Урок-исследование проводится в 9-м классе по программе Н.Е.Кузнецовой (базовый уровень) после изучения свойств металлов в теме 8 «Общие свойства металлов». Урок является первым в изучении новой темы «Металлы главных и побочных подгрупп», имеет связь с ранее изученными темами («Свойства основных классов соединений», «Окислительно-восстановительные реакции», «Строение атома», «Периодический закон и Периодическая система химических элементов») 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.
Цели урока. Научить учащихся самостоятельно добывать знания в ходе исследования, определять проблемную ситуацию, находить пути ее решения, систематизировать и обобщать изученный материал; развивать умение прогнозировать, сравнивать, выделять главное, анализировать.
На основе атомного строения металлов, физических и химических свойств, показать черты сходства и различия щелочных металлов, межпредметные связи химии с биологией, физикой, медициной, используя области применения основных соединений щелочных металлов, роль этих металлов в жизни человека.
Форма организации занятий: урок-исследование.
Методы: беседа с использованием таблиц, химический эксперимент.
Оборудование и реактивы: фенолфталеин (р-р), NaCl, Na, K, Li, H2O,HCl (р-р), спиртовка, спички стаканчики, скальпель, фильтровальная бумага, компьютер, проектор, экран, пинцет, презентация к уроку.
ХОД УРОКА
Ориентировочно-мотивационный этап
Учитель ставит перед учащимися познавательные задачи для уточнения содержания основных понятий. Вопросы предполагают межпредметную связь с физикой, биологией и внутрипредметную связь между основными темами. Фронтальная работа учащихся класса репродуктивного и частично-поискового характера готовит учащихся к активной учебно-познавательной деятельности.
Сегодня мы познакомимся с представителями металлического мира - щелочными металлами, узнаем много интересного о них. Глубже осмыслим общие и специфические свойства металлов I группы главной подгруппы. Ознакомимся со способом качественного распознавания щелочных металлов в соединениях, с их применением.
Это и будет целью нашего сегодняшнего урока.
Запишем в рабочих тетрадях тему нашего урока "Щелочные металлы".
Фронтальная беседа:
1. Показать и назвать, где находятся щелочные металлы в периодической системе.
(I группа главная подгруппа; Li; Na;K;Rb;Cs;Fr)
2. Составьте электронные и графические формулы щелочных металлов.
3. Чем отличаются и что общего в строении этих элементов?
(Разный атомный радиус; одинаковое число валентных электронов на последнем слое).
4. Посмотрите эксперимент и объясните результаты опыта со щелочными металлами и водой (видеофрагмент).
5. Какую степень окисления будут иметь щелочные металлы? (+1;1е на последнем слое).
6. Какими свойствами обладают все металлы (восстановители).
Вывод: Атомы всех щелочных металлов имеют на внешнем электронном уровне по 1s электрону, которые относительно легко отрываются;
По сравнению с другими элементами атомы щелочных металлов имеют меньшие размеры и самые низкие потенциалы ионизации. В ряду Li-Cs радиусы атомов увеличиваются, и соответственно уменьшается Е ионизации.
Доклад обучающихся о распространении и значении элементов ЩМ в природе.
Натрий занимает шестое, а калий – седьмое место по распространённости в земной коре. Примеры важнейших минералов этих элементов:
Натрия – галит (каменная, или поваренная соль) – NaCl. Каменная соль в виде мощных скоплений встречается в ряде стран: России, Австрии, США, Польше и др. В России – это соляные озера Эльтон и Баскунчак, города Солекамск, Артемовск, Илецк. Древнегреческий поэт Гомер, назвал поваренную соль «божественной». В те далекие времена она ценилась выше золота. Из-за месторождений соли происходили военные столкновения, а нехватка соли у населения вызывала «соляные бунты». М.В.Ломоносов писал, что в его время за четыре-пять плиток соли можно было купить раба. Многие племена в Центральной Африке отдавали за чашку соли чашку золота. В Китае XIIIвека из каменной соли делали монеты.
Поваренная соль известна человеку с незапамятных времен, и название ее сходно во многих языках. В честь соли названы многие города, реки и озера: Солигалич, Соликамск, Сольвычегорск, Соль-Илецк, Сольцы, Усолье и Усолье-Сибирское, реки Усолка и Соленая и многие другие.
