Разработка урока по теме «Аммиак и его свойства»
методическая разработка по химии (9 класс) на тему

Урок по теме

«Аммиак и его свойства»

Ю.В.Молодых, учитель химии, МБОУ ООШ №32

Цель: изучить строение молекулы и свойства аммиака.

Задачи:

- раскрыть сущность образования химической связи в молекуле аммиака и иона аммония;

- рассмотреть особенности химических реакций, протекающие с аммиаком, способы получения аммиака.

- объяснить физиологическое воздействие аммиака на организм человека, рассмотреть практическое использование аммиака;

- продолжить развитие умений анализировать, выделять главное в изучаемом учебном материале, делать выводы.

Основные понятия: аммиак, катион аммония, донорно-акцепторный механизм образования связи,  соли аммония.

Тип урока: изучение нового материала.

Ход урока.

1.   Организационный момент.

       Здравствуйте, ребята! Начинаем урок!

2.   Сообщение темы урока.

- Вещество, о котором пойдет речь, имеет древнюю историю.

Демонстрация опыта.

В химическую колбу, в которой находится немного раствора аммиака

 приливаем HCIконц..

- Вас взволновало то, что вы сейчас увидели, как густой дым наполнил колбу и начал выливаться на стол?

А представьте, как были взволнованы алхимики, когда имели дело с этим веществом!

      Алхимики  всегда с изумлением и мистическим ужасом наблюдали образование белого дыма при смешении этих двух газов. Они считали, что в воздухе встречаются два «духа», сражение которых заканчивается пролитием их «крови» – образованием дыма и белого налета на окружающих предметах.

      Посредине ливийской пустыни стоял храм, посвященный богу

Амону Ра. В древности арабские алхимики получали из оазиса Амон, находившегося около храма, бесцветные кристаллы. Они звали вещество «нушадир», его растирали в ступках, нагревали – и всякий раз получался едкий газ. Сначала его именовали «аммониаком», а потом сократили название до «аммиак».

Аммиак NH3 – это самое важное из водородных соединений азота.  В чистом виде аммиак впервые был собран в конце XVIII в.  англичанином  Дж. Пристли.  Однако несмотря на то, что ученый смог описать свойства аммиака, ему не удалось определить состав соединения из-за несовершенства существовавших в то время экспериментальных методик. Заслуга в этом принадлежит К. Л. Бертолле. Он разложил аммиак действием электрической искры и получил точные данные о его количественном составе.[1]

Далее проводится беседа о распространении данного вещества в окружающем мире.

Вопросы для обсуждения:

1. Содержится ли аммиак в атмосфере Земли?
2. В результате, какого процесса аммиак поступает в атмосферу Земли?
3. В составе атмосферы, каких планет содержится много аммиака?

В средние века этот газ называли  почему – то «щелочной воздух», а его раствор и поныне называется «нашатырный спирт». [3]

- Давайте, ребята, проведем небольшое исследование и решим, откуда у этого газа столь необычные свойства и названия

3. Объяснение нового материала.

1. Физические свойства аммиака: NH3↑,  Ц , запах (резкий, удушливый), tкип.= -33,4 ◦С, tпл. = -77,8 ◦С,

ЯДОВИТ. [4]

2. Строение молекулы аммиака. 

Молекула аммиака NH3 имеет пирамидальное строение. Атом азота N находится в центре незавершенного тетраэдра с тремя атомами водорода Н в вершинах, а к четвертой вершине обращено электронное облако с парой  электронов,  не участвующих в образовании химических связей.

В подходящих условиях эта «неподеленная»  пара электронов может служить для присоединения катиона водорода в реакциях аммиака с кислотами, либо для взаимодействия с водой. [1]

Вот как это происходит.

Формируется учебная проблема.

Ребята приведите примеры веществ, имеющие основный характер.

- Почему аммиак в водном растворе проявляет основные свойства?

  (выслушиваются предположения детей)

    Аммиак очень хорошо растворим  в воде: 1 объем воды растворяет при комнатной температуре около 700 объемом аммиака. И этот процесс – не  простое  растворение.  Аммиак с водой объединяется в слабое основание гидрат  аммиака NH3 ● H2O. Это происходит за счет того, что между атомом азота, обладающим неподеленной электронной парой, и атомами водорода молекулы воды возникает так называемая водородная связь. [2]

Что такое водородная связь?

     Это дополнительная связь между полярными молекулами, содержащими атом водорода.  Если  партнеры по химической связи в значительной степени переместили электронное облако к себе, то водород превращается в практически «голый» протон. И этот протон способен сильно притягиваться к богатым электронами электроотрицательным «соседям». Такие партнеры водорода, которые почти полностью лишают его электронного окружения – это элементы кислород, фтор или азот.

     Вот почему химики говорят, что в воде, фтороводороде и аммиаке, а также в их водных растворах существует водородная связь.

Правда, водородная связь не очень прочна. Именно поэтому водные растворы аммиака всегда пахнут аммиаком: он постоянно выделяется из них в атмосферу. [1]

Вопрос  для обсуждения:

     Встречаем ли мы в быту водный раствор аммиака?

 (выслушиваются ответы детей)

    Водные растворы аммиака – вещь в хозяйстве очень нужная: с их помощью отмывают и отстирывают застарелую грязь, выводят жирные пятна на стекле и фарфоре, приводят в порядок золотые и серебряные ювелирные изделия, а иногда добавляют в жидкость для мытья оконных стекол.

     Нашатырный спирт, который продается в аптеках, - это 5-10%-ный раствор аммиака в воде. В технике используется и более крепкий раствор аммиака (его максимальная концентрация составляет 25%). Такой раствор называется аммиачной водой.

    Вопрос для обсуждения:

В чем заключается физиологическое действие аммиака?

По физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы.

Пары аммиака сильно раздражают слизистые оболочки глаз и органов дыхания, а также кожные покровы. Это человек и воспринимает как резкий запах. Пары аммиака вызывают обильное слезотечение, боль в глазах, химический ожог конъюнктивы и роговицы, потерю зрения, приступы кашля, покраснение и зуд кожи. При соприкосновении сжиженного аммиака и его растворов с кожей возникает жжение, возможен химический ожог с пузырями, изъязвлениями. Кроме того, сжиженный аммиак при испарении поглощает тепло, и при соприкосновении с кожей возникает обморожение различной степени. Запах аммиака ощущается при концентрации 37 мг/м³.

В медицине 10 % раствор аммиака, чаще называемый нашатырным спиртом, применяется при обморочных состояниях (для возбуждения дыхания), для стимуляции рвоты, а также наружно — при укусах насекомых, для обработки рук хирурга.  При неправильном применении может вызвать ожоги пищевода и желудка (в случае приёма неразведённого раствора), рефлекторную остановку дыхания (при вдыхании в высокой концентрации).

Применяют  для возбуждения дыхания и выведения больного из обморочного состояния осторожно подносят небольшой кусок марли или ваты, смоченный нашатырным спиртом, к носу больного (на 0,5-1 с).

Физиологическое действие нашатырного спирта обусловлено резким запахом аммиака, который раздражает специфические рецепторы слизистой оболочки носа и способствует возбуждению дыхательного и сосудодвигательного центров мозга, вызывая учащение дыхания и повышение артериального давления. При укусах насекомых — в виде примочек. В хирургической практике разводят в тёплой кипяченой воде и моют руки.

Гидрат аммиака  NH3 ● H2O в водном растворе, как и полагается  слабому основанию, частично диссоциирует с образованием катионов аммония и гидроксид – ионов:

 NH3 + H2O ↔ NH3 ● H2O ↔ NH4+ + OH- 

В результате среда становится щелочной. Это будет заметно по малиновой окраски индикатора фенолфталеина в растворе нашатырного спирта.

Демонстрация опыта.

Добавить фенолфталеин в раствор нашатырного спирта.

А теперь попробуйте объяснить, почему в средние века этот газ называли   «щелочной воздух», а его раствор и поныне называется «нашатырный спирт»?

Кроме гидроксид – иона, в реакции диссоциации, которую мы записали, появляется кое-что совсем новое – сложный катион. Это катион аммония NH4+.

