Урок химии 9 класс. Аммиак

Урок химии 9 класс по теме   «Аммиак и его свойства. Соли аммония»

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.

Ход урока.

I.         Организационный момент.

II.      Сообщение темы урока.

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

Демонстрация опыта.

В химическую колбу, в которой находится немного раствора аммиака приливаем HCI_конц..

- 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]

III.Объяснение нового материала.

1. Физические свойства аммиака: NH₃↑,  Ц , запах (резкий, удушливый), t_кип.= -33,4 ◦С, t_пл. = -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.

 С кислотами  соли

 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]

1.     Аммиак                                                   азот + водород            t◦

2NH₃   ↔   N₂ +  3H₂

                                            (без kat)     азот + вода

2.     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.

3.     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

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

3CuO + 2NH₃ → 3Cu + N₂  + 3H₂O [2]

IV. 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

V.    Закрепление.

     Предлагается выполнить тестовое задание.

1-3.           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 ● H₂O_конц.               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) N^3-                        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]

                Закрепить знания о свойствах солей аммония. I. Выполните один из вариантов.

Вариант I

Напишите полные и сокращенные ионные уравнения реакций, происходящих между веществами, формулы которых приведены ниже:

a) NH₄C1 и AgNO₃;          б) (NH₄)₂CO₃ и НС1

Вариант II

Допишите уравнения реакций в полной и сокращенной ионных формах:

а)  (NH₄)₂SO₄ + ? ®NH₄C1 + BaSO₄|;

б)  (NH₄)₂S + H₂SO_{4 ( конц)} ®? + ?

Вариант III

Напишите полные и сокращенные  ионные уравнения реакций, происходящих между следующими парами веществ:  а), соль аммония и другая соль;б)      соль аммония и щелочь;

в)  соль аммония и кислота.

  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.

Скачано с www.znanio.ru