Экологические аспекты преподавания темы "Р-элементы" на уроках химии и экологии - рефераты, скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рефераты. Экологические аспекты преподавания темы "Р-элементы" на уроках химии и экологии

p align="left">

Раз пара электронов, находящаяся на s-орбитали, «пошла на связь», она просто обязана подвергнуться гибридизации. Возникает вопрос: какой тип гибридизации использует атом? Ответ: три электронные орбитали азота находятся в состоянии sp2-гибридизации. Молекула NO2 угловая, угол 134° (угол больше 120° потому, что 1 электрон отталкивает от себя электроны связи слабее, чем пара электронов) (рис. 6, 7).

Кристаллическая решетка молекулярная, однако, поскольку сама молекула тяжелее NO и склонность к димеризации у нее заметно выше, то плавиться и кипеть это вещество должно при заметно более высоких температурах. Температура кипения составляет 21 °С, поэтому при обычных условиях - 20 °С и 760 мм рт. ст. - оксид азота(IV) жидкий.

Оксид азота (IV) в воде растворяется, одновременно с ней реагируя, и получается при этом сразу две кислоты.

Рис. 6. Молекула NO2 -- вид «сверху»

Рис. 7. Молекула NO2 - вид «сбоку», со стороны донорно-акцепторной связи. (Второй атом кислорода не виден за орбиталями атома азота. Заштрихованные кружки - это гибридизованные орбитали атомов, направленные к читателю.)

Оксид азота(IV) имеет и характерный резкий запах, и рыжевато-бурый цвет, оттенки которого отличаются друг от друга в зависимости от концентрации. Именно за этот цвет выбросы оксидов азота в атмосферу называют «лисьими хвостами» [4].

Реакции оксида NO2

1) С водой:

2NO2 + Н2O = НNO3 + НNO2.

2) С щелочами:

2NO2 + 2NaOH = NаNО3 + NаNО2 + Н2O.

3) Димеризация при охлаждении:

При температуре -11 °С равновесие полностью смещено вправо, а при +140 °С - целиком влево.

N+52O5 - оксид азота(V), азотный ангидрид, кислотный оксид, сильный окислитель. Оксид N2O5 легко разлагается:

2N2O5 = 4NO2 + O2.

1.2.1.2 Азотная кислота

Из гидроксидов азота мы рассмотрим наиболее многотоннажный - азотную кислоту.

Молекула азотной кислоты полярна (из-за разной электроотрицательности кислорода и водорода, потому что азот как бы скрыт внутри молекулы) и асимметрична. Все три имеющихся в ней угла между связями азота с кислородом разные. Формальная степень окисления азота высшая (+5). Но при этом только 4 связи у атома азота с другими атомами - валентность азота равна 4.

Строение молекулы легче понять, если рассмотреть процесс ее получения. Азотная кислота получается при реакции оксида азота(IV) с водой (в присутствии кислорода): две молекулы NO2 одновременно «атакуют» молекулу воды своими неспаренными электронами, в результате связь водорода с кислородом разрывается не как обычно (пара электронов у кислорода и «голый протон»), а одной молекуле NO2 достается водород со своим электроном, другой - радикал ОН (рис. 8). Образуются две кислоты: обе кислоты сильные, обе быстро отдают свой протон ближайшим молекулам воды и остаются в итоге в виде ионов NO2- и NO3-. Ион NO2- нестоек, две молекулы НNО2 разлагаются на воду, NО2 и NО. Оксид NO реагирует с кислородом, превращаясь в NО2, и так до тех пор, пока не получится одна только азотная кислота.

Рис. 8. Схема образования молекул азотной и азотистой кислот. (Черный шар - атом N, большие белые шары - атомы O, маленькие белые шарики - атомы H.)

Формально выходит, что с одним атомом кислорода атом азота связан двойной связью, а с другим - обычной одинарной связью (этот атом кислорода связан еще и с атомом водорода). С третьим атомом кислорода азот в HNO3 связан донорно-акцепторной связью, причем в качестве донора выступает атом азота. Гибридизация атома азота при этом должна быть sр2 из-за наличия двойной связи, что определяет структуру - плоский треугольник. Реально получается, что действительно фрагмент из атома азота и трех атомов кислорода - плоский треугольник, только в молекуле азотной кислоты этот треугольник неправильный - все три угла ОNО разные, следовательно, и разные стороны треугольника. Когда же молекула диссоциирует, треугольник становится правильным, равносторонним. Значит, и атомы кислорода в нем становятся равноценными. Одинаковыми становятся и все связи.

Физические свойства азотной кислоты

Соединение ионизированное, пусть даже и частично, сложно перевести в газ. Таким образом, температура кипения должна бы быть достаточно высокой, однако при такой небольшой молекулярной массе температура плавления высокой быть не должна. Следовательно, агрегатное состояние при 20°С жидкое. Что касается растворимости, то, как и многие другие полярные жидкости, азотная кислота легко смешивается с водой в любых соотношениях. Чистая азотная кислота бесцветна и не имеет запаха. Однако из-за разложения на кислород и оксид азота(IV), который в ней же и растворяется, можно сказать, что обычная концентрированная азотная кислота имеет желто-бурый цвет и характерный для NO2 резкий запах. Посмотрим, как влияет строение молекулы азотной кислоты на ее химические свойства.

НNО3 - cильный окислитель

При взаимодействии НNО3 с металлами (М) водород не выделяется:

М + НNО3 соль + вода + газ.

Смесь HNO3 (конц.) с HCl (конц.) в объемном соотношении 1:3 (1V HNO3 + 3V HCl) называют «царской водкой».

Au + HNO3 + 3HCl = AuCl3 + NO + 2H2O.

Азотная кислота не реагирует с другими кислотами по типу реакций обмена или соединения. Однако вполне способна реагировать как сильный окислитель. В смеси концентрированных азотной и соляной кислот протекают обратимые реакции, суть которых можно обобщить уравнением:

Образующийся атомарный хлор очень активен и легко отбирает электроны у атомов металлов, а хлорид-ион образует устойчивые комплексные ионы с получающимися ионами металлов. Все это позволяет перевести в раствор даже золото. Концентрированная H2SO4 как сильное водоотнимающее средство способствует реакции разложения азотной кислоты на оксид азота(IV) и кислород. Азотная кислота - одна из сильных неорганических кислот и, естественно, со щелочами реагирует. Реагирует она также и с нерастворимыми гидроксидами, и с основными оксидами [4].

При изучении темы «Азот. Соединения азота» пользуются учебником химии под редакцией Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман, также учебником за 9 класс под редакцией Н.С. Ахметова. Дидактическим материалом служит книга по химии для 8-9 классов под редакцией А. М. Радецкого, В. П. Горшкова; используются задания для самостоятельной роботы по химии за 9 класс под редакцией Р.П. Суровцева, С.В. Софронова; используется сборник задач по химии для средней школы и для поступающих в вузы под редакцией Г.П. Хомченко, И.Г. Хомченко. На изучение этой темы отводится 7 ч [3, 5].

1.3 VI-А группа периодической системы
Тема 2. Подгруппа кислорода (4 часа) [6, 7]

№ урока	Тема занятия	Вводимые опорные понятия и представления. Формирование специальных навыков	Актуализация опорных знаний, умений, навыков
2.	Сера, строение молекул, физические и химические свойства	Продолжение формирования понятий «хим. элемент», «простое вещество», «хим. реакция», «аллотропные модификации»	Продолжение формирования понятий «аллотропия», «связь физ. и хим. свойств элемента»
3.	Серная кислота, состав, строение, свойства, применение	Строение и свойства серной кислоты, качественная реакция на сульфат-анион	Качественный анализ
4.	Зачет

1.3.1 Кислород

Кислород - элемент с порядковым номером 8, и атомной массой 16. Находится во втором периоде, в главной подгруппе 6 группы.

Атом кислорода состоит из 8 протонов; 8 нейтронов, составляющих ядро и 8 электронов, движущихся вокруг ядра (8р+ + 8р0)8е-. Известны 3 стабильных изотопа кислорода, , , . В природе наиболее распространен . Искусственным путем получены три нестабильных изотопа - , , .

Нахождение в природе

Кислород - самый распространенный элемент на Земле. Он составляет 47% от массы земной коры. Его содержание в воздухе составляет 20,95% по объему или 23,1% по массе. В связанном виде кислород входит в состав воды, горных пород, многих минералов, солей, содержится в белках, жирах и углеводах из которых состоят живые организмы. Кислород является основой поддерживающей аэробное дыхание живых организмов.

Физические свойства

В нормальных условиях кислород - газ без цвета, вкуса и запаха, немного тяжелее воздуха. В воде мало растворим (в 1л воды при 20С растворяется 31мл кислорода). При температуре -183С и давлении 101,325кПа кислород переходит в жидкое состояние. Жидкий кислород имеет голубоватый цвет и втягивается в магнитное поле.

Строение атома кислорода

Атом кислорода имеет следующее строение

1s2 2s2 2p4

Кислород имеет на внешнем энергетическом уровне 6 электронов, 2 из которых неспаренные. Поэтому в невозбужденном состоянии валентность кислорода равна двум. Отсутствие свободных орбиталей на внешнем уровне кислорода не дает возможности увеличить число неспаренных электронов, и поэтому «два» - его единственная валентность.

Т.к. для завершения внешнего электронного уровня атому кислорода не хватает двух электронов, он энергично принимает их и проявляет степень окисления -2. Однако в соединениях со фтором (OF2 и O2F2) общие электронные пары смещены ко фтору, как к более электроотрицательному элементу. В этом случае степени окисления кислорода соответственно равны +2 и +1.

Строение молекулы кислорода

Электронная конфигурация молекулы кислорода с 16 электронами на основании соответствующей ей диаграммы энергетических уровней должна иметь такой вид.

О2: (1s)2(*1s)2(2s)2(*2s)2(2px)2(2py)2(2pz)2(*2py)1(*2pz)1 * -

разрыхляющие орбитали

Химические свойства

Кислород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме легких инертных газов - He, Ne, Ar, фтора, хлора, золота и платиновых металлов, причем со всеми элементами он реагирует непосредственно, при этом выделяются теплота и свет. Такие реакции называются горением.

При взаимодействии кислорода с простыми веществами - металлами и неметаллами образуются оксиды:

1. При сгорании серы на воздухе или в кислороде образуется оксид серы (IV):

S + O2 SO2

2. При температуре электрической дуги (3000-4000 С) азот реагирует с кислородом:

N2 + O2 2NO

3. При полном сгорании углерода образуется оксид углерода (IV):

С + О2 СО2

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15