овр. ОВР. 1 1 Место, значение и задачи изучения окислительно восстановительных реакций в курсе химии средней школы
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
1.2.1 Место, значение и задачи изучения окислительно- восстановительных реакций в курсе химии средней школы Среди разнообразных химических процессов, изучаемых в средней школе, важное место занимают процессы, сопровождающиеся окислительно-восстановительными превращениями. Процессы горения простых и сложных веществ, органические и неорганические синтезы, получение и свойства металлов и неметаллов, биологические процессы (дыхание, фотосинтез) протекают по типу окислительно-восстановительных реакций. В курсе химии средней школы понятие -окислительно- восстановительные реакции- формируется на нескольких уроках. Первое понятие -окисления- дается в курсе 8-го класса в теме № 2 -Кислород. Горение. Оксиды-. Далее в теме № 3 -Водород. Кислоты. Соли-, понятие -восстановления-, практикуется как разновидность реакций замещения и как процесс отнятия кислорода от вещества. Делается вывод о том, что если один элемент окисляется, то другой всегда восстанавливается, т.е. процессы -окисления- и -восстановления- взаимосвязаны [14,17]. В конце 8-го класса после изучения темы № 6 -Периодическая система химических элементов. Периодический закон Д.И.Менделеева- и темы № 7 -Химическая связь и строение вещества- формирование понятия -окислительно-восстановительные реакции- идет на более высоком уровне на основе электронной теории [7,16]. В курсе 9-го класса закрепление понятия -окислительно- восстановительные реакции- приводится в темах № 2, 3 -Важнейшие металлы (неметаллы) и их соединения в природе. Значение металлов (неметаллов)- [15,18]. После изучения специфичности свойств концентрированной серной кислоты (9 класс), мы считаем своевременно проводить урок, посвященный двум методам составления окислительно-восстановительных реакций, где учащиеся знакомятся с ионно-электронным методом. Эти знания закрепляются на протяжении изучения тем № 2 -Металлы- и № 3 -Неметаллы- (процессы, сопровождающие коррозию металлов, а также при изучении взаимодействия азотной кислоты разной концентрации с металлами, неметаллами и т.д.). При изучении химии 10-го класса, ученики, хорошо овладевшие методом полуреакции, пользуются им постоянно как более легким и интересным, а другие используют метод электронного баланса, при углубленном изучении свойств s-, р-,с1-элементов и их соединений [15,19]. В 11 классе после изучения раздела -Углеводороды- и темы -Кислородсодержащие органические соединения. Фенолы и спирты-, когда учащиеся хорошо знакомы с процессами окисления, предлагаем урок по теме -Применение метода полуреакцй в органической химии-. При изучении остальных кислородсодержащих и азотсодержащих органических соединений идет закрепление этого метода в упражнениях и при решении конкурсных и олимпиадных задач. Электронный характер превращений позволяет учащимся при изучении окислительно-восстановительных процессов составить более адекватно представление о тех материальных процессах, которые совершаются в атомах и молекулах, глубже понять объективные закономерности микромира и сущность химических превращений. Этим определяется познавательное значение химии окислительно- восстановительных процессов, их вкладом в формирование научно- материалистических взглядов учащихся, которые дают возможность познать многообразие форм веществ в природе, усмотреть материальное единство органического и неорганического. Изучение окислительно-восстановительных процессов открывает широкие возможности для умственного развития учащихся. Рассмотрение процессов окисления и восстановления ведет к возрастанию роли дедукции в обучении. Опираясь на полученные знания, учащиеся могут высказывать гипотезы, проверять их экспериментально и приобретать новые знания. Приемы дедукции в сочетании с индукцией имеют важное значение для развития мышления. Более содержательными и многогранными становятся процессы аналитико-синтетической деятельности учащихся, возрастает роль разного рода сравнений, поиска критично-следственных связей, абстрагирования, обобщения и других логических операций. Изучение окислительно-восстановительных процессов, таким образом, может строится в большей степени на работе мысли, нежели на работе памяти, и тем самым существенно содействовать умственному развитию учащихся. 1.2.2 Отбор содержания материала при изучении окислительно- восстановительных реакций Окислительно-восстановительные реакции являются составной частью неорганической химии, охватывающей как чисто неорганические соединения, так и соединения органической природы. Как рассматривалось в литературном обзоре, для составления окислительно-восстановительных реакций предлагается 2 метода: метод полуреакций и метод электронного баланса. Как правило, в курсе химии средней школы метод полуреакций не рассматривается. Считается вполне достаточным изучение метода электронного баланса. Однако мы считаем, что метод полуреакции эффективен при составлении окислительно- восстановительных реакций с участием веществ, в состав которых входят атомы кислорода. При составлении окислительно-восстановительных реакций методом полуреакций, во-первых, необходимы элементарные сведения об электроотрицательности, степени окисления элементов и понятия, связанные с процессами -окисления-, -восстановления-, с которыми учащиеся знакомятся в курсе химии 8 класса. Во-вторых, учащиеся должны знать свойства основных окислителей, восстановителей. Уметь классифицировать реакции, протекающие по окислительно- восстановительному типу. Кроме того, метод электронного баланса, изучаемый в 8 классе, является основой для составления метода полуреакций. Окислительно-восстановительные реакции могут протекать в различных средах. В зависимости от среды может измениться характер протекания реакций между одними и теми же веществами: среда влияет на изменение степеней окисления атомов. В школьной программе рассматриваются процессы, основанные на окислительно-восстановительных процессах, таких как: коррозия металлов, электролиз растворов и расплав солей. Изучая процессы окислительно-восстановительных реакций, необходимо учащимся обратить внимание на кинетические закономерности протекания реакций, т.е. на условия, влияющие на скорость протекания окислительно-восстановительных реакций, а также на факторы, влияющие на смещение окислительно-восстановительных реакций. Принцип Ле-Шателье позволяет качественно решить вопрос о направлении окислительно- восстановительных реакций при изменении условий. В школьном курсе химии рассматриваются важнейшие промышленные производства, основанные на использовании процессов окисления- восстановления. 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2.1 Методика проведения эксперимента 2.1.1 Ход эксперимента Целью нашей работы была разработка содержания и методика проведения уроков по теме -Окислительно-восстановительные реакции- и проверка эффективности предлагаемых методик [13]. Экспериментальные исследования проводились нами в период педагогической и преддипломной практики в школе гимназии №15 им. Д.И. Менделеева в 9-х классах при изучении темы № 2 -Важнейшие неметаллы и их соединения в природе. Значение неметаллов-, во время изучения свойств серной кислоты ив 11-х классах после изучения раздела -Углеводы- и темы -Спирты- в курсах неорганической и органической химии [12,17]. Соответственно уроки в 9-х классах по неорганической химии по теме -Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций- ив 11-х классах по теме -Применение метода полуреакции в органической химии-. В контрольных классах 9 -Б- и 11 -Б-, предлагаемые нами уроки не проводились, а проводилось строго по методике организации уроков в соответствии с тематическим планированием [12,15]. 9 -В- и 11 -В- классы были экспериментальными, и глубокое изучение окислительно-восстановительных реакций по методу полуреакций проводилось в них по методикам, предлагаемых в данной работе. Эксперимент начался с разработки уроков по теме: -Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций- (для 9-го класса) и по теме: -Применение метода полуреакций в органической химии- (для 11 класса). Распределение учебного материала по урокам следующее: Для 9 класса: Первая половина урока посвящена разборке нового материала на основе, полученных ранее сведений об окислительно-восстановительных реакциях (50 минут или 40 минут). Вторая половина урока посвящена самостоятельной и проверочной работе учащихся по составлению окислительно-восстановительных реакций методом полуреакций. Для 11 класса: Первая половина урока посвящена применению метода полуреакций при составлении окислительно-восстановительных реакций в органической химии (50 минут или 40 минут). Вторая половина