Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №6/2006

КОНКУРС "Я ИДУ НА УРОК"

 

ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРОЕНИЯ,
СВОЙСТВ И  ПРИМЕНЕНИЯ ВЕЩЕСТВ

Урок химии – «сократовская беседа»

Цель урока. Формирование результативного естественно-научного мышления через активизацию представлений о взаимосвязи строения веществ с их химическими и физическими свойствами и обусловленности применения веществ их свойствами.

Задачи урока.

1. Актуализировать такие основополагающие понятия курса химии, как «предмет химии», «вещество», «физическое тело», «химическая реакция», «химическое строение».

2. Способствовать развитию мобильности мышления через применение в конкретных ситуациях знаний из различных разделов курса химии средней школы.

3. Развить умение участвовать в проблемном диалоге.

4. Содействовать развитию общей эрудиции учащихся и познавательного интереса.

Методы и приемы. Практические – эвристический диалог, разбор проблемных ситуаций, решение экспериментальных задач.

Оборудование и реактивы: металлический штатив, мерная колба, кристаллизатор, два химических стакана, пробирки, спиртовка, держатель; сухие (NH4)2SO4 и Ca(OH)2, вода, фенолфталеин, растворы глюкозы, аммиака, йода, щелочи, CuSO4, концентрированная соляная кислота, крахмальный клейстер.

Тип урока: обобщающий.

ХОД УРОКА

Оргмомент

Учитель. Ребята! Тема сегодняшнего урока – «Взаимосвязь строения, свойств и применения веществ». Урок мы проведем в форме «сократовской беседы». Великий мыслитель древности Сократ считал, что лучший способ познания – проблемный вопрос и меткий ответ. Своих учеников Сократ учил находить проблему в окружающем мире, выражать ее в виде конкретных вопросов и совместными усилиями искать ответы. Сегодня мы попробуем поработать в режиме проблемного диалога, как ученики Сократа.

Активизация учащихся

Учитель. Чтобы разбудить мысль и разговориться, давайте быстро ответим на ряд вопросов. Что есть химия?

Ученик. Наука о веществах, их строении, свойствах и превращениях в другие вещества. Такие превращения называются химическими реакциями.

Учитель. Что такое вещество?

Ученик. То, из чего состоят физические тела, которые нас окружают.

Учитель. В чем суть химических реакций в соответствии с атомно-молекулярным учением?

Ученик. Разрушение молекул исходных веществ до атомов и формирование из этих же атомов новых молекул. Взаимодействие неизменных молекул вещества между собой определяет его физические свойства, способность молекул превращаться в другие молекулы определяет его химические свойства.

Учитель. Что такое атом?

Ученик. Мельчайшая химически неделимая частица вещества.

Учитель. Что такое молекула?

Ученик. Мельчайшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами.

Учитель. Что означает слово «химия»?

Ученик. Слово «химия» происходит, возможно, от названия Древнего Египта «Хем» («темный», «черный») – очевидно, по цвету почвы в долине реки Нил. Это особенно плодородная земля, образовывающаяся после разливов Нила, дающая несколько урожаев в год. Смысл «приносить новое, улучшать качество» заложен в названии науки о веществах.

Учитель. Попробуйте представить себя в I в. н. э. Какими сведениями по химии располагали тогда люди?

Ученик. Это выплавка металлов из руд, красители на основе природных пигментов, лекарства, «изгоняющие болезнь»: мочегонные, потогонные, рвотные, слабительные.

Учитель. С первых этапов существования химии первостепенный интерес вызывали вещества, находящие применение в жизнедеятельности человека. А применение основано на конкретных свойствах веществ. Вы находитесь на заключительном этапе изучения химии. От чего, с вашей точки зрения, зависят свойства веществ?

Ученик. Прежде всего свойства зависят от качественного и количественного состава веществ и химического строения. Качественный состав веществ – из каких элементов состоит вещество. Количественный состав веществ – сколько атомов каждого химического элемента входит в состав одной молекулы вещества. Химическое строение – порядок связи атомов в молекуле с учетом их взаимного влияния и тип химической связи.

Учитель. Никто из вас никогда не держал в руках вещество RbF. Но для вас не составит труда определить тип химической связи – ионная, т. к. типичный металл связан с типичным неметаллом. Все ионные соединения проявляют ряд сходных физических свойств. Какие это свойства?

Ученик. Ионные соединения твердые, не имеют запаха, с высокими температурами плавления и кипения, их растворы и расплавы электропроводны. Все это в полной мере соответствует фториду рубидия.

Основная часть «сократовской беседы»

Учитель. Какие примеры взаимосвязи строения, свойств и применения веществ можете привести вы?

Если учащиеся затрудняются ответить, предложите им прокомментировать логические ряды:

1. Углерод.

Алмаз sp3-гибридизация изотропность свойств твердость стеклорез;

графит sp3-гибридизация слабые -связи между слоями кристаллической решетки способность расслаиваться карандаш;

карбин sp-гибридизация поры между линейными параллельными макромолекулами адсорбция противогаз.

2. Металлы.

Электронный газ заполняет все пустоты в кристаллической решетке металлический блеск зеркало.

3. Каучук.

Клубкообразные молекулы удлиняются под действием приложенной силы без разрыва эластичность;

4. Целлюлоза.

Трехмерная структура подобна кристаллической механическая прочность.

5. Моющие средства.

Гидрофобный углеводородный «хвост» по принципу «подобное растворяется в подобном» связывает неполярные загрязнения, а гидрофильная карбоксильная группа аналогично связывает полярные загрязнения и образует водородные связи с молекулами воды переход загрязнений в раствор.

Учитель (комментарий учителя или подготовленное к уроку сообщение учащихся). Особое значение имеет то, что жизнь на Земле – это химия, реакции с участием белков, нуклеиновых кислот, углеводов и жиров – это химические основы физиологических процессов. Именно вещества и химические реакции – носители жизни в том варианте, в котором она развивается на нашей планете. Все, что с нами происходит, – великие мысли, глубокие чувства, благородные порывы и прочее – это результат биохимических реакций. Проиллюстрируем сказанное на примере того, как у нас возникают ощущения запахов.

Ученый Дж.Эймур создал «стереохимическую» теорию запахов, согласно которой есть семь первичных запахов: эфирный, камфарный, мускусный, цветочный, мятный, острый и гнилостный. Первые пять запахов определяются формой молекул, соответствующей форме обонятельных рецепторов, как ключ соответствует замку, который он отпирает.

Формы молекул, соответствующие первичным запахам по Дж.Эймуру
Формы молекул,
соответствующие
первичным запахам
по Дж.Эймуру

Острый и гнилостный запахи определяются электронным состоянием молекул (электрофильностью и нуклеофильностью); острые ощущения запаха вызывают отрицательно заряженные частицы, а гнилостные – результат воздействия на обонятельные рецепторы положительных ионов.

Все остальные запахи складываются из комбинаций нескольких первичных запахов, когда молекулы укладываются в несколько лунок обонятельных рецепторов. Например, миндальный запах складывается из камфарного, цветочного и гнилостного.

Закрепление материала

Учитель. Химия – наука экспериментальная. Для закрепления идеи о взаимосвязи строения, свойств и применения веществ предлагаю вам подтвердить ее с помощью следующих опытов.

Получить аммиак взаимодействием сухих сульфата аммония и гидроксида кальция при нагревании, собрать аммиак в мерную колбу, повернутую вверх дном (аммиак легче воздуха). Закрыть колбу резиновой пробкой с отверстием, в которое вставлен капилляр, направленный острием внутрь колбы. Колбу с аммиаком, не переворачивая, опустить в кристаллизатор с водой, к которой добавлен фенолфталеин. С помощью пипетки впрыснуть несколько капель воды через капилляр в колбу и убрать пипетку. Аммиак растворяется в воде, создается разрежение, и вода с растворенным в ней индикатором с силой устремляется через капилляр в колбу, образуя в ней эффектный «фонтан» малинового цвета.

Почему протекает данная реакция? Вследствие донорно-акцепторного взаимодействия между неподеленной электронной парой атома азота молекулы аммиака и практически свободной электронной орбиталью атома водорода молекулы воды.

Как в быту называется раствор аммиака в воде? Нашатырный спирт.

Лабораторное получение аммиака
Лабораторное получение аммиака

Где он применяется? В медицине как сосудорасширяющее средство, также при окраске волос как восстановитель (степень окисления атома азота в молекуле аммиака минимальна: –3).

Опыт «Дым без огня». Ополоснуть один химический стаканчик раствором аммиака, а второй – концентрированной соляной кислотой, соединить стаканчики отверстиями, расположив сверху стаканчик с остатками кислоты (более тяжелые молекулы), а внизу – стаканчик с остатками аммиака (более летучие молекулы). В стаканчиках образуется белый дым, который является основой сценических дымовых эффектов.

Реакция протекает за счет донорно-акцепторного взаимодействия неподеленной электронной пары атома азота аммиака и практически свободной орбитали атома водорода кислоты.

Получить голубой студенистый осадок гидроксида меди(II) взаимодействием сульфата меди(II) со щелочью. При добавлении раствора аммиака образуется ярко-синий раствор гидроксида тетраамминмеди(II):

Cu(OH)2 + 4NH3 [Cu(NH3)4](OH)2.

Реакция протекает за счет донорно-акцепторного взаимодействия неподеленных электронных пар атомов азота аммиака со свободными орбиталями ионов меди. Это качественная реакция на ион меди, применяющаяся в химическом анализе.

Получить голубой студенистый осадок гидроксида меди(II) и прилить к нему раствор глюкозы. Образуется ярко-синий раствор, из которого при нагревании выделяется осадок кирпично-красного цвета.

Как объяснить наблюдаемое? В молекуле глюкозы одновременно присутствуют пять гидроксигрупп и одна карбонильная группа. Без нагревания с гидроксидом меди(II) реагируют гидроксигруппы. Наблюдается характерное для качественной реакции на многоатомные спирты ярко-синее окрашивание.

При нагревании с гидроксидом меди(II) реагирует карбонильная группа, и наблюдается свойственный качественной реакции на альдегиды осадок кирпично-красного цвета.

В какой реакции реализуются взаимодействия гидроксигрупп и карбонильной группы глюкозы? При переходе молекулы глюкозы из открытой формы в циклическую.

Какое значение имеет эта реакция? Именно циклическая форма глюкозы вовлекается в биохимические процессы живых организмов и выполняет свою совершенно уникальную миссию преобразования энергии Солнца в биологические виды энергии.

Окрасить йодом крахмальный клейстер. При нагревании окраска пропадает, при охлаждении появляется вновь.

Как объяснить наблюдаемое? Макромолекулы крахмала бывают двух видов. Поэтому говорят, что крахмал состоит из двух фракций – амилозы и амилопектина. Макромолекулы амилозы линейные, а амилопектина – клубкообразные. Молекулы йода «запутываются» в клубках амилопектина, что вызывает своеобразный оптический эффект – синее окрашивание. При нагревании возрастают скорости колебаний молекул, и молекулы йода «выпадают» из клубков амилопектина, окраска пропадает. При охлаждении молекулы йода снова входят в клубки, и синяя окраска восстанавливается.

Подведение итогов урока

Учитель. В ходе нашей работы на уроке вы увидели многочисленные подтверждения идеи о взаимосвязи состава, строения, свойств и применения веществ. Надеюсь, вы не забудете, что контакт с химическими веществами в быту оказывает серьезное влияние на наше здоровье, и будете неукоснительно соблюдать технику безопасности.

Е.Г.Смирнова,
учитель химии гимназии № 57
(г. Курган)