Цели урока:
Предметная: формирование понятий об электролитах, неэлектролитах и электролитической диссоциации; развитие знаний о процессах, протекающих при растворении в воде веществ разной природы, о причине и механизмах электролитической диссоциации веществ.
Методологическая: развитие научного мышления учащихся при через установление причинно-следственных связей, эксперимент и анализ эмпирических данных.
Метапредметная: формирование представлений о процессе организации порядка из хаоса на примере водного раствора или расплава электролита как сложной неравновесной системы физико-химической природы.
Планируемые результаты:
Знание:
- понятий: электролиты и неэлектролиты, гидратированный ион;
- процессов: диссоциация, гидратация;
- теорий: электролитическая диссоциация.
Умение:
- осуществлять экспериментальное исследование электропроводности твердых веществ и растворов;
- анализировать экспериментальные данные;
- классифицировать вещества с точки зрения электропроводности их растворов;
- строить графические модели химических процессов (диссоциация, гидратация);
- сопоставлять оппозиционные точки зрения на научную проблему.
Понимание:
- причин и механизма диссоциации на ионы веществ с разным видом химической связи;
- причин электрической проводимости растворов и расплавов электролитов;
- физико-химической природы процесса растворения веществ в воде;
- пути развития науки как технологии теоретической проблематизации (выход за рамки существующих представлений и проблематизация, имеющихся теоретических знаний, создаваемых в разных системах и разных типах мышления);
- ведущих мировоззренческих идей курса: единство и познаваемость материального мира; зависимость свойств вещества от особенностей его состава и строения; зависимость протекания химической реакции от природы реагентов и внешних условий;
- практического значения знания о процессах, протекающих при растворении в воде веществ разной природы;
- общей закономерности организации порядка из хаоса в сложной неравновесной системе физико-химической природы.
Приоритетные виды межпредметных связей:
– внутрицикловые содержательно-информационные – с курсом физики на уровне фактов, общепредметных понятий, теоретических знаний
– организационно-методические – на уровне общепредметных умений (наблюдение, анализ и вывод, классифицирование, применение знаний и способов действий, решение учебных проблем);
– специально-предметные – причинно-следственные, экспериментально-практические, взаимообратные.
Ведущие приемы обучения: постановка метапредметных вопросов, постановка и решение теоретической проблемы, организация акцентированных наблюдений, составление классификационных схем, обращение к жизненному опыту учащихся.
Дидактические средства: химический эксперимент, модели кристаллических решеток веществ, таблица растворимости.
Ход урока
Вы задумывались когда-нибудь о глубине, противопоставлениях и многогранности в нашем Мире, о противоположностях в нем? Порядок и хаос. Что для жизни более необходимо? Конечно, многие будут утверждать, что это порядок, но вот парадокс—хаос необходим больше. Мы живем в постоянно меняющемся мире, в движении — наша жизнь. Научиться управлять хаосом—вот задача будущего столетья. Сможешь ли ты управлять хаосом? Может ли хаос стать порядком? Или наоборот? Как эти понятия пронизывают нашу жизнь? ...
Что с вашей точки зрения порядок? Хаос?
А порядок и хаос с точки зрения агрегатного состояния вещества?
1884 год – в “Трудах Шведской академии наук” опубликована докторская диссертация Сванте Аррениуса “Исследования гальванической проводимости электролитов”.
Защита диссертации вызвала бурные споры среди ученых (влиятельные профессора Шведской академии наук Клеве и Тален назвали теорию “выдумкой”, а Аррениуса автором “сумасшедших” идей), при защите диссертации получил самую низшую, четвёртую степень, и одним из непримиримых противников теории шведского ученого Аррениуса был русский Дмитрий Менделеев.
Первая часть диссертации Аррениуса посвящена экспериментальному исследованию электропроводности.
Межпредметная беседа с учащимися (актуализация опорных знаний учащихся из курса физики)
Что такое электрический ток?
На какие группы по способности проводить электрический ток делятся вещества?
Какие из известных вам веществ являются проводниками электролитического тока?
Как вы думаете, могут ли ещё какие-нибудь вещества, кроме металлов, проводить электрический ток?
Для проверки высказанных предположений проводится эксперимент в группах:
1 ряд: испытание твердых веществ (соли и сахара) на электропроводность (не проводит)
2 ряд: испытание раствора поваренной соли на электропроводность (проводит)
3 ряд: испытание раствора сахара на электропроводность (не проводит)
Вывод: классификация веществ с точки зрения электропроводности на электролиты и неэлектролиты. Электролиты – вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток. Неэлетролиты – вещества, растворы или расплавы которых не проводят электрический ток. “Электролит” от греческого литос – “растворенный”
Аррениус утверждал, что “растворы, проводящие электрический ток, содержит больше частиц, чем можно было бы ожидать исходя из количества растворенного вещества. Например, если в воде растворить 1 моль поваренной соли, то общее число частиц в растворе будет в 2 раза больше – 2 моль”. Объясните это утверждение ученого. (Объяснить это явление можно, зная строение поваренной соли)
Вторая часть диссертации “Химическая теория электролитов” изложена в 43 тезисах и носила чисто теоретический характер. Один из тезисов вызвал большой спор ученых.
Аррениус: “Водный раствор электролита представляет собой механическую смесь ионов и воды”
Менделеев: “Между частицами растворенного вещества и растворителя возникает химическое взаимодействие”
Для доказательства тезиса Аррениуса необходимо актуализировать знания о типе химической связи и кристаллической решетке хлорида натрия. Теоретическая межпредметная учебная проблема: “Почему раствор хлорида натрия, в отличие от твердой соли проводит электрический ток?”
Эвристическая беседа с учащимися (актуализация знаний о типе химической связи и кристаллической решетки, чтобы учащиеся смогли выдвинуть достоверную гипотезу для решения противоречия, возникшего в результате наблюдений за проведенным экспериментом). Вспомните, что вам известно о химической связи в кристаллической решетке хлорида натрия. Какие частицы в составе хлорида натрия? Почему твердая соль, которая тоже содержит ионы не проводит электрический ток? Можно ли предположить, что ионы хлорида натрия оказываются свободными (подвижными) после растворения соли в воде?
Вывод учащихся (гипотеза): в узлах кристаллической решетки хлорида натрия содержаться ионы, которые высвобождаются при контакте соли с молекулами воды. (т.е. можно представлять водный раствор смесью ионов и воды, как считал Аррениус, его вывод лег в основу сформулированной им теории: “Главное отличие электролитов от неэлектролитов состоит в том, что в водном растворе электролиты распадаются (диссоциируют) на положительные и отрицательные ионы”.
Для доказательства тезиса Менделеева (посвятил изучению теории растворов 44 научных труда, создатель гидратной теории растворов), что растворение не только физический, но и химический процесс демонстрация безводного сульфата меди (белого цвета) и его растворение с образованием голубого раствора (при взаимодействии растворенного вещества и молекул воды образуются гидраты).
Вода – участник процесса диссоциации, в результате процесса образуются гидратированные ионы. (демонстрация механизма растворения хлорида натрия и образования гидратированных ионов).
Следующий шаг в решении учебной проблемы – подтверждение или опровержение выдвинутой гипотезы. Так как у учащихся отсутствуют необходимы знания, учитель вводит понятия “диссоциация – …” и “гидратация– ….”.
Для доказательства справедливости совместно найденного решения (вещества с ионной связью подвергаются диссоциации и образуют гидратированные ионы) предлагается учащимся задание “Подумайте, растворы каких веществ будут проводить электрический ток – хлорид калия, соляная кислота, гидроксид натрия? Ответ необходимо проверить экспериментально”.
Вывод: доказательство 2 теорий находит отражение в продолжении исследований, подтверждении 43 тезисов диссертации Аррениуса (он не хотел отказываться от своих юношеских надежд посвятить себя исследовательской работе, отправил почтой авторитетным и известным ученым Рудольфу Клаузиусу в Бон, Якобу Вант-Гоффу в Амстердам, Вильгельму Оствальду в Ригу, Лотару Мейеру а Тюбинген).
1903 год – в “признание особого значения теории электролитической диссоциации для развития химии” Сванте Аррениусу присуждена Нобелевская премия.
Создание и утверждение теории электролитической диссоциации – одна из примечательных страниц истории науки. Широкая программ научных исследований, порожденная этой теорией, раскрыла удивительный мир ионного состояния материи. С её помощью были объяснены многие электрохимические явления, ионные реакции в аналитической и неорганической химии. Широкое применение теория электролитической диссоциации нашла в биологии, коллоидной химии, медицине и других областях знания.