Управление образования МО Ковылкино Муниципальное общеобразовательное учреждение «Ковылкинская средняя общеобразовательная школа № 2» Межрайонный семинар учителей химии МО Ковылкино, МО Краснослободск «Взаимодействие азотной кислоты с металлами». (системно-деятельностный подход) 9 класс Учитель химии: Шубина Н.П. г. Ковылкино 2005 г. Цель урока: Ознакомить учащихся с окислительно-восстановительными свойствами азотной кислоты на примере взаимодействия ее с металлами. Развивать исследовательские навыки учащихся, формировать системное мышление. Развивать умения решения расчетных задач на выход продукта реакции. Закреплять навыки в написании уравнений окислительновосстановительных реакций. Оборудование: 5 % раствор соляной кислоты, азотной кислоты ( конц.), цинк ( гранулы ); раствор гидроксида натрия, лакмусовая бумага, стаканчик с водой. Штатив – с 6 пробирками, спиртовка, спички, держатель для пробирок, стеклянная палочка, 2 листа синей бумаги. ( Опыты проводятся демонстрационно, необходимо их проводить под тягой ). При работе с концентрированной азотной кислотой соблюдать правила техники безопасности Ход урока I. Решение задачи: Вычислите объем водорода, полученного при взаимодействии алюминия массой 270 мг. с раствором соляной кислоты, если объемная доля выхода водорода равна 80 %. Дано: m (Al) = 270 мг. М= m ; = Vпр Vт Решение: ; V =V ; m 270 мг. (H ) = 0,8 2 хм 2 Аl + 6 H Cl М = 27 мг/м моль V (H ) - ? пр 2 - 1- 2 Al Cl + 3H 3 2 V = 22, 4 мл/моль m 1. Найти (Аl) : (Аl) = т = 270 = 10 ммоль М 27 2. Найти ( H ) : (Н = 3 ; (H ) = ( АС ) * 3 = 2 2) ( АС ) 2 2 2 10 * 3 =15 2 ммоль; 3. Найти V (H ): V (H ) = * V m = 0,8 * 336 = 268,8 мл. пр пр 2 2 Ответ: V (H ) = 268,8 мл. пр 2 Итак, при взаимодействии соляной кислоты с алюминием выделяется 268,8 мл. водорода. Какие вещества образуются при взаимодействии соляной кислоты с медью? -- Соляная кислота с медью не взаимодействует. Эта кислота не окислитель и взаимодействует только с металлами, находящимися в ряду напряжений до водорода. Сегодня мы с вами изучим, каким образом азотная кислота взаимодействует с металлами. II. Изучение нового материала 1.Проблемный опыт: « Восстановление азотной кислоты водородом » Цель опыта: поставить проблему, вместе с учащимися разрешить ее, для предотвращения ошибок в написании уравнений реакций взаимодействия металлов с азотной кислотой. Выполнение опыта: ( тяга !) В 2 пробирки с соляной кислотой поместить по 2 гранулы цинка. После того как начнется реакция с выделением водорода, в одну пробирку добавить 1-2 капли концентрированной азотной кислоты. Учащиеся наблюдают, что выделение водорода в этой пробирке практически прекращается, но затем через некоторое время возобновляется. Обсуждение опыта и выводы: Эксперимент очень убедительно доказывает, что водород не только не только не выделяется из азотной кислоты, но и прекращает выделяться из соляной кислоты, если в растворе одновременно присутствует азотная кислота. Почему это происходит? ( такой результат опыта кажется учащимся непонятным, ставит перед ними проблему ). С помощью вопросов учителя учащиеся выдвигают предположения (гипотезы), объясняющие этот, на первый взгляд, необычный факт. Водород выделяется при взаимодействии цинка с соляной кислотой? ( Да) Куда он девается? (перестает выделяться) На что затрачивается? ( на восстановление азотной кислоты) Выделяется сразу молекулярный водород или атомарный? (Атомарный). Окислительными или восстановительными свойствами обладает атомарный водород? (восстановительными). Азотная кислота? (окислительными). Почему? ( N азот в степени окисления + 5 может только присоединять электроны, восстанавливаясь, поэтому азотная кислота – окислитель). Следовательно, водород восстанавливает азотную кислоту, учащиеся записывают уравнение реакции: 5 +5 + -3 H NO + 8 H NH +3H O образовался аммиак, почему мы не видим его выделения? Образовавшийся аммиак реагирует с соляной кислотой: N H + HCl NH Cl 3 3 3 2 4 поэтому выделение газа не происходит. Как доказать, что наше исследование верное? В растворе присутствуют ионы N H . Докажите, наличие ионов аммония в растворе. 