Сера и ее соединения на уроках химии и экологии
Газообразные и пылевые выбросы очень неблагоприятно влияют на экологическую обстановку в местах расположения промышленных предприятий, а также ухудшают санитарно-гигиенические условия труда. К агрессивным массовым выбросам относятся окислы азота, сероводород, сернистый, углекислый и многие другие газы.
Не менее важной задачей является очистка газов от двуокиси серы. Общее количество серы, которое выбрасывается в нашей стране в атмосферу только в виде сернистого газа, составляет около 16 млн. т. в год. Из этого количества серы можно выработать до 40 млн. т. серной кислоты.
Значительное количество серы, главным образом, в виде сероводорода содержится в коксовом газе. С дымовыми газами из заводских труб и энергетических установок ежегодно выбрасываются в атмосферу несколько миллиардов кубометров углекислого газа. Этот газ может быть использован для получения эффективных углеродсодержащих удобрений.
Серьезный ущерб пылевые и газообразные выбросы приносят тем, что они отравляют воздушный бассейн в городах и на предприятиях: ядовитые газы губят растительность, крайне вредно действуют на здоровье людей и животных, разрушают металлические сооружения и коррозируют оборудование. Учитывая общую экологическую обстановку на планете, необходимо принять самые срочные и самые радикальные меры по очистке выбросных газов от вредных примесей [1].
В настоящей курсовой работе целью явилось раскрытие основных направлений реализации экологического подхода к преподаванию темы «Сера. Соединения серы» на уроках химии и экологии.
Глава 1. Состояние преподавания темы «Сера и ее соединения» в современной средней школе
1.1 Программные требования к преподаванию темы «Халькогены»
Тема 2. Подгруппа кислорода (4 часа)
Формирование специальных навыков
Актуализация опорных знаний, умений, навыков по химии и междисциплинарным наукам
Сера, строение молекул, физические и химические свойства
Продолжение формирования понятий «химический элемент», «простое вещество», «химическая реакция», «аллотропные модификации»
Продолжение формирования понятий «аллотропия», «связь физических и химических свойств элемента»
Серная кислота, состав, строение, свойства, применение
Строение и свойства серной кислоты, качественная реакция на сульфат-анион
Сера. Аллотропия серы. Физические и химические свойства серы, ее получение и применение, нахождение в природе. Сероводород, его физические и химические свойства, получение и применение, нахождение в природе. Сульфиды. Оксид серы (IV), его физические и химические свойства, получение и применение. Оксид серы (VI), его физические и химические свойства, получение и применение. Сернистая кислота и сульфиты.
Серная кислота, свойства разбавленной и концентрированной серной кислот. Серная кислота как окислитель. Сульфаты. Качественные реакции на сульфид-, сульфит- и сульфат-ионы.
Получение аллотропных видоизменений кислорода и серы.
Взаимодействие серы с водородом и кислородом.
Действие концентрированной серной кислоты на металлы (цинк, медь) и органические вещества (целлюлозу, сахарозу).
Ознакомление с серой и ее природными соединениями.
Получение и собирание газов (кислород и др.), опыты с ними.
Определение содержания карбонатов в известняке.
Устранение временной жесткости воды.
Исследование восстановительных свойств металлов.
Опыты, характеризующие свойства соединений металлов.
Экспериментальные задачи на получение и распознавание веществ.
Экспериментальное установление генетических связей между классами неорганических соединений.
Вычисление массовой доли химического элемента в соединении.
Установление простейшей формулы вещества по массовым долям химических элементов.
Расчет объемных отношений газов при химических реакциях.
Вычисление массы веществ или объема газов по известному количеству вещества одного из вступивших в реакцию или получающихся веществ.
Расчет теплового эффекта по данным о количестве одного из участвующих в реакции веществ и выделившейся (поглощенной) теплоты.
Вычисления по уравнениям, когда одно из веществ взято в виде раствора определенной концентрации.
Вычисления по уравнениям, когда одно или несколько веществ взяты в избытке.
Вычисление массы или объема продукта реакции по известной массе или объему исходного вещества, содержащего примеси.
Определение выхода продукта реакции от теоретически возможного.
Расчет энтальпии реакции.
Расчет изменения энтропии в химическом процессе.
Расчет изменения энергии Гиббса реакции.
Расчет массы или объема растворенного вещества и растворителя для приготовления определенной массы или объема раствора с заданной концентрацией (массовой, молярной, моляльной).
1.2 Опорные конспекты, схемы и таблицы по теме «Халькогены»
В целях интенсификации процесса обучения в ходе проведения лекции по теме учителем совместно с учащимися составляются опорные конспекты. [4]
ЭЛЕМЕНТЫ ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ VI ГРУППЫ (халькогены)
Строение внешнего энергетического слоя атомов элементов этой подгруппы следующее:
Se, Те, Ро - (n - 1)d10, ns2, np4.
В общем виде ns2, np4.
При переходе в возбужденное состояние у всех атомов халькогенов (кроме кислорода) может увеличиваться число неспаренных электронов за счет перехода электронов с ns- и nр- подуровней на свободный nd-подуровень. При этом проявляются следующие валентные состояния.
· Валентность, равная IV.
· Валентность, равная VI.
Электронная формула серы 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3р4
Электронно-графическая формула внешнего электронного слоя:
При переходе в возбужденное состояние происходит переход по одному электрону с 3s- и 3р-орбиталей на свободную 3d-орбиталь:
В связи с этим у серы возможны проявления II, IV, VI валентностей. Возможные степени окисления -2, 0, +2, +4, +6.
Например: H2S-2 S0 S+2O S+4O2 S+6O3
Таблица 1. Химические свойства серы
Описание и уравнения реакций
Взаимодействие с простыми веществами
Сера, как окислитель
При реакциях с металлами, водородом, неметаллами, имеющими меньшую электроотрицательность, чем сера:
Сера, как восстановитель
Реакции с кислородом, галогенами
С кислородом сера образует и двухвалентный оксид - неустойчивое соединение, разлагающееся и при комнатной температуре: 2S + O2 2SO
Взаимодействие со сложными веществами
Взаимодействие с кислотами-окислителями
С растворами щелочей
· Горячая вулканизация. Смесь из латекса, серы и других веществ (наполнители, красители) нагревают, одновременно формуя из этой смеси необходимые изделия.
· Холодная вулканизация. Сформованное изделие из латекса продолжительное время выдерживают в растворе серы в сероуглероде.
Таблица 2. Получение серной кислоты контактным способом
Обжиг пирита и получение оксида серы (IV)
Окисление SO2 в SO3 в присутствии катализатора (V2O5)
Растворение SО3 в серной кислоте и получение олеума
Олеум используют для получения серной кислоты любой концентрации, разбавляя его в воде. Олеум перевозят в железных цистернах. H2SO4 nSO3 + nH2O (n - l)H2SO4
Описание и уравнения реакций
Реакции разбавленной серной кислоты
С металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода
Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2
С оксидами металлов
H2SO4 + MgO MgSO4 + H2O
С солями более слабых и более летучих кислот
H2SO4 + BaCl3 BaSO4 + 2HCl
H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O
2NH3 + H2SO4 (NH4)2SО4
Реакции концентрированной серной кислоты
Взаимодействие с неактивными металлами
H2SO4 + Cu CuSO4 + SO2 + 2H2O
2H2SO4 + Hg HgSO4 + SO2 + 2H2O
Следует помнить, что, так как в концентрированной серной кислоте окислителем является анион SO42-, а не катион Н+, то водород не выделяется.
Взаимодействие с активными металлами
Активные металлы восстанавливают серную кислоту до H2S: 4Mg + H2SO4 4MgSO4 + H2S + 4H2O
Взаимодействие с менее активными металлами
2H2SO4 + Zn ZnSO4 + SO2 + 2H2O
В зависимости от концентрации могут образовываться и другие продукты реакции, например: S или Н2S.