Конспект урока "«Валентные возможности атомов химических элементов»"
план-конспект урока по химии (11 класс) по теме

ТЕМА УРОКА

«ВАЛЕНТНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ АТОМОВ

ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ»

Цели урока:

• Расширить знания учащихся о валентности, показать ограниченность сферы применения данного понятия, зависимость значения валентности от подхода к ее оценке, взаимосвязь между такими понятиями, как состав вещества, его строение и свойства.
• Продолжить развитие у учащихся навыков самостоятельной работы через технологию критического мышления, умений анализировать, обобщать, делать выводы.
• Создать условия для воспитания в учениках средствами урока уверенности в своих силах, формирования коммуникативной компетентности.

Класс – 11

Тип урока:   Урок освоения новых знаний

Технологии, используемые при построении урока:  Технология критического мышления

Организационный момент

1. ВСТУПЛЕНИЕ

В методологии (учении о методах научного исследования) основные научные понятия делятся на «открытые» и «закрытые». Понятие «закрытые» не меняют содержания и смысла по мере развития науки. К типу «закрытых» относятся основные понятия математики (например: «число», «предел», «производная», «интеграл»), а также наиболее фундаментальные понятия физики. В отличие от основных понятий физики и математики понятия химии, биологии и других дисциплин естествознания относятся к типу «открытых». «Открытые» понятия возникают на основе обобщения совокупности экспериментально получаемых знаний. Они обладают общим свойством изменяться по мере развития самой науки. «Открытый характер понятий химии требует отслеживания их эволюции. Будучи фундаментальным понятием, валентность буквально пронизывает всю химию, является ее «стержнем», является «структурным» понятием. Что же такое валентность? Чтобы найти на эти вопросы ответы, рассмотрим, как с развитием химии менялось само это понятие.

Проговаривается цель урока (происходит согласование цели урока с учащимися).

2. Доклады учащихся

(закон эквивалентов, взгляды А. Уильямсона и У. Одлинга, Э. Франкланда, Ш. Жерара, А Кекуле, А. Вернер).

Стадия вызова

• Во время доклада, у доски готовятся учащиеся.

КАРТОЧКА № 1. Пользуясь Периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева, составьте схемы расположения электронов по орбиталям и энергетическим уровням в атомах элементов: азота, бора, серы.

КАРТОЧКА  № 2. Определите валентность химических элементов в следующих соединениях: Р2О5, СН4, SO2, Н2О, Н2О, О2, СН4, С2Н2 , О2

• После докладов проверяем ответ по карточке № 2. Если есть замечания, записываем предложенные версии ответов. Если на доске остаются ошибки, в данный момент их не исправляем.

3. «А что такое валентность для Вас?» (заслушиваем определения с мест- Д/з).

• Раздаются карточки с верными и неверными утверждениями. Если ученик согласен с утверждением – рядом ставит «+», а если не согласен, то«-». Сначала каждый работает индивидуально, а затем в группах вырабатывается общее решение.

Стадия осмысления

• Далее каждая группа читает предложенные тексты (используется прием критического мышления «ЗИГЗАГ»)
• Итогом работы является заполненная таблица (Приложение № 6)
• Группа выбирает эксперта и представляет свой отчет.  Таблица заполняется на компьютере и воспроизводится при выступлении.
• Во время заполнения таблицы используем ответ по карточке №1 и исправляем ошибки в ответе по карточке 2 (если ошибки были).

4. Задание классу. Определите валентности кислорода (стехиометрическую, связевую, координационное число) в следующих соединениях: Н2О, Н2О2, О2

        О                         Н—О—Н             О

Н           Н                                                            

                                                     О                   О          

5. На конкретных примерах мы убеждаемся в необходимости строгого и внимательного отношения  к оценке валентности. Давайте попытаемся сделать основные выводы (работает класс, учитель только фиксирует ответы).

ВЫВОДЫ:

1. Понятие валентности является «Открытым» понятием.
2. Понятие «валентность» расщепляется на несколько, по существу, самостоятельных понятий, каждое с ограниченной областью применения:

• по элементному составу вещества, по весовым соотношениям;
• по геометрии взаимного расположения атомов;
• по электронному строению вещества, системе химических связей.

ВАЛЕНТНОСТЬ представлена  в трех лицах, но за основу берется одно  -  «число взаимодействий».

Стадия рефлексии

6. Следующий шаг. Необходимо вернуться к утверждениям и поставить «+» и «-» еще раз. Далее проверяем результаты. Во время проверки можно остановиться и разобрать несколько примеров.
7. А как же быть, если возникают трудности с определением валентности? Какое понятие еще используется при изучении строения и свойств вещества? (степень окисления). Чтобы ответить на этот вопрос, посмотрим один эксперимент.

                      ОПЫТ № 1 Разложение перекиси водорода в присутствии катализатора, оксида марганца (IV).

                     ОПЫТ № 2  К раствору перманганата калия добавить сульфит натрия, а затем серную кислоту  (происходит изменение цвета). На доске записаны уравнения данных реакций.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ.

• Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций.
• Определите для следующих соединений валентность (стехиометрическую, координационное число, связевую) FeS , CaC2,  N2O.
• Могут ли быть следующие валентности у элементов: Li -III , О – IV , Ne – II ?
• Индивидуальное творческое задание. Найти материал по теме: «Валентность в лингвистике»

И закончить урок хочется словами Блеза Паскаля, французского математика и физика, философа и писателя:

«ДОВОДЫ, ДО КОТОРЫХ ЧЕЛОВЕК ДОДУМЫВАЕТСЯ САМ,

 ОБЫЧНО УБЕЖДАЮТ ЕГО БОЛЬШЕ, НЕЖЕЛЕ ТЕ,

 КОТОРЫЕ ПРИШЛИ В ГОЛОВУ ДРУГИМ»

ПРИЛОЖЕНИЕ № 1 (Верите ли, Вы?)

1. Валентность – это способность атомов присоединять определенное число других атомов.

2. Валентность простого вещества всегда равна  0 .

3. Валентность углерода в алмазе равна IV  , в графите равна V.

4. Высшая валентность всегда совпадает с номером группы.

5. Валентность может быть выражена дробными числами.

6. Любые закономерности имеют ограниченную сферу применения.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 2

1. Валентность – от латинского valentia – «сила».

2. Валентность – это способность атомов присоединять или замещать определенное число других атомов или атомных групп с образованием химической связи.

3. Валентность – это способность атомов к образованию химических связей.

4. Валентность – это способность атомов присоединять определенное число других атомов.

5. Валентность есть число, показывающее, со сколькими атомами водорода (или другого одновалентного элемента) может соединиться данный атом или сколько таких атомов он может заместить.

6. Валентность – это число электронов, используемых атомом при образовании химической связи.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 3

ТЕКСТ № 3

 СВЯЗЕВАЯ ВАЛЕНТНОСТЬ

        Валентность связевая равна числу химических связей, образуемых атомами элемента со своим ближайшим окружением. В образовании связей участвуют внешние электроны, которые называются валентными.

В качестве единицы измерения при оценке связевой В берется двухэлектронная, двухцентровая связь. А число этих связей определяется, как правило, числом неспаренных  электронов атома на внешних орбиталях  этого атома в основном и возбужденном состоянии.

        Рассмотрим следующие примеры:

                                                      S                H

О = О ,          N = N,             Fe                  H    C     H               H – О – О - Н

                                                      S                H

Вс.=2          Всв.=3             Всв.=2               Всв.(С)=4               Всв.(О)=2

Возможен и другой механизм образования двухцентровой, двухэлектронной связи, а именно при взаимодействии частиц, одна из которых имеет пару электронов А:, другая – свободную орбиталь

    В

                   А:  +      В           А – В  (донорно-акцепторный механизм образования связи).

Способность атома образовывать ковалентные связи обуславливается не только неспаренными электронами, не поделенными электронными парами, но и наличием свободных орбиталей.

                                         Н                                          Н

   В                            Н     В            +   :Н-               Н    В     Н                      Всв.(В)=4

                                              Н                  гидрид-ион                 Н        

Численные оценки Всв. Очень чувствительны к особенностям взаимодействия между атомами вещества. Они применимы для соединений с ковалентной связью (двухцентровой и двухэлектронной).

