Урок Среда водных растворов электролитов
план-конспект урока по химии (9 класс) на тему

Среда водных растворов электролитов

урок химии в 8 классе

Цель: формирование исследовательской компетенции обучающихся при изучении среды водных растворов электролитов и методов ее качественного анализа.

Задачи:

1. сформировать представление обучающихся о типах среды водных растворов (кислая, нейтральна, щелочная);
2. рассмотреть понятие «индикаторы» и основные виды индикаторов (лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый);
3. изучить изменение окраски индикаторов в разных средах;
4. выявить в ходе химического эксперимента наиболее оптимальный индикатор для определения кислой и щелочной среды раствора;
5. проанализировать зависимость между средой раствора и значением водородного показателя;
6. сформировать навыки работы обучающихся с универсальным индикатором;
7. выявить зависимость окраски соков некоторых растений (в частности капусты краснокочанной) от среды раствора.

Аннотация

Форма: урок – исследование. Данная форма позволяет моделировать все этапы химического исследования при изучении конкретной темы.

На подготовительном этапе класс делится на 5 равноценных групп (по 4-5 воспитанников) для удобства проведения экспериментов.

На данном уроке гармонично сочетаются проблемный метод и химический эксперимент, служащий средством доказательства или опровержения выдвинутых гипотез.

Ведущая форма деятельности на уроке – самостоятельная работа обучающихся в парах или группах, выполняющих одинаковые или разные задания (по вариантам), направленные на получение более широкого круга информации всем классом.

Методические комментарии записаны курсивом.

Ответы на вопросы, размышления обучающихся указаны в скобках.

I этап - мотивационный

Вступительная беседа:

Добрый день!

Мир, окружающий нас, полон разнообразных по строению и свойствам веществ. Познание их позволит нам познать самих себя.

Самым оптимальным и емким способом познания является исследование. Сегодня я предлагаю нам представить себя не учениками и учителем, а сотрудниками серьезной лаборатории, маститыми учеными-исследователями химии.

Слайд 1

Для начала позвольте мне задать Вам вопрос, который был адресован мне одним из учеников: «Что общего между древним Карфагеном и современной Голландией?»

        Обсуждение вариантов ответа.

На самом деле общими являются экологические проблемы, характерные и для одного, и для другого государства.

Историческая справка:

В свое время Карфаген был очень мощным государством, которое отстаивало свое господство на Средиземноморье. В результате третьей Пунической войны полумиллионный город Карфаген был полностью уничтожен, а оставшиеся в живых жители проданы в рабство. Римляне скандировали: «Carthago delendam esse!» («Карфаген должен быть уничтожен!»).  

Слайд 2

Место, где располагался город, было засыпано солью.

Современную Голландию никто солью не засыпает, но это государство активно борется с мировыми экологическими проблемами, в том числе вызываемыми наводнения.

Проблемный вопрос:

Как вы думаете, в Подольске имеются экологические проблемы? Какие?

(Засорение почвы, загрязнение водоемов, атмосферы и т.д.)

Одна из важнейших проблем – проблема чистоты воды.

Проанализируйте качество питьевой воды из разных районов города, выполнив лабораторный опыт № 1. Тетради помогут Вам сегодня преодолеть все этапы исследования и останутся у Вас в качестве конспектов.

У Вас на столах в химических стаканчиках под номерами имеются образцы воды из разных районов нашего города.

Слайд с картой города

Проанализируйте их. Оцените их экологическое состояние.

        Работа в группах в течение 2 минут.

        На основе внешних признаков делается вывод о возможной чистоте или загрязнении образцов.

        Фронтальное подведение итогов.

Инструкции:

1. Определите прозрачность образца воды. Рассмотрите ее на свет. Вода может быть прозрачной, слабо мутной или мутной.
2. Определите цвет воды. Рассмотрите образец на фоне листа белой бумаги. Вода может быть бесцветной или с оттенками разного цвета.
3. Определите запах образца воды. Аккуратно направьте поток воздуха от химического стаканчика к себе.

Задание: Зафиксируйте в третьем столбике таблицы полученные данные. Сделайте вывод о чистоте образца воды.

Таблица 1

Результаты исследования образцов воды

Вопрос для размышления:

Какие показатели Вы анализировали, чтобы оценить чистоту воды?

(Внешние признаки: цвет, запах, наличие взвешенных частиц и т.д.)

Заполним 3-ий столбик Вашей таблицы на основе полученных данных исследовательских групп.

На доске располагается условная таблица – заготовка с номерами образцов и их месторасположением. По мере подведения итогов учитель заполняет таблицу.

Все эти методы анализа относятся к органолептическим.

Объясните название понятия. (Т.е. осуществляются с помощью органов чувств человека).

Вопрос для размышления:

Основываясь только на результатах органолептических методов, можно сделать вывод об экологической чистоте образцов воды?

(Нельзя. В воде могут содержаться частицы, которые мы не видим – внешне незаметные).

Мы подошли к проблеме: Как определить наличие невидимых частиц в растворе?

II этап - Решение проблемы

Цель нашего сегодняшнего исследования: изучить некоторые способы качественного анализа водных растворов (т.е. содержания в них разных частиц).

Полемика: Какими способами можно воспользоваться?

(Можно проводить химические реакции – качественные реакции, доказывающие наличие в растворе тех или иных частиц.)

А можно воспользоваться специальными веществами – индикаторами.

Вопрос для размышления:

Вы знакомы с индикаторами из курса биологии, физики и других учебных дисциплин. Как Вы думаете, какое значение в химии имеет термин «индикатор»?

Фиксация определения на слайде:

Индикатор – это вещество, изменяющее свой цвет в зависимости от среды раствора.

Вопрос для размышления:

Все ли Вам понятно в данном определении?

(Что такое «среда раствора»? Какая она бывает?)

Это тема нашего сегодняшнего урока, запишите ее на обложке рабочей тетради: «Среда водных растворов».

Выявить типы сред водных растворов Вам поможет великая наука – логика!... и знание классов неорганических соединений.

Предлагаю построить первую логическую цепочку, ответив на соответствующие вопросы задания № 1 (тетрадь стр. 4).

        Ответить на вопросы:

1. К какому классу относятся вещества с формулами: HCl, H2SO4, HNO3, H2S? (кислоты)
2. Какие катионы образуются в растворе при диссоциации данного класса соединений? (катионы водорода)

Записать на доске уравнение диссоциации азотной кислоты

HNO3 → H+ + NO3-

Подсказка: Название среды раствора в данном случае происходит от названия соответствующего класса соединений (кислая среда).

По мере ответов на вопросы обучающиеся  заполняют схему № 1 на стр. 5 рабочей тетради. Учитель – на слайде.

3. Постройте следующую логическую цепочку для соединений, выраженных формулами: NaOH, Ca(OH) 2, KOH, Ba(OH)2. (основания)

Уточните по классификации. (щелочи)

Записать на доске уравнение полной диссоциации гидроксида бария

Ba(OH)2 → Ba2+ + 2OH-

Подсказка: Вспомните классификацию оснований! Все ли основания в водном растворе распадаются на ионы? Название среды происходит от названия растворимых оснований. (щелочная)

4. К какому классу относятся следующие вещества: сульфат калия, хлорид бария, нитрат кальция? (соли).
5. При растворении в воде данных соединений образуются частицы, характеризующие кислотный или щелочной характер раствора? (не образуются)

Докажите, составив уравнение диссоциации сульфата калия. Мы – в лаборатории. Здесь все утверждения требуют доказательства.

Составить на доске уравнение диссоциации сульфата калия

K2SO4 → 2K+ + SO42-

Подсказка: Название среды происходит от отсутствия катионов водорода и анионов гидроксо-групп. (нейтральная)

_______________                                                          ________________

                                          ___________________

Схема 1. Классификация сред водных растворов

Проблемный вопрос:

Итак, мы выяснили, что существуют три типа среды водных растворов (кислая, нейтральная и щелочная).

Измерить уровень кислотности водной среды нам помогут индикаторы, о которых мы уже говорили вначале урока.

Индикаторы – это вещества, изменяющие свой цвет в зависимости от среды раствора.

Индикаторы бывают разные. Сегодня мы с Вами познакомимся с тремя основными: синий лакмус, метиловый оранжевый и фенолфталеин.

Каждый из них по-разному изменяет окраску в зависимости от среды раствора, поэтому наша с Вами задача – подобрать наиболее оптимальный индикатор для каждой среды раствора.

С этой целью выполните лабораторный опыт № 2. Инструкция находится на странице № 5 Ваших рабочих тетрадей. При проведении эксперимента не забывайте о правилах техники безопасности, они имеются у Вас в тетрадях на стр. 6!

        Работа выполняется в группах по вариантам. Время выполнения работы – 3 минуты.

