Вопрос об электролитической диссоциации веществ изучается в 8 классе в теме "Растворение. Растворы. Свойства растворов электролитов".
Электролитическая диссоциация изучается на примере веществ с ионной и ковалентной полярной связью. Обычно демонстрируются опыты, связанные только с электропроводностью растворов и расплавов электролитов. Данные опыты порождают заблуждение у учащихся в том, что растворы веществ в любых растворителях проводят электрический ток. А значит, электролитическая диссоциация веществ наблюдается при растворении веществ в любых растворителях.
С целью предупреждения такой ошибки можно начать рассмотрение вопроса об электролитической диссоциации веществ с ионной и ковалентной полярной связью без демонстрации опытов с электрическим током. Сначала с помощью химических опытов убедить учащихся в том, что в водном растворе происходит распад соединений с ионной и ковалентной полярной связью на ионы. А опыты с электрическим током провести как доказательство наличия в водных растворах электролитов ионов.
Поэтому в данном случае можно создать проблемную ситуацию конфликта между практически достигнутым результатом и недостаточностью знаний для его теоретического обоснования.
Это вызывает интерес у учащихся к изучаемому вопросу и стремление объяснить наблюдаемые явления, а также стремление к получению новых знаний.
Задачи урока:
- Дать понятие об электролитах и неэлектролитах; рассмотреть механизм диссоциации веществ с различными типами связи; указать роль молекул воды в диссоциации веществ; познакомить с понятием "степень диссоциации" и классификацией электролитов.
Оборудование и реактивы:
- Концентрированная H2SO4; H2O; Ca(OH)2 кристаллический; метилоранж на ацетоне; фенолфталеин кристаллический; ацетон; обезвоженный CuSO4; железные гвозди; пробирки; прибор для определения электропроводности растворов с лампочкой; NaCl кристаллический и раствор; растворы Ca(OH)2 и H2SO4.
Ход урока
Урок начинается с организационного момента: взаимное приветствие учащихся и учителя; фиксация отсутствующих; проверка готовности учащихся к уроку; организация внимания.
Далее следует создание опорных знаний: учитель ставит перед учащимися вопросы, ответы на которые будут использованы в процессе изучения нового материала:
1) Какие вещества относятся к классу кислот?
2) Приведите формулы известных вам кислот?
3) Выясните, что общего в составе всех кислот, как можно обнаружить кислоту в растворе?
4) Какие вещества относятся к классу оснований и как их классифицируют по растворимости в воде?
5) Приведите формулы известных щелочей и ответьте на вопросы:
а) что общего в их составе?
б) как можно обнаружить щелочь в растворе?
6)Какие вещества называются солями?
Вспомнив необходимые сведения, учитель приступает к изложению нового материала.
Учитель еще раз обращает внимание учащихся на тему урока: в ней оба слова новые, а поэтому и непонятные. Эти термины в ходе урока необходимо расшифровать. Это сообщение нацеливает учащихся на восприятие нового материала.
Далее учитель формулирует учебную проблему-1 в форме проблемного вопроса: Будет ли изменяться окраска индикатора в кислоте, если ее растворить не в воде, а в другом растворителе (например, в ацетоне)? Мнения учащихся различны: часть дает утвердительный ответ, часть - отрицательный, часть - затрудняется ответить.
Для проверки гипотез, выдвинутых учениками, учитель демонстрирует опыты:
Т.Б. Осторожно приливать концентрированную H2SO4, т.к. происходит сильное разогревание.
В ходе эксперимента учащиеся отмечают, что в первом случае цвет индикатора не изменился, а во втором - изменился, стал красным.
Совместно с учителем учащиеся делают вывод:
Кислоты изменяют окраску индикатора только в водном растворе.
Следующий шаг: формулировка учебной проблемы-2 в форме проблемного вопроса: Будет ли изменять окраску индикатора сухая щелочь? Мнения учащихся различны: да, нет, затрудняются ответить.
Для разрешения противоречий в ответах учитель демонстрирует опыты:
В две сухие пробирки насыпать немного кристаллического гидроксида кальция и добавить в обе пробирки кристаллы фенолфталеина. Встряхнуть. В одну их пробирок прилить небольшое количество воды.
Т.Б. Пробирки должны быть абсолютно сухими.
Учащиеся отмечают, что в первой пробирке ни каких изменений не произошло, а во второй - окраска фенолфталеина изменилась в малиновую.
Совместно с учителем учащиеся делают вывод:
Индикатор изменяет окраску только в водном растворе щелочи.
Учитель сообщает учащимся, что некоторые металлы, например железо, взаимодействуют с водными растворами некоторых солей, например, сульфата меди(II). Учитель формулирует проблему-3 в форме вопроса: Будет ли железо взаимодействовать с раствором сульфата меди(II), если соль растворена не в воде, а в ацетоне?
Исходя из результатов первого опыта, более сильные учащиеся догадываются, что, наверное, нет. Для подтверждения правильности гипотезы учитель демонстрирует опыт:
В две пробирки насыпать обезвоженный сульфат меди(II). В одну из пробирок прилить 1 мл ацетона, а в другую - 1 мл воды. Встряхнуть обе пробирки. В растворы опустить очищенные железные гвозди.
Сначала учащиеся наблюдают растворение соли в обоих случаях, затем - наблюдают выделение меди только на гвозде, находящемся в водном растворе соли, а соль, растворенная в ацетоне, не взаимодействует с железом.
Совместно с учителем учащиеся делают вывод:
Железо вытесняет медь только из водного раствора соли.
Учитель делает общий вывод: кислоты, щелочи, соли, т.е. вещества с ионной и ковалентной полярной связью проявляют свои качества только в водных растворах.
Значит, в водных растворах с веществами что-то происходит. Учитель обращает внимание учащихся на роль молекул воды в этих процессах и вводит понятие "электролитическая диссоциация". Определение заранее записано на доске. Учащиеся записывают определение в тетрадь.
Затем подробно рассматривается строение молекулы воды:
Связь в молекуле ковалентная полярная.
Схема рисуется учителем на доске.
Рассматривается механизм электролитической диссоциации на примере диссоциации хлорида натрия. Одновременно с объяснением учитель рисует схему на доске. Учащиеся зарисовывают в тетрадях и внимательно слушают и записывают стадии диссоциации в тетрадь.
Механизм электролитической диссоциации:
а) Вначале хаотически движущиеся молекулы воды у ионов кристалла ориентируются к ним противоположно заряженными полюсами - происходит ориентация.
б) Затем диполи воды притягиваются, взаимодействуют с ионами поверхностного слоя кристалла - происходит гидратация.
в) Молекулы воды, перемещаясь в раствор, захватывают с собой гидратированные ионы - происходит диссоциация.
NaCl -> Na+ + Cl-
Учитель объясняет, как происходит диссоциация веществ с ковалентной полярной связью: диссоциация веществ с ковалентной полярной связью протекает на одну стадию больше - ориентация -> гидратация -> ионизация (т.е. превращение ковалентной полярной связи в молекуле в ионную связь) -> диссоциация.
HCl -> H+ + Cl-
Учащиеся углубляют знания о механизме электролитической диссоциации; присваивают знания, записывают стадии диссоциации в тетрадь.
Далее учитель задает вопрос: Можно ли экспериментально подтвердить тот факт, что в водных растворах кислот, щелочей, солей находятся ионы? Учащиеся затрудняются ответить. С целью разрешения затруднения учитель демонстрирует опыты по испытанию кристаллических веществ и их растворов на электропроводность. Учащиеся ведут наблюдения и записывают их на доске и в тетрадь.
Запись на доске.
NaCl кристаллический - лампочка не загорается, не проводит электрический ток.
NaCl раствор - лампочка загорается, проводит электрический ток.
Ca(OH)2 кристаллический - лампочка не загорается, не проводит электрический ток.
Ca(OH)2 раствор - лампочка загорается, проводит электрический ток.
H2SO4 раствор - лампочка загорается, проводит электрический ток.
По результатам эксперимента проводится беседа по вопросам:
Почему загорается лампочка?
Учащиеся отвечают, что при пропускании электрического тока через раствор ионы приобретают направленное движение: отрицательно заряженные ионы (анионы) движутся к положительному полюсу, а положительно заряженные ионы (катионы) - к отрицательному полюсу. Цепь замыкается и лампочка загорается.
Почему кристаллические вещества не проводят электрический ток?
Потому что в кристаллах ионы связаны друг с другом.
Затем учитель кратко освещает историю развития вопроса о теории электролитической диссоциации:
Автор теории электролитической диссоциации шведский ученый Сванте Аррениус. Будучи приверженцем физической теории растворов, С.Аррениус не смог ответить на вопрос: почему именно в водном растворе происходит диссоциация солей и щелочей (ведь сухие соли электрического тока не проводят) и откуда берутся ионы в растворах кислот? Ответ на него дали русские химики И.А.Каблуков и В.А.Кистяковский, которые применили к объяснению электролитической диссоциации химическую теорию растворов Д.И.Менделеева.
Учитель вводит понятия "электролиты" и "неэлектролиты", "степень электролитической диссоциации":
Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называют электролитами; вещества, растворы которых не проводят электрический ток, называют неэлектролитами.
Так как в растворах электролитов наряду с ионами присутствуют и молекулы, то растворы электролитов характеризуются степенью диссоциации, которую обозначают греческой буквой a (альфа).
Степень диссоциации - это отношение числа молекул, распавшихся на ионы (Nд), к общему числу растворенных молекул (Nр): a = Nд / Np
Степень диссоциации электролита определяют опытным путем и выражают в долях или в процентах. Если a = 0, то диссоциация отсутствует, если a = 1, или 100%, то электролит полностью распадается на ионы.
Электролиты имеют различную степень диссоциации, т.е. степень диссоциации зависит от природы электролита. Она также зависит и от концентрации: с разбавлением раствора степень диссоциации увеличивается
Учащиеся расширяют и углубляют знания по теме урока, присваивают знания, записывают обозначения и формулу в тетрадь.
На основе понятия о степени электролитической диссоциации учитель дает понятие о сильных и слабых электролитах:
Сильные электролиты при растворении в воде практически полностью диссоциируют на ионы. У таких электролитов значение степени диссоциации стремится к единице.
К сильным электролитам относят:
1) все растворимые соли;
2) сильные кислоты, например: H2SO4, HCl, HNO3;
3) все щелочи, например: NaOH, KOH.
Слабые электролиты при растворении в воде почти не диссоциируют на ионы. У таких электролитов значение степени диссоциации стремится к нулю.
К слабым электролитам относят:
1) слабые кислоты - H2S, H2CO3, HNO2;
2) водный раствор аммиака NH3 * H2O.
Учащиеся расширяют понятие об электролитах, присваивают знания, записывают примеры в тетрадь.
После объяснения материала по теме следует закрепление знаний. Учитель предлагает учащимся выполнить следующие задания:
1) Объясните, почему раствор гидроксида калия проводит электрический ток, а раствор глюкозы С6Н12О6 - нет.
2) Почему при разбавлении раствора электролита степень его диссоциации увеличивается?
3) Как отличается по своей природе электропроводность металлов и электролитов?
4) Как объяснить электрическую проводимость водных растворов электролитов?
5) Какие из солей, чьи формулы приведены, являются электролитами: AlCl3, BaSO4, Cu(NO3)2, AgCl, Na3PO4, Mg3(PO4)2.
Учащиеся применяют полученные на уроке знания для решения вопросов.
Развивают умения объяснять свои ответы, анализировать условие задач, умения пользоваться дополнительными справочниками (таблицей растворимости).
После закрепления знаний задается домашнее задание:
Параграф 35, записи в тетради, упр. 1-5,с. 198.
Габриелян О.С. Химия. 8 класс : учеб. для общеобразоват. учреждений / О.С. Габриелян. - 11-е изд., испр. - М. : Дрофа, 2005. - 267 с. : ил.