Система понятий об окислительно-восстановительных реакциях

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

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.

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 класса

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 ее можно отнести?

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:

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.

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии