Федеральное агентство по образованию
Калужский государственный педагогический
университет им. К.Э. Циолковского
Институт естествознания
кафедра химии
МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ УМЕНИЙ ПОЛЬЗОВАТЬСЯ ХИМИЧЕСКИМ ЯЗЫКОМ В КУРСЕ ОБЩЕЙ ХИМИИ
Выпускная работа студентки 5-го курса
Костюковой Елены Васильевны.
Научный руководитель:
доктор пед. наук профессор
кафедры химии С.А. Герус.
Калуга, 2007
Введени
е
В условиях развития современного общества повышаются требования к качеству обучения школьников, уровню знаний и умений учащихся. При том, резко возрастает нагрузка на весь образовательный процесс в целом. Современному школьнику невозможно справиться с колоссальным потоком информации, который ежедневно обрушивается на него. Даже высокоразвитая память не в состоянии сохранить гигантский информационный массив. Поэтому появляются новые задачи в обучении, связанные с четким отбором учебного материала, структурированием школьного курса химии, составления усовершенствованных методик изучения, позволяющих за малое количество времени получать максимум информации [21]. На наш взгляд, одним из способов решения этой проблемы является формирование интеллектуальных умений - своеобразных рычагов умственного развития человека. При изучении химии таким рычагом является химический язык, который при его усвоении позволяет четко, просто и доступно постигать основы химии. Химический язык играет важную роль на протяжении всего образовательного процесса, начиная с объекта изучения и заканчивая средством достижения знаний.
В данной работе сделана попытка разработки конкретной методики формирования умений пользоваться химическим языком в курсе общей химии.
Цель данной работы: изучить методику формирования умений пользоваться химическим языком в 11 классе при изучении темы: "Окислительно-восстановительные реакции".
Объект исследования – целостный процесс школьного обучения химии.
Предмет исследования – методика формирования умений пользоваться химическим языком при изучении общей химии.
В соответствии с поставленной целью и предметом исследования была выдвинута гипотеза исследования: умения пользоваться химическим языком рационализируют учебно-познавательный процесс, активизирует мышление и творчество учащихся, стимулируют развитие самостоятельной деятельности.
Для реализации поставленной цели были сформулированы основные задачи исследования:
1) проанализировать педагогическую, химическую и методическую литературу и теоретически раскрыть основные понятия и идеи исследования;
2) изучить и обобщить опыт учителей химии средней школы № 8 г. Калуги Л.Л. Григорьевой и средней школы № 23 В.Г. Бархударян.
3) разработать и теоретически обосновать методику формирования умений пользоваться химическим языком в 11 классе;
4) реализовать методику формирования умений в процессе педагогического эксперимента в школе № 8 и № 23 г. Калуги.
Основными методами исследования были следующие:
Изучение и анализ психолого-педагогической, методической литературы.
Наблюдение уроков химии.
Беседа с учителями и учащимися.
Педагогический эксперимент.
Интерпретация результатов педагогического эксперимента.
Структура выпускной работы: введение, 3 главы, заключение, список литературы, приложения.
Глава 1. Состояние проблемы формирования химического языка в методике обучения химии и в современной школ
е
1.1. Химический язык как средство познания в обучения хими
и
Язык, по С.И. Ожегову, - исторически сложившаяся система звуковых, словарных и грамматических средств, объективирующая работу мышления и является орудием общения, обмена мыслями и взаимного понимания людей в обществе [17].
Изучение химии в средней школе включает активное использование языка науки [20]. Каждая наука излагает результаты познания на языке, удобном для описания знаний, для отражения существенного и специфичного в них. Язык химической науки включает в свой состав, кроме естественного языка слов и предложений, весьма специфическую часть: химическую терминологию, номенклатуру и символику, или " химический язык ". Это понятие прочно утвердилось в методике химии и используется в науке.
Химический язык - совокупность химической терминологии, символики и номенклатуры, правил их составления, преобразования, истолкования и оперирования ими [15].
Основа – химическая терминология (введена в науку А. Лавуазье); функции: закрепление и краткое выражение понятия специфическим словом.
Специфическая часть – символика (основоположник Я. Берцелиус) – система условных знаков, которые обобщенно, условно обозначают объекты, явления закономерности химии, обзорно раскрывают их существенные признаки, связи, отношения, дают им качественную и количественную характеристику. Функции: краткость, однозначность, точность, следовательно, язык обобщенно, экономно и обзорно выражает существующие знания, отражает специфику химического познания.
Дополнительная часть – номенклатура – совокупность или перечень употребляемых в химии названий; терминов, а также правил их составления. Функции: систематизация элементов, веществ, частиц, помогает отличить их друг от друга, объединить их в группы, обобщаемые терминами; дополняет химические формулы знаниями о характере соединений. Язык химии включает в себя знаки других наук: элементы математической символики и логики, физические величины, термины общенаучных понятий (схема 1).
Схема 1. Структура химического языка
Эти особенности позволяют ему обобщенно, экономно и обзорно выражать существенные знания. Он стал активным средством познания химии, описания его результатов, выражения наиболее важных и характерных признаков и объективных связей в химии.
Особенности языка химии и его методологическая направленность обуславливают разнообразные функции в химическом познании:
- защищать химические объекты и быть носителем информации в них;
- кратко и однозначно обозначать их в условных знаках и терминах;
- качественно и количественно выражать результаты познания химии;
- формирование понятий и отражение их сущности;
- обобщение и систематизирование знаний;
- прогнозирование моделирование новых соединений, пути их синтезов и реакций, лежащих в их основе;
- организация мышления, стимулирования поиска, открытия, коммуникация.
Школьный химический язык представляет собой дидактически переработанный в соответствии с содержанием обучения язык химии. Он направлен на усвоение курса химии средней школы, на развитие и воспитание учащихся. В связи с этим реалии школы предъявляют определенные требования к школьному химическому языку:
- доступность и простота для понимания учащихся;
- не загруженность сложными языковыми конструкциями и математическим аппаратом.
Химический язык на всех этапах обучения химии выполняет разнообразные функции:
является средством передачи и приобретения программных знаний;
осуществление различных способов деятельности;
установление внутри - и межпредметных связей;
формирование мышления учащихся, а также их мировоззрения.
Очень велика роль химического языка в эмпирическом познании, в обобщении и систематизации его результатов, а также теоретическом познании химии, для теоретического обобщения и систематизации знаний учащихся.
Химический язык имеет большие возможности в реализации воспитывающей функции обучения [30]. Он может быть использован как действенное средство формирования научного мировоззрения, если в процессе обучения будет обеспечено понимание значения и содержание знаковой системы химического языка. При разрыве формальной стороны (написание знаков) и содержательной (объяснение их смысла связи с реальными объектами) в сознании учащихся происходит раздвоение: с одной стороны воспринимаемый мир реальных веществ и процессов, с другой – мир абстрактных знаков, операций с которыми основаны на формальных правилах. Такое развитие искажает картину природы, наносит вред мировоззрению учащихся. Правильно сформированный язык химии является эффективным и удобным средством утверждения единства, многообразия и материальности мира, его диалектики. Химический язык помогает учащимся осознать объективный смысл прогностические возможности теории в познании окружающего мира. Самостоятельное оперирование им воспитывает многие личные качества: познавательный интерес, четкость мысли, трудолюбие.
Таким образом, химический язык является важнейшим средством обучения химии, способствующий также воспитанию и развитию учащихся.
1.2. Место и функции химического языка в системе средств обучени
я
Химический язык относится к языково-логическим средствам обучения. Часто некоторые его образные элементы (структурные формулы, символические схемы и др.) относят к абстрактной наглядности, важной для формирования представлений и понятий. Критерием их наглядности служит обзорность структур обозначаемых объектов. Так как не все элементы химического языка наглядны, то реализация его функций невозможна без применения логических форм познания. Этот критерий служит основанием для выделения языково-логической группы средств обучения.
В зависимости от содержания уроков химический язык, как метод изучения химии, используется в сочетании с разными средствами и реализует определенные функции. Например, в сочетании с химическим экспериментом он применяется при изучении свойств веществ, признаков и условий протекания реакций. Применение химического неразрывно связано с чтением и пониманием текстов учебников и пособий. Химическая символика и терминология способствуют выделению существенного в тексте и обеспечивают смысловые связи между его частями. Химический язык обеспечивает разнообразные предметные действия. В комплексе с другими средствами обучения он направлен на получение знаний, умений применять их на практике.
1.3. Методические основы формирования химического языка в развивающем обучении хими
и
Состояние преподавания и знаний учащихся при использовании традиционной методики формирования химического языка убеждает в необходимости и совершенствования с учетом современных задач обучения. Весьма важно повысить содержательную и мотивационную стороны изучения химического языка, целесообразно сделать акцент на творческой деятельности учащихся на основе условных знаков науки.
Построение языка химии исторически связано с утверждением ее теорий, для описания которых он создавался. В истории и методологии химии достаточно выделены и охарактеризованы исторические этапы становления и тенденции развития химического языка, что помогает обосновывать методические подходы к его изучению, этапы и особенности его формирования.
Становление методики формирования химического языка в школе связано с именами великих русских химиков: Г.И. Гесса, Д.И. Менделеева, А.М. Бутлерова. Основы были заложены методистами-химиками: В.Н. Верховским, С.Г. Шаповаленко, Н.Е. Кузнецовой. Современная методика включает в себя богатый опыт и теоретические концепции педагогики.
Для эффективной организации обучения, важно выделить методические подходы к изучению и применению химического языка. История, методология и методика преподавания химии утвердили исторический подход к его изучению. Он проявляется в преемственном раскрытии теории и связанного с ним содержания химического языка по этапам, совпадающим с историческим процессом его развития, в активном привлечении исторического материала. Наиболее наглядно это наблюдается в изучении химической символики.
После усвоения химический язык применяется как важнейшее средство формирования химических понятий, являясь их формой.
Организация познавательной деятельности учащихся по оперированию химическим языком требует опоры на психологию переработки знаковой информации. Действия с условными знаками означает переход от эмпирического уровня к теоретическому.
Логика химического познания и объективные закономерности обучения химии в школе позволяют выделить принципы его изучения и применения:
· историзм в изучении химического языка;
· взаимосвязь всех его компонентов в отражении действительности;
· поэтапное развитие с учетом разных теоретических уровней и последовательного изменения целей изучения;
· единство общего и индивидуального, качественного и количественного в описании реальности химическим языком;
· взаимосвязь содержательного и формального в применении языка химии;
· оптимизация развития учащихся в процессе оперирования знаками химической науки.
1.4. Умения - компонент развивающего обучения
Классификация умений Ценностным компонентом развивающего рационального обучения химии являются умения, так как с одной стороны, знания формируются в деятельности, а с другой – умения сами являются важнейшим элементом этой деятельности.
По своей структуре учебная деятельность повторяет, воспроизводит строение всякой человеческой деятельности. Она всегда включает в себя 3 звена:
· мотивационно-ориентировочное,
· исполнительско-операциональное,
· контрольно-оценочное.
Соответственно, ученые-педагоги предлагают трехкомпонентную структуру учебной деятельности:
· мотив (потребность, ориентация, цель)
· деятельность (действие)
· результаты, оценка, контроль.
В предметных методиках структура деятельности раскрыта в более развернутом виде, опираясь на которую, можно управлять учением. Мы ориентируемся на общепринятую в дидактике структуру деятельности:
Умение – категория дидактическая (психологи чаще используют термин "действие", а под умениями понимают знания в действии). Мы выделяем действие как основной операциональный компонент деятельности [8].
В настоящее время нет единой точки зрения на определение понятия "умение". Анализ дидактической и методической литературы показывает, что существуют различные определения этого понятия. Некоторые авторы подходят к умению как к категории действия. Под умениями они понимают деятельность учащихся, которая состоит из упорядоченного ряда операций, направленных на достижение той или иной учебной цели. Другие ученые рассматривают умение как качество личности. Они трактуют умение как основанную на знаниях и навыках способность человека успешно достигать сознательной цели. Умения формируются в деятельности, в то же время они проявляют себя как способность человека к целенаправленной деятельности и являются важнейшим качеством характера личности. Для своей работы мы отобрали определение, данное Н.Е. Кузнецовой, в котором нашли свое отражение оба охарактеризованные подхода.
