Тема в курсе химии средней общеобразовательной школы по авторской программе И.И.Новошинского, Н.С.Новошинского изучается в 9-х и 11-х классах. В 9-м классе вводятся основные понятия темы, а в 11-м – они углубляются, т.е. концентрическое изучение (см.таблицу 1).
Таблица №1.
Содержание программного материала темы в 9 и 11 классах
| Показатель | 9 класс (1ч) | 11 класс (4 ч) |
| Основные понятия темы | Понятие о скорости химической реакции. Реакции гомогенные и гетерогенные. Факторы, влияющие на скорость химических реакций: природа, концентрация веществ, площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ, температура и катализатор. | Гомогенные и гетерогенные реакции. Факторы, влияющие на скорость химических реакций: природа, концентрация веществ, площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ, температура (правило Вант-Гоффа). Энергия активации. Катализатор. Гомогенный и гетерогенный катализ. Роль катализаторов в природе и интенсификации технологических процессов. |
| Демонстрации | Опыты, показывающие зависимость скорости химических реакций от природы реагирующих веществ (взаимодействие алюминия и железа с соляной кислотой или взаимодействие цинка с уксусной и соляной кислотами), концент рации и температуры (взаимодействие цинка и оксида меди (II) с серной кислотой различной концентрации при различных температурах ), кализатор (разложение пероксида водорода в присутствии оксида марганца(IV)). | Зависимость скорости химических
реакций от природы реагирующих веществ (цинка с
уксусной и соляной кислотами при различных
концентрациях и температурах. Действие катализаторов и ингибиторов на скорость химической реакции. Влияние площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ на скорость химической реакции (взаимодействие гранул и порошка цинка или мела соляной кислотой одинаковой концентрации) |
| Лабораторные опыт | Влияние площади поверхности твердого вещества на скорость растворения мела в соляной кислоте. | Нет по авторской программе |
| Практическая работа | Нет по авторской программе | Скорость химической реакции. |
| Расчетные задачи | Нет по авторской программе | Определение скорости реакции по
изменению концентрации реагирующих веществ. Решение задач с использованием правила Вант-Гоффа. |
| Цель изучения | Ознакомить учащихся с понятием скорости химической реакции. охарактеризовать гомогенные и гетерогенные реакции, факторы, влияющие на скорость химической реакции. | Обобщить и углубить знания учащихся о
скорости химической реакции, формировать навыки
решения задач с использованием величины
скорости реакции. Обобщить и углубить знания учащихся о зависимости скорости химических реакций от различных факторов. формировать навыки решения расчетных задач с использованием правила Вант-Гоффа. Дать понятие о катализаторах и ингибиторах, гомогенном и гетерогенном катализаторе, рассмотреть механизм действия катализаторов, обобщить знания о роли катализаторов в природе и химическом производстве. |
| Типы уроков | Получения новых знаний | Получения новых знаний, комплексный, обобщения и закрепления знаний. |
Изучение данной темы может идти несколькими вариантами:
- по старинке – по репродуктивному методу с преобладанием комплексных уроков (учитель дает готовую информацию, а ученик ее воспроизводит в конкретных условиях);
- в старших классах можно использовать лекционно-семинарскую систему изучения темы;
- наиболее продуктивным подходом к изучению темы является использование активных методов познания.
На мой взгляд третий вариант является для учителя наиболее трудоемким в плане подготовки. Он подходит для учителей хорошо владеющих методикой преподавания химии и в совершенстве фактическим химическим материалом не только учебника. Изучение темы по данному пути построено на применении методических приемов технологии развивающего или проблемного обучения. В яркой эмоциональной форме учащимся предлагается система разнохарактерных заданий личностно-значимого содержания. Это способствует развитию интеллектуальных и личностных качеств, саморегуляции процесса обучения и способствует повышению мотивации к узучению предмета.
Главной особенностью этой темы является выстраивание учебной деятельности школьников на основе их теоретических знаний для решения новых учебных проблем. При реализации учебной деятельности у учащихся развиваются три основные способности: способность к анализу, планированию и рефлексии. Для этого все задания темы направлены на развитие логического мышления, сравнения, сопоставление, выявление характерного признака, анализ, нахождение решения в нестандартных ситуациях, формирование логической цепочки. Учитель при изучении темы излагает только ту информацию, которую ученики без его помощи освоить не в состоянии, что должно стать импульсом для самостоятельной деятельностной практики учащихся.
Для создания визуальных образов учителю поможет ПК, медиапроектор, СD, видеоурок «Катализаторы».
На этапе подготовки учащихся к усвоению новых знаний необходимо учесть следующее: для обеспечения мотивации учеников и принятия ими целей учитель объясняет, что при изучении темы учащиеся работая в парах, выяснят опытным путем факторы влияющие на скорость химических реакций. После коллективного обсуждения лабораторных опытов, будут сделаны выводы о зависимости скорости реакции. Учитель дает возможность учащимся сформулировать цели изучения темы поэтапно. Затем учитель предлагает за основную линию изучения темы взять слова древней китайской мудрости:
«Скажи мне – и я забуду.
Покажи мне – и я запомню.
Дай мне сделать самому – и я научусь».
Реализация этапа усвоения новых знаний возможна пошагово:
1 шаг: проблемная беседа
В ходе короткой проблемной беседы (Приложение 1) учитель актуализирует субъективный опыт учащихся о понятии «скорости» из курса физики и математики. Во время актуализации учитель вводит понятие «скорости химической реакции» и сравнивает с известным учащимся содержанием понятия «скорости», а результаты сравнения фиксируются учителем на доске и учениками в рабочих тетрадях (по указанию учителя отдельные моменты) В ходе беседы отмечается практическая значимость изучаемого материала.
В заключение беседы, учитель знакомит учеников с понятиями «энергия активации и химическая кинетика ». Для этого педагог использует информацию с СD.
2 шаг: выполнение лабораторных опытов по парам
Для обеспечения восприятия, осмысления и первичного запоминания учащимися изучаемого материала, а также запоминания правил построения на их основе алгоритмов анализа зависимости скорости химической реакции от различных факторов, проводятся лабораторные опыты по лабораторным картам и при участии учителя (по необходимости). Каждая группа имеет свой номер опыта, т.е. каждая пара выполняет только один опыт из общего списка.
3 шаг: обобщения по лабораторным опытам
После выполнения лабораторных опытов происходит обмен полученной информации и ее занесение в таблицу в инструкционных картах (Приложение 2). В ходе коллективного обсуждения учащиеся приходят к выводу, что скорость химической реакции зависит:
- от природы реагирующих веществ;
- температуры ;
- концентрации реагирующих веществ ;
- катализатора;
- от площади соприкосновения (для гетерогенной).
На основании лабораторных опытов учитель вводит формулы выражения скорости химической реакции, акцентируя внимание на отличии между ними, выводит единицы измерения скоростей.
Для закрепления полученных знаний учитель предлагает решить учащимся расчетных задач по теме урока: на правило Вант-Гоффа, на закон действующих масс (Приложение 3). С этой целью учитель предлагает карточки для решения задач, приготовленных учителем (текст задач раздается учителем на столы). Правильность решения задач проверяется всем классом.
Обсуждение катализа и механизма действия катализаторов идет по ходу демонстрации видеоурока «Катализаторы» [8] (Приложение 5). Рассказывая о гомогенном катализе, учитель демонстрирует опыт по разложению перекиси водорода в присутствии оксида марганца или другой вариант (в отступлении от авторской программы) разложение перекиси водорода в присутствии сульфата тетраамминмеди (II).
В один демонстрационный сосуд нужно налить раствор сульфата меди, в другой – раствор аммиака, а в третий – одинаковые объемы растворов сульфата меди и аммиака. В третьем сосуде образуется темно-синий раствор комплексной соли. Во все три сосуда добавляем немного пероксида водорода. В первых двух сосудах реакция практически не протикает, в третьем пероксид водорода бурно разлагается. Выделяющийся кислород можно собрать и доказать его наличие.
Как пример гетерогенного катализа учитель демонстрирует разложение пероксида водорода под действием фермента каталазы.
В один сосуд нужно поместить кусочек сырого мяса, а в другой варенного. Одновременно в оба сосуда влить 10-15 мл раствора пероксида водорода. То, что во втором сосуде реакция практически не протекает, объясняется денатурацией фермента каталазы, имеющего белковую природу, при термической обработке.
Для рассмотрения вопросов катализаторов и катализа можно предложить следующий вариант построения урока [6].
Создать проблемную ситуацию в начале урока продемонстрировав опыт:
Учитель высыпает на керамическую пластину 1г алюминиевого порошка и 4г тонко растертого йода конусообразной кучкой. Взаимодействия не происходит. Учитель спрашивает учащихся:
– Процесс взаимодействия этих веществ происходит очень медленно. Верите ли вы, что я смогу увеличить скорость данной реакции?
(Учитель добавляет 2-3 капли катализатора – воды и учащиеся наблюдают появление света и фиолетовых паров йода. Реакция проводится в вытяжном шкафу.)
Для активации мыслительных процессов можно использовать Далее учитель прием прослушивания арабской притчи «Восемнадцать верблюдов»:
Жил когда-то на Востоке человек, который
разводил верблюдов. Всю жизнь он работал, а когда
состарился, то позвал к себе сыновей и сказал:
«Дети мои! Я стал стар и немощен и скоро умру.
После моей смерти разделите оставшихся
верблюдов так, как я вам скажу. Ты, старший сын,
работал больше всех — возьми себе половину
верблюдов. Ты, средний сын, только начал мне
помогать — возьми себе третью часть. А ты,
младший, возьми девятую часть».
Прошло время, и старик умер. Тогда сыновья решили
разделить наследство так, как завещал им отец.
Они выгнали стадо на большое поле, пересчитали, и
оказалось, что в стаде всего семнадцать
верблюдов. И нельзя было разделить их ни на 2, ни
на 3, ни на 9! Что было делать — никто не знал. Стали
сыновья спорить, и каждый предлагал своё решение.
И они уже устали спорить, но так и не пришли к
общему решению.
В это время ехал мимо путник на своём верблюде.
Услышав крик и спор, он спросил: «Что случилось?»
И сыновья рассказали о своей беде. Путник слез с
верблюда, пустил его в стадо и сказал: «А теперь
разделите верблюдов, как велел отец».
И так как верблюдов стало 18, то старший сын взял
себе половину, то есть 9, средний — треть, то есть 6
верблюдов, а младший девятую часть, то есть двух
верблюдов. И когда они разделили, таким образом,
стадо, в поле остался ещё один верблюд, потому что
9+6+2 равно 17.
А путник сел на своего верблюда и поехал дальше.
Какова роль восемнадцатого верблюда? И какая связь этой притчи с темой нашего урока?
К этой притче необходимо возвращаться в ходе урока (Как работают катализаторы?).
Хороший результат дает использование на уроке схем и таблиц. (Приложение 2, Приложение 4).
Здесь можно использовать другие демонстрационные опыты в отступление от авторской программы.
Например:
Примером гомогенного катализа может служить взаимодействие пероксида водрода с сульфатом тетраамминмеди (II).
Демонстрация опыта (приглашается учащийся, выбрать с помощью карточек):
В химический стакан добавляем несколько капель жидкого мыла, далее добавляем 2 мл раствора комплексной соли, а затем приливаем пероксид водорода. Наблюдаем реакцию вспенивания жидкого мыла.
Данную реакцию необходимо зафиксировать в таблицу.
Примером гетерогенного катализа является каталитическое окисление аммиака кислородом воздуха в присутствии оксида хрома (III).
Демонстрация опыта (проводит учитель):
В химическую колбу ёмкостью 500 мл помещаем раствор аммиака и закрываем пробкой. На спиртовке нагреваем дихромат аммония, затем помещаем в колбу с аммиаком. Наблюдаем реакцию «звёздный дождь».
Можно предложить следующие лабораторные опыты по катализу.
1. В стаканчик с 3 мл воды добавляют по 1 капле растворов роданида кали и хлорида железа (III). Образующийся раствор красного цвета наливают в 2 пробирки, заполняя их поровну. В две другие пробирки по 2 мл тиосульфата натрия и в одну из них добавляют 2 капли раствора сульфата меди (II) – катализатора. Далее учащиеся проводят две реакции:
а) к раствору роданида железа (III) добавить раствор тиосульфата натрия,
б) к раствору роданида железа (III) добавить раствор тиосульфата натрия и 2 капли сульфата меди (II)
2. Наливают в две пробирки по 2 мл раствора сульфата меди (II) и помещают в каждую по грануле алюминия. В одну из пробирок добавляют несколько кристаллов катализатора – поваренной соли.
