Урок-исследование по теме: “Свойства металлов и их соединений» проводится 11 классе по программе О.С. Габриелян (профильный уровень) после изучения металлов в теме 4 «Вещества и их свойства». Урок является результатом усвоенных знаний по теме “Металлы”, имеет связь с ранее изученными темами “Свойства основных классов соединений, “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.
Цели урока: учащиеся учатся самостоятельно добывать знания в ходе исследования и раскрывать особенности протекания химических реакций, определять проблемную ситуацию, находить пути ее решения, систематизировать и обобщать изученный материал. Учащиеся развивают умение прогнозировать, сравнивать, выделять главное, анализировать. Форма организации занятий: урок-исследование.
Ход урока
Ориентировочно- мотивационный этап
Для уточнения содержания основных понятий учащимися предлагается решить познавательные задачи. 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.
Вопросы: Новый цинковый бак, в котором приготовили раствор медного купороса для опрыскивания растений, вскоре прохудился. Объясните причину разрушения стенок бака.
Для тепловозов, имеющих двигатели с чугунными и стальными блоками, в системе охлаждения используется вода с рН 11-12, а для дизельных поездов, имеющих двигатели с алюминиевыми блоками вода с рН 7-8. Чем это вызвано?
Почему алюминиевую посуду нельзя мыть содой?
При поиске ответов на вопросы 3, 4, 5 учащимся необходимо найти решение путем выявления противоречия в содержании. Для сосредоточенности внимания учащихся на магнитной доске вопросы 3, 4, 5 изображены в виде схем-рисунков. При ответе на вопрос 3 учащиеся сравнивают активность металлов в электрохимическом ряду напряжений и делают вывод о протекании реакции растворимой соли с более активным металлом. Сравнивая активность металлов в электрохимическом ряду напряжений, учащиеся делают вывод о протекании реакции замещения активным металлом более слабого в растворимой соли, вследствие чего происходит разрушение стенок бака. Ответ на 4 вопрос должен уточнить наличие разной среды растворов, а также проявление металлами свойств амфотерности. При затруднении ответа на 4 вопрос учитель обращает внимание учащихся на стенд, в котором изображена шкала значений рН и её соответствие среде раствора. Анализируя значения рН, учащиеся делают вывод о разной среде растворов и невозможностью нахождения алюминия в щелочной среде раствора, т.к. будет протекать его взаимодействие со щелочью. Показывая связь предыдущего вопроса, о том, что алюминий и его соединения (оксидная пленка на поверхности металла) амфотерные, учащиеся приходят к выводу о щелочной среде раствора соды, образованной в результате гидролиза.
Проблемно-поисковый этап
Ученики класса разбиты на творческие группы, каждая из которых получает задание и необходимые реактивы для проведения эксперимента. Необходимо провести исследование, каждому предоставляется возможность самостоятельного приобретения знаний. Учащиеся, получив задание, осмысливают содержание и последовательность его выполнения. В исследовании каждой из групп учителем созданы проблемные ситуации противоречия теоретического материала и практически проведенного эксперимента. В процессе работы учащиеся заполняют протокол исследования.
Работа 1 группы. Цель исследования: изучение протекания химических реакций при взаимодействии щелочных металлов с растворами солей.
Учащиеся группы проводят опыт №1: в растворы хлорида 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 (II) поместите кусочек лития. Заносят наблюдения в протокол (выпадает осадок черного цвета).
Учащиеся ошибочно предполагают вытеснение активным металлом более слабого металла из его соли. Но практически проведенный эксперимент свидетельствует 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 как они могут быть получены. При дальнейшем затруднении учащимся напоминают, что щелочной металл попадает в раствор, поэтому и происходит выделение газа. Согласно, доказанному в предыдущем опыте, алгоритму взаимодействия щелочного металла с раствором соли в результате должен образоваться осадок гидроксида меди (II) синего цвета. Вновь создана ситуация противоречия, в которой учащиеся находят решение. Обобщают полученные результаты, формулируют выводы, конструируют алгоритм протекания химической реакции.
Щелочной металл + раствор соли?
- Ме + H2O = MeOH + H2
- MeOH + раст.соль = др.соль + др.основание
При взаимодействии щелочных металлов с растворами солей протекают 2 реакции: 1) Взаимодействие щелочного металла и воды с образованием щелочи и водорода. 2) Взаимодействие щелочи и раствора соли с образованием другой соли и другого основания. К предложенному алгоритму (опыт №2) добавится реакция разложения нерастворимого основания.
Работа 2 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 заносят 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 доказали теоретически нерастворимость магния в воде. Учителем создана ситуация противоречия теории и практики. Согласно теории протекает вытеснение активным металлом более слабого из раствора его соли с образованием металлического осадка. Проведённый эксперимент свидетельствует о растворении магния и бурном выделении газа. Если выдвижение гипотезы учащимися вызывает затруднение, то учитель обращает 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 её решения. Обобщают полученные результаты и формулируют выводы.
Металл + раствор соли?
- Ме + H2O = реакция не протекает
- раст.соль + H2O = гидролиз
- Ме + кислота (среда раствора соли) = соль + H2
Взаимодействие магния с растворами солей подчиняется алгоритму: 1)Растворимые соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, подвергаются гидролизу по катиону с образованием кислой среды. 2)Кислота, полученная в результате гидролиза соли, действует на металл, образуя соль и водород.
Работа 3 группы. Цель исследования: изучить протекание химических реакций при действии алюминия на растворы солей.
Опыт №1: в раствор карбоната натрия опустите гранулу алюминия. Наблюдения учащиеся заносят в протокол (выпадение белого осадка и выделение газа). Опыт №2: в раствор хлорида меди (II) поместите гранулу алюминия. В результате эксперимента выделяется бесцветный газ и большой объём порошкообразной меди на поверхности алюминия. Опыт №3: в раствор нитрата меди (II) поместите гранулу алюминия. Учащиеся фиксируют отсутствие наблюдений.
Данное исследование предполагает выяснение учащимися противоречия образования различных продуктов реакций в результате взаимодействия алюминия с солями и способностью растворения оксидной пленки в различной среде раствора. При затруднении выдвижения учащимися гипотезы учитель обращает внимание учащихся 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. Формулируют выводы и конструируют алгоритм взаимодействия алюминия с растворами солей: 1) Гидролиз солей, образованных или слабым основанием или слабой кислотой, с образованием кислой или щелочной среды. 2) Оксидная пленка на поверхности алюминия растворяется в среде, образованной в результате гидролиза соли (щелочью или соляной кислотой). Азотной кислотой пленка на поверхности алюминия не разрушается. 3) Взаимодействие алюминия с водой и средой раствора соли.
Работа 4 группы. Цель исследования: изучить протекание химических реакций при действии металлов побочных подгрупп на растворы солей.
Опыт №1: в раствор сульфата меди (II) опустите железные стружки. Учащиеся группы фиксируют выделение меди на поверхности железа. Опыт №2: в раствор хлорида железа (III) поместите небольшое количество меди. В результате эксперимента происходит растворение меди. Опыт №3: в раствор нитрата железа (III) поместите небольшое количество серебра. В результате эксперимента происходит растворение серебра. Эксперимент содержит противоречие, выявленное учащимися при проведении опытов.
Результаты 1 опыта подтверждают вытеснение активным металлом более слабого из раствора его соли. Результаты 2 и 3 опыта свидетельствуют и о протекании реакции между слабым металлом и раствором соли. Учащиеся группы должны выявить противоречие двух проведенных опытов и найти решение в создавшейся ситуации. При затруднении учащихся в выдвижении гипотез учитель обращает внимание учащихся на способность железа иметь различные степени окисления. Проведя качественный анализ продуктов реакции, учащиеся выдвигают гипотезу, проверяют её истину.
- Me(сильнее) + раст.соль = др.соль + др.Ме
- Me(слабее) + раст.соль = др.соль + др.соль, реакция возможна если Fe+3 → Fe+2 или Сu+2 → Cu+1
Формулируют выводы: 1) Более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли, с образованием другого металла и другой соли. 2) Взаимодействие менее активного металла с раствором соли, если металл в соли может восстанавливаться до промежуточной степени окисления (железо +3 до +2; медь +2 до +1).
Этап рефлексии (презентация полученных результатов).
Констатация достижения учащимися поставленных целей, они развивают умения публичного выступления и обмениваются с другими учащимися результатами выполненного исследования. Отчет групп учащихся поддерживается мультимедийной презентацией проведенного исследования. Результатом данного урока является наличие положительного мотива к исследовательской деятельности, учащиеся пробовали свои силы в решении проблемных вопросов и убедились, что могут их решить. Анализ и оценка успешности достижения целей учащимися является перспектива исследовательской деятельности в работе НОУ.
К работе прилагается презентация (Приложение 1).