Элективный курс «Удивительный мир окислительно-восстановительных реакций.
УДИВИТЕЛЬНЫЙ МИР ОКИСЛИТЕЛЬНО - ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ
В настоящее время целый ряд разделов школьной программы химии рассматривается в рамках основной школы поверхностно.
Так, в курсе химии, изучаемом в школе, предусмотрено лишь краткое знакомство с одной из важнейших тем - особенностями окислительно - восстановительных объектов и процессов. Поэтому учащиеся не понимают, как можно применить полученные в курсе химии знания в области окислительно-восстановительных реакций.
Между тем знания учащихся по этому разделу химии необхо димы для успешной сдачи вступительных экзаменов в ведущие ву зы. Кроме того; окислительно-восстановительные реакции (ОВР) чрезвычайно распространены. С ними связаны природные процес сы обмена веществ, брожения, круговорота веществ в природе. Эти реакции можно наблюдать при сгорании топлива, в процессах коррозии металлов, при электролизе и выплавке металлов. С их помощью получают щелочи, кислоты и многие другие ценные хи мические вещества? Окислительно-восстановительные реакции ле жат в основе преобразования химической энергии в гальванических и топливных элементах. Для того чтобы заинтересовать учащихся данной темой, приблизить ее к жизни, а также связать изучаемый материал с биологическими и физическими знаниями, необходимо показывать, где это уместно, значение ОВР в живой природе. На пример, два важнейших присущих живому веществу процесса, кото рые протекают в биосфере и обеспечивают ее стабильное динамиче ское: состояние - фотосинтез и дыхание, - представляют собой взаимодополняющие окислительно-восстановительные процессы. В школьном курсе химии понятие «окислительно-восстанови тельные реакции» формируется на нескольких уровнях. Первое знакомство с понятием «окисление» происходит в 8 классе, в теме «Кислород. Оксиды. Горение», а с понятием «восстановление» - в теме «Водород. Кислоты. Соли». В этом же классе после изучения тем «Периодический закон» и «Химическая связь» формирование понятия окислительно-восстановительных реакций осуществляется на достаточно высоком уровне с помощью электронной теории. В 9 классе это понятие закрепляется в течение всего курса, а в 10-м формируются представления об окислительно-восстановительных процессах с участием органических веществ. В 11 классе обобща ются знания учащихся по данной теме.
Однако ОВР изучают в обязательном курсе химии недостаточ но полно: не рассматривается их классификация, составление урав нений методом электронно-ионного баланса, количественные ха рактеристики окислительно-восстановительных процессов; мало внимания уделяется влиянию среды на характер протекания этих реакций, окислительно-восстановительным свойствам соединений серы, марганца, хрома, пероксида водорода. Тема «Окислительно-восстановительные реакции» традиционно важна, но зачастую ее изучение вызывает у учащихся определенные трудности. И, конеч но, особенно недостаточно дается материал для учащихся, прояв ляющих повышенный интерес к изучению данной науки и предпо лагающих связать свою будущую профессию с химией, биологией, медициной, строительством, сельским хозяйством и т. д.
В связи с вышеизложенным и разработан данный элективный (по выбору учащихся) курс химии, предназначенный для учащихся 10-11 классов, изучающих или уже изучивших систематический курс органической химии и владеющих достаточными знаниями о строении и свойствах органических веществ. Этот курс направлен на ликвидацию указанных выше пробелов в подготовке выпускни ков, выработку у школьников навыка составления ОВР и поиска ответов на сложные вопросы общей, неорганической и органиче ской химии.
Программа рассчитана на 34 часа, причем занятия могут прово диться в разновозрастной группе обучающихся.
Цели курса:
· закрепить, систематизировать и углубить знания учащихся о сущности окислительно-восстановительных процессов, их роли в природе и практическом значении; о важнейших окислителях и восстановителях, о влиянии среды на характер протекания ОВР;
· знать классификацию ОВР, количественные характеристики данных процессов, структуру гальванического элемента;
научить составлять уравнения ОВР с использованием метода электронно-ионного баланса (метод полуреакций), развить навыки использования метода электронного баланса для решения различ ных типов задач повышенного уровня сложности, в которых идет речь об ОВР;
создать условия для формирования и развития у обучающих ся интеллектуальных и практических умений, творческих способ ностей, умения самостоятельно приобретать и применять знания.
Для успешной реализации данного элективного курса необхо димо, чтобы учащиеся владели важнейшими вычислительными навыками, алгоритмами решения типовых расчетных, расчетно-экспериментальных и экспериментальных химических задач.
Формы и методы обучения
Элективный курс «Удивительный мир окислительно-восстановительных ре акций» - это целевой функциональный узел знаний, в котором тео ретический и практический материал различных тем по неоргани ческой и органической химии объединен в единую целостную сис тему. Каждое занятие данной системы имеет целевой план действий, банк информации, методическое руководство по дости жению дидактических целей.
Данный курс можно рассматривать как программу обучения, индивидуализированную по содержанию, методам обучения, уров ню самостоятельности.
Содержание учебного материала подобрано в соответствии с темой и дидактической целью. На каждом занятии выделяются важнейшие научные понятия, теоретические положения, законо мерности и т. д. Объем учебного материала подобран оптимально, учащиеся не должны быть перегружены.
На первом занятии предусмотрен актуализирующий контроль, входное тестирование, диагностирующий анализ и предваритель ная оценка способностей учащихся. Тестовые задания предполагают актуализацию тех опорных знаний, которые необходимы для усвоения содержания данного занятия.
Одной из форм обучения является лекция, построенная с уче том возрастных особенностей учащихся. Главная задача лекции - вызвать интерес к материалу, возбудить творческую мысль, а не свести все к сообщению готовых научных истин, которые следует понять и запомнить. Данный элективный курс предусматривает также лекционно-семинарскую и практическую формы работы по темам, перечисленным в программе. Не менее важной является и проверка усвоения теоретических понятий. Переход к следующему, более сложному, этапу усвоения знаний ученик определяет с по мощью учителя уже после усвоения 70 % (по объему) знаний, по нятий, умений, так как этот этап полностью посвящен самостоя тельной учебной деятельности.
Каждое занятие включает контроль усвоения и выполнения за даний. В данной программе используются следующие формы кон троля: самоконтроль, взаимный контроль, контроль учителя. Са моконтроль осуществляется учеником; он сравнивает полученные результаты с эталоном (карточкой-ответом) и сам оценивает уро вень своих знаний. Взаимный контроль возможен, когда ученик уже проверил и исправил свои ошибки, после этого он может про верить задание партнера. Контроль учителя осуществляется посто янно. Обязателен входной и выходной контроль, формы которого могут быть разными. Для оперативного контроля усвоения учебно го материала предусматривается опрос у доски и текущий пись менный контроль - так называемые «летучки», или сигнальные проверочные работы. Уровень усвоения разделов курса будет уста навливаться с помощью итоговых контрольных работ, задания ко торых после проверки обсуждаются на семинаре.
После каждого занятия учащимся предлагаются домашние за дания, которые включают несколько (обычно не более 5) вопросов или расчетных задач.
В проведений занятии предусматривается использовать как учебные пособия для школы, так и дополнительные источники (см. литературу), а также дидактические разработки учителя. Все уча щиеся обеспечиваются справочными данными, необходимыми для решения задач и ответов на вопросы: распечатками таблиц термодинамических величин, значений стандартных потенциалов окис лительно-восстановительных пар, растворимости неорганических веществ, констант кислотности и произведений растворимости, взятыми из достаточно надежных источников.
Программа курса
Вводное занятие. Знакомство с целями и задачами курса, его структурой. Теория ОВР (повторение и обобщение ранее изученно го в обязательном курсе химии материала) (1 ч).
Важнейшие восстановители и окислители (1ч).
Алгоритм составления уравнений ОВР методом электронного баланса (1ч).
Классификация ОВР(1ч)
| Использование метода электронного баланса для реакций:
межмолекулярного окисления-восстановления;
внутримолекулярного окисления-восстановления;
диспропорционирования (2ч).
ОВР с несколькими окислителями или восстановителями (1 ч).
Окислительно-восстановительные свойства соединений воды и пероксида водорода (1 ч).
Окислительно-восстановительные свойства галогенов и их со единений (1ч).
Окислительно-восстановительные свойства серной кислоты и соединений серы (2 ч).
