МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА МЕТАПРЕДМЕТНОГО УРОКА: «ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИКТ

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА МЕТАПРЕДМЕТНОГО УРОКА: «ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИКТ

Дисциплина: Физика, химия

Специальность: 18.02.01 «Аналитический контроль качества химических соединений»

Курс: 1

Тема занятия: Электролитическая диссоциация

Вид занятия: Урок сообщения новых знаний

Тип урока: комбинированный

Цели:

обучающая:

- сформировать понятия об электролитах и неэлектролитах, ЭД, раскрыть механизм диссоциации веществ с ионной и ковалентной полярной связью, ввести понятие «степень электролитической диссоциации» и показать ее зависимости от различных факторов; сформулировать основные положения теории электролитической диссоциации, выяснить условия существования электрического тока в электролитах; формировать умения у обучающихся составлять уравнения диссоциации;

развивающая:

- содействовать в ходе занятия развитию наглядно-образного мышления;

- способствовать развитию интереса к учебному материалу;

- развивать умения сравнивать, анализировать и делать выводы;

- развивать навыки само - и взаимоконтроля, развивать интеллектуальные способности;

воспитательная:

 - воспитывать умение и потребность учиться;

 - воспитывать компетентную личность с практической направленностью.

Формируемые компетенции:

общие: способность учиться в течении всей жизни, общекультурная компетенция; научить студента, как будущего специалиста самостоятельно принимать решения в сложных обстоятельствах, быть готовым брать на себя ответственность, предвидеть возможные последствия своих решений для производства, других людей и для себя лично, уметь реализовывать и усовершенствовать профессиональные навыки, развивать методики и технологии своей профессии и быть готовым к усовершенствованию профессионального мастерства.

Задачи:

Обучающийся должен знать: определения электролитов и неэлектролитов, понимать механизм диссоциации веществ с различными видами связей, формулировать основные положения теории электролитической диссоциации, понятие степени диссоциации, тип проводимости в жидкостях, условия существования тока.

Обучающийся должен уметь: составлять уравнения диссоциации электролитов.

Обеспечение занятия: компьютер, мультимедийный проектор, экран, прибор для определения электропроводности растворов, штатив с лапкой, источник постоянного тока, шаро-стержневая модель NaCl, стеклянная посуда.

Реактивы: Н₂О дист., NaCl кр., С₁₂Н₂₂О₁₁ кр.; р-р HCl, средство для розжига.

Внутридисциплинарные связи:

Данная тема урока является центральной в изучении темы: «Теория электролитической диссоциации. Гидролиз веществ».

Междисциплинарные связи: тема урока тесно связана с темой урока по физике «Электропроводность», «Электрический ток в жидкостях».

Методы обучения: активные методы обучения: частично-поисковый, проблемный.

Структура занятия

1.        Организационный момент- 1 мин

1). Приветствие; проверка готовности группы к уроку; создание положительно-эмоционального настроя на урок.

2)   Постановка цели - 3 мин

      1). Историческая справка.

      2). Обобщение темы и целей урока.

2.        Программированный контроль- 5 мин

3.        Проверка домашнего задания- 10 мин

4.        Фронтальный опрос- 3 мин  

5.        Изучение нового материала- 8 мин

6.        Выполнение упражнений- 10 мин 

7.        Домашнее задание- 2 мин

8.        Итог урока- 2 мин

10. Рефлексия- 1 мин

1.     Организационный момент.

2.     Активизация опорных знаний.

3.     Мотивация. Постановка цели урока.

4.     Изучение нового материала.

5.     Закрепление изученного материала.

6.     Подведение итогов урока.

7.     Домашнее задание.

Ход занятия

            I. Организационный момент.

1.  - Здравствуйте, ребята! Сегодня мы с вами воочию убедимся в тесной связи знакомых каждому естественных наук: физики и химии. Надеемся, что урок пройдёт в дружеской обстановке, интересно и вы усвоите материал, который вам будет необходим для дальнейшего обучения.

2.  Определение студентами темы урока (слайд 1 (ребус) 2), самостоятельная постановка студентами возможных целей урока, их корректировка и уточнение формулировки (слайд 3), девиз урока (слайд  4) (Запись в тетрадь темы урока)

            ΙΙ. Актуализация знаний.

Преподаватель химии: Речь пойдет о самом удивительном веществе нашей планеты, без которого нет жизни – это воде, её роли при растворении веществ.