урока посвящена творческому заданию, которое учащиеся выполняют самостоятельно (решение расчетных задач с использованием метода полуреакций). В обычной школе мы рекомендуем проводить по урока (соответственно и в 9, и в 11 классах). Методика проведения уроков Как было отмечено выше, на проведение уроков, по окислительно- восстановительным реакциям в 9 и 11 классах мы отводим по 2 часа. Время взято из того резерва, который предусмотрен для каждого класса программой по химии - издания 2006г. к учебникам по химии 9-11 классов издательства -Мектеп- (естественно-математического направления). Необходимое время может быть изыскано и за счет акцентов в изучаемом материале для 9 класса по теме № 2 -Важнейшие неметаллы и их соединения в природе. Значение неметаллов- (на изучение темы отводится 22 часа) и для 11 класса по теме: -Спирты и фенолы- (на изучение темы отводится 9 часов). Рассмотрим отдельно каждый из них: I. 9 класс. Тема урока -Методы составления уравнений окислительно- восстановительных реакций- - комбинированный урок. На данном уроке на основе знаний, полученных на предыдущих уроках, учащиеся знакомятся с новым материалом, изучают его теоретическую основу, а затем закрепляют полученные знания, выполняя самостоятельную и проверочную работу (приложение 1) по вариантам. В структуре данного урока выделили три части: а) вступительную часть, в которой учащимся предлагается вспомнить понятия -электроотрицательность-, -степень окисления-, -окислительно- восстановительные реакции-, -метод электронного баланса-, процессы -окисления-, -восстановления-, важнейшие -окислители-, -восстановители-; б) главная часть урока посвящена рассмотрению метода полуреакции на конкретных примерах окислительно-восстановительных реакций; Ведущая задача сводится здесь к организации усвоения учениками основополагающих знаний, выполнения важнейших воспитательных и развивающих целей урока. При объяснении, учитель, методом школьной лекции, подробно излагает теоретический материал, вводит учащихся в курс правил (алгоритма) составления окислительно-восстановительных реакций методом полуреакций. На главную часть урока отводится 50 минут или 40 минут. в) в заключительной части урока учащимся предлагается выполнить проверочную работу по вариантам (приложение 1), которая преследует одну цель: выяснить эффективность работы учителя и учеников на данном уроке. 2.1.3 Методика проведения урока для 9 класса по теме «Методы составления уравнений окислительно- восстановительных реакций» Цели урока. Рассмотреть в сравнении два метода составления окислительно-восстановительных реакций; закрепить метод полуреакций (самостоятельная работа в парах переменного состава); показать роль окислительно-восстановительных процессов в жизни, в практике. Задачи урока: - Обобщить знания об окислительно-восстановительных реакциях. - Осуществить коррекцию знаний, создать условия для их сознательного применения. - Закрепить умения записывать уравнения химических реакций, составлять окислительно-восстановительные реакции. - Развивать умение работать самостоятельно. Оборудование: Интерактивная доска, слайды Power Point c таблицами окислителей и восстановителей; роли среды; схемы: гальванического элемента, аккумулятора; набор батареек; демонстрационный опыт: растворы КМnО4, K2SO3, H2SO4, NaOH. План урока Запись темы и вступительное слово учителя. - 5 минут Актуализация знаний учащихся по составлению окислительно- восстановительных реакций. - 40 минут Выполнение самостоятельной работы. -10 минут Выполнение демонстрационного опыта. -10 минут Выполнение проверочной работы. - 10 минут Подведение итогов урока, домашнее задание. - 5 минут Ход урока Учитель. Окислительно-восстановительные реакции чрезвычайно распространены. С ними связаны процессы обмена веществ, брожения, фотосинтеза. Окислительно-восстановительные процессы сопровождают круговорот веществ в природе. Их можно наблюдать при сгорании топлива, в процессах коррозии металлов, при электролизе и выплавке металлов. С их помощью получают щелочи, кислоты и многие ценные продукты. Окислительно-восстановительные реакции лежат в основе преобразования химической энергии в электрическую в гальванических и топливных элементах. Тема нашего занятия - Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций-. Основная часть Учитель. Какие реакции называются окислительно- восстановительными? Ученик. Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Учитель. Рассмотрим процесс на примере взаимодействия цинка с разбавленной серной кислотой и дадим ему характеристику. Ученик. Zn + H2S04 —> ZnS04 + Н2 , (1) вос-ль ок-ль
Учитель. Каким методом вы составили это уравнение? Ученик. Методом электронного баланса. Учитель. На чем основан этот метод? Ученик. Этот метод основан на сравнении степеней окисления атомов в исходных веществах и продуктах реакции. Учитель. Какое основное требование при составлении уравнений этим методом? Ученик. Число отданных электронов должно равняться числу принятых электронов. Учитель. Этот метод вам хорошо знаком, вы им пользуетесь постоянно и в более сложных реакциях, чтобы расставить коэффициенты. Итак, сделаем выводы, чтобы привести все знания об окислительно- восстановительных реакциях в систему. Ученик (помогает учитель): Окислительно-восстановительные реакции - это такие реакции, при которых происходит переход электронов от одних атомов, молекул или ионов к другим. Окисление - это процесс отдачи электронов, степень окисления при этом повышается. Восстановление - это процесс присоединения электронов, степень окисления понижается. Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны, окисляются; являются восстановителями. Атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны, восстанавливаются; являются окислителями. Окисление всегда сопровождается восстановлением, восстановление связано с окислением: восстановитель - eокислитель, окислитель + eвосстановитель. Окислительно-восстановительные реакции - единство двух противоположных процессов: окисления и восстановления. Метод электронного баланса основан на сравнении степеней окисления атомов в исходных и конечных веществах. Основное требование состоит в том, что число электронов, отданных восстановителем, должно равняться числу электронов, присоединенных окислителем. Также надо знать, какие вещества образуются в результате реакции. Учитель. Давайте условимся при составлении окислительно- восстановительных реакций соблюдать такую последовательность: в исходных веществах записывать сначала восстановитель, затем окислитель и другие вещества (если они есть); в продуктах реакции - сначала продукт окисления, затем продукт восстановления и другие вещества. А для этого надо знать восстановители и окислители. В нашем уравнении (1) цинк (металл) - восстановитель, серная кислота - окислитель. Рассмотрим другую реакцию - взаимодействие цинка с концентрированной серной кислотой: +6 +4 Zn + H2S04(kohц.) ZnS04 + S02+ Н20 (2) Какие атомы меняют степень окисления? Ученик. Цинк и сера. Учитель. Концентрированная серная кислота (98%) содержит 2% воды, и соль получается в растворе. В реакции практически участвуют сульфат- ионы: вос-ль Zn0 - 2e-→Zn2+ 1 (окисление) ок-ль (SO4)2- + 4Н+ + 2e→S02 +2Н20 1 (восстановление). Для баланса атома кислорода в правую часть уравнения надо добавить две молекулы воды, тогда в левую часть уравнения переходят четыре иона водорода. Учитель. Итак, вы составили уравнения для процесса окисления и процесса восстановления. Суммируйте их в общее ионное уравнение: Zn0 + (S04)2- + 4Н+→ Zn2++ S02 + 2H20 К суммарному ионному уравнению припишите недостающие ионы и запишите молекулярное уравнение: Zn + 2H2S04 → ZnS04 + S02+ 2H20. (2) вос-ль ок-ль Сравним уравнения (1) и (2). Что общего и какое различие? Ученик. Общее: серная кислота - окислитель; различие: в первом уравнение окислитель в виде иона водорода Н+, а во втором - в виде (SO4)2- - сульфат-иона. Эти ионы обладают различной окислительной способностью. Учитель. Другая кислота - азотная - также окислитель за счет нитрат- иона NO3-. Окислительная способность иона NO3- значительно выше иона Н+, и ион водорода не восстанавливается до атома, поэтому при взаимодействии азотной кислоты с металлами никогда не выделяется водород, а образуются различные соединения азота. При этом азотная кислота может восстанавливаться по схеме: +5 +4 +3 +2 +1 0 -3 HN03 NO2 HNO2 NO N20 N2 NH3(NH4N03) (это зависит от концентрации кислоты и активности металла). Задание: составьте ионно-электронным методом уравнение реакции взаимодействия меди с концентрированной азотной кислотой по схеме: Cu + HN03(KOHЦ.) → соль + N02 + вода Решение: Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + N02 + Н20
Cu0 + 2(N03)- + 4H+ — Cu2+ + 2N02 + 2H20 Cu + 4HN03 → Cu(N03)2 + 2N02 + 2H20 |