Умения – усвоенные и ставшие личным достоянием ученика способы выполнения действий. Это важнейший результат деятельности [15].
Классификация, предложенная Н.Е. Кузнецовой, в основу которой положен характер деятельности:
организационно-предметные→ умения планировать эксперимент, ход решения задач, самостоятельная работа с книгой, готовить рабочее место в кабинете и др.;
содержательно-интеллектуальные→ умения, связанные с усвоением, преобразованием и применением теоретических знаний и методов познания, с установлением внутри - и межпредметных связей;
информационно-коммуникативные→ умения извлекать учебную информацию при слушании и чтении химических текстов, при работе со справочниками, таблицами, схемами по химии, умение общаться на языке науки, перекодировать словесную информацию на язык номенклатуры, терминов, символов и наоборот;
практические умения→ выполнение лабораторных операций и опыты, собирать и разбирать приборы, оформлять результаты эксперимента и теоретического познания с помощью графики и др.;
расчетные умения→ выполнять расчетные операции, решать химические расчетные задачи;
оценочные умения→ дать оценку имеющимся знаниям, методам познания, аргументировать свои ответы, отстаивать свои позиции.
Классификация по ведущим познавательным операциям и характеру деятельности, разработанная С.А. Герус (схема 2). В основе заложена особенность выполнения действий [8]. В процессе обучения учащиеся овладевают знаниями и адекватными им умениями как общеучебными, так и специфическими для каждого учебного предмета.
Схема 2. Классификация умений Под предметными, или специальными, умениями ученые-методисты понимают такие умения, которые имеют научно-предметную основу, то есть формируются средствами предмета. Они непосредственно связаны с операциями над химическими объектами, явлениями. Обобщенными умения становятся при определенных условиях, при выполнении специальной методики.
Под обобщенными понимают умения, которые обладают широтою переноса и могут быть использованы при решении широкого круга задач, выходящих за рамки того предмета, при изучении которого состоялось их формирование, а также в практической деятельности.
Ведущими являются интеллектуальные умения. В их основе лежат логические операции, но вместе с тем они наполняются предметным содержанием и являются важными общеучебными умениями. Им важно придать межпредметное содержание, адекватное знаниям, и обратить их в инструменты реализации важнейших функции, теорий.
В качестве важнейших межпредметных умений выделяются алгоритмические и компьютерные. Первые представляют собой межпредметные умения осознанно применять и конструировать алгоритмы в учебной деятельности. Под компьютерными мы понимаем межпредметные умения активно и сознательно использовать компьютер в предметном обучении. Метапредметность последних двух групп умений объясняется тем, что их формирование происходит в процессе изучения важнейшего школьного предмета "информатика", в котором рассматривается понятие "алгоритм", его свойства, функции, применение в других предметах, в том числе и химии.
Предметные умения пользоваться химическим языком предполагают применение правил составления, преобразования, истолкования и оперирования химической терминологией, символикой и номенклатурой. Умение оперировать химическим языком и применять в разных ситуациях является критерием качества не только усвоения основ химии, но и развития мышления школьников. Формирование данных умений рационализирует учебно-познавательную деятельность, активизирует мышление и творчество учащихся. Данная группа умений относится к интеллектуальным и формируется как обобщенные, поскольку в основе их формирования лежат приемы эмпирического и теоретического мышления: сравнение, анализ, синтез, абстрагирование, перекодирование. Качественно сформированные умения пользоваться химическим языком сами являются основой для успешного формирования других предметных умений, что способствует повышению самостоятельного поиска на основе химического языка, приобщению учащихся к творческой деятельности.
Умения пользоваться химическим языком делятся на три группы:
1) умения грамматического характера→написание и чтение знаков, использование правил составления и преобразования, операции с химическими знаками. Обычно эти умения формируются на репродуктивном уровне с помощью алгоритмов. Многие из них автомизируются навыками;
2) умения, обеспечивающие формирование понятий, что связано с семантикой (смысл) знаков. Они усваиваются на репродуктивном уровне, алгоритмизируются и автоматизируются частично;
3) сложные умения, включающие элементы творческой деятельности→ самостоятельная интерпретация знаков, прогнозирование и моделирование на основе символики, составление обобщающих таблиц и схем. Они формируются в ходе эвристической деятельности и направлены на творческое применение знаний и умений [15].
Экспериментальные умения требуют осуществления связей с циклом естественных дисциплин. Их рациональное формирование происходит при выполнении учащимися лабораторных опытов и практических работ.
Умения решать химические задачи является также сложным межпредметным умением, так как при решении кроме химического содержания используются физические характеристики, математические операции.
Таким образом, все выбранные группы умений являются не только наиболее значимыми, но и носят межпредметный характер. Все они не изолированы, а формируются в тесной связи друг с другом, с ведущими знаниями курса и генерализируются основными целями курса. Исследования показали, что только овладение системой умений в целом, а не отдельными из них приводят к качественному результату.
Формирование, развитие и обобщение умений – длительный процесс, проходит через многие темы учебного предмета. Его динамика отражается в поэтапности формирования. Каждый этап качественно отличается от другого. Логика построения школьного курса химии и придание процессу формирования умений алгоритмической направленности обуславливают этапы их формирования.
1.5. Требования к объему знаний и умений о химическом языке в школьном курсе хими
и
В процессе формирования умений пользоваться химическим языком содержание знаний о языке химии должно отражать три его стороны:
· семантическую, направленную на раскрытие значений и функций языка химии. Главное – установить отношение между знаками и объектами химии, которые они обозначают, раскрыть смысл знаков путем их использования;
· грамматическую, дающую знания правил и способы написания и произношения знаков, формул, уравнений, терминов, названий;
· практическую, вооружающую способами предъявления усвоенных знаний на языке химии и обеспечивающую коммуникацию на нем с учетом всех видов общения.
Все стороны языка важны и раскрываются в единстве. Химический язык лишь дно из средств познания и описания мира веществ и их превращений. В его составе знания о химической символике, терминологии и номенклатуре и умения оперировать ими.
Содержание символики включает в себя:
· химические знаки - история создания химической символики; названия и обозначения знаков; значение и смысл; качественное и количественное выражение их содержания. Умения: произносить, записывать и истолковывать химические знаки, осуществлять переходы от знака к названию и наоборот;
· химические формулы - значения формул в химическом познании; виды химических формул; их смысл, качественное и количественное выражение; связь с законом постоянства состава; методы установления формул и правила их составления. Умения: составлять, читать, анализировать и истолковывать формулы; определять по формуле валентность и степень окисления элементов; устанавливать выраженные в них закономерности состава и строения; производить расчёты по химическим формулам; использовать общие формулы водородных и кислородных соединений, их классов и гомологических рядов для обобщения и систематизации знаний;
· химические уравнения - значение уравнений в познании химии; виды уравнений; их смысл и связь с законом сохранения массы веществ; отражение в них качественной стороны реакции и количественных отношений; способы составления различных уравнений и расчёты по ним. Умения: составлять, анализировать, толковать уравнения, раскрывать смысл коэффициентов; определять по уравнению тип реакции и давать её описание; производить расчёты по уравнениям реакций; пользоваться краткими и схематическими уравнениями для обобщения знаний о химических реакциях; конкретизировать их более полными записями; осуществлять переходы от одного вида уравнения к другому.
Содержание терминологии включает следующие знания: значение и смысл общенаучных и химических терминов; связь их с понятиями; этимологический и семантический анализ терминов. Умения: произносить и записывать термины; устанавливать их связи с понятиями; извлекать из определения понятий содержание термина; заменять термин другим, более близким по смыслу и значению; осуществлять их анализ и взаимопереходы между терминами и символами; работать с терминологическими словарями.
В содержание химической номенклатуры входят знания: понятие о номенклатуре и её значении в познании; виды номенклатурных систем в обучении; соотношение между номенклатурой, терминологией и символикой. Умения: читать, произносить, истолковывать названия ионов, неорганических и органических веществ; извлекать из названий информацию о классе соединений, о конкретных веществах, об их качественном составе и характере; составлять названия веществ в соответствии с принципами международной номенклатуры; осуществлять переходы от названия вещества к его формуле и наоборот; соотносить международные, русские и тривиальные названия; составлять рациональные и систематические названия изомеров по формулам органических соединений и наоборот; использовать номенклатуру при описании и объяснении свойств веществ [15].
Исходя из нового образовательного стандарта по химии [16] , требования к знаниям и умениям химического языка следующие.
Знания → химическая символика (знаки химических элементов, формулы химических веществ и уравнения химических реакций);
→ важнейшие химические понятия;
→ основные законы и теории химии.
Умения → называть знаки химических элементов, соединения изученных классов, типы химических реакций;
→ объяснять физический смысл атомного (порядкового) номера химического элемента, номеров группы и периода, к которым он принадлежит в периодической системе, сущность реакций ионного обмена;
→ определять состав веществ по их формулам, принадлежность веществ к определенному классу соединений; валентность и степень окисления элементов в соединениях;
→ составлять формулы оксидов, водородных соединений неметаллов, гидроксидов, солей; схемы строения атомов первых 20 элементов; уравнения химических реакций;
→ осуществлять вычисления по уравнениям химических реакций;
→ называть вещества по "тривиальной" и международной номенклатуре;
→ определять валентность и степень окисления элементов, заряд иона, изомеры и гомологи различных классов органических соединений, окислитель и восстановитель в окислительно-восстановительных реакциях.
В настоящий момент, вопросу о формировании умений пользоваться химическим языком в методической литературе уделено мало внимания. Анализ периодических изданий (журналы "химия в школе", "Химия: методика преподавания", приложения к газете "1 сентября" и др.) показал, что и ранее на эту тему не обращали внимания, можно встретить малое количество статей, посвященных изучению этого вопроса [8, 9, 13,15,21,32]. Наиболее подробно этим вопросом занимались Кузнецова Н.Е. [9,15] , Герус С.А. [8] , Шаповаленко С.Г. [31]. Поэтому, данная тема является актуальной для ее подробного рассмотрения.
Глава 2. Методика формирования умений пользоваться химическим языком при изучении темы "Окислительно-восстановительные реакции" в старшей школе
2.1. Этапы формирования системы понятий об окислительно-восстановительных реакция
х
Развитие представлений об окислительно-восстановительных реакциях (ОВР) в школьном курсе химии проходит через несколько этапов [13] , которые тесно связаны с формированием системы понятий о химических реакциях.
I этапом образования понятий является рассмотрение химических явлений, так как этот термин более знаком, а затем рассматриваются химические явления уже как химическая реакция. На этом этапе опора делается на знания, полученные учащимися из физики. На уровне атомно-молекулярного учения разъясняется как можно по внешним признакам обнаружить химическую реакцию.
II этап. Развитие понятий о химических реакциях претерпевают качественные изменения при изучении ее на электронном уровне, где рассматриваются вопросы химической связи. Появляется новая трактовка: химическая реакция – процесс разрушения старых связей и образования новых. В теме "Химическая связь" вводится одно из фундаментальных понятий – "степень окисления". На его основе анализируются известные учащимся реакции разных типов, доказывая, что среди них можно найти и окислительно-восстановительные. Последние, в свою очередь, являются одним из важных, но трудных вопросов химии. Механизм реакции окисления и восстановления объясняется с точки зрения перехода электронов, поднимаясь на более высокий теоретический уровень. Выделяются основные признаки нового типа реакций. В методической литературе существует три подхода:
· по изменению степени окисления;
· по переходу электронов от одних частиц или атомов к другим;
· по изменению электронной плотности.
Следует проанализировать их и выбрать наиболее объективный. Для этого следует обратиться к механизму реакции. Известно, что их механизм довольно сложный. Ф. Басоло, Р. Пирсон убедительно показали, что прямой перенос электронов возможен лишь в газовых системах и то с ограничениями. Это подтвердили и наши ученые (Н.Н. Семенов, Н.М. Эмануэль и др.). Многие из этих реакций имеют радикальный, а не ионно-электронный механизм. Следовательно перенос электронов не может быть общим признаком этих реакций. Тот же вывод относительно перераспределения электронной плотности, что имеет место и в электростатических процессах.
Поэтому, как важнейший признак ОВР должно быть выделено наличие окислителя и восстановителя и изменение степени окисления атомов, элементов реагирующих веществ. На основе этого признака раскрывается содержание основных понятий и дается им определение.
Окислительно-восстановительные реакции – процесс, в ходе которого происходит изменение степени окисления элементов вследствие полного или частичного смещения электронов. Поэтому окисление сопровождается повышением, а восстановление – понижением степени окисления [13].
Сформированное понятие необходимо ввести в общую систему знаний о химических процессах. Рассматривается метод электронного баланса расстановки коэффициентов.
III этап. При изучении систематики элементов знания учащихся об окислительно-восстановительных реакциях и соответствующие им умения углубляются, расширяются наполняются конкретным содержанием. Здесь учащиеся знакомятся с элементами и веществами, проявляющими свойства окислителя и восстановителя, химическими реакциями с их участием. Изучается изменение окислительно-восстановительных свойств элементов и их соединений в группе, периоде, познают частную зависимость окислительной и восстановительной функций от степени окисления. Усвоение конкретных реакций совершенствует умения составления уравнений, определения степени окисления и многие другие.
IV этап. Качественно новый уровень в изучении темы – теория электролитической диссоциации. Внимание учащихся направлено на познание особенностей их протекания в растворах. Здесь важно учащихся познакомить с новым видом окислителей и восстановителей – ионами, выявить и раскрыть закономерности протекания таких реакций в водных растворах. Именно они должны здесь стать главным предметом обсуждения. При изучении неметаллов знания пополняются новыми конкретными окислителями и восстановителями. Следует уделить внимание изучению свойств азотной и серной кислот как окислителей. В теме "Металлы" появляется новое понятие "электрохимический ряд напряжений металлов". Необходимо четко показать этот ряд при составлении реакций или их предсказания. Как разновидность электрохимических процессов рассматриваются темы "Электролиз" и "Коррозия".
V этап. В курсе общей химии происходит интеграция понятий, все полученные знания и умения повторяются, систематизируются и углубляются. На данном этапе активным средством изучения является язык химической науки, который позволяет подвести итог изучения понятия "окислительно-восстановительные реакции".
В общем виде структура изучения темы "Окислительно-восстановительные реакции" представлена в таблице 1.
Таблица 1.
| Этапы | Теория | Основные понятия |
| I | Атомно-молекулярное учение | Степень окисления, ОЭО, химическая реакция |
| II | Электронная теория | ОВР, процессы окисления и восстановления, метод электронного баланса (МЭБ) |
| III | Систематика элементов | элемент вещество окислитель восстановитель сильный слабый |
Продолжение таблицы.
| IV | Теория электролитической диссоциации | Металлы – восстановители, электрохимический ряд напря-жения металлов, коррозия, элект-ролиз, кислоты – окислители, окислители восстановители ионы |
| V | Обобщение | Классификация окислительно-восстановительных реакций + все выше перечисленное |
2.2. Система понятий об окислительно-восстановительных реакция
х
В качестве основных критериев усвоения понятий выделены три: полнота усвоения содержания понятия, степень усвоения объема как меры обобщенности понятия, полнота усвоения связей в отношении данного понятия с другими [15].
Чтобы судить о продвижении и развитии учащихся в учебном познании надо опираться на уровни усвоения понятий, таковых четыре:
1 уровень характеризуется наличием знаний об отдельных понятиях и их признаках, понятия почти не связаны друг с другом;
2 уровень характеризуется появлений знаний о связях и отношениях между понятиями определенной системы, умением воспроизвести их и применить к типичным примерам. Это также уровень воспроизведения;
на 3 уровне знания уже представляют целостные системы, но которые еще не связаны между собой. Ученик может использовать знания для объяснения фактов определенной области химии;
на 4 уровне знания представляют собой системы в высшей степени их развития. Характеризуются новым качеством – действенностью: учащийся может предсказывать неизвестные факты, вывести "новые" на основе усвоенных, творчески применять их.
Усвоить понятие – значит выработать следующие умения:
· вскрыть содержания понятия;
· дать определение и привести примеры;
· подвести понятие под классификацию, установить связи с другими понятиями;
· применять понятие при решении задач в разных ситуациях.
Качество усвоения зависит от поставленных целей, значения понятия в процессе обучения и методики его формировании.
Усвоить систему понятий об окислительно-восстановительных реакциях значит выработать у учащихся умения, каждое из которых соответствует определенному понятию темы. Структура взаимосвязи понятий и умений представлена в таблице 2.
Таблица 2.
| Понятие | Умения |
| 1. Химическая реакция | Определять признаки химических реакций |
| 2. Окислительно-восста-новительные реакции | Распознавать окислительно-восстановительный процесс, отличать от других типов химических реакций, определять признаки ОВР. |
| 3. Степень окисления: положительная, отрица-тельная, промежуточ-ная, минимальная, мак-симальная | Определять степени окисления атомов на основе их строения, положения в периодической системе Д.И. Менделеева; определять степени окислении элементов, входящих в состав соединения; предсказывать окислительно-восстановительные свойства атомов, молекул, ионов на основе значения степени окисления. |
| 4. Процессы окисления, восстановления. ОЭО. Уравнения полуреакции. Окислители и восстановители. Окис-ленная и восстанов-ленная формы. Элект-ронный баланс. | Определять, составлять, записывать уравнения окислительно-восстановительных процессов с участием атомов, молекул или ионов; определять окислитель, восстановитель, а также окисленную и восстановленную формы; составлять уравнения полуреакций; определять направление "движения" электронов, подсчитывать их число → составлять электронный баланс. |
5. двойственность свойств сильный слабый окислитель восстановитель элемент вещество ион |
Характеризовать окислительно-восстановитель-ные свойства атомов, ионов и веществ, а также их силу на основе знаний о строении и периодичности и по положению в периодической таблице. |
| 6. Электрохимический ряд напряжений металлов | Составлять уравнения окислительно-восстановительных процессов в растворах с участием металлов; предсказывать протекание процесса; силу восстановительных свойств металлов. |
Продолжение таблицы.
| 7. Электронодонорные и электроностатические реакции | Классифицировать, выделять, определять и приводить примеры различным видам ОВР. |
| 8. Метод электронного баланса | Подбирать коэффициенты, определять степени окисления, окислитель, восстановитель, составлять уравнения полуреакций, подсчитывать электронный баланс. |
| 9. Коррозия | Определять виды коррозии, составлять схемы протекающих процессов. |
| 10. Электролиз | Составлять ОВР электролиза растворов и расплавов веществ, предполагать продукты процесса. |
Основываясь на классификацию умений [8] доктора педагогических наук, профессора С.А. Герус все перечисленные умения можно отнести к группе умений пользоваться химическим языком, так как они предполагают применение правил составления, преобразования и оперирования химической терминологией, символикой и номенклатурой, а также прогнозирование и моделирование на их основе.
В целом, все основные умения пользоваться химическим языком, формируемые при изучении темы "ОВР" можно свести в единую схему [13] , которая отражает их взаимосвязь (таблица 3).
Таблица 3.
| Понятия об окислительно-восстановительных реакциях | Умения пользоваться химическим языком | |
| I группа | II группа | |
Относительная электроотрицательность исление1восстановление1 степень окисления окисление2 восстановление2 окислитель восстановитель единство окисления и восстановления ОВР сохранение числа электро-нов при ОВР окислительно-восстанови-тельные свойства атомов, ионов, веществ |
умение сравнивать ОЭО элементов по их положению в ПС умение определять степень окисления элементов умение подсчитывать количество смещен-ных электронов умение уравнивать число электронов между окислителем и всстановителем(МЭБ) умение расставлять коэффициенты в уравнениях |
умение предсказывать направление смещения электронов умение отличать окисление от восста-новления, окислитель от восстановителя умение распознавать ОВР умение объяснять сущность ОВР умение предсказывать свойства атомов, ионов, веществ |
При обобщении темы в курсе общей химии наблюдается затруднения у учащихся в усвоении языка и понятий, наблюдается формализм знаний. Выделяют следующие виды формализма:
Произвольная комбинаторика знаков при самостоятельном выполнении упражнений: AlPO2, 2Na+SO4 =Na2 SO4. Причиной является неумение применять правила составления и преобразования символических записей, видеть логические связи знаков в составе формул и уравнений, непониманием места и значения в них индексов и коэффициентов, закономерностей которые они отражают.
Составление формул и уравнений не существующих реально веществ и реакций: CuO+H2O→Cu(OH) 2, которые являются следствием недооценки роли химического эксперимента и наблюдений, а также с недостаточной связью обучения с жизнью.
Не умение применять знания при объяснении теорий химии. Причина - недостаточное внимание к семантике (смыслу) формул и уравнений, их теоретическому толкованию.
Не понимание функций химической символики в познании химии, хотя учащиеся умеют писать формулы и уравнения. Причина – недостаточное раскрытие функций химической символики, отсутствие сравнительных характеристик различных видов символических записей.
Т. о., из-за несформированности химического языка на начальных этапах изучения химии, а также умений им пользоваться, к 11 классу появляются серьезные проблемы уже с самим теоретическим материалом. С целью избежания последнего, в данной работе разработаны конкретные уроки по формированию умений пользоваться химическим языком для устранения формализма в знаниях учащихся.
2.3. Требования стандарта к изучению темы "Окислительно-восстановительные реакции"
Опираясь на новый образовательный стандарт по химии за 2004 год [16] , можно выделить обязательный минимум содержания знаний и умений в курсе химии:
· стандарт основного (общего) образования по химии предполагает: понятие о валентности и степени окисления, химические реакции, классификация их по изменению степени окисления;
· стандарт среднего (полного) общего образования расширяет и дополняет знания об ОВР, рассматривая: изучение окислительно-восстановительных реакций в растворах электролитов, электролиз растворов и расплавов, теоретические вопросы, восстановительные свойства металлов, электрохимический ряд напряжений металлов, понятие о коррозии, способы защиты, представление соединений некоторых переходных металлов: KMnO4 и K2Cr2O7 как окислители.
На сегодняшний момент существует огромное количество учебников химии [23] , где данная тема рассматривается по-разному. В Калужской области широкое распространение получили учебника Габриеляна О.С. [25].
В 2007 году наша область в образовательном процессе осуществляет переход на профильное обучение. В свете таких событий рационально было бы использование учебников, предполагающих изучение химии на профильном уровне. Такими являются учебники под редакцией Н.Е. Кузнецовой [26,27,28] , которые предусматривают изучении химии как в общеобразовательных классах, на профильном уровне, так и в классах с углубленным изучением предмета.
По программе Н.Е. Кузнецовой [18] на изучение темы "Окислительно-восстановительные реакции" выделяется следующее количество часов:
8 класс: урок №1 ОВР. Составление уравнений методом электронного баланса;
урок №2 Составление и использование алгоритма расстановки коэффициентов методом электронного баланса в уравнениях ОВР;
урок №3 Контрольная работа по теме.
9 класс: Фрагменты уроков с изучением окислительно-восстановительных свойств металлов, неметаллов и их соединений.
Фрагменты уроков: 1) Электрохимические процессы. Электролиз расплавов и растворов солей.
2) Коррозия металлов. Электрохимический ряд напряжения металлов.
11 класс: Фрагменты – периодичность изменения окислительно-восстановительных свойств атомов, элементов.
урок №1 ОВР в растворах электролитов.
урок №2 Электрохимические процессы: электролиз.
урок №3 Коррозия металлов.
Т. о., данные учебники в полной мере отражают весь теоретический курс знаний по данной теме и отвечают требованиям стандарта образования по химии.
2.4. Разработка планов уроков по теме "Окислительно-восстановительные реакции" для 11 класс
а
При изучении темы в классе предполагаются стенды с занимательными заданиями по теме, а также домашние эксперименты (приложение 6,7).
Урок №1
Тема: "Окислительно-восстановительные реакции".
Задачи: обобщить, систематизировать знания и умения учащихся по теме; развитие активной мыслительной деятельности, повышение интереса к предмету.
Тип урока: урок обобщения, систематизации знаний и умений.
Оборудование: карточки-задания, компьютер, диски с опытами, мультимедийный проектор, грамоты, медали, часы.
Ход урока:
На предыдущем уроке учащимся в качестве домашнего задания было задано повторить (вспомнить) материал по теме.
На перемене учащиеся расставляют мебель в кабинете так, чтобы могли разместиться все команды по 5-7 человек, разделяются на команды. Учитель объявляет о форме проведения урока – игра, а также основные правила мероприятия.
Правила игры:
1. Команда состоит из 5-7 человек, включая капитана.
2. В ходе игры вы получаете баллы за задания, а также дополнительные задания принесут вам лишние баллы. Победит команда, набравшая наибольшее количество баллов.
3. В конце урока все учащиеся получают оценки в зависимости от своей активности во время урока.
4. Если команда справляется с заданием ранее указанного времени, ей присуждается еще полбалла. Все задания выполняются строго по времени. Плохое поведение также отражается на сумме баллов.
Ход игры.
Задание №1
Из перечисленных уравнений выберите окислительно-восстановительные реакции, по какому принципу проводили отбор: 2Na+O2=Na2O2, 2NaNO3=2NaNO2+O2, K2CO3+2HCl=2KCl+CO2+H2O, NaOH+CO2=NaHCO3, KOH+Al(OH) 3=K [Al(OH) 4] , 8NH3+3Br2 =6NH4Br+N2.
время 3 мин, баллы 4(за каждое правильно указанное уравнение + балл ответ на вопрос).
Учитель: правильно было указать те уравнения реакций, где произошли изменения степеней окисления элементов, что является главным признаком данной группы реакций.
Задание №2
Используя числовую прямую, укажите все возможные виды степеней окисления:
-4 - 3 - 2 - 1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8
время 3мин, баллы 5(за правильно указанное название степени окисления).
Допол. вопрос: Почему прямая заканчивается +8, а начинается с - 4?
учитель чертит схему на доске:
степень окисления положительная нейтральная отрицательная
высшая промежуточная низшая промежуточная
Задание №3
В ходе каких процессов происходит изменение (уменьшение или увеличение) степени окисления элементов в ОВР? Как называются эти процессы? Приведите по 1 примеру.
время 4 мин, баллы 5 (по баллу за пример + баллы за указание причины).
Учитель: речь идет о процессах окисления и восстановления, входе которых происходит увеличение и уменьшение степени окисления соответственно.
Задание №4
Вставьте пропущенные слова и символы:
атом, молекула или ион, отдающие электрон, ……(что с ними происходит?), но сами при этом являются …… (роль в ОВР).
атом Li0…. . →Li+, молекула H20…. →2H+, ион Fe2+…. . →Fe3+,
процесс ……
атом, молекула или ион, принимающая электрон, …… (что с ними происходит?), но сами при этом являются …… (роль в ОВР).
атом S0 …. . →S2 - , молекула Cl2……→2Cl-, ион Sn4+……→Sn2+, процесс …….
время 4 мин, баллы 5= 3 (каждое уравнение полуреакции 0,5б) +2(указание названия процессов).
Учитель: здесь необходимо было вспомнить что такое окислитель и восстановитель и что в этой роли могут выступать атомы, молекулы и ионы.
Задание №5
Al + S→Al2S3Вопросы: 1) что вам представлено?
2 6 Al0-3ê→Al3+2) как называется каждый из процессов?
3 S0+2ê→S2 - 3) какую роль играет Al и S в реакции?
Расставьте коэффициенты. 4) что значат цифры 3, 2, 6?
время 4 мин, баллы 4 (за каждый вопрос).
Задание №6
Осуществите переходы с указанием окислительно-восстановительных процессов, окислителя и восстановителя. Укажите соответствующие соединения и их роль реакции.
S2-↔S4+→S6+Mn0↔Mn2+←Mn7+.
время 5 мин, баллы 5 (по 0,5 за каждое уравнение полуреакции с указанием окислителя и восстановителя + по 1 баллу за каждую схему с участием веществ).
Учитель: ионы (и соответствующие им соединения), содержащие элементы в низшей степени окисления являются восстановителями; ионы (и соответствующие им соединения), содержащие элементы в промежуточной степени окисления являются и окислителями, и восстановителями; ионы (и соответствующие им соединения), содержащие элементы в высшей степени окисления всегда являются окислителями.
Допол. вопрос: опираясь на схему, предскажите окислительно-восстановительные свойства ионов и соответствующих им соединений:
восстановительокислитель -4 - 3 - 2 - 1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8
восстановительные свойства окислительные свойства отрицательныеположительные промежуточные
Задание №7 "Конкурс капитанов"
Демонстрация химической реакции (с использованием компьютера и мультимедийного проектора). Задание: Hg+HNO3(конц) = Hg(NO3) 2+NO2+H2O.
Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, описывая его основные этапы.
время 4 мин, баллы 5.
В это время командам предлагается следующее задание: фрагменты 3-х опытов, схемы которых предложены, будут позже. Задание – определить тип ОВР и указать уравнения полуреакций. Фрагменты: 1)"Вулкан" - разложение дихромата аммония; 2) взаимодействие железа с разбавленной серной кислотой; 3) холодный гидроксид калия с хлором. Схемы: (NH4) 2Cr2O7→N2+Cr2O3+H2O, Fe+H2SO4→FeSO4+H2,
Cl2+KOH(хол) → KCl+KClO+H2O.
время 4 мин, баллы 3 (за каждое уравнение).
Учитель: выделяют три типа ОВР – межмолекулярные (2), внутримолекулярные (1) и диспропорционирования (3).
ИТОГИ УРОКА: подсчет количества баллов и награждение победителей, выставление оценок.
Домашнее задание: § 33,§ 34Упр. № 4, 5 (стр.215), составить план-конспект по теме, подготовка к самостоятельной работе. План конспекта:
1. Определение; 2. Окислительно-восстановительные процессы;
3. Окислители и восстановители; 4. Типы ОВР;
5. Метод электронного баланса (алгоритм в учебнике на стр.216).
Урок №2
Тема: "Электролиз расплавов и растворов".
Задачи: сформировать представление у учащихся о процессе электролиза, умение составлять уравнения анодных и катодных процессов, суммарных процессов электролиза.
Оборудование: карточки-задания для проверки домашнего задания, электролизер, растворы KI, фенолфталеин, белый фон, карточки-задания для закрепления материала.
Тип урока: формирование знаний и умений.
Ход урока:
I Организация класса.
II. Проверка домашнего задания (выборочно тетради у учеников 2-3). Выполнение теста (10 мин).
I вариант 1. Дать определение понятию окислитель. Приведите примеры.
2. Укажите коэффициенты перед восстановителем в реакции S+ HNO3 (конц) →SO2 +NO2+H2O
а) 5; б) 4; в) 3; г) 1.
3. Углерод проявляет окислительные свойства в реакции:
а) FeO+CO→Fe+CO2; в) C+Si→SiC;
б) C+2H2→CH4; г) 2CO+O2→2CO2.
4. Сильнее восстановительные свойства будут выражены:
а) N-3; в) N+5;
б) N+2; г) N+1.
5. Сумма коэффициентов в уравнении составляет Al + S→Al2S3
а) 3; в) 4;
б) 5; г) 6.
6. Недостающим продуктом реакции является Zn+H2SO4 (конц) →ZnSO4+H2O+…
а) H2S; в) S; б) SO2; г) S→ SO2.
Остальные варианты - приложение 1.
III. Изучение нового материала (15 мин).
1. Демонстрация опыта "Электролиз раствора иодида калия".
В U-образную рубку добавляем раствор KI и фенолфталеина. В оба колена помещаем угольные "стержни" и присоединяем их к источнику постоянного тока. Наблюдаем через некоторое время в одной части трубки раствор становится желтым (при добавлении капли крахмала происходит сене окрашивание), а в другой – малиновым, и выделяются пузырьки газа.
Вопросы классу:
1) прошла ли химическая реакция? Как определить, прошла ли химическая реакция?
2) за счет чего проявилась малиновая окраска фенолфталеина?
3) о чем свидетельствует появление желтого цвета?
4) что является условием протекания реакции (исходя из устройства прибора) ?
5) какую роль играют угольные "стержни"?
6) какой заряд несет катод и анод?
7) какие процессы протекают на электродах?
8) к какому типу химической реакции
Т. о., мы наблюдали окислительно-восстановительную реакцию, протекающую под действием постоянного электрического тока на электродах, погруженных в раствор или расплав электролита.Т. е., речь идет о процессе электролизе (записи в тетради).
Что такое электролиты? Почему электролиты являются участниками электролиза? Составим уравнение реакции:
2KI + H2O → 2KOH + I2 + H2 ↑.
Фенолфталеин стал малиновым, так как образовался гидроксид калия, желтый цвет обусловлен иодом, а пузырьки газа – водород.
Вода является участником процесса электролиза растворов, вода – диполь.
электролиз расплавов растворов
2. Электроды в электролизе катод К (-) анод А (+)
только инертные инертные (Сгр, Pt) активные(Fe, Cu)
3. Правила определения продуктов электролиза расплавов и растворов электролитов (схемы представлены на каждого ученика).
I. Катодные процессы
электрохимический ряд напряжений металлов Li Rb K Ba Ca Na Mg Mn Zn Cr Fe Pb Cu Hg Ag Pt Au
восстановление H2Oвосстановление H2O и восстановление H2O + 2ê →H2 +2OH - металла Men+ + nê→Me0 металла усиление окислительных свойств катионов II. Анодные процессы
анионы
бескислородсодержащиекислородсодержащие галогенид-ионы OH - , NO3-, SO42-
2 Cl - - 2ê → Cl2↑ 2H2O - 4ê→O2+4H+; 4OH - - 4ê→O2+2H2O.
I - Br S2 - Cl - OH - SO42 - NO3 - F -
ослабление восстановительной способности анионов Применение электролиза: покрытие металлов; защита от коррозии; получение металлов и других соединений; очистка веществ от примесей.
4. Опираясь на правила, составим уравнение электролиза раствора иодида калия и расплава хлорида меди (II).
а) KI + H2O →
К (-): К+; H2O H2O + 2ê →H2 +2OH - восстановление А (+): I-; H2O2 I - - 2ê → I2 окисление 2KI + H2O → 2KOH + I2 + H2 ↑.
б) CuCl2 расплав→
К (-): Cu2+ Cu2+ + 2ê → Cu0 восстановление А (+): Cl- 2 Cl - - 2ê → Cl2↑ окисление CuCl2 расплав→ Cu0 + Cl2↑.
Вода не является участником процесса расплава веществ.
IV. Закрепление материала (10 мин).
Учащимся предлагается 3 карточки-задания, которые они постепенно выполняют. Те задания, которые не выполнили в классе переходят как домашнее задание. Три человека работают на оценку.
Карточка 1.
1. Составьте уравнение электролиза:
а) раствора бромида железа (II); б) расплава оксида алюминия;
в) раствора нитрата ртути.
2. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса H2SO4 + H2S → S + H2O.
Карточка 2.
1. Составьте уравнение электролиза:
а) раствора иодида никеля (II); б) расплава хлорида натрия;
в) раствора серной кислоты.
2. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса FeO+ HNO3(конц) =Fe(NO3) 3+NO2+ H2O.
Карточка 3.
1. Составьте уравнение электролиза:
а) раствора гидроксида меди (II); б) расплава оксида кальция;
в) раствора нитрата серебра.
2. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса NaNO3=NaNO2+O2.
ИТОГИ УРОКА
V. Домашнее задание § 36, выполнить задание на карточках, подготовка к самостоятельной работе.
Урок №3
Тема: "Коррозия металлов".
Задачи: актуализировать, расширить и углубить знания о коррозии металлов; закрепить полученные знания и умения по всей теме.
Оборудование: карточки-задания для проверки домашнего задания, опыт (ставится за 3 дня) 5 стаканов, 5 гвоздей, растворы щелочи и поваренной соли, цинк и медная проволока, варианты самостоятельной работы.
Ход урока:
I. Организация класса.
II. Проверка домашнего задания (10 мин)
2 человека у доски выполняют задания:
1) составить схемы процессов электролиза раствора бромида меди, гидроксида калия, расплава хлорида магния.
2) составить схемы процессов электролиза раствора нитрата натрия, гидроксида цинка, расплава иодида алюминия.
Вопросы классу: 1) Что такое процесс электролиза? 2) Какие вещества являются участниками этого процесса, почему? 3) Какое промышленное значение имеет данный процесс? 4) Что такое активный и инертный электроды?
III. Изучение нового материла (15 мин)
Демонстрация опыта (приготовлен за 3 дня).
В 5 стаканах находятся гвозди, но погруженные в различные среды: 1 – вода, 2 – в растворе NaCl, 3 – в растворе NaOH, 4 – в воде, но гвоздь связан с цинком, 5 - в воде, но гвоздь связан с медью.
Вопросы: 1) что произошло с гвоздем в каждом стакане?
2) по каким причинам это произошло?
В 1 стакане процесс коррозии прошел сильно, так как вода является агрессивной средой; 2 ст. – коррозия прошла еще сильнее (чем в 1 стакане) по причине наличия более агрессивных хлорид-ионов; 3 ст. – процесс не заметен, так как гидроксид-ионы замедляют коррозию; 4 ст. – наблюдаем разрушение цинка металла, а сам гвоздь при этом не прокорродировал; 5 ст. – медь не изменилась, а гвоздь подвергся процессу коррозии.
Вопросы: 1) что произошло? 2) почему в стаканах различные продукты? 3) какую роль играет цинк? 4) почему произошло разрушение меди? 5) влияет ли среда на процесс коррозии?
Дать ответы на все эти вопросы вы сможете, познакомившись с текстом учебник на стр.229 (§37). Работаем по плану: определение, виды, сущность каждого вида коррозии (механизм); группы способов защиты в виде таблицы:
| Методы защиты | Принцип действия | Область применения |
Выводы: 1) наблюдали коррозию металла по электрохимическому механизму; 2) скорость процесса коррозии зависит от среды; 3) в качестве защиты можно использовать металлические покрытия из более активного металла. Механизм электрохимической коррозии:
К (+): 2H2O+O2+4ê→4OH - , 2H++2ê→H2, 4H++ O2+4ê→2H2O.
А (-): Men+ + nê→Me0 окисление IV. Самостоятельная работа по теме "Окислительно-восстановительные реакции" (12 мин).
I вариант 1. Допишите уравнение реакции, расставьте коэффициенты методом электронного баланса и определите тип ОВР: а) Co+ HNO3(конц) →...
2. На рисунке изображен разрез хромированного железного листа. Определите, что такое 1 и 2, напишите схемы катодного и анодного процессов.
H2O (O2)
3. Разделите вещества HNO3, KClO4, H2O2, Mg, NH3 на три группы:
1 - проявляющие только окислительные свойства;
2 - проявляющие только восстановительные свойства;
3 - проявляющие как окислительные, так и восстановительные свойства.
4. При электролизе раствора КОН на катоде выделится:
а) водород; б) кислород; в) калий?
5. При электролизе раствора хлорида бария на аноде выделяется:
а) водород; б) хлор; в) кислород?
Остальные варианты – приложение 2.
V. Домашнее задание: закончить конспект по теме.
В данной главе подробно рассмотрены этапы формирования умений пользоваться химическим языком на теоретическом уровне. С целью осуществления методики на практике разработаны уроки, дающие возможность устранить формализм в знаниях учащихся.
Глава 3. Эксперимент по проверке эффективности предложенной методики на развитие личности учащихс
я
3.1. Организация, логика, этапы педагогического эксперимент
а
Основания задача эксперимента состояла в том, чтобы исследовать целесообразность и эффективность методики формирования умений пользоваться химическим языком в курсе общей химии. Данная задача направлена на развитие мышления и творчества учащихся, самостоятельной деятельности, является средством рационализации учебно-познавательного процесса.
В период 29 января-17 февраля 2007г. в средней школе № 8 г. Калуги под руководством учителя Григорьевой Л.Л. была применена разработанная нами методика на уроках химии в 11 "А" классе. За это время представилась возможность осуществить педагогический эксперимент, но проводить сравнение с другим 11 классом не было возможным, т. к. в школе всего один 11 класс. Изучение химии идет по программе Габриеляна О.С. и как таковую тему "ОВР" в учебнике 11 класса не предусмотрено, она разбита на отдельные уроки в темах: 1 – Классификация химических реакций; 2 – Металлы: а) Коррозия металлов; б) Способы получения металлов. Применение нашей методики не нарушило целостность образовательного процесса, так как учителя в праве менять до 20% учебного материала.
После изучения темы с учащимися мы провели анкетирование (приложение 3) с целью проверки результатов эффективности разработанной нами методики.
Педагогический эксперимент проводился в школе № 23 г. Калуги под руководством учителя В.Г. Бархударян. Подготовка к проведению эксперимента проводилась в два этапа.
На первом этапе были разработаны теоретические основы формирования умений, определена тема, при изучении которой будет проходить реализации методики. Было решено сделать 11 "Б" экспериментальным классом. Для проведения сравнительного эксперимента необходимо было выбрать контрольный класс, им стал 11 "А" класс, так как по составу учащихся он был близок к экспериментальному.
На втором этапе подготовки к проведению эксперимента тщательно изучена тема "Окислительно-восстановительные реакции", были составлены планы уроков для экспериментального класса (приведены в главе 2 выпускной работы), планы уроков для контрольного класса (представлены в приложении 4), а также составлен вариант самостоятельной работы для экспериментального и контрольного классов с целью проверки эффективности методики.
Эксперимент проводился с 13 ноября по 23 декабря 2006 г. в школе № 23 г. Калуги под наблюдением В.Г. Бархударян. Занятия проводились: в 11 "А" классе (контрольный) – по программе Габриеляна О.С., в 11 "Б" классе – с применением методики формирования умений. Сравнивались два варианта преподавания:
· первый вариант: контрольный, без использования специальной методики;
· второй вариант: экспериментальный, с применением методики формирования умений пользоваться химическим языком.
На заключительном уроке в обоих классах была проведена самостоятельная работа, выполнение которой показывает на успешное формирование знаний и умений пользоваться химическим языком. Работа проводилась в течение 15 минут и состояла из 4 вариантов, по 5 заданий в каждом варианте (рассмотрен в главе 2). Условия проведения были одинаковыми для всех классов. Оценивалась вся работа в целом, а также засекалось время, за которое учащиеся справлялись с заданием.
3.2. Интерпретация результатов педагогического эксперимент
а
С учащимися 11 класса школы № 8 мы провели анкетирование (приложение 3) с целью проверки результатов эффективности разработанной нами методики. Результаты:
| ответы | сложная | пришлось подумать | не очень сложная | вообще не сложная |
| % | 12 | 34 | 45 | 7 |
1 вопрос:
| ответы | они тянулись | как обычно | быстрее, чем раньше | быстро, незаметно |
| % | 7 | 3 | 33 | 57 |
2 вопрос:
| ответы | никак не помогут | иногда помогут | конечно помогут |
| % | 13 | 40 | 47 |
3 вопрос:
| ответы | нет | немного было | да |
| % | 24 | 32 | 44 |
4 вопрос:
Проанализировав самостоятельные работы учащихся 11 классов школы № 23 по содержанию, стало видно, что у учащихся экспериментального 11 "Б" класса записи были четкими, лаконичны, последовательны, ответы давались грамотным химическим языком, с использованием правил составления и преобразования, операций с химическими знаками. Можно сделать вывод формирование всей группы понятий в теме "ОВР", а также можно наблюдать прогнозирование на основе символики. Учащиеся контрольного 11 "А" класса успешно справились с заданием, но не прослеживалось особой четкости в записях, "ломанный" химический язык наблюдался практически во всех работах, большинство придерживалось образцов, рассмотренных на уроках, не проявляя своей инициативы.
Результаты проверки решения самостоятельной работы приведены в таблице (таблица 4) и изображены в виде гистограммы (рис 1. – приложение 5).
Таблица 4.
| Класс | Всего учащихся | Писали работу | Оценки | |||
| 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| 11 "А" (контрольный) | 20 | 20 | 2 | 6 | 8 | 4 |
| 11 "Б" (экспериментальный) | 18 | 18 | - | 2 | 9 | 7 |
Анкетирование с учащимися 11 класса 23 школы представлены 9.
На основании проведенного эксперимента в школах № 8 и № 23 можно сделать следующие выводы:
Степень сформированности групп умений пользоваться химическим языком в экспериментальном классе выше, чем в контрольном: об этом свидетельствует количество отличных оценок (приложение 6), а также само оформление работы.
У учащихся экспериментального класса знания систематизированные, четкие, построенные грамотным химическим языком. Отмечается моделирование вариантов записей, прогнозирование на основе химической символики. У учащихся контрольного класса такие показатели наблюдалось лишь у некоторых человек, остальным не удалось выполнить задания в полной мере, используя язык химической науки.
Сформированные умения пользоваться химическим языком позволяют рационализировать учебно-познавательный процесс, активизирует мышление учащихся, стимулируют развитие самостоятельной деятельности.
Заключени
е
В соответствии с поставленной целью выпускной работы – формирование умений пользоваться химическим языком – было сделано следующее:
Проанализировано состояние проблемы методики формирования умений пользоваться химическим языком в средней школе в трудах различных авторов и в практике школьного преподавания.
Выявлено, что умения пользоваться химическим языком являются рациональным компонентом учебно-познавательного процесса, стимулируя развитие мышления, творчества и самостоятельной деятельности учащихся.
Разработана конкретная методика формирования умений пользоваться химическим языком в 11 классе при изучении темы: "Окислительно-восстановительные реакции".
С целью оценки эффективности применения методики формирования у школьников умений в средней школе № 23 г. Калуги проведен сравнительный педагогический эксперимент, в школе № 8 применение методики.
Проанализированы результаты эксперимента: по времени выполнения заданий.
Решение этих задач, итоги эксперимента, беседа с учащимися и результаты выполнения ими работ – все это позволяет сделать общий вывод, что методика формирования умений повышает качество знаний учащихся, совершенствует их навыки в выполнении основных заданий по химии, способствует развитию творчества, самостоятельности, активной мыслительной деятельности, повышает интерес к предмету. Этот вывод подтверждает выдвинутую в начале работы гипотезу.
Список литературы
1. Александрова М.А. Урок "Электролиз растворов и расплавов солей" // Химия в школе. - 2005. - № 3 - с.61-66.
2. Алексинский В.Н. занимательные опыты по химии: Книга для учителей. – 2-е изд., испр. – М.: Просвещение, 1995. – 96 с.: ил.
3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учеб. для вузов. – 4-е изд., испр. – М.: Высш. шк.; 2002. – 743 с.: ил.
4. Ахлебинин А.К., Ахлебинина Т.В., Карпов В.А., Лазыкина Л.Г., Ларионова В.М., Лихачев В.Н., Майерли А.А., Нифантьев Э.Е., Чайков С.Г., "1С: Образовательная коллекция. Химия для всех – XXI: Химические опыты со взрывами и без". Мультимедийный компакт-диск с комплектом программ для поддержки школьного курса химии. "1С". 2002. – 283 МБ.