Преподаватель физики: Мы продолжаем изучать тему «Электрический ток в различных средах». И для начала повторим некоторые моменты из изученного материала, необходимые для дальнейшего изучения этой темы. Прежде чем начать изучение новой темы, я хочу проверить ваши знания по изученным темам (слайд 5).

Преподаватель химии: У каждого из вас на парте имеется индивидуальный отчет. Подпишите его и допишите предложения в задании: «ВСПОМНИМ». Выполните взаимопроверку  поставьте оценку соседке по парте согласно   критериям: «5»  -  нет ошибок, «4»  -  одна ошибка, «3»  -  две ошибки, «2»  -  три ошибки (слайд 6,7).

III. Изучение нового материала.

1 этап. Электролиты, неэлектролиты.

Преподаватель физики: Давайте мы проведем исследования. Опыт, который мы сейчас с вами проведем, позволит определить электропроводность представленных на столе веществ: дистиллированной воды;  водных растворов: сахара, соляной кислоты, поваренной соли. ВОПРОС – Как  вы думаете, что такое электропроводность? (это сложносоставное слово определяющее способность веществ пропускать электрический ток)

До выполнения эксперимента мы с вами обязательно должны вспомнить правила техники безопасности, как основной здоровьесберегающий фактор при выполнении лабораторно-практических работ: (слайд 9)

Проводить опыт мы с вами будем на установке, электрическая схема которой представлена на слайде 10. ВОПРОС – Может  быть вам знакомы некоторые элементы?  (кружок с крестиком обозначает электрическую лампочку, выключатель, источник тока) К источнику постоянного тока подключены лампочка и ключ, между ними цепь содержит два электрода, которые будем поочередно погружать в емкости с представленными жидкостями. Электроды это проводники, подключенные к выходным клеммам прибора  ИПТ – 24 (источник постоянного тока), могут быть разной формы и материала. В нашем случае это алюминиевые стержни, могут быть медные пластины и т.д. ЗАРИСУЙТЕ СХЕМУ В ТЕТРАДЬ.  По функционалу элементов цепи: ключ обесточивает цепь, лампочка выполняет роль индикатора: не горит – значит между электродами  в растворе ток не проходит, (т.е. цепь разомкнута);  загорелась – значит  раствор пропускает электрический ток (т.е. цепь замкнута).

Результаты наблюдений  запишите, пожалуйста, в таблицу (слайд 11) индивидуальных отчетов, лежащих у вас на столе. « + »   жидкость  проводит  электрический ток, «—»  жидкость не проводит электрический ток . ВОПРОС – К какому выводу мы приходим по полученным результатам?

ВЫВОД  ПО  ЭКСПЕРИМЕНТУ: растворы соли и кислоты являются проводниками, т. е. в них присутствуют  заряженные частицы, упорядоченное движение которых и создает электрический ток в жидкостях. Таким образом, выполняется первое условие существования тока в цепи.

Преподаватель химии: из проделанной работы мы можем сделать вывод: что жидкости, как и твердые вещества, могут быть проводниками и диэлектриками.

Классификация жидких веществ по электропроводности:

1.      Электролиты – вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. (Растворы кислот, щелочей, солей и их расплавы)(слайд 12)

2.      Неэлектролиты - вещества, растворы и расплавы которых не проводят электрический ток. (Все кристаллические вещества, оксиды, газы)(запись в тетрадь)(слайд 13)

Так почему же растворы электролитов проводят электрический ток?

Выступление подготовленного студента с сообщением по исторической справке. Автором теории электролитической диссоциации является шведский учёный Свантэ Аррениус слайд 14). Именно за исследования в области электролитов Аррениус был удостоен Нобелевской премии в 1903 г. Он объяснил проводимость растворов наличием в них свободных ионов, однако не смог объяснить, почему именно в водном растворе происходит диссоциация электролитов, т.к.  был сторонником физической теории растворов. Откуда берутся ионы в растворах дали русские химики И.А.Каблуков и В.А.Кистяковский (слайд 15), объяснившие электролитическую диссоциацию химической теорией растворов Д.И.Менделеева.

Постановка проблемы: (слайд 16)

Почему растворы соли и кислоты проводят электрический ток?

Какие частицы переносят заряд в жидкостях? Откуда они появляются?

Что же происходит с кристаллом при растворении его в воде?

Какова роль воды в этом процессе?

Для объяснения явления растворения веществ в воде необходимо вспомнить их строения.

