Аммиак: строение, свойства, получение и применение
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока учащиеся объяснят строение и физические свойства аммиака, составят уравнения его получения и химических реакций, а также решат расчётную задачу на количество вещества аммиака с точностью не менее 70%.
- Сформировать представление о составе, строении, физических и химических свойствах аммиака.
- Научить составлять и расставлять коэффициенты в уравнениях реакций получения аммиака, его взаимодействия с водой, кислотами и кислородом.
- Развивать умение объяснять свойства вещества через его строение, анализировать наблюдения опыта и применять алгоритм решения расчётных задач.
- Воспитывать ответственное отношение к химическим веществам, соблюдение правил техники безопасности и осознанный интерес к профессиям, связанным с химией.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение химических знаний о токсичных веществах для безопасного поведения в быту и лаборатории.
- Проявляют познавательный интерес к промышленному производству аммиака и его роли в сельском хозяйстве.
- Понимают связь изучаемого материала с заданиями ОГЭ и практическими ситуациями.
- Оценивают собственную готовность объяснить свойства аммиака и корректно работают с ошибками.
Метапредметные
- Извлекают информацию из схемы, таблицы, описания опыта и химических уравнений.
- Устанавливают связь между строением молекулы аммиака, его растворимостью и основными свойствами.
- Планируют решение расчётной задачи, выделяют данные, выбирают формулу и проверяют результат.
- Формулируют выводы по результатам наблюдений и аргументируют ответ в паре.
Предметные
- Знать формулу аммиака $NH_3$, его относительную молекулярную массу $M_r(NH_3)=17$ и строение молекулы.
- Описывать физические свойства аммиака: бесцветный газ с резким запахом, легче воздуха, хорошо растворимый в воде, токсичный.
- Уметь составлять уравнения получения аммиака из солей аммония и щёлочи, взаимодействия с водой, кислотами и кислородом.
- Объяснять щелочную реакцию раствора аммиака и образование белого дыма при взаимодействии с хлороводородом.
- Решать задачи по уравнению реакции с использованием количества вещества, молярной массы и объёма газа.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осознают необходимость соблюдения запрета на прямое вдыхание аммиака и правил работы с летучими веществами.
- Связывают изучение аммиака с будущим профессиональным выбором в химической промышленности, медицине и сельском хозяйстве.
- Проявляют готовность к самооценке и исправлению неточностей в уравнениях реакций.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель урока на основе проблемного вопроса о свойствах аммиака.
- Планируют последовательность действий при составлении уравнения и решении расчётной задачи.
- Сверяют результат с эталоном, находят ошибку в коэффициентах или единицах измерения.
- Оценивают степень освоения темы по листу самопроверки.
Познавательные УУД
- Сравнивают состав и свойства аммиака с изученными водородными соединениями неметаллов.
- Моделируют образование иона аммония при взаимодействии аммиака с водой.
- Анализируют химические уравнения и определяют тип реакции.
- Используют формулы $n=m/M$ и $V=nV_m$ для решения задачи.
Коммуникативные УУД
- Обсуждают гипотезу о причинах высокой растворимости аммиака в парах.
- Формулируют полный устный ответ с опорой на химическое уравнение.
- Задают уточняющие вопросы и корректно объясняют партнёру ход решения.
- Согласовывают общий вывод группы и представляют его классу.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию или записи на доске: формула $NH_3$, электронная схема, таблица свойств и схема промышленного синтеза.
- Подготовить карточки трёх уровней: уравнения реакций, качественная реакция на аммиак, расчётная задача; по одной карточке на каждого ученика.
- Подготовить демонстрацию растворения аммиака в воде с индикатором или безопасное видео опыта; не использовать аммиак в концентрации, создающей пары в классе.
- Подготовить раствор хлорида аммония, раствор гидроксида натрия и оборудование для демонстрации получения аммиака только при наличии вытяжного шкафа и соблюдении инструкции.
- Подготовить влажную красную лакмусовую бумагу, стеклянную палочку, смоченную раствором соляной кислоты, защитные очки и перчатки.
- Распечатать лист самопроверки и памятку «Алгоритм решения задачи по уравнению реакции» — по одному экземпляру на ученика.
- На доске заранее разместить предупреждение: «Аммиак токсичен. Не вдыхать непосредственно. Все опыты проводит учитель».
- Подготовить таймер, маркеры, стикеры и экран для показа схемы применения аммиака в производстве удобрений.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и создать познавательную проблему.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что одно вещество может быть полезным и опасным одновременно. Чтобы объяснить это научно, сначала вспомним состав и свойства соединений азота, а затем перейдём к аммиаку."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о валентности, степенях окисления, газах и химических уравнениях.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, как читать формулу, вычислять относительную молекулярную массу и расставлять коэффициенты. Теперь выясним, какие свойства аммиака можно предсказать по его составу и строению."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (3 мин)
Цель этапа: выявить затруднение и совместно построить план изучения аммиака.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Гипотеза есть, но химия требует доказательств. Перейдём к строению аммиака и наблюдениям, которые позволят проверить наше предположение."
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 4. Открытие нового знания: строение и физические свойства (8 мин)
Цель этапа: сформировать представление о строении молекулы аммиака и объяснить его физические свойства.
Физические свойства.
При обычных условиях аммиак — бесцветный газ с резким характерным запахом. Он значительно легче воздуха, хорошо растворяется в воде и токсичен. Нельзя наклоняться над сосудом и вдыхать газ непосредственно. Запах не является способом безопасной проверки вещества: любые опыты проводят только по инструкции, а при необходимости — в вытяжном шкафу.
При обычных условиях аммиак — бесцветный газ с резким характерным запахом. Он значительно легче воздуха, хорошо растворяется в воде и токсичен. Нельзя наклоняться над сосудом и вдыхать газ непосредственно. Запах не является способом безопасной проверки вещества: любые опыты проводят только по инструкции, а при необходимости — в вытяжном шкафу.
Теория: строение аммиака.
Молекула аммиака состоит из одного атома азота и трёх атомов водорода, поэтому её формула — $NH_3$. Атом азота образует три общие электронные пары с атомами водорода, а одна электронная пара остаётся неподелённой. Из-за этого молекула имеет не плоскую, а треугольную пирамидальную форму и является полярной. Полярность помогает аммиаку взаимодействовать с водой и хорошо растворяться в ней.
Молекула аммиака состоит из одного атома азота и трёх атомов водорода, поэтому её формула — $NH_3$. Атом азота образует три общие электронные пары с атомами водорода, а одна электронная пара остаётся неподелённой. Из-за этого молекула имеет не плоскую, а треугольную пирамидальную форму и является полярной. Полярность помогает аммиаку взаимодействовать с водой и хорошо растворяться в ней.
Запись в тетрадях
- Аммиак — $NH_3$, бесцветный токсичный газ с резким запахом.
- $M_r(NH_3)=17$; аммиак легче воздуха и хорошо растворяется в воде.
- Раствор аммиака проявляет щелочные свойства: $NH_3+H_2O\rightleftharpoons NH_4^++OH^-$.
Почему раствор аммиака имеет щелочную реакцию.
При растворении аммиак взаимодействует с водой: $NH_3+H_2O\rightleftharpoons NH_4^++OH^-$. Ионы гидроксида $OH^-$ обусловливают щелочную реакцию раствора, поэтому влажный красный лакмус синеет. Важно понимать: аммиак не просто «содержит щёлочь», а образует ионы гидроксида в результате взаимодействия с водой.
При растворении аммиак взаимодействует с водой: $NH_3+H_2O\rightleftharpoons NH_4^++OH^-$. Ионы гидроксида $OH^-$ обусловливают щелочную реакцию раствора, поэтому влажный красный лакмус синеет. Важно понимать: аммиак не просто «содержит щёлочь», а образует ионы гидроксида в результате взаимодействия с водой.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Строение аммиака объясняет его растворимость, а взаимодействие с водой — щелочную реакцию раствора. Далее проверим, как аммиак реагирует с кислотами, кислородом и солями."
Этап 5. Открытие химических свойств и способов получения (8 мин)
Цель этапа: вывести уравнения основных реакций аммиака и установить области его применения.
Запись в тетрадях
- $NH_3+HCl\rightarrow NH_4Cl$ — реакция с кислотой, белый дым.
- $2NH_4Cl+Ca(OH)_2\xrightarrow{t}2NH_3\uparrow+CaCl_2+2H_2O$ — лабораторное получение.
- $N_2+3H_2\rightleftharpoons2NH_3$ — промышленное получение.
- $4NH_3+3O_2\xrightarrow{t}2N_2+6H_2O$ — горение аммиака.
Горение и применение.
При горении аммиака в кислороде образуются азот и вода: $4NH_3+3O_2\xrightarrow{t}2N_2+6H_2O$. Аммиак широко используют для получения азотной кислоты, азотных удобрений и других соединений азота. Его практическая ценность сочетается с опасностью: токсичность вещества требует герметичного оборудования, вентиляции и строгого соблюдения правил безопасности.
При горении аммиака в кислороде образуются азот и вода: $4NH_3+3O_2\xrightarrow{t}2N_2+6H_2O$. Аммиак широко используют для получения азотной кислоты, азотных удобрений и других соединений азота. Его практическая ценность сочетается с опасностью: токсичность вещества требует герметичного оборудования, вентиляции и строгого соблюдения правил безопасности.
Получение аммиака.
В лаборатории аммиак получают нагреванием соли аммония со щёлочью: $2NH_4Cl+Ca(OH)_2\xrightarrow{t}2NH_3\uparrow+CaCl_2+2H_2O$. В промышленности используют обратимую реакцию азота с водородом: $N_2+3H_2\rightleftharpoons2NH_3$. Коэффициенты показывают количественное соотношение веществ: из одной части азота и трёх частей водорода образуются две части аммиака.
В лаборатории аммиак получают нагреванием соли аммония со щёлочью: $2NH_4Cl+Ca(OH)_2\xrightarrow{t}2NH_3\uparrow+CaCl_2+2H_2O$. В промышленности используют обратимую реакцию азота с водородом: $N_2+3H_2\rightleftharpoons2NH_3$. Коэффициенты показывают количественное соотношение веществ: из одной части азота и трёх частей водорода образуются две части аммиака.
Химические свойства и качественная реакция.
Аммиак проявляет основные свойства и реагирует с кислотами. При взаимодействии с хлороводородом образуется хлорид аммония: $NH_3+HCl\rightarrow NH_4Cl$. Мелкие частицы хлорида аммония образуют белый дым. Это позволяет обнаружить аммиак, но сам опыт должен демонстрировать учитель.
Аммиак проявляет основные свойства и реагирует с кислотами. При взаимодействии с хлороводородом образуется хлорид аммония: $NH_3+HCl\rightarrow NH_4Cl$. Мелкие частицы хлорида аммония образуют белый дым. Это позволяет обнаружить аммиак, но сам опыт должен демонстрировать учитель.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть признаки аммиака и уравнения, по которым его можно получить и обнаружить. Проверим понимание на коротких заданиях, обязательно объясняя каждое действие."
Этап 6. Первичное закрепление и разбор примеров (6 мин)
Цель этапа: закрепить алгоритм составления уравнений и объяснения химических свойств.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы закрепили важный алгоритм: сначала определяем частицы и продукты, затем составляем формулы и только после этого расставляем коэффициенты. Теперь применим знания в расчётной задаче."
Этап 7. Самостоятельная работа с самопроверкой: расчётная задача (7 мин)
Цель этапа: научить решать задачу по уравнению реакции с использованием количества вещества и объёма газа.
Эталон решения
$N_2+3H_2\rightarrow2NH_3$. По уравнению из $3$ объёмов $H_2$ получают $2$ объёма $NH_3$. Поэтому $V(NH_3)=V(H_2)\cdot\frac{2}{3}=5{,}6\cdot\frac{2}{3}=3{,}73$ л. Ответ: $V(NH_3)\approx3{,}7$ л. Проверка: объём продукта меньше объёма исходного водорода, потому что коэффициент аммиака меньше коэффициента водорода.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы применили коэффициенты уравнения как количественные соотношения. В конце проверим, умеете ли вы самостоятельно объяснить свойства аммиака и назвать типичные ошибки."
Этап 8. Рефлексия, самопроверка и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: обобщить знания, выявить затруднения и сообщить разноуровневое домашнее задание.
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно объяснены свойства аммиака, составлены все три уравнения, решена расчётная задача с правильными единицами и сформулирован вывод.
- «4» — допущена одна содержательная ошибка в уравнении или объяснении, расчётная задача решена в основном верно, ход решения понятен.
- «3» — правильно указаны формула и не менее двух свойств аммиака, составлено хотя бы одно уравнение, но имеются ошибки в коэффициентах или расчётах.
Рефлексия
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы выяснили, что аммиак $NH_3$ — полярное соединение азота и водорода, хорошо растворяющееся в воде и проявляющее основные свойства в растворе. Мы научились получать его, обнаруживать по реакции с хлороводородом и описывать применение. Помните: аммиак токсичен, поэтому его нельзя вдыхать непосредственно, а опыты выполняют только по инструкции. На следующем уроке мы подробнее рассмотрим соли аммония и качественную реакцию на ион аммония."
Домашнее задание
Домашнее задание
Обязательная часть.
1. Запишите формулу аммиака и опишите его строение: укажите число атомов азота и водорода, наличие неподелённой электронной пары и форму молекулы.
2. Перечислите не менее пяти физических свойств аммиака и объясните, почему его нельзя вдыхать непосредственно.
3. Составьте уравнения реакций: а) взаимодействия аммиака с водой; б) аммиака с хлороводородом; в) лабораторного получения аммиака; г) горения аммиака в кислороде; д) промышленного получения аммиака.
4. Объясните, почему раствор аммиака имеет щелочную реакцию и почему при взаимодействии аммиака с хлороводородом образуется белый дым.
5. Решите задачу: при взаимодействии $5{,}6$ л водорода с азотом образовался аммиак. Рассчитайте объём аммиака при тех же условиях.
Творческая часть.
Составьте краткую памятку «Аммиак: польза и безопасность», включив области применения вещества и не менее трёх правил безопасной работы.
Ответы для самопроверки.
1. $NH_3$; один атом азота и три атома водорода; молекула имеет треугольную пирамидальную форму, у атома азота есть неподелённая электронная пара.
2. Аммиак — бесцветный газ с резким запахом, легче воздуха, хорошо растворяется в воде, токсичен; непосредственное вдыхание опасно из-за раздражающего и токсичного действия.
3. $NH_3+H_2O\rightleftharpoons NH_4^++OH^-$; $NH_3+HCl\rightarrow NH_4Cl$; $2NH_4Cl+Ca(OH)_2\xrightarrow{t}2NH_3\uparrow+CaCl_2+2H_2O$; $4NH_3+3O_2\xrightarrow{t}2N_2+6H_2O$; $N_2+3H_2\rightleftharpoons2NH_3$.
4. Щелочная реакция обусловлена образованием ионов $OH^-$ при взаимодействии аммиака с водой. Белый дым — мелкие частицы хлорида аммония.
5. По уравнению $N_2+3H_2\rightarrow2NH_3$: $V(NH_3)=5{,}6\cdot\frac{2}{3}\approx3{,}7$ л.
Критерии самопроверки: обязательная часть — 10 баллов, творческая часть — 2 балла. 10–12 баллов — отлично; 8–9 — хорошо; 6–7 — повторите уравнения реакций и свойства аммиака; менее 6 — изучите теорию и выполните задания повторно.
Обязательная часть.
1. Запишите формулу аммиака и опишите его строение: укажите число атомов азота и водорода, наличие неподелённой электронной пары и форму молекулы.
2. Перечислите не менее пяти физических свойств аммиака и объясните, почему его нельзя вдыхать непосредственно.
3. Составьте уравнения реакций: а) взаимодействия аммиака с водой; б) аммиака с хлороводородом; в) лабораторного получения аммиака; г) горения аммиака в кислороде; д) промышленного получения аммиака.
4. Объясните, почему раствор аммиака имеет щелочную реакцию и почему при взаимодействии аммиака с хлороводородом образуется белый дым.
5. Решите задачу: при взаимодействии $5{,}6$ л водорода с азотом образовался аммиак. Рассчитайте объём аммиака при тех же условиях.
Творческая часть.
Составьте краткую памятку «Аммиак: польза и безопасность», включив области применения вещества и не менее трёх правил безопасной работы.
Ответы для самопроверки.
1. $NH_3$; один атом азота и три атома водорода; молекула имеет треугольную пирамидальную форму, у атома азота есть неподелённая электронная пара.
2. Аммиак — бесцветный газ с резким запахом, легче воздуха, хорошо растворяется в воде, токсичен; непосредственное вдыхание опасно из-за раздражающего и токсичного действия.
3. $NH_3+H_2O\rightleftharpoons NH_4^++OH^-$; $NH_3+HCl\rightarrow NH_4Cl$; $2NH_4Cl+Ca(OH)_2\xrightarrow{t}2NH_3\uparrow+CaCl_2+2H_2O$; $4NH_3+3O_2\xrightarrow{t}2N_2+6H_2O$; $N_2+3H_2\rightleftharpoons2NH_3$.
4. Щелочная реакция обусловлена образованием ионов $OH^-$ при взаимодействии аммиака с водой. Белый дым — мелкие частицы хлорида аммония.
5. По уравнению $N_2+3H_2\rightarrow2NH_3$: $V(NH_3)=5{,}6\cdot\frac{2}{3}\approx3{,}7$ л.
Критерии самопроверки: обязательная часть — 10 баллов, творческая часть — 2 балла. 10–12 баллов — отлично; 8–9 — хорошо; 6–7 — повторите уравнения реакций и свойства аммиака; менее 6 — изучите теорию и выполните задания повторно.
Контрольные вопросы перед выходом: «Какова формула аммиака? Какие ионы обусловливают щелочную реакцию его раствора? Как получить аммиак в лаборатории? Какая реакция является качественной на аммиак? Почему аммиак применяют для получения удобрений?» Ответы: «$NH_3$; $OH^-$; нагреванием соли аммония со щёлочью; образование белого дыма с $HCl$; аммиак является исходным веществом для получения соединений азота и азотных удобрений».
