Міністерство освіти і науки України
Чернігівський національний педагогічний університет
імені Т.Г. Шевченка
Хіміко-біологічний факультет
Кафедра хімії
Курсова робота
студентка 2-го курсу
хіміко-біологічного факультету
групи № 21
Железняк Т. М.
Науковий керівник:
асистент кафедри хімії
Ходаченко О. М.
Чернігів – 2010
ЗМІСТ
ВСТУП…………………………………………………………………………….3
РОЗДІЛ 1. Загальна характеристика азоту…………………………………..4
1.1 Історія відкриття нітрогену………………………………………....4
1.2 Поширення нітрогену в природі…………………………………....5
1.3 Фізичні властивості нітрогену……………………………………...6
1.4 Шляхи одержання азоту…………………………………………….6
РОЗДІЛ 2.Хімічні властивості нітрогену…………………………………....7
2.1 Гідрогенвмісні сполуки азоту……………………………………....8
2.2 Оксигенвмісні сполуки азоту……………………………………...14
2.3 Сполуки з неметалами……………………………………………..20
2.4 Сполуки з металами………………………………………………..21
РОЗДІЛ 3. Методична частина……………………………………………….22
3.1 Місце обраної теми в шкільному курсі хімії……………………..22
3.2 Плани-конспекти уроків…………………………………………...22
ВИСНОВОК……………………………………………………………………..34
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ……………………………….35
ДОДАТКИ……………………………………………………………………….36
ВСТУП.
Область застосування азоту дуже велика – виробництво добрив, вибухових речовин, нашатирного спирту, який використовують у медицині. Азотні добрива є найбільш цінними. До таких добрив відноситься аміачна селітра, сечовина, аміак, натрієва селітра. Азот є невід'ємною частиною білкових молекул, тому він і необхідний рослинам для нормального росту та розвитку. Така важлива сполука азоту з воднем, як аміак, використовується в холодильних установках, аміак, циркулюючи по замкнутій системі труб, при своєму випаровуванні віднімає велику кількість теплоти. Калійна селітра йде на виробництво димного пороху, а порох використовують в мисливській зброї, для розвідки рудних копалин, що залягають під землею. Увесь димний порох отримують з піроксиліну – складного ефіру целюлози та азотної кислоти. Органічні вибухові речовини на основі азоту використовують для прокладання тунелів у горах (тротил, нітрогліцерин).
З огляду на дуже важливе значення азоту в природі та житті людини обрана мною тема є актуальною і займає значне місце в шкільному курсі хімії.
Метою даної роботи було визначення місця теми ²Азот² в шкільному курсі хімії та запропонувати сучасну розробку уроку з обраної теми.
Завданнями роботи є:
- використовуючи літературні джерела узагальнити та систематизувати відомості про нітроген та його сполуки;
- визначити місце теми ²Азот² в програмі курсу хімії для ЗОШ та для класів з поглибленим вивченням хімії;
- запропонувати розробку уроку з обраної теми в межах програми шкільного курсу хімії.
РОЗДІЛ 1.Загальна характеристика азоту.
1.1. Історія відкриття нітрогену.
Вперше азот був більш-менш вивчений Даніелем Резерфордом. Виконуючи завдання свого вчителя Д. Блека, який відкрив взаємодію двоокису вуглецю з вапняною водою, Д. Резерфорд дослідив, якої зміни зазнає повітря, після того, як в ньому жила і загинула жива істота. Відповідь на це питання свідчила: дихання тварин не тільки перетворює здорове повітря в «фіксоване повітря» (на двоокис вуглецю), але після того, як фіксується порція поглинена розчином їдкого калі, частина, що залишається, хоча і не викликає осаду з розчином гашеного вапна, гасить полум'я і губить життя. Така перша характеристика азоту, складається тільки з негативних ознак: азот протиставляється двоокису вуглецю, подібний з ним по негативних ознаках (обидва гази не підтримують горіння і дихання). Майже одночасно азот був ізольований і вивчений двома іншими видатними вченими Г. Кавендіш і К. Шеєле, обидва вони на відміну від Д. Резерфорда зрозуміли, що азот – це лише виділена з повітря, заздалегідь присутня в ньому, його складова частина. Особливо примітне повідомлення Г. Кавендіша, знайдене в його неопублікованих рукописах з позначкою: «надіслано Прістлі». «Я переводив звичайне повітря з однієї посудини через жар у іншу, потім через палаюче вугілля – до наступної посудини, поглинаючи щоразу утворене фіксоване повітря (вуглекислий газ) вапном. Виявилося, що питома вага отриманого газу лише трохи відрізняються від питомої ваги звичайного повітря: з обох газів азот дещо легше повітря. Він гасить полум'я і робить звичайне повітря нездатним порушувати горіння, так само як і фіксоване повітря (CO2), але в меншій мірі ». Залишалося тільки дати новому газу назву. Ніхто в ті часи не надавав такого значення номенклатурі, як А. Лавуазьє, і ніхто не зробив (вдруге) такої грубої номенклатурної помилки, як присвоєння азоту його імені «мертвий». Це найменування все ж закріпилося за азотом у французькій і російській літературі, в англосаксонських країнах вважали за краще для азоту назву Nitrogen - «що породжує селітру», німці ж дали азоту назву Stickstoff - «задушлива матерія» [1].
1.2. Поширення нітрогену в природі.
Серед всіх елементів, що утворюють земну кулю, один азот (якщо не вважати інертних газів) ніби уникає утворювати хімічні сполуки і входить до складу земної кулі переважно у вільному вигляді. А так як азот у вільному стані – газ, основна його маса зосереджена в газовій оболонці тієї складної хімічної системи, яка представляє собою земну кулю, – в його атмосфері. Вміст азоту в земній корі у вигляді сполук становить 0,01 масової частки, %. Атмосфера більш ніж на 75 масових часток, % складається з газоподібного азоту, що дорівнює ~ 4*1015 т. Зв'язаний азот утворює мінерали у формі нітратів: чилійська NaNO3, індійська KNO3 і норвезька Ca(NO3) 2 селітри. Азот у формі складних органічних похідних входить до складу білків, у зв'язаному вигляді міститься в нафті (до 1,5 масової частки, %), кам'яному вугіллі (до 2,5 масової частки, %).
Молекула N2 є найбільш стійкою формою його існування, чим обумовлена так звана проблема зв'язаного азоту. Поглинання зв'язаного азоту рослинами і тваринами призводить до збіднення навколишнього середовища сполуками азоту. Цей дефіцит повинен компенсуватися штучним шляхом, оскільки природне поповнення запасів зв'язаного азоту (грози, діяльність азотобактерій і т. п.) не компенсує його втрати. Виключне значення у вирішенні проблеми зв'язаного азоту мають дві реакції: синтез аміаку і його каталітичне окислення [2].
1.3. Фізичні властивості нітрогену.
Азот – газ без кольору і запаху. Точка кипіння рідкого азоту -195,8°С, точка плавлення твердого азоту -210,5 °С. Твердий азот виходить у вигляді порошку і у вигляді льоду. Азот погано розчинний у воді і органічних розчинниках. В 1 л води при 0°С розчиняється лише 23,6 см3 азоту. 1 л азоту при нормальних умовах важить 1,2505 г [1].
1.4. Шляхи одержання азоту.
У техніці азот отримують фракційною перегонкою рідкого повітря. При цьому в першу чергу відганяються найбільш летючі речовини – азот і благородні гази. Останні не заважають у разі застосування азоту для створення інертного середовища в хімічних і інших виробництвах. Від домішків кисню (кілька відсотків) азот звільняють хімічно, пропускаючи його через систему з нагрітою міддю. При цьому практично весь кисень зв'язується в CuO.
У лабораторії азот одержують нагріванням суміші міцних розчинів хлориду амонію і нітриту натрію:
NH4Cl + NaNO2 = N2 + 2H2O + NaCl;
або розкладанням нітриту амонію при нагріванні:
NH4NO2 = N2 + 2H2O.
Найбільш чистий азот виходить при термічному розкладі азидів металів, наприклад:
2NaN3 = 2Na + 3N2[3].
РОЗДІЛ 2. Хімічні властивості нітрогену.
Азот перебуває у верхньому правому куті періодичної системи, в якому зосереджені неметали з найбільшою спорідненістю до електрона. Тому він повинен бути мало схильним виступати як електропозитивний елемент, а як елемент електронегативний повинен поступатися в хімічній активності тільки деяким неметалам, в першу чергу правіше стоячим від нього кисню і фтору.
У атома азоту на один електрон більше, ніж у атома вуглецю; згідно з правилом Гунда, цей електрон займає останню вакантну 2р-орбіталь. Атом азоту в збудженому стані характеризується трьома виродженими 2р-електронами при наявності двох спарених електронів на 2s-орбіталі. Три неспарених електрона на 2р-орбіталі, перш за все, відповідальні за триковалентність азоту. Саме тому характерною летючою водневою сполукою є аміак, в якому атом азоту утворює три ковалентні зв'язки за обмінним механізмом з трьома атомами водню. У азоту немає можливості переходу електронів в збуджений стан, так як найближчі орбіталі при n = 3 занадто високі по енергії. Тому максимальна валентність азоту дорівнює чотирьом. При цьому три ковалентні зв'язки можуть бути утворені за обмінним механізмом, а один – за донорно-акцепторним. Проте азот в стані N+ може утворювати всі чотири зв'язки за обмінним механізмом. Азот виявляє велику різноманітність ступенів окислення: -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4 і 5. Найчастіше зустрічаються похідні від ступенів окислення -3, 5 і 3 (NH3, HNO3 і NaNO2).
Тим часом хімічна характеристика азоту, як і історично перші повідомлення про нього, завжди починається не з позитивних ознак, а з негативних: з підкреслення його хімічної інертності. Перша причина хімічної інертності азоту за звичайних умов – особливо міцне зчеплення його атомів в молекулі N2.