Внешний вид хлорида натрия (слайд 17): бесцветные  кубические кристаллы, но с различными примесями его цвет может принимать: голубой, фиолетовый, розовый, жёлтый или серый оттенок. Более крупные ионы хлора образуют плотную кубическую упаковку, в свободных узлах которой (в вершинах правильного октаэдра) расположены ионы натрия. В твердом хлориде натрия, каждый положительный ион окружен шестью ионами с противоположным зарядом. Притяжение между Na⁺ и Cl^- ионами в твердом состоянии настолько сильно, что только сильнополярные растворители, такие как вода хорошо растворяют NaCl. Водный раствор хлорида натрия имеет другие свойства: точка замерзания -21,12°С (23,31% соль), температура кипения насыщенного раствора соли около 108,7 ° С.

Молекулы воды (слайд 18) представляют собой диполи (два полюса), так как атомы водорода расположены под углом 104,5 ˚, благодаря чему молекула имеет угловую форму. Около ядер водорода имеется недостаток электронной плотности, а на противоположной стороне молекулы, около ядра кислорода, наблюдается избыток электронной плотности. Именно такая структура и определяет полярность молекулы воды. Если соединить прямыми линиями эпицентры положительных и отрицательных зарядов, получится объемная геометрическая фигура – правильный тетраэдр.

 Это интересно…

Если бы молекулы воды были бы построены более симметрично, они не были бы полярные, и тогда весь облик земной природы изменился бы до неузнаваемости: океаны испарились, и вокруг земного шара образовалась атмосфера из водяного пара с незначительной примесью других газов. Вода – магнит. Если опрокинуть мешок с не намагниченными стальными стрелками, они просто рассыплются по полу. Если же стрелки намагничены, то они вывалятся сплошным комом, так как при падении соседние стрелки притянутся друг к другу разноимёнными полюсами. Так и в жидкостях, состоящих из полярных молекул: соседние молекулы притягиваются друг к другу разноимёнными полюсами, а это препятствует отрыву их друг от друга, т. е. испарению жидкости.

Соляная кислота HCl представляет собой бесцветный раствор, сильно дымящийся на воздухе, с резким запахом вследствие выделения хлороводорода.  Химическая связь между атомами хлора и водорода в молекуле    HCl является ковалентной полярной связью (слайд 19).

Работа в группах с подготовленными консультантами. Задания для групп: (слайд 20)

1. Объяснить диссоциацию веществ с ионной связью, используя опорную схему: ориентация–гидратация–гидратированные ионы. (Учебник. Стр. 144-145)
2. Объяснить диссоциацию веществ с ковалентной полярной связью, используя опорную схему: ориентация – гидратация – ионизация –   гидратированные ионы. (Учебник. Стр. 144-145)

Работа в группах, выступление с сообщением по обмену информацией.

Группа первая: Механизм электролитической диссоциации с ионной связью на примере NaCl. Рассмотрите схему процесса (рис.127, с.195, Химия, 9, О. С. Габриелян). Запишите состав группы и предположения по поведению ионов хлорида натрия и диполей воды в бланке.

1. Диполи ориентируются отрицательными концами вокруг положительных ионов, а положительными вокруг отрицательных. Этот процесс называется ориентация. ( Запись в тетрадь)

2. Между ионами электролита и диполями происходит взаимодействие. Этот процесс называется гидратация. (Запись в тетрадь)

3.Во время гидратации возникают силы взаимного притяжения между диполями и ионами, химическая связь между ионами кристалла ослабевает и ионы, окруженные «водным одеялом» отрываются и переходят в раствор.

Ионы, окруженные водной оболочкой, называют гидратированными.

Процесс диссоциации упрощенно можно записать: NaCl = Na⁺ + Cl^- (слайд 21)

В растворах электролитов хаотически движущиеся гидротированные ионы могут столкнуться и объединиться. Этот обратный процесс называется ассоциацией.

Группа вторая Механизм электролитической диссоциации веществ с ковалентной полярной связью на примере НCl Рассмотрите схему процесса (рис.128, с.196, в учебнике).

1.Диполи ориентируются отрицательными концами вокруг положительных ионов, а положительными вокруг отрицательных.

2. Между ионами электролита и диполями происходит взаимодействие. Этот процесс называется гидратация.

3.Под действием диполей воды происходит превращение ковалентной полярной связи в ионную, то есть происходит ионизация молекул электролита.

4. Происходит распад – диссоциация.

