Возможности экологического воспитания школьников при изучении темы: "Кальций и его соединения" (стр. 5 из 7)
2.1 Урок по теме «Кальций и его соединения» в 9-х классах средней общеобразовательной школы с. Карасу
Цель урока: познакомить учащихся с новым элементом – кальцием, ознакомить с его положением в периодической системе Д.И. Менделеева, рассмотреть важнейшие природные соединения и области их применения. Рассмотреть способы получения соединений кальция в промышленности, дать определение следующих понятий: жесткость воды, карбонатная и некарбонатная жесткость, изучить способы устранения жесткости воды.
Задачи обучения: сформировать представление об одном из биогенных элементов – кальции, расширить представление о способах получения, свойствах и способах получения и применения различных соединений кальция в промышленности.
Задачи развития: развитие у учащихся основных приемов мышления (умения анализировать, сравнивать и т.д.), совершенствовать умение учащихся самостоятельно работать с табличными данными и т.д.
Задачи воспитания: продолжить химическое образование школьников.
Ход урока
I. Организационный момент (1–2 мин.)
– посадка детей;
– проверка принадлежностей;
– отметка отсутствующих и т.д.
II. Опрос домашнего задания (10 мин.)
1. Вспомните, какое место занимает кальций в периодической системе Д.И. Менделеева?
2. Какую степень окисления проявляют кальций и магний? Почему?
3. Известна ли вам роль кальция в организме человека и живых существ?
III. Изучение нового материала (20 мин.)
1. Характеристика магния и кальция. Соединения кальция
Таблица 1. Схема строения атомов магния и кальция
| Химический знак | Размещение электронов по энергетическим уровням | Электронная формула |
| Mg | +12 Mg 2e-,8e-,2e- | 1s2 / 2s22p6 / 3s2 |
| Ca | +20 Ca 2e-,8e-,8e-,2e- | …3s23p63d0 / 4s2 |
Положение магния и кальция в периодической системе и строение их атомов. Магний и кальций в периодической системе находятся в главной подгруппе группы. Схемы строения их атомов представлены в таблице. Как видно из схемы, последние два электрона у атомов магния и кальция расположены на наружном энергетическом уровне. Этим и объясняется, что магний и кальций во всех соединениях проявляют степень окисления +2.
2. Нахождение в природе.
Кальций обладает большой химической активностью, поэтому встречается в природе только в виде соединений (табл. 2) [14].
| Название минерала | Химическая формула (основной составной части) | Важнейшие месторождения |
| Известняк, мрамор | CaCO3 | Широко распространен |
| Гипс | CaSO4 ∙ 2 H2O | Широко распространен |
| Фосфорит | Ca3 (PO4) 2CaCO3 ∙ MgCO3 | Широко распространен |
3. Получение. Кальций получают путем электролиза его расплавленного хлорида.
4.Физические свойства. Кальций – металл серебристо-белого цвета, очень легкий (ρ = 1,55 г./см3), как и щелочные металлы, но несравненно тверже их и имеет гораздо более высокую температуру плавления, равную 851 0С.
5. Химические свойства. Подобно щелочным металлам кальций является сильным восстановителем, что схематически можно изобразить так:
Соединения кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет. Как и щелочные металлы, металлический кальций обычно хранят под слоем керосина.
6. Применение. Благодаря большой химической активности металлический кальций применяют для восстановления некоторых тугоплавких металлов (титан, цирконий и др.) из их оксидов. Кальций используют также в производстве стали и чугуна, для очистки последних от кислорода, серы и фосфора, для получения некоторых сплавов, в частности, свинцово-кальциевых, необходимых для изготовления подшипников.
7. Важнейшие соединения кальция, получаемые в промышленности.
Оксид кальция получают в промышленности обжигом известняка:
CaCO3 → CaO + CO2
Оксид кальция – тугоплавкое вещество белого цвета (плавится при температуре 2570 0С), обладает химическими свойствами, присущими основным оксидам активных металлов (I, табл. II, с. 88) [14].
Реакция оксида кальция с водой протекает с выделением большого количества теплоты:
CaO + H2O ═ Ca (OH)2 + Q
Оксид кальция является основной составной частью негашеной извести, а гидроксид кальция – гашеной извести.
Реакция оксида кальция с водой называется гашением извести.
Оксид кальция применяется в основном для получения гашеной извести.
Гидроксид кальция Ca(OH)2 имеет большое практическое значение. Он применяется в виде гашеной извести, известкового молока и известковой воды.
Гашенная известь – тонкий рыхлый порошок, обычно серого цвета (составная часть гидроксида кальция), немного растворим в воде (1,56 г. растворяется в 1 л воды при 20 0С). Тестообразную смесь гашенной извести с цементом, водой и песком применяют в строительстве. Постепенно смесь твердеет:
Ca (OH)2 + CO2 → CaCO3 ↓ + H2O
Известковое молоко – взвесь (суспензия), похожая на молоко. Она образуется при смешивании избытка гашеной извести с водой. Применяют известковое молоко для получения хлорной извести, при производстве сахара, для приготовления смесей, необходимых в борьбе с болезнями растений, для побелки стволов деревьев.
Известковая вода – прозрачный раствор гидроксида кальция, получаемый при фильтровании известкового молока. Используют ее в лаборатории для обнаружения оксида углерода (IV):
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 ↓ + H2O
При длительном пропускании оксида углерода (IV) раствор становится прозрачным:
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
Если полученный прозрачный раствор гидрокарбонатного кальция нагревают, то снова происходит помутнение:
Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + H2O + CO2 ↑
Подобные процессы протекают также и в природе. Если вода содержит растворенный оксид углерода (IV) и действует на известняк, то некоторая часть карбоната кальция превращается в растворимый гидрокарбонат кальция. На поверхности раствор согревается, и из него вновь выпадает карбонат кальция.
*Большое практическое значение имеет хлорная известь. Она получается при реакции гашеной извести с хлором:
0 +1 -1
2 Ca(OH)2 + 2 Cl2 → Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O
Действующей составной частью хлорной извести является гипохлорит кальция. Гипохлориты подвергаются гидролизу. При этом выделяется хлорноватистая кислота. Хлорноватистую кислоту из ее соли может вытеснить даже угольная кислота:
Ca(ClO)2 + CO2 + H2O → CaCO3 ↓+ 2 HClO
2 HClO → 2 HCl + O2 ↑
Это свойство хлорной извести широко используют для отбеливания, дезинфекции и дегазации.
8. Гипс. Различают следующие виды гипса: природный – CaSO4 ∙ 2H2O, жженый – (CaSO4)2 ∙ H2O, безводный – CaSO4.
Жженый (полуводный) гипс, или алебастр, (CaSO4)2 ∙ H2O получают при нагревании природного гипса до 150–180 0С:
2 [CaSO4 ∙ 2H2O] → (CaSO4)2 ∙ H2O + 3H2O ↑
Если смешать порошок алебастра с водой, то образуется полужидкая пластическая масса, которая быстро твердеет. Процесс затвердевания объясняется присоединением воды:
(CaSO4)2 ∙ H2O + 3H2O → 2 [CaSO4 ∙ 2H2O]
Свойство жженого гипса затвердевать используют на практике. Так, например, алебастр в смеси с известью, песком и водой применяют в качестве штукатурки. Из чистого алебастра изготавливают художественные изделия, а в медицине его используют для накладывания гипсовых повязок.
Если природный гипс CaSO4 ∙ 2H2O нагревать при более высокой температуре, то выделяется вся вода:
CaSO4 ∙ 2H2O → CaSO4 + 2H2O↑
Образовавшийся безводный гипс CaSO4 уже не способен присоединить воду, и поэтому его назвали мертвым гипсом.
Жесткость воды и способы ее устранения.
Всем известно, что в дождевой воде мыло хорошо пенится (мягкая вода), а в ключевой – обычно плохо (жесткая вода). Анализ жесткой воды показывает, что в ней содержатся значительные количества растворимых солей кальция и магния. Эти соли образуют с мылом нерастворимые соединения. Такая вода непригодна для охлаждения двигателей внутреннего сгорания и питания паровых котлов, так как при нагревании жесткой воды на стенках охладительных систем образуется накипь. Накипь плохо проводит теплоту; поэтому возможен перегрев моторов, паровых котлов, кроме того, ускоряется их изнашивание.
Какие бывают виды жесткости?
Карбонатная, или временная, жесткость обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция и магния. Ее можно устранить следующими способами:
1) кипячением:
Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + H2O + CO2 ↑
Mg(HCO3)2 → MgCO3 ↓ + H2O + CO2 ↑
2) действием известкового молока или соды:
Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3 ↓ + 2H2O
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 → CaCO3 ↓ + 2NaHCO3
Ca2+ + 2 HCO3 - + 2 Na+ + CO32- → CaCO3 ↓ + 2 Na+ + 2HCO3-
Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓
Некарбонатная, или постоянная, жесткость обусловлена присутствием сульфатов и хлоридов кальция и магния.