Методическая разработка урока по теме: "Фосфор"

Дата:

Предмет: Химия

Класс: 9

Урок №

Тема: Фосфор. Значение фосфора для здоровья человека.

Цель урока:

Повторить строение атома, познакомить учащихся со свойствами простого вещества фосфора, его аллотропными модификациями, проследить зависимость свойств разных видов фосфора от строения кристаллических решёток.

Уметь доказывать химические свойства фосфора как  простого вещества; записывать уравнения химических реакций, разъяснять эти свойства в свете теории электролитической диссоциации и окислительно-восстановительных процессов.

Задачи урока:

- воспитывать у учащихся культуру речи, поведения

- активизировать интерес учащихся к предмету

- формировать химический язык

Оборудование: таблица «Строение фосфора», карта полезных ископаемых, коллекция минералов (апатиты и фосфориты),

Реактивы: спиртовка, красный фосфор,  пробирки, вата, штатив, стеклянная палочка.

Тип урока: урок усвоения новых знаний

 

Ход урока

I.  Организационный этап

 

 Вступительное слово учителя: «Это была огромная чёрная собака, но такая какой никогда не видели глаза человека. Из её открытой пасти вырывалось пламя, её глаза горели, как раскаленные угли, морда. Лапы и грудь сверкали огнём… Я положил руку на пылающую морду и когда поднял руку, - мои собственные пальцы засветились во мраке.

- Фосфор, - сказал я.

- Дьявольски хитро придумано, - заметил Холмс, обнюхивая мёртвое животное. – Нет запаха, который мог бы помешать собаке найти след»

Источник: «Собака Баскервилей» Артур Конан Дойль.

 

Итак, тема урока – «Фосфор. Значение фосфора для здоровья человека.»

 

II.  Изучение нового материала.

План:

                                         1. Фосфор – химический элемент.

                                         2. Фосфор – простое вещество.

                                         3. Химические свойства фосфора.

                                         4. Нахождение в природе.

                                         5.История открытия и применение.

                                         6. Получение.

 

1.                       Фосфор – химический элемент.

Задание: определить положение фосфора в П.С. Х.Э.  Д.И. Менделеева, показать строение атома фосфора, возможные степени окисления в соединениях. Сравнить его свойства с элементами соседями по периоду и группе, сделать выводы.

 

 Положение в периодической системе: 3 период  (малый), 5 группа А

 Строение атома:   + 15 Р  )  )  )             1s²2s²2p⁶3s²3p³3d⁰ – электронная формула

                                          2  8 5

Вывод: Фосфор неметалл,  неметаллические свойства выражены слабее, чем у азота, т.к. радиус атома у фосфора больше и ему труднее присоединять электроны на последний электронный слой, более выражены восстановительные свойства.

Степени окисления в соединениях: +3, +5, -3

 

2. Фосфор – простое вещество.

Аллотропия фосфора

Белый  Р₄                                             состав                                     Красный Р_n

 

                                                            строение

 

молекулярная кристаллическая                                    атомная кристаллическая

         решётка                                                                                решётка

 

                                                           Физические свойства:

Белый фосфор

Твёрдое, воскообразное вещество белого цвета,   на свету быстро желтеет, с чесночным запахом.

Нерастворим в воде, но хорошо растворяется в сероуглероде (CS₂).

В темноте светится.

Воспламеняется при 35°С или от трения, поэтому его хранят и режут под слоем воды.

Температура плавления. +44°С.

При длительном нагревании белый фосфор переходит в красный (ţ = 280-340°, замкнутый объём).

Очень ядовит: 0,15 г – смертельная доза. Противоядием служит сильно разбавленный раствор сульфата меди (II). Он обезвреживает фосфор, переводя его в фосфид меди.

 

             Красный фосфор

Твёрдое порошкообразное вещество тёмно-красного цвета.

Нерастворим в воде и сероуглероде.

В темноте не светится,  воспламеняется только при температуре около 260°С.

Не ядовит.

Температура плавления 590°С.

При нагревании переходит в пары, сгущающиеся в белый фосфор.

 

 

Чёрный фосфор

 

Существует ещё разновидность фосфора – чёрный.

Эта модификация по внешнему виду и физическим свойствам похожа  на графит (металлический блеск, электропроводность).

 

Известны также и другие модификации – фиолетовый и коричневый фосфор.

Эти разновидности элемента пока ещё являются лабораторной экзотикой и не находят практического применения.

                                                  3. Химические свойства.

 

    Вопрос: Как доказать, что белый и красный фосфор – это действительно аллотропные вещества?