4 -3 - Опыт 2: В чистую пробирку налить 1 мл. раствора, из пробирки №2 добавить щелочи и нагреть. К отверстию пробирки поднести при выделении газа смоченную лакмусовую бумагу, она синеет. Аммиак взаимодействует с азотной кислотой? Да. Следовательно, при восстановлении азотной кислоты цинком образуется нитрат аммония. Запишем уравнение реакции взаимодействия цинка с сильно разбавленной азотной кислотой: +5 +2 4 Zn + 10 HNO -3 4 Zn (NO ) + NH NO + 3 H O 0 3 3 2 3 4 2 разб _ Zn - 2 е _ N +8е Zn 0 5 N 4 о-ния; Zn - в-тель; 2 0 1 в-ния; N - о-тель; 3 5 Вывод: Водород не выделяется из азотной кислоты при взаимодействии с металлами, а так же из растворов других кислот в присутствии азотной кислоты, потому, что расходуется на восстановление азотной кислоты. Почему возобновляется выделение водорода? Возобновление выделения водорода происходит потому, что восстановилась вся азотная кислота ( продолжается реакция цинка с соляной кислотой ). При таком подходе к эксперименту учащиеся допускают значительно меньше ошибок в записи уравнений реакций с участием азотной кислоты. 2. Продукты восстановления азотной кислоты. а) Исследуйте, всегда ли при взаимодействии азотной кислоты с металлами выделяется аммиак или соли аммония? Опыт 3: В пробирку с таблеткой цинка добавляется концентрированная азотная кислота 3-4 капли. Энергично выделяется бурый газ. +5 +2 4 H NO + Zn +4 Zn ( NO ) + 2 NO 0 3 3 2 +2H O 2 2 конц. _ N + 1е _ Zn - 2 е 5 0 N 4 Zn 2 2 в-ния, N - о-тель; 5 1 о-ния, Zn - в-тель; 0 -4- б) Работа по мини-справочнику: Работая по мини-справочнику, мы с вами должны выяснить, есть ли какая-либо закономерность между продуктами восстановления азотной кислоты и условиями протекания химических реакций. Работа по мини-справочнику: « Взаимодействие кислот с металлами » идет по строчкам, уравнения реакций учащиеся записывают на доске. Концентрированная HNO : -- HNO + Au, Pt, Jr, Rh, Ta 3 3 конц ирридий -- HNO + 3 щелочн щелочнозем. родий тантал N O + нитрат + H O Mе 2 2 Ме в max.с.о. конц. +5 +1 10 HNO + 8 Na +1 8 Na NO + N O + 5 H O 0 3 3 2 2 конц. _ 5 2N 0 Na 2 N +8 e _ Na – 1 e 1 1 1 в-ния; N 5 = о-тель 8 о-ния; Na - в-тель 0 Концентрированная азотная кислота образует с остальными металлами NO бурый газ с резким запахом, мы это наблюдали при взаимодействии конц. HNO с цинком. С помощью мини-справочника выясним, какие продукты образуются при восстановлении разбавленной кислоты металлами: 2 3 -- HNO не реагирует с теми же металлами 3 разб. -- HNO + 3 щелочн. щелочн. Ме NH + нитрат + H O 3 разб. 2 Ме в max.с.о -5- +5 0 +1 9 HNO + 8 Na -3 8 Na NO + NH + 3 H O 3 3 3 2 разб. _ N +8e _ Na - 1 e 5 N Na 0 1 в-ния; N - о-тель 3 5 8 о-ния; K - в-тель 1 0 Азот восстанавливается до минимальной степени окисления. HNO + остальные продукты + нитр. Ме + H O 3 разб. 2 разнооб . Ме +5 0 в max с.о. +3 0 36 H NO + 10 Fe ___ 10 Fe (NO ) + 3 N + 18 H O 3 3 3 2 2 разб. _ 2 N + 10 e _ Fe - 3 e 5 0 0 N 3 в-ния; 2 Fe N 5 - о-тель; 10 о-ния; Fe – в-тель; 3 Продукты разнообразны, поэтому можно написать разные варианты уравнений. NO + нитрат + H O HNO + Me 3 разб. 2 после H +5 0 8 HNO + 3 Cu 3 Me в max с.о. +2 +2 3 Cu (NO ) + 2 NO + 4 H O 3 2 2 разб. N 5 +3e _ Сu - 2 e 0 N 2 в-ния; N 2 Cu 2 - 6- 5 -- о-тель 3 о-ния; Cu -- в-тель 0 Давайте постараемся вывести какую-либо закономерность между активностью металла и степенью окисления азота, до которого восстанавливается азотная кислота. ( Работа по мини-справочнику). Учащиеся работают по мини-справочнику и заполняют таблицу вместе с учителем на доске (учащиеся в тетрадях). к-ты щелочные щелочнозем. +1 HNO (конц.) HNO -3 ( разб.) NO 3 2 3 2 +2 2 3 4 NO 2 NO; NO ; N ; NH ( NH NO ) NH (NH NO ) Au, Pt, Jr, Rh, Ta +4 NO 2 3 Ме после Н +4 N O 3 Ме до H реакция не идет Ме 4 3 Вывод: Чем более активен металл, тем меньше степень окисления N в продукте. Найдите зависимость степени окисления азота в продукте реакции от концентрации азотной кислоты. ( работа по таблице, по строчкам, если HNO конц. с.о. N положительно, если HNO разб. то с. о. N есть и отрицательная). 3 3 Вывод: Чем больше концентрация HNO , тем больше степень окисления азота в продукте. Мы выяснили, что азотная кислота – кислота-окислитель. Кислоты окислители в водном растворе вступают в реакцию почти со всеми металлами, исключение Au + золото; Pt – платина; Jr – иридий, Rh – радий; Ta – тантал. В качестве окислителя выступает анион кислотного остатка ( NO ), при этом образуется соль металла высшей степени окисления, вода и какой-либо продукт восстановления HNO ? , но не водород. 3 3 3 - 7- Каким образом перевозят азотную кислоту? Концентрированная азотная кислота пассивирует железо и алюминий. Железо и алюминий покрываются прочной оксидной пленкой, предохраняющей металл от дальнейшего окисления. Поэтому азотную кислоту, так же как и серную перевозят в стальных и алюминиевых цистернах. Задание на дом: § 26 задача № 6. Напишите уравнения реакций взаимодействия концентрированной и разбавленной азотной кислоты с металлами: I ряд – серебром II ряд – калием III ряд - магнием Разберите эти реакции как окислительно-восстановительные. - 8-