5. Балаев И.И. Домашний эксперимент по химии. Пособие для учителя. Из опыта работы. – М.: Просвещение, 1977. – 126 с.
6. Балуева Г.А., Осокина Д.Н. Все мы дома химики. – М.: Химия, 1979. – 128 с.: ил.
7. Герасимова Н.Ф., Смирнова Т.В., Супоницкая И.И. Опорный конспект в обобщении знаний о коррозии и защите металлов // Химия в школе. – 1997. - № 7 – с.40-42.
8. Герус С.А. Теория и практика рационализации процесса обучения химии в средней школе: Монография. – СПб.: Изд-во РГПУ им.А.И. Герцена, 2003. – 160 с.
9. Грибакина Л.В., Кузнецова Н.Е. О причинах формализма в знаниях учащихся // Химия в школе. - 1988. - № 6. – с.17-18.
10. Единый государственный экзамен 2001: Тестовые задания: Химия / М.Г. Минин, Н.С. Михайлова, В.Ф. Гридаев и др.: М-во образования РФ. - М.: Просвещение, 2001. – 47с.: ил.
11. Жуков С.Т. Аликберов Л.Ю. Окислительно-восстановительные реакции. Часть 5. Природа вещества и процессы окисления – восстановления // Химия в школе. – 2005. - №1 с.36-42.
12. Журин А.А. Окислительно-восстановительные реакции. – М.: Аквариум, 1998. – 256 с.
13. Кузнецова Л.М. Причины формализма в знаниях учащихся и пути его устранения // Химия в школе. – 1990. - № 3 – с.16-19.
14. Кузнецова Н.Е. Формирование систем понятий в обучении химии. – М.: Просвещение, 1989. – 144 с.: ил.
15. Кузнецова Н.Е. Шорова Ж.И. Изучение химического языка на первых этапе обучения // Химия в школе. – 1981. - № 5 – с.41-44.
16. Методика преподавания химии / Под ред. Н.Е. Кузнецовой. – М.: Просвещение, 1984. – 415 с.
17. Новые образовательные стандарты по химии // Химия: Методика преподавания. – 2004. - № 7 – с.3-8.
18. Ожегов С.И. Словарь русского языка: 70 000 слов/ Под ред.Н.Ю. Шведовой – 21-е изд., перераб. И доп. – М.: Рус. Яз., 1989. – 924 с.
19. Программы по химии для 8-11 классов общеобразовательных учреждений / Под ред. Н.Е. Кузнецовой. – М.: Вентана-Граф, 2006. – 128 с.
20. Программно-методические материалы. Химия: Средняя школа.8-11 кл. / Сост. С.В. Суматохин. - 4-е изд., перераб. И до. – М.: Дрофа, 2001. – 192 с.
21. Радаева О.В. Роль научного языка на уроках химии // Химия: Методика преподавания. – 2005. - №7 – с.27-29.
22. Рогожин О.В. развитие интеллектуальных умений школьников // Химия: Методика преподавания. – 2004. - №5 – с.43-47.
23. Степин Б.Д. Аликберова А.Ю. Занимательные задания и эффективные опыты по химии. – М.: Дрофа, 2002. – 432 с.: ил.
24. Суматохин С.В. О приоритетных направлениях развития общего химического образования и использование учебных заданий по химии в 2005/06 уч. году // Химия: Методика преподавания. – 2005. - №5 – с. 20-27.
25. Теория и практика интегративно-модульного обучения общей химии студентов медицинского вуза. / Т.Н. Литвинова. Краснодар: Издательство Кубанской государственной медицинской академии, 2001. – 265 с.
26. Химии: 11 класс: Учеб. Для общеобразовательных учреждений/ О.С. Габриелян Г.Г. Лысова. – 2-е изд., испр. – М.: Дрофа, 2002. – 368 с.: ил.
27. Химия: Учебник для учащихся 8 класса общеобразовательных учреждений / Кузнецова Н.Е., Титова И.М. и др. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2005. - 224 с.: ил.
28. Химия: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений / Кузнецова Н.Е., Титова И.М. и др. – М.: Вентана-Граф, 2005. - 234 с.: ил.
29. Химия: Учебник для учащихся 11 класса общеобразовательных учреждений в 2 частях / Кузнецова Н.Е., Левкина И.М. и др. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2006. - 424 с.: ил.
30. Хомченко Г.П. Севастьянова К.И. Окислительно-восстановительные реакции: Книга для внеклассного чтения учащихся 8-10 кл. сред. Шк. – 3-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1989. – 141 с.
31. Шаповаленко С.Г. Методика обучения химии в восьмилетней и средней школе. – М.: Учпедгиз, 1963. – 667.
32. Фаязов Д.Ф. Формирование умений учащихся пользоваться химическим языком // Химия в школе. – 1983. - № 2 – с.33-34.
Приложение 1
Варианты самостоятельных работ к уроку №2. Тема: "Окислительно-восстановительные реакции".
II вариант 1. Дать определение понятию восстановитель, приведите примеры процесса.
2. Укажите коэффициент перед окислителем в реакции
Cu+ H2SO4(конц) →CuSO4+H2O+SO2:
а) 2; б) 3; в) 4; г) 1.
3. Сера проявляет восстановительные свойства в реакции:
а) Br2 + H2S → S + HBr; в) S+F2→SF6; б) SO2+Na2O→Na2SO3; г) Mg+ H2SO4→MgSO4+ H2O.
4. Сумма коэффициентов в уравнении реакции N2+H2↔NH3 составляет:
а) 3; б) 4; в) 6; г) 5.
5. Сильнее окислительные свойства будут выражены:
а) Cl1+; б) Cl1-; в) Cl3+; г) Cl5+.
6. Недостающим продуктом реакции Mg+HNO3(конц) = Mg(NO3) 2+…. +H2O является: а) NH4NO3; б) N2O; в) NO; г) NO2.
III вариант 1. Дать определение понятию "процесс окисления", приведите примеры.
2. Углерод НЕ проявляет восстановительные свойства в реакции:
а) C+H2 → CH4; в) MgO+ CO2→Mg+CO; б) FeO +CO→Fe+CO2; г) Al+C→Al4C3.
3. Укажите коэффициент перед восстановителем в реакции C+ H2SO4(конц) →CO2+H2O+SO2
а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.
4. Сумма коэффициентов в уравнении реакции SO2+O2↔SO3 составляет:
а) 3; б) 4; в) 5; г) 6.
5. Сильнее окислительные свойства будут выражены:
а) S2 - ; б) S0; в) S2+; г) S4+.
6. Недостающим продуктом реакции S+ HNO3(конц) → SO2+ H2O+…является а) NO2; б) NO; в) N2; г) NH4NO3.
IV вариант 1. Дать определение понятию "восстановление", приведите примеры процесса.
2. Сера проявляет окислительные свойства в реакции:
а) О2 + H2S → SO2+ H2O; в) Mg + H2SO4→Mg SO4+ H2; б) S + H2→ H2S; г) Br2 + H2S → S + HBr.
3. Укажите коэффициент перед окислителем в реакции C+ HNO3(разб) → СO2+ H2O+ NO
а) 3; б) 4; в) 5; г) 6.
4. Сумма коэффициентов в уравнении реакции H2O→H2+O2 составляет:
а) 5; б) 4; в) 3; г) 2.
5. Сильнее восстановительные свойства будут выражены
а) Mn7+; б) Mn0; в) Mn2+; г) Mn4+.
6. Недостающим продуктом реакции Р+ HNO3(конц) → Р2O5+ H2O+…является а) NO2; б) NO; в) N2; г) NH4NO3.
ОТВЕТЫ
| № вопроса вариант | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| I | г | в | а | г | г |
| II | а | в | в | г | г |
| III | г | а | в | г | а |
| IV | б | б | а | б | а |
Приложение 2
Варианты самостоятельных работ к уроку №3. Тема: "Коррозия металлов".
II вариант 1. Допишите уравнение реакции, расставьте коэффициенты методом электронного баланса и определите тип ОВР: а) Р + H2SO4(конц) →…
2. На рисунке изображен разрез никелированного железного листа. Определите, что такое 1 и 2, напишите схемы катодного и анодного процессов.
H2O (O2)
3. Разделите вещества K2SO4, N2O, HCl, Zn, HBrO на три группы:
1 - проявляющие только окислительные свойства;
2 - проявляющие только восстановительные свойства;
3 - проявляющие как окислительные, так и восстановительные свойства.
4. При электролизе раствора NaОН на аноде выделяется:
а) натрий; б) кислород; в) водород?
5. При электролизе расплава хлорида ртути на катоде выделяется:
а) ртуть; б) хлор; в) кислород?
III вариант 1. Допишите уравнение реакции, расставьте коэффициенты методом электронного баланса и определите тип ОВР: а) Fe + HNO3(конц) → …
2. На рисунке изображен разрез луженого железного листа. Определите, что такое 1 и 2, напишите схемы катодного и анодного процессов.
H2O (O2)
3. Разделите вещества K2SO3, Li, HClO4, HNO2, K2Cr2O7 на три группы:
1 - проявляющие только окислительные свойства;
2 - проявляющие только восстановительные свойства;
3 - проявляющие как окислительные, так и восстановительные свойства.
4. При электролизе раствора Ba(ОН) 2 на аноде выделяется:
а) водород; б) кислород; в) барий?
5. При электролизе расплава хлорида свинца (II) на катоде выделяется:
а) свинец; б) хлор; в) процесс не возможен?
IV вариант 1. Допишите уравнение реакции, расставьте коэффициенты методом электронного баланса и определите тип ОВР: а) Hg + H2SO4(конц) →…
2. На рисунке изображен разрез оцинкованного железного листа. Определите, что такое 1 и 2, напишите схемы катодного и анодного процессов.
H2O (O2)
3. Разделите вещества SO2, Fe, KMnO4, N2O3, CrO3 на три группы:
1 - проявляющие только окислительные свойства;
2 - проявляющие только восстановительные свойства;
3 - проявляющие как окислительные, так и восстановительные свойства.
4. При электролизе раствора Cu(NO3) 2 на катоде выделяется:
а) медь; б) кислород; в) водород?
5. При электролизе раствора хлорида алюминия алюминий выделяется:
а) на катоде; б) на аноде; в) остается в растворе?
ОТВЕТЫ
| Вариант № задания | I | II | III | IV |
| 4 | а | б | б | а |
| 5 | б | а | а | в |
Приложение 3
Вопросы анкеты для учащихся:
1. На сколько сложной для изучения вам показалась данная тема?
2. Быстро ли проходили уроки?
3. Как вы считаете, полученные вами знания помогут вам в дальнейшем при изучении предмета?
4. Появилось ли у вас желание самостоятельно составлять уравнения ОВР?
Приложение 4
Разработка планов уроков для контрольного класса (по учебнику О.С. Габриеляна).
Урок № 1.
Тема: "Классификация химических реакций"
Цель: обобщить и расширить представление учащихся о классификации химических реакций.
Оборудование: сера, спиртовка, зажим, кристаллизатор с водой, магний, щипцы,, H2SO4, BaCl2, H2O2, MnO2, мультимедийные проектор, диск, компьютер.
Тип урока: обобщение и систематизация знаний.
Ход урока:
Организация класса.
Изучение нового материала.
Учащиеся самостоятельно по учебнику (§ 11, стр.100-111) заполняют таблицу (25 мин)"Классификация химических реакций".
| Признак классификации | Типы реакций | Определение типов реакций | Примеры |
В конце урока учитель демонстрирует опыты, учащиеся классифицируют реакции по шести признакам, записанным в таблице:
1. переход кристаллической серы в пластическую;
2. горение магния;
3. разложение малахита;
4. взаимодействие раствора иодида калия с хлорной водой;
5. взаимодействие раствора серной кислоты с хлоридом бария;
6. разложение пероксида водорода под действием оксида марганца (IV).
7. взаимодействие меди с концентрированным раствором азотной кислоты.