Катион аммония NH4+ - частица совершенно симметричная и имеет форму тетраэдра, в центре которого расположен атом азота, а по вершинам четыре атома водорода.

                                             H   +

       N••           +  H+   →         N          [NH4]+   

H    H     H                     H    H    H

                                          ИОН  АММОНИЯ

В ходе нашего эксперимента вначале урока мы видели, как появляется «белый дым», который выливался из колбы. Это мельчайшие  кристаллики соли NH4CI – хлорида аммония.

Это протекает реакция:  NH3   +  НCI   →   NH4CI , или в ином виде

NH3  +  Н+  =  NH4+ 

Ничего удивительного, что в результате такого взаимодействия получается новый сложный катион. У молекулы аммиака, как уже было сказано, есть неподеленная пара электронов. А у катиона водорода нет вовсе, зато есть пустая атомная орбиталь, которая ждет не дождется дорогих гостей – чужую пару электронов. Поскольку катион водорода – частица с положительным зарядом, электроны притягивают ее очень крепко. Такой способ образования химической связи, когда один атом предоставляет электронную пару, а второй свободную орбиталь, химики назвали донорно-акцепторным механизмом. Здесь атом  азота молекулы аммиака выступает в роли донора, отдающего свои электроны, а катион водорода – в роли акцептора. Его дело предоставить электронам азота удобную «квартиру» - атомную орбиталь. [1]

Вывод:

- атом азота образует с атомами водорода три ковалентных полярные связи (т. к. Э. О. азота больше, чем у водорода) за счет своих трех неспаренных электронов.

-  неподеленная электронная пара атома азота способна участвовать в образовании четвертой ковалентной связи по донорно – акцепторному с атомами, имеющими вакантную орбиталь.

3. Формируем химические свойства аммиака.  Предлагаем учащимся предположить, какие химические свойства характерны для аммиака, и теоретически их обосновать.

(Возникает учебная проблема: какие химические свойства окислительные или восстановительные – проявляет аммиак в химических реакциях?)

В химическом отношении аммиак довольно активен; он вступает во взаимодействие со многими веществами. В аммиаке азот имеет самую низку степень окисления (-3). Поэтому аммиак обладает только восстановительными свойствами.

1.  С кислотами  соли

2.  С  водой                                                     основание

      Добрый старый аммиак,

      Он богач, и он добряк,

      Богат неподеленными своими электронами,

      Но только, вот беда, ему

      В растворе скучно одному.

      Он погулять готов всегда:

      Там кислота, а тут вода…

          Потом, обобранный до нитки,

      Он плачет: «Где мои пожитки?

      Какое это беззаконие:

      Стал катионом я аммония!».

Составляются уравнения реакций по схемам

    NH3 + H3PO4 → …

    NH3 + H2SO4 → …

    NH3 + H2O →  …

Все аммонийные соли при нагревании разлагаются либо с выделением аммиака, либо с выделением продуктов его окисления (если кислота – окислитель). Например:

(NH4)2CO3 → 2NH3 + CO2 + H2O

(NH4)2SO4 → NH3 + NH4H SO4

NH4CI → NH3 +HCI

NH4NO3 → N2O + 2H2O

NH4NO2 → N2 + 2H2O [6]

3. Аммиак                                                   азот + водород

             t◦

2NH3   ↔   N2 +  3H2

                                            (без kat)     азот + вода

4. Аммиак   +  кислород  

                                              (kat)      оксид азота (II) + вода

Если пропускать ток NH3 по трубке вставленной в другую широкую трубку, по которой проходит кислород, то аммиак можно легко зажечь; он горит бледным зеленоватым пламенем. При горении аммиака образуется вода и свободный азот.    

           4NH3 +3O2 → 2N2 + 6H2O

          При  других условиях (kat - Pt) аммиак может окисляться до оксида азота (II) NO.

