Колина А.И.Типы химических реакций

Типы химических реакций
8 класс

А.И.КОЛИНА,
учитель средней школы № 3
(г. Калининград)

…Мы отнюдь не властвуем над природой, все наше господство
состоит в том, что мы... в отличие от всех других существ,
умеем познавать ее законы и правильно их применять.

Ф.Энгельс

Цели. Дидактические. Систематизировать сведения о типах химических реакций по признаку – числу исходных и полученных веществ, продолжить формирование умений составлять уравнения химических реакций.

Развивающие. Продолжать развитие интеллектуальных умений – анализ, синтез, сравнение, индукция, дедукция; развивать произвольное внимание.

Воспитательные. Продолжать формирование: научного мировоззрения на процессы превращения веществ; нравственной сферы личности учащихся; интереса к предмету.

На доске. Дата, тема урока, эпиграф, портрет В.И.Вернадского, демонстрационные рисунки моделей фрагментов молекул сложных органических веществ (вторичной структуры белка, ДНК).

Методы и методические приемы. Беседа, сообщения учащихся, письменная работа, фронтальный опрос, лабораторный опыт.

Оборудование. На столах учеников: образцы натурального и синтетического каучука, гематита; железные гвозди для задания № 4; листы с заданиями.

ХОД УРОКА

Вводное слово учителя

Учитель. Наша планета, жителями которой являемся и мы с вами, сформирована благодаря протеканию химических процессов. Распределение веществ на Земле обусловлено конкретными химическими реакциями. Зная типы химических реакций, мы можем использовать эти процессы и управлять ими для собственного блага. В течение урока мы попытаемся вместе показать друг другу такие возможности. Целью урока является повторение и закрепление знаний о типах химических реакций. Признак классификации – число исходных и полученных веществ. А также мы
с вами продолжим тренироваться в составлении уравнений химических реакций. Для того чтобы достичь данной цели, необходимо сначала повторить то, что вы уже знаете.

Фронтальная беседа

Учитель. Итак, что происходит с веществами в процессе химической реакции?

Ученик. В процессе химической реакции происходит превращение одних веществ в другие.

Учитель. Какие типы химических реакций вам известны?

Ученик. Нам известны реакции соединения, разложения, замещения, обмена.

Учитель. Дайте определения названных типов химических реакций.

Ученик. Реакции разложения – это такие реакции, при которых из одного сложного вещества образуются два и более новых веществ более простого состава.

Реакции соединения – это такие реакции, при которых два или несколько веществ образуют одно более сложное вещество.

Реакции замещения – это такие реакции, при которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе.

Реакции обмена – это такие реакции, при которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями.

Учитель. Какова основа этой классификации?

Ученик. Основой классификации является число исходных и образовавшихся веществ.

Учитель. Значит, зная типы химических реакций, мы можем предсказывать по исходным веществам продукты химических реакций, и наоборот.

Химические реакции протекают в различных оболочках Земли. Назовите эти оболочки.

Ученик. Нам известны следующие оболочки Земли: атмосфера, биосфера, гидросфера и литосфера.

Основная часть урока

Учитель. Согласно теории В.И.Вернадского, основоположника биогеохимии, именно живое вещество с помощью солнечного излучения вовлекает неорганическую (неживую) материю в непрерывный круговорот химических превращений. Как вы думаете, с какой оболочкой Земли мы будем связывать обобщение знаний о типах химических реакций?

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]
В.И.Вернадский
(1863–1945)


Ученик. Обобщение знаний мы будем связывать с биосферой.

Учитель. Подробнее теорию Вернадского о биосфере вы рассмотрите в курсе общей биологии, а сегодня тему урока мы будем иногда связывать с биосферой.

Ученик. Сопоставление многих научных данных свидетельствует о том, что жизнь на Земле существовала почти столько времени, сколько существовала сама планета.

Наличие окисленного железа осадочного происхождения позволяет предположить, что уже в то время существовали живые организмы и процессы фотосинтеза. Формирование биосферы, к которой относимся и мы с вами, прошло длинный путь, состоявший из двух стадий: химической и биологической.

Живое от неживого отличается на уровне молекул. Но общее в них то, что эти молекулы состоят из атомов. В основе живых организмов лежат сложные молекулы, состоящие из атомов углерода, водорода, кислорода, азота, серы и некоторых других химических элементов.

Учитель. В сообщении упоминалось о наличии окисленного железа. Выполнив задание 1, вы свяжете свое знание о типах химических реакций непосредственно с реальным природным процессом.

Задание 1. Запишите уравнение реакции окисления железа до вещества с химической формулой Fe3О4. Укажите тип химической реакции. Молекулярный кислород, требующийся для осуществления этой реакции, выделился в процессе происходящей на свету жизнедеятельности живых организмов растительного происхождения. Как называется этот процесс?

(Ответ. Реакция соединения:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

Молекулярный кислород, требующийся для окисления железа, выделяется в процессе фотосинтеза.)

Учитель. А что же произошло с атомами железа и кислорода в указанных процессах?

Ученик. Химические связи между атомами разрушились и образовались новые.

Учитель. Так как же могли преобразовываться соединения, содержащие атомы углерода, водорода, кислорода, азота, серы, чтобы произошло образование веществ «живых» из «неживых»?

Послушаем выступление учащегося с одной из гипотез по этому поводу.

Ученик. Наиболее близкой, хотя и нетождественной первичной атмосфере Земли, является атмосфера Венеры, состоящая преимущественно из углекислого газа. Поэтому ученые предположили, что одним из первоначальных веществ, содержащих углерод, был углекислый газ. Исходя из научных данных, можно предположить, что в те времена из мантии Земли выделялись следующие газы: водяной пар (Н2О), углекислый газ (СО2), сернистый газ (SО2), сероводород (Н2S), азот (N2). При температуре 500 К они вступали в химические реакции. В результате образовалась смесь газов: водорода, метана, аммиака, – которая под действием ультрафиолетовой части солнечного излучения образовала органические соединения, предшествующие живому веществу.

Учитель. Запишите уравнения реакций, иллюстрирующие указанные процессы. Для достижения данной цели выполните задание 2. Тем самым вы фактически запишете уравнения реакций, которые предположительно были основой для образования более сложных молекул, предшественниц живых веществ.

Задание 2. а) Составьте уравнения реакций получения метана из водорода и углекислого газа, если известно, что данный процесс состоит из двух стадий: при взаимодействии углекислого газа с водородом образуется уголь и вода; а затем при взаимодействии угля с водородом образуется метан.

б) Составьте уравнение реакции получения аммиака, если известно, что исходными веществами служат водород и азот.

Укажите типы этих химических реакций.

(Ответ.

а) Реакция замещения: CO₂ + 2H₂ = C + 2H₂O,

реакция соединения: C + 2H₂ = СH₄;

б) реакция соединения: 3H₂ + N₂ = 2NH₃.)

Учитель. Итак, перед вами уравнения реакций. Сделайте вывод о том, какой тип химических реакций преобладал при образовании веществ – предшественников живого вещества.

Ученик. Это были реакции соединения.

Учитель. Рассмотрите схему строения органических веществ. (Демонстрация наглядных изображений молекул ДНК, вторичной структуры белка.)

Это молекулы с очень сложным строением, которые постепенно образовывались из более простых веществ. Что же происходило дальше с такими сложными органическими веществами? Об этом трудно сказать точно. Возможно, опираясь на знания биологии и химии, в том числе на знания о типах химических реакций, кто-нибудь создаст новую теорию. А сейчас послушайте выступление, связанное с одной из гипотез о возникновении живых веществ. Отметьте при этом, какие известные вам типы химических реакций упоминались, а какие не упоминались.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Модель фрагмента молекулы ДНК


Ученик. Согласно гипотезе А.И.Опарина, основным условием возникновения живого вещества является образование органических веществ – соединений, построенных на основе углерода, в которых атомы этого элемента связаны с другими атомами различным образом.

Первичный океан представлял собой нечто вроде «бульона» из органических веществ. В процессе их сосуществования появлялись сложные углеродные соединения – молекулы гигантских размеров. Эти молекулы отличались тем, что для поддержания существования им был необходим постоянный обмен веществом со средой: эти молекулы должны были избирательно усваивать из среды новые вещества – достраивать какие-либо части и выделять продукты распада других своих частей во внешнюю среду. Эти гигантские молекулы были названы коацерватами, которые обладали предположительно свойствами самовоспроизводящих систем, т. е. свойствами живых веществ.

Учитель. О каких типах химических реакций здесь шла речь? Какие реакции не упоминались?

Ученик. В этом сообщении говорилось о реакциях разложения, соединения, обмена. Не говорилось о реакции замещения.

Учитель. А как ученые, по вашему мнению, могли догадаться, какие вещества были исходными в этих процессах?

Ученик. Они знали закономерности протекания химических реакций и предположили состав исходных веществ.

Учитель. Давайте представим, что живое вещество образовалось. Но ультрафиолетовые лучи Солнца не только помогли возникнуть, но и губительно влияли на зачатки жизни на Земле. Скажите, пожалуйста, а слой какого вещества в атмосфере защищает от упомянутых излучений?

Ученик. Озоновый слой.

Учитель. Вы уже на предыдущих занятиях познакомились с озоном. Выполните задание 3, касающееся этого вещества, при этом мы будем полагать, что кислород в молекулярном состоянии уже присутствовал в атмосфере.

Задание 3.

Для образования озона необходимы свободные атомы кислорода, которые возникают при разложении молекул кислорода. Запишите уравнения реакций:

а) образования атомов кислорода при разложении молекулы кислорода;

б) получения молекулы озона при взаимодействии атомарного кислорода с молекулярным кислородом.

Укажите типы данных химических реакций.

(Ответ.

а) Реакция разложения: O₂ = O + O;

б) реакция соединения: O + O₂ = O₃)

Учитель. Мы рассмотрели предполагаемые реакции, лежащие в основе получения веществ – предшественников живой материи, озона (их «защитника»), а также некоторые процессы, предположительно лежащие в основе зарождения жизни на Земле.

Предшественницей биологической эволюции на Земле была химическая. Затем начался и продолжился биологический путь эволюции. В результате этих преобразований появилась биосфера. Мы не будем сейчас на уроке рассматривать этот путь, т. к. это предмет других наук. Однако вы должны понимать, что в основе многих биологических процессов лежат процессы химические, связанные с переходом одних веществ в другие.

В результате биологической эволюции возник современный человек, отличающийся от других живых существ разумом и активностью, т. е. способностью влиять на состояние Земли, в том числе и на биосферу. Вернадский, развивая учение о биосфере, впервые глубоко обосновал единство человека и биосферы.

Так как же может влиять человек на химические превращения в окружающей среде?

Ученик. Человек может сам осуществлять химические превращения.

Учитель. А зачем это ему нужно? Ведь можно использовать вещества природного происхождения? Для того, чтобы ответить на данный вопрос, рассмотрите образцы веществ, находящиеся у вас на столах, и ответьте на вопросы, касающиеся их свойств, выполнив задание 4.

Задание 4. Ответьте на вопросы.

а) По какому из физических свойств синтетический (произведенный человеком) каучук превосходит натуральный?

б) Для получения чистого железа в качестве исходных веществ могут использовать оксид железа(III), содержащийся в гематите, и алюминий. Запишите уравнение реакции замещения, иллюстрирующее данный процесс.

(Ответ.

а) Синтетический каучук более эластичный, чем натуральный.

б) Fe₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Fe – реакция замещения.)

Учитель. Сделайте вывод о том, зачем человеку производить новые материалы, которых нет в природе.

Ученик. Численность людей на Земле увеличивается, а это значит, что веществ природного происхождения просто не хватает. Кроме того, человек производит новые материалы, которые по своим качествам превосходят природные.

Учитель. Положительна или отрицательна эта сторона использования знаний химической науки?

Ученик. Эта сторона положительна.

Учитель. А какие отрицательные стороны вы можете назвать?

УченикИ. В процессе химических реакций могут выделяться вредные для природы вещества.

Учитель. Попробуем рассмотреть эту общую проблему на частном примере. Одним из способов получения тепла является горение некоторых веществ. Рассмотрим разные стороны этого процесса. Что в нем положительного?

Ученик. Положительным является то, что мы получаем тепло.

Учитель. А теперь рассмотрите одну из отрицательных сторон горения, прочитав и выполнив задание 5. Предложите способы уменьшения вредного воздействия некоторых веществ, производимых человеком.

Задание 5. а) Ископаемый уголь, мазут (продукт переработки нефти) и природный газ, используемые на тепловых электростанциях, содержат (в виде примесей) большое количество серы. При ее горении образуется сернистый газ, оказывающий вредное воздействие на живые организмы. Запишите уравнение реакции горения серы. Определите тип этой химической реакции.

б) Водород может служить в качестве экологически чистого топлива. Запишите уравнение реакции окисления водорода. Определите тип этой химической реакции. Сделайте вывод, почему такой способ получения энергии является экологически безопасным.

в) Выделяющийся в процессе горения сернистый газ может улавливаться и связываться гашеной известью (гидроксидом кальция). В результате этой реакции образуются сульфит кальция и вода. Запишите уравнения реакции, зная, что она относится к реакции обмена.

г) Предложите (устно) способы уменьшения количества вредных веществ, производимых человеком.

(Ответ.

а) Реакция соединения: S + O₂ = SO₂

б) реакция соединения: H₂ + O₂ = 2H₂O

в) реакция обмена: SO₂ + Ca(OH)₂ = CaSO₃ + H₂O.)

Ученик. Для уменьшения количества вредных веществ, производимых человеком, можно предложить замену одних веществ и процессов на другие, менее опасные, или нейтрализацию уже образовавшихся вредных веществ.

Учитель. В завершение урока сделайте вывод о том, что дают знания о типах химических реакций. Ваше мнение может опираться на эпиграф урока с точки зрения истинности или ложности его. Ответ мотивируйте. (Ученики высказывают различные мнения по данному поводу.)

А сейчас я предлагаю вам осуществить взаимопроверку выполненных вами в процессе урока заданий и выставить друг другу отметки, используя образец правильных ответов.

Заключительная часть

Учитель. Человек может создавать качественно новые вещества, которые ему необходимы в жизни. При создании новых веществ и использовании различных химических превращений он не должен наносить вред природе и себе самому. Эта задача сложная, но посильная для человека, потому что человеческий разум является определяющим фактором развития, мощной силой взаимоотношений природы и общества.

Сегодня вы очень близко подошли к тем знаниям о типах химических реакций, которые связаны с реальными природными процессами и деятельностью человека в прошлом и будущем.

Домашнее задание. Учитель предлагает написать рефераты по темам:

• Для чего нужен кислород?

• Вода – самое важное вещество на Земле.

• Автомобиль – злейший враг природы.

• Нефть – опасный загрязнитель.

• Почему природный газ как топливо привлекает внимание экологов?

• О чем могут поведать жители водоема?

• Как устроить мусорную свалку?

• Что происходит с озоновым экраном?

• Чем опасны аварии на атомных электростанциях?

Л и т е р а т у р а д л я у ч а щ и х с я

Гаврилов В.П. Черное золото планеты. М.: Недра, 1990; Курячая М.А. Химия созидающая, химия разрушающая. М.: Знание, 1990; Матвеев Л.В. Почти все о ядерном реакторе. М.: Энергоатомиздат, 1990; Павилейко Р.П. Катастрофа! М.: Недра, 1991; Чижевский А.Е. Я познаю мир. Экология. М.: АСТ, 1998.

Л и т е р а т у р а д л я у ч и т е л я

Габриелян О.С. Химия. 8 класс. 3-е изд. М.: Дрофа, 2000; Ильченко В.Р. Формирование естественно-научного понимания школьников. М.: Просвещение, 1993; Крицман В.А. Книга для чтения по неорганической химии. М.: Просвещение, 1974; Опаловский А.А. Планета Земля глазами химика. М.: Наука, 1990; Энциклопедический словарь юного химика. Сост. В.А.Крицман, В.В.Станцо. М.: Педагогика, 1982.