Преподавание химии

Модульный урок химии по теме Агрегатные состояния вещества и типы кристаллических решеток

Введение

Доминирующая дидактическая цель: Знать различные состояния вещества и зависимость их от кристаллической решётки; типы кристаллических решёток; уметь называть примеры веществ с разными кристаллическими решётками и их физические свойства.

Триединая дидактическая цель:

1. Образовательный аспект: создать условия для усвоения сложных химических понятий состояния веществ, типов кристаллических решёток, зависимость состояния и свойств вещества от типа кристаллической решётки; создать условия для понимания единства мира; для стремления самостоятельно прогнозировать свойства веществ в зависимости от внутреннего строения.
2. Воспитательный аспект: создать условия для воспитания  уважительного отношения к товарищам, отвечающим на вопросы; воспитания доброжелательного отношения при допущении товарищами ошибок; для стремления самостоятельно ставить и решать проблемные задачи; для воспитания целеустремлённости и упорства в достижении понимания темы.
3. Развивающий аспект: создать условия для развития абстрактного мышления учащихся; умение использовать аналогии при изучении абстрактного материала для понимания субмикроскопического строения вещества в различных агрегатных состояниях; для развития навыков свёртывания информации в схемы и таблицы; для использования различных способов выражения однозначной информации; создать условия для развития самостоятельности мышления и учебной работы, логического мышления; умения использовать полученные ранее знания в новых случаях; умения слушать, запоминать, анализировать, прогнозировать и добиваться результата поставленной цели.

Адаптированная цель для учащихся (трёхуровневая):

1. Репродуктивный уровень: иметь представление о сложности окружающего мира и строения веществ; знать и называть агрегатные состояния веществ; иметь представление о различных типах кристаллических решёток.
2. Конструктивный уровень: уметь определять взаимосвязь между типом кристаллической решётки и состоянием вещества и его физическими свойствами; использовать для осмысления и понимания метод аналогий; знать и называть типы кристаллических решёток и виды состояния вещества; знать, какими свойствами будет обладать вещество при определённом типе кристаллической решётки.
3. Творческий уровень: уметь, пользуясь методом аналогий переносить полученные знания из одной области в другую; пользуясь абстрактным мышлением представлять те процессы, которые происходят в вещества на субмикроскопическом уровне и которые не могут быть проиллюстрированы экспериментально; использовать полученную информацию путём её преобразования в других разделах и областях знаний; осуществлять моделирование и координирование; действовать по прогнозированию и разрешению проблемной цели.

Дополнения к уроку

1. Синквейны – это японские пятистрочные стихи.

Правила составления синквейна:
В синквейне 5 строк.
1 – понятие (одно слово).
2 – прилагательные (два слова).
3 – глаголы (три слова).
4 – предложение (из четырёх слов).
5 – существительное (одно слово).

Прилагательные и глаголы должны раскрывать понятие, а предложение – иметь смысловой характер.

2. Карточка – путеводитель (см. Приложение 1)

3. Задание по составлению синквейна

4. Таблица (см. Приложение 2)

5. Оценочный лист

6. Домашнее задание – выдаются на каждого ученика в печатном варианте.

7. Презентации (см. приложение 3, приложение 4).

В презентации столбцы заполняются последовательно для газов, для жидкостей и для твёрдых веществ.  В связи с этим возникают некоторые особенности просмотра слайдов: последовательность просмотра: Слайды № 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8 (заполняются ячейки для газообразных веществ);9; 10; возврат на слайд № 5 (заполнение ячеек для жидкостей 5; 6; 7; 8);11; 12; возврат на слайд № 5 (заполнение ячеек для твёрдых веществ 5; 6; 7; 8); 13; 14; 5.

Учащиеся заполняют печатный вариант карточки в той же последовательности.

Занятие первое

Ход урока

Эпиграф:

Другого ничего на свете нет
Ни здесь, ни там, в космических глубинах,
Всё – от песчинок малых до планет
Из элементов состоит единых.

М.В.Ломоносов

Здравствуйте. Я рада вас видеть.

Сегодня объектом нашего исследования станут вещества, их состояние и свойства. Поэтому тема урока: Состав и свойства веществ разных агрегатных состояний.

И начнём мы наш урок со слов нашего великого земляка М.В.Ломоносова (зачитывается эпиграф).

Ребята, как Вы понимаете эти слова?

(Высказывания учащихся.)

- Действительно, всё в мире образовано из одних и тех же частиц, в этом заключается единство нашего мира. А поскольку мы живём в мире веществ, то все вещества состоят из одних и тех же частиц – молекул. Однако мы видим вокруг очень разнообразные вещества. В чём же причина? Во внутреннем строении и взаимоотношениях между частицами.

- Вот сегодня перед нами и стоит большая проблема: «поникнув» вглубь веществ узнать и понять – как же ведут себя частицы внутри каждого вида молекулярного вещества , какие «отношения» - связи возникают между ними и какими свойствами при этом будет обладать вещества в целом.

Все вещества существуют на Земле в трёх агрегатных состояниях.

- Назовите их, пожалуйста.

- Вещества представлены в твёрдом, жидком и газообразном состояниях.

- Что же происходит внутри каждого вещества и почему оно принимает именно этот вид..

И как Алиса в страну чудес мы с вами и отправимся в глубины вещества.

- Для плодотворной работы нам потребуются «карты-путеводители», они находятся перед вами. В них вы должны занести все сделанные вами во время исследования открытия. А я буду вам помогать.

- Итак – отправляемся, и первая встреча – газы.

- Неожиданно мы оказываемся на футбольном поле, где соревнуются игроки-молекулы.

- На футбольном поле достаточно пространства для манёвра – длинных рывков, обводок, сложных многоходовых комбинаций. Футболисты довольно независимо и быстро перемещаются по полю, расстояния между ними достаточно большие, что обеспечивает большую длину свободного пробега, движутся игроки беспорядочно – хаотично, нет никакой необходимости удерживать игроков рядом друг с другом, игроки разных команд свободно «перемешиваются», если команда проигрывает, то игроки начинают двигаться быстрее.

Так ведут себя молекулы газов:

Расстояние между молекулами велико, подвижность молекул велика, число столкновений небольшое, упорядоченность в расположении отсутствует, движение хаотичное, низкие силы межмолекулярного сцепления, отличная способность к перемешиванию частиц, при нагревании движение ускоряется.

- Благодаря такому поведению частиц газы приобретают определённые физические свойства:

• Не имеют определённой формы и размеров
• Обладают высокой текучестью
• Хорошо сжимаемы. (Если хорошо сжать литр воздуха, его объём можно уменьшить до объёма напёрстка).
• Обладают высокой степенью диффузии. (запахи распространяются с удивительной быстротой).
• Имеют низкую плотность.

- Эти свойства газов давно замечены людьми:

-Ветер, ветер, ты могуч, ты гоняешь стаи туч,
Ты волнуешь сине море, гордо веешь на просторе.

На воздушном океане без руля и без ветрил
Тихо плавают в тумане хоры стройные светил;
Средь полей необозримых в небе ходят без следа
Облаков неуловимых волокнистые стада….

- Из мира газового футбола мы отправляемся … на дружескую вечеринку.

Проходит она в довольно тесном зале. Приглашённые, ведут себя по-разному. Кто-то ходит, кто-то спокойно беседует с друзьями. Каждый из присутствующих может относительно свободно перемещаться, но в целом движение ограничено размерами зала.

Кроме того, гостей довольно много и надо всё время оглядываться, чтобы не толкнуть кого-нибудь или не наступить на ногу. Гости располагаются на расстоянии друг от друга и могут двигаться, но достаточно близко друг к другу, и если мы предложим перейти в зал поменьше, они откажутся: и так тесно. Расстановка людей в зале всё время меняется: кто-то начинает новый танец, кто-то отходит отдохнуть. Хотя люди вовсю развлекаются, но если посмотреть на зал сверху, то возникает ощущение их спокойного «перетекания» по помещению. Общая атмосфера вечеринки удерживает их рядом друг с другом, образуя связи, но эти связи не всегда прочные. Танцующие, образуют плотную структуру. К середине вечеринки люди «разогреваются» и движение становится более интенсивным.

Эта картинка аналогична строению жидкостей:

Расстояние между молекулами мало, подвижность молекул ограничена, число столкновений велико, степень упорядоченности небольшая, хаотичное движение молекул, выраженное слабо; высокие силы межмолекулярного сцепления, степень перемешивания частиц велика, при нагревании движение ускоряется.

Особенны и физические свойства жидкостей. Назовите их.

(ответы учащихся)

• Не имеют определенной формы, но имеют определённый объём (купили пакет молока объёмом пол-литра, перельём молоко в бутылку – тоже пол-литра, в кастрюльку – опять те, же пол-литра)
• Обладают текучестью
• Несжимаемы (наберём воду в пластиковую бутылку до полной, закроем крышкой и попробуем сдавить, у нас ничего не получится. Бутылка с водой способна выдержать вес легкового автомобиля)
• Довольно высокая плотность, даже твёрдость – если ударить рукой по воде это сразу становится понятно.
• Особое свойство жидкостей – поверхностное натяжение, которое возникает из-за прочных связей между молекулами. Это свойство вода приобретает благодаря особому строению молекул – дипольному ( два полюса + и -), и при столкновении ведут себя не как шары в бильярде, а как репейник: едва коснутся при встрече – тут же сцепляются и образуют плотную плёнку на поверхности.

И свойства воды не остались незамеченными человеком:

Мчится родник среди гула таёжного
Бойкий, серебряный и тугой,
Бежит возле лагеря молодёжного
И песню леса несёт с собой….

Есть просто газ – легчайший водород
Есть просто кислород, а вместе это –
Июньский дождь от всех своих щедрот,
Сентябрьские туманы на рассвете….

- А что же происходит в «недрах» твёрдых веществ?

- Оказывается, там царит строгая воинская дисциплина. В строю за каждым солдатом закреплено постоянное место. Это место солдат обязан сохранять и при построении и при движении. Самостоятельное перемещение внутри строя запрещается, возможно только движение всей колонной. Солдаты стоят плотно плечом к плечу, расстояния между ними маленькие. Особенности армейской дисциплины образуют прочные связи между солдатами в строю: от каждого зависит сохранение строя. Стакиваться солдаты не могут, т.к. движутся только все вместе. И даже на марш-броске, когда все солдаты разогреваются, нарушить строй нельзя.

И молекулы ведут себя точно также:

Расстояния между молекулами мало, структура жёстко связана и молекулы расположены упорядоченно, прочные внутримолекулярные связи,  хаотическое движение отсутствует, возможны только колебательные движения, столкновения молекул не происходит ( у каждой молекулы своё чётко определённое место в пространстве, в узлах кристаллической решётки), при нагревании молекулы не разрывают связи с соседними молекулами.

- Какие же свойства приобретают при этом твёрдые вещества?

(предположения учащихся)

• Чёткая форма и размеры
• Абсолютная нетекучесть, а твёрдость
• Несжимаемость
• Высокая плотность
• Прочность

Такие свойства непременно были отмечены людьми:

И горы стоят великанами…
Могучие, крепкие воины.
Их прочность веками проверена…
Незыблемы, успокоены…
И железная лопата в каменную грудь,
Добывая медь и злато, врежет страшный путь.

М.Ю.Лермонтов.

- Итак, мы пришли к выводу, что все вещества имеют сложное субмикроскопическое строение, состоя из одних и тех же частиц – молекул в разных агрегатных состояниях отличаются по своему поведению: твёрдые вещества и жидкости – несжимаемы, жидкости и газы – текучи, твёрдые вещества обладают формой, и многое другое.

- То, что мы узнали о секретах веществ – это только начало длинного и увлекательного пути познания строения вещества.

Но мы уже не в начале пути, мы сегодня узнали многое.

Давайте вспомним, что нам стало известно о состоянии веществ. И выразим эти знания в творческой форме – в форме синквейна.

Задание: составить синквейн, показывающий строение и свойства

1-ый ряд: твёрдых веществ; 2-ой ряд: газов; 3-ий ряд: жидкостей.

Заслушивание и обсуждение некоторых вариантов, выяснение о каких свойствах говорится (количество заслушиваемых вариантов регламентируется временем).

- Вещества могут переходить из одного агрегатного состояния в другое.

Твёрды вещества могу превращаться в жидкости, а жидкости – в твёрдые вещества, газы – могут сжижаться, а жидкости – испаряться т.е. превращаться в газы.

Примером такого поведения служит знакомая нам вода.

Что же происходит при таком непостоянном поведении?

Всему виной скорость движения молекул: Мы установили, что кое в чём жидкости и твёрдые вещества похожи: молекулы в них упакованы плотно, расположены близко одна от другой и крепко соединены межмолекулярными связями, движение молекул ограничено. А молекулы газов на огромной скорости, не успев сцепиться, отталкиваются друг от друга. Но, чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы, и увеличивается возможность разрыва связей между ними, и наоборот: чем ниже температура, тем медленнее движутся молекулы и увеличивается возможность их сцепления. Значит, любой газ можно охладить до такой степени, что он превратится в жидкость и даже в твёрдое вещество!

Конечно, в твёрдом веществе и в жидкости молекулы не летают, как в газе. В твёрдом веществе они «приплясывают», не сходя с места. А в жидкости молекула попляшет, попляшет на одном месте, потом прыг! – и уже отплясывает на другом, ещё через какое-то время – на третьем, и так далее. Самые энергичные молекулы могут допрыгаться до того, что окажутся на поверхности, расцепятся с соседними молекулами и улетят: жидкость испаряется. А если её нагреть до кипения, то расцепляться начнут не только молекулы на поверхности, но и внутри жидкости, пока вся она не превратится в пар или в газ, что одно и то же.

С большим повышением температуры молекулы твёрдого вещества начинают отдаляться друг от друга, плавно становясь жидкостью, а когда разрываются межмолекулярные связи – то и газами.

При понижении температуры всё происходит наоборот.

Есть газы, которые даже при малом давлении превращаются в жидкость, значительно уменьшаясь в объёме. (Метан, пропан, бутан). Мы используем их в газовых приборах.

- Отгадайте, о чём идёт речь:

Без крыльев летят, без ног бегут, без паруса плывут ( Облака. вода в виде газа)

На дворе переполох – с неба сыплется горох.
Съела пять горошин Нина – у неё теперь ангина. (Град. В виде твёрдого вещества).

Без пути и без дороги ходит самый длинноногий.
В тучах прячется, во мгле, только ноги на земле. (Дождь. Жидкость)

Утром бусы засверкали, всю траву собой заткали,
А пошли искать мы днём – ищем, ищем – не найдём. (Роса. Испарение жидкости)

Занятие второе

Ход урока

Только кристаллические вещества имеют упорядоченное расположение частиц.

Частицы, из которых могут состоять вещества – это молекулы, атомы или ионы. Они располагаются в определённых точках пространства, образуя узлы. Если их соединить прямыми линиями, получается каркас – решётка. Так и возникает кристаллическая решётка вещества. Если в узлах решётки находятся молекулы – кристаллическая решётка называется молекулярной. Если в узлах располагаются атомы – кристаллическая решётка называется атомной. Ну, а если в узлах расположены ионы – образуется ионная кристаллическая решётка. Особое место занимает металлическая кристаллическая решётка. Значит можно выделить кристаллические решётки четырёх типов.

А что же происходит между частицами внутри кристаллической решётки каждого типа?

Какие физические свойства приобретают вещества, в зависимости от типа кристаллической решётки?

Это нам и предстоит выяснить!

И мы вновь отправляемся в недра вещества.

Наши наблюдения мы будем заносить в таблицу:

Тип кристаллической решётки	Молекулярная	Атомная	Ионная	Металлическая
Частицы в узлах решётки
Связи между узлами
Примеры веществ
Физические свойства

И вот перед нами молекулярная кристаллическая решётка. А что же внутри?

Молекулы – это семейные пары. В каждой паре супругов связывают прочные семейные узы, а вот отношения между парами носят поверхностный характер: они могут дружить семьями, испытывать к другой паре дружеские чувства, но довольно свободно могут обойтись и без других пар.

В узлах молекулярной кристаллической решётки - молекулы, атомы в них связаны прочными ковалентными связями. В то же время отдельные молекулы взаимосвязаны гораздо слабее, что делает молекулярный кристалл довольно непрочным.

Такие решётки имеют вещества жидкого или газообразного состояния. Например:

Кислород, вода, углекислый газ и др.

Такие вещества:

• Непрочны;
• Летучи;
• Хрупки;
• Хорошо растворимы;
• Легкоплавки;
• Электропроводны.

В узлах атомной кристаллической решётки располагаются атомы, словно гимнасты, связанные в прочную пространственную сеть. Единство всех гимнастов определяет единство всей конструкции. Целостность всей структуры поддерживается усилиями каждого из гимнастов. Зависимость людей друг от друга в этой ситуации больше, чем в других типах решёток. Взаимосвязь в пирамиде между гимнастами очень прочна: стоит одному гимнасту ослабить только одну связку, и вся структура может рухнуть.

В узлах атомной кристаллической решётки атомы связаны прочными ковалентными связями в протяжённую пространственную сеть. Вся структура отличается таким внутренним единством, что можно сказать, что весь кристалл представляет одну молекулу. Атомные кристаллы отличаются повышенной прочностью. Высокая взаимосвязанность узлов атомной кристаллической решётки сочетается с её хрупкостью.

Вещества атомного строения плавятся при более высоких температурах – т.е.

• Тугоплавкие;
• Нелетучие;
• Прочные;
• Нерастворимые;
• Но, хрупкие.

Это, например, такие вещества как – кремний, кварц, алмаз и др.

Прочным является и ионный кристалл, в узлах которого расположены разноимённо заряженные ионы, удерживаемые силами электростатического притяжения.

Представьте себе группу расположенных в шахматном порядке юношей и девушек. Пусть юноши – это катионы (ионы с зарядом +), а девушки – анионы (ионы с зарядом -).

Тогда каждый человек оказывается в зоне действия обаяния окружающих его представителей противоположного пола, к которым он или она в силу закона притяжения противоположностей испытывает интерес. Этот интерес одинаково выражен во всех направлениях, поскольку юноши холостые, а девушки незамужние.

Поэтому в ионном кристалле прочные связи электростатического притяжения между ионами по всему кристаллу.

И вещества с такой кристаллической решёткой обладают:

• Прочностью;
• Твёрдостью;
• Тугоплавкостью;
• Электропроводностью;
• Возможна растворимость.

Примерами веществ с ионной кристаллической решёткой вам хорошо знакомы – это соли (хлорид натрия – поваренная соль), щелочи - гидроксид натрия.

И вот перед нами металлы. Металлы в твёрдом состоянии очень удивительны!

Давайте заглянем на пасеку…

Там уже находится группа мужчин – катионов, а всё пространство между ними заполнено летающими пчёлами – это свободные электроны.

Деваться мужчинам некуда – повсюду пчёлы! Когда пчела садится на плечо к мужчине – катиону, он превращается в атом, когда улетает – он опять катион. Поэтому в узлах металлической кристаллической решётки периодически оказывается то катион, то атом, а летающие пчёлы – электроны создают общее связующее облако – электронный газ. Он объединяет все катион-атомы в единую очень прочную структуру с особыми физическими свойствами.

Металлические кристаллы

• Прочные;
• Обладают металлическим блеском;
• Высокая тепло- и электропроводность;
• Пластичность;
• Ковкость

Таким строением кристаллической решётки и свойствами обладают только металлы.

- Не правда ли, вещества очень интересны и снаружи и внутри?

- Скажите, подтверждаются ли в результате нашего исследования слова эпиграфа?

Другого ничего на свете нет
Ни здесь, ни там, в космических глубинах,
Всё от песчинок малых до планет
Из элементов состоит единых.

Давайте вспомним, какие кристаллические решётки образуют вещества.

(Ответы учащихся.)

В чём особенности молекулярной (атомной, ионной, металлической) кристаллической решётки?

(Ответы учащихся.)

Какие свойства приобретает вещество молекулярного (атомного, ионного, металлического) строения?

(Ответы учащихся.)

А теперь давайте поиграем.

Я буду загадывать вам загадки, а вы отгадайте, о каком агрегатном состоянии вещества идёт речь, и какая кристаллическая решётка у этого вещества.

1. И заступом и молотом пытался быть расколот он,
Но выстоял и выдержал, в бою нелёгком выжил он.
(Твёрдое вещество – кристалл. Атомная кристаллическая решётка).

2. Не конь, а бежит, не лес, а шумит.
(Жидкость, молекулярная кристаллическая решётка).

3. Из горы кусочек вынули, в деревянный ствол задвинули.
(графит – твёрдое вещество, атомная кристаллическая решётка).

4. Такое встретишь редко: он удушливый и едкий,
Но видом он пленяет глаз. И вещество зовётся ….
(Газ, молекулярная кристаллическая решётка).

5. Видишь мрамор? Это просто кальций кислотою превращенный в карбонат.
(соль, твёрдое вещество, ионная кристаллическая решётка).

6. Он блестел и так манил, но в горнило угодил,
И в безудержном огне, он размяк в кромешной мгле.
А когда от сна очнулся – самоваром обернулся.
(твёрдое вещество – металл, металлическая кристаллическая решётка).

7. По нему я без оглядки пробегаю по домам.
Вы включите свет, ребятки, он его доставил к вам.
(твёрдое вещество – металл, металлическая кристаллическая решётка).

8. Был металл щелочной, подружился он с газом.
Родилось вещество, столь приятное глазу.
А без него никогда, не будет вкусной еда.
(твёрдое вещество – соль, ионная кристаллическая решётка).

Молодцы! Вы очень хорошо потрудились. Однако каждый поработал по – разному. И сейчас каждый сам определит как.

Для этого, пожалуйста,:

1.Ответьте на вопросы:

• Вспомните цель урока.
• Достигли ли вы цели урока? В какой степени?

2. Оцените свою работу на уроке: «отлично», «хорошо», «плохо».

3. Выберите домашнее задание. Информацию по рассмотренной нами проблеме вы найдёте:

• В учебнике химии 8 класса, в § 22.
• В книге Майлена Константиновского «Почему вода мокрая» и книгах других авторов.
• Интернете на сайтах: « Химия для всех»; «Мир химии»; «Обучающая программа «1С: Репетитор. Химия»».

4. Выполнив задания:

• Составьте синквейны о переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. По желанию, изобразите этот процесс рисунком.
• Что такое кристаллическая решётка?
• Какие частицы могут располагаться в узлах решётки?
• Напишите мини – сочинение, в котором отражалось бы строение веществ и их свойства, строение кристаллических решёток (выполняется по желанию).

В восхитительном мире живём мы с тобой…
Здесь и ветер, и воды, и свод голубой,
Превосходные камни – гранит и агат
Под ногами лежат… Человек, ты богат!

Только что ни возьми, и куда не смотри
Удивительный мир ты откроешь внутри.
Где молекул и атомов сказочный рой
Создаёт всё, что нас окружает с тобой.

- Урок окончен. Спасибо за сотрудничество.