Ученики на Учителя.com


Конспект урока "Серная кислота"

Конспект урока по химии на тему: "Серная кислота"
Автор: Косунова Гульнар Молдалимовна
Цель: изучить строение, свойства, получение и применение серной кислоты.
Задачи урока:
-образовательная: познакомить учащихся с физическими и химическими свойствами
концентрированной и разбавленной серной кислоты; рассмотреть ее получение;
показать народнохозяйственное значение этой кислоты и ее солей;
-развивающая: развитие речи, памяти, логического мышления, умений совместной
деятельности; развитие и закрепление умений и навыков работы с лабораторным
оборудованием;
-воспитательная: формирование мировоззрения, навыков сотрудничества,
приемственности знаний; осуществление межпредметных связей; воспитание
разумного отношения к природе, экологической грамотности.
Оборудование и реактивы: коллекция минералов соединений серы,
концентрированная и разбавленная серная кислота, металлический цинк, раствор
сульфата меди (П), оксид меди (П), раствор гидроксида натрия, раствор хлорида.
Ход урока
I. Организационный момент.
П. Актуализация знаний. (см. презентацию, на экране проецируется тестовое
задание по предыдущей теме).
Самостоятельная работа учащихся:
1 вариант.
Закончите уравнения возможных реакций:
а) SO2 + NaOH (изб.) = б) SO2 + O2 =
в) SO3 + Н2О = г) SO2 + Ca(OH)2 =
д) H2S + O2 = е) SO2 + HCl =
Для окислительно-восстановительных реакций приведите электронный баланс, для
реакций, протекающих в растворах, - ионные уравнения.
2 вариант.
Зкончите уравнения возможных реакций:
а) SO2 + Ca(OH)2 = б) Na2SO3 + HCl =
в) SO3 + NaOH = г) SO2 + H2O =
д) Cl2 + SO2 + H2О = е) SO3 + HNO3 =
Для окислительно-восстановительных реакций приведите электронный баланс, для
реакций, протекающих в растворах, - ионные уравнения.
Изучение нового материала.
В 1260 году алхимик и епископ Альберт Великий (Альберт фон Больштедт) в поисках
«эликсира молодости» решил попытаться выделить его из железного купороса.
Засыпав в реторту порошок купороса, он стал ее нагревать. В начале из реторты
пошел «белый дым», а потом в сосуд-приемник начали поступать бесцветные
прозрачные капли неизвестной жидкости. Епископ собрал немного этой жидкости и
размешал ее оструганной деревянной палочкой; палочка вскоре почернела. Капля
этой жидкости попала на сутану епископа, и вечером он увидел на этом месте
отверстие в ткани… Пить полученную жидкость, употребляя как «эликсир», очевидно,
было опасно. Альберт Великий назвал полученную жидкость «купоросным маслом».
Позднее, в 1590 году, немецкий алхимик и врач Андреас Либавий, тоже пытаясь
отыскать «эликсир», смешал серу и селитру, а потом нагрел смесь в длинногорлой
колбе-алембике, отводя выходящий из нее «дым» в сосуд с водой. Когда в колбе
осталась только коричневая сплавленная масса, он закончил опыт и стал испытывать
содержимое сосуда с водой, где поглощался «дым». Капнул немного этой жидкости
на кусок железа, и она зашипела и запузырилась; нанес ее на свинцовую пластину –
осталось белое пятно. Но свинец не поддался «кислому спирту», как назвал
полученную жидкость Либавий.
Это была концентрированная серная кислота, которую долгое время называли
«купоросным маслом». Со свинцом серная кислота не взаимодействует, так как
сульфат свинца малорастворим (поэтому кислота только оставляет на поверхности
свинца белое пятно PbSO4). При действии на железо разбавленная серная кислота
выделяет водород (см. презентацию, на экране проецируются фота учёных). С
серной кислотой, ее свойствами и солями мы с вами подробнее познакомимся на
сегодняшнем уроке.
Ребята, вспомним с вами, что серная кислота одна из важнейших минеральных
кислот. Рассмотрим строение молекулы серной кислоты (см. презентацию, на
экране проецируется строение молекулы серной кислоты).
Физические свойства.
Чистая (100% «дымящая») серная кислота представляет собой бесцветную тяжелую
вязкую жидкость, при небольшом охлаждении затвердевающую с образованием
бесцветных кристаллов (t плавления 100 С). Такая кислота сильно дымит на воздухе,
а при хранении в закрытом сосуде взрывается из-за выделения сернистого ангидрида
(13H2SO4=12H2SO4хН2О+SO3). Поэтому обычно используют не чистую кислоту, а
концентрированный 98% раствор (см. презентацию, на экране проецируются
физические свойства серной кислоты).
Получение серной кислоты.
Алхимики получали серную кислоту разложением купоросов. В настоящее время ее
получают контактным способом.
Сырье:
1 сера-S +O2 +O2 +H2O
2 железный колчедан- FeS2 --------- SO2 --------- SO3--------- H2SO4
3 сероводород - H2S 1стадия 2стадия 3стадия
(демонстрация коллекции минералов соединений серы)
Например, сырьем для производства серной кислоты служит железный колчедан –
пирит FeS2, который после отделения от пустой породы подвергают обжигу. Газ,
выходящий из обжиговой печи, содержит значительное количество оксида серы (1V).
Его подвергают тщательной очистке от пыли (Она содержит примеси мышьяка,
которые отравляют катализатор) и влаги, пропуская через фильтры и промывную
башню. Очищенный газ нагревается в теплообменнике до 4500 С и поступает в
контактный аппарат, где происходит его окисление до серного ангидрида (SO3).
Внутри контактного аппарата на специальных решетках находится катализатор –
оксид ванадия (V) V2O5, содержащий промоторы. Образовавшийся SO3 поглощают
концентрированной серной кислотой (так как при растворении в воде выделяется
большое количество теплоты и образовавшиеся пары затрудняют дальнейшее
растворение). Образуется олеум – раствор серного ангидрида в серной кислоте (см.
презентацию, на экране проецируется процесс получения серной кислоты).
1 стадия S + O2= SО2
Получение сернистого газа 2Н2S+3О2=2SO2+2H2O
2 стадия
Получение серного ангидрида 2SO2 + O2 ---- 2SO3
3 стадия
Получение серной кислоты H2O + SO3 = H2SO4
(демонстрация плаката «Получение серной кислоты»). С сернокислотным
производством связаны большие экологические проблемы, например, образование
кислотных дождей.
Термин «кислотные дожди» ввел английский химик А.Смит более 100 лет назад.
Причиной возникновения кислотных дождей являются массовые промышленные
выбросы оксида серы (1V) и оксидов азота в атмосферу. Взаимодействуя с
атмосферной влагой, SO2 создает кислую среду. Растворимость его в воде
достаточно велика и составляет 40 объемов на один объем воды. Мировой рекорд по
выпадению кислотных дождей пока принадлежит шотландского городу Питлохри, где
10 апреля 1974 года выпал дождь с кислотностью 2,4 (вроде столового уксуса). А,
ведь серная кислота, содержащаяся в атмосферных осадках губительно действует на
экосистемы: разрушает почву; изменяет состав почвенных организмов; вызывает
гибель ценных видов промысловых рыб; исчезает растительность. SO2 раздражает
кожу и слизистые оболочки, в высоких концентрациях и в присутствии пыли он
приводит к нарушениям дыхательной деятельности, появлению боли в груди.
Кислотные дожди постепенно загрязняют водоемы ионами тяжелых металлов, таких
как ртуть, свинец, кадмий. Последствия – тяжелейшие отравления людей (см.
презентацию, на экране проецируются последствия и причины кислотных дождей).
3.Свойства разбавленной серной кислоты.
Это типичные свойства кислот. Мы с вами проделаем опыты, характерные для
разбавленной серной кислоты. Вспомним технику безопасности при работе с
кислотами: 1) необходимо наливать в пробирку количество кислоты, которое указано
в инструкции; 2) заполнять пробирку можно только на 1/3 объема; 3) взбалтывать
вещества следует, слегка покачивая пробиркой, при этом не закрывать ее отверстие
пальцем; 4) при разбавлении концентрированной серной кислоты выделяется
большое количество теплоты, поэтому смешивать серную кислоту, добавляя ее в
воду, а не наоборот. 5) Концентрированная серная кислота вызывает ожоги, поэтому
попавшую на кожу или ткань кислоту необходимо тотчас стряхнуть, смыть большим
количеством воды, затем раствором питьевой соды и вновь смыть водой (см.
презентацию, на экране проецируются химические свойства серной кислоты).
3.1. Индикаторы изменяют свой цвет в растворах кислот.
Индикаторы («указатели») - вещества, которые под действием кислот и щелочей
изменяют свой цвет. Английский химик Р. Бойль, изучая свойства соляной кислоты,
случайно пролил ее. Кислота попала на сине-фиолетовые лепестки фиалок, которые
через некоторое время стали ярко-красными. Это явление его удивило, и он провел
серию опытов с разными кислотами и цветами разных растений. Оказалось, что и
васильки, и роза, и цветки других растений изменяют свою окраску при действии
кислот. Такие вещества Р.Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского
означало «указатели».
В растворе серной кислоты фенолфталеин остаётся бесцветным, оранжевый
метиловый оранжевый становится красно-розовым, фиолетовый лакмус-красным.
(Учащиеся в 3 пробирки с 2 мл серной кислоты добавили по одной капли каждого
индикатора. Полученные результаты записали в тетрадь).
3.2. С металлами (до водорода), например, с Zn:
Zn + H2SO4(p) = ZnSO4 + H2
(Учащиеся в пробирку с 1 гранулой металлического цинка добавили 2 мл раствора
серной кислоты. Полученный результат записали в тетрадь).
3.3.С оксидами металлов, например, с CuO:
CuO + H2SO4(p) = CuSO4 + H2O
(Учащиеся в пробирку к 1г. оксида меди (П) добавили 2 мл раствора серной кислоты,
нагрели. Полученный результат записали в тетрадь). 3.4.С основаниями, например, с
NaOH:
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O
(Учащиеся в пробирку к 1 мл гидроксида натрия добавили 1 мл раствора серной
кислоты. Полученный результат записали в тетрадь).
3.5. С солями, например, с BaCl2:
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl (написать полное и сокращенное ионные уравнения)
Реактивом на сульфат – ионы являются ионы бария. Выпадает осадок белого цвета.
(Учащиеся в пробирку к 1 мл хлорида бария добавили 1 мл раствора серной кислоты.
Полученный результат записали в тетрадь),
4. Свойства концентрированной серной кислоты.
Окислительно-восстановительные свойства концентрированной серной кислоты
сильно отличаются от свойств разбавленной серной кислоты.
4.1. При разбавлении концентрированной серной кислоты нужно соблюдать
осторожность и всегда приливать кислоту в воду, но не наоборот. В противном случае
кислота бурно закипит. И брызги горячей кислоты могут попасть в глаза. Не лейте
воду в кислоту! (см. презентацию, 12, 13 слайд).
4.2. Концентрированная серная кислота обугливает многие органические вещества,
например, углеводы. (Демонстрационные опыты: 1).учитель опускает лучинку в
раствор с концентрированной серной кислотой. Происходит ее обугливание; 2). на
большую таблетку сухого горючего положить 2 таблетки норсульфазола и поджечь
горючее – из таблеток норсульфазола поползут «черные змеи»).
4.3. Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, но в
качестве окислителя выступают не ионы водорода, а S, входящая в состав кислоты.
Именно по этому, водород никогда не выделяется при взаимодействии металлов с
концентрированной серной кислотой. Продукты восстановления зависят от
активности металла, от условий протекания реакции (температуры, концентрации
кислоты и т.д.).
Общая закономерность такова: чем выше активность металла, тем полнее идет
восстановление кислоты, тем ниже степень окисления полученного продукта (тем
больше электронов принимает сера).
Не активные металлы (после водорода в ряду активности) восстанавливают серу до
ближайшей степени окисления + 4. (учащиеся составляют окислительно-
восстановительные реакции к свойствам кислоты)
Например: 4Zn + 5H2S+10O2 = 4Zn+2SO4+ H2S + 4H2O
(Демонстрационный опыт: (опыт проводится в вытяжном шкафу) к 1 грануле цинка
добавили 2 мл серной кислоты, нагрели. Полученный результат записали в тетрадь).
Cu0 + 2H2S + 4O2 = Cu + 2SO4 + S+4O2 +2H2O
(Демонстрационный опыт: (опыт проводится в вытяжном шкафу) к 1 грануле меди
добавили 2 мл серной кислоты, нагрели. Полученный результат записали в тетрадь).
Многие металлы (алюминий, железо) пассивируются концентрированной серной
кислотой, поэтому ее можно хранить в железной таре, перевозить в стальных
цистернах.
Al + H2SO4 (Демонстрационный опыт: к 1 грануле алюминия добавили 2 мл серной
кислоты. Полученный результат записали в тетрадь).
Не активные металлы (после водорода в ряду активности) восстанавливают серу до
ближайшей степени окисления + 4.
Например: 4Zn + 5H2S + 10O2 = 4Zn +2SO4 + H2S + 4H2O
(Демонстрационный опыт: (опыт проводится в вытяжном шкафу) к 1 грануле цинка
добавили 2 мл серной кислоты, нагрели. Полученный результат записали в тетрадь).
Cu0 + 2H2S+4O2 = Cu+2SO4 + S + 4O2 +2H2O
(Демонстрационный опыт: (опыт проводится в вытяжном шкафу) к 1 грануле меди
добавили 2 мл серной кислоты, нагрели. Полученный результат записали в тетрадь).
Соли серной кислоты, их применение.
Соли серной кислоты: а) кислые, или гидросульфаты, например NaHSO4; б) средние,
или сульфаты, например Na2SO4.
Все гидросульфаты и большинство сульфатов хорошо растворимы в воде.
Малорастворимы CaSO4 и Ag2SO4, еще менее - PbSO4 и практически не растворим
BaSO4. Поэтому реактивом на сульфат-ион является ион бария:
Ba2+ + SO42- = BaSO4.
Медный купорос CuSO4 х 5H2Oприменяется для изготовления зеленых и синих
красок, для борьбы с вредителями растений и в электротехнике.
Железный купорос FeSO4 х 7H2Oслужит для получения других солей железа.
Безводный сернокислый натрий Na2SO4 является одним из важнейших материалов
для стекловарения.
Кристаллический сернокислый натрий Na2SO4 х 10H2O, называемый «глауберова
соль», применяется в медицине.
Природный гипс CaSO4 х 2H2O служит для улучшения почвы, алебастр
нашел широкое применение в строительном деле, для формовки всевозможных
изделий, изготовлении гипсовых скульптур и т.п. (см. презентацию, на экране
проецируется применение серной кислоты).
IV. Вывод.
Ребята, на этом уроке мы с вами познакомились с получением, химическими и
физическими свойствами, применением серной кислотой и ее солей.
Мы узнали, что чистая (100% «дымящая») серная кислота представляет собой
бесцветную тяжелую вязкую жидкость. Такая кислота сильно дымит на воздухе, а при
хранении в закрытом сосуде взрывается из-за выделения сернистого ангидрида.
Поэтому обычно используют не чистую кислоту, а концентрированный 98% раствор.
Рассмотрели получение серной кислоты контактным способом.
Сырьем для производства серной кислоты служит железный колчедан FeS2, сера S,
сероводород H2S. Железный колчедан отделяют от пустой породы, подвергают
обжигу. Газ, выходящий из обжиговой печи подвергают тщательной очистке от пыли и
влаги, пропуская через фильтры и промывную башню. Очищенный газ нагревается в
теплообменнике до 4500С и поступает в контактный аппарат, где происходит его
окисление до серного ангидрида (SO3) (катализатор – оксид ванадия (V).
Образовавшийся SO3 поглощают концентрированной серной кислотой. Образуется
олеум – раствор серного ангидрида в серной кислоте.
С сернокислотным производством связаны большие экологические проблемы,
например, образование кислотных дождей.
Мы рассмотрели с вами химические свойства разбавленной и концентрированной
серной кислоты.
Напоминаю вам, что концентрированная серная кислота вызывает ожоги, поэтому
попавшую на кожу или ткань кислоту необходимо тотчас стряхнуть, смыть большим
количеством воды, затем раствором питьевой соды и вновь смыть водой.
1. Индикаторы изменяют свой цвет в растворах кислот.
В растворе серной кислоты фенолфталеин остаётся бесцветным, оранжевый
метиловый оранжевый становится красно-розовым, фиолетовый лакмус-красным.
2. Разбавленная серная кислота взаимодействует с металлами (до Н2), с оксидами
металлов, с основаниями, с солями.
Реактивом на сульфат – ионы являются ионы бария. Выпадает осадок белого цвета.
3. Окислительно-восстановительные свойства концентрированной серной кислоты
сильно отличаются от свойств разбавленной серной кислоты: при разбавлении
концентрированной серной кислоты нужно соблюдать осторожность и всегда
приливать кислоту в воду, но не наоборот; концентрированная серная кислота
обугливает многие органические вещества. Концентрированная серная кислота
является сильным окислителем: чем выше активность металла, тем полнее идет
восстановление кислоты, тем ниже степень окисления полученного продукта,
неактивные металлы (после водорода в ряду активности) восстанавливают серу до
степени окисления + 4.
Многие металлы (алюминий, железо) пассивируются концентрированной серной
кислотой.
4. Серная кислота важнейших продукт неорганического синтеза. Она используется
при производстве искусственных минеральных удобрений, других кислот, при
изготовлении взрывчатых веществ, она необходима для получения сернокислых
солей, для очистки бензина, керосина и т.д., применяется в металлообрабатывающей
промышленности.
5. Соли серной кислоты: а) кислые, или гидросульфаты; б) средние, или сульфаты.
Все гидросульфаты и большинство сульфатов хорошо растворимы в воде.
Они применяются для изготовления, для борьбы с вредителями растений, в
электротехнике, для получения других солей железа, в стекловарении, медицине,
применяют в строительном деле, для формовки всевозможных изделий, при
изготовлении гипсовых скульптур и т.п.
V.Закрепление
Выпишите из текста формулы веществ, из которых можно составить схему
химических реакций, отражающую процесс производства серной кислоты в
промышленности.
HClSO2H3PO4V2O5Cu(OH)2SO4
Al2(SO4)3H2SO3BaSO4ZnS
FeS2KAl(SO4)3Fe2O3HNO3
H2OCuSO4BaCl2H2SCa(OH)2
P2O5SO3CaCO3Na2SO4O2CS2
Назовите выбранные вещества. Составьте уравнения реакций по схемам.
Ответы.
HClSO2H3PO4V2O5CuOH2SO4
Al2(SO4)3H2SO3BaSO4ZnS
FeS2KAl2(SO4)3Fe2O3HNO3
H2OCuSO4BaCl2H2SCa(OH)2
P2O5SO3CaCO3Na2SO4O2CS2
S, FeS2
---------SO2---------SO3----------H2SO4
H2S, ZnS
Задача
На 12,8 г меди подействовали 300 г 88,2 %-ного раствора серной кислоты.
Определите объем газа (н.у.) выделившегося в результате реакции.
Решение.
Дано:
m ( Cu) = 12,8 г
m р-ра H2SO4 = 300г
w = 88,2% = 0,882
_____________
V (газа ) - ?
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
1) n (Cu) = m/M = 12,8г/64г/моль = 0,2 моль
2) m в-ва (H2SO4) = w x m =300г x 0,882 = 264,6г 3) n (H2SO4) = 264,6г/98г/моль =
2,7моль
В недостатке количества вещества меди. Считаем по недостатку.
4) n (Cu) = n(SO2) = 0,2 моль
5) V (SO2) = n x Vm = 0,2моль x 22,4л/моль = 4,48л
Ответ: V (SO2) = 4,48 л
Домашнее задание:
Скачать материал

Химия - еще материалы к урокам: