Проблемное обучение на уроках химии.Щелочные металлы
материал для подготовки к егэ (гиа) по химии (11 класс) на тему

ПРОБЛЕМНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

ПРИ ИЗУЧЕНИИ СВОЙСТВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

Учитель химии

Кривоусова Э.С.

МОУ гимназии № 14

        Ученики довольно часто допускают ошибки при написании уравнений реакций взаимодействия щелочных металлов с растворами солей. Основываясь на электрохимическом ряде металлов, они считают, что каждый металл, расположенный в этом ряду впереди, должен вытеснять все последующие из растворов солей. При этом учащиеся не учитывают, что некоторые металлы очень активны, и реагируют с водой, находящейся в растворе, образуют совсем другие продукты реакции. Неверный перенос знаний в этом случае, вероятно можно объяснить тем, что ученики на уроках наблюдают только опыты по вытеснению малоактивных металлов металлами средней активности, например, вытеснение меди из растворов ее солей железом, цинком и т.п. Взаимодействие активных металлов с растворами солей обычно не проводится и отсутствие экспериментальных даны по этому вопросу приводит к ошибкам, которые в методике обучения получили названия ошибок совмещения, заключающихся в том, что учащиеся свойства одних веществ распространяют на другие.

        С целью формирования правильных представлений учащихся об отношении щелочных металлов к растворам различных солей я предлагаю проводить демонстрационные опыты с литием. Демонстрации с литием вполне безопасны при строгом выполнении обычных мер предосторожности при работе с щелочными металлами. Литий реагирует с растворами солей достаточно энергично, но без воспламенения выделяющегося водорода.

        Демонстрационные опыты взаимодействия лития с растворами некоторых солей позволяют учителю в яркой и наглядной форме показать преимущественное направление подобных реакций и выявить роль воды, находящейся в растворах. Некоторые опыты могут быть использованы для создания на уроках проблемных ситуаций.

        В 9 классе на уроке по изучению свойств щелочных металлов учащимся можно предложить вопрос: каким образом будет происходить реакция между литием и раствором сульфата меди (ІІ)? Данный вопрос учителя и последующая деятельность учеников по составлению управления реакции является подготовкой к созданию проблемной ситуации. Зная, что литий занимает в электрохимическом ряду напряжений металлов первое место, учащиеся, как правило, составляют следующее ошибочное уравнение реакции:  2Li + CuSO4  = Cu  + Li2SO4 

        Чтобы экспериментально установить направление данной реакции, проводим проблемный демонстрационный опыт.

                Выполнение опыта:  Помещаем в демонстрационный штатив большую пробирку, заполненную наполовину 1 м раствором сульфата меди (ІІ), и затем в этот раствор добавляем литий величиной с небольшую горошину. На поверхности раствора соли меди протекает энергичная реакция, сопровождающаяся выделением газа. Учитель поджигает газ и по характерному хлопку учащиеся убеждаются в том, что один из продуктов данной реакции – водород. Одновременно, если не проводить перемешивание раствора, то в верхней части пробирки образуется интенсивный черный осадок, постепенно распространяющийся по всему объекту раствора. После окончания реакции учитель делает на доске следующую запись:  

Li + CuSO4 →H2 ↑ + осадок черного цвета

        Далее учащимся предлагается объяснить результаты опыта и определить, какое именно вещество выпало в осадок. Поскольку ученикам известно только одно соединение меди с черной окраской, то некоторые из них выдвигают предположение об образовании оксида меди (ІІ). На доске целесообразно сделать еще одну запись наблюдаемого опыта:

Li + CuSO4 →H2 ↑ + CuO

        Такая запись является для учащихся неожиданной, вызывает недоумение и приводит к созданию проблемной ситуации, которая может быть охарактеризована как конфликтная. При этой ситуации новые факты и опыты вступают в противоречие с известными, казалось бы, установленными и сложившимися представлениями.

        Чтобы помочь учащимся выдвинуть правильную гипотезу и разобраться в результатах проведенного опыта, предлагаем им понаблюдать ряд дополнительных демонстраций и взаимодействия лития с растворами других солей. На данном этапе проблемной беседы эти опыты будут вспомогательными и позволят учащимся экспериментально установить преимущественное направление подобных реакций.