Ограниченность применения данного вида валентности показывает следующий пример. Вспомним структуру диборана В2Н6.

Н         Н         Н        Мостиковые атомы водорода участвуют в трехцентровых двухэлектронных

      В        В              связях. Всв. для этого водорода = 0,5+0,5=1

Н         Н         Н        для каждого атома бора Всв.=3

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ТЕКСТ № 1

СТЕХИОМЕТРИЧЕСКАЯ ВАЛЕНТНОСТЬ

        Стехиометрией называют раздел химии, где рассматриваются количественные соотношения между массами взаимодействующих веществ. Если информация о веществе минимальна, это самая простая оценка валентности. При определении данной валентности исходят из отношения взаимодействующих масс. При этом за единицу измерения принимается способность к взаимодействию водорода, т.е. полагают, что Встех(Н)=1 (единица измерения).

       При определении стехиометрической валентности способность взаимодействовать сравнивается лишь для разных атомов. Сопоставляются массы двух разных простых веществ. Мы не можем рассмотреть взаимодействие простого вещества самого с собой. Поэтому логично для атомов простого вещества принять Встех.=0.

       В случае воды, например, экспериментально установлено, что на 1 весовую часть водорода приходится 8 весовых частей кислорода (Н2О)

                                                                2 : 16 (1:8).

Откуда следует, что способность к взаимодействию атомов кислорода при образовании воды способствует такой способности у 2 атомов водорода, т.е. В стех(О)=2.

       Рассмотрим перекись водорода Н2О2.  В соответствии с экспериментальными данными, на 1 весовую часть водорода приходится 16 весовых частей кислорода. Н2О2. Так как В стех(Н)=1, в случае  Н2О2 для кислорода В стех(О)=1.

Встех.(О3)=0 (как простое вещество). В стех. – исторически первоначальная оценка валентности. Когда обсуждаются валентности атомов в зависимости от положения элементов в Периодической таблице, то речь идет о стехиометрической валентности. Стехиометрическая валентность равна числу ковалентных связей между атомами разных элементов. Данный вид валентности в основном применим для бинарных соединений и для веществ молекулярного состава.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

ТЕКСТ № 2

ВАЛЕНТНОСТЬ –КООРДИНАЦИОННОЕ ЧИСЛО

     Обсудим валентность  с помощью координационных чисел. Координационное число – это число атомов, находящихся в ближайшем окружении рассматриваемого атома. Рассмотрим молекулу озона О3. Согласно экспериментальным данным молекула озона по своей геометрии подобна молекуле воды: обе обладают незамкнутой угловой структурой. В соответствии со структурой молекулы озона Вк.ч. центрального атома равно двум, а для концевых атомов Вк.ч.=1.

                                                                О

                                                     О                   О          

     В качестве другого примера рассмотрим диборан В2Н6. . Простейший боран ВН3 не существует, экспериментально наблюдаются лишь его димеры В2Н6 со следующей структурой

                                                                  Н           Н          Н

                                                                         В           В

                                                                  Н           Н          Н

     У «концевых» атомов водорода Вк.ч.=1, а у «мостиковых» атомов водорода Вк.ч.=2.

Если рассмотреть структурную формулу хлорида алюминия, то видно, что

                                                                  Сl            Сl             Сl

                                                                          Аl            Аl                            Вк.ч.(Аl)=4.

                                                                  Cl            Сl             Сl

      Очень содержательной и информативной оказывается оценка Вк.ч. для простых веществ. В случае алмаза, например, все просто: каждый атом углерода тетраэдрически окружен четырьмя другими атомами, так что Вк.ч.(С)=4. Однако  для графита ситуация оказывается сложней, Вк.ч.(С)=5 (3+2), три атома окружения в одной плоскости и два атома в параллельных плоскостях.         Если экспериментально определена структура, то нет проблем с определением Вк.ч. (см. презентацию).

      Для применения данного вида валентности необходимо четко знать структуру вещества. Но встречаются молекулы, химические частицы, у которых вообще нет вполне определенной геометрии, т.е. равновесного взаимного расположения атомов. Это так называемые «нежесткие структуры».