Для понимания механизма действия катализатора можно использовать следующий прием:
Химическая реакция превращения исходных реагентов в продукты могла бы пройти, но что-то мешает. При описании трехмерной энергетической картины каталитической реакции используют такие образы – «долина исходных веществ», «долина продуктов». Между ними – хребет, энергетический барьер. Он не подпускает атомы настолько близко друг к другу, чтобы они могли поменяться местами и образовать новые, более прочные связи. И перепрыгнуть просто так хребет не получается. А катализаторы оказываются теми самыми проводниками, которые позволяют найти необходимый путь – перевал с высотой поменьше. Там, на перевале катализатор образует промежуточный активированный комплекс, один сразу или несколько последовательно, и соединяет, в конце концов, атомы исходных веществ между собой в ином, нужном исследователям сочетании. Потом он позволяет молекулам новых соединений благополучно скатиться в долину продуктов, а сам удаляется, чтобы соединить новые пары, в идеале – оставшись неизменным. В реальности, правда, он оказывается, изрядно подпорчен каталитическими ядами и прочими невзгодами.
Для объяснения действия биологических катализаторов можно порекомендовать следующие лабораторные опыты:
1. В две чашки Петри помещаем перекись водорода,
в первую чашку помещаем кусочек вареного
картофеля, в другую – картофельный сок.
2. В две чашки Петри помещаем перекись водорода, в
первую чашку помещаем кусочек вареной моркови, в
другую – морковный сок.
Пероксид водорода – ядовитое вещество, образующееся в клетке в процессе жизнедеятельности. Принимая участие в обезвреживании ряда токсических веществ, оно может вызвать самоотравление (денатурацию белков, в частности, ферментов). Накоплению Н2О2 препятствует фермент каталаза, распространенный в клетках, способных существовать в кислородной атмосфере. Фермент каталаза, расщепляя Н2О2 на воду и кислород, играет защитную роль в клетке. Фермент функционирует с очень большой скоростью, одна его молекула расщепляет за 1с 200 000 молекул Н2О2 ––> 2Н2О + О2
Заполнение различных таблиц учащимися по ходу
всего занятия или темы дает очень хорошие
результаты, при условии их совместной проверки и
обсуждения.
Домашнее задание кроме обязательного
материала учебника может содержать и творческие
задания. Например, составить блок-схему или
кластер «Факторы, влияющие на скорость
химической реакции», подготовить презентацию на
тему «Использование понятия скорости химической
реакции в быту». На основе результатов
рефлексивного этапа составить перечень вопросов
для работы дома.
Данная тема довольно сложная для понимания сложен, а поэтому этап рефлексии необходим. На данном этапе учитель стимулирует учащихся к осмыслению того, как другие (учитель и учащиеся) знают и понимают его личностные особенности, эмоциональные реакции и когнитивные представления. Можно предложить следующий рефлексивный алгоритм:
- «Я» – как чувствовал себя, с каким настроением работал, доволен ли собой;
- «МЫ» – комфортно ли было работать в малой группе, какие затруднения были в общении;
- «ДЕЛО» – достиг ли цели учения, какие затруднения возникли, как преодолел свои учебные проблемы.
Выполнение данного рефлексивного алгоритма возможно если учитель воспользуется рефлексивным методом «Рефлексивный круг». После этого учитель может сделать выводы о достижении поставленных им целей и задач изучения темы поурочно.
Используемая литература.
- Горский В.И. Обучение основам общей химии. – М. Просвещение 1991.
- Габриелян О.С. Химический эксперимент в школе. 11 класс: учебно-метод. Пособие – М.: Дрофа, 2009г.
- Габриелян О.С., Г.Г. Лысова, А.Г. Введенская, Настольная книга учителя. Химия 11 класс часть 1. Москва: – Дрофа, 2003.
- Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Программа по химии для 8-11 классов общеобразовательных учреждений, – М. «Русское слово», 2013г.
- Фельдман Ф.Г., Рудзитис Г.Е. Основы общей химии – М. Просвещение, 1989 г.
Интернет-ресурсы:
- https://urok.1sept.ru/articles/635252/
- school-collection.edu.ru;
- infourok.ru