Методическая разработка урока химии в 11 классе в контексте подготовки к ЕГЭ по теме «ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ»
методическая разработка по химии (11 класс) на тему

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Верхнедонская гимназия

Методическая разработка

урока химии в 11 классе

в контексте подготовки к ЕГЭ

по теме

«ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ»

Выполнила:

учитель химии и биологии

высшей категории

Борисова Любовь Викторовна

2015 год

Цель: актуализировать, систематизировать и углубить знания учащихся об окислительно–восстановительных реакциях; усвоение учащимися стандартного минимума знаний по теме.

Задачи:

Образовательные задачи:

- повторить основные понятия об окислении и восстановлении, степени окисления, окислителях и восстановителях, рассмотреть сущность окислительно-восстановительных реакций;

- совершенствовать умение учащихся выражать сущность окислительно–восстановительных реакций методом электронного баланса, закрепляя понятия процессов окисления, восстановления;

- дать представление о составлении ОВР электронно-ионным методом;

- рассмотреть классификацию окислительно–восстановительных реакций. Научить старшеклассников определять признаки, положенные в основу классификации  окислительно–восстановительных реакций, и различать реакции межмолекулярные, внутримолекулярные, дисмутации;

- совершенствовать практические навыки при выполнении лабораторных  опытов;

- познакомить учащихся с заданиями ЕГЭ, проверяющие данные элементы содержания.

Развивающие задачи:

- способствовать формированию и  развитию познавательного интереса учащихся к предмету;
- формирование умений анализировать, сопоставлять, и обобщать знания по теме.
Воспитательные задачи: 

- воспитание осознанной потребности в знаниях;
- развитие любознательности;

- воспитание активности и самостоятельности при изучении данной темы, умения слушать своих одноклассников.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование и реактивы: растворы KMnO4, H2SO4, Na2SO3, КOH(конц). Пробирки лабораторные, спиртовка, пробиркодержатель, лучинка. ПСХЭ Д.И.Менделеева, персональный компьютер, медиапроектор.

План урока.

1. Организационный момент
2. Актуализация знаний
3. Повторение и обобщение изученного ранее материала. Объяснение новой темы.
4. Закрепление.
5. Домашнее задание.

Форма организации работы с учащимися: фронтальная, индивидуальная

Методы обучения: частично - поисковый

1. Общий метод (частично – поисковый).
2. Частный метод (словесно – наглядно – практический).
3. Конкретный метод (объяснение с элементами беседы).

Ход урока

1. Организационный момент (cообщение темы, постановка цели и задач урока)
2. Актуализация знаний (учитель показывает значение окислительно-восстановительных реакций).

Окислительно-восстановительные реакции чрезвычайно распространены. Они играют огромную роль в процессах обмена веществ в живых организмах. С ними связано дыхание, гниение, брожение, фотосинтез. Окислительно-восстановительные реакции обеспечивают круговорот веществ в природе. Их можно наблюдать при сгорании топлива, коррозии и выплавке металлов. С их помощью получают щелочи, кислоты, соли, оксиды и многие другие важнейшие соединения, необходимые человечеству. Окислительно-восстановительные реакции лежат в основе преобразования энергии взаимодействующих химических веществ в электрическую энергию в аккумуляторах, гальванических элементах.

Таким образом, тема урока «Окислительно-восстановительные реакции» интересна своей практической направленностью. И является важным компонентом знаний выпускников средних школ, проверяемых заданиями теста ЕГЭ. Предлагаю построить наш урок в контексте подготовки к ЕГЭ.

3. Повторение и обобщение изученного ранее материала

Учитель проецирует на экран демонстрационный вариант ЕГЭ по химии 2015 года. И организует беседу, направленную на актуализацию важнейших опорных знаний о степени окисления, понятий теории ОВР.

- Что такое степень окисления?

 Степень окисления – это условный заряд атома химического элемента в соединении, вычисленный исходя из предположения, что оно состоит только из ионов. (Степень окисления может быть положительной, отрицательной или равняться нулю, что зависит от природы соответствующих соединений.)

