Цели урока: Обучающая - обобщить знания учащихся об основных свойствах элементов-металлов главных подгрупп I-III групп и побочных подгрупп периодической системы Д.И.Менделеева, а также образуемых ими простых и сложных веществ.
Развивающая - совершенствовать умения экспериментально подтверждать химические свойства металлов, на основе теоретических знаний выполнять практические задания, устанавливать взаимосвязь строения и свойств веществ, сравнивать, обобщать, логически мыслить и рассуждать, развивать творческие способности, использовать дополнительную литературу.
Воспитательная - воспитывать экологическую культуру (на примере действия на организмы тяжелых металлов), ответственное отношение к собственному здоровью в связи с недостатком в организме или излишним поступлением в организм некоторых металлов, умение объективно оценивать результаты своего труда.
Методы и методические приемы: фронтальная беседа, индивидуальная работа с использованием дидактических карточек, лабораторный опыт, групповые работы, заслушивание сообщений учащихся и мини-сочинения, выполнение лабораторного опыта с использованием проблемного подхода, итоговое тестирование, анализ и самоанализ.
Оборудование и реактивы: коллекция минералов и горных пород, распечатка вопросов для рефлексии тестов, на столах учащихся - распечатки плана характеристики элементов-металлов I-III групп главных подгрупп, плана характеристики элементов - металлов побочных подгрупп ПСХЭ, штативы с пробирками, пробирки с раствором сульфата меди (II), железный гвоздь, цинк, соляная кислота, гидроксид натрия, вода, на доске - таблица “Содержание в земной коре наиболее распространенных элементов в % от массы земной коры”, алюминиевые опилки, кристаллы йода, гидроксид меди, фарфоровая чашка, спиртовка.
Подготовка к уроку: за неделю до урока учащимся было дано задание, используя дополнительную литературу, подготовить сообщение или написать сочинение о металлах и их соединениях.
Ход урока
1.0ргмомент.
Учитель: Ребята, в течение нескольких уроков мы с вами изучали тему "Металлы". За это время вы накопили определенный багаж знаний по теме. Сегодня нам предстоит выяснить, как велик этот багаж. Для этого мы выполним ряд заданий. На вашем пути могут возникнуть трудности, но вы не забывайте, что вы - один класс, где все прийдут на помощь друг другу.
2. К доске для работы по карточкам вызываются трое учащихся:
Карточка I. С какими простыми веществами реагируют металлы? Составить уравнения реакций на примере кальция. Объяснить результаты.
Карточка 2. Реагируют ли металлы с водой? Составить уравнения реакций на примере натрия и цинка. Объяснить результат.
Карточка 3. С какими сложными веществами реагируют металлы? Составить уравнения реакций взаимодействия металлов магния и железа с кислотами и солями.
3.Пока учащиеся готовятся у доски, с остальными проводим фронтальный опрос:
1) на какие две группы делятся все вещества?
2) какие группы простых веществ вам известны?
3) каковы особенности строения атомов металлов?
4) какова природа химической связи в металлах?
5) перечислить физические свойства металлов, по каким признакам можно отличить металлы от неметаллов? Привести примеры.
6) какой металл является самым распространенным в земной коре?
7) в каком виде встречаются металлы в природе?
8) что такое сплавы, для чего их получают? Привести примеры сплавов.
9) какие свойства - окислительные или восстановительные характерны для металлов и почему?
4. В беседе с классом ведется проверка работ учащихся, выполнявших задание по карточкам у доски.
5. Решение задачи.
Задача: Какая масса железа получится при восстановлении его оксидом углерода(II) из 2,32 тонны магнитного железняка, содержащего 5% примесей, еcли выход железа составляет 80% от теоретически возможного?
6. Учащиеся решают задачу, обмениваются тетрадями и проверяют задачу товарища по парте.
7. Учитель: К сегодняшнему уроку, в качестве домашнего задания вы приготовили сообщения о металлах. Послушаем отрывки из этих сообщений: 1) содержание в земной коре; 2) использование металлов и их сплавов в древности;
3) железо;
4) алюминий;
6) действие тяжелых металлов на организм человека, (см. Приложение 1-5)
8. Работа учащихся в группах. Класс делится на две группы, каждая из которых готовит характеристику элементов – металлов.
1-я группа учащихся - для элементов-металлов главных подгрупп I -IIIгрупп
2-я группа учащихся - для элементов-металлов побочных подгрупп (план характеристики см. Приложение 6-7).
9. Затем учащиеся дают сравнительную характеристику металлам главных и побочных подгрупп, в результате которой выясняется что:
-характерной особенностью d- элементов является то, что валентные электроны у них находятся на s-орбитали внешнего и d-орбиталях предвнешнего слоя. Напротив, у элементов-металлов главных подгрупп валентные электроны занимают только внешний энергетический уровень. Этим объясняются переменные степени окисления d -элементов и постоянные - элементов главных подгрупп.
- строение внешнего электронного слоя атомов d-элементов примерно одинаково (1 или 2 электрона), поэтому в периоде слева направо свойства d-элементов изменяются постепенно, а в ряду s и p- элементов, где количество электронов на последнем слое увеличивается с ростом порядкового номера элемента;
- атомы элементов-металлов главных и побочных подгрупп имеют небольшое число электронов на последнем энергетическом уровне, поэтому и те и другие обладают металлическими свойствами;
- таким образом, строение атомов элементов связано с их характерными свойствами.
10. Выполнение лабораторного опыта с использованием проблемного подхода, в результате которого создается проблема, выдвигается гипотеза и решается проблема. Работа выполняется группами по 4 вариантам.
1 вариант. У вас в наличии есть следующие вещества: цинк, вода, соляная кислота и гидроксид натрия, как из них можно получить гидроксид цинка? (Записать уравнения реакций).
2 вариант. Опустите железный гвоздь в раствор медного купороса и через 1-2 минуты выньте гвоздь. Объясните произошедшие явления с использованием электрохимического ряда напряжений металлов. Запишите уравнение химической реакции.
3 вариант. Осуществите реакцию между алюминием и йодом. Для этого в фарфоровую чашку
поместите смесь алюминия и йода, а затем в середину горки капните воды из пипетки. Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции, укажите, к какому типу она относится.
4 вариант. Насыпьте в пробирку немного порошка гидроксида меди(II), закрепите пробирку в держателе и нагрейте. Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции, укажите, к какому типу она относится.
От каждого варианта ответы дает один учащийся, остальные добавляют и исправляют.
Учитель: Ребята, ученик вашего класса Желдак Георгий написал мини-сочинение по свойствам металлов, которое он назвал “Поединок железа и меди”, сейчас он прочитает нам его, а вы ответите на вопросы, которые он вам задаст в конце чтения. ( см. Приложение 8)
11. Итоговое тестирование. Учащимся раздаются распечатки тестов. Выберите правильное утверждение:
1. Щелочные металлы являются сильными восстановителями.
2. Оксид и гидроксид цинка обладают амфотерными свойствами.
3. Гидроксид железа(II) обладает основными свойствами.
4. Атомы элементов-металлов натрия, калия, меди, хрома имеют постоянную степень окисления в соединениях.
5. Оксиды металлов натрия и калия реагируют с водой при комнатной температуре.
6. У атома магния на последней электронной оболочке расположены три электрона.
7. Соединения хрома с большей степенью окисления проявляют кислотные свойства.
8. Активный металл алюминий предохраняет от воздействия окружающей среды защитная оксидная пленка.
9. В концентрированной серной кислоте железо пассивируется.
10. У элементов-металлов побочных подгрупп валентными могут являться электроны внешнего и предвнешнего энергетических уровней.
Учащиеся попарно обмениваются работами и сверяют их с ответами на доске.
Правильные утверждения: 1, 2, 5, 7, 8, 9, 10.
По результатам тестирования рассчитывается коэффициент усвоения темы:
а - общее число утверждений; в - число допущенных ошибок.
При К = 80-100%-оценка“5”;
При К = 65-79%-оценка “4”;
При К = 50-64%-оценка “3”;
При К<50%- оценка “2”.
12. Рефлексия. Учащимся раздаются листки бумаги с вопросами, на которые они должны ответить.
1. Узнали ли вы что-либо новое сегодня на уроке?
2. Где в жизни можно применить то, что вы узнали?
3. Как вы оцениваете свою работу на уроке?
Затем учащимся выдаются цветные фигурки для оценки урока в общем.
На оценку “отлично” выбирают красный кружок, на “хорошо”- синий квадрат, а на “удовлетворительно”- желтый треугольник. Эти фигурки учащиеся сдают учителю.
Комментирование оценок за урок.
Домашнее задание: повторить материал о металлах по учебнику О.С.Габриеляна, выполнить задание 5, стр.68.
