Учащиеся: следовательно, газ выделяется.
2) является ли добавленный в пробирку 2 оксид марганца (IV) реагентом в данной реакции?
Ученики: обращают внимание, что после окончания реакции во 2 пробирке, остался черный порошок оксида марганца (IV). Следовательно – это не реагент.
Учитель: Используемое нами вещество – оксида марганца (IV) – это катализатор. Поскольку, катализаторы – это вещества, которые изменяют скорость химической реакции, но сами в ходе этого не расходуются. Катализаторы бывают положительные (увеличивают скорость химической реакции) и отрицательные – ингибиторы (уменьшают скорость химической реакции). катализаторы способны изменять природу реагирующего вещества (его энергию активации).
Вывод по занятиям 1 и 2:
Учитель: Давайте подведем итоги и сделаем выводы. От чего будет зависеть скорость химической реакции?
Учащиеся:
- от природы реагирующих веществ;
- от их концентрации;
- от температуры реакции;
- от площади соприкосновения реагирующих веществ;
- от катализатора.
Занятие №3. Тема: Химические свойства металлов
Приведённые ниже опыты проводились при объяснении нового материала и/или при обобщении в изучении темы 2. «Металлы» у учеников 9-х классов (см. тематическое планирование для 9 класса, уроки 12, 24). Использовался теоретический материал учебника 9 класса О. С. Габриеляна Химия-9 [10], методическое пособие для учителя [9], настольная книга для учителя [6].
Цель работы: изучить особенности взаимодействия разных металлов с водой, с кислотами и с солями.
Форма проведения эксперимента: фронтальная (демонстрационный эксперимент при объяснении нового материала).
Учитель: Назовите основное химическое свойство металлов – простых веществ.
Учащиеся: Металлы являются восстановителями, т. к. их атомы легко отдают электроны, превращаясь при этом в положительно заряженные ионы – катионы.
Учитель: (запись на доске)
М0 – nē → М n+
(восстановитель, окисляется)
Для того чтобы прошла реакция, которая записана на доске, необходимо наличие окислителя. Давайте вспомним, какие вещества могут быть окислителями?
Учащиеся: (при обсуждении выявляется список веществ реагирующих с металлами):
- неметаллы: О2, Hal2, S, H2 и др.
- Н2О;
- кислоты;
- соли.
Опыт №1. Взаимодействие активных металлов с водой и демонстрация образцов металлов – простых веществ
Реактивы и оборудование: Аl (гранулы), Na, фенолфталеин; кристаллизатор.
Ход работы:
Учитель: Проведем опыт. Для опыта возьмём образцы двух активных металлов (см. Ряд активности металлов): Аl (гранулы) и Na. В кристаллизатор с водой прильем 2-5 капель фенолфталеина и поместим небольшой, очищенный (скальпелем) от перекиси и предварительно подсушенный (сухой фильтровальной бумагой) от керосина кусочек Na, а в пробирку с водой поместим гранулу алюминия.
Наблюдения:
· натрий «бегает» по поверхности воды и быстро реагирует с ней, полностью исчезнув, а вода окрашивается в розовато-малиновый цвет;
· в пробирке с алюминием признаков реакции не наблюдаем.
Уравнения реакций:
2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2 ↑
Алюминий, будучи достаточно активным металлом, также должен вступать в реакцию с водой по уравнению: 2Аl + 6Н2О → 2Аl(OH)3 + 3H2 ↑, однако признаков реакции мы не наблюдаем.
Проблема: алюминий – активный металл при н.у. не показывает признаков реакции взаимодействия с водой?
Обсуждение:
Учитель демонстрирует учащимся образцы некоторых щелочных, щелочноземельных и амфотерных металлов. Учащиеся наблюдают, что одни металлы хранятся при обычных условиях (Аl, Zn, Fe), другие в стеклянной банке под слоем керосина (Na, Ca, К).
Учащиеся: Исходя из их химических свойств, одни металлы более активны, а другие – менее. Щелочные и щелочноземельные металлы самые активные и легко взаимодействуют с кислородом воздуха, поэтому хранят под слоем керосина. А другие менее активные они взаимодействуют с кислородом только при нагревании, поэтому могут храниться при обычных условиях.
Учитель: почему сегодня алюминиевая посуда рекомендуется только для хранения холодных продуктов, а использование её для нагревания нежелательно.
Учащиеся: при нагревании происходит химический процесс: 2Аl + 6Н2О → 2Аl(OH)3 + 3H2 ↑, ионы алюминия переходят в раствор, и их присутствие нежелательно для пищевых блюд.
Учитель: таким образом, алюминий при н.у. защищён оксидной плёнкой Al2O3. Именно эта оксидная плёнка предохраняет алюминий от активного взаимодействия с водой при н.у., если же она будет удалена, то алюминий будет энергично реагировать с водой.
Опыт №2. Взаимодействие металлов с кислотами
Реактивы и оборудование: Аl (гранулы), , Zn(гранулы), 40%-ый раствор НCl,; пробирки.
Ход работы:
В две пронумерованные пробирки нальем 3 мл 40%-го раствора НCl, 2-3 капли фенолфталеина и поместим в каждую гранулы Zn и алюминия, соответственно. В маленький кристаллизатор нальём небольшое количество (примерно 2 см в высоту) 40%-го раствора НCl.