- Вспомните алгоритм определения степени окисления химического элемента в неорганических соединениях.

(на примере выполнение задания А4 учащиеся вспоминают правила определения степени окисления элемента в неорганических соединениях)

Затем для закрепления умения определять степень окисления элементов по формулам соединений, учитель организует  самостоятельную работу.

Самостоятельная работа  (фронтальная письменная работа, 1 ученик выполняет задание у доски)

Задание 1. Определите степени окисления элементов в заданных формулах бинарных соединений. Назовите вещества, формулы которых: SiF4, P2O3, As2O5,  CaH2, Li3N, OsF8, SiCl4, H3P, SCl4, PCl3, H4C, H3As, SF6, SnBr4, AlN, Sb2O5, K2O4.

Задание 2

Определите степени окисления элементов в соединениях, формулы которых: NH4Cl, KCrO2, Fe(OH)2, BaHPO4, AlOHCl2, K2MnO4, HClO3, NaAsO2, NH4HSO3, K2CrO4, NH4ClO4.

Учитель напоминает, что в сложном ионе алгебраическая сумма степеней окисления атомов равна заряду иона, и предлагает учащимся выполнить следующее задание.

Задание 3.

Определите степень окисления элементов в ионах: Cr2O, SO, P2O, NH, ClO, BrO, CrO, AsO, BrO.

- Определите понятие «окислитель».

Окислитель – частица, принимающая электроны.

- Определите понятие «восстановитель».

Восстановитель – частица, отдающая электроны.

- Что называется процессом восстановления? Как изменяется степень окисления элемента при восстановлении?

Восстановление – процесс принятия электронов, при этом степень окисления элемента понижается.

- Что называется процессом окисления? Как изменяется степень окисления элемента при окислении?

Окисление - процесс отдачи электронов, при этом степень окисления элемента повышается.

Задание 4 .

(Учащиеся выполняют задание по вариантам, после выполнения – самопроверка с ответами, показанными учителем на экране).

Какие из перечисленных ниже процессов представляют собой: окисление (О), какие – восстановление (В)? Определите число отданных или принятых электронов.

                Вариант I                Вариант II                Вариант III                Вариант IV

1. Cl2Cl-1                1. Se0→Se-2                1. 2H+1→H                1. Fe0→ Fe+3
2. S-2 → S0                2. Cu+2 → Cu0                2. Fe0→ Fe+2                2. N+5 → N+3
3. Cs0 → Cs+1                3. Cr0  → Cr+3                3. Fe+2→ Fe+3                3. N+3 → N+5
4. Sn+2 → Sn+4                4. H→ 2H+1                4. S+4 → S0                4. Cu+2 → Cu0        
5. Fe+3→ Fe+2                5. 2O-2 → O                5. S+4 → S+6                5. Sn+4 → Sn+2
6. Ni0  → Ni+2                6. Cr+6  → Cr+3        6. S0 → S+4                6. H→ 2H+1        

    Ответы:

                    Вариант I                Вариант II                Вариант III                Вариант IV

                    О: 2,3,4,6                О: 3,4,5                О: 2,3,5,6                О: 1,3,6

                    В: 1,5                        В: 1,2,6                В: 1,4                        В: 2,4,6

В результате выполнения этой работы учитель предлагает учащимся сформулировать

Правила определения функции соединения в ОВР (записывают в тетрадь).

1. Если элемент проявляет в соединении высшую степень окисления, то это соединение может быть окислителем.
2. Если элемент проявляет в соединении низшую степень окисления, то это соединение может быть восстановителем.
3. Если элемент проявляет в соединении промежуточную степень окисления, то это соединение может быть как восстановителем, так и окислителем.

Задание 5.

Предскажите функции веществ в окислительно-восстановительных реакциях: H2SO4, SO2, S, H2S.

Ответ.

H2O4 – окислитель, так как элемент сера проявляет в данном соединении высшую степень окисления (+6).

H2 - восстановитель, так как элемент сера проявляет в данном соединении низшую степень окисления (-2).