Процесс диссоциации упрощенно можно записать: НCl = Н⁺ + Cl^-  (слайд 22)

Вывод: при растворении в воде вещества взаимодействуют с диполями, распадаются на свободные гидратированные ионы и проводят электрический ток. Гидратация ионов является основной причиной диссоциации электролита. К такому выводу пришел шведский ученый Сванте Аррениус в 1887 году. Таким образом, давайте запишем, что такое электролитическая диссоциация–  это процесс распада электролита на ионы в растворе или расплаве (слайд 23).

Физкультминутка для глаз (слайд 24)

А теперь все отдохнем

И глаза свои сожмем

Поморгаем раз пяток

И продолжим наш урок

От усталости спасет

Вас глазной круговорот.

Круга 3 вращайте влево,

А потом наоборот!

Укрепляя мышцы глаз,

Взгляд меняем 8 раз

То поближе, то подальше

Посмотреть прошу я Вас.

Крепко глазки мы зажмурим

Вспомним всё и повторим:

Раз, два, три, четыре, пять

И вот ДИССОЦИАЦИЯ опять

Преподаватель физики: вернемся к нашей установке (слайд 25) - Все ли электролиты в одинаковой степени проводят электрический ток? (Нет)

1. Добавим к водному раствору поваренной соли еще воды. Что мы наблю­даем? (лампочка светится ярче). ВОПРОС – Как вам кажется почему так происходит? Правильно если лампочка светится ярче, значит, возросла сила тока в цепи, это означает, что больший заряд проходит через раствор электролита (при прочих постоянных условиях), что может произойти только при увеличении количества положительных и отрицательных ионов, образовавшихся при растворении электролита в воде.

ВЫВОД: в растворе возросло число гидратированных ионов Na⁺   Cl^-, т. е. их концентрация.

2. Вода - самый сильный природный растворитель: в ней растворяются в той или иной степени все вещества. Поэтому в природе редко встречается чистая вода.  С физической стороны свойства растворителей зависят от такой величины как диэлектрическая проницаемость: у воды (самый высокий) – 81, спирта – 25, растительного масло – 4. Эта величина показывает, во сколько раз уменьшается сила взаимодействия заряженных частиц в данной среде по сравнению с вакуумом. Мы сегодня уже говорили, что в узлах кристаллической решетки поваренной соли находятся ионы Na⁺   и  Cl^- . ВОПРОС – Кто вспомнит, по какому закону определяется сила притяжения между ионами?  Согласно закону Кулона . Сила притяжения меняется обратно пропорционально величине диэлектрической проницаемости, т.е. притяжение между ионами уменьшается примерно в восемьдесят раз при растворении ионных соединений в воде. Таким образом, диссоциация веществ зависит от природы растворителя.

Преподаватель химии:

Не все электролиты в одинаковой степени проводят электрический ток. Бывают сильные и слабые электролиты (слайд 26). Характеристикой силы электролита является степень диссоциации и обозначается α (слайд 27). Она показывает отношение числа молекул, продиссоциированных на ионы, к общему числу молекул растворенного электролита:

По степени диссоциации в растворах все электролиты делятся на две группы. К первой группе относят электролиты, степень диссоциации которых в растворах α > 30 % и почти не зависит от концентрации раствора. Их называют сильными электролитами. К сильным электролитам в водных растворах относятся щелочи: КОН, NaOH, Ba(OH)2, Са(ОН)2; кислоты: HNO3, НСl, H2SO4, НClO4, а также их соли.

Электролиты, степень диссоциации которых в растворах α< 2 % и уменьшается с ростом концентрации, называют слабыми электролитами. К слабым электролитам относятся почти все органические кислоты (CH₃COOH, C₂H₅COOH и др.); некоторые неорганические кислоты (H₂CO₃, H₂S и др.); почти все малорастворимые в воде соли, основания и гидроксид аммония (Ca₃(PO₄)₂; Cu(OH)₂; Al(OH)₃; NH₄OH); вода. Они плохо (или почти не проводят) электрический ток.

Степень диссоциации зависит: (слайд 28)

1) от природы растворителя;  

2)  природы растворяемого вещества;

       3)  концентрации раствора (при разбавлении степень диссоциации α сильно возрастает);

4)  температуры.

Так как диссоциация происходит у электролитов, поэтому ее называют электролитической.

Оказывается, электролитами являются не только растворы кислот, солей и щелочей, но и их расплавы.

Преподаватель физики: рассмотрим движение ионов в растворе электролита

Вернемся к нашей установке, электроды погружены в раствор, ключ не замкнут, гидратированные ионы натрия и хлора присутствующие в водном растворе, предоставлены самим себе. ВОПРОС – Как вы думаете, что с ними будет происходить согласно основным положениям молекулярно-кинети­ческой теории. Правильно они находятся в непрерывном хаотическом движении. (слайд 29)

            Что будет происходить, если замкнуть ключ? Электрод, присоединенный к плюсовой клемме источника, накапливает ВОПРОС – Какой  заряд? положительный и в этом случае он называется АНОД. Электрод, присоединенный к отрицательной клемме источника, накапливает ВОПРОС – Какой  заряд? отрицательный и называется КАТОД. Значит, в пространстве между анодом и катодом, возникает какое поле? электрическое (слайд 30).

Электрическое поле имеет силовую характеристику – напряженность и изображается с помощью силовых линий, белые стрелки на слайде, которые начинаются на аноде и оканчиваются на катоде. Электрическое поле действует на положительные и отрицательные ионы в растворе с определенной силой. ВОПРОС – Как вы думаете, в каком направлении будет двигаться положительный ион? Правильно к отрицательному электроду, т. е. к КАТОДУ, поэтому этот ион называется КАТИОНОМ, что означает "идущий вниз" по-гречески - по направлению электрического поля. ВОПРОС – Как  вы думаете, в каком направлении будет двигаться отрицательный ион? Правильно к положительному электроду, т.е. к АНОДУ, поэтому этот ион называется АНИОНОМ, что означает "идущий вверх" по-гречески, т.е. против силовых линий поля. ВОПРОС – Как будут двигаться катионы и анионы в электрическом поле? Правильно они упорядоченно движутся в строго определенном направлении, таким образом, в жидкостях создается электрический ток обусловленный движением ионов (слайд 31). ВОПРОС – Поэтому проводимость жидкостей в отличие от металлов называется? Правильно ионной. Таким образом, мы подтвердили второе условие существование тока – на заряженные частицы, со стороны электрического поля, действует сила  в строго определенном направлении. Запишите основные моменты в тетрадь (слайд 32).

 Когда положительный ион натрия достигнет катода, он получит недостающий электрон и превратится в атом натрия. Аналогичный процесс произойдет и с ионом хлора. Только при достижении анода ион хлора отдаст электрон и превратится в атом хлора. Таким образом, во внешней цепи поддерживается ток за счет движения электронов. А в электролите ионы как бы переносят электроны от одного полюса к другому.

IV. ЗАКРЕПЛЕНИЕ.

Преподаватель химии:

Для практического закрепления нового материала запишите уравнения диссоциации следующих электролитов (слайд 33)  Назовите продукты диссоциации и распределите их движение к соответствующим электродам.

V. ОБОБЩАЮЩИЕ ВЫВОДЫ:

Преподаватель физики: вопросы на закрепление новой темы в индивидуальных отчетах допишите представленные понятия (слайд 34), выполните самопроверку (слайд 35) согласно критериям (слайд 36)

VI. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГА УРОКА.

Преподаватель химии: 

Итог урока: Сегодня на уроке мы убедились в целостности материального мира через метапредметную связь наук: химии и физики. Экспериментально определили электропроводность разных жидкостей, осознали понятия: электролит – неэлектролит, вспомнили строение молекул с разной химической связью, ввели понятие – электролитической диссоциации, подробно рассмотрели ее механизм, убедились  на практике в различной степени диссоциации, подробно ознакомились с условиями протекания электрического тока в жидкостях (слайд 37)

8. Домашнее задание

Габриелян О.С. Химия. §19, 20 выучить, упражнение 19 (4,6)

Мякишев Г.Я., Физика 10 класс § 122, подготовить сообщение по вопросу:

9. Итог урока

Решать загадки можно вечно

Вселенная ведь бесконечна.

Спасибо всем нам за урок,

А главное, чтоб был он впрок!

10. Рефлексия « Дерево творчества»

- Большое спасибо всем за работу! Теперь предлагаем каждому из вас подвести итог нашего урока и проверить ваше настроение. В год экологии украсьте наше деревце.

Студенты прикрепляют на дерево листья, цветы, плоды:

-плоды - дело прошло полезно, плодотворно;

-цветок - довольно неплохо;

-зелёный листик - не совсем удовлетворён уроком;

         -жёлтый листик - «пропащий урок», неудовлетворённость