Наблюдения:
- в пробирке с цинком: реакция сразу идёт бурно, с выделением газа, изменения окраски фенолфталеина не происходит
2HCl + Zn → ZnCl2 + H2↑
- в пробирке с алюминием: сначала не наблюдаем признаков реакции, а затем реакция идёт бурно, с выделением газа выделением газа, изменения окраски фенолфталеина не происходит
6HCl + 2Al → 2AlCl3 + 3H2↑
Проблема: все взятые металлы активны, однако они по-разному реагируют с водой?
В частности, алюминий и цинк? Оба металла находятся в раду активности рядом, значения их стандартных электродных потенциалов очень близки по значению Е0(Аl) = – 1,66, Е0(Zn) = – 0,76.
Обсуждение:
Учащиеся: пользуясь результатами опыта № 1, делают вывод, что отсроченное во времени выделение пузырьков газа на поверхности алюминия связано с присутствием на его поверхности более прочной оксидной плёнки.
Учитель: следовательно, прочность оксидной плёнки позволяет защищать алюминий не только при его взаимодействии с водой, но и при взаимодействие с сильными кислотами. Можно привести в пример опыт с нагреванием алюминиевой проволоки в пламени газовой горелки (алюминий плавится внутри капсулы, стенки которой образованы Al2O3 и предупреждают стекание алюминия).
Вывод по опыту:согласно ряду напряжения металлов, металлы, стоящие до водорода будут вытеснять его из раствора кислот (исключение: щелочные и щелочно-земельные металлы: они реагируют с водой, растворяющей кислоты).
Опыт №4. Взаимодействие металлов с растворами солей
Реактивы и оборудование:Zn (гранулы), Fe (железный гвоздь), Сu (восстановленная), 40%-ый раствор сульфата железа (II), 5 %-ый раствор СuSO4, 40%-ый раствор сульфата (хлорида) железа (III), 10 % раствор сульфата (хлорида) цинка, раствор хлорида (сульфата) железа (Ш), пробирка с налетом серебра; пробирки.
Ход опыта:
В пробирку № 1 прильём раствор медного купороса (раствор СuSO4·5Н2О) объёмом 5 мл и добавим кусочек железа (железный гвоздь).
В пробирку № 2 прильём раствор сульфата железа (II) и добавим восстановленную медь.
В пробирку № 3 прильём раствор медного купороса (раствор СuSO4·5Н2О) объёмом 5 мл и добавим гранулу цинка.
В пробирку № 4 прильём раствор сульфата (хлорида) цинка объёмом 5 мл и добавим восстановленную медь.
В пробирку № 5 прильём раствор сульфата (хлорида) железа (III) и добавим порошок восстановленной меди.
Наблюдения (запись уравнений реакций на доске):
В пробирке № 1: СuSO4 + Fe → Сu + FeSO4: красно-рыжий налет на кусочке Fe.
В пробирке № 2: FeSO4 + Cu: ничего не происходит.
В пробирке № 3: СuSO4 + Zn → Сu + ZnSO4: красно-рыжий налет на кусочке Zn.
В пробирке № 4: ZnSO4 + Cu: ничего не происходит.
В пробирке № 5: Fe2(SO4)3 + Cu: медь растворяется, появляется зеленовато-голубоватое окрашивание раствора.
Учитель: известно, что металлы реагируют с растворами солей с выделением металла, входящего в состав соли и соли металла, используемого в ходе работы, по схеме: Ме + Ме*А → Ме* + МеА.
Проблема: Все предложенные опыты – это опыты с использованием металла и соли другого металла, однако не все результаты опытов вписываются в схему Ме + Ме*А → Ме* + МеА. Почему?
Учитель: какая характеристика вещества является определяющей для его способности вступать во взаимодействие с другим веществом?
Ученик: природа реагирующего вещества.
Учитель: определяющим в природе металла является его активность. Обратимся к ряду активности металлов
Учащиеся: медь располагается правее цинка и железа.
Учитель: в реакции № 2 и № 4 с использованием меди простого вещества действительно не было наглядных признаков реакции. А в реакциях соли меди с железом и цинком простыми веществами (пробирки № 1 и № 3) реакции проходили. Вывод: медь – это менее активный металл, чем железо и цинк. Таким образом, металлы расположены в ряду активности слева направо в порядке уменьшения их активности.
Проблема: В пробирке № 5: Fe2(SO4)3 + Cu: медь растворяется, появляется зеленовато-голубоватое окрашивание раствора.
Учитель: при проведении реакции № 2 мы показали, что медь это менее активный металл, чем железо, и она не способна вытеснять железо из раствора его соли. Однако в пробирке № 5 мы отметили признаки реакций. В чём отличие использованных для реакции № 2 и № 5 солей?
Учащиеся: для реакции № 2 была взята соль железа (II), а для реакции № 5 – соль железа (III).
Учитель: таким образом, соли железа (III), в отличие от солей железа (II), способны вступать во взаимодействие с менее активными металлами. Предположим, что растворение меди происходит вследствие проявления ионами трехвалентного железа окислительных свойств,