Методическая разработка урока по технологии "Развитие критического мышления"
методическая разработка по химии (8 класс) по теме

Тема урока:

«Воздух и его состав»

(урок по технологии

 «Развитие критического мышления»)

Мотивация и целеполагание:

Изучая растворимость двуокиси углерода (оксида углерода IV – CO2) в воде,  Джозеф Пристли получил жидкость, которую мы сегодня называем содовой водой. (Налить в стакан и сделать глоток – можно на каждом столе поставить стаканчики и бутылочки). Напиток ему очень понравился, и не только ему. Содовая вода пришлась по вкусу членам Королевского общества, от которого Пристли получил за своё открытие золотую медаль. Это событие в значительной степени повлияло на решение Пристли посвятить себя изучению газов.

Задачи:

- познакомиться с составом воздуха, заострить внимание учащихся на важнейшей

  составляющей части воздуха – кислороде, его значении, получении из воздуха

- осуществить контроль ранее изученного учебного материала;

-  закрепить умение работать с текстом

-воспитывать у учащихся такие личностные качества, как сосредоточенность,

 наблюдательность, умение работать в группе, высказывать свою точку зрения и

 аргументировать её

- развивать самостоятельность мышления, память, умение сравнивать и обобщать

I. Актуализация  знаний

1. Можно  ли считать воздух чистым веществом?
2. Что такое смесь?
3. Какой газ преобладает в атмосфере?

II. Игра «Как ты думаешь» (С. Уолтер, К.  Мередит)

Подготовка:  игровые поля, карточки, тексты для учащихся, магниты проверки для большого игрового поля

I.  Стадия «Вызова» технологии «Развития критического мышления»

1. Класс делиться на 5 команд (рабочих групп), раздаются игровые поля.
2. Выбирается 1 ученик, раздающий карточки-карты.
3. Каждый ученик самостоятельно принимает решение, на какое поле кладётся карточка «Верю», «Не верю», «Сомневаюсь».
4. Обсуждается в группе правильность суждения.
5. Результаты работы в группе оглашается на общей доске-игровом поле магнитами с номерами пяти цветов.

II. Стадия «Реализация смысла»

1. Раздается текст, происходит сопоставление текста и карточек.
2. Переосмысливаются варианты раскладывания карточек.
3. Принимается новое решение.

III стадия « Рефлексия»

1. Обсуждение
2. Контроль усвоения знаний через тест «Блиц-опрос» или
3. Тест-контроль

III. Подведение итогов и рефлексия

1. Как вы оцениваете уровень усвоения материала?

(пять –рука на локте; четыре – по углом 45 градусов; три – руки сложены вместе)

2. Сравните результаты теста с образцом

(правильные ответы)

3. Если вы усвоили материал плохо, то что , по вашему мнению, помешало усвоить его лучше?

Приложения.

1. Материал для карточки

2.  Текст для учащихся  (без жёлтого выделения, которое помогает учителю проверить работу с вопросами  карточек и текстом)

Состав воздуха. Вопрос о составе воздуха в науке был решен не сразу.
В 1774 г. французский ученый А. Лавуазье доказал, что воздух - это смесь в основном двух газов - азота и кислорода. Он нагревал металлическую ртуть в реторте на жаровне в течение 12 суток. Конец реторты был подведен под колокол, поставленный в сосуд с ртутью. В результате уровень ртути в колоколе поднялся примерно на 1/5. На поверхности ртути в реторте образовалось вещество оранжевого цвета - оксид ртути. Оставшийся под колоколом газ был непригоден для дыхания. Этим опытом было доказано, что в воздухе содержится примерно 4/5 азота и 1/5 кислорода (по объему).
Качественный состав воздуха можно доказать в следующем опыте. Сжигают фосфор в воздухе под колоколом. При этом вода в колоколе поднимается примерно на 1/5, так, как при горении фосфора расходуется только кислород, азот в реакцию не вступает.

В конце XIX в. исследованием было доказано, что в состав воздуха, кроме кислорода и азота, входят еще 5 газообразных простых веществ: гелий He  неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, Ксенон Xe. Долгое время не удалось получить соединения этих элементов. Поэтому их назвали инертными газами. Кроме того, в воздухе содержится оксид углерода(IV) и водяные пары. Примерный состав воздуха показан в таблице.

С каждым годом расширяется область применения благородных газов. Легкость и негорючесть гелия используют при заполнении им воздушных шаров и дирижаблей. В инертной среде аргона производят электросварку легкоокисляющихся металлов. Неоном, аргоном, криптоном и ксеноном заполняют электрические лампочки. Смесь гелия с кислородом применяют для дыхания при подводных работах. Если через разреженные благородные газы пропускать электрический ток, то они излучают свет разной окраски. Например, аргон дает синее свечение, неон - красное. Поэтому их используют для световых реклам и в маяках.

Горение веществ в воздухе. С горением веществ в кислороде вы уже познакомились. При горении веществ в воздухе образуются, как правило, те же продукты, т. е. различные оксиды. Однако горение веществ в воздухе происходит медленнее, чем в кислороде, так как последнего в воздухе содержится 1/5 часть (по объему).
Вам уже известно, что при горении атомы простых веществ соединяются с атомами кислорода и образуются оксиды. Теперь выясним, как происходит горение сложных веществ.
При горении парафиновой свечи в химическом стакане на его стенках появляются капельки воды. А если в стакан налить известковую воду, то она мутнеет, что доказывает наличие оксида углерода (IV). Образование воды и оксида углерода (IV)при горении свечи можно объяснить так. Парафин -это смесь сложных веществ, состоящих из двух элементов - углерода и водорода. Атомы углерода и водорода при горении соединяются с атомами кислорода с образованием оксида углерода (IV) и воды. Таким образом, при горении сложного вещества образуются оксиды тех химических элементов, которые входят в состав сложного вещества.
При составлении уравнений реакций горения сложных веществ рекомендуется придерживаться определенного порядка.
1. Записывают формулы исходных и образующихся веществ:

C6H6+O2->CO2+H2O
2. Уравнивают число атомов элементов, входящих в состав сгоревшего вещества:
C6H6+O2->6CO2+3H2O
3. Если в правой части уравнения получается нечетное число атомов кислорода (в данном случае 15), то все коэффициенты удваиваются, кроме коэффициента перед O2:
2C6H6+O2->12CO2+6H2O
4. В заключение подсчитывают число атомов кислорода в правой части уравнения и ставят коэффициент перед формулой O2:
2C6H6+15O2->12CO2+6H2O
Этим примером расстановки коэффициентов пользуются в тех случаях, если в реакции участвуют газы, молекулы которых состоят из двух атомов, например O2, Cl2, H2 и т. д.

Условия возникновения и прекращения горения, меры по предупреждению пожаров
Для того, чтобы началось горение, необходимо два условия: 1) нагревание горючего вещества до температуры воспламенения; 2) доступ кислорода.
Температура воспламенения веществ различна. Сера и дерево воспламеняются при температуре около270oC, уголь - около 350oC, а белый фосфор - около 40oC.Для прекращения горения следует либо охладить вещество ниже температуры воспламенения, либо прекратить к нему доступ кислорода. При тушении пожара водой создаются оба условия: вода охлаждает горящие предметы, а ее пары затрудняют к ним доступ воздуха. Кроме того, для прекращения доступа воздуха часто используют песок, оксид углерода (IV), который получают в огнетушителях, взрывчатые вещества (при взрыве образуется относительный вакуум и прекращения горение). Этот прием используется при тушении пожаров в случаях горения нефти и ее продуктов.

ВОЗДУХ, смесь газов, которая составляет атмосферу Земли, простирающуюся до высоты 1000–1200 км. До высоты ок. 11 км состав атмосферы остается неизменным. Этот слой называется тропосферой. В нем разыгрывается большинство метеорологических процессов, определяющих погоду. Здесь происходит интенсивная циркуляция воздуха, возникают ветры, бури и ураганы, велика турбулентность. В тропосфере сосредоточены почти весь находящийся в атмосфере водяной пар и почти вся воздушная пыль, а потому именно здесь по большей части происходит образование облаков.

Над тропосферой, простираясь примерно на 50 км, располагается слой стратосферы. Здесь огромные потоки сравнительно спокойного воздуха циркулируют на больших расстояниях без значительных возмущений. В нижней части стратосферы образуются редкие облака, состоящие из мельчайших ледяных кристалликов. Над стратосферой до высоты ок. 80 км простирается мезосфера – слой, в котором достигается самая низкая в естественных условиях температура воздуха, составляющая примерно −110° C (160 К). Далее до высоты ок. 720 км следует слой термосферы. Здесь молекулы воздуха движутся столь быстро, что если бы плотность воздуха была такой же, как и на уровне моря (а не в миллиарды раз меньшей), то его температура была бы близка к 3000° C. Самый верхний слой атмосферы – экзосфера. В ней воздух крайне разрежен и столкновения молекул друг с другом столь редки, что большинство из них движутся по простым баллистическим траекториям, как пуля, а некоторая их часть – по эллиптическим орбитам, подобно искусственным спутникам Земли. Какая-то доля молекул, в основном водорода и гелия, достигает скоростей, при которых возможен выход за пределы действия сил земного тяготения, и рассеивается в пространстве между Землей и Луной. Изо всех разнообразных свойств воздуха важнее всего то, что он необходим для жизни на Земле. Существование людей и животных было бы невозможно без кислорода. Поскольку же для дыхания нужен кислород в разбавленном виде, наличие других газов в воздухе тоже имеет жизненно важное значение. 