O2, - окислитель и восстановитель, так как элемент сера проявляет в данном соединении промежуточную степень окисления

Углубление и расширение знаний.

Учитель знакомит учащихся с некоторыми важнейшими восстановителями и окислителями, предлагает провести лабораторный опыт, предварительно вспомнив правила техники безопасности).

Важнейшие восстановители: HCl; HBr; NH3; H2S; MnSO4;  из простых веществ – С, Н2, металлы.

Важнейшие окислители: H2SO4; HNO3; KMnO4; K2MnO4;  HClO4; K2Cr2O7; K2CrO4 и др.; некоторые простые вещества O2; F2; Cl2; Br2; S

Лабораторный опыт (инструкция для учащихся)

Опыт 1. Налейте в пробирку немного раствора KMnO4, добавьте к нему концентрированный раствор щелочи, затем раствор сульфита натрия и взболтайте. Что наблюдаете? Обратите внимание на изменение цвета раствора. Составьте схему проведенной реакции.

KMnO4 + KOH + Na2SO3 → K2MnO4 + Na2SO4 + H2O

Учитель:

- Как уравнять данную реакцию? Как называются реакции, в которых степень окисления элементов изменяется?

- Окислительно-восстановительные реакции.

(Учитель демонстрирует на экран задание С1 и предлагает учащимся сравнить его со схемой  составленной ими реакции)

Учитель: 

- в отличие от заданий базового и повышенного уровня (частей А и В), выполнение которых основано на умении определять степени окисления элементов и знании ОВР, в заданиях высокого уровня (задание С1) предлагается составить достаточно сложное уравнение ОВР методом электронного баланса.

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса

Учитель: 

- Метод основан на сравнении степеней окисления атомов в исходных веществах и продуктах реакции и на балансировании числа электронов, смещенных от восстановителя к окислителю. Применяется метод для составления уравнений реакций, протекающих в любых фазах. В этом универсальность и удобство метода.

        Учитель предлагает учащимся рассмотреть алгоритм составления уравнений ОВР методом электронного баланса (приложение 1).

Учащиеся уравнивают схему реакции

2KO4 + 2KOH + Na2O3 → 2K2O4 + Na2O4 + H2O

        Mn+7 + 1→ Mn+6        2 вос-ся, ок-тель

                                2

         S+4  - 2  → S+6        1 ок-ся, вос-тель

и выполняют следующий лабораторный опыт.

Лабораторный опыт (инструкция для учащихся)

Опыт 2. К 1-2 мл раствора KMnO4 добавьте воду и затем раствор сульфита натрия. Что наблюдаете? Как изменился цвет раствора? Составьте уравнение реакции методом электронного баланса.

2KO4 + H2О + 3Na2O3 → 2O2↓ + 3Na2O4 + 2КОH

        Mn+7 + 3→ Mn+4         2 вос-ся, ок-тель

                                 6

         S+4  - 2  → S+6           3 ок-ся, вос-тель

Опыт 3. К 1-2 мл раствора KMnO4 добавьте несколько капель серной кислоты, затем осторожно взбалтывая раствор сульфита натрия. Что наблюдаете? Обратите внимание на изменение цвета раствора. Составьте уравнение реакции методом электронного баланса.

2KO4 + 3H2SO4 + 5Na2O3 → 2SO4 + 5Na2O4 + К2SO4 + 3H2O

        Mn+7 + 5→ Mn+2        2 вос-ся, ок-тель

                                 10

         S+4  - 2  → S+6           5 ок-ся, вос-тель

Учитель: 

- Итак, при составлении уравнений реакций, мы использовали метод электронного баланса. Несмотря на его универсальность, он имеет недостатки. Так,  при выражении сущности реакций, протекающих в растворах, не отражается существование реальных частиц. Поэтому,  в случае очень сложных ОВР, когда участвуют в качестве окислителя и восстановителя не просто атомы или ионы, а частицы с определенным зарядом, используют электронно–ионный метод составления ОВР. Учащимся, которые при поступлении в вуз будут сдавать экзамен по химии, этот метод следует знать. При составлении ОВР таким методом обязательно знание среды ОВР (кислая, щелочная, нейтральная).

        Электронно–ионный метод дает возможность в конечном итоге выйти практически сразу на все коэффициенты уравнения. Почему электронно–ионный? Так как большинство ОВР происходят в растворах, среда может быть щелочной, нейтральной, то все вещества в растворах находятся в виде катионов и анионов, т.к. прошла их диссоциация. В схеме баланса записываются не отдельные элементы, а катионы и анионы, в состав которых они входят. Вещества, которые не диссоциируют, записываются молекулярной формулой. Обязательно учитываются количество кислородных атомов в этих частицах и самое главное – среда. Если время урока позволяет, то учащимся можно показать этот метод на определенной ОВР.

Na2O3 + KO4 + H2SO4 → SO4 + Na2O4 + К2SO4 + H2O

        вос-тель     ок-тель     среда      

Общий ионный вид:

        частица     частица     кислая

             с недостат-  с избыт-     среда

        ком «О»    ком «О»  

                 2

(-1+8 = +7)                           +2

                                            10        

                 5

(-2+0 = -2)               (-2+2 = 0)

________________________________________________________________

                6Н+                                             3Н2О

Полученные коэффициенты переносим в уравнение:

5Na2O3 + 2KO4 + 3H2SO4 → 2SO4 + 5Na2O4 + К2SO4 + 3H2O

- Также для уверенного составления уравнений ОВР необходимо знать их классификацию. Различают три типа окислительно-восстановительных реакций.

Классификация окислительно-восстановительных реакций

Окислительно-восстановительные реакции

межмолекулярные                 внутримолекулярные                 реакции

          реакции                        реакции                        диспропорционирования

Межмолекулярные ОВР – это такие реакции, в которых обмен электронами происходит между различными атомами, молекулами, ионами (окислитель и восстановитель находятся в разных молекулах, частицах).

C0 + O = C+4O                                        Cl + 2KBr- = Br+ 2KCl-

C0 – восстановитель; O - окислитель                 Cl- окислитель; Br-– восстановитель

Внутримолекулярные ОВР – реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в одном и том же веществе (молекуле, частице).

 = O↑ +                                 

N+5- окислитель; O-2 – восстановитель                Hg+2- окислитель; O-2 – восстановитель

Реакции диспропорционирования – реакции, где молекулы или ионы одного и того же вещества реагируют друг с другом как восстановитель и окислитель, вследствие того что содержащиеся в них атомы с переменными (промежуточными) степенями окисления отдаю и принимают электроны переходя в состояния – один с низшей с.о., другой с высшей с.о.

        Легкость реакции диспропорционирования связана с близостью внешнего энергетического уровня в состоянии атома.

3K2O3 + 3K2O3 = 3K2O4 + K2                

- окислитель; – восстановитель                - окислитель; - восстановитель

Закрепление изученного материала.

Учащиеся предлагается выполнить задания, подобранные из контрольно-измерительных материалов ЕГЭ, открытого банка заданий ЕГЭ и аналитического отчета о результатах ЕГЭ 2014.

Если есть доступ к сети Интернет, то можно воспользоваться материалом открытого банка заданий с сайта ФИПИ http://www.fipi.ru/ он-лайн.

1. Только окислительные свойства способен проявлять

   1)         кислород

   2)         фтор

   3)         хлор

   4)         азот

2. Сера проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства при взаимодействии с

  1)         водородом и железом

  2)         углеродом и цинком

  3)         хлором и фтором

  4)         натрием и кислородом

3. Сера является окислителем в реакции с

  1)         кислородом

  2)         металлами

  3)         хлором и фтором

  4)         азотной кислотой

4. Только восстановительные свойства проявляет

  1)         фосфор

  2)         бром

  3)         цинк

  4)         сера

5. В окислительно-восстановительной реакции Cu+HNO3(разб)→Cu(NO3)2+NO+H2O коэффициент перед окислителем

  1) 8         2) 10           3) 6           4) 4

6. Окислительно-восстановительной не является реакция

  1)         2Na + Cl2 = 2NaCl

  2)      2NaCl        +  H2SO4 = Na2SO4

  3)         Zn + 2HCl = ZnCl2 + Н2

  4)         Н2C = O + 2Ag2O = 4Ag + CO2 + H2O

7. Азот является восстановителем в реакции

  1)         N2 + O2 

  2)         N2 + H2 

  3)         N2 + Mg  

  4)         N2 + C

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции

KNO2 + … + H2SO4 → I2 + NO + … + …

Определите окислитель и восстановитель.

На конкретных примерах найдите ошибки, допущенные учащимися при выполнении данного задания.

(допущены ошибки при указании окислителя и восстановителя)

В данном случае выпускник в качестве вещества восстановителя указал HI вместо KI. Хотя KI тоже обладает восстановительными свойствами и поэтому можно считать, что ответ не противоречит химической сущности условия задания. Однако, в ответе присутствует ошибка в определении окислителя и восстановителя.

Домашнее задание. § 19; упр. 1-3, с. 161

1. В домашних условиях при попадании ртути в труднодоступные места предлагают использовать раствор перманганата калия в кислой среде (аптечный пузырек «марганцовки» (2г) растворить в 1 л воды и добавить 0,5 столовой ложки уксуса). Составить уравнение связывания ртути методом электронного баланса (вместо уксусной кислоты взять соляную).

Hg + KMnO4+ HCl → HgCl2+ KCl + MnO2 + H2O

2. Составить ОВР методом электронного баланса; для учащихся, выбравших ЕГЭ по химии - двумя методами:

KMnO4 + H2SO4 + Na2S → MnSO4 + Na2SO4 + К2SO4 + H2O+ S

Ответ:

а) электронный баланс:

        Mn+7 + 5→ Mn+2        2 вос-ся, ок-тель

                                 10

         S-2  - 2  → S0              5 ок-ся, вос-тель

       2KMnO4 + 8H2SO4 + 5Na2S → 2MnSO4 + 5Na2SO4 + К2SO4 + 8H2O+ 5S

б)  электронно–ионный метод:

        S-2  +Mn+2H+ = S0 + Mn+2 + H2O

                 5

                                        10        это коэффициенты в уравнении

                                         2

        ______________________________________

        2MnO+ 16H+ + 5S2- →2Mn2+ + 8H2O + 5S0

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Приложение 1.

Алгоритм составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Анализ проведенного урока.

        В результате проведения данного урока удалось достичь поставленной цели. Урок построен на основе разбора заданий ЕГЭ по теме «Окислительно-восстановительные реакции». Во время занятия учащиеся повторили основные понятия об окислении и восстановлении, степени окисления, окислителях и восстановителях, совершенствовали умение составлять ОВР методом электронного баланса, познакомились с методом полуреакций, классификацией ОВР.

Урок получился  достаточно насыщенным и объемным, как теоретическим материалом, так и практическим, с использование химического эксперимента. Считаю рациональным проведение сдвоенных уроков. Первый: урок – лекция, второй: урок – упражнение.

Закрепление также было построено на примере заданий ЕГЭ, подобранных из контрольно-измерительных материалов ЕГЭ 2014 года и предыдущих лет, открытого банка заданий ЕГЭ. Причем, приведены примеры ошибочных ответов выпускников в задании С1, взятые из аналитического отчета о результатах ЕГЭ 2014. Учащимся необходимо было найти эти ошибки и исправить.

Практически со всеми заданиями базового и повышенного уровня учащиеся справились успешно. Затруднения вызвали задания С1 с пропусками веществ. Считаю, что для отработки навыка составления уравнений ОВР с участием неорганических веществ, особенно электронно-ионным методом  недостаточно 1-2 уроков. Поэтому задания подобного рода (высокого уровня) мы отрабатываем на факультативных занятиях дополнительно.