Инструкции:

Группа А:

В три пробирки налейте по 2-3 мл раствора соляной кислоты. В каждую из них добавьте по 1 капле индикаторов (в пробирку № 1 – метиловый оранжевый, в пробирку № 2 - фенолфталеин, в пробирку № 3 – синий лакмус).

Пронаблюдайте за изменением окраски.

Зафиксируйте наблюдаемые изменения в таблице 1.

Задание: Отметьте название индикатора, который наиболее удобно использовать для определения кислой среды водного раствора!

Группа Б:

В три пробирки налейте по 2-3 мл раствора гидроксида натрия. В каждую из них добавьте по 1 капле индикаторов (в пробирку № 1 – метиловый оранжевый, в пробирку № 2 - фенолфталеин, в пробирку № 3 – синий лакмус).

Пронаблюдайте за изменением окраски.

Зафиксируйте наблюдаемые изменения в таблице 2.

Задание: Отметьте название индикатора, который наиболее удобно использовать для определения щелочной среды водного раствора!

Таблица 2

Обсуждение результатов эксперимента. Заполнение таблицы в тетради (обучающиеся) и на слайде (учителем).

Формулирование выводов:

Дополним таблицу результатами эксперимента исследовательских групп.

В кислой среде окраска метилового оранжевого становится красной, лакмуса – красной, фенолфталеин не изменяет своей окраски. Следовательно, наиболее оптимальный индикатор для определения кислой среды раствора – метиловый оранжевый.

В щелочной среде окраска метилового оранжевого становится желтой, лакмуса – синей, фенолфталеина – малиновой. Следовательно, наиболее оптимальный индикатор для определения щелочной среды - фенолфталеин.

Дополнительное исследование образцов растворов.

Вы вооружились новыми знаниями. Можете Вы теперь изучить среду раствора ваших образцов?

Попробуйте определить среду каждого образца, используя оптимальные индикаторы, только для этого отлейте из каждого химического стаканчика небольшое количество исследуемой воды в две чистые пробирки и добавьте в каждую соответствующий индикатор (фенолфталеин, метиловый оранжевый).

Наблюдаете ли Вы значительные изменения окраски индикаторов в растворах? (Нет).

Какие гипотезы Вы можете выдвинуть?

Обсуждение возможных версий объяснения явления.

1. Среда раствора не сильно кислая, или не сильно щелочная, поэтому индикаторы не могут уловить разницу.
2. Среда нейтральная, поэтому окраска индикаторов не изменяется.

Работа со слайдом.

Действительно, диапазон характеристики среды раствора очень широк: от сильнокислой до сильнощелочной.

Он выражается в единицах от 0 до 14, которые называются значением рН (пэ-аш) – водородным показателем.

Водородный показатель – величина, характеризующая содержание катионов водорода в растворе.

Заброс вперед:

Слайд

С научной точки зрения рН – это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода в растворе. Пока здесь для Вас очень много непонятных слов, но в 11 классе мы вернемся к изучению этой величины и будем рассматривать ее более подробно с позиции тех знаний, которые Вы к тому времени будете иметь.

На данный момент я только могу Вам привести следующий пример, который немного прольет свет на определение.

Слайд.

Если концентрация катионов водорода в растворе 10-6 моль/л, то значение рН равно 6.

Устный расчет:

По аналогии Вы мне, наверняка, рассчитаете, чему равно значение водородного показателя, если концентрация катионов водорода 10-8 моль/л; 10-7 моль/л?

Т.е. чем меньше катионов водорода в растворе, тем выше водородный показатель.

Задание в тетради:

Используя полученные сведения, выявите взаимосвязь меду значением рН и средой раствора. Выводы оформите в тетради на стр. 7.

Анализ и проверка сформулированный выводов на слайде.

Выводы:

При рН > 7 среда раствора щелочная

При рН = 7 среда раствора нейтральная

При рН < 7 среда раствора кислая

Для определения значения рН и более точного определения среды раствора существуют разные методы: кислотно-основное титрование, измерением электродвижущей силы (ЭДС), а можно с помощью универсальной индикаторной бумаги.

Для этого достаточно поместить бумагу в исследуемый раствор и сравнить получившуюся окраску с цветной шкалой. У вас цветная шкала имеется на странице 7 рабочих тетрадей.

Учитель проводит демонстрационный эксперимент с раствором кислоты.

Изучите более точно значение рН Ваших образцов воды, выполнив лабораторный опыт № 3. Инструкции – в тетради на стр. 7. Не забудьте занести полученные данные в таблицу 1 на стр. 3.

Работа выполняется в группах в течение 1 минуты.

Инструкция:

В образец воды в химическом стаканчике опустите универсальную индикаторную бумагу.

Сравните полученную на ней окраску с цветной шкалой рН.

Вопрос для размышления: Какова среда раствора выданного Вам образца?

Обсуждение результатов работы групп. Учитель заносит полученные данные в таблицу-заготовку на доске.

Обязательно стоит уточнить тип среды по силе (слабо-, сильно-).

Проблемный вопрос:

Ну а теперь Вы можете сделать вывод об экологическом состоянии Выданных Вам образцов воды?

(Нет. Потому что мы не знаем экологических норм, не знаем, с чем сравнить наши образцы).

Сравнить уровень кислотности выданных образцов Вы можете с условной шкалой значений рН некоторых растворов.

На слайде составляется шкала значений рН (схема 2).

Схема 2. Числовая шкала значений рН для некоторых растворов

Проблемные вопросы:

1. Как Вы думаете, какие жидкости не рекомендуется употреблять людям с язвенной болезнью желудка? Почему?

(Все слабо- и сильно кислые растворы (кофе, лимонный, яблочный, томатный сок, Кока-кола) могут вызвать обострение язвенной болезни из-за излишний кислотности).

2. Что общего, на Ваш взгляд, между нашатырным спиртом, который хозяйки добавляют в воду для мытья стекол, и мылом, которым мы с Вами моем руки?

(И раствор мыла, и нашатырный спирт имеют щелочную среду, которая способствует удалению грязи).

Проблемный вопрос:

Иногда нам бывает необходимо определить среду раствора в домашних условиях. А под руками нет универсальной индикаторной бумаги. Что делать?

Информация:

Оказывается, некоторые овощи и фрукты обладают индикаторной способностью. Они содержат в себе рН-чувствительный пигмент (антоцианин).

Слайд

Это плоды темно-синего, фиолетового цвета: свекла, ежевика, черная смородина, вишня, темный виноград и, в том числе краснокочанная капуста.

Я предоставляю слово членам химической секции научного общества учащихся «Совенок», которые продемонстрирую Вам свои наблюдения.

Выступление воспитанников НОУ.

Для анализа мы приготовили вытяжку из сока краснокочанной капусты, смешав мелко-нарезанную массу с небольшим количеством спиртового раствора.

В пять пробирок мы налили равное количество полученного сока.

Зная, каким значением рН обладает ряд растворов, мы добавим в каждую пробирку несколько капель соответствующего раствора:

В пробирку № 1 – раствор лимонного сока;

В пробирку № 2 – раствор уксусной кислоты (это слабая кислота);

В пробирку № 3 – раствор мыла;

В пробирку № 4 – нашатырный спирт, приобретенный нами в аптеке

Пробирку № 5 мы оставляем без изменения для контроля.

В ходе эксперимента видно, что при смешивании сока краснокочанной капусты с различными растворами, он меняет окраску в зависимости от среды с красного (в сильных кислотах) до синего и зеленого (в зависимости от силы щелочи).

Информация:

В домашних условиях Вы можете изготовить индикаторные бумажки. Необходимые рекомендации находятся у вас в тетрадях на стр. 8.

Инструкция:

Возьмите сок краснокочанной капусты и пропитайте им листки фильтровальной бумаги.

Листкам надо дать высохнуть.

После этого разрежьте фильтровальную бумагу на тонкие полоски.

Индикаторные бумажки готовы!

Успешных Вам экспериментов!

Заключительный этап исследования:

Мы с Вами подходим к концу нашего исследования. Ранее Вы сказали, что для того, чтобы сделать вывод о соответствии норме кислотности образцов воды мы должны владеть полезной информацией о санитарно-гигиенических нормах, действующих в мире и в нашей стране.

Подробно они описаны на странице 9 Ваших рабочих тетрадей. Изучите данную информацию и выделите для себя наиболее значимые показатели.

Полезная информация:

В соответствии с Гигиеническими требованиями к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения (СанПиН 2.1.4.559-96) питьевая вода должна быть безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства.

Водородный показатель для питьевой воды должен соответствовать норме 6-9 единиц, для водоемов 6,5 – 8,5.

Исследователи установили, что особенно губительным для водных обитателей является кислая среда, нежели щелочная. У водных растений повышение кислотности воды, в первую очередь, сказывается на нарушении кальциевого обмена и образовании оболочек клеток, их делении, а также на протекании реакции фотосинтеза.

Для водных объектов и питьевой воды содержание нитратов не должно превышать 45 мг/л, фосфатов – 3,5 мг/л. Нитрат- и фосфат – ионы способствуют зарастанию водоемов растительностью, вызывая разрастание планктона. Тот, в свою очередь, отмирает и поглощает большое количество кислорода, лишая воду способности к самоочищению.

Нитраты могут оказать токсическое действие на людей и водных обитателей.

Содержание хлоридов в воде не должно быть выше 300 мг/л. Этот параметр  влияет на водообмен водных растений.

По содержанию сульфатов судят о минеральном составе воды: их повышенное содержание свидетельствует о попадании в водоемы промышленных сточных вод. Оно не должно превышать 500 мг/л. Превышение сульфатов вызывает расстройство желудка.

Повышенное содержание железа в воде вызывает отложение железа в печени и по вредности значительно обгоняет алкоголизм. Предельно-допустимая концентрация в воде железа составляет 0,3 мг/л.

Учитель обращает внимание на то, что норма для питьевой воды 6-9 единиц рН.

Сделайте вывод об экологической чистоте образцов воды.

Обучающиеся обсуждают результаты своего исследования.

III. Рефлексия

Вопросы для обсуждения:

1. В каких районах города вода не соответствует норме значения рН?
2. В каких районах города вода имеет кислую среду?
3. Как изменяют окраску индикаторы в подобной среде?

(метиловый оранжевый – красный; лакмус – красный; фенолфталеин - бесцветный)

4. Какие из веществ, формулы которых представлены на слайде, будут аналогично менять окраску индикаторов?

Работа со слайдом

HCl, LiOH, NaNO3, H2SO4, KOH, BaCl2, HNO3, Ca(OH)2, K2SO4 . 

5. В каких районах среда воды щелочная?
6. Как изменяют окраску индикаторы в подобной среде?

(метиловый оранжевый – желтый; лакмус – синий; фенолфталеин - малиновый)

7. Какие из веществ, формулы которых Вы уже видели на слайде, будут аналогично изменять окраску индикатора?

Работа со слайдом

(LiOH, KOH, Ca(OH)2)

8. Концентрация катионов водорода в растворе гидроксида натрия 10-14 моль/л. Как Вы думаете, какое основание сильнее: гидроксид натрия или гидроксид аммония (нашатырный спирт)?

(гидроксид натрия)

9. Исходя из общих результатов исследования, в каких районах города наиболее чистая вода?

Ключевой вопрос:

Как Вы полагаете, полученных на данный момент сведений о качестве образцов воды достаточно, чтобы сделать окончательный вывод о ее экологической пригодности и чистоте?

(Не достаточно. Нужно провести полный качественный анализ на содержание в ней разных частиц – ионов).

А хотите научиться проводить полный химический анализ воды?

Учите химию!

Результаты работы на уроке

Коль мы с Вами сегодня были учеными – исследователями, то я, как руководитель нашей лаборатории, выдаю Вам удостоверения.

Это удостоверение исследователей среды водных растворов. В нем заполнены все графы, кроме фамилии и имени.

Если Вы поняли, что такое среда водных растворов, и каким образом можно провести ее качественный анализ, впишите свою фамилию и имя в удостоверение.

АМО «Среда внутригруппового взаимодействия»

Но сегодня Вы выполняли работу не индивидуально, а в группах. У Вас на столах находятся капельки воды желтого, голубого и оранжевого цвета.

Если Вы ощущали себя полноценным членом творческой группы, поместите в нашу импровизированную колбу капли желтого цвета, если Вы чувствовали себя лидером без поддержки – красного, если Вы были «слабым звеном» в цепи исследования, то капли голубого цвета.

СРЕДА ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

1

1

желудочный сок (1.0-2.0)

1

2

1

1

1

1

1

1

1

1

1

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

слюна

(6.4-6.9)

кровь (7.4)

моча

(6.0)

отбеливатель (12.5)

1

лимонный сок (2.0)

Кока-кола

(3.0)

кофе (5.0)

шампунь

(5.5)

молоко (6.8)

морская вода (8.0)

мыло для рук

(9.0-10.0)

нашатырный спирт

(11.5)

томатный сок (4.0)

дистиллированная вода (7.0)