Приложение 1. Содержание в земной коре наиболее распространенных элементов в % от массы земной коры:
| Элемент: | % содержания в земной коре: |
| кислород | 47,2 |
| кремний | 27,6 |
| алюминий | 8,8 |
| железо | 4,65 |
| кальций | 3,6 |
| натрий | 2,64 |
| калий | 2,6 |
| магний | 2,1 |
На остальные элементы приходится менее 1% от массы земной коры.
Приложение 2. Использование металлов и их сплавов в древности.
В древности и в средние века было известно только семь металлов. Это число относилось с числом известных тогда планет: Солнце-золото, Юпитер-олово, Луна-серебро, Марс-железо, Меркурий-ртуть, Сатурн-свинец, Венера-медь.
Алхимики считали, что под влиянием лучей планет в недрах земли рождаются эти металлы. Поэтому они говорили: “Семь металлов создал свет по числу семи планет”. Сплавыметаллов могли изготовлять уже в 200 году нашей эры. Например, в Китае в наши дни была найдена гробница полководца Чжоу-Чжу, похороненного в 297 году нашей эры, которая состояла из очень прочного сплава-10% меди, 5% магния, 85% алюминия.
По этой причине гробница сохранилась до наших дней.
Приложение 3. Сообщение о железе
Железо - самый главный металл современной техники. Не найти другой такой металл, с которым так тесно была бы связана история человечества. Железо было одним из первых металлов, знакомых человеку еще в каменном веке. “Железным веком” называют период в развитии человечества, наступивший в начале I тысячелетия до н.э., когда многие народы и племена Европы и Азии научились выплавлять железо из руд. Если эпохи в жизни человечества называть по главному материалу, из которого изготавливают орудия труда, то железный век продолжается до сих пор.
Было время, когда железо ценилось дороже золота. Богачи заказывали себе украшения из железа, причем нередко в золотой оправе. По свидетельствам Гомера, победителя игр, устроенных Ахиллом, награждали куском золота и куском железа.
Самородное железо на Земле – редкость. Чаще всего это остатки железных метеоритов. Самородное железо найдено в образцах лунного грунта, доставленного на Землю. В основном это также остатки метеоритов, которые достигли поверхности Луны. Железо входит в состав многочисленных руд и минералов. Наиболее известны красный железняк (гематит), бурый железняк (лимонит), магнитный железняк (магнетит).
Железо - металл войны. Недаром алхимики обозначали его знаком бога войны Марса: щит и копье.
Большинство видов оружия изготавливается из сплавов железа. Многие из вас слышали или читали о булатной или дамасской стали, из которой ковались уникальные сабли. Лезвие булатного клинка можно было заточить до исключительной остроты. Не уступают по качеству булату клинки, изготовленные мастерами из Златоуста. Не только холодное, но и огнестрельное оружие сделано из сплавов железа.
Железо - это и важнейший металл мирной техники. Это основа всех наземных и морских транспортных средств: автомобилей, железнодорожного транспорта, судов. Железо - это станки и оборудование, сельхозмашины и трубопроводы, строительные конструкции и техника, предметы быта и садовый инвентарь. Этот перечень можно продолжать бесконечно. Примерно 9/10 всех используемых человеком металлов и сплавов - это сплавы на основе железа. Этого металла в мире выплавляется больше, чем всех остальных вместе взятых. К числу неоспоримых достоинств железа относится его дешевизна, доступность, ковкость, способность намагничиваться, возможность введения различных добавок.
И все же железо не лишено недостатков. Его главный недостаток - способность поддаваться коррозии.
Железо - жизненно важный элемент. Он входит в состав гемоглобина крови - красного пигмента эритроцитов. Гемоглобин переносит кислород к клеткам нашего тела. Именно железу кровь обязана своим красным цветом. При недостатке железа в организме развивается заболевание-анемия (малокровие).
Приложение 5. Сообщение об алюминии.
Впервые алюминий был получен в 1825 году датским физиком Х.К.Эрстедом.
Алюминий сразу же после его открытия привлек внимание химиков своей красотой и легкостью. Внешне похож на серебро, примерно в три раза легче железа и меди. Алюминий очень пластичен: его можно прокатать в тонкую фольгу, сделать тончайшие украшения, придать нужную форму. Вот только прочность чистого алюминия невелика, но в виде сплавов с другими металлами,
становится прочнее. Созданы сплавы алюминия с прочностью в десять раз выше, чем у стали.