Соль – обязательная составная часть организма человека. Соль поддерживает нормальную деятельность клеток, из которых состоят все ткани и органы. Из соли в желудке вырабатывается соляная кислота, без которой невозможно переваривание пищи. Суточная потребность в поваренной соли для взрослого человека составляет 10 – 15 грамм.
нитронатрит(натронная, или чилийская, селитра) – NaNO3, криолит – Na3[AlF6] и другие.
Калия – сильвин KCl, ортоклаз – K[AlSi3O8] и т.д. (демонстрируем образцы минералов, содержащих натрий и калий). Большая часть калия, содержащегося в почве, оказывается недоступной для растений. Между тем ионы калия необходимы всем живым организмам.
Литий также встречается в природе в составе минералов (амблигонит – LiAl(PO4)F, сподумен – LiAl(Si2O6) и др.; но его содержание очень незначительно.
Рубидий и цезий являются спутниками калия в минералах и соляных пластах. Их содержание также невелико. Так, карналлит KCl∙MgCl2∙6H2Oвключает лишь 0,015-0,04 % рубидия, а цезия – ещё меньше (на слайде 5 – изображения минералов).
Содержатся щелочные металлы в живых организмах, в том числе и в организме человека. Наибольшее значение для жизнедеятельности человека имеют натрий и калий. Они активируют множество ферментов, играют важную роль в осмотическом балансе, стабилизируют структуру нуклеиновых кислот. Особо следует подчеркнуть значение катионов натрия и калия для передачи нервных импульсов при сокращении мышц и работе внутренних органов. Нарушение баланса этих катионов может привести к весьма плачевным последствиям, например, к сбою сердечного ритма и смерти. В растениях катионы калия содержатся в протоплазме клеток и обеспечивают нормальное усвоение углекислого газа, регулируют процессы дыхания и усвоения растениями азота.
В отличие от натрия и калия литий является токсичным элементом. Тем не менее, он накапливается в печени и лёгких. Его физиологическая роль до конца не ясна.
Большое количество калия содержится в кураге, сое, фасоли, зеленом горошке, черносливе, изюме.
Учитель: химические элементы образуют простые вещества металлы. Так кто же они - щелочные металлы. Послушайте внимательно своих одноклассников и выделите для себя всё самое необычное, связанное с ними.
1 об –ся: Литий.
Пурпурным светом в пламени вулканов
Из недр земли выходит он на свет
Чтобы затем трудиться неустанно
В крылатых сплавах и в оптическом стекле.
Он в чистом виде нежно серебристый
И мягок - даже режется ножом.
Он плавает в воде и очень быстро
При этом вытесняет водород.
Используется как теплоноситель
Он в ядерных реакторах всегда.
А химика – органика спросите,
Он скажет вам: «Без лития никак!»
Итак, мы с вами убедились
Насколько важен этот элемент.
Космические силы накопили
Его в Земле порядочный процент.
2 – об – ся: Натрий.
Великий химик Гемфри Деви
Металлу натрию отец.
Своё открытие он сделал
На соде и на поташе.
Их электролизу подвергнув,
Он два металла получил,
И натрий был получен первым
Среди металлов щелочных,
Вот светом золотистым ярким
На улицах и на площадях
В экономичных натриевых лампах
Сияет он в развешанных шарах.
В каталитических процессах
Нам обойтись без натрия нельзя
А с кадмием он, известно
По свойствам уникальный сплав.
В природе натрий есть повсюду,
В воде и в воздухе он есть
И чтоб проверить крепость дружбы
Пуд соли вместе надо съесть.
3 – об-ся: Калий.
Он – Соликамска уроженец.
И худо будет без него
В природе множество растений.
Без калия не проживёт.
Собьётся с ритма наше сердце
Без калия – ты это знай,
Без калия и не надейся
Собрать хороший урожай!
Он фантастически активен,
Горит на воздухе, в воде
И фиолетовый красивый
При этом излучает свет!
А вот с ионом бихромата
Он коже дал красивый вид
Неплохо в лайковых перчатках
Весной по городу ходить!
4- об-ся: Рубидий.
Ряд линий в спектре ярко – красных
Киргоф и Бунзен вдруг нашли
Для элемента – это паспорт
И новый элемент Рубидий нарекли.
Рубидий бета – радиоактивен.
Ядро его теряет электрон,
Так постепенно и неотвратимо
Он стронция даёт нам изотоп.
Рубидий наш буквально недотрога,
Горит на воздухе, взрывается в воде.
В земной коре его совсем немного
Он в минеральных водах и слюде.
Рубидий обнаружен в свекле,
Он в почве есть, в морской воде,
Рубидий в виноградном соке
Вот что такое этот элемент!
5 – об-ся:Цезий.
Две линии небесно голубые
Открыли в спектре Бунзен и Киргоф
И новый элемент по цвету линий
Был ими цезием сейчас же наречён.
В природе цезия совсем немного
Его содержит минерал поллук
Химически наш цезий недотрога
На воздухе он вспыхивает вдруг.
Металл он легкоплавкий, серебристый
Легко расплавится в руке
Цветной без цезия не обойдётся телевизор,
Известен цезиевый элемент.
Да, кстати, фотоэлементы
Содержат цезий – плёнкой на стекле
Чувствительность их просто беспримерна
Ведь реагируют они на инфракрасный свет.
6 – об – ся: Франций.
В 20 веке обнаружен
Он Маргаритою Перей
Так эта милая француженка
Нам подарила новый элемент.
Похож по свойствам он на цезий,
Не больше часа жизнь его…
В различных ядерных процессах
Участвует его ядро!
Проблемно-поисковый этап
Учитель сообщает, 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. Ученики в процессе работы заполняют протокол исследования (табл.).
Таблица
Протокол исследования
|
Проблема |
Гипотеза |
Проверка гипотезы. Уравнения реакций |
Наблюдения |
Вывод |
|
|
|
|
|
|
Р а б о т а 1-й г р у п п ы
Проблема исследования. Почему в земной коре не могут встречаться в свободном состоянии щелочные металлы, их оксиды и гидроксиды?
На этот вопрос учитель ожидает получения однозначного ответа о высокой реакционной способности щелочных металлов, взаимодействии 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 взаимодействии оксида и гидроксида щелочного металла с кислотными оксидами и кислотами. Учащиеся делают вывод о нахождении щелочных металлов в земной коре только в виде солей.
Опыт. Демонстрация природных соединений щелочных металлов
В природе щелочные металлы встречаются только в виде соединений.
Na и К в природе встречаются в виде хлоридов, сульфатов, силикатов и т.д.
Li, Rb, Cs входят в состав различных минералов.
Fr встречается в радиоактивных рудах Ас и U .
NaOH – едкий натр, каустическая сода.
KOH – едкое кали
Na2CO3*10H2O – кристаллическая сода
NaHCO3 – пищевая сода
K2CO3 – поташ
Na2SO4*10H2O – глауберова соль
Используют для очистки нефтепродуктов, производства бумаги, мыла, волокон, стекла, удобрений. Применяются в медицине и фармакологии.
Р а б о т а 2-й г р у п п ы
Проблема исследования. Мы знаем, что к общим физическим свойствам металлов относятся: твёрдость, пластичность, ковкость, электро- и теплопроводность, металлический блеск. Высокие температуры кипения и плавления. Однако, как было сказано, щелочные металлы мягкие, даже режутся ножом; у них низкие температуры кипения, они могут расплавиться в руке.
Что представляют собой щелочные металлы по физическим свойствам?
Как выглядят щелочные металлы? Как необходимо хранить щелочные металлы?В лаборатории они хранятся в запаянных ампулах, под слоем керосина, а вот литий под слоем вазелина, почему?
Опыт. Демонстрация учителем щелочных металлов под керосином. Учащиеся пинцетом достают кусочек натрия и скальпелем отрезают небольшой кусочек и выкладывают на фильтровальную бумагу.
Заносят наблюдения в протокол (Серебристо-белые, кроме цезия он серебристо – жёлтый, мягкие металлы, легко режутся ножом. Плотности ЩМ возрастают от лития к францию, температуры плавления, наоборот, уменьшаются. Все ЩМ (кроме лития) плавятся ниже температуры кипения воды).
|
Li |
Na |
K |
Rb |
Cs |
|
|
Плотность металла, г/см3 |
0,5343 |
0,971 |
0,863 |
1,532 |
2,44 |
|
Температура плавления, 0С |
180 |
98 |
64 |
39 |
27 |
Учащиеся предполагают, что вследствие своей активности щелочные металлы хранят под слоем керосина, чтобы преградить доступ воздуха и влаги к металлам во избежание взрывов и пожаров.Литий очень легкий и в керосине всплывает на поверхность, поэтому его хранят под слоем вазелином.
Значит, эти вещества взрывоопасны. Некоторые кусочки не сгорают, а только тускнеют, покрываясь белой плёнкой.
Обладают низкой t пл. (демонстрируют по таблице в учебнике), хорошо проводят электрический ток, пластичны. 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 присутствие в воздухе кислорода и напоминает, что металлы хорошо взаимодействуют с ним с образованием оксидов. Проблема состоит в том, что из щелочных металлов оксид образует только литий, а натрий и калий – пероксиды. Обобщают полученные результаты, формулируют выводы.
Щелочной металл + кислород?
4М + O2—> 2M2O?
При взаимодействии щелочных металлов с кислородом протекает реакция:
1) у щелочных металлов металлическая кристаллическая решетка. В узлах решётки находятся нейтральные атомы и положительно заряженные ионы, а между ними – свободные электроны. Это электроны последнего уровня, свободны они потому, что не прочно связаны с ядром. С увеличением радиуса атома щелочного металла уменьшается прочность кристаллической решётки у металлов от лития к цезию;
2) взаимодействие щелочного металла и кислорода с образованием пероксида (исключение литий);
3) оксид натрия можно получить при слабом нагревании металла в среде, содержащей мало кислорода, или при нагревании смеси пероксида натрия с металлическим натрием.
4Li + 02 -> 2 Li20
2 Na +02 -> Na2 02
Na202 + 2Na - > 2Na20
Р а б о т а 3-й г р у п п ы
Проблема исследования. Почему нельзя тушить щелочные металлы водой и как удалять их остатки после работы? Почему же металлы 1 группы главной подгруппы называются щелочными?
Опыт. В воду, находящуюся в чашках Петри, прилили 2 капли фенолфталеина, и положили кусочек натрия.
Учащиеся предполагают протекание реакции замещения и образования щелочи. Учащиеся выдвигают гипотезу для решения проблемы и доказывают её. Если выдвижение гипотезы о протекании реакции вызвало затруднение, то учитель обращает внимание учащихся на то, что щелочные металлы являются сильными восстановителями, их способность вытеснять водород из воды. При дальнейшем затруднении учащимся напоминают, что щелочной металл попадает в раствор, поэтому и происходит выделение газа. Вновь создана ситуация противоречия, в которой учащиеся находят решение. Обобщают полученные результаты, формулируют выводы.
Щелочной металл + вода?
1) М + H2O —> MOH + H2.
При взаимодействии щелочных металлов с водой протекают реакции:
1) взаимодействие щелочного металла и воды с образованием щелочи и водорода;
2) в присутствии щелочи фенолфталеин становится малиновым.
2Na + 2Н20 -> 2NaOH+ Н2
2Li + 2Н20 -> 2 Li ОН + Н2
Р а б о т а 4-й г р у п п ы
Проблема исследования. Как можно распознавать ионы щелочных металлов по окраске пламени?Опыт.«Окрашивание пламени соединениями щелочных металлов».
Работу вы будите выполнять согласно инструкции.
Инструкция
Нихромовую проволоку с ушком (от электроспирали), предварительно очистить в растворе соляной кислоты и прокалить над спиртовкой до бесцветного пламени. Поместить в ушко немного кристаллической соли и внести в пламя. Перед каждым опытом проволоку обрабатывают в соляной кислоте и прокаливают.
Окраска пламени: Li + - ярко-малиновый
Na + - жёлтый
K+ - сине – фиолетовый
Результаты опытов запишите в тетради.
Вывод: Соединения щелочных металлов можно распознать по окрашиванию пламени их ионов.
Домашнее задание.
Они являются сильнейшими восстановителями, поэтому нельзя получить путем восстановления соответствующих оксидов, их нельзя вытеснять из водных растворов солей действием каких -либо металлов.
Электролиз водных растворов солей этих металлов тоже не приводит к получению самих металлов, а лишь к образованию их гидроксидов.
Как получают щелочные металлы? §76,77 упр.3 с.272
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. Учитель подводит итоги урока. 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 достижение целей учащимися открывает перспективу для их исследовательской работы в научном обществе учащихся.
Л и т е р а т у р а
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.: АПН 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.
