Конспект урока - исследования по химии в 11 классе «Химические свойства металлов и их соединений»

Муниципальное общеобразовательное автономное  учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 5 города Соль – Илецка»

                         Оренбургской  области















                Конспект урока - исследования  по химии в 11 классе

                   «Химические свойства металлов и их соединений»































                                                                    Учитель химии

                                                                          Корикова Елена Александровна













                                  Соль – Илецк 

                                      2014 год









                                              

                                             Аннотация

Урок – исследование проводится в 11 классе после изучения металлов по теме «Вещества и их свойства». Урок является результатом усвоенных знаний по теме «Металлы», имеет связь с ранее изученными темами («Свойства основных классов веществ», «Гидролиз солей», «Окислительно – восстановительные реакции», «Металлы главных подгрупп», «Переходные металлы») и построен на основе теории проблемного обучения. Данный урок может быть проведен в классе, где учащиеся обладают высоким уровнем развития и сформированности    учебных умений и навыков. Это позволяет провести урок в режиме самостоятельного поиска знаний. Форма организации работы в классе на основной части урока – групповая, группы созданы с учетом индивидуальных психологических особенностей и уровня умственного развития каждого учащегося.



















































































           Тема урока:  «Химические свойства металлов и их соединений»

Цель урока:  Научить учащихся самостоятельно добывать знания в ходе исследования и раскрывать особенности протекания химических реакций, определять проблемную ситуацию, находить пути ее решения, систематизировать и обобщать изученный материал; развивать умения прогнозировать, сравнивать, выделять главное, анализировать.

Задачи:

                                                   Образовательные:

1.Повторить свойства металлов и их соединений;

2.Сформировать понятия о химических свойствах металлов;

                                                   Развивающие:

1.На основе межпредметных связей продолжить формирование умений устанавливать взаимосвязь между составом, строением и свойствами вещества;

2.Способствовать развитию исследовательских навыков;

3.Продолжить формирование умений работать в темпе, экономя время урока

Форма проведения урока: урок – исследование

Оборудование и реактивы:

Растворы: хлорид магния, хлорид железа(2), хлорид меди(2), хлорид алюминия, карбонат натрия, нитрат меди (2), сульфат меди(2), хлорид железа (3), нитрат железа (3)

Твердые вещества: литий, магний, алюминий, железо, медная проволока, серебро.

Штативы с пробирками.

Литература: 

Махмутов М. И. Проблемное обучение: основные вопросы теории. М.: Педагогика, 1975;  

Махмутов. М.И Организация проблемного обучения в школе. Книга для учителей. М.: Просвещение, 1977; Психологический словарь.  Под ред. В.В. Давыдова. М.:  Педагогика, 1983;

Фридман Л.М., Маху В.И  Проблемная организация учебного процесса. Методическая разработка. М.: АПМ СССР, 1990;

          Кудрявцев В.Т. Проблемное обучение: истоки, сущность,  перспективы . М.: Знание, 1991; 

          Сиденко А.С. Технологизация опыта, возможна ли она? Народное образование, 1999, № 1,2; 

Хуторской А.В. Технология эвристического обучения. Школьные технологии, 1998, № 4.   

                                      

                                             Ход урока: 

  1 Орг. Момент 

Ориентировочно-мотивационный этап

Ставлю перед учащимися познавательные задачи для уточнения содержания основных понятий. Вопросы предполагают  межпредметную связь с физикой, биологией внутрипредметную связь между основными темами. Фронтальная работа учащихся класса репродуктивного и частично- поискового характера готовит учащихся к активной учебно-познавательной деятельности.

     Вопрос 1. Почему в земной коре не могут встречаться в свободном состоянии щелочные металлы, их оксиды и гидроксиды?

     На этот вопрос  ожидается получение однозначного ответа о высокой реакционной способности щелочных металлов, взаимодействие  с водой и химических свойствах их соединений. Учащиеся на основании положения щелочных металлов в периодической системе химических элементов делают вывод об их активности и высокой скорости протекания реакции с водой, а также о взаимодействия оксида и гидроксида щелочного металла с кислотными оксидами и кислотами. Учащиеся делают вывод о нахождении щелочных металлов в земной коре только в виде солей.

Вопрос 2. Смесь двух металлов второй группы главной подгруппы растворили в воде. Один из металлов в воде не растворился. Элементы, образующие эти металлы, называют «элементами жизни». Какие это металлы?

    Ответ на данный вопрос предполагает сравнение активности металлов (магния и кальция), а также их соединений. Если учащиеся не отвечают на поставленный вопрос, то ещё раз уточняется условие взаимодействия металла с водой (металл реагирует с водой, образуя растворимое основание и водород).

    Учитывая, что кальций при обычных условиях взаимодействует с водой с образованием малорастворимого гидроксида, а магний с холодной водой  не реагирует, учащиеся приходят к выводу, что в воде не растворился магний.

     Вопрос 3. 	новый цинковый бак, в котором приготовили раствор медного купороса для опрыскивания растений, вскоре прохудился. Объясните причину разрушения стенок бака. 

     Вопрос 4. Для тепловозов, имеющих двигатели с чугунным и стальными блоками, в системе охлаждения используется вода с рН=11/12,а для дизельных поездов, имеющих двигатели с алюминиевыми баками, вода с рН=7/8. Чем это вызвано?

     Вопрос 5. Почему алюминиевую посуду нельзя мыть содой?

     При поиске на последние три вопроса  учащимся необходимо найти решение путём выявления  противоречия  в содержании. Для наглядности и лучшего понимания вопросы иллюстрированы схемами-рисунками. При ответе на 3-й вопрос учащиеся сравнивают активность металлов в электрохимическом ряду напряжений и делают вывод о протекании реакции замещения более активным металлом (Zn) менее активного (Cu) в растворимой соли, вследствие чего происходит разрушение стенок бака.

    При ответе на 4-ый вопрос необходимо учесть наличие разной среды растворов, а также проявление отдельными металлами свойств амфотерности. При затруднении на этот вопрос учитель обращает внимание учащихся на стенд, на котором изображена шкала значений  pH и ее соответствие среде раствора. Анализируя значения pH, учащиеся делают вывод о невозможности нахождения алюминия в щелочной среде раствора, т.к. в этом случае будет протекать его взаимодействие со щелочью.

    Ответ на 5-ый вопрос вытекает из предыдущего ответа. Учитывая, что алюминий и его соединения (оксидная пленка на поверхности металла) проявляют амфотерные свойства, а среда щелочная (устанавливают при рассмотрении реакции гидролиза), учащиеся делают вывод, что алюминиевую посуду мыть содой нельзя.

         Вопрос 6. Какие из предложенных солей подвергаются гидролизу: хлорид натрия, хлорид магния, карбонат калия? Определите среду раствора соли.

       Данный вопрос направлен на идентификацию среды раствора, образованной в результате гидролиза соли. Учащиеся демонстрируют знание процесса гидролиза и объясняют образование среды раствора солей. 

                        Проблемно-поисковый этап  

    УЧИТЕЛЬ.

    Должны мы на уроке истину установить,

    При этом формулы, законы не забыть

    Эксперимент с начало проведем,

    Подумаем, помыслим и теорию учтём.

    Дерзая, споря, новое откроем

    И постепенно нужное усвоим.

        Сообщаю, что необходимо провести исследование, предоставляется возможность самостоятельного приобретения знаний. Ученики класса разбиты на творческие группы, каждая из которых получает задание и необходимые реактивы для проведения эксперимента. Учащиеся, получив задание, осмысливают содержание и последовательность его выполнения. В исследовании каждой из групп учителем созданы проблемные ситуации: противоречия теоретического материала и практически полученного в эксперименте результата. Ученики в процессе работы заполняют протокол исследования (табл.)

                                                         Протокол исследования



Описание опыта

Наблюдения

Гипотеза

Проверка гипотезы. Уравнения реакции

Алгоритм протекания реакции













                                    Работа 1-ой группы

Цель исследования: Изучение протекания химических реакций при взаимодействии щелочных металлов с растворами солей.

     Опыт 1. В растворах хлоридов магния и железа  осторожно помещают кусочек лития. Наблюдения заносят в протокол (бурно выделяется газ, выпадают осадки белого и бурого цвета). 

     Опыт 2. В раствор хлорида меди (2)  помещают кусочек лития. Заносят наблюдения в протокол (выпадает осадок черного цвета).

     Учащиеся предполагают (ошибочно) вытеснение активным металлом более слабого металла из его соли. Но практически проведенный эксперимент свидетельствуют о выделении газа и выпадении осадка. Учащиеся формулируют проблемный вопрос, выдвигают гипотезы для его решения и доказывают их. Если выдвижение гипотезы о протекании реакции вызвало затруднение, то учитель обращает внимание  учащихся на цвет осадков, их соответствие определенным соединениям  и способам получения. При дальнейшем затруднении учащимся напоминают, что щелочной металл попадает в раствор, поэтому и происходит выделение газа. Согласно доказанному в 1-ом опыте алгоритму взаимодействия щелочного металла с раствором соли, во 2–м опыте должен образоваться осадок гидроксида меди (2) синего цвета. Вновь создана ситуация противоречия, в которой учащиеся находят решение. Обобщают полученные результаты, формулируют выводы, конструируют алгоритм протекания химической реакции.

      При взаимодействии щелочных металлов с растворами солей протекают реакции: 

взаимодействие щелочного металла и воды с образованием щелочи и водорода.

Взаимодействие щелочи и раствора соли с образованием другой соли и другого основания. 

К предложенному алгоритму во 2-ом опыте  добавится реакция разложения нерастворимого основания.

                                      Работа 2-ой группы:

Цель исследования: Изучить взаимодействие щелочноземельных металлов с растворами солей.

Опыт 1. В раствор хлорида алюминия поместите небольшое количество магния. В результате проведенного эксперимента происходит растворение магния, которое сопровождается  бурным выделением бесцветного газа. Наблюдения учащиеся записывают в протокол.

Опыт 2. В раствор хлорида магния  поместите небольшое количество магния. Учащиеся записывают наблюдения в протокол исследования(растворение магния в растворе своей соли и выделение газа).

       На первом этапе урока при поиске ответа на 2 вопрос учащиеся теоретически доказали нерастворимость магния в воде. Создана ситуация противоречия теории и практики. Согласно теории протекает вытеснение активным металлом более слабого из раствора его соли с  образованием металлического осадка. Проведенный эксперимент свидетельствует о растворении магния и бурном выделении газа. Если выдвижение гипотезы учащимися вызывает затруднение, то я  обращаю внимание на способность солей  подвергаться гидролизу. Активные действия с объектом изучения приводят учащихся к выявлению характера противоречия  теории и практики, они формулируют проблему и выдвигают гипотезы для ее решения. Обобщают полученные результаты и формулируют выводы.



                                              Металл + раствор соли?

                            1.М + Н2О= реакция не протекает

                            2.растворимая соль + Н2О = гидролиз

                            3. М + кислот(среда раствора соли) = соль + Н2

Взаимодействие магния с растворами солей подчиняется алгоритму:

растворимые соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, подвергаются гидролизу по катиону с образованием кислой среды;

кислота, полученная в результате гидролиза соли, действует на металл, образуя соль и водород.



                                       Работа 3-ой группы:

Цель исследования: изучить протекание химических реакций при действии алюминия на растворы солей.

Опыт 1. В раствор карбоната натрия опустите гранулу алюминия. Выпадает белый осадок и выделяется газ. (наблюдения учащиеся заносят в протокол).

Опыт 2. В раствор хлорида меди (2) поместите гранулу алюминия. В результате эксперимента выделяется бесцветный газ и большой объем порошкообразной меди на поверхности алюминия.

Опыт 3. В раствор нитрата меди (2) поместите гранулу алюминия. Учащиеся фиксируют отсутствие видимых признаков реакции.

          Данное исследование предполагает выяснение учащимися противоречия в образовании различных продуктов реакций в результате взаимодействия алюминия с солями  и способности растворения оксидной пленки в различной среде раствора. При затруднении выдвижения гипотезы, я обращаю их внимание на природу соли и возможность протекания гидролиза. Учащиеся совершенствуют исследовательские навыки, обобщают полученные результаты проведенного эксперимента, выдвигают гипотезы растворения оксидной пленки алюминия в различных средах растворов солей и взаимодействия металла в данных условиях.

        Учащиеся формулируют выводы и конструируют алгоритм взаимодействия алюминия с растворами солей:

гидролиз солей, образованных слабым основанием или слабой кислотой, с образованием кислой или щелочной среды;

 оксидная пленка на поверхности алюминия растворяется (щелочью или  соляной кислотой) в среде, образованной в результате гидролиза соли (азотной кислотой пленка на поверхности алюминия не разрушается);

 взаимодействие  алюминия с водой и средой раствора соли.

                                       

                                    Работа 4-ой группы:

Цель исследования: Изучить протекание химических реакций при действии металлов побочных подгрупп на растворы солей.











Опыт 1. В раствор сульфата меди(2)  опустите железные стружки. Учащиеся фиксируют выделение меди на поверхности железа.



                                        

Опыт 2. В раствор хлорида железа (2) поместите небольшое количество меди. В результате эксперимента происходит растворение меди.

Опыт 3.В раствор нитрата серебра поместите небольшое количество меди. В результате эксперимента происходит осаждение серебра на медной проволоке. 

                                                      



 Результаты первого опыта подтверждают вытеснение активным металлом более слабого из раствора его соли. Результаты  второго и третьего опытов свидетельствует о протекании реакции между слабым металлом и раствором соли. Учащиеся группы должны выявить противоречие проведенных опытов и найти решение в создавшейся ситуации. При затруднении учащихся в выдвижении гипотез обращаю внимание на способность железа иметь различные степени окисления. Проведя качественный анализ продуктов реакции, учащиеся выдвигают гипотезу, проверяют ее истину.



 1. М (сильнее) + растворимая соль = другая соль + другой М

 2. М (слабее)  + растворимая соль =  другая соль + другая  соль  (реакция возможна, если 

  +3       +2            +2      +1

Fе   =   Fе   или   Сu = Сu)

Учащиеся формулируют выводы:

 более активный металл вытесняет менее активный  из раствора  его соли с образованием другого металла и  другой соли;

взаимодействие менее активного металла с раствором соли, возможно, если металл в соли восстанавливается до промежуточной степени окисления.



                  Этап рефлексии (презентация полученных результатов)

    Учащиеся докладывают о достижении поставленных целей, обмениваются с другими учащимися результатами выполненного исследования, развивая тем самым умения публичного выступления.

     Отчет групп учащихся поддерживается мультимедийной презентацией проведенного исследования. 

                                                 Подведение итогов:

Результатом данного урока является наличие положительного мотива к исследовательской деятельности. Учащиеся пробовали свои силы в решении проблемных вопросов и убедились,  что могут их решить. Успешное достижений целей учащимися открывает перспективу для их исследовательской деятельности во внеурочное время. 

 

                  Домашнее задание: 

 Повторить  как реагируют металлы с растворами солей