Первый алюминий из-за сложного способа получения был очень дорог - почти в десять раз дороже золота. Первые алюминиевые изделия и украшения были доступны только очень богатым людям. Известно, что алюминий - третий по распространению в земной коре элемент и самый распространенный металл. Многочисленные минералы и горные породы в своем составе содержат алюминий. Это глины, полевые шпаты, многие полудрагоценные и драгоценные камни: гранаты, рубины, сапфиры, александриты. Корону российской империи украшает драгоценная шпинель, в состав которой также входят алюминий. Вот только в природных соединениях алюминий прочно связан с другими элементами, поэтому получение алюминия было трудоемким процессом. (Показ коллекции минералов горных пород, содержащих алюминий). С открытием новых методов получения алюминия, его производство возросло, а цена на алюминий стала падать.
Алюминий используется для изготовления проводов линий электропередач, труб для нефтяной отрасли промышленности, для производства зеркал, прожекторов, мощных отражателей.
Пластичность и нетоксичность алюминия лежит в основе получения из него упаковочных материалов для пищевых продуктов (алюминиевая фольга для обертки шоколада, банки для
напитков, крышки для йогурта и т. д.). Большая часть производимого алюминия идет на получение сплавов. Благодаря легкости и прочности они широко используются в авиационной и космической отраслях промышленности. Не даром алюминий называют крылатым металлом. Способность порошка алюминия гореть ослепительным пламенем используется в пиротехнике - производстве бенгальских огней, салютов, фейерверков.
Приложение 6. Физиологическое действие тяжелых металлов на организм человека.
Человеческому организму небезразлично количественное содержание микроэлементов, т.к. в зависимости от концентрации вещество может быть и полезным, и вредным.
Неблагоприятное влияние недостатка какого-либо элемента можно устранить искусственным изменением концентрации недостающих соединений. Но при дальнейшем увеличении содержания этого элемента, как необходимого, так и полезного, вновь возникают сбои в функционировании организма. Появляются аномалии в развитии и обмене веществ, нарушается деятельность органов, возникают эндемические заболевания, уродства.
Кобальт. Малая концентрация кобальта в организме приводит к анемии, эндемическому зобу, недостаточному синтезу или отсутствию витамина В12 . При высокой концентрации угнетается выработка витамина В12 .
Медь. При малых концентрациях возможны анемия, заболевания костной системы, а избыток меди приводит к поражению печени, вызывает желтуху.
Цинк. Стимулирует деление клеток и заживление пораженных тканей, но в то же время способствует образованию раковых клеток.
Кадмий. Спутник широко применяемого цинка и всегда присутствует в изделиях, содержащих цинк. В атмосферу попадает при сжигании изделий из пластмассы, куда его добавляют в составе красителей. В организме человека кадмий накапливается в почках, при его избытке развивается болезнь, вызывающая искривление и деформацию костей, сопровождающиеся сильными болями, хрупкость и ломкость костей. Кадмий повышает кровяное давление и обладает канцерогенными свойствами. В течение жизни его содержание в почках может увеличиваться в 100-1000 раз. Особенно быстро к критическому порогу приходят курильщики. Курение приводит к нарушению функции почек, болезням легких и костей. Растения табака жадно аккумулируют кадмий из почвы. Одна сигарета содержит 1,2-2,5 мкг. кадмия, а в организм попадает 0,1-0,2 мкг.
Ртуть. При вдыхании паров ртути, она концентрируется в мозге. Возникают нервно-психические нарушения, головокружение и постоянные головные боли, а также снижается память, расстраивается речь, возникает скованность, общая заторможенность. Наиболее тяжелые случаи заканчиваются полной слепотой, параличом, безумием, смертью.
До недавнего времени семена зерновых протравливали ртутью, и это отразилось на её содержании в почве. Из овощей особенно сильно аккумулируют ртуть капуста, горький перец и фасоль. Тёмные сорта винограда поглощают больше ртути, чем светлые. Большое количество ртути попадает в окружающую среду при разбивании медицинских термометров. Ртуть также выделяется в атмосферу при выплавке руд цветных металлов, производства цемента и сгорании угля.
Свинец. До XIX века главным источником свинца, попадавшего в организм человека, была оловянная посуда. Свинец специально добавляли в литьё для улучшения качества оловянных изделий. Свинцовые белила применялись и в живописи, и как “бытовая краска”. От свинцовых белил больше всего страдали те, кто был занят их производствам. Свинец, поступивший в
организм при дыхании в 10-100 раз токсичнее того, который поступает через желудок. Автомобиль - главный источник загрязнения воздуха. Свинец поступает в кровь и соединяется с эритроцитами, так происходит отравление крови и всего организма. При сгорании одного литра горючего в воздух попадает 200 - 400 мг. свинца.