Рассмотрение метода электронного баланса (на примере последней реакции):
Cu + HNO3(конц) = Cu(NO3) 2+ NO2 +H2O
1 2 Cu0 - 2ê → Cu2+процесс окисления, медь – восстановитель 2 N5+ + ê → N4+процесс восстановления, кислота – окислитель Cu + 4HNO3(конц) = Cu(NO3) 2+ 2NO2 +2H2O.
Итоги урока.
Домашнее задание: § 11, упр.1,6.
Урок № 2.
Тема: "Коррозия металлов".
Цель: актуализировать, расширить и углубить знания учащихся о коррозии металлов.
Оборудование: образцы "чистого" и ржавого железа, металлических изделий, защищенных от коррозии покрытиями.
Тип урока: комбинированный.
Ход урока:
Организация класса.
Проверка домашнего задания (5-7 мин).
Самостоятельная работа: составить 5 уравнений реакций металла с разными классами веществ. Работа выполняется по вариантам: I – натрий, II – цинк, III – алюминий, IV – железо.
Изучение нового материала.
Прочитайте о коррозии в учебнике на стр. 208-210. Выпишите определение коррозии.
Запишите классификацию видов коррозии по характеру воздействия на металлическую поверхность и по химизму.
Запишите примеры химической коррозии. в какой среде она происходит?
Запишите, в какой среде происходит электрохимическая коррозия.
Далее учитель объясняет, что электрохимическая коррозия при контакте двух металлов, это приводит к образованию гальванической пары, в которой более активный металл отдает свой электроны менее активному и разрушается: Fe0 - 2ê → Fe2+, а на поверхности менее активного металла идет восстановление в кислой среде: 2H+ +2ê → H2 ↑;
в нейтральной среде или щелочной: 2H2O + 2ê→ 2OH - + H2 ↑.
Поэтому в нейтральной и щелочной среде образуется гидроксиды железа Fe2+ + 2OH - → Fe(OH) 2; 4 Fe(OH) 2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH) 3;
Fe(OH) 3 → FeO(OH) + H2O.
В кислой среде ржавчина не образуется, ионы металла переходят в раствор: Fe0 + 2H+ → Fe2+ + H2 ↑.
ИТОГИ УРОКА
IV. Домашнее задание: § 18 стр. 208-214. Выписать в тетрадь способы защиты от коррозии, упр.16-20.
| Методы защиты | Принцип действия | Область применения |
Урок № 3.
Тема: "Способы получения металлов".
Цель: актуализировать и обобщить знания учащихся о способах получения металлов.
Оборудование: коллекция "Руды металлов".
Тип урока: комбинированный.
Ход урока:
Организация класса.
Проверка домашнего задания (10-12 мин).
Ученик у доски заполняет таблицу о способах защиты металла. В это время проводится устный опрос класса по вопросам:
Что такое коррозия?
Какие виды коррозии вы знаете? Приведите примеры.
Какова сущность основных видов коррозии?
Изучение нового материала (20 мин).
Прочитайте учебник на стр.214-216 и сделайте записи по плану:
определение металлургии; 2) способы получения, сущность процессов, примеры.
Электролиз - окислительно-восстановительная реакция, протекающая под действием постоянного электрического тока на электродах, погруженных в раствор или расплав электролита.
Что такое электролиты? Почему электролиты являются участниками электролиза?
электролиз расплавоврастворов Правила определения продуктов электролиза расплавов и растворов электролитов (схемы представлены на каждого ученика).
I. Катодные процессы
электрохимический ряд напряжений металлов Li Rb K Ba Ca Na Mg Mn Zn Cr Fe Pb Cu Hg Ag Pt Au
восстановление H2Oвосстановление H2O и восстановление H2O + 2ê →H2 +2OH - металла Men+ + nê→Me0 металла усиление окислительных свойств катионов II. Анодные процессы
анионы
бескислородсодержащиекислородсодержащие галогенид-ионы OH - , NO3-, SO42-
2 Cl - - 2ê → Cl2↑ 2H2O - 4ê→O2+4H+; 4OH - - 4ê→O2+2H2O.
I - Br S2 - Cl - OH - SO42 - NO3 - F -
ослабление восстановительной способности анионов Применение электролиза: покрытие металлов; защита от коррозии; получение металлов и других соединений; очистка веществ от примесей.
Опираясь на правила, составим уравнение электролиза раствора иодида калия и расплава хлорида меди (II).
а) KI + H2O →
К (-): К+; H2O H2O + 2ê →H2 +2OH - восстановление А (+): I-; H2O2 I - - 2ê → I2 окисление 2KI + H2O → 2KOH + I2 + H2 ↑.
б) CuCl2 расплав→
К (-): Cu2+ Cu2+ + 2ê → Cu0 восстановление А (+): Cl- 2 Cl - - 2ê → Cl2↑ окисление CuCl2 расплав→ Cu0 + Cl2↑.
Вода не является участником процесса расплава веществ.
Итоги урока.
Домашнее задание: § 18, оформить записи, выполнить задание:
Составьте уравнение электролиза: а) раствора бромида железа (II); б) расплава оксида алюминия; в) раствора нитрата ртути; г) раствора иодида никеля (II); д) раствора серной кислоты. Подготовка к контрольной работе.
Фрагмент урока № 4
Тема: " Решение задач и упражнений по теме "Металлы".
Цель: Закрепит знания по теме, отработать умение составления уравнений реакций с участием металлов.
Ход урока:
Организация класса.
Проверка домашнего задания (12-15 мин).
Выполнение самостоятельной работы.
I вариант 1. Допишите уравнение реакции, расставьте коэффициенты методом электронного баланса и определите тип ОВР: а) Co+ HNO3(конц) →...
2. На рисунке изображен разрез хромированного железного листа. Определите, что такое 1 и 2, напишите схемы катодного и анодного процессов.
H2O (O2)
3. Разделите вещества HNO3, KClO4, H2O2, Mg, NH3 на три группы:
1 - проявляющие только окислительные свойства;
2 - проявляющие только восстановительные свойства;
3 - проявляющие как окислительные, так и восстановительные свойства.
4. При электролизе раствора КОН на катоде выделится:
а) водород; б) кислород; в) калий?
5. При электролизе раствора хлорида бария на аноде выделяется:
а) водород; б) хлор; в) кислород?
Остальные варианты – приложение 2.
Приложение
Занимательные задания (оформление стендов в кабинете)
1. Поджигает … вода!
Если смешать порошок металла (цинка или алюминия) с измельченными кристаллами некоторого неметалла, а потом добавить каплю воды, начинается бурная окислительно-восстановительная реакция с выделением теплоты, света и фиолетовых паров. Что это за реакция?
2. Первые спички Немецкий химик Ян Каммерер работал учителем химии. В 1820 г. он
показал своим ученикам рискованный опыт. Смешав под водой воскообразное белое вещество с бесцветным кристаллами соли, полученной французским химиком Бертолле и названной его именем, он добавил клей, а потом погрузил в образовавшееся "тесто" пучок осиновых палочек. Затем палочки были извлечены из смеси и осторожно высушены. Каммерер раздал палочки своим подопечным и попросил провести ими по поверхности стола. Все палочки воспламенились, ученики были в восторге: ведь они держали в руках первые спички. Какие вещества использовал Каммерер?
3. Химический хамелеон
В ХIХ в. для химического анализа различных веществ применялся раствор "хамелеона". В исходном состоянии он был фиолетовым, а при реакциях с восстановителями в кислотной среде обесцвечивался. Если реакции протекали при большом избытке щелочи, раствор становился зеленым. А в нейтральной среде восстановители делали "хамелеона" буро-коричневым. О каком веществе идет речь?
4. Медные фокусы
В 1928 г. чешский химик И. Друце обнаружил, что, если медные стружки залить концентрированной серной кислотой и нагреть до 2000C, получается раствор зеленого цвета. При смешивании этого раствора с безводным метанолом (метиловым спиртом) выпадает белый осадок. Друце попытался растворить этот осадок в воде и получил раствор голубого цвета, а на дне сосуда оказались крупинки металлической меди. Какое вещество получил Друце?
5. Алюминий подвел!
Железную водосточную трубу закрепили на стене дома хомутами из алюминиевого сплава. Через несколько лет во время сильного дождя труба рухнула на тротуар. Оказалось, что крепежные детали из алюминиевого сплава подверглись сильной коррозии, хотя кровля дома, сделанная из того же сплава, безупречно служила уже полтора десятка лет, Почему так сильно отличалось поведение алюминиевых изделий?
6. Обновили!...
Серебряные столовые приборы часто украшают "черненым" рисунком. Подобные узоры можно встретить и на мельхиоровых ложках, вилках и ножах. Однажды после званого ужина все ложки, вилки и ножи, залив мыльной водой, оставили в тазике из оцинкованного железа. Наутро оказалось, что все приборы из серебра и мельхиора стали белыми как снег, а столь ценный "черненый" рисунок пропал. Что же произошло?
7. Химическая "угадай-ка"
В руки учеников попали обрывки бумаги - черновики учителя, готовившего задания для контрольной работы. Все коэффициенты в уравнениях реакций были поставлены правильно. какие же вещества вступили в реакции, если получились следующие продуты:
8. Ошибка лаборанта Для получения сероводорода на лекциях использовали аппарат Киппа с кусочками сульфида железа и разбавленной соляной кислотой. Но вот на очередную лекцию лаборант вынес аппарат, все внутренние стенки которого были покрыты беловато-желтым налетом, а вместо прозрачного раствора кислоты пузырилась мутная, слегка желтоватая жидкость. Профессор потребовал немедленно унести аппарат и перезарядить его, так как вместо разбавленной соляной в нем оказалась серная кислота, к тому же концентрированная. Что произошло в аппарате Киппа?
9. Цепочка серебряных превращений Химик исследовал поведение иода и серебра в растворах разного с става. Сначала он высыпал порошок иода в нагретый водный раствор гидроксида калия и получил прозрачный бесцветный раствор. После охлаждения он добавил к этому раствору избыток нитрата серебра и получил осадок светло-желтого цвета. Химик фильтрованием отделил раствора осадок, промыл его водой и обработал избытком раствора аммиака. Он заметил, что только часть осадка перешла в раствор, а оставшаяся часть стала более желтой; этот остаток был перенесен в водный раствор сульфида натрия. Выпал черный осадок, который под действием азотной кислоты пожелтел, и при этом выделился бесцветный газ, буреющий на воздухе.
Каков состав получаемых при этих превращениях веществ и как реакции здесь протекают? 10. Простой вопрос Смесь цинка и сульфида цинка обработали концентрированной азотной кислотой и увидели выделение красно-бурого газа. К полученному бесцветному раствору добавили хлорид бария, и выпал белый осадок, нерастворимый в азотной кислоте. Какие вещества содержались в растворе над осадком?
11. Отважный реагент Студент неосмотрительно оставил на столе в фарфоровой чашке кусочек белого фосфора. Фосфор в скором времени вспыхнул, выделяя густые клубы дыма. Недолго думая, студент схватил первую попавшуюся колбу с голубым раствором и надписью "Отходы" и вылил ее содержимое на горящий фосфор. Пламя исчезло. Что это были за отходы, ни кто не знал. Однако студент отметил, что на кусочках фосфора, залитого "отходами", появился красно-коричневый налет. А добавление к остатку "отходов" сульфида натрия вызвало появление черного осадка. Помогите установить состав голубого раствора.
12. Подсказывает ряд напряжений Во время очередного занятия преподаватель обратил внимание учащихся на плакат "Электрохимический ряд напряжений" и подчеркнул два металла - кадмий (левее водорода) и ртуть (правее водорода). Он предложил провести опыты с этими металлами: сначала подействовать на них разбавленной серной кислотой, потом в раствор сульфата кадмия внести капельку ртути, а в раствор сульфата ртути - гранулу кадмия. Предскажите результаты этих опытов.
13. Насмешил! Студент-первокурсник не утруждал себя подготовкой к занятиям и насмешил всех, когда сделал в трех уравнениях реакций десять ошибок:
NaCl + H2SO4(разб) = Cl2↑ + NaHSO4
NaBr + H2SO4(разб) = Br2↑ + NaHSO4
KJ + H2SO4(разб) = I2↑ + KHSO4
Найдите и исправьте ошибки.
Ответы.
При смешивании порошкообразного алюминия и тонко измельченных кристаллов иода и внесении в смесь капли воды начинается реакция 2Al + 3I2 = 2AlI3, которая сопровождается выделением теплоты и частичной возгонкой иода (фиолетовые пары). Вода в этой реакции выполняет роль катализатора.
Каммерер использовал белый фосфор – P4 и бертолетову соль – хлорат калия KClO3. Гуммиарабик – природный клей. Воспламенение состава вызвано легкостью возгорания белого фосфора от трения. "Поставщиком" кислорода служит хлорат калия. Уравнения реакции таковы: P4 + 5O2 = P4O10, 2 KClO3 = 2 KCl + 3O2↑.
Реакция перманганата калия ("хамелеона") со щавелевой кислотой H2C2O4, сульфитом натрия Na2SO3 и пероксидом водорода H2O2 протекают следующим образом:
5 H2C2O4 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 = 2 MnSO4 + 10 CO2 + K2SO4 + 8 H2O
бесцветный Na2SO3 + 2 KMnO4 + 2 КОН = 2 K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
зеленый 3 H2O2 + 2 KMnO4 = 2 MnO2 ↓ + 3 O2 ↑ + 2 КОН + 2 H2O
бурый осадок 4. Друце получил сульфат меди (I) Cu2SO4:
2 Cu + 2 H2SO4 = Cu2SO4 + SO2 ↑+ 2 H2O, который в водной среде подвергается дисмутации: Cu2SO4 = CuSO4 + Cu↓.
5. В местах соприкосновения железа и алюминия образуются "гальванические пары". Алюминий как более активный в химическом отношении металл играет роль анода – поставщика электронов, а железо – роль катода, принимающего электроны. Поэтому алюминиевые детали при контакте с железом очень быстро разрушаются, вместе с тем защищая от коррозии железные изделия.
6. Серебряную "чернь" наносят специально, это сульфидная "патина". В тазике серебро и цинк образовали гальваническую пару, где мыльная вода послужила электролитом, цинковая поверхность – катодом, а серебро – анодом. На аноде шло выделение водорода и из воды, а на аноде – кислорода. В результате сульфид серебра окислился и сульфидная патина обесцвечивалась: Ag2S + O2 = 2 Ag + SO2↑
7. Вот уравнения этих реакций:
S + 6 HNO3(конц) = H2SO4 + 6 NO2 + 2 H2O
P + 5 HNO3(конц) = H3PO4 + 5 NO2 + H2O
PH3 + 8 HNO3(конц) = H3PO4 + 8 NO2 + 4 H2O
Cu + 2 H2SO4(конц) = CuSO4 + SO2 + 2 H2O
CuS + 8 HNO3(конц) = CuSO4 + 8 NO2 + 4 H2O
Sn + 4 HNO3(конц) = SnO2 + 4 NO2 + 2 H2O
B + 3 HNO3(конц) = B(OH) 3 + 3 NO2.
8. В аппарате Киппа произошла реакция конмутации с выделением серы: 3 FeS + 4 H2SO4(конц) = 3 FeSO4 + 4 S↓ + 4 H2O.
9. В "цепочке" превращений протекали следующие реакции:
6 КОН + 3 I2 = 5 KI + KIO3 + 3 H2O, KI + AgNO3 = AgI↓ + KNO3,
KIO3 + AgNO3 = AgIO3 ↓+ KNO3, AgIO3 + 2 NH3 = [Ag(NH3) 2] IO3,
2AgI+ Na2S =Ag2S+2NaI, 3Ag2S + 8HNO3(разб) = 6AgNO3 + 2NO+ 3S+ 4H2O.
При обработке смеси азотной кислотой протекали реакции:
Zn + 4 HNO3(конц) = Zn(NO3) 2 + 2 NO2 + 2 H2O,
ZnS + 10 HNO3(конц) = Zn(NO3) 2 + 8 NO2 + H2SO4 + 4 H2O.
При добавлении хлорида бария выпадает осадок сульфата бария, нерастворимого в кислотах: H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2 HCl. В растворе над осадком остается нитрат цинка Zn(NO3) 2 и соляная кислота HCl.
В колбе находился водный раствор сульфата меди (II), который обезвреживает белый фосфор. При этом идет реакция:
P4 + 10 CuSO4 + 16 H2O = 10 Cu + 4 H3PO4 +10 H2SO4. Добавление сульфида натрия к раствору CuSO4 ведет к выпадению черного осадка CuS:
CuSO4 + Na2S = CuS + Na2SO4.
Ртуть с разбавленной серной кислотой не взаимодействует, а кадмий участвует в реакции: Cd + H2SO4 = CdSO4 + H2. В водном растворе CdSO4 ртуть остается без изменений. В растворе HgSO4 кадмий покрывается мельчайшими капельками ртути, образуя амальгаму (сплав ртути и кадмия): HgSO4 + Cd = CdSO4 + Hg.
Правильно будет так: NaCl + H2SO4(конц) = HCl↑ + NaHSO4 (обменная реакция без нагревания)
2 NaBr + 2 H2SO4(конц) = Br2 + SO2 + Na2SO4 + 2 H2O
8 KI + 5 H2SO4(конц) = 4 I2 + H2S + 4 K2SO4 + 4 H2O.
Приложение 7
Домашний эксперимент на тему "Окислительно-восстановительные реакции".
Цель работы: предварительная подготовка к изучению коррозии, закрепление материала.
Опыт 1. Действие некоторых веществ на скорость коррозии металлов.
Три гвоздика положите в три маленькие пробирочки. Пробирки вверх дном опустите во флаконы, в которые налейте по 2 мл воды, раствора хлорида натрия и добавьте каплю йодной настойки. Через двое суток отметьте, какие произошли изменения с гвоздями. Которые из них наиболее сильно разрушились? Одинаков ли внешний вид продуктов коррозии? Какие еще произошли изменения в пробирках? Напишите уравнение реакции.
Вопросы учащимся:
Почему нельзя хранить в химическом кабинете в одном и том же шкафу металлическое оборудование вместе с йодом, растворами кислот и солей?
Почему сельскохозяйственную технику (тракторы, комбайны) не рекомендуется хранить под открытым небом?
Цель работы: закрепление, совершенствование и углубление знаний и умений учащихся по электролизу.
Опыт 2. Электролиз раствора хлорида натрия.
Соедините провода с полюсами батарейки от карманного фонаря. Провод-анод вставьте в свежий срез клубня картофеля (среда, в которой распределяется раствор соли). Провод-катод с укрепленными на нем гвоздиком также вставьте в срез картофеля на расстоянии 1,5-2 см от первого электрода. На срез картофеля нанесите3-4 капли раствора хлорида натрия. У гвоздика поместите маленький кусочек фенолфталеиновой бумажки (рис.3). В таком положении оставьте установку на 15-20 минут. Какие происходят изменения на срезе картофеля? Чем объяснить эти изменения? Напишите уравнение реакции.
Рис.3. Электролиз раствора хлорида натрия: 1 – раствор хлорида натрия; 2 – фенолфталеиновая бумажка.
Опыт 3. Электролиз раствора хлорида натрия с применением бумажной диафрагмы.
В сосуд налейте раствор поваренной соли и разгородите сосуд бумажной перегородкой. Соедините графитовые стержни карандаша проводами с батарейкой. В катодное пространство опустите кусочек фенолфталеиновой бумажки (рис.4) и наблюдайте за происходящими изменениями. Как изменяется окраска жидкости в катодном пространстве? Какой газ выделяется па поверхности катода? Определите по запаху выделяющийся у анода газ. Напишите уравнение реакции.
Рис.4. Электролиз раствора хлорида натрия с применением бумажной диафрагмы: 1 – стержни от карандаша; 2 – бумажная перегородка; 3 – раствор хлорида натрия; 4 – раствор фенолфталеина.
Опыт 4. Электролиз раствора хлорида натрия с применением пористой перегородки.
В стакане приготовьте 70-80 ìë раствора хлорида натрия. Тщательно вымойте яичную скорлупу, заполните ее на 3/4 раствором и опустите осторожно в стакан. В стакан и скорлупу на поверхности растворов опустите по кусочку фенолфталеиновой бумажки. Соедините графитовые стержни с проводами. Один стержень опустите в яйцо, второй - в стакан. Электроды (стержни с проводами) соедините с батарейкой (рис.5). Оставьте в таком положении установку на 35-40 мин. Раствор какого вещества образуется внутри скорлупы? Что образуется в анодном пространстве? Напишите уравнение реакции.
Рис.5. Электролиз раствора хлорида натрия с применением пористой перегородки: 1 – графитовые стержни; 2 – раствор хлорида натрия; 3 – раствор фенолфталеина. Напишите уравнение реакции.
Опыт 5. Электролиз раствора хлорида натрия в соленом огурце.
В срез соленого огурца вставьте кусочек медной проволоки и железный гвоздь. Медную проволочку соедините со знаком "+" батарейки, гвоздик - со знаком "-". У гвоздика на срез поместите кусочек фенолфталеиновой бумажки (Рис.6). Через 10-15 минут проследите за происходящими изменениями на срезе огурца.
Рис.6. Электролиз раствора хлорида натрия в соленом огурце: 1 – медный электрод; 2 – железный электрод; 3 – фенолфталеиновая бумажка.
Цель работы: закрепление знаний и умений учащихся по окислительно-восстановительным реакциям.
Опыт 6. Горение сахара.
Измельченным чаем, который содержит растворимые соли лития (катализатор), посыпьте один из уголков кусочка сахара. Если чай плохо пристает к поверхности сахара, смочите его немного водой. Спичкой подожгите эту часть кусочка сахара. Каким пламенем он горит? Напишите уравнение реакции.
Опыт 7.
Во флаконе раздавите 3-4 ягоды смородины, налейте 1-2 мл воды, прилейте 1 мл раствора пероксида водорода и все это перемешайте. Какие происходят изменения в сосуде? Напишите уравнения реакции.
Приложение 8
Практическая работа: "Окислительно-восстановительные реакции".
Цель: развивать умения работы с веществами и оборудованием, умение применять теоретические знания для объяснения наблюдаемых явлений.
Оборудование: на столах учащихся пробирки, растворы K2SO3, KMnO4, KOH, HCl, CuSO4, KI, Н2SO4, гранулы цинка, алюминия, медная проволока.
Опыт 1. В 3 пробирки налейте раствор KMnO4, в первую добавьте раствор Н2SO4, во вторую – KOH, во все пробирки прилейте раствор K2SO3 до появления изменений. Запишите уравнения реакций, расставьте коэффициенты методом электронного баланса.
Опыт 2. В раствор HCl и CuSO4 положите гранулы алюминия. Запишите свои наблюдения, составьте уравнения реакций. Укажите причину протекания этих реакций.
Опыт 3. В две пробирки поместите гранулы цинка, прилейте соляную кислоту, к одной из гранул прикоснитесь медной проволокой, что наблюдаете? Объясните эти явления. Запишите процессы, происходящие при контакте меди с цинком.
Опыт 4. К раствору CuSO4 прилейте раствор KI. Что наблюдаете? Составьте уравнение реакции, если один из продуктов йодид меди (I).
Сделайте вывод по работе.
Приложение 9
Результаты анкетирования экспериментального класса:
| ответы | сложная | пришлось подумать | не очень сложная | вообще не сложная |
| % | 14 | 38 | 40 | 8 |
1 вопрос:
| ответы | они тянулись | как обычно | быстрее, чем раньше | быстро, незаметно |
| % | 5 | 5 | 27 | 63 |
2 вопрос:
| ответы | никак не помогут | иногда помогут | конечно помогут |
| % | 12 | 38 | 50 |
3 вопрос:
| ответы | нет | немного было | да |
| % | 20 | 26 | 54 |
4 вопрос: