Методическая разработка урока-путешествия в высокогорную страну Закавказья "Габбро"

(продолжительность занятия 1 час 30 минут)

 Цель урока: систематизировать и определить уровень знаний обучающихся 11 класса по химии по темам “Строение атома”, “Окислительно-восстановительные реакции”, “Генетическая связь между классами неорганических и органических соединений”, “Решение расчетных задач” в контексте подготовки к ЕГЭ.

Задачи урока: повысить интерес к предмету, установить межпредметные связи, расширить кругозор обучающихся, развивать творческое мышление, внимание, умение работать в коллективе, умение применять свои знания в процессе игровой деятельности.

Ход урока

Учитель проводит занятие с использованием мультимедийных средств обучения. Маршрут путешествия, с указанием опасных отрезков пути, а также задания по ходу урока демонстрируются на слайдах. Учитель приветствует ребят и объясняет правила игры.

Учитель: Дорогие ребята! Сегодня я предлагаю вам совершить путешествие в высокогорную страну Закавказья “Габбро”. Наш маршрут будет нелёгким, мы осуществим движение по следующей схеме (учитель по рисунку демонстрирует маршрут движения).

Итак, мы отправляемся в путь! (Играет торжественная музыка).

Учитель: Мы долго бродили по окрестностям в поисках “Габбро” и вот, наконец, на горизонте показалась ОНА - высокогорная страна, но начать восхождение нам препятствует речка (точка 1 на рисунке). Перебраться на другой берег нам поможет паромщик, который рассказал нам, что высокогорная страна “Габбро” получила такое название от преобладания в горах плутонической равномерно-зернистой породы с габбровой структурой. Название данного камня образовано от латинского слова “glaber”, что переводится как “ровный” или “гладкий”. Габбро — минерал, относящийся к группе известково-натриевых полевых шпатов. Из декоративных разновидностей габбро особого внимания заслуживает лабрадорит, который отличается так называемой ирризацией, т. е. игрой отблесков различных цветов: синего, голубого, зеленого и др. Лабрадорит был применен для внутренней облицовки мавзолея Ленина, а также для облицовки панелей простенков между окнами “Дома Книги” в Санкт-Петербурге.

В завершение своего рассказа паромщик пообещал перевезти нас на другой берег, но с условием, что мы решим задачу на нахождение массовой доли элемента в веществе.

Задание № 1: Какое из веществ Na[AlSi₃O₈] - альбит или Ca[Al₂Si₂O₈] - анортит, разновидности известково-натриевых полевых шпатов, богаче кремнием?

У доски работают 2 человека, остальные ребята выполняют это задание в тетрадях. Обучающиеся, которые правильно и быстро справятся с этим заданием получают “+”. Если за урок школьники набирают по 3 плюса, то, по окончании занятия, они получают оценку “5”.

Дано:

Na[AlSi₃O₈]

Ca[Al₂Si₂O₈]

Найти:

W₁ (Si) = ?

W₂ (Si) = ?

Решение:

1. Найдем массовую долю кремния в альбите по формуле:

W (эл.) = Ar (эл.) * n / Mr (в-ва) * 100 %

W₁ (Si) = 28 * 3 / 262 * 100 % = 32,06 %

2. По той же формуле рассчитаем массовую долю кремния в анортите:

W₂ (Si) = 28 * 2 / 278 * 100 % = 20,14 %

Таким образом, W₁ (Si) > W₂ (Si).

Ответ: альбит богаче кремнием, чем анортит.

Учитель: Молодцы, вы быстро и правильно решили задачу, мы благополучно переправились на другой берег, находимся в низовье высокогорной страны “Габбро” и готовы дальше продолжить свое путешествие. В пути, на одной из возвышенностей, мы обратили внимание на птиц семейства фазановых - куропаток (точка 2 на рисунке), к лапам которых были прикованы кольца с номерами. Подумав, мы догадались, что эти номера соответствуют порядковым номерам элементов в ПСХЭ Д. И. Менделеева. Наша задача – избавить куропаток от этих колец, рассмотрев строение атомов предложенных элементов (Задание № 2).

Итак, нам даны следующие номера: 18, 21, 27, 35, а значит, это порядковые номера следующих элементов: аргон, скандий, кобальт, бром.

У доски выполняют задание 2 человека, остальные ребята работают в тетрадях. Несколько человек, выполнивших задание одними из первых, получают “плюсы”. В качестве дополнительного задания можно предложить следующее: используя электронные формулы, определить, атому какого химического элемента они соответствуют:

а) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵;

б) ... 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p³ .

У доски может работать ещё 1 ученик.

Строение атомов предложенных элементов

Дополнительное задание:

а) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵ - хром

б) ... 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p³ - мышьяк

Учитель: С этим заданием вы также успешно справились, оказали помощь птицам семейства фазановых, и мы продолжаем путешествие дальше. А впереди на участке крутой подъём (точка 3 на рисунке). Для того, чтобы на него подняться нам предстоит осуществить цепочку химических превращений, вспомнив свойства некоторых классов органических соединений.

Задание № 3: Напишите уравнения химических реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

У доски по три взаимодействия осуществляют 2 человека, остальные ребята работают в тетрадях. Несколько человек, выполнивших задание одними из первых, получают “плюсы”.

Решение:

1. Как известно, гексан при нагревании и в присутствии катализатора переходит в бензол:

          t, сat
C₆H₁₄ —> C₆H₆ + 4H₂

Таким образом, вещество А – бензол.

2. Использование катализатора AlCl₃ позволяет получить вещества разветвленного строения, а добавление к бензолу хлорметана, свидетельствует о проведении реакции замещения и получении толуола.

	AlCl3
C6H6 + CH3Cl	—>	C6H5CH3 + HCl

3. Толуол при взаимодействии с перманганатом калия в присутствии серной кислоты в ходе реакции окисления образует бензойную кислоту:

C₆H₅CH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ —> C₆H₅COOH + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O

Расставим коэффициенты методом электронного баланса:

6 | Mn ⁺⁷ + 5e —> Mn ⁺² окислитель, восстановление

5 | С ^-3 – 6е —> С ⁺³ восстановитель, окисление

5C₆H₅CH₃ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ —> 5C₆H₅COOH + 3K₂SO₄ + 6MnSO₄ + 14H₂O

4. Бензойная кислота при взаимодействии со щелочью по реакции замещения образует соль бензойной кислоты:

C₆H₅COOH + KOH —> C₆H₅COOK + H₂O

5. При сплавлении соли бензойной кислоты с гидроксидом калия получается бензол и карбонат калия:

	t
C6H5COOK + KOH	—>	C6H6 + K2CO3

6. Толуол, взаимодействуя с бромом на свету, превращается в бензилбромид:

Учитель: Молодцы, ребята, вы справились с предложенным заданием. Но за время пути мы немного устали и решили сделать привал. Но вдруг, ни с того ни с сего, пошёл сильный дождь, и, чтобы спрятаться от него и развести огонь, мы решили зайти в пещеру (точка 4 на рисунке). Но, чтобы туда попасть, вам необходимо правильно расставить коэффициенты в предложенных окислительно-восстановительных реакциях:

Задание № 4: Расставите коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель для указанных ниже взаимодействий:

а) Ca₃(PO₄)₂ + C + SiO₂ —> CaSiO₃ + ... + P₄;

б) ... + ... + As₂O₃ —> H₃AsO₄ + NO₂

У доски работают 2 ученика, остальные обучающиеся выполняют задание в тетрадях, несколько человек, расставивших коэффициенты в уравнениях реакций одними из первых, получают “плюсы”.

В качестве дополнительного задания можно предложить следующие вопросы: Какая аллотропная модификация фосфора образуется в результате данного взаимодействия и какая у него кристаллическая решетка?

Ответ: белый фосфор, молекулярная кристаллическая решетка.

Решение:

а) Ca₃(PO₄)₂ + C + SiO₂ —> CaSiO₃ + СО + P₄

20 | 10 | С⁰ – 2e —> С⁺² восстановитель, окисление

2 | 1 | 4Р⁺⁵ +20e —> Р4⁰ окислитель, восстановление

Перенесем коэффициенты в уравнение химической реакции:

2Ca₃(PO₄)₂ + 10C + 6SiO₂ —> 6CaSiO₃ + 10СО + P₄

Укажем окислитель и восстановитель. Углерод в степени окисления 0 является восстановителем, фосфор в степени окисления + 5 является окислителем.

б) ... + ... + As₂O₃ —> H₃AsO₄ + NO₂

1. В соответствии с известными веществами, указанными во взаимодействии, определяем, что мышьяк в степени окисления +3 (в As₂O₃) изменил степень окисления до + 5 (в H₃AsO₄), повышая тем самым свою степень окисления и являясь при этом восстановителем. Таким образом, необходимо определить окислитель.

2. Окислитель принимает электроны, понижая тем самым свою степень окисления. Известно, что азот изменил степень окисления до + 4 (NO₂), тем самым можно сказать, что в исходных веществах азот имел максимальную степень окисления + 5. Т.к. в продуктах реакции присутствует мышьяковая кислота, то в исходных веществах была азотная кислота, где у азота степень окисления + 5.

3. Третье исходное вещество определим после составления электронного баланса:

1 | 2As⁺³ – 4e —> 2As⁺⁵ восстановитель, окисление

4 | N⁺⁵ +1e —> N⁺⁴ окислитель, восстановление

Перенесем коэффициенты в уравнение химической реакции:

... + 4HNO₃ + As₂O₃ —> 2H₃AsO₄ + 4NO₂

4. Определяем, что количество атомов водорода в исходных веществах равно 4, количество атомов кислорода – 15, в продуктах реакции количество атомов водорода равно 6, количество атомов кислорода – 16. Таким образом, в исходных веществах не достает 2 атомов водорода и 1 атома кислорода. Значит, третье исходное вещество – вода.

5. Запишем окончательный вариант окислительно-восстановительной реакции:

Н₂О + 4HNO₃ + As₂O₃ —> 2H₃AsO₄ + 4NO₂

6. Укажем окислитель и восстановитель. Мышьяк в степени окисления + 3 является восстановителем, азот в степени окисления + 5 является окислителем.

Учитель: Ребята, успешно справившись с предложенным заданием, мы плотно пообедали и продолжили путешествие по высокогорной стране “Габбро”. Продвигаясь дальше, увидели поляну со сказочными цветами и травами, с редкими насекомыми и птицами. После дождя это зрелище было восхитительным! (точка 5 на рисунке). Сделать на память фотографию этого замечательного вида будет возможно после осуществления химических превращений по неорганической химии.

Задание № 5: Составьте уравнения химических реакций по схеме: простое вещество —> кислота —> кислотный оксид —> средняя соль —> кислая соль. Известно, что все вещества содержат один и тот же элемент – серу.

У доски работает 1 ученик, остальные обучающиеся выполняют задание в тетрадях.

Решение:

1. Из простого вещества серы можно получить серную кислоту, добавив к сере концентрированную азотную кислоту:

S + 6HNO₃ (конц.) —> H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

2. Кислотный оксид возможно получить из концентрированной серной кислоты путем ее взаимодействия с неактивным металлом, например, с медью:

Cu + 2H₂SO₄ (конц.) —> CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

3. Среднюю соль получим путем взаимодействия кислотного оксида с основным оксидом:

SO₂ + CaО —> CaSO₃

4. Чтобы получить из средней соли кислую соль, надо раствор подкислить двухосновной кислотой, соответствующей кислотному остатку в средней соли:

CaSO₃ + Н₂SO₃ —> Ca(HSO₃)₂

Учитель: Итак, ребята, мы с вами сделали отличные фотографии и, двигаясь дальше, оказались на самой вершине высокогорья перед огромными воротами, на которых висел кодовый замок (точка 6 на рисунке). Определить код мы сможем, решив задачу на нахождение массы вещества. Чему равна масса вещества, такой и будет код замка. Если задачу решим неправильно, то замок не откроется.

Задание № 6: Сероводород объемом 8,96 л пропустили через 340 г 2%-го раствора аммиака. Назовите соль, получившуюся в результате реакции, и определите ее массу. Ответ округлите до целых.

У доски работает 1 ученик, остальные обучающиеся выполняют задание в тетрадях.

Дано:

V (H₂S) = 8,96 л

m р-ра (NH₃) = 340 г

w (NH₃) = 2 %

Найти:

m (соли) - ?

Решение:

1. Запишем уравнения возможных реакций:

2NH₃ + H₂S —> (NH₄)2S

NH₃ + H₂S —> NH₄HS

2. Определим, какая соль образуется в процессе данного взаимодействия — средняя или кислая.

n (H₂S) = V/Vm

n (H₂S) = 8,96 л / 22,4 л/моль = 0,4 моль

n (NH₃) = m/M

m (NH₃) = m р-ра (NH₃) * w (NH3) / 100 %

m (NH₃) = 340 г * 2 % / 100 % = 6,8 г

n (NH₃) = 6,8 г / 17 г/моль = 0,4 моль

n (H₂S) : n (NH₃) = 0,4 моль : 0,4 моль = 1 : 1, следовательно, в процессе взаимодействия образуется кислая соль.

3. Найдем массу кислой соли, предварительно рассчитав ее количество.

n (NH₄HS) = n (H2S) = n (NH₃)

n (NH₄HS) = 0,4 моль

m (NH₄HS) = n * М

m (NH₄HS) = 0,4 моль * 51 г/моль = 20,4 г

Округлим ответ до целых. m (NH₄HS) = 20 г

Ответ: m (NH₄HS) = 20 г

Учитель: Ребята, набрав нужный код, мы открыли огромные ворота и оказались на самой вершите горы “Габбро”. Впечатления были незабываемыми. Вы все сегодня отлично поработали, совершили нелёгкое путешествие в высокогорную страну Закавказья и успешно преодолели трудности. Сейчас вам надо отдохнуть и получить свои заслуженные оценки.

Играет торжественная музыка.

Итоги урока: обучающиеся систематизировали свои знания по темам “Строение атома”, “Окислительно-восстановительные реакции”, “Генетическая связь между классами неорганических и органических соединений”, “Решение расчетных задач” в контексте подготовки к ЕГЭ, научились применять их в процессе игровой деятельности, дружно работали в коллективе, радовались удачам и переживали неудачи друг друга.