Свинец, каким бы способом ни поступал в организм, главным образом аккумулируется в костях. Согласно исследованиям ученых, концентрация свинца в скелете людей, живших в средние века, в десять раз больше, чем в костях современных людей.
Наблюдения за подопытными обезьянами показали, что увеличение содержания свинца в крови в два раза вызывает острую стрессовую ситуацию. Таким образом, мы являемся свидетелями техногенного геохимического процесса необыкновенного масштаба, когда во всевозрастающих количествах металлы выбрасываются в атмосферу, поступают в природные воды, в почву, в человека и другие живые организмы.
Приложение 7. План характеристики элементов-металлов главных подгрупп I-III гр.
1) семейство, тип элемента(s или p);
2) число электронов на последнем энергетическом уровне;
3) степень окисления в соединениях: постоянные или переменные;
4) свойства простых веществ: металлические или неметаллические;
5) свойства соединений элементов с позиций теории окислительно-восстановительных реакций;
6) характер оксидов и гидроксидов (основным, амфотерный, кислотный).
Приложение 8. План характеристики элементов-металлов побочных подгрупп.
1) семейство, тип элемента- d
2) число электронов на последнем энергетическом уровне;
3) число валентных электронов;
4) степени окисления в соединениях (постоянные или переменные);
5) свойства простого вещества (металлические или неметаллические);
6) свойства соединений элементов (окислительные или восстановительные);
7) характер оксидов и гидроксидов (основный, амфотерный, кислотный).
Приложение 9. Сочинение “Поединок железа и меди”. Желдак Георгий, 9 класс.
Всю свою сознательную жизнь железо соперничало с медью, и, надо сказать, во многих случаях ей удавалось захватить первенство. Во-первых, медь старше железа на целых 2-3 тысячелетия, во-вторых, её молярная масса на 8 единиц больше, чем у железа, ещё она имеет красивый красноватый цвет, тогда как железо- серое, как мышь. По электропроводности медь тоже опередила железо и очень гордилась тем, что при сборке электрической цепи на уроках физики используют именно медные проводники. И ещё гордилась медь тем, что её применяют для борьбы с вредителями сельского хозяйства.
Вдруг в стране химических элементов объявили турнир на первенство среди металлов по химической активности.
Медь, привыкшая во всём держать победу, сразу же засобиралась участвовать в этом турнире, хотя отлично знала, что в стране химических элементов большинство металлов активнее её.
Она начистила до блеска своё красное медное платье, надела на голову узорчатую корону-результат побед в предыдущих поединках и отправилась на турнир.
Вся площадь, в центре которой находился ринг для турниров, была заполнена химическими элементами. Они стояли группами и по одиночке. Обособленно от других держались благородные металлы и инертные газы: они стояли молча и ни с кем не разговаривали.
И вот, соревнования начались. Самыми первыми на ринг вызвали щелочные металлы, после них в борьбу вступили щелочноземельные металлы и, наконец, на ринг вызывают малоактивные металлы и металлы со средней активностью. По жребию медь должна была выступать против железа.
Когда они вышли на ринг, все зрители затаили дыхание. Это была очень эффектная пара. Медь, вся красная, в своём платье с блёстками, была похожа на зарю, а на железе был надет рыцарский костюм. Он был в нём великолепен и олицетворял собой бесстрашие и непобедимость.
С первых минут турнира медь повела себя очень хитро. Она всё время становилась так, чтобы солнечные лучи, отражаясь от её блестящего платья, падали через щели забрала в глаза железу и, таким образом, наш рыцарь был ослеплён. Но именно эта хитрость меди и подвела её. Рыцарь, ослеплённый медью, ориентировался на блеск её платья. Платье меди было для нашего рыцаря как маяк для тонущего корабля. Медленно, но верно железо вытесняло медь с ринга, пока медь ни повисла на канатах и ни запросила о пощаде. Победа досталась железу!
Медь же долго не могла смириться со своим поражением. Она даже обращалась в суд присяжных, но ей посоветовали заглянуть в электрохимический ряд напряжений металлов за разъяснением этого вопроса, и она поняла, что проиграла.
Вопрос: Что мог сказать меди электрохимический ряд напряжений металлов?
Какими уравнениями реакций это можно подтвердить?