     Ответ: аллотропные вещества могут взаимопревращаться.

И это мы сейчас попробуем доказать с помощью химического эксперимента.

      Опыт: Превращение красного фосфора в белый.

4Р  →     Р₄

    Вопрос: превращение красного фосфора в белый и наоборот это физический процесс или химический. Почему?

       Ответ: химический, т.к. идёт превращение одного вещества в другое (белый и красный фосфор имеют разные свойства).

 

Фосфор может реагировать со многими неметаллами: кислородом, серой, галогенами, 

с водородом фосфор не реагирует.

 

Окислитель 2Р+ 3Са → Са3Р2                                   фосфид кальция

Восстановитель 4Р+5О2 → 2Р2О5                                            оксид фосфора (V)

 

Задание:

 I  вариант составляет электронный баланс к первому уравнению реакции, а  II вариант – ко второму.

От каждого варианта по одному уч-ся выполняют эти задания на доске.

Вопрос: Какими свойствами (окислительными или восстановительными) обладает фосфор?

От чего эти свойства зависят? (от активности элемента с которым вступает в реакцию фосфор).

Какой из аллотропных модификаций фосфора более активный и почему?

Вывод:

 Фосфор химически  более активный, чем азот,  реагирует со многими веществами, в химических реакциях выступает как в роли окислителя, так и восстановителя.

Из аллотропных видоизменений химически наиболее активным является белый фосфор, потому, что у белого фосфора кристаллическая решётка молекулярная, а она более слабая и легко разрушается.

 

4. Нахождение в природе.

(Заранее подготовленные учащиеся рассказывают о нахождении фосфора в природе, истории его открытия.)

Фосфор является довольно распространённым элементом, содержание его в земной коре около 0,12% (по массе).

В природе фосфор встречается только в виде соединений- солей, важнейшими из них являются апатиты Ca₃(PO₄)₂ CaF₂ и фосфориты Са₃(РО₄)₂.

В 1926 году академиком А.Е. Ферсманом и его сотрудниками было открыто одно из самых крупных месторождений апатитов на Кольском полуострове. На базе этого месторождения был построен горно-химический комбинат.

Незадолго до Великой Отечественной войны было открыто ещё очень крупное месторождение фосфоритов в Южном Казахстане в горах Кара-Тау.

Фосфориты широко распространены на Урале, в Поволжье, Сибире.

(Демонстрация месторождения на карте и образцы минералов).

Биологическое значение фосфора – работа с учебником стр.   (прочитать).

Дополнение (сообщение учителя)

·      Входит в состав скелета в виде ортофосфата кальция Ca₃(PO₄)₂ и гидроксиапатита Ca₃(PO₄)₂  Са(ОН)_2.

·      Входит в состав зубов в виде гидроксиапатита и фторапатита  Ca₃(PO₄)₂  СаF₂.

·      Соединения фосфора принимают участие в обмене энергии.

Вопрос: Почему А.Е. Ферсман назвал фосфор «элементом жизни и мысли»?

 Ответ:  Фосфор  необходим для нормальной мышечной и умственной деятельности.

 

5. История открытия и применение.

Более трёх сот лет отделяют нас от момента открытия фосфора. Его впервые получил в 1669г. Гамбургский купец и алхимик Хенниг Бранд. Подобно другим алхимикам, он пытался получить философский камень, с помощью которого неблагородные металлы превращаются в золото. В ходе одного из опытов он получил вещество, светившееся в темноте. Однако «холодный огонь», как Бранд его называл, не превращал металлы в золото. Но то, что полученное вещество светилось без подогрева, было необычно и ново. Этим свойством нового вещества Бранд не замедлил воспользоваться. Он стал показывать фосфор богатым людям, получая от них подарки и деньги. Причём показ окружался достаточной таинственностью.

 Однако вскоре и другие учёные смогли получить фосфор. Долгое время это вещество использовалось только с целью наживы.

Лишь в начале 19 века белый фосфор  стали использовать в производстве спичек. Такие спички легко зажигались от трения о шероховатую поверхность. Однако при горении они создавали неприятный запах, и, главное, их производство было весьма вредно для рабочих. Вдыхание паров белого фосфора приводило к тяжелейшему заболеванию – фосфорному некрозу костей.

Из воспоминаний бывшей работницы одной из спичечных фабрик А. Коревановой: «В фосфорном цехе варили фосфор для спичек. Когда фосфор кипит, бурлит и одновременно выходит вонючий газ не только около рабочего, но даже около костюма его, где он висит, нельзя пройти, а ночью костюм огнём светится.

Производство, конечно, очень вредное: попадёт фосфор на тело, так и знай, будет язва. От газа у рабочих дрябли кости, носы проваливались. Но кто заболел – уходи, другие найдутся, голодных много.

Наконец, в 1847 году учёные обнаружили, что белый фосфор при нагревании в закрытом сосуде (без доступа воздуха) мгновенно превращается в красный фосфор, который, во-первых, менее летуч, а во-вторых, неядовит. Такие спички зажигались лишь от трения о специальную поверхность, состоящую из красного фосфора, клея и некоторых других веществ. Эти спички называли безопасными, или шведскими, так как впервые их начали изготавливать в Швеции в 1867 – 1869 годах.

Первая спичечная фабрика в России была зарегистрирована в 1837 г., а через семь леи их было уже восемь.

Сегодня в состав головки спички входят горючие вещества (сульфид фосфора и сера), а также окислители, которые дают  кислород, необходимый для горения.

На боковой стороне спичечной коробки наносят специальную фосфорную массу (мел, клей, красный фосфор и другие вещества).

 Когда мы трём головку о фосфорную намазку, из красного фосфора образуется белый, который, как мы знаем, в кислороде воздуха легко воспламеняется при  t =50°С, выделяя при этом много теплоты.

Белый фосфор поджигает головку спички и здесь начинается ураган химических реакций:

1. Сера при t =200°С переходит в жидкое состояние и начинает взаимодействовать с бертолетовой солью

                                                    2KCIO₃  + 3S→ 2KCI + 3SO₂

 

2KCIO₃ → 2KCI + 3O₂

2. При t = 370-400°С разлагается бертолетова соль с выделением кислорода

P₄ + 5O₂ → 2P₂O₅

Эти два уравнения реакции можно суммировать и показать виде одного:

6P + 5KCIO₃ →5 KCI + 3P₂O₅

С горящей головки пламя перебрасывается на осиновую соломку.

 

 

Применение:

Большое количество красного фосфора используется в спичечном производстве.

Красный фосфор входит в состав массы, которую наносят на спичечную  коробку сбоку.

Белый фосфор используют для изготовления зажигательных снарядов, светящихся в темноте составом и для создания так называемых «дымовых завес», т.к. при горении фосфора образуется густой дым (Р₂О₅).

Из фосфора получают также препараты, которые используют для уничтожения насекомых-вредителей.

Фосфор применяют для производства фосфорной кислоты.

Природные соединения фосфора: апатиты и фосфориты используются в производстве минеральных удобрений.

6. Получение.

Фосфор в промышленности получают из фосфата кальция Ca₃(PO₄)₂, который выделяют из фосфоритов и фторапатитов.

Метод получения основан на реакции восстановления Ca₃(PO4)₂ до фосфора.

В качестве восстановителя соединений фосфора используют кокс (углерод).

Для связывания соединений кальция в реакционную систему добавляют кварцевый песок SiO₂. Процесс проводят в электропечах (производство относят к электротермическим).

Реакция протекает по уравнению:

2Ca₃(PO₄)₂ + 6SiO₂ + 10C = 6CaSiO₃ + P₄ + 10CO↑

Продукт реакции - белый фосфор.

Из-за наличия примесей технический фосфор имеет желтый цвет, поэтому в промышленности его называют желтым фосфором.

 

III. Закрепление изученного материала

Вопросы:

1. Реальна ли ситуация с собакой, намазанной фосфором и светящейся в темноте?

Ответ: эта история неправдоподобна. Дело в том, что шерсть собаки могла бы светиться при наличии на ней частиц фосфора. Но фосфор – твёрдое вещество, и чтобы распылить его на шерсти или каком-либо ином материале, существует только один способ: смазывание летучей жидкостью, содержащей в себе фосфор в растворённом виде. При испарении такой жидкости (хлороформ, сероуглерод) фосфор выделится в виде тончайшего порошка. Однако мелко распылённый фосфор на воздухе энергично окисляется и выделяющееся тепло воспламеняет его. Кроме того, белый фосфор – очень ядовитое вещество. Из его свойств следует, что если бы и удалось каким-то образом «расписать» не только собаку снаружи, но и её пасть, то она бы быстро погибла от отравления, а её труп превратился в костёр.

2. Почему фосфор часто называют многоликим элементом?

Ответ: Его называют многоликим элементом, так как он способен находиться в нескольких аллотропных модификациях.

3. «Фосфор» в переводе с греческого означает «светоносный, светящийся». Почему он получил такое название?

4. Из воспоминаний советского академика С.И. Вольфковича: «Фосфор получался в электрической печи, установленной в Московском университете на Моховой улице…В течение многих часов работы у электропечи часть выделяющегося газообразного фосфора настолько пропитывала мою одежду и даже ботинки, что, когда ночью я шёл из университета по тёмным, неосвещённым улицам Москвы, моя одежда излучала голубоватое сияние, а из-под ботинок (при трении о тротуар) высекались искры…Вскоре среди жителей    Москвы из уст в уста стали передаваться фантастические рассказы о «светящемся монахе». 

 Можно ли свечение белого фосфора считать физическим явлением?

Ответ: это физико-химическое явление, так как сначала происходит испарение молекул вещества, а затем их взаимодействие с кислородом, служащее причиной свечения.

5. Почему модницы в 70-80  гг.; 20 века быстро отказались от фосфорных бус?

Ответ: ношение таких бус вредит здоровью, так как фосфор - ядовитое вещество.

 

Тестирование

После выполнения тестовых заданий учащиеся меняются работами и проверяют их правильность выполнения друг у друга (взаимопроверка).

Ответы к тестам заранее записаны с обратной стороны доски.

Ответы и выставление оценок.

 

Вариант 1. 

1.  В);   2. Б); 3. А); 4.  Б), Г), Д), Е), З);   5.  А);    6.  В);    7.  8. В).          

 

Вариант 2.

1. Б);   2. В);  3.А);  4.  А), В), Д), Ж);    5. Б);   6.  В);     7.     8. Б)         

 

 

IV. Домашнее задание:

 Выучить §   , упр. №

Задача. Какова масса фосфора в вашем теле, если известно, что фосфор составляет около 1% от массы тела.

V. Рефлексия. Подведение итогов урока

 

Тестирование по теме: «Фосфор и его свойства»

 

Вариант 1

 

1. Строение атома фосфора: А) +15 )  )  )   Б)  +15 )  )  )   В)  +15  )  )  )     Г) +15  )  )  )

                                                             2 8 2               2  8 8                2  8 5                  2 5 8

2. Азот и фосфор … А) находятся в одном периоде; Б) находятся в одной группе;                     В) находятся в разных подгруппах; Г) имеют одинаковые порядковые номера.

3. Тип кристаллической решётки белого фосфора: А) атомная; Б) ионная; В) молекулярная; Г) металлическая.

4. Какие из перечисленных свойств характерны для белого фосфора: А) порошкообразное вещество, тёмно-красного цвета; Б) прозрачное, мягкое вещество; В) без запаха; Г) имеет запах; Д) не растворяется в воде; Е) растворяется в сероуглероде; Ж) не ядовит; З) сильно ядовит.

5. С какими из предложенных веществ фосфор реагирует как окислитель:                            А) магний;           Б) кислород;        В) хлор.

6. В виде,  какого химического соединения фосфор широко распространён в земной коре: А) монацит; Б) поташ; В) пирит; Г) фосфорит.

 

7. Красный фосфор применяют _____________________

 

8. Какие продукты человеческого питания особенно богаты фосфором?

А) грецкий орех;  Б) мёд; В) желток куриного яйца.

 

 

Вариант 2

 

1. Сколько электронных уровней у атома фосфора:  А) 2; Б) 3; В) 4; Г) 5.

 

2. Азот и фосфор различаются тем, что: А) находятся в одном подгруппе; Б) находятся в разных группах; В) находятся в разных периодах; Г) находятся в одной группе.

 

3. Тип кристаллической решётки красного фосфора: А) атомная; Б) ионная;                                В) молекулярная; Г) металлическая.

4. Какие из перечисленных свойств характерны для красного фосфора:                                     А) порошкообразное вещество, тёмно-красного цвета; Б) прозрачное, мягкое вещество;                    В) без запаха; Г) имеет запах; Д) не растворяется в воде; Е) растворяется в сероуглероде;             Ж) не ядовит; З) сильно ядовит.

5. С какими из предложенных веществ фосфор реагирует как восстановитель:                          А) кальций;           Б) кислород;        В) литий.

6. В виде,  какого химического соединения фосфор широко распространён в земной коре: А) монацит;  Б) полевой шпат;  В) апатит;   Г) халькопирит.

 

7. Белый фосфор применяют _____________________

 

8. В растениях, как и у животных, фосфор входит в состав: А) жиров; Б) белков;                      В) углеводов.