Примеры использования водорода, в качестве источника энергии

3)  Изучить горение водорода на воздухе.

4)  Изучить продукты взаимодействия Zn с соляной кислотой.

I. Выполнение работы.  

1. Получение  и собирание водорода.

Собрали прибор. В пробирку поместили 3 гранулы цинка, плотно закрыли пробку и через воронку налили соляную кислоту. Наблюдали выделение пузырьков газа, т.е. водорода.

Zn + 2НС1 =ZnCl₂ + Н₂

Водород собирали в перевёрнутой пробирке, постепенно вытесняя воду. После того, как пробирка наполнилась, закрыли её пальцем  и поднесли её к горелке. Водород загорелся спокойно хлопка не было. Это значит, что собранный водород был чистый.

2. Изучение  горения водорода на воздухе.

Подожгли водород  лучинкой у конца газовой трубки. Водород загорелся спокойным  пламенем. На стеклянной пластинке  конденсировалась вода.

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.

3.Изучение  взаимодействия водорода с оксидом  меди (II). В пробирку поместили несколько кусочков оксида меди чёрного цвета. Соединили с прибором для получения водорода. Пропустили ток водорода, никаких изменений не наблюдали. Начали нагревать пробирку с оксидом меди, началась реакция. Наблюдали изменение цвета, чёрный цвет изменился и стал красным. На стенки пробирки конденсировалась вода.

Н₂ + СuО = Сu+ Н₂О.

На данном опыте  мы изучили восстановительные свойства водорода. Водород восстанавливает медь из оксида.

4. Изучение  продукта реакции цинка с соляной  кислотой.

С помощью стеклянной палочки перенесли несколько  капель раствора из пробирки с цинком и соляной кислотой на стеклянную пластинку и упарили его. На стекле остался белый порошок хлорида цинка.

Zn + 2HC1 = ZnCl₂ + H₂t. Продукты реакции - хлорид цинка (ZnCl₂) и водород (Н₂).

II. Домашнее задание.

Оформить практическую работу.

Урок 4.

Контрольная работа.

Тема урока: Обобщение и систематизация знаний, умений, навыков учащихся по темам "Кислород", "Водород" "Газообразные вещества".

Цель: Проверить химические свойства, получение и применение этих элементов.

Ход урока.

I. Организационный  момент. Проверка домашнего задания.

Вариант 1.

1.      Составить уравнения химических реакций:

а)      кислорода с серой. Указать окислитель.

б)      водорода с оксидом меди (II). Указать восстановитель.

2.      Составить уравнения химических реакций, указать условия их протекания.

О₂ → Н₂О → Н₂ → НС1 хлорид кальция

3. а) дописать  уравнения реакции: Н₂О₂ → Н₂О + ? Указать применение этой реакции.

б) Составить  уравнение реакции между соляной  кислотой и железом. Дать название полученным соединениям.

4. Решить задачу:

Рассчитать объём  оксида углерода (IV), полученного в  результате сгорания на воздухе 24 г. углерода.

Вариант 2.

1. Составить  уравнения химических реакций:

а)      водорода с кислородом.

б)      кислорода с метаном (СШ).

2.Составить уравнения  химических реакций, указать условия  их протекания.

СО₂ → О₂ → WO₃→ W

↓

А1₂ О₃

3. а) дописать уравнения реакции: НС1 + Zn → ZnCl₂ + ? С какой целью используется эта реакция в лаборатории?

б) составить  реакцию разложения воды. Указать  её применение.

4. Решить задачу: Какой объём кислорода потребуется  для окисления 1,5 моль серы?

Вариант 3.

1. Составить уравнения химических реакций:

а) водорода с  кальцием. Дать название продукта.

б) кислорода  с ацетиленом.

2. Составить  уравнения химических реакций  по схеме:

оксид углерода (IV) + Н₂О озон

+ C₂ H₅

KMnO₄ →кислород→оксид железа (III)              

  ↓                     ↓ 

оксид лития  железо

3.      а) дописать уравнения реакции: H₂SO₄+ Fe → FeSO₄+ ?

б) составить  реакцию взаимодействия водорода с  серой. Дать название продукта.

3. Составить  и решить задачу по приведённым  данным: V(Ca) = 3 моль ; m (СаН₂) - ?

Тестовая  контрольная работа.

Вариант 1.

1.      Водород реагирует с обоими веществами пары:

а) Н₂О и Са     б) Na и NH₃                        в) Fe₂O₃ и О₂                     г) WO₃ и СH₄

2. В уравнении  реакции горения алюминия запись  его правой части:

а) ЗА1₂О₃               б) А1₂О₃                                   в) 2А1₂О₃                   г) 4А1₂О₃  

3. Составить  уравнение реакции и указать  коэффициент перед формулой восстановителя. Реакция оксида вольфрама с  водородом: 

а) 1; б) 2; в) 6; г) 3.

4. Объём кислорода,  необходимый для окисления 2 моль  цинка, составляет (н.у.):    

а) 22.4 л; б) 11.2 л; в) 44.8 л; г) 5.6 л;

Вариант 2.

1.      Водород реагирует с обоими веществами пары:

а) С1₂ и РbО      б) О₂ и HCI              в) СuО и Н₂О            г) С H₄ и Na

2.      В уравнении реакции горения этана верная запись его правой части:

а) 2СО₂ + ЗН₂О б) 4СО₂ + 6Н₂                в) 2СО₂ + ЗН₂ г) 4СО₂ + 6Н₂О

3.  Составить уравнение реакции и указать коэффициент перед формулой восстановителя. Реакция оксида олова с водородом: 

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.

4.  Объём кислорода, необходимый для окисления 1 моля алюминия, составляет (н.у.): а) 22.4 л; б) 16.8 л; в) 11.2 л; г) 5.6 л. 

 

Вариант 3.

1.  Водород реагирует со всеми веществами группы:

а) оксид вольфрама, вода, кальций; б) оксид железа (III), азот, кислород;в) метан СН4, калий, углерод; г) оксид меди (II), фтор, хлороводород.

2.  В уравнении реакции горения аммиака NH₃ верная запись его правой части:a) 2N₂+ 6Н₂О; б) 3N₂ + Н₂О; в) 4N₂ + 6Н₂О; г) N₂ + ЗН₂О.

3.  Составить уравнение реакции и указать коэффициент перед формулой восстановителя. Реакция оксида молибдена (VI) с водородом:

а) 2; 6)3; в) 4; г) 6.

4.      Составить и решить задачу по приведённым данным:

V(Р) = 2моль; m(Р₂О₅)-?

а) 284 г;   б) 142 г;           в) 14.2 г;          г) 28.4 г.                              [1]

Для реализации целей школьного экологического образования можно использовать ролевые уроки. Достоинством этих уроков является то, что учащиеся в игровой  форме закрепляют и обобщают полученные знания по химии, а также понимают актуальность экологических особенностей связанных с изучаемой темой.

 

ОБСУЖДЕНИЕ  РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА 

 

В эксперименте принимали участие ученики 9 классов  МОУ СОШ-гимназии № 1 г. Нальчик (выборочная совокупность составляла 45 школьников).

В экспериментальных  классах при раскрытии темы «Альтернативная водородная энергетика» были проведены разработанные уроки, приведенные в главе 3. Занятия проводились с акцентом на прикладные и экологические аспекты.

Для констатации  результата после проведения разработанных  занятий были проведены контрольные работы, состоящие из тестов, которые приведены в главе III. Результаты эксперимента в школе приведены в диаграммах, отражающих изменения качества знаний и успеваемости в контрольном (9 г) и экспериментальном (9 в) классах.

Диаграмма 1. Изменение успеваемости учащихся

 
Диаграмма 2. Динамика успеваемости и  качества обучения

Таким образом, избранная тематика способствовала повышению качества знаний, научного и экологического мировоззрения, а  главное вызвала интерес учащихся к более глубокому изучению химии.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее  время школьный курс химии немыслим без экологической стороны. В течение своей длительной жизни на Земле человечество в значительной степени зависело от солнца как источника энергии. Его потребность в энергии, в основном в пище, прямо или косвенно удовлетворялась фотосинтезом [21].

Только совсем недавно человек попал в сильную  зависимость от ископаемого топлива. Поэтому рассмотрение каждой темы должно, так или иначе, иметь точки  соприкосновение с экологией. Экологическое  воспитание детей становится глобальной проблемой методики обучения химии. В погоне за избытком энергии человек все глубже погружался в стихийный мир природных явлений и до какой-то поры не очень задумывался о последствиях своих дел и поступков. Но времена изменились. Сейчас, в начале 21 века, начинается новый, значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика «щадящая», построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит, заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы. Несомненно, в будущем параллельно с линией интенсивного развития энергетики получат широкие права гражданства и линия экстенсивная: рассредоточенные источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении. Яркий пример тому - быстрый старт электрохимической энергетики, которую позднее, видимо, дополнит энергетика солнечная. Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует, вбирает в себя все самые новейшие идей, изобретения, достижения науки. Это и понятно: энергетика, связана буквально со Всем, и Все тянется к энергетике, зависит от нее. Поэтому энергохимия, водородная энергетика, космические электростанции, энергия, запечатанная в антивеществе, кварках, «черных дырах», вакууме, - это всего лишь наиболее яркие вехи, штрихи, отдельные черточки тою сценария, который пишется на наших глазах и который можно назвать Завтрашним Днем Энергетики.

Таинственные  переходы, узкие, извилистые тропки. Полные загадок,

препятствий, неожиданных  озарений, воплей печали и поражений, кликов радости и побед.

В выбранной  нами теме рассматривается решение энергетической проблемы человечества путем внедрение водородной энергетике. Рассказ об энергии может быть бесконечен, как и бесконечны альтернативные формы ее использования, но при условии, что мы должны разработать для этого эффективные и экономичные методы. Не так важно, каково ваше мнение о нуждах энергетики, об источниках энергии, ее качестве, и себестоимости. Нам, по-видимому, следует лишь согласиться с тем, что сказал ученый мудрец, имя которого осталось неизвестным.

