Методика изучения кристаллогидратов в школьном курсе химии

К настоящему времени в литературе по теме кристаллогидраты накопилось большое количество фактов, отражающих состав, структуру и применение этого класса соединений. Рассмотренные факты имеют огромное значение и как мы покажем далее они не нашли достаточно полного отражения в содержании школьного химического образования.

Кристаллогидраты тАУ это хранилища метана в недрах вечной мерзлоты и мирового океана в виде соединений включений тАУ клатратов.

Кристаллогидраты имеют широкое применение в народном хозяйстве. Медный купорос применяют как протраву при крашении тканей для консервирования древесины, протравливания семян. В медицине разбавленный раствор медного купороса применяют как антисептическое и вяжущее средство, малые дозы медного купороса назначают иногда при анемии для усиления кроветворения.

Твердение минеральных вяжущих материалов в большинстве случаев обеспечивается гидратационными процессами, включающими в себя как чисто химические так и комплексные физико-химические процессы. В общем виде процессы сводятся к гидратации, росту кристаллов и сцеплению их между собой.

Кристаллогидраты образуются в растительных и животных организмах, которые чаще всего выпадают в виде осадков.

Изучив содержание программ и учебников, мы не были удовлетворены тем, как рассматривается тема кристаллогидраты в школе, поэтому в связи со значимостью данной темы возникает необходимостью модернизировать содержание школьного курса химии, поэтому мы выбрали эту тему в качестве выпускной работы.

Целью нашего исследования является оптимизация содержания темы ВлкристаллогидратыВ» в курсе химии средней школы в условиях модернизации общего образования.

Гипотеза исследования: разработанное и модернизированное содержание и методика изучения должна способствовать более глубокой актуализации знаний учащихся по данной теме, мобилизации активной мыслительной деятельности учащихся и развитию познавательного интереса к изучаемому предмету, развитию логических операций в условиях дефицита школьного времени.

Объект исследования: содержание школьного курса химии по теме ВлкристаллогидратыВ».

Предмет исследования: модернизация содержания темы ВлкристаллогидратыВ» и рациональная оптимизация ее изучения в курсе химии средней школы.

Для проверки гипотезы и достижения поставленной цели, были сформулированы следующие задачи:

1) изучить современные данные о структуре, свойствах и применении кристаллогидратов;

2) проанализировать самые распространенные программы и школьные учебники на предмет содержания в них исследуемой темы;

3) модернизировать содержание темы и оптимизировать структуру введения данного содержания в школьный курс;

Глава 1. КРИСТАЛЛОГИДРАТЫ КАК ОБЪЕКТЫ НАУКИ ХИМИИ

1.1 История изучения кристаллогидратов

1828 г. Ф. Рюдбергер доказал существование гидратов спирта.

1865 г. Предположение о существовании в водных растворах гидратов высказано и обосновано Д. И. Менделеевым. Он изучал взаимодействие спирта с водой и сделал вывод об образовании определенных соединений. Он считал, что растворение тАФ не только физический, но и химический процесс, что вещества, растворяющиеся в воде, образуют с ней соединения

1880 г. Л. Пруст ввел понятие ВлгидратыВ» как особые соединения растворенного вещества с водой.

В 1889г. систематическое изучение кристаллогидратов началось с классических работ Б. Розебома над кристаллогидратами CaCl₂ и Fe₂Cl₆ [8].

1.2 Терминология кристаллогидратов

При растворении веществ молекулы (или ионы) связываются с молекулами раствориВнтеля, образуя соединения, называемые солъватами (от латинского solvere тАУ растворять); этот процесс называется сольватацией. В частном случае, когда растворителем является вода, эти соединения называются гидратами, а процесс их образования тАФ гидратацией. В зависимости от природы растворенного вещества, сольваты могут образовываться различными путями. При растворении веществ с ионной структурой молекулы растворителя удерживаются около иона силами электростатического притяжения. Кроме того, может иметь место донорно-акцепторное взаимодействие. Ион растворенного вещества обычно выступают в качестве акцепторов, а молекулы растворителя тАФ в качестве доноров электронных пар. Происходит гидратация и переход в раствор ионов. Гидратируются как катионы, так и анионы. Как правило, гидратированные катионы прочнее чем анионы, а гидратированные простые катионы тАФ прочнее, чем сложные. Это связано с тем, что у простых катионов есть свободные валентные орбитали, которые могут частично акцептировать неподеленные электронные пары атомов кислорода, входящих в молекулы воды. При растворении веществ с молекулярной структурой сольваты образуются вследствие диполь-дипольного взаимодействия.

При попытке выделить исходное вещество из раствора удаляя воду, получить его часто не удается. Например, если мы растворим в воде бесцветный сульфат меди CuSO₄, то получим раствор голубого цвета, который придают ему гидратированные ионы меди. После упаривания раствора (удаления воды) и охлаждения из него выделятся кристаллы синего цвета. Исходный сульфат меди можно получить из этого соединения, нагрев его до 250 В°С[14]. При этом происходит реакция:

CuSO_4В· 5H₂O = CuSO₄ + 5H₂O

Разные информационные источники дают нам следующую терминологию.

Гидраты тАУ продукты присоединения воды (гидратации) к молекулам, атомам, ионам. Они могут быть твердые, жидкие и реже газообразные.

Твердые гидраты, имеют свое название тАУ кристаллогидраты.

Кристаллогидраты тАУ твердые вещества, продукты присоединения воды (гидратация) к атомам, молекулам или ионам.

Кристаллогидраты тАУ кристаллы, включающие молекулы воды.

Кристаллогидраты тАФ вещества, включающие в себя обособленные частицы H₂O, в которых атомы кислорода связаны с двумя атомами водорода ковалентными связями, а частицы Н₂О в целом связаны с другими атомами либо химическими, либо межмолекулярными связями.

Кристаллогидраты тАУ это кристаллические вещества, содержащие в своем составе отдельные молекулы воды или их агломераты.

Кристаллизационная вода тАУ вода, входящая в состав кристаллогидратов.

Кристаллогидраты тАФ являются представителями обширных классов соединений, куда кроме них должны быть еще отнесены: кристаллоамиакаты, кристаллоалкоголяты, кристаллоэфираты и т. д. До сих пор кристаллогидраты не выделялись в особый класс соединений, а упоминались попутно при описании некоторых солей, потому что реакции их исследовались в водных растворах, когда принято игнорировать участвующую в превращении воду [2], [14], [38], [39].

1.3 Номенклатура кристаллогидратов

Для кристаллогидратов как и для всех химических соединений существуют правила названий. Название кристаллогидрата строится из систематического названия соли и указывается количество молекул кристаллизационной воды входящих в формальную единицу. Рассмотрим конкретные примеры.

CuSO₄В· 5H₂O тАУ пентагидрат сульфата меди;

Na₂CO₃В· 10H₂O тАУ декагидрат карбоната натрия;

AlCl₃В· 6H₂O тАУ гексагидрат хлорида алюминия.

Следует отметить, что содержание воды в кристаллогидратах формально может иметь и нецелочисленное значение, поэтому в таких случаях поступают следующим образом: CdSO₄ В· 2,67 H₂O - 2,67- гидрат сульфата кадмия, SO₂ В·n H₂O тАУ полигидрат диоксида серы. Однако рассмотренный способ названия кристаллогидратов довольно упрощенный. Если нам известна структура образуемого соединения, то мы можем его назвать более конкретно, при этом указав в какой форме вода находится в данном соединении и с какими ионами она связанна. Исследование строения кристаллов CuSO₄В· 5H₂O показало, что в его формульной единице четыре молекулы воды связаны с атомом меди, а пятая тАУ с сульфатными ионами. Таким образом, формула этого вещества тАУ [Cu(H₂O)₄]SO_4В· H₂O, имеет называние моногидрат сульфата тетрааквамеди (II).

Аналогичное строение имеет соединение [Fe(H₂O)₆]SO_4В· H₂O тАУ моногидрат сульфата гексаакважелеза(II).

Другие примеры:

[Ca(H₂O)₆]Cl₂ тАУ хлорид гексааквакальция;

[Mg(H₂O)₆]Cl₂ тАУ хлорид гексааквамагния.

Однако часто нам не нужно применять систематическую номенклатуру, а можно воспользоваться тривиальными названиями веществ. Так CuSO₄ В· 5H₂O тАУ медный купорос, Na₂CO₃В· 10H₂O тАУ ВлкристаллическаяВ» сода и т.д. [2], [26].

1.4 Классификация

Классификацию кристаллогидратов можно вести по различным критериям:

1. По наличию связи структуры безводного вещества и кристаллогидрата

В· фазы определенного состава - вид кристаллогидратов, у которых при удалении кристаллизационной воды происходит сжатие кристаллической решетки, поэтому структура безводного вещества и кристаллогидрата не связанны между собой. К данному классу относятся кристаллогидраты многоосновных кислот, оснований и клатратов.

В· неопределенного состава тАУ вид кристаллогидратов, у которых процесс удаления воды может быть осуществлен без существенных изменений в кристалле. Это возможно при наличии в кристалле достаточного количества свободных промежутков, каналов (чтобы уместились молекулы воды). У веществ этого класса может происходить обратимая гидратация и дегидратация. Примерами таких веществ являются цеолиты [32].

2. По количеству молекул воды входящих в формульную единицу кристаллогидрата

В· Существует кристаллогидраты, в которых на одну молекулу или частицу гидратированного вещества приходится 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12 молекул воды.

В· Но наиболее распространенными являются кристаллогидраты с 1,2,4,6,8 молекулами воды.

В· Для многих веществ известны кристаллогидраты различного состава.

- MgCl₂∙ nH₂O где n= 2,4,6,8,12.

- CaCl₂∙ nH₂O где n= 1,2,4,6,8.

- NaOH∙ nH₂O где n=1,2,3,4,6,8.

- H₂SO₄∙ nH₂O где n= 1,2,4,6,8.

3. По природе соединения участвующего в образовании кристаллогидратов

Органическое

Неорганическое

3. По агрегатному состоянию гидратообразователя при н.у.

Твердое (соли)

Газ (предельные у/в, С1₂, Н₂ S, Аг, Хе, SО₂)

Жидкость (серная кислота, этиловый спирт)

5. Класс соединений

Кислоты (H₂SO₄^.H₂O)

Основания (NaOH^.H₂O)

Соли (ZnSO₄В·7H₂O,MnSO₄В·7H₂O)

6. Температурная устойчивость

В· Если кристаллизационная вода удерживается Ван-дер-Ваальсовыми силами, то такие вещества стабильны при температурах ниже нуля (клатраты)

В· Если кристаллизационная вода удерживается в кристаллогидрате слабыми межмолекулярными связями, то она легко удаляется при нагревании:

Na₂CO_3В· 10H₂O = Na₂CO₃ + 10H₂O (при 120 В° С);

K₂SO_3В· 2H₂O = K₂SO₃ + 2H₂O (при 200 В° С);

В· Если же в кристаллогидрате связи между молекулами воды и другими частицами близки к химическим, то такой кристаллогидрат или дегидратируется (теряет воду) при более высокой температуре, например:

Al₂(SO₄)₃ В·18H₂O = Al₂(SO₄)₃ + 18H₂O (при 420 В° С);

СoSO₄ В·7H₂O = CoSO₄ + 7H₂O (при 250 В° С);

или при нагревании разлагается с образованием других химических веществ, например:

2{FeCl_3В· 6H₂O} = Fe₂O₃ + 6HCl + 9H₂O (выше 250 В° С);

2{AlCl_3В· 6H₂O} = Al₂O₃ + 6HCl + 9H₂O (200 тАУ 450 В° С) [14].

7. По состоянию воды в гидратах

В· Псевдогидраты - это соединения, в которых часть молекул кристаллизационной воды образуют гидроксид ионы или ионы гидроксония (HClO₄В·H₂O = H₃OВ·ClO₄ , Sr(BO₂)₂В·4H₂O = Sr[B(OH)₄]₂) Воду, входящую в состав псевдогидратов называют конституционной [39].

молекулы воды изолированы друг от друга. Атомы кислорода в воде координируются вокруг центрального иона: CuCl₂∙ 2H₂O, CoCl₂∙2H₂O (Приложение 2, Рис 3).

Внутрисферные кристаллогидраты тАУ молекулы кристаллизационной воды удерживаются благодаря ковалентной связи с катионом [Al(H₂O)₆ ]Cl₃, [Mg(H₂O)₆]Cl₂ (Приложение 2, Рис 1).

Смешанные кристаллогидраты тАУ кристаллизационная вода удерживается за счет образования водородных связей и донорноакцепторного взаимодействия. К данной группе можно отнести купоросы (CuSO₄В·5H₂O или [Cu(H₂O)₄]SO₄В·H₂O), пятая молекула воды связывается именно водородными связями (Приложение2, Рис 2) [2].

молекулы воды образуют цепи. В ряде случаев молекулы воды связывают два катиона Zn(OH)H₂O и BaCl₂∙ H₂O. Образуются бесконечные цепи.

Молекулы воды образует слои, объединяемые ионами соли (CaSO₄В·2H₂O). В соединении Mg₂(OH)₂(H₂O)₃CO₃ в каналах структуры.

Своеобразными упорядоченными твердыми растворами внедрения типа соль тАФ лед являются некоторые кристаллогидраты с большим числом молекул воды, например Na₂SO₄В·10Н₂О, Na₂СO₃В·10Н₂О (тектогидраты). Они имеют структуру льда, которая стабилизируется за счет стягивающего действия электростатически взаимодействующих ионов противоположного знака. Вследствие этого температура плавления тектогидратов намного превышает температуру плавления льда [2].

1.5 Значение кристаллогидратов

Образование и разрушение газовых клатратов используются, для разделения газов опреснения морской воды. Клатраты в природе часто играют роль естественного хранилища газов. Кристаллогидраты занимают важное место в строительстве в процессах схватывания и твердения вяжущих. В растительных клетках часто встречаются кристаллы оксалата кальция. Кристаллы представлены в основном моно(CaC₂O₄∙H₂O) и дигидратами (CaC₂O₄∙2H₂O). Первые кристаллизуются в клиноромбической системе, вторые в гексагональной. Они откладываются только в вакуолях. Форма кристаллов оксалата кальция довольно разнообразна и часто специфична для определенных групп растений. Это могут быть одиночные кристаллы ромбоэдрической, октаэдрической или удлиненной формы (клетки наружных отмерших чешуи луковиц лука), друзы (чешек, druza тАФ группа) тАФ шаровидные образования, состоящие из многих мелких сросшихся кристаллов (клетки корневищ, коры, корки, черешков и эпидермы листьев многих растений), рафиды (греч. рафис тАФ швейная игла) тАФ мелкие игольчатые кристаллы, соединенные в пучки (стебель и листья винограда), и кристаллический песок тАФ скопления множества мелких одиночных кристаллов (паренхимные клетки многих пасленовых бузины). Наиболее часто встречающаяся форма кристаллов тАФ друзы.

Выводы: с момента первоначального изучения кристаллогидратов до настоящего времени в науке накопилось большое количество сведений о таком классе химических соединений, как кристаллогидраты. Школьное химическое образование не должно отставать от достижений, происходящих в научном мире, поэтому целью данной главы является проведение анализа химической литературы и выяснение того, как рассматривается тема кристаллогидраты на современном этапе развития химии. Анализ показал, что по данной теме появилось достаточно много новой информации. Данная тема имеет очень важное значение, как в общенаучном плане, так и прикладном плане. Это дает нам возможность проанализировать содержание данной темы в курсе химии средней школы.

Глава 2. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОГИДРАТОВ В КУРСЕ ХИМИИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ

2.1 Тема ВлКристаллогидратыВ» в стандарте школьного образования

Стандарт среднего (полного) общего образования по химии определяет собой обязательных минимум, который должен изучаться в школе и предусматривает следующее содержание. В отношении кристаллогидратов это может проявиться в рамках:

Методы познания веществ и химических явлений: расчеты на массовую долю вещества находящуюся в растворе.

Экспериментальные основы химии: получение кристаллов солей, приготовление растворов.

Химия и жизнь: цемент и другие вяжущие.

Явления проходящих при растворении веществ в воде: разрушение кристаллической решетки, диффузия, диссоциация, гидратация [7].

2.2 Анализ содержания действующих программ по исследуемой теме

В настоящее время существует много программ по химии для средней школы. Эти программы отличаются друг от друга по содержанию, построению материала глубиной изложения вопросов. Но сходство всех программ проявляется в том, что они базируются на обязательном минимуме образования, который определяется стандартом. Мы приняли решение проанализировать не все программы по химии, а выбрали несколько программ, которые получили наибольшее распространение в Калужской области в настоящее время. Мы решили проанализировать программы и учебники следующих авторов:

1) программа для общеобразовательной учреждений (авторы: Гузей Л.С., Сорокин В.В, Суровцева О.С.)

2) программа по химии для общеобразовательных учреждений (автор: Габриелян О.С.)

3) программа по химии для общеобразовательных учреждений (автор: Ахметов Н.С.)

4) программа по химии для общеобразовательных учреждений (автор: Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н., Жегин А.Ю.) [13].

2.3 Анализ содержания темы ВлКристаллогидратыВ» в школьных программах и учебниках

Итак, из проведенного анализа мы можем сделать следующие выводы. Наиболее удачный, в плане рассмотрения понятия кристаллогидраты, мы считаем программу и учебники Н.С. Ахметова. В данном учебно-методическом комплекте рассматриваются вопросы, касающиеся исследуемой нами темы. Четко вводятся понятия, в учебниках присутствует много вопросов и заданий, по исследуемой теме, для самостоятельного выполнения учащимися. В учебниках присутствуют задания с ВлжизненнымВ» содержанием, что способствует развитию познавательного интереса учащихся (задачи на применение кристаллогидратов). В учебнике представлено большое количество лабораторных и практических работ (получение кристаллогидратов, их свойства) [3],[4],[5],[13].

В программе и учебниках Л.С. Гузея материал темы изложен на достаточно высоком уровне. В ней указывается на необходимость изучения кристаллогидратов, механизмов их образования, а так же изучение их на практике, т.е. через лабораторные и практические занятия. В этом учебнике много лабораторных и практических работ, причем есть лабораторные работы эвристического характера. В учебнике встречается достаточно много заданий для учащихся (на кристаллогидраты). Но к минусам, по нашему мнению, можно отнести недостаточную иллюстрированность учебника по данной тематике. В учебнике рассматриваются вопросы применения кристаллогидратов, но по нашему мнению недостаточно [13],[15],[16],[17],[18].

Анализируя учебники Н.С. Ахметова и Л.С. Гузея можно находить отличия и сходство по научному уровню изучения данной темы. Но здесь модно выделить главное, мы считаем, что именно в этих учебниках происходит поэтапное формирование знаний учащихся по исследуемой теме.

В программах учебниках О.С. Габриеляна и Н.Е. Кузнецовой вводятся только понятия о кристаллогидратах и не изучаются глубоко. После изучения каждой группы элементов довольно хорошо расписано применение их соединений (например, солей находящихся в виде кристаллогидратов). В учебнике мало заданий для учащихся. И понятие кристаллогидраты по нашему мнению не формируется как целое [13],[9],[10],[11],[12],[22],[23],[24],[25].

2.4 Реализация темы ВлкристаллогидратыВ» в контрольно-измерительных материалах (едином государственном экзамене)

Полученные знания учащимися о кристаллогидратах находят свое отражение в едином государственном экзамене по химии. Мы повели анализ материалов ЕГЭ и выявили вопросы посвященных кристаллогидратам.

Вывод: таким образом, проведенный анализ программ и учебников по химии на предмет содержания темы ВлкристаллогидратыВ», позволяет сделать вывод, что в проанализированной методической литературе материал изложен недостаточно полно. Вся изученная литература имеет свои недостатки, поэтому мы считаем, что необходимо осуществлять некоторое совершенствование процесса изучения кристаллогидратов, что подтверждает анализ материалов ЕГЭ, т.к. знания учащихся по данной тематике являются востребованными единой государственной аттестацией. Нашей последующей задачей является разработка методических рекомендаций к изучению данной темы, позволяющих по нашему мнению осуществлять изучение материала с минимальным расходом времени и сил учащихся. Данная методика должна способствовать формированию более глубокого и целостного представления учащихся о кристаллогидратах.

2.5 Возможности модернизации темы ВлкристаллогидратыВ»

Анализ прогарам и учебников показал нам структуру изложения учебного материала. На основе проделанной работы мы приходим к выводу о более эффективной структуре изучения данной темы. Целью данного раздела является рассмотрение возможностей модернизации содержания и методики изучения темы ВлкристаллогидратыВ» в курсе химии средней школы. В связи с малым количеством часов на изучение химии, мы не можем предложить достаточное количество уроков для более глубокого изучения темы, поэтому мы, прежде всего, ориентируемся на составление фрагментов уроков, а так же на модернизацию уже имеющегося содержания. В соответствии с поставленными целями мы планируем проводить их реализацию путем постановки и решения следующих познавательных задач.

1. Показать актуальность выбранной темы.

2. Расширить знания учащихся о кристаллогидратах.

3. Расширить знания учащихся о теории химической связи.

4. Использовать разнообразные методы активизации познавательной активности учащихся с целью более глубокого усвоения материала.

Реализацию поставленных задач мы планируем осуществлять через разработку следующих учебных мероприятий: планов уроков (кристаллогидраты, комплексные соединения, кальций и его соединения, силикатная промышленность, оксид углерода (IV). Карбонаты, оксид серы (VI). Сульфаты, теория электролитической диссоциации), лабораторных работ (установление формулы кристаллогидрата по данным анализа, наблюдение кристаллов под микроскопом), практических занятий (реакция обмена между оксидом меди (II) и серной кислотой), лабораторных опытов (получение бетона и железобетона), доклады (кристаллогидраты в природе), внеклассных мероприятий (ВлСвоя играВ»). Далее приводится разработка лишь некоторых из них.

2.6 Методические рекомендации к изучению темы

План урока: теория электролитической диссоциации

Урок ВлТеория электролитической диссоциацииВ» располагается по программе в 8 классе, после изучения основных классов неорганических веществ. На данном уроке рассматривается диссоциация веществ с разными типами связей, а так же мы вводим понятия о гидратах и кристаллогидратах.

Цели:

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ: раскрыть механизмы диссоциации веществ с разными типами связей, ввести понятия гидраты и кристаллогидраты.

ВОСПИТАТЕЛЬНАЯ: в целях формирования научной картины мира, показать действие законов диалектики, взаимосвязь полярностей связей и типа электролитической диссоциации.

РАЗВИВАЮЩАЯ: в целях развития логического мышления, развивать у учащихся умения наблюдать, делать выводы, анализировать.

ТИП УРОКА: изучения нового материала

ОБОРУДОВАНИЕ И РЕАКТИВЫ: доска, мел, фланелеграф, мультимедийный проектор с компьютером, прибор для демонстрации электропроводности, вещества проводники и диэлектрики.

ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ: учащиеся должны после урока знать, что такое электролиты, не электролиты, механизмы ТЭД, понимать, в чем отличие гидратов от кристаллогидратов.

I. Мобилизующее начало урока.

1. Организация класса.

2. Актуализация знаний.

Учитель начинает урок с демонстрации электрической проводимости разных веществ (соли твердые, растворы солей, спирт). И спрашиваем, почему одни вещества проводят электрический ток, а другие нет?

II. Изучение нового материала.

Вещества сами по себе не обладают электрической проводимостью, но растворитель оказывает влияние на растворяемые вещества и они оказываются электропроводными, но не на все.

Записываем определение:

Электролиты тАУ это вещества растворы или расплавы, которых проводят электрический ток (соли, кислоты, основания, вода).

Неэлектролиты тАУ это вещества растворы или расплавы, которых не обладают электрической проводимостью (сахара, спирты, оксиды).

Давайте теперь постараемся ответить на вопрос, а за счет чего осуществляется электрическая проводимость в растворах (по аналогии с металлами)? Ионы!

В процессе растворения происходит распад электролитов на ионы, т.е. тАУ электролитическая диссоциация.

Давайте рассмотрим механизмы электролитической диссоциации с разными типами связей:

Механизм диссоциации веществ с ионным типом связей.NaCl→Na⁺+Cl^-

Выделяют несколько стадий процесса электролитической диссоциации:

1) Ориентация диполей воды к ионам растворяемого вещества

2) Взаимодействие диполей воды с разноименно заряженными ионами тАУ гидратация (идет с выделением энергии)

3) Разрушение диполями воды кристаллической решетки вещества (идет с поглощением энергии).

Исходя из выше указанного, можно написать более сложную форму гидратации хлорида натрия

NaCl + (n+m) Н₂О → Na⁺∙nH₂O + Cl^-∙mH₂O

Чтобы более наглядно представить ученикам процесс электролитической диссоциации возможно использование рисование схемы на доске, использование компьютера, фланелеграфа.

Механизм диссоциации веществ

с ковалентными полярными связями:

Показываем ЭД на примере диссоциации молекул хлороводорода.

НCl + (n+m) Н₂О → Н⁺∙nH₂O + Cl^-∙mH₂O

(где n=1,2,3,4 т.д )

НCl + 2Н₂О → H₃O⁺ + Cl^-∙H₂O ион гидроксония

Стадии диссоциации:

1. Ориентация диполей воды около молекулы за счет диполь-дипольного взаимодействия

2. Поляризация связей молекулы, в результате происходит разделение Влцентров тяжестиВ» положительных и отрицательных зарядов

3. Гидратация образовавшихся ионов

4. Распад молекулы на разноименно заряженные ионы тАУ диссоциация

Фрагмент урока: введение первоначальных понятий о гидратах и кристаллогидратах. Этот фрагмент очень логично проводить на данном уроке т.к. можно показать, как образуются рассматриваемые вещества и очень логично можно ввести определения этих веществ.

Что общего в процессе диссоциации ионных соединений и молекулярных? Общим является то, что происходит образование гидратированных ионов.

Гидраты тАУ это неустойчивые продукты присоединения молекул воды.

Они устойчивы в растворах и большинство разрушаются после удаления растворителя. Но существуют и устойчивые продукты гидратации - кристаллогидраты.

Кристаллогидраты тАУ это кристаллические вещества, в которых содержатся молекулы воды (медный купорос). На данном уроке целесообразно познакомить учащихся с кристаллогидратами и продемонстрировать им несколько разновидностей кристаллогидратов. Показать отличие безводной соли от кристаллогидрата. Проводим демонстрационный опыт: растворение безводного сульфата меди в воде. Спрашиваем, о чем свидетельствует нагревание пробирки после добавления в нее воды? Как изменился цвет веществ, о чем это свидетельствует?

CuSO₄ + (х+у) Н₂О = Cu²⁺∙хН₂О + SO₄^2- ∙ уН₂О + Q

Спрашиваем у учеников: как вы думаете, какой из ионов окрашивает раствор в синий цвет? Что бы ответить на данный вопрос растворяем безводный сульфат натрия в воде и пишем уравнения реакции:

Na₂SO₄ + (х+у)Н₂О = Na⁺∙хН₂О + SO₄^2- ∙ уН₂О + Q

Мы видим, что раствор остается бесцветный, но гидратация происходит (т.к. раствор нагревается), делаем вывод, что цвет обуславливает именно ионы меди т.к. сульфат ионы бесцветны[9], [14].

III. Итоги урока: подводя итоги мы задаем ученикам следующие вопросы.

1. На какие группы делятся вещества, по электропроводности их расплавов и растворов?

2. Перечислите стадии ЭД веществ с разными типами связей?

3. На какие группы делятся продукты гидратации по их устойчивости?

IV. Домашнее задание: Электролитическая диссоциация веществ, написать диссоциацию любых 5 веществ на ионы.

Данный фрагмент позволяет ввести определения гидратов и кристаллогидратов, это очень логично и удачно можно сделать на данном уроке.

План урока: оксид серы (VI). Сульфаты.

Данный урок расположен в теме подгруппа кислорода после уроков: сероводород, сульфиды. На данном уроке происходит рассмотрение соединений серы в степени окисления +6. В качестве дополнения к изучаемому материалу мы можем предложить рассматривать в качестве солей серной кислоты, сульфаты переходных металлов.

Цели:

Образовательная: показать разнообразие соединений серы в степени окисления + 6, показать свойства этих соединений, также познакомить учащихся с солями серной кислоты, а в частности с купоросами. Показать их значимость в быту, в сельском хозяйстве и т.д.

Воспитательная: в целях формирования научной картины мира, показать действие законов диалектики, показать зависимость свойств веществ от их химического состава и структуры, в частности зависимость цвета веществ от наличия или отсутствия кристаллизационной воды.

Развивающая: в целях развития логического мышления, продолжать развивать умения учащихся наблюдать и делать выводы по результатам химического эксперимента.

Тип урока: изучение нового материала.

МПС: медицина, сельское хозяйство, биология.

Планируемые результаты: учащиеся должны получить представления о том, какие соединения образует сера в степени окисления +6, знать их свойства и применение.

Ход урока:

I. Мобилизующее начало урока:

- организация класса

- актуализация знаний

II. Изучение нового материала

Учитель рассматривает соединения серы в степени окисления + 6, а именно оксид серы (VI), серную кислоту, соли серной кислоты. При рассмотрении обращается внимание на химические свойства, правила названий, применение этих веществ.

Далее вводится фрагмент урока, на котором изучаются соли серной кислоты. Мы вводим определение данного класса веществ.

Фрагмент урока: купоросы, удобно ввести при изучении соединений серы в С.О. +6. Это обусловлено тем, что они являются сульфатами переходных металлов. На данном уроке мы рассматриваем свойства купоросов, как соединений серы и демонстрируем их специфические свойства, способность к реакциям дегидратации. Показываем наличие кристаллизационной воды.

КупоросытАУ это сульфаты некоторых переходных двухвалентных металлов (меди, железа, марганца, цинка, кобальта, никеля), содержащие кристаллизационную воду.

Учитель дает краткую характеристику истории происхождения данного названия.

Не исключено, что купорос тАУ это искаженное старонемецкое Kupferwasser (дословно Влмедная водаВ»). По другой версии, купорос произошел от латинского cuprirosa тАУ Влмедный цветокВ». В пользу этого свидетельствует средневековое английское название медного купороса тАУ coperose, которое позже перешло в copperas. Так же называли Влзеленый, синий и белый купоросыВ» тАУ гидратированные сульфаты железа, меди и цинка.

Отсюда и название концентрированной серной кислоты тАУ купоросное масло т.к. ее раньше получали нагреванием купоросов, и она конденсировалась в реторте.

Названия соединений: FeSO₄В·7H₂O тАУ гептагидрат сульфата меди (II) (железный купорос), СoSO₄ В·7H₂O тАУ гептагидрат сульфата кобальта (кобальтовый купорос), CuSO₄В· 5H₂O тАУ пентагидрат сульфата меди (II) (медный купорос);

Свойства купоросов тАУ способность к дегидратации:

Демонстрация: разложение купоросов при нагревании.

Оборудование: сухие пробирки, медный купорос, кобальтовый купорос, никелевый купорос, штатив, горелка, спички, вода.

а) Для обнаружения кристаллизационной воды в криВнсталлогидратах в три пробирки кладут последовательно, несколько кристаллов медного купороса, никелевого купороса, кобальтового купороса закрепляют ее наклонно (отверстием вниз) в лапке штатива. При нагревании находящегося в пробирке медного купороса из него выделяется вода, пары ее конденсируются, капельками стекают в стакан и растворяют перманганат калия. Яркий цвет раствора хорошо виден издали. Спрашиваем у учащихся, какие признаки химической реакции вы видите (изменение окраски солей, образование нового вещества тАУ воды)? Пишем уравнения химической реакции. После того как пробирки остынут мы добавляем немного воды в каждую из них и показываем обратимость данных превращений [3], [30].

t

CuSO₄ В· 5H₂O = CuSO₄ + 5H₂O↑

синий белый

t

CoSO₄ В· 7H₂O = CoSO₄ + 7H₂O↑

красный синий

t

NiSO₄ В· 7H₂O = NiSO₄ + 7H₂O ↑

изумрудно-зеленый желтый

III. Итоги урока:

1. Итак, какие соединения образует сера в степени окисления + 6?

2. Как можно определить наличие сульфат иона в веществе?

3. Что такое купоросы?

IV.Домашнее задание: изучить свойства соединений серы в СО +6.

План урока: кристаллогидраты

Цели:

Образовательная: дополнить, расширить и систематизировать знания учащихся о кристаллогидратах

Воспитательная: в целях формирования научной картины мира показать действие законов диалектики

Развивающая: в целях развития логического мышления продолжать развивать умения мыслить, обобщать, систематизировать.

Тип урока: обобщающий

Планируемые результаты: после урока у учащиеся должно сформироваться целостное представление о кристаллогидратах, об их структуре, устойчивости, классификациях, применении.

Ход урока:

I. Мобилизующее начало урока.

1. Организация класса.

2. Актуализация знаний.

Проверка домашнего задания: решение задачи на определение теплоты гидратации. Спрашиваем учащихся, как называются образующиеся в водном растворе продукты гидратации? Что можно сказать об их устойчивости?

Но как мы уже знаем, существуют так же и продукты гидратации, которые способны сохранять устойчивость при удалении растворителя. Как они называются? Давайте запишем тему урока тАУ кристаллогидраты.

II. Изучение нового материала.

Дайте определение кристаллогидратам?

Как называется вода, содержащаяся в кристаллогидратах (кристаллизационная)?

Дайте классификацию кристаллогидратов по типу кристаллизационной воды (внутрисферные и внешнесферные)? Приведите примеры.

Допишите уравнения реакций и назовите образующиеся продукты:

CuSO₄ + 5H₂O = ?

CoSO₄ + 7H₂O = ?

NiSO₄ + 7H₂O = ?

Как, одним словом можно назвать данные кристаллогидраты?

Как вы думаете, процесс дегидратации любого кристаллогидрата происходит при одинаковой температуре? Давайте рассмотрим конкретные примеры:

1) Кристаллизационная вода удерживается в кристаллогидрате слабыми межмолекулярными связями, то она легко удаляется при нагревании:

Na₂CO_3В· 10H₂O = Na₂CO₃ + 10H₂O (при 120 В° С)(частично процесс идет при комнатной температуре);

K₂SO_3В· 2H₂O = K₂SO₃ + 2H₂O (при 200 В° С);

CaCl_2В· 6H₂O = CaCl₂ + 6H₂O (при 250 В° С).

2) Если же в кристаллогидрате связи между молекулами воды и другими частицами близки к химическим, то такой кристаллогидрат или дегидратируется (теряет воду) при более высокой температуре, например:<

Вместе с этим смотрят:

WEB-дизайн: Flash технологии

РЖiрархiчна структура управлiння фiзичною культурою i спортом в Хмельницькiй областi у м. КамтАЩянець-Подiльському

РЖгрова дiяльнiсть в групi продовженого дня

РЖнновацiйнi методи навчання на уроках зарубiжноi лiтератури

РЖнтенсифiкацiя навчального процесу у вищiй школi