Задача о коррозии металлов ТОГИС

Коррозия металлов

Имя задачи: Коррозия металлов

Автор: Рябинина Оксана Александровна,учитель химии Центра образования № 1474 г. Москвы.

Предмет: Химия.

Класс: 10.

Тема: Коррозия.

Профиль: Химический.

Уровень: Продвинутый.

Текст задачи.

Один падишах приказал построить себе красивую яхту. Борта судна были выполнены из алюминиевых пластин, которые скреплены между собой медными заклепками.

Под восхищенными взглядами толпы, судно вышло в океан. На всем протяжении пути погода была отличной. Медные заклепки в морской воде образовали с алюминием гальваническую пару и …. .

Алюминий …. вокруг заклепки. Причиной явилась ….. коррозия. Чем закончилось путешествие падишаха?

а) Выделите ключевые слова для информационного поиска.

б) Найдите и соберите необходимую информацию.

в) Обсудите и проанализируйте собранную информацию.

г) Сделайте выводы.

д) Сравните Ваши выводы с выводами известных людей.

 

Возможные информационные источники.

Книги: Глинка Н.Л. Общая химия. Любое издание.

Габриелян О.С.,Остроумов И.Г.,и др.Общая химия.Учебник для 11 класса с углубленным изучением химии.М.:Просвещение,2007.

Большая химическая энциклопедия.

 

Web-сайты:

kristallikov.net

bibliotekar.ru

 

и др

 

 

Изучаем гидролиз солей ТОГИС

Имя задачи: Гидролиз солей.

Автор: Рябинина Оксана Александровна,учитель химии Центра образования № 1474 г. Москвы.

Предмет: Химия.

Класс: 9.

Тема: Гидролиз.

Профиль: Гимназический.

Уровень: Общий

Текст задачи.

Соли, являются продуктами взаимодействия кислоты и основания и можно предположить,что их растворы имеют нейтральную среду. Однако,оказывается, что соль, состава AlCl3, в водном растворе показывает себя, как кислота, соль Na2CO3 - как щелочь, а раствор соли NaCl дает нейтральную реакцию! Выясните, что с ними происходит в водной среде, запишите необходимые реакции. Проделайте лабораторные опыты.

а) Выделите ключевые слова для информационного поиска.

б) Найдите и соберите необходимую информацию.

в) Обсудите и проанализируйте собранную информацию.

г) Сделайте выводы.

д) Сравните Ваши выводы с выводами известных людей.

Возможные информационные источники.

Книги:

Рудзитис Г.Е. Химия. 9 класс. М.: Просвещение,2009.

Химическая энциклопедия. Том 1.М: Cоветская энциклопедия,1988.

Компакт-диски:

Химический эксперимент в 8-9 классах. Под ред.С.С. Бердоносова., А.И.Жирова.

 

Web-сайты:

http://him.1september.ru/2004/08/21.htm

http://www.alhimikov.net

http://hydorlysis.narod.ru/pages/teoria.htm

http://ru.wikipedia.org/wiki/

http://bse.sci-lib.com/article010250.html

http://festival.1september.ru:8080/articles/560840/

http://college5.msk.ru/stud/inform_resyrs/him/ximia_n.html

 

Культурный образец

http://chemworld.narod.ru/museum/arrenius.htm

http://reslib.com/book/Obschaya_himiya

http://www.alhimik.ru/protolis/glava1.htm

http://www.chem.msu.su/rus/elibrary/nobel/1903-Arrhenius.html

http://www.it-n.ru/board.aspx

Гидролиз солей.

Представления о кислотах и основаниях существуют более трехсот столетий, но до сих пор нет единого определения этих понятий. Первым приближением к современным взглядам на кислоты и основания была теория Аррениуса, выдвинутая им в 1887 году, вытекающая из его теории электролитической диссоциации. Аррениус объснял появление ионов в водном растворе (или расплаве) распадом растворенных веществ- электролитов. Этот процесс распада был назван электролитической диссоциацией.

В дальнейшем на ряде примеров Аррениус убедительно подтвердил положения теории - обнаружил экзотермический характер диссоциации электролитов, разработал теорию гидролиза солей.

Долгое время положения этой теории трактовались многими химиками неправильно - отождествлялись атомы и ионы. В длительной борьбе Аррениусу, Вант-Гоффу и Оствальду удалось доказать правильность ее фундаментальных положений. На основе этой теории был изложен курс аналитической химии, создана теория кислот и оснований. В первой четверти XX в. началось интенсивное развитие теории сильных электролитов. Теория Аррениуса получила признание во всем научном мире.

Водные растворы солей имеют разные значения pH и различные типы сред – кислотную, щелочную, нейтральную. Это объясняется тем, что соли в водных растворах могут подвергаться гидролизу.

Гидролиз (от греч. «гидро» – вода и «лизис» – разложение)- это разложение водой. Реакции обмена между солями и водой относят к реакциям гидролиза.

Любую соль можно представить как продукт взаимодействия основания с кислотой. Например, соль Na2CO3 образована катионом сильного основания NaOH и анионом слабой кислоты H2CO3 .

 

Соль- сильный электролит, поэтому в растворе находится в виде ионов:

Na2CO3 = 2Na+ + CO32-

 

 

Каждый из ионов окружен гидратной оболочкой. Молекулы воды этой оболочки не могут не испытывать влияния на них заряда гидратируемого иона: связи О-Н в молекулах воды поляризуются под действием зарядов ионов, в результате чего ослабевают. В некоторых случаях это приводит к их разрыву.

Карбонат-ион является кислотным остатком слабой кислоты, которая характеризуется прочностью связи атомов водорода с кислотным остатком. Поэтому анион CO32- сильно притягивает атом водорода молекулы воды:

CO32-...H...O-H <=> HCO3- + O-H-

Между карбонат-ионом и атомами водорода молекулы воды возникают водородные связи. Это приводит к ослаблению связи H..O-H. В некоторых молекулах связь разрывается. В результате образуется гидрокарбонат- ион, а молекула воды превращается в гидроксид-ион.Образующиеся ионы при столкновении взаимодействуют друг с другом, поэтому процесс происходит обратимо.Гидроксид-ионы, возникающие в результате этого процесса , изменяют окраску фенолфталеина.

Могут ли ионы Na+ взаимодействовать с молекулами воды? Допустим,

Na+ + HOH <=> NaOH + H+

 

Но при этом образуется сильный электролит.

Может ли гидролиз продолжаться дальше? В направлении

HCO3- + HOH => H2CO3 + OH-

 

это маловероятно, потому что увеличение концентрации гидроксид-ионов неминуемо приведет к взаимодействию с образовавшейся кислотой (принцип Ле Шателье). Следовательно, в системе устанавливается динамическое равновесие:

CO32- + HOH <=> HCO3- + OH-

2Na+ + CO32- + HOH <=> 2Na+ + HCO3- + OH-

 

Таким образом, молекулы воды разрушаются не всегда. Свойством разрушать молекулы воды обладают ионы слабых электролитов — слабых кислот и слабых оснований. В состав карбоната натрия входят ион натрия — ион сильного основания и карбонат-ион — ион слабой кислоты.Поэтому взаимодействие этой соли с водой происходит за счет аниона. Весь процесс:

Na2CO3 + HOH <=> NaHCO3 + NaOН

 

Равновесие этого процесса сильно смещено в сторону образования исходных веществ. Только 20% соли подвергается гидролизу. В растворе находится смесь ионов: карбонат-ионы, ионы натрия, в небольшом количестве гидрокарбонат-ионы и гидроксид-ионы.

Итак, соли, образованные катионом сильного основания и анионом слабой кислоты, подвергаются гидролизу по аниону,так как анион слабой кислоты, связывая ион водорода, вызывает сдвиг равновесия воды в сторону образования гидроксид-ионов, от которых среда приобретает щелочную среду, т.е.

[OH-] > [H+]

 

Соль AlCl3 образована катионом слабого основания и анионом сильной кислоты.

Соль- сильный электролит,в растворе содержится в виде ионов:

AlCl3 = Al3+ + Cl -

 

Образовавшиеся ионы окружены гидратной оболочкой,в которой происходят изменения. Теперь мы знаем, что молекула воды разрушается под действием слабого электролита. В данной соли анион является ионом сильной кислоты HСl. Поэтому хлорид-ион не разрушает воду. Допустим,

Cl- + HOH => HCl + OH-

Но эта гипотеза лишена смысла,так как сильный электролит не может в растворе содержаться в виде молекул. Тогда гидратированные ионы алюминия сильно взаимодействуют с молекулами воды и разрушают одну из них

Al3+ ….. HO - H <=> Al(OH)2+ + H+

Ион алюминия своим положительным зарядом оттягивает электронную плотность от кислорода молекулы воды. При этом в молекуле воды связи расслабляются и она может разрушиться. Образуется малодиссоциирующий ион (AlOH)2+,прочно удерживающий гидроксид-ион. От молекулы воды остается ион водорода, под его воздействием индикатор метилоранж изменяет оранжевую окраску на розовую. Среда кислая:

[H+] > [OH-] .

 

Может ли гидролиз продолжаться дальше с образованием основания Al(OH)3? Нет, потому что будут накапливаться ионы водорода, которые сдвинут равновесие в сторону обратной реакции. В итоге,

Al3+ + НОН <=> Al(OH)2+ + Н+,

Al3+ + 3Cl– + HOH <=> Al(ОH)2+ + 3Cl– + H+,

AlCl3 + HOH<=>AlOHCl2 + HCl

Реакция осуществляется за счет катиона, в момент равновесия в растворе преобладают ионы алюминия,хлорид-ионы, а также ионы

Al(ОH)2+ и Н+ в небольшом количестве.

Итак, соли, образованные катионами слабого основания и анионами сильной кислоты,подвергаются гидролизу, так как катионы слабого основания вызывают сдвиг равновесия в сторону образования катионов водорода, от которых среда приобретает кислую среду

 

[H+] > [OH-].

Из данной системы возможен частичный уход продуктов взаимодействия. Как правило, растворимость основных солей значительно меньше, чем средних, а вероятность их образования в данной системе большая.

 

Соль NaCl образована катионами сильного основания и анионами сильной кислоты, следовательно, гидролизу не подвергается, в растворе сохраняется равновесие. Среда нейтральная:

 

[H+] = [OH-].

 

 

 

Методический комментарий.

 

Предворительно рекомендуется провести с учащимися беседу на следующие темы:

- что определяет свойства растворов кислот,

- как определяется наличие катионов водорода в растворе,

-чем отличаются сильные кислоты от слабых,

-привести примеры тех и других,

-в молекулах, каких кислот – сильных или слабых – водород связан прочнее,

- дать определение основаниям,

- как обнаруживается наличие гидроксид-ионов в растворе,

- почему одни основания относятся к сильным электролитам, а другие – к слабым?

На этом уроке не рассматриваются соли, образованные катионами слабых оснований и анионами слабых кислот. Этот вопрос лучше вынести на отдельный урок, повторяя пройденное.

В данной задаче необходимо использовние лабораторных опытов, для этого на отдельном столе выставлены растворы солей, штативы с пробирками, индикаторы. Поощряется, если учащиеся ссылаются в своих докладах на проделанные опыты.

 

 

 

Задача о воде ТОГИС

Рябинина О.А. Пресная вода

Имя задачи: Задача о пресной воде.

Автор: Рябинина Оксана Александровна, учитель химии ЦО № 1474 г. Москвы.

Предмет: химия.

Класс: 8.

Тема: Запасы пресной воды. Очистка воды.

Профиль: гимназический.

Уровень: продвинутый.

Текст задачи.

Вода, у тебя нет ни цвета, ни вкуса, ни запаха,

тебя невозможно описать, тобой наслаждаются,

не ведая, что ты такое. Нельзя сказать,

что необходимо для жизни: ты сама жизнь.

Ты исполняешь нас радостью,

которую не объяснишь нашими чувствами.

С тобой возвращаются к нам силы,

с которыми мы уже простились.

По твоей милости в нас вновь начинают

бурлить высохшие родники нашего сердца.

(А. де Сент-Экзюпери. Планета людей)

Почему говорят, что вода – это главное полезное ископаемое Земли? Запасы пресной воды иссякают. Какие меры нужно принять, чтобы не случилось экологической катастрофы?

а) выделите ключевые слова для информационного поиска;

б) найдите необходимую информацию;

в) обсудите и проанализируйте собранную информацию;

г) сделайте выводы;

д) сравните ваши выводы с выводами известных людей.

Возможные информационные источники.

Книги:

Рудзитис Г.Е. «Химия. 8 класс» Учеб. для общеобразовательных уч-реждений» М.: Просвещение, 2009.

Фримантл М. « Химия в действии» 2 том. М.Мир,1998.

Школьный атлас « Химия». М. Росмэн,1999.

Энциклопедия для детей Аванта « Химия» 17 том. М. Аванта,2000.

Web-сайты:

http://www.n-t.org

http://www.chemistry.ssu

Культурные образцы

http://www.aquaexpert.ru

http://www.waternews.ru

Пресная вода составляет 3% от общего объема воды

Примерно 75% мировых запасов пресной воды заключено в ледниках и айсбергах; почти вся остальная вода, в основном, находится под землёй в водоносных слоях. На протяжении многих тысяч лет она накапливалась там как вследствие таяния ледников, так и в результате проникновения воды в почву во время выпадения дождей. Грунтовые воды – это вовсе не подземные моря и озёра, а просто увлажнённые гравий и песок; вода по объёму составляет примерно одну шестую часть такого слоя.

Легкодоступны для человека всего лишь 1% водных запасов, однако даже этой ничтожной доли было бы достаточно для удовлетворения на-ших потребностей, если бы вода была распределена равномерно по местам обитания людей. Средний Восток, северная Азия, северо-восток Мексики, большая часть Африки, многие западные Штаты Америки, часть Чили и Аргентины, а также почти вся Австралия страдают от неус-тойчивого водоснабжения.

Расходование воды

За последние 40 лет количество пресной воды на каждого человека в мире уменьшилось на 60%. В течение последующих 25 лет предпола-гается дальнейшее уменьшение ещё в 2 раза.

Сельское хозяйство – основной потребитель пресной воды. В на-стоящее время оно потребляет 87% имеющейся воды. Продукция, про-изводимая на орошаемых землях, в 2-5 раз дороже, чем выращиваемая за счёт выпадения дождей, т.к. стоимость топлива и гидросооружений постоянно возрастает.

При ежегодной потребности на выращивание пищи на каждого че-ловека в год, равной 400 000 литров, в США используется 1 700 000 лит-ров. При минимальной потребности в воде для бытовых нужд (в том числе в питьевой воде) 50 литров в день, в США потребляется воды в 8 раз больше, т.е. 400 литров в день.

Более 80 стран мира испытывают недостаток пресной воды. Дефи-цит пресной воды ощущают более 300 городов Китая, и проблема эта возрастает.

Недостаток воды, особенно на Среднем Востоке, уже приводит к по-литической напряжённости между государствами.

Из-за неверного использования грунтовых вод исчерпываются их за-пасы. Скорость, с которой уменьшаются запасы, составляет от 0,1% до 0,3% в год. В США скорость отбора подземных вод в среднем на 25% выше, чем скорость их восстановления. При сохранении таких темпов некоторые земледельческие районы уже через 30 лет станут непродук-тивными.

В развивающихся странах загрязнено примерно 95% воды. В США в 37% озёр вода непригодна для купания из-за различных видов загрязне-ния.

Загрязнение отходами и болезнетворными организмами, а также бо-лее чем 100 000 разного рода химикатов, используемых в мире, делает воду не только непригодной для питья, но также и для применения в сельском хозяйстве. Опреснение морской воды для сельского хозяйства – очень энергоёмкий и экономически бесперспективный процесс.

Нас окружает Океан или мы его?

Каждый год в прибрежные воды морей и океанов сбрасывается более 35 млн. т. нитратов и до 3,75 млн. т. фосфорных соединений. Даже такой огромный объём мог бы быть растворён в открытом океане, однако большая часть загрязнений остаётся в прибрежной полосе, образуя налёт на водорослях и понижая содержание кислорода, нарушая жизнь моря в прибрежной зоне.

Количество коралловых рифов за время, прошедшее после второй мировой войны, уменьшилось в 2 раза. В настоящее время 10% этих экосистем, обычно представляющих собой чрезвычайно разнообразный мир растений и живых существ, деградировали до неузнаваемости; 30% находятся в критическом состоянии и будут потеряны на протяжении 10-20 лет; состояние еще 30% вызывает серьёзные опасения – они будут утрачены через 20-40 лет, и только оставшиеся 30%, расположенные вдалеке от мест человеческой деятельности, находятся в устойчивом состоянии.

Береговая линия повсюду перенаселена. Почти 2/3 населения Земли (4 млрд. человек) живёт в прибрежной полосе шириной до 150 км. Через 10 лет эта доля возрастёт до 75%. "Естественное" следствие такой миграции – ещё большее загрязнение шельфа и уничтожение морских обитателей.

Жажда возрастает

Сегодня 2 млрд. людей в 80 странах мира живут в условиях ограни-ченного обеспечения питьевой водой.

В 9 странах потребление воды превышает скорость её возобновле-ния.

За прошедшие 150 лет количество питьевой воды на человека уменьшилось в 4 раза. К 2000 г. 6 из 7 восточно-африканских стран и все 5 стран южного побережья Средиземного моря испытывают дефицит пресной воды. К 2025 с дефицитом воды столкнутся 48 стран с общим населением 3 млрд. человек.

Несмотря на обилие дождей, выпадающих в Китае, их неравномер-ность и нерегулярность приводят к тому, что только половина населения страны снабжается водой регулярно.

В Соединённых Штатах грунтовые воды, накопленные ещё со вре-мени ледникового периода, выкачиваются со скоростью, на 25% большей, чем скорость их возобновления. В некоторых районах превышение расхода над восстановлением достигает 160%. Как и почва, грунтовые воды восстанавливаются очень медленно: примерно 1% в год, однако поведение людей определяется и в этом отношении принципом "хватай, кто что сумеет": американский гражданин в среднем расходует воды в 4 раза больше, чем европеец. Обширный водоносный горизонт Огаллала под штатами Небраска, Оклахома и Техас, запасы воды в котором боль-ше, чем в любом наземном водоёме, истощится через 30-40 лет.

Первые приметы будущего: в 1950 г. в Канзасе к водоносному слою было пробурено 250 скважин. В 1990 г. их было уже 3000. За это время толщина слоя уменьшилась с 58 футов до увлажнённого остатка толщи-ной 5-6 футов.

В другой части Великих равнин, в городе Китак, его жители вынуж-дены были уйти. Редкие туристы да археологи проходят тротуарами го-родка, разговаривая шёпотом: в центре города в ясный летний день стоит абсолютная тишина; не поют птицы, не слышны голоса людей, нет шума машин. Город умер от жажды.

Ирригация жизненно необходима для производства продуктов пита-ния в мире. Поливные земли занимают около 16% мировых площадей; на их долю приходится производство одной трети пшеницы при урожай-ности, в 2,5 раза более высокой, чем на обычных полях, однако ирригация требует больших расходов воды (около 65% мировых запасов) и энергии. Расход воды для производства 1 кг продукции составляет: для пшеницы – 1 400л., для риса – 4 700л., для хлопка – 17 000л.

Вместе с тем ирригация сопровождается потерей земель вследствие засоления и заболачивания (примерно 1% в год). Эта проблема уже су-ществует в Индии, Пакистане, Египте, Мексике, Австралии и США. Аф-рика и некоторые страны Среднего Востока, особенно Израиль и Иорда-ния, а также другие страны, исчерпывают запасы грунтовых вод. В Китае уровень грунтовых вод понижается на 1 м в год, а в районе Тяньцзиня – на 4,4 м в год, а на юге Индии – на 2,5-3 м в год, причём водоносный го-ризонт Гуджарат попутно подвергается засолению.

Через 25 лет будет утрачено 30%, а через 50 лет – половина полив-ных земель. Одновременно происходит загрязнение рек и проточных вод.

Проявление парникового эффекта вследствие выброса в атмосферу огромного количества газов становится очевидным. Глобальный климат Земли уже нарушен. Следует ожидать существенного перераспределения атмосферных осадков, появления засух во внутриконтинентальных областях, возрастания погодной неустойчивости и климатического раз-нообразия и в результате снижения урожайности всех видов культур, а также роста заболеваний растений и увеличения численности вредных насекомых. Экосистема в целом станет неустойчивой; она не сможет приспособиться к столь быстро изменяющимся условиям.

В этом отношении поучительным является 1988 г. Вследствие об-ширнейшей засухи урожай зерновых понизился на 30% и впервые за 300 лет уровень производства зерновых оказался ниже уровня потребления. В этом же году урожай в Канаде понизился на 37%.

Ядовитый атмосферный коктейль из выбросов химического и иных производств – главная причина уменьшения и даже уничтожения лесов и полей. Кислые дожди уничтожают бесценные памятники и дома в Европе и Северной Америке.

Межправительственный комитет по изменению климата пришёл к заключению, что для прекращения роста содержания двуокиси углерода в атмосфере нужно уменьшить применение ископаемых источников энергии на 60-80%, однако этот призыв похож на обращение к наркоману, который находится в трансе.

Первая реакция на шоковое воздействие произошла во время неф-тяного кризиса 1973 г. Тогда потребление энергии на человека в ряде стран (развитые страны Западной Европы и Северной Америки, Япония, Австралия и Новая Зеландия) уменьшилось всего на 5%. В результате предпринятых мер в течение 10 лет валовой национальный продукт в этих странах вырос на треть, а у автомобилей расход бензина на кило-метр уменьшился на 25%. Общая экономия энергии составила $250 млрд.

Шок давно прошёл. Новое поколение повторяет старые ошибки. Следующее потрясение будет гораздо масштабнее, но времени на от-ветные действия практически не останется.