Цель урока: на примере щелочных металлов продемонстрировать общую закономерность изменения свойств элементов главных подгрупп Периодической системы Д.И.Менделеева. Дать характеристику простых и сложных веществ, образованных данными элементами, рассмотреть способы получения и области применения этих веществ.
Оборудование: образцы щелочных металлов (литий, натрий), эксикатор с водой, фенолфталеин, колбы с кислородом, закрытые пробками, ложечки для сжигания веществ, концентрированная соляная кислота.
Строение атомов элементов главной подгруппы I группы
Учащиеся записывают в тетрадь знаки химических элементов, указывают распределение электронов по энергетическим уровням, выявляют общие закономерности в строении атомов щелочных металлов: наличие 1 электрона на внешнем уровне и последовательное увеличение радиусов атомов от лития до цезия в связи с возрастанием числа уровней. Проанализировав данные факты, учащиеся делают вывод, что щелочные металлы являются сильными окислителями и проявляют в соединениях постоянную степень окисления +1. Следствием увеличения радиуса атомов от Li к Cs является усиление их восстановительных свойств.
Характеристика простых веществ
В ходе демонстрации учителем образцов щелочных металлов, учащиеся делают обобщение, что все щелочные металлы при обычных условиях мягкие, серебристо-белые вещества. Учитель сообщает, что их температуры плавления и кипения уменьшаются с ростом порядкового номера элемента. Плотность же, как правило, возрастает.
Химические свойства щелочных металлов
В химических реакциях эти металлы проявляют ярко выраженные восстановительные свойства, которые возрастают от Li к Cs. Из-за высокой химической активности по отношению к воде, кислороду, азоту их хранят под слоем керосина или минерального масла. Чтобы провести реакцию со щелочным металлом, кусочек нужного размера отрезают скальпелем, очищают поверхность от продуктов его взаимодействия с окружающей средой и проводят химическую реакцию.
Взаимодействие с кислородом. В зависимости от металла продукты взаимодействия с кислородом имеют разный состав.
Только литий сгорает на воздухе с образованием оксида:
4Li + O2 = 2Li2O
При горении натрия на воздухе в основном образуется пероксид Na2O2:
2Na + O2 = Na2O2
В продуктах горения калия, рубидия и цезия содержатся в основном надпероксиды:
K + O2 = KO2.
Для получения оксидов натрия и калия нагревают смеси гидроксида, пероксида или надпероксида с избытком металла в отсутствие кислорода:
2NaOH + 2Na = 2Na2O + H2,
Na2O2 + 2Na = 2Na2O,
KO2 + 3K = 2K2O.
Оксиды щелочных металлов обладают всеми свойствами основных оксидов – они реагируют с водой, кислотными оксидами и кислотами:
Li2O + H2O = 2LiOН
K2O + SO3 = K2SO4,
Na2O + 2HNO3 = 2NaNO3 + H2O
Пероксиды и надпероксиды проявляют свойства сильных окислителей:
2NaI + Na2O2 + 2H2SO4 = I2 + 2Na2SO4 + 2H2O,
4KO2 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2
Последняя реакция используется на космических кораблях и подводных лодках для получения кислорода.
Взаимодействие с другими неметаллами. При нагревании они соединяются с водородом с образованием гидридов; галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом и кремнием с образованием соответственно галогенидов, сульфидов, фосфидов, карбидов и силицидов:
2Na +Cl2= 2NaCl,
2K+S = K2S,
6Li +N2 =2Li3N,
2Na + H2 = 2NaH,
2Li + 2C = Li2C2
Качественные реакции щелочных металлов. При нагревании металла или его соединений в пламени элементы ионизируется , окрашивая пламя в разные цвета. Для лития и его соединений характерен карминно - красный цвет, для натрия - желтый, для калия - фиолетовый, для соединений рубидия - беловато-розовый, для цезия – фиолетово-красный.
Получение щелочных металлов
Из-за высокой восстановительной способности щелочных металлов получают их в основном электролизом расплавов галогенидов, чаще всего- хлоридов, образующих природные минералы:
2LiCl = 2Li + Cl2
(катод: 2Li+ + 2e → 2Li, анод: 2Cl- - 2e → Cl2).
Иногда для получения металлов используют электролиз расплавов гидроксидов:
4NaOH = 4Na + 2H2O + O2
(катод: 4Na+ + 4e → 4Na, анод: 4OH- - 4e → 2H2O + O2)
Применение щелочных металлов и их соединений
Натрий и калий - жизненно важные элементы. В тканях млекопитающих действует система транспорта ионов натрия и калия, называемая натриевый или калиевый нанос, которая обеспечивает необходимое соотношение концентраций ионов натрия или калия во внеклеточном и внутриклеточном пространстве.
Мировое производство гидроксида натрия превышает 30 млн. т в год, он используется для изготовления мыла, синтетических моющих средств, производства искусственного волокна, получения органических соединений, например фенола. Мировой объем производства соды (карбоната натрия) достигает десятков миллионов тонн в год. Основной потребитель соды - стекольная промышленность - потребляет около 10 млн. т кальцинированной соды.
Основными калийсодержащими соединениями, широко используемыми на практике, являются нитрат калия, необходимый для производства удобрений, и поташ K2CO3, используемый в производстве стекла и жидкого мыла.
Интегрирование урока химии и урока информатики
На этом уроке химии по щелочным металлам со стороны теоретического курса информатики наглядно отображена тема «Информационные модели и их построение ». Информационная модель объекта – это его описание. Способы описания могут быть разными: словесное, графическое, табличное, математическое и т.д.
Информационная табличная модель - это универсальное средство представления информации об изучаемых объектах. Таблицы разделены на несколько типов, такие как «объекты-свойства», «объекты-объекты», «сложные типы таблиц», вычислительные таблицы. В представленной презентации «Щелочные металлы» показаны основные формы информационных моделей. Электронное строение щелочных металлов сведено в табличную информационную модель типа «объекты-свойства». В качестве объектов взяты названия щелочных металлов, справа указаны свойства этих объектов - схематическое электронное строение и электронная формула.
Физические свойства щелочных металлов представлены как словесная информационная модель. Эти свойства продемонстрированы видеороликом, вставленным в презентацию.
Химические свойства щелочных металлов представлены в смешанной форме информационной модели – словесная и формульная, где использованы естественный и формальный язык химических формул. Также эти свойства отражены в видеоролике.
В разделе презентации «Применение щелочных металлов» использована информационная модель на графах. Такого типа модели позволяют определить связи между объектами, в частности здесь показана связь между щелочным металлом и изделиями, в которых он применяется.
И наконец, показана графическая информационная модель «Электролиз солей», выполненного в виде рисунка и формулы.
К уроку подготовлена презентация «Щелочные металлы» в PowerPoint (см. Приложение 1 – архив с включенными видеофайлами), которая демонстрирует возможности этой программы: дизайн, анимацию, звук, видео. Переход между слайдами осуществляется по щелчку мыши, воспроизведение видеороликов в слайдах происходит также по щелчку мыши.
Благодаря разноплановым видам информации, в которых изложена тема, урок становится интересным для учащихся и хорошо усваиваемым.