении названия этого химического элемента.
Г р у п п а I.
1-й ученик. Воздух всегда был объектом исследования естествоиспытателей и, казалось бы, должен быть хорошо изучен, но его основные части – азот и кислород – определили только в конце ХVIII в.
Официальной датой открытия азота считается 1772 г., а лавры первооткрывателя отданы Даниэлю Резерфорду. Однако еще в 1770 г. Карл Шееле – помощник аптекаря, будущий академик – выделил азот из сгоревшего воздуха. Открытие «носилось в воздухе», несколько исследователей вплотную подходили к нему. Но первое описание элемента дал Резерфорд. Он исследовал и охарактеризовал часть воздуха, оставшуюся в закрытом сосуде, где погибла от удушья подопытная мышь.
2-й ученик. С названием азоту не повезло.
Резерфорд называл его «постоянным или удушливым
воздухом». Джозеф Пристли –
«флогистированный воздух», Карл Шееле –
«дурной воздух», а Лавуазье дал название «азот»
(от греч. 
–
частица отрицания, 
– жизнь), т.е. «безжизненный».
Но почему символ азота – N, если первая буква названия «а»? Дело в том, что название «азот» сохранилось только в русском и французском языках, а англоязычные ученые называют азот Nitrogen, от латинского названия Nitrogenium, что означает «рождающий селитру».
Название прошло путь от «безжизненного» до «рождающего». Слово Nitrogenium пытались перевести на русский, и азот называли селитротвором, но название не прижилось, в 1824 г. вернулись к термину «азот».
Учитель. В наше время применение к азоту прилагательного «безжизненный» звучит парадоксально, ведь основу жизни на Земле составляют соединения, в которые входит азот. Вторая группа расскажет о том, где в природе встречается азот.
Г р у п п а II.
1-й ученик. Название «азот» расшифровывают как безжизненный. Да, живое существо в атмосфере азота гибнет, этот газ не поддерживает процессы горения. Но разве можно назвать «безжизненным» элемент, входящий в состав белков – носителей жизни? Из них построены ткани человеческого организма, белки входят в состав клеток животных и растений, причем в значительных количествах. Содержание элемента азота в организме при массе тела 70 кг – 1,8 кг, в мышечной ткани его – 7,2 %, в костной ткани – 4,3 %.
В атмосфере Земли этого газа содержится 78,09 % по объему или 75,6 % по массе. Над каждым гектаром земной поверхности «висят» 8 тысяч тонн азота. Сейчас мы продемонстрируем опыт, подтверждающий содержание азота и кислорода в воздухе.
2-й ученик. Зажигаю свечу, которая укреплена на пенопласте и свободно плавает в кристаллизаторе с водой; накрываю свечу цилиндром, объем которого разделен на пять равных частей с помощью делений. В цилиндре находился воздух, после того, как свеча погасла, в него поднялась вода на одно деление. В результате горения кислород израсходовался (кислород занимает 1/5 часть или приблизительно 20 % по объему в воздухе), остался азот и другие составляющие воздуха (их содержание незначительно). Можно сделать вывод, что на газ азот приходится четыре пятых части от объема воздуха, или около 80 %.
3-й ученик. Основной «фабрикой» белковых веществ на Земле являются растения. Они служат источником азотного питания для животных. Растения используют лишь «связанный» азот, который усваивают из почвы в виде ионов, например нитратов. Подсчитано, что один гектар пахотного чернозема содержит 18 т азота. А связанный азот появился в почве в результате жизнедеятельности микроорганизмов, которые живут в клубеньках на корнях бобовых растений (клевера, гороха, вики, люпина и др.).
Из природных минералов, содержащих связанный азот, наиболее известна чилийская селитра – NaNO3.
4-й ученик (демонстрирует схему (схема 2) содержания азота в природе). В природе азот в свободном состоянии содержится в воздухе (78 % по объему), в связанном состоянии азот содержат некоторые минералы, органические вещества, в том числе входящие в состав живых организмов.
Учитель. Азота довольно много в природе, но, по словам американского биохимика М.Камена, «азот – это вечные терзания голода среди океана изобилия». По данным ООН 1/3 населения планеты голодает, каждую минуту несколько человек умирает именно по этой причине. Почему именно азот связывают с нехваткой пищи, с голодом? Для ответа на этот вопрос сначала рассмотрим строение атома азота.
Г р у п п а III.
1-й ученик (дает у доски характеристику элемента по его положению в периодической системе). Азот – элемент V группы, главной подгруппы, 2-го периода. Его порядковый номер – 7, относительная атомная масса – 14. Число электронов в атоме – 7, число протонов в ядре – 7, число нейтронов в ядре – 7. Схема строения атома: +7, 2е, 5е. Электронная схема: 1s22s22p3. Электронно-графическая схема:
Атом азота имеет три неспаренных электрона на 2р-подуровне.
Степени окисления азота в соединениях: –3, +1, +2, +3, +4, +5.
Учитель (дает задание классу). Определите степени окисления азота в соединениях: HNО3, NН3, NO, KNО2, NО2, N2О, НNO2.
С а м о п р о в е р к а. Для этого ученик из группы III вывешивает карточки с правильными ответами на доску:
Учитель. Мы рассмотрели строение атома, знаем, что азота в воздухе довольно много. В чем же причина того, что растениям довольно трудно усвоить азот из воздуха? Рассмотрим вид химической связи в молекуле азота N2.
Г р у п п а IV.
1-й ученик. В свободном состоянии азот существует в виде двухатомной молекулы N2. В этой молекуле два атома азота связаны очень прочной тройной ковалентной неполярной связью.
Приводится схема образования ковалентной связи в молекуле N2, а также структурная формула:
1-й ученик. Вывод: именно прочностью молекулы обусловлена химическая инертность азота.
Учитель. Продолжаем выяснять, что представляет собой азот как простое вещество.
2-й ученик рассказывает о физических свойствах азота, демонстрируя схему-«паучок» (схема 3).
Учитель. Как можно собрать азот в лаборатории, основываясь на знании физических свойств?
Учащиеся IV группы дают аргументированный ответ, используя плакат с изображением нескольких вариантов приборов для сбора газов.
3-й ученик. Собрать азот в лаборатории можно методом вытеснения воздуха (пробирку-приемник закрепляют отверстием вниз), т.к. азот немного легче воздуха, а также методом вытеснения воды, т.к. он малорастворим в воде.
Учитель. Рассмотрим химические свойства азота.
Г р у п п а V.
1-й ученик (демонстрирует обобщенную схему (схема 4) химических свойств азота). Азот – химически инертен. При обычных условиях взаимодействует только с литием, образуя нитрид – Li3N. C другими металлами взаимодействует только при высоких температурах. При температуре 450–500 °С и высоком давлении 30–100 МПа в присутствии катализатора (порошка железа с примесью оксидов алюминия и калия) реагирует с водородом, образуя аммиак. При температуре электрической дуги взаимодействует с кислородом, образуя оксид азота(II).
2-й ученик. Большинство организмов используют азот в виде соединений (т.е. связанный), а содержащийся в воздухе молекулярный азот действительно практически инертен. В природе разрыв тройной связи между атомами азота происходит во время грозовых разрядов: при этом образуются первоначально оксиды азота, а затем и слабоконцентрированная азотная кислота (оксиды азота соединяются с каплями дождя). Это – путь связывания азота в природе и попадания его в почву.
Другой путь введения азота в почву выработала также сама природа – на корнях бобовых культур образуются клубеньки, содержащие микроорганизмы, фиксирующие газообразный азот.
Учитель. В природе постоянно происходит круговорот азота: соли азотной кислоты усваиваются из почвы растениями; с растительной пищей азот переходит в организмы животных и людей; затем снова попадает в почву с продуктами жизнедеятельности, гниения, разложения; кроме того, азот частично переходит в атмосферу и т.д. Однако в ходе круговорота количество «связанного» азота в почве уменьшается, и растения начинают ощущать его недостаток. Истощенная земля дает низкие урожаи. Как вернуть земле чудесную силу, сделать ее плодородной?
3-й ученик. Нужно вносить в землю азотные удобрения. Где их взять? Есть небольшие месторождения селитры в Чили, Калифорнии, Африке, Малой Азии, но они быстро могут иссякнуть.
Первая мировая война, 1914 г. Многие страны охватил пожар войны. Селитра нужна была для военных целей. Германия начала задыхаться в тисках «азотного голода».
Немецкий ученый Франц Габер сделал выдающееся открытие: он получил аммиак, используя при этом стальной цилиндр, высокое давление, нагревание, катализатор. Из аммиака затем нетрудно получить азотную кислоту. Таким образом была решена проблема «связывания» азота.
Учитель. Можно ли вносить аммиак или азотную кислоту непосредственно в почву?
4-й ученик. Проведем опыты.
а) Испытаем раствор аммиака (нашатырный спирт) индикатором. Среда щелочная. Аммиак – летучее вещество, имеет неприятный запах, вызывает ожоги. Вывод: вносить азот в почву в таком виде нельзя.
б) Исследуем действие азотной кислоты на белок (произошла денатурация); на водную вытяжку из почвы (идет реакция с выделением углекислого газа).
Вывод: вносить в почву непосредственно азотную кислоту нельзя.
Что же можно вносить в почву? Азотные удобрения, полученные при нейтрализации этих веществ, например аммиачную селитру:
NН3 + НNО3 = NH4NO3.
Учитель. Давайте рассмотрим вопрос, как получают азот в промышленности?
5-й ученик. Для технических целей азот получают из воздуха. При испарении жидкого воздуха азот улетучивается первым (tкип(азота) = –196 °С, а tкип(киcлорода) = –183 °С). В лаборатории чистый азот получают при разложении некоторых его соединений.
Учитель. Каковы же области применения азота? Ответ на этот вопрос готовила группа I.
Ученик. Азот применяется для получения удобрений, взрывчатых веществ, для создания инертной среды в электротехнике, в медицине, а также для заполнения теннисных мячей.
III. Рефлексивно-оценочный этап
Учитель. Подведем итоги урока. Как может быть решена проблема голода на Земле?
Ответ таков. Азот – это элемент жизни, т.к. входит в состав белков. Из белков построены ткани живых организмов. Человек и животные получают белки с пищей, растения сами способны синтезировать их из неорганических веществ, содержащихся в почве. При недостатке азота в почве его вносят в виде удобрений. Их, в свою очередь, получают, связывая атмосферный азот.
Химия пришла на помощь земледельцам.
Неистощимый океан азота, в котором купается наша
Земля, был покорен. Химики избавили человечество
от «азотного голода». Таким образом:
«...жизнь ставит цель науке; наука освещает путь
жизни» (Михайловский Н.).
Домашнее задание. Изучить параграф 23, подготовить рассказ о круговороте азота а природе (рисунок 27, стр. 110).
Л и т е р а т у р а
Габриелян О.С. Химия. 9 класс. М.: Дрофа, 1991; Крицман В.А. Книга для чтения по неорганической химии. М.: Просвещение, 1983; Митряева И.В. Источник танталовых мук человечества. Химия в школе, 2001, № 2, с. 18–20; Что мы знаем о химии? Под ред. проф. Ю.Н.Кукушкина. М.: Высшая школа, 1993.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Опорный конспект по теме «Азот»
Фамилия, имя ученика ………………………….…………………..…………………..………………
1. История открытия азота:
………………………….…………………..…………………..………………
………………………….…………………..…………………..………………
………………………….…………………..…………………..……….…… .
2. Нахождение в природе:
3. Положение азота в периодической системе:
порядковый номер: ………………………….………………….………… ;
группа ………………………….…………………..…………...............… ;
подгруппа ………………………….…………………..…….........……… .
4. Строение атома:
а) N {……… e, ……… p, ……… n};
б) N + ........................................ ;
в) электронная схема: ............... ;
г) электронографическая схема: ........................................ ;
д) степени окисления (подпишите значения на числовой оси):
5. Строение молекулы азота: ........................................ ;
а) химическая формула: ........................................ ;
б) вид химической связи в молекуле: ........................................ ;
в) схема образования связи: ........................................ ;
г) прочность связи: ........................................ .
Вывод о химических свойствах азота:
………………………….…………………..…………
………………………….…………………..…………
………………………….…………………..……….. .
6.
7. Химические свойства азота (запишите уравнения реакций, указав условия их протекания, назовите продукты реакций):
а) ........................................ ;
б) ........................................ ;
в) ........................................ .
8. Получение азота в промышленности.
Из чего получают азот? ........................................ .
На чем основано получение? ........................................ .
9. Применение азота: ........................................ .