        Выполнение опытов:  В тот же штатив помещаем пробирки с 1 м растворами следующих хлоридов: кальция, магния, алюминия, железа и никеля. В каждую пробирку добавляем литий, а учащимся (экспериментально установить) предлагаем наблюдать и анализировать происхождение явления.

        Во всех случаях происходит образование водорода и выпадают осадки гидроксидов соответствующих металлов. Данные опыты очень эффективны и наглядны, убеждают учащихся в том, что при действии активного щелочного металла на растворы взятых солей не происходит вытеснение менее активного металла, как они предполагали раньше, а образуются нерастворимые гидроксиды.

        Объясняя опыты, ученики воспринимают о том, что щелочные металлы активно взаимодействуют с водой, образуя щелочи и водород. Эти реакции экзотермичны и сопровождаются выделением большого количества теплоты. На доске записывают уравнение реакции:

        2 Li + 2H2O = 2LiOH + H2 ↑+ Q

Затем выясняют, что щелочь реагирует с раствором соли и получается нерастворимое в воде основание. Так, в случае соли магния реакция может быть выражена следующим уравнением:

        2 LiOH + MgCL2 = Mg(OH)2 + 2LiCL

И в заключении ученики под руководством учителя составляют суммарное уравнение реакции:

        2Li + 2H2O + MgCL2 = Mg(OH)2 ↓ + H2 + 2LiCL

        Аналогичным образом объясняют и другие опыты между литием и растворами взятых солей. Полученные экспериментальные данные и их объяснения позволяют теперь вновь обратиться к решению проблемной ситуации, возникшей при выполнении первой демонстрации, когда при действии лития на раствор соли  меди выпадает осадок черного цвета, по предположению учащихся – оксид меди (ІІ). Теперь, когда ученики установили, что при взаимодействии щелочных металлов с раствором соли реакция идет преимущественно в направлении образования нерастворимого основания, от них требуется решение не всей проблемы, а только ее части. Такое расчленение проблемы на отдельные, более простые в познавательном отношении части помогает ученикам лучше их осознать и найти правильный пути к решению.

        Учитель предлагает учащимся следующий вопрос: почему при проведении первого эксперимента образуется не голубой осадок гидроксида, а черный – оксид меди (ІІ). Ученики должны теперь актуализировать знания о свойствах гидроксидов, в частности гидроксида меди (ІІ) и выдвинуть следующую гипотезу: очевидно, гидроксид меди (ІІ), который первоначально образуется при взаимодействии лития с раствором соли меди, в ходе опыта сразу же разлагается за счет теплоты, выделяющейся при реакции взаимодействия лития с водой. Для аргументации данной гипотезы требуется дополнительная информация о температуре разложения гидроксида меди. Учитель сообщает, что гидроксид меди (ІІ) разлагается при температуре 50 гр. С. Естественно, что у учащихся сразу же возникает вопрос о температуре, которая достигается при проведении первого опыта. Здесь учителю можно повторить демонстрацию взаимодействия лития с раствором соли меди и измерить в конце опыта температуру раствора в верхней части пробирки. Выясняется, что температура раствора при проведении опыта в данных условиях достигает примерно 70 гр. С, что вполне достаточно для разложения образующегося гидроксида меди. Эти данные при недостатке времени можно просто сообщить учащимся, не повторяя опыта.

        Итак, установив все особенности опыта, проверив гипотезу и свои аргументы, ученики смогут вполне дать обоснованный ответ необычной демонстрации и составить уравнения всех протекающих реакций:

        2Li + 2H2O =2LiOH + H2 ↑ + Q

        2LiOH + CuSO4 = Cu(OH) 2↓ + Li 2SO4

        Cu(OH)2 = CuO↓ + H2O

Для проверки найденного решения проблемы в заключении можно провести еще один демонстрационный опыт: получить реакцией обмена Сu(ОН)2 и затем добавить в пробирку литий. Через некоторое время Сu(ОН)2 превращается в черный осадок СuО.

        Описанные демонстрации помогают учащимся убедиться в том, что щелочные металлы не вытесняют другие, менее активные металлы из растворов солей, а процесс протекает сложнее. Важная роль в этом процессе принадлежит реакции взаимодействия металла с водой.

        Демонстрации исследовательского характера дают возможность ученикