Металлов дружная семья. Урок химии в 9-м классе

Положение металлов в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, особенности строения атомов; металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка. Общие и специфические физические свойства металлов.

Тип урока: урок формирования новых знаний с элементами обобщения и систематизации.

Цели урока:

Образовательные:

• изучение учащимися положения металлов в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, особенностей строения атомов; металлической связи и металлической кристаллической решетки, общих и индивидуальных физических свойств металлов,
• обобщение и систематизация знаний учащихся о периодическом изменении свойств химических элементов, его причинах,
• развитие представлений учащихся о металлах как химических элементах и простых веществах.

Развивающие:

• расширение кругозора учащихся, углубление их знаний по вопросам истории химической науки,
• развитие творческого мышления, умений учащихся работать с текстом, излагать, доказывать свою точку зрения, обобщать имеющиеся знания,
• развитие экспериментальных умений учащихся.

Воспитательные:

• формирование диалектического мировоззрения учащихся.

Демонстрационное: компьютер, мультимедийный проектор, компьютерная презентация, таблица: периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, прибор для испытания электропроводности;

Лабораторное: образцы металлов, спиртовка, держатель, два предметных стекла, вода, пипетка, пластилин.

Ход урока

Учитель: Уже более тысячи лет человек знаком с некоторыми металлами:

Семь металлов создал свет
По числу семи планет:
Дал нам Космос на добро
Медь, железо, серебро,
Злато, олово, свинец,
Друг мой, сера им отец.
И спеши, мой сын, узнать,
Всем им ртуть родная мать.

Слайд 1

“Металлы” - тема нашего урока. Зная элементарные основы и логику школьного курса химии, мы можем с вами выделить основные вопросы, которые следует изучить в теме “Металлы”. Составим план изучения темы.

Учащиеся: Мы можем изучить состав, строение, свойства, применение металлов.

Учитель: Вы что-то уже знаете о металлах, поделитесь своими знаниями.

Учащиеся отвечают.

Учитель: Прослушайте несколько предложений. Определите, в каких из них речь идет о металлах-химических элементах, в каких – о металлах-простых веществах:

В 18 веке М.В .Ломоносов определил металл как “светлое тело, которое ковать можно”.

Морскую воду можно назвать жидкой полиметаллической рудой, так как она содержит множество металлов.

В организме человека обнаружено около 80-ти металлов.

В земной коре встречаются самородные драгоценные металлы.

Выделите признаки элементов и простых веществ.

Учащиеся: Если речь идет о частицах вещества – атомах, ионах, или составной части вещества, то говорят о химическом элементе; если речь идет о свойствах или применении – говорят о веществе.

Учитель: В древности люди, конечно, не знали понятий “химический элемент” и “простое вещество”, но сами простые вещества – металлы добывать и получать умели. Греческое слово “металлон” означало земляные работы, раскопки”, затем стало значить “шахты, рудники, руда”. В латинском языке слово “металлум” уже получило смысл “руда и выплавляемый из нее металл”. В виде французского “металь” это слово пришло в Россию. Алхимики знали только семь металлов и верили, что каждому из этих металлов на Земле покровительствует одна из известных планет.

Слайд 2.

Медленно накапливались сведения об открываемых химических элементах и простых веществах – металлах, но сейчас круг знаний о металлах достаточно обширен. Металлы стали важнейшими помощниками человека.

Слайд 3.

Начинаем изучение темы с вопроса “Металлы – химические элементы”. Все химические элементы образует естественную периодическую систему. Каково положение металлов в периодической системе химических элементов Д.И .Менделеева?

Учащиеся: Металлы занимают главные подгруппы I, II, III групп (кроме Н и В), частично главные подгруппы IV-VI групп и все побочные подгруппы.

Учитель: Обобщая сказанное вами, можно сказать, что в периодической системе химических элементов металлы занимают левый нижний угол и отделены от неметаллов диагональю В – Аt. Слайд 4.

Деление элементов на металлы и неметаллы объясняется различием в строении атомов. Составим схемы строения атомов натрия, магния, алюминия.

Учащиеся составляют схемы строения атомов указанных элементов в рабочих листах, проверяют правильность ответа с помощью слайдов презентации.

Слайды 5, 6.

Учитель: Каковы особенности строения атомов металлов?

Учащиеся: Малое число электронов на последнем энергетическом уровне.

Учитель: Возможны ли исключения из этого правила? Найдите ответ в периодической системе.

Учащиеся называют металлы – элементы главных подгрупп IV, V, VI групп, заполняют рабочие листы.

Учитель: Почему же висмут и полоний, содержащие в атомах соответственно 5 и 6 электронов на последнем энергетическом уровне, являются металлами?

Учащиеся: У этих металлов большие атомные радиусы.

Учитель: И всегда радиусы атомов металлов больше радиусов атомов неметаллов, что обусловливает непрочную связь внешних валентных электронов с ядром атома.

Какие свойства проявляют химические элементы-металлы в химических реакциях, в чем они выражаются?

Учащиеся: Атомы металлов в химических реакциях отдают свои валентные электроны, проявляют восстановительные свойства.

Ме⁰ – ne^- —> Ме ⁿ⁺

Учитель: Как число валентных электронов в атомах влияет на химическую активность металлов?

Учащиеся: Чем меньше валентных электронов на последнем энергетическом уровне в атомах, тем легче “сбросить”, то есть отдать эти электроны, тем металл активнее.

Учитель: Как и почему изменяются восстановительные свойства металлов в периодах и главных подгруппах периодической системы с ростом их относительной атомной массы и заряда ядра атома?

Учащиеся: В периодах с ростом заряда ядра атома металлические свойства ослабляются, так как от элемента к элементу увеличивается число валентных электронов на последнем энергетическом уровне, уменьшаются атомные радиусы, следовательно, ослабляются свойства атомов отдавать электроны. В главных подгруппах металлические свойства элементов с ростом заряда ядра атома возрастают, так как растут атомные радиусы и усиливаются свойства атомов отдавать валентные электроны.

Учитель: Несмотря на малое число электронов на последнем энергетическом уровне в атомах, металлы могут проявлять не только низкие, но и высокие степени окисления.

Это характерно для металлов побочных подгрупп, отдающих электроны не только с последнего энергетического уровня, но и с предпоследнего электронного слоя.

Значение степени окисления элемента определяет характер его соединений. Возможные степени окисления металлов: 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8. Какой характер проявляют соединения металлов с низкими, средними, высокими степенями окисления?

Учащиеся: Соединения металлов с низкими степенями окисления + 1, +2 имеют основный характер, со средними – промежуточными - степенями окисления +3, +4 - амфотерный характер, с высокими степенями окисления +5, +6, +7 – кислотный характер.

Учитель: В проявлении различного характера соединений металлов мы увидели ярко выраженную зависимость свойств веществ от состава и строения. Изучая металлы-химические элементы, мы также убедились в зависимости свойств атомов от их строения. Сформулируем, что представляют собой металлы – химические элементы.

Учащиеся: Металлы-химические элементы – это виды атомов с малым числом электронов на последнем энергетическом уровне, большими атомными радиусами и способностью отдавать валентные электроны.

Учитель: Переходим к изучению металлов – простых веществ. Вернемся к определению М.М. Ломоносова: “ Металлом называется твердое, непрозрачное и светлое тело, которое на огне плавить и холодное ковать можно”.

Свойства металлов обусловлены строением их кристаллов. Для металлов характерна металлическая кристаллическая решетка. В узлах металлических кристаллических решеток располагаются атомы и положительно заряженные ионы металлов, связанные посредством свободно движущихся обобществленных электронов, которые оторвались от отдельных атомов и стали принадлежать всему кристаллу. Связь между атомами и ионами металлов, осуществляемая свободно движущимися обобществленными электронами, - металлическая связь. Совокупность свободно движущихся обобществленных нелокализованных электронов называют “электронным газом” за сходство хаотичного движения нелокализованных электронов внутри металлов с беспорядочным движением молекул газообразных веществ.

В металлических кристаллах существует подвижное равновесие в системе “атом – катион”

Ме⁰ – ne^- —> Ме ⁿ⁺

Учащиеся записывают краткие определения металлической химической связи и “электронного газа” и схемы превращения атома в катион в рабочий лист.

Учитель: Разные металлы отличаются не только электронным строением атомов, но и разными видами металлических кристаллических решеток. Они характеризуются определенной пространственной структурой и плотностью упаковки частиц в пространстве. Наиболее распространены три вида кристаллических решеток металлов.

Учащиеся находят названия видов металлических кристаллических решеток в учебниках (справочных материалах), выписывают свойства металлов-простых веществ, характерные для определенных видов металлических кристаллических решеток.

Слайды 7,8,9.

Учащиеся: Известны кубическая объёмноцентрированная, кубическая гранецентрированная и гексагональная металлические кристаллические решетки. Металлы с кубической объёмноцентрированной кристаллической решеткой характеризуются низкими температурами плавления и кипения, малой твердостью, с кубической гранецентрированной решеткой – высокой пластичностью, а с гексагональной решеткой – низкой пластичностью.

Учитель: Эти факты подтверждают тезис о зависимости свойств веществ от состава и строения. Своеобразие металлической связи и металлической кристаллической решетки обусловливает и объясняет общие физические свойства металлов. Рассмотрите образцы выданных металлов, назовите известные вам общие физические свойства металлов.

Учащиеся: Для металлов характерны особый металлический блеск, высокая пластичность, хорошая электропроводность и тепловодность. Все эти свойства металлов могут быть использованы человеком. Слайд 10.

Учитель: Заполняем таблицу “Физические свойства металлов”. Все металлы – в обычных условиях – твердые вещества, но имеется одно исключение – жидкий металл. Какой же это металл и где применяется его жидкое агрегатное состояние?

Учащиеся: Жидкий металл – ртуть, его используют в измерительных приборах, например, термометрах для измерения температуры тела, так как легко расширяется при незначительном нагревании. Слайды 11, 12.

Учитель: Чем обусловлены непрозрачность и особый металлический блеск металлов, их пластичность, высокая электропроводность, теплопроводность?

Учащиеся работают с учебником (справочными материалами), в тексте находят причины проявления физических свойств металлов.

Учащиеся:

1. Непрозрачность и металлический блеск объясняются способностью металлов отражать свет от своей гладкой поверхности, что обусловлено наличием в металлах свободно движущихся электронов. Измельченные металлы, кроме алюминия и магния, теряют блеск. Слайд 13.

2.Электрическая проводимость металлов обусловлена присутствием в их кристаллических решетках подвижных электронов, которые направленно перемещаются под действием электрического поля. С повышением температуры электропроводность металлов понижается, так как колебание атомов и ионов в узлах решетки усиливается, что затрудняет направленное движение электронов.

3. Теплопроводность металлов также обусловлена возможностью свободного передвижения электронов, которые, сталкиваясь с атомами и ионами, обмениваются с ними энергией, поэтому происходит выравнивание температуры по всему образцу металла.

4. Пластичность – способность менять форму под действием силы и сохранять новую форму после прекращения действия силы. Механическое воздействие на металл и его деформация вызывает смещение слоев частиц относительно друг друга внутри металла, но не сопровождается разрывом связи, так как ее продолжают осуществлять свободно движущиеся электроны. Слайды 14, 15.

Учащиеся: Пластинки легко скользят одна относительно другой, но с трудом отрываются друг от друга. Их можно отделить, только сдвинув одну с другой.

Учитель: Какова роль воды в этом опыте?

Учащиеся: Прослойка воды – модель “электронного газа”.

Учитель: Мы смоделировали смещение слоев частиц металла при деформации.

В кристаллах с атомной или ионной кристаллической решеткой при механическом воздействии происходит разрыв связей между частицами, и кристаллы разрушаются, а при деформации металлов связь между атомами и ионами благодаря перемещающимся электронам сохраняется – металл не разрушается.

Учитель: Кроме общих металлических свойств, каждый металл проявляет и индивидуальные свойства. Металлы отличаются по строению атомов, видам кристаллических решеток, следовательно, по пластичности, электропроводности, теплопроводности и другим признакам. Вернемся к металлическому блеску. Какие же металлы самые блестящие?

Учащиеся: Большинство металлов – серебристо-белые, исключения – золото, медь, цезий. Самые блестящие металлы – ртуть, серебро, золото, палладий.

Учащиеся работают с текстом учебника (справочными материалами), находят примеры металлов различных групп.

Учитель: Пластичность – важнейшее механическое свойство металлов, позволяет прокатывать металлы в листы, вытягивать их в проволоку, подвергать их ковке, штамповке и прессованию.

Учащиеся: Одними из самых пластичных металлов являются золото, серебро и медь, а за ними в порядке уменьшения пластичности следуют олово, свинец, цинк, железо. Учитель: Пластичность металлов лежит в основе такой уважаемой профессии, как профессия кузнеца.

Старинная легенда, насчитывающая более трех тысячелетий, повествует о таком событии. Когда закончилось строительство Иерусалимского храма, царь Соломон устроил пиршество, на которое пригласил и мастеровых, участвующих в стройке. Во время пира царь спросил: Кто же из строителей самый главный? Кто внес самый большой вклад в создание этого чудо-храма?

Поднялся каменщик: Разумеется, храм – это наших рук дело. Мы, каменщики, выложили его кирпич к кирпичу; взгляните, какие прочные стены! Века простоит он во славу царя Соломона.

- Спору нет, основа храма каменная, - вмешался плотник, - но приятно было бы вам смотреть на голые стены, если бы мы не отделали их красным деревом и ливанским кедром? Мы, плотники - подлинные творцы этого сказочного храма.

- Смотрите в корень, - прервал его землекоп, - хотел бы я знать, как каменщики и плотники возвели бы храм, если бы мы не выкопали котлован для его фундамента.

Но царь Соломон недаром был прозван мудрым. Подозвав к себе каменщика, он спросил:

- Кто делал твой инструмент?

- Конечно, кузнец – ответил каменщик.

- Ну, а твой? – обратился царь к плотнику.

- Кто же, как не кузнец, -ответил то.

- А твои лопату и кирку? – поинтересовался царь у землекопа.

- Кузнец, - был ответ.

Тогда царь Соломон встал, подошел к скромному закопченному человеку – это и был кузнец. Царь вывел его на середину зала.

- Вот кто главный строитель храма! – воскликнул мудрейший из царей. С этими словами он усадил кузнеца рядом с собой и поднес ему чарку доброго вина. В легенде отразилось огромное значение, которое издревле придавал пластичному железу человек.

Учитель: Металлы могут существенно отличаться друг от друга по электропроводности и теплопроводности. Слайд 16, 17, 18.

Учащиеся: Лучшие проводники электричества – серебро, медь, золото, алюминий, цинк, железо; худшие проводники - марганец, свинец, ртуть. В той же последовательности, как и электропроводность, изменяется и теплопроводность металлов.

Слайд 19.

Учащиеся: По плотности металлы делятся на легкие (плотность менее 5 г/см³ ) и тяжелые (плотность более 5 г/см³). К легким относятся литий, натрий, калий, магний, алюминий, титан, а к тяжелым – цинк, медь, олово, свинец, серебро, золото. Самый легкий – литий, самые тяжелые – осмий и иридий.

По твердости различают мягкие и твердые металлы. Самые мягкие – щелочные металлы – натрий, калий, а также индий, они режутся ножом; самый твердый – хром, царапает стекло. Слайд 20.

По величине температуры плавления металлы могут быть легкоплавкими (температура плавления менее 1000⁰С) и тугоплавкими (температура плавления более 1000⁰С). Обычно легкие металлы – легкоплавки, тяжелые – тугоплавки, но имеются и исключения. Цезий и галлий могут плавиться уже на ладони, а самый тугоплавкий – вольфрам, используется для изготовления нитей накала электроламп. Температура его плавления 3410⁰ С. Слайды 21, 22

Учащиеся заполняют таблицу в рабочем листе.

Учитель: Так что же это – металлы – простые вещества?

Учащиеся: Металлы – простые вещества – это блестящие, непрозрачные, пластичные, электро- и теплопроводные вещества.

Учитель: В чем же заключается незаменимая служба металлов для людей?

Слайды 24 - 33.

Кратко повторим и обобщим материал, изученный на уроке.

Слайды 34-41.

Учитель: Задание № 4 – вопросы на эрудицию и сообразительность.

Слайды 42, 43.

Учитель: Подводим итоги нашего урока. Почему же группу всех известных нам металлов можно назвать большой дружной семьей?

Учащиеся: Металлы имеют сходные признаки: их атомы содержат малое число электронов на внешнем электронном слое, большие атомные радиусы, в химических реакциях они отдают электроны. Их кристаллы образованы металлическими кристаллическими решетками, для них характерна металлическая связь, они проявляют сходные физические и химические свойства.

Учитель: Богат и интересен мир металлов. Среди них встречаются старые друзья человека, дружба с которыми составляет уже тысячи лет. Есть и такие металлы, которые стали известны человечеству совсем недавно. Свойства металлов чудесны и разнообразны. Много веков металлы верно служат человеку, помогая ему покорять стихию, овладевать тайнами природы, создавать замечательные машины и механизмы.

Без металлов немыслим современный уровень земной цивилизации. Нам – уважать и ценить металлы. Слайд 44.

Литература.

1 .Н.Е.Кузнецова, И.М. Титова, Н.Н. Гара. Химия. Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений. М. “Вентана-Граф” 2015.

2. С.И.Венецкий. Рассказы о металлах. М. Металлургия. 1979.

3. О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. Настольная книга учителя. Химия. Дрофа. М. 2002

4. Энциклопедический словарь юного химика. М. Педагогика 1982.

5. Энциклопедический словарь юного техника. М. Педагогика 1988.

6. В.В.Рюмин.Занимательная химия. М. Центрполиграф. 2011.

7. Материалы статей газет “Химия. Первое сентября”, журналов “Химия. Первое сентября”, журналов “Химия в школе”, 2000-2015 гг.