Окислительные свойства соединений азота и азотной кисло ты (1 ч).
Восстановительные свойства металлов (1ч).
Электрохимический ряд напряжений металлов (1 ч)
Коррозия металлов как ОВР(2ч)
Получение металлов как ОВР(1ч)
Электролиз расплавов и растворов электролитов как окисли тельно-восстановительный процесс. Упражнения. Применение электролиза (3 ч).
Окислительно-восстановительные свойства соединений хрома в различных средах (2 ч).
Окислительно-восстановительные свойства соединений мар ганца в различных средах (2 ч).
Решение экспериментальных задач с использованием ОВР неорганических веществ(2ч)
ОВР с участием органических веществ (решение задач и вы полнение упражнений):
алкенов,
алкинов,
аренов,
спиртов,
альдегидов и кетонов,
карбоновых кислот,
углеводов (5ч).
Окислительно-восстановительные процессы в живой природе(2ч) Итоговое занятие (1 ч).
Тематический план
№ п/п
Дата плану
Дата по факту
Тема, вид учебного занятия
Планируемые результаты (что должен знать и уметь ученик)
Методы обучения
Характер, формы
познавательной
деятельности
учащихся
Эксперимент,
практическая
деятельность
учащихся
Формы
и виды
контроля
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
Знакомство с целями и задача ми курса, его структурой. Тео рия ОВР (повто рение и обобще ние, системати зация ранее по лученных зна ний). Само стоятельная работа с после-дующей провер кой
Знать:
основные положения теории ОВР; понятия «окислитель», «восста новитель», окисление и восста новление как процессы, связанные с переходом электронов; «степень окисления», «окислительно-восста новительные реакции». Уметь:
определять степень окисления (СО) в сложных неорганических и органических веществах по молекулярным и структурным формулам
Урок-диалог
Репродуктив ный, фронталь ная беседа, уп ражнения по определению степеней окис ления по поло жению в пе риодической системе (ПС) Д. И. Менде леева
Демонстрация опыта:
«Взаимодействие металла средней активности (цинка, железа) с раствора ми солей менее ак тивных металлов» или др. опыта из курса заниматель ной химии
Тестиро вание
2
Важнейшие окислители и восстановители. Урок проверки знаний, умений, навыков и при менения их на практике
Знать:
важнейшие восстановители и окислители; их роль в ОВР в раз личных условиях; понятия о низшей, промежуточной и выс шей степенях окисления. Уметь:
составлять шкалу СО, определять по ней роль соединения в ОВР; ориентироваться по положению элемента в ПС, определяя его роль;
составлять уравнения ОВР, рас ставлять коэффициенты методом электронного баланса
Лекция с
элементами
беседы
Репродуктив ный; фрон тальная беседа
Демонстрация опытов:
1. Восстановитель ные свойства актив ных металлов - на трия, , каль ция, магния - в реакциях взаимодейст вия с водой, кисло тами, кислородом воздуха. 2. Окислительные свойства кислорода (горение простых веществ в атмосфе ре воздуха и чистого кислорода)
Состав ление шкалы важней ших сте пеней окисле ния эле ментов IV-VII групп ПС
3
Алгоритм со ставления урав нений ОВ ме тодом электрон ного баланса. Урок проверки знаний, умений, навыков и приме нения их на прак тике в нестандартных условиях
Знать:
алгоритм составления уравнений ОВР методом электронного ба ланса. Уметь:
работать по аналогии, с исполь зованием карточек-заданий, кар точек-ответов
Тренинг. Поэтапное формирова ние умений
Применение знаний в анало гичной ситуа ции и выпол нение упражне ний по алго ритму с после дующей про веркой
Самосто ятельная сигналь ная ра бота с провер кой у доски и по кар точкам-ответам
4
Классификация окислительно-восстановительных реакций .
Урок изучения и первичного ус воения знаний
Знать:
Терминологию различных типов ОВР
Уметь:
Различать реакции различного типа
Лекция с
элементами
беседы
Частично поисковый; парная, индивидуаль ная, групповая
Демонстрация опытов:
1Разложение перманганата калия
2. Взаимодействие цинка соляной кислоты
Самостоятельная работа с после дующей
провер кой
5-6
Использование
метода элек тронного баланса для ОВР различ ных типов
Урок проверки знаний, умений, навыков и при менения их на практике в не-
стандартных
условиях
Знать:
классификацию ОВР по реаген там и продуктам реакций: меж молекулярные, внутримолекуляр ные, диспропорционирова
ния.
Уметь:
определять восстановитель и
окислитель в ОВР различных
типов
Семинар-
практикум. Тренинг
Частично поисковый; парная, индивидуаль ная, групповая
Лабораторные
опыты:
1. Получение водорода и восстановление им оксида меди (+2).
2. Взаимодействие металлов различной активности с рас творами кислот
Самостоятельная работа с после дующей
провер кой
7
ОВР с несколькими окислите лями и восстано вителями. Урок изучения и первичного ус воения знаний, проверки знаний, умений, приме нения их на прак тике в нестандартных условиях
Знать:
алгоритм составления уравнений ОВР с несколькими окислителя ми и восстановителями.
Уметь:
определять восстановители и окислители в ОВР различных типов, определять суммарное количество электронов
Тренинг
Частично поисковый; парная, индивидуаль ная
Решение расчетных
задач по уравнениям окислительно-восстановительных реакций различных типов и уровней сложности
Самостоятельная работа с после дующей провер кой
8
Окислительно-восстановитель - ные свойства воды и пероксида водорода
Урок изучения и первичного ус воения маний
Знать:
окислительное-восстановительные возможности водорода и кисло рода в изучаемых веществах; направление ОВР участием Н20 и Н2О2
Уметь:
определять восстановители и окислители в ОВР различных типов, определять суммарное количество электронов
Урок-практикум с элементами беседы
Репродуктив ный, фронталь ная беседа
Демонстрация опыта:
«Разложение рас твора Н202 при на гревании и действии катализаторов (Мn02, фермента каталазы - кровь, сырое мясо)»
Про блемная демон страция; самостоя тельная сигналь ная ра бота с провер кой у доски
9
Окислитгльно-восстансвитель-ные свойства галогенов и их соединений.
Урок изучения первичного горения и проверки знаний в нестандартных условиях
Знать:
получение и свойства Cl2, Br2, I2 , НСI, хлоридов с точки зрения ОВР; краткие сведения о кисло родсодержащих соединениях хлора (от +1 до +7); направление ОВР участием этих веществ. Уметь:
определять роль галогенов как восстановителей и как окислите лей в ОВР различных типов
Урок-практикум с элементами беседы
Частично поис ковый; парная, индивидуаль ная, групповая
Демонстрация опытов:
1. Вытеснение йода хлором.
2. Горение в хлоре сурьмы.
3. Каталитическое взаимодействие йо да с активными металлами.
4. Изучение свойств хлорной воды
Про блемная демон страция.
Самосто ятельная сигналь ная ра бота с провер кой у доски
10-11
Окислительно-восстановитель ные превраще ния соединений серы.
Урок изучения и первичного ус воения знаний и проверки знаний в нестандарт ных условия
Знать: окислительно-восстановительные
возможности серы, сероводорода, серной кислоты;
направление ОВР с участием этих веществ. Уметь:
прогнозировать и определять роль серы и ее соединений как восстановителей и как окислите лей в ОВР различных типов
Урок-практикум с элементами беседы
Частично поис ковый; парная, индивидуаль ная, групповая
Лабораторный опыт:
«Окислительные свойства разбавлен ной серной кислоты». Демонстрация опытов:
1. Горение серы в кислороде.
2. Окислительные свойства концен трированной серной кислоты (взаимо действие с металла- ми различной активности)
Про блемная демон страция. Иссле дова тельская практи ческая работа
12
Окислительно – восстановитель
ные превращения соединений азота.
Урок изучения и первичного усвоения знаний и проверки знаний в нестандартных условиях
Знать:
окислительно – восстановительные возможности азота, аммиака, азотной кислоты, нитратов;
Уметь:
прогнозировать и определять роль азота и его соединений как восстановителей и как окислителей в ОВР различных типов
Урок – практикум с
элементами
беседы
Частично поисковый; парная, индивидуальная, групповая
Демонстрация
опытов:
1. Окислительные свойства концентрированной и разбавленной азотной кислоты (взаимодействие с металлами различной активности).
2. Разложение нитратов.
Про блемная демонстра
ция.
Самостоятельная сигнальная работа с проверкой у доски.
13
Восстановитель
ные свойства металлов.
Урок изучения и первичного усвоения знаний и проверки знаний в нестандартных условиях
Знать:
общие химические свойства металлов; восстановительные свойства металлов в различных средах, с различными окислителями, в различных условиях.
Уметь:
пользоваться рядом активности металлов в определении их восста - новительной активности; составлять уравнения реакций, отра жающие общие свойства метал лов
семинар – практикум.
Тренинг
Применение знаний аналогичной ситуации и выполнение упражнений по алгоритму с последующей проверкой
Лабораторные опыты:
1. Взаимодействие
цинка, железа, алюминия, магния, меди с растворами кислот и щелочей.
2. Взаимодействие железа и цинка с растворами солей:
сульфатом или хло ридом меди (+2)
Исследовательская практическая работа.
Тестирование.
14
Электрохимический ряд напряжений металлов Урок изучения и первичного усвоения знаний
Знать:
Количественные характеристики ОВР. Ряд активности металлов
Уметь:
пользоваться рядом активности металлов в определении их восстановительной активности;
Лекция с
элементами
беседы
Репродуктив ный, парная, индивидуальная
Демонстрация
опыта:
1. взаимодействие металлов с растворами солей меди, свинца, серебра, натрия и кальция.
Исследовательская работа
15-16
Коррозия металлов как ОВР.
Урок изучения и первичного усвоения знаний
Знать:
Сущность процессов, протекающих при коррозии в различных средах. Способы защиты от коррозии.
Уметь:
пользоваться ПС в определении коррозийных свойств металлов составлять уравнения реакций, отра жающие процессы коррозии
Лекция с
элементами
беседы
Частично поисковый; парная
Демонстрация
опытов:
1.Взаимодействие
Цинка с соляной кислотой без присутствия меди.
2.Взаимодействие
Цинка с соляной кислотой в присутствии меди.
Исследовательская практическая работа.
17
Получение металлов как ОВР
Урок изучения и первичного усвоения знаний
Знать:
общие способы получения металлов; восстановительные и окислительные свойства
метал лов
Уметь:
пользоваться рядом активности металлов в определении их восста - новительной активности; составлять уравнения реакций, отра жающие способы получения металлов .
Лекция с
элементами
беседы
Репродуктив ный, фронталь ная беседа, парная, индивидуальная
Самостоятельная работа с после дующей провер кой
18-20
Электролиз рас плавов и раство ров электролитов как окислительно-восстанови- тельный процесс.
Установочный
урок
Знать:
сущность электролиза как окис лительно-восстановительного процесса; правила разрядки на электродах воды, катионов и анионов.
Уметь:
составлять схемы и уравнения электролиза растворов и распла вов солей и щелочей
1Лекция с
элементами
беседы
2Урок-практикум
Репродуктив ный, фронталь ная беседа; парная, инди видуальная
Демонстрация к/ф «Электролиз рас творов хлорида меди (+2), раствора йодида калия и раствора сульфата натрия в электролизе ре»
Самосто ятельная работа с после дующей провер кой
21-22
Окислительно-восстановитель-ные свойства
соединений хро ма в различных средах.
Урок изучения и первичного ус воения знаний и проверка знаний в нестандартных условиях
Знать:
зависимость окислительно-восстановительных возможно-
стей хрома от степени окисления (низшая, промежуточная, выс шая) в различных соединениях. Уметь:
прогнозировать роль элемента как окислителя или восстанови теля, а также продукты окисли тельно - восстановительного про цесса
Лекция с
элементами
беседы
Частично- поис ковый; парная
Демонстрация опытов:
1. Окислительные свойства дихромата.
2. Перевод хроматов в дихроматы
Самосто ятельная работа с
после дующей провер кой
23-24
Окислитгльно-восстановитель-ные свойства соединений мар ганца в различ ных средах. Урок изучения и первичного ус воения знаний и проверки знаний в нестандарт ных условиях
Знать:
зависимость окислительно-вос становительных возможностей марганца от степени окисления (низшая, промежуточная, выс шая) в различных соединениях.
Уметь:
прогнозировать роль элемента как окислителя или восстанови теля, а также продукты окисли тельно-восстановительного про цесса
Лекция с
элементами
беседы
Частично- поис ковый; парная
Демонстрация опыта
«Окисление сульфи та натрия раствором перманганата калия в разных средах»
Самосто ятельная работа с после дующей провер кой
25-26
Решение экспериментальных задач с использованием ОВР неорганических веществ Урок проверки знаний, умений, навыков и при менения их на практике
Знать:
Основные приемы выполнения и решения экспериментальных задач по ОВР Уметь: Правильно составлять план решения ,давать объяснения и делать выводы
Урок – практикум
Применение знаний на практике. Частично- поис ковый; парная
Исследовательская практическая работа.
27-31
ОВР с участием органических веществ различ ных классов (решение задач и упражнений). Урок изучения и первичного ус воения знаний и проверки знаний в нестандартных условиях
Знать:
окислительно-восстановительные свойства углеводородов (алканов, алкенов, алкинов, аренов и их производных), различных клас сов кислородсодержащих соеди нений.
Уметь:
использовать шкалу степеней окисления углерода, прогнозиро вать процессы окисления и вос становления; использовать струк турные формулы для определения степени окисления углерода
Лекция с
элементами
беседы
Репродуктив ный, фронталь ная беседа; парная, инди видуальная, фронтальная
Демонстрация, опытов:
1. Окисление этиле на водным раство ром перманганта калия.
2. Окисление этано ла хромовой смесью.
3. Окисление угле - водородов.
4. Восстановление альдегидов до ОП спиртов.
5. Горение этилена, ацетилена, бензола в воздухе.
6. Окисление бензо ла и толуола раство ром перманганата калия в различных средах
Про блемная демон страция. Самосто ятельная сигналь ная ра бота с провер кой у доски
32-33
Окислительно-восстановительные процессы в живой природе
Знать:
окислительно-восстановительные процессы в живой природе
Уметь:
использовать шкалу степеней окисления углерода, прогнозиро вать процессы окисления и вос становления; использовать струк турные формулы для определения степени окисления углерода
семинар – практикум
Применение знаний на практике. Частично- поис ковый; парная
Защита презентаций
34
Итоговое занятие
Фронтальная беседа
Тестирование.
ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ УЧАЩИХСЯ
Хомченко, Т. П., Севастьянова, К. И. Окислительно-восстанови тельные реакции. - М.: Просвещение, 1989.
Хомченко Г. П. Химия для поступающих в вузы. - М.: Высшая школа, 1990.
3. Хомченко Г. П., Хомченко И. Г. Задачи по химии для поступающих в вузы. - М.: Высшая школа, 1990.
4. Кузьменко Н. Е., Еремин В. В. 2400 задач по химии для школьни ков и поступающих в вузы. - М.: Дрофа, 1999.
5. Готовимся к единому государственному экзамену. Химия/ О. С. Габ риелян, П. В. Решетов и др. - М.: Дрофа, 2004.
ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ УЧИТЕЛЯ
Сидорская, Э. А. О методе полуреакций // Химия в школе. - 1993, №5.
Говорова, В. А. Из опыта изучения окислительно-восстановитель ных реакции // Химия в школе - 1994, № 6
Шелковина, П. Нестандартные учебные задания // Химия в школе. -1994, № 11, 12.
Кузьменко, И. Е., Еремин, В. В. 2400 задач по химии для школьни ков и поступающих в вузы. - М.: Дрофа, 1999. - с. 121-150.
Лунева, В. П. Об использовании ионно-электронного метода // Хи мия в школе.- 1994, № 1.-С. 8-13.
6. Сидорская, Э. А. О методе полуреакций // Химия в школе. - 1993, №6.-С. 10
7.Хомченко, Г. П. Химия для поступающих в вузы. - М.: Высшая школа, 1993.
8. Шустов, С Б., Шустова, Л. В. Окислительно-восстановительные процессы в живой природе // Химия в школе. - 1995, № 2. - С. 37-40.
9. Дорофеев А.И., Федотова М.И. Практикум по неорганической химии – Ленинград «Химия» 1990
15