5. При замещении в молекулах аммиака только одного атома водорода металлами образуются амиды металлов. Так, пропуская аммиак над расплавленным натрием, можно получить амид натрия NaNH2 в виде бесцветных кристаллов:

2NH3 + 2Na → 2 NaNH2 + H2 

6. Аммиак – сильный восстановитель. При нагревании он восстанавливает тяжелые металлы из их оксидов, а сам окисляется до свободного азота:

3CuO + 2NH3 → 3Cu + N2  + 3H2O [2]

4. Получение аммиака.

а) Демонстрация опыта. Получение аммиака взаимодействием хлорида аммония с гидроксидом кальция.

В фарфоровой ступке тщательно перемешайте 5 мас. ч. хлорида аммония и 8 мас. ч. гидроксида кальция. Поставьте рядом три стакана: в один насыпьте хлорид аммония, во второй – смесь хлорида аммония с гидроксидом кальция, в третий гидроксид кальция. В стаканы на стеклянных палочках повесьте смоченные раствором фенолфталеина полоски фильтровальной бумаги.

Обратите внимание! В первом и третьем стакане полоски остаются без изменения, а во втором полоска остается розовой от выделяющегося аммиака.

В лаборатории аммиак обычно получают, нагревая хлорид аммония NH4CI с гашеной известью Са(ОН)2. Реакция выражается уравнением

2 NH4CI + Ca(OH)2 → CaCI2 + 2H2O + 2 NH3↑

    Поскольку этот газ легче воздуха (масса 1 л аммиака при нормальных условиях равна 0,77 г), то его можно собрать в перевернутые вверх дном сосуды.

Эта реакция подтверждает, что нельзя одновременно известковать почву и вносить азотные удобрения, так как азот удобрения улетучиваются в виде аммиака.  [7]

б) Основным промышленным способом получения аммиака является его синтез из азота и водорода. Реакция экзотермическая, обратимая и протекает в присутствии катализатора:

               kat, t◦, P

N2 + 3H2       ↔       2NH3  + 46 кДж/моль

5. Закрепление.

     Предлагается выполнить тестовое задание.

3. Степень окисления азота

1. Увеличивается   2. Уменьшается  3. Одинакова

в наборе соединений

а)   NH3, Na3N, NH4CI

б)   NH3, NO, HNO3

в)   KNO2, N2O, NaNO3

г)   N2O3, N2, Mg3N2

4-7.    В веществе

1. NH3    2. NH3 ● H2O  3. NH4Br   4. N2

присутствуют химические связи

а) ионные

б) водородные

в) ковалентные полярные

г) ковалентные неполярные

8.       В лаборатории аммиак получают при нагревании (выберите два правильных ответа)

           а) NH4CI

           б) NH3 ● H2Oконц.

               в) N2  и  H2 (катализатор)

           г) (NH4)2SO4  и  Ca(OH)2

9.        Аммиак реагирует (по отдельности) с набором веществ

           а) NH4CI, H2SO4

           б) HNO3, Fe(OH)2

           в) HCI, Mg(OH)2

           г) Н2О, Н2SO4

10.      Из 7,3 г хлороводорода и 7,3 аммиака получился продукт массой (в граммах), равной

          а) 23

          б) 16,8

          в) 14,6

          г) 10,7

11.     Гидрат аммиака диссоциирует в растворе с образованием ионов

          а) N3-    

                    б) Н+

                    в) ОН-

                    г) NH4+

              12.    При образовании связи между молекулой аммиака  и катионом водорода атомы азота и водорода по отношению к электронной паре являются

                       а) азот – донором

                       б) водород – акцептором

                       в) азот – акцептором

                       г) водород – донором

              13.    Геометрическая форма катиона аммония – это

                       а) треугольник

                       б) квадрат

                       в) тетраэдр

                       г) октаэдр

              14.    Соль аммония можно получить взаимодействием

                       а) NH3  и   H2O

                       б) NH3   и  HBr

                       в) NH3   и  Na

                       г) NH3 ● H2O [5]

6. В завершении урока необходимо остановиться на применении аммиака  и  его солей в народном хозяйстве.  Можно предложить учащимся самостоятельное домашнее задание и составить схему или таблицу. Задание должно обязательно включать установление причинно – следственной зависимости «свойства вещества – применение вещества». В ходе проверки результатов работы появится возможность расширить и обобщить полученные школьниками знания.