«Нет  простых решений, есть только разумный выбор»

Конечно, практически  ученикам невозможно продемонстрировать весь процесс получение энергии  из водорода. Но схематично, с использованием методов сравнения с другими  источниками энергии, интересными  сообщениями на эту тему можно вполне доступно объяснить суть водородной энергетики. При прохождении темы «Водород» параллельно с изучением способов производства, химических свойств и применения рассматриваются и связь водорода с энергетикой. И конечно выявление таких важных связей химии с промышленностью, с энергетикой заинтересовывает учеников.

Кроме того, на факультативных занятиях по экологии при рассмотрении проблем энергетики важно подчеркнуть  актуальность данного вида источника  энергии.

 

ВЫВОДЫ  

 

Можно сделать  несколько выводов из рассмотрения проблемы

1.                Проблемы экологии. В частности, проблемы энергетики, требуют срочного решения. Остроту этого вопроса необходимо довести до сознания школьников и озадачить их поиском путей решения.

2.                При рассмотрении темы «Водород» необходимо подвести учеников к пониманию водородной энергетики как одного из наиболее перспективных методов решения энергетической проблемы.

3.                На факультативных занятиях можно рассмотреть основные проблемы, которые возникают при использовании водорода как источника энергии.

 

ЛИТЕРАТУРА

1.      Реймерс Н. Ф. Экология (теория, законы, правила, принципы и гипотезы). // Россия Молодая. 1994. 367 с.

2.      Верховский В. Н., Смирнов А. С. Техника химического эксперимента. – М., 1973, 683 с.

3.      Кузьменок Н. М., Стрельцов Е. А., Кумачев А. И. Экология на уроках химии. Минск. 1996. 208 с.

4.      Экологическая химия. Под. Ред. Ф. Корте. М.: Мир. 1997. 396 с.

5.      Багов М. С. Концепции естествознания и основы экологии. Нальчик: «Эльбрус». 1997. 287 с.

6.      Нифанов Э. Е. Прикладная направленность изучения химии в средней школе // Ж..Химия в школе, 1994, №4, ст. 18.

7.      Назаренко В. М. Экология восхождение к разуму // Ж..Химия в школе, 1995, №4, ст. 10.

8.      Экологизированный курс химии от темы к теме // Ж.. Химия в школе, 1996, № 1 ст. 29; 1996, №2 ст. 31; 1996, №4 ст. 36; 1996, №6 ст. 18.

9.      Глобальное потепление: Доклад Гринпис / Под. ред. Дж. Леггетта. Пер. с англ. – М.: Изд-во МГУ, 1993. – 272 с.

10. Варшавский И. Л. Энергоаккумулирующие вещества и некоторые принципы их использования для транспорта, энергетики и промышленности. – М.: Наука, 1970. – 51 с.

11. Гринпис / Под. ред.  Дж. Леггетта. Пер. с англ. – М.: Изд-во МГУ, 1993. – 272 с.

12. Володин В., П. Хазановский «Энергия, век двадцать первый». А. Голдин «Океаны энергии». Л.С. Юдасин «Энергетика: проблемы и надежды».

13. Буркова И.И. Основы  общей экологии и охрана окружающей  среды. – Ч. 1. – Норильск, 1977.

14. Охрана окружающей среды.  Под ред. С. В. Белова. – М., 1991.

15. Богдановский Г. А.  Химическая экология: Учеб. Пособие.  – М.: Изд-во МГУ. 1994. – С. 136-137.

16. Малышенко С. П., Институт  высоких температур РАН, Журнал  «Энергия», №1, 2003.

17. Пехота Ф. Н., Минпромнауки  РФ, Журнал «Энергия», №1, 2003, С. 2-8.

18. Химия и жизнь. Часть  II. Под. ред. Тарасовой Н. П., РХТУ им. Менделеева. 1997. 351 с.

19. Суровцева Р. П. Химия. 8-9 классы: Методическое пособие.  – 5 – е изд., стереотип. –  М.: Дрофа, 2001. – 80 с.

20. Алексашина И. К., Л.  А. Гольденберг. Из опыта подготовки учащихся к коллективной деятельности на уроке химии. // Химия в школе. 1991. №4, с. 31-34.

21. Планирование по химии  // Вечерняя школа. 1989. №4.

22. Кузнецова Н. Е. Формирование  систем понятий в обучении  химии. – М.: Просвещение, 1989. – 144 с., с. 3-4, 17-22, 25-30.

23. Блонский Л. Л. Избранные  педагогические и психологические  сочинения: В 2 т. – М.: Педагогика, 1979. – Т. 2. – с. 300.

24. Шаповаленко С. Г.  Методика обучения химии. –  М.: Учпедгиз, 1963.

25. Архипова В. В. и  др. Теоретические основы и практика коллективных занятий. Л., 1991.