Дополнительно

Ректификация. Разделение ожиженного воздуха на составляющие производится в вертикальных цилиндрических аппаратах, называемых ректификационными колоннами. Внутри такой колонны имеется вертикальный ряд горизонтальных «тарелок» с отверстиями, через которые вниз стекает жидкость, а из нижней части колонны поднимается газ, вступая в контакт с жидкостью на тарелках. В установках для выделения с высокой степенью чистоты всех компонентов воздуха предусматривается целый ряд таких колонн. В верхнюю часть каждой колонны вводится жидкость соответствующего состава, а в нижней создаются условия, необходимые для достаточно интенсивного парообразования, так что в колонне происходит постепенное разделение смеси. В условиях нормального атмосферного давления воздух ожижается при температуре около 80 К (−190° C); состав смеси изменяется по сравнению с первоначальным. Если исходный воздух содержит приблизительно 79% азота и 21% кислорода, то в результате естественного кинетического перераспределения в жидкости будет 65% азота и 35% кислорода, а в газе над жидкостью – 87% азота и 13% кислорода. Другие составляющие газы ведут себя точно так же, независимо от соотношения между кислородом и азотом. Как правило, пар над жидкостью обогащен компонентом с более низкой температурой кипения. Соотношение между фазами зависит, конечно, от давления. По мере того как жидкость опускается, а пары поднимаются по ректификационной колонне, концентрации выделяемых компонентов в них повышаются; в конце концов, в нижней части колонны отбирается кислород «товарной» чистоты, в ее верхней части – высококачественный азот, в других точках – аргон и смесь «более редких» газов. Поскольку на воздухоразделительных установках температура, как правило, не опускается ниже точки кипения азота, неон и гелий остаются неожиженными, и их можно несконденсированными выводить в виде смеси с азотом из основной ректификационной колонны. Смеси кислорода с аргоном разделять труднее, чем смеси газов с большой разницей в температурах кипения. На крупных воздухоразделительных установках конденсационно-испарительный процесс для увеличения выхода аргона высокой чистоты дополняется химическим процессом. К смеси кислорода, азота и аргона, отбираемой из криогенной секции системы, добавляется дозированное количество газообразного водорода. Кислород вступает в реакцию с водородом в присутствии палладиевого катализатора, и образуется вода, которая удаляется в осушителях. Остающаяся газообразная смесь аргона и азота вновь охлаждается и направляется на повторную ректификацию. Редкие газы (гелий, неон, криптон и ксенон) окончательно разделяются на комбинированных установках, где конденсационно-испарительный метод сочетается с методом селективной адсорбции. В качестве адсорбента часто применяется активированный уголь, охлажденный до температуры жидкого азота.

Транспортировка и хранение. Кислород, азот и аргон транспортируются и хранятся как в жидком, так и в газообразном виде. Для криогенных жидкостей используются специальные теплоизолированные сосуды. Низкотемпературные газы хранятся под давлением до 17 МПа в стальных баллонах. Редкие газы отпускаются в стеклянных сосудах Дьюара вместимостью 1–2 л; применяются и стальные термосы.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАЗДЕЛЕННЫХ ГАЗОВ

Вряд ли можно найти какой-либо вид промышленной деятельности, где бы не играл значительную роль тот или иной из разделенных газов воздуха. Ниже отмечаются лишь наиболее важные применения.

Кислород. В металлообработке кислород в сочетании с разными топливными газами (ацетиленом, пропаном, природным газом) применяется для резки и сварки сортовой стали высокотемпературным пламенем. Кислородно-ацетиленовое пламя используется для зачистки металлических поверхностей в целях удаления ржавчины и окалины, а также для пайки твердым припоем многих металлов. В металлургии с помощью кислорода в смеси с топливными газами производится огневая зачистка новой стали для удаления дефектов. Для ускорения процессов выплавки стали кислород в больших количествах расходуется в качестве обезуглероживающего и окислительного агента. В связи со все более широким распространением тугоплавких стекол кислород все шире применяется в технике формования стеклянных изделий. В космических ракетах кислород используется как компонент топлива. Из-за недостатка свободного места в таких летательных аппаратах он хранится в жидком виде, но перед подачей в двигатель преобразуется в газ. 

Азот. Благодаря своей относительной инертности азот особенно подходит для защиты продуктов, портящихся (окисляющихся) под воздействием кислорода. В пищевой промышленности к атмосфере азота часто прибегают как к средству предотвращения контакта с кислородом воздуха, способным привести к порче пищевого продукта или к потере естественного запаха. В химической, нефтяной и лакокрасочной промышленности азотная газовая подушка применяется для сохранения чистоты продукта и для предотвращения возгорания и взрыва в ходе технологической обработки. В электронной промышленности газообразным азотом продувают для вытеснения воздуха баллоны электронных ламп и корпуса полупроводниковых приборов перед их завариванием и герметизацией. Азот применяется для создания контролируемой атмосферы при отжиге и термообработке, для продувки расплавленного алюминия в целях удаления растворенного водорода и для очистки вторичного алюминия (скрапа). В электротехнике часто применяется атмосфера азота повышенного давления для поддержания высокого сопротивления изоляции и для увеличения срока службы изоляционных материалов. Пространство для расширения в маслонаполненных трансформаторах обычно заполняют азотом. Жидкий азот широко применяется для охлаждения как в промышленности, так и в научных исследованиях, в частности в экологических тестах.

Аргон. В отличие от азота, который может вступать в реакцию с некоторыми металлами при повышенных температурах, аргон совершенно инертен при любых условиях. Поэтому он применяется для создания защитной атмосферы в производстве таких химически активных металлов, как титан и цирконий. Он служит также защитной средой при дуговой сварке трудносвариваемых металлов и сплавов – алюминия, бронзы, меди, монель-металла и нержавеющих сталей. Аргон хорошо подходит для заполнения (с добавкой азота) ламп накаливания. Обладая низкой теплопроводностью, аргон допускает более высокие температуры нити, что повышает световую отдачу лампы, а его значительная молекулярная масса затрудняет испарение металла из раскаленной вольфрамовой нити. В результате увеличивается срок службы лампы. Аргоном, чистым или в смеси с другими газами, заполняют также люминесцентные лампы, как осветительные (с термокатодом), так и рекламные (с холодным катодом). Кроме того, он применяется в производстве высокочистых полупроводниковых материалов (германия и кремния) для изготовления транзисторов. 

Неон, криптон и ксенон. Все эти три газа обладают повышенной способностью к ионизации, т.е. они становятся электропроводящими при значительно меньших напряжениях, чем большинство других газов. Будучи ионизованы, эти газы, так же как аргон и гелий, испускают яркий свет, каждый своего цвета, а потому используются в лампах для рекламного освещения. В электронной промышленности эти редкие газы применяются для заполнения особых видов электронных ламп – стабилитронов, стартеров, фотоэлементов, тиратронов, ультрафиолетовых стерилизационных ламп и счетчиков Гейгера. В атомной промышленности ими наполняют ионизационные и пузырьковые камеры и другие устройства для исследования субатомных частиц и измерения интенсивности проникающего излучения.

Водород, гелий и углекислый газ. Эти газы в больших количествах производятся другими методами, при которых их производство обходится дешевле. Поэтому после выделения в процессе ректификационного разделения воздуха их обычно выпускают в атмосферу. 

3. Таблица работы с текстом : ответ по содержанию  на вопрос карточки

4. Проверка расположения карточек на игровом поле.

Тест

1. Вещества существуют в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном:  а)  да;  б) нет

2. Для газообразных веществ характерны:

а) низкие температуры кипения

б) высокие температуры плавления

в) атомная кристаллическая решетка

г) молекулярная кристаллическая решетка

     3. Газ аммиак имеет относительную молекулярную массу 17,  

           следовательно , он:

            а) легче воздуха;    б) тяжелее воздуха

4. В воздухе по объёму кислорода:

а) 30%;   б) 21% ;   в) 25%;  г) 49%

5. Формула озона:

а) О2 ;  б) О3 ; в) N2 

     6. Кислород поставляется в атмосферу благодаря процессу:

          а);  дыхания  б) фотосинтеза;   в) гниения;    г) горения

7. Кислород в промышленности получают из

    а)  воздуха;   б) древесины;   в) марганцовки  г) оксида ртути (II)

8. Выберите наибольший   по объему компонент воздуха

а) Азот
б) Кислород
в) Благородные газы (в основном аргон)
г) Оксид углерода (IV)

9. Назовите   самый нижний слой газовой оболочки Земли

а) стратосфера   б) мезо сфера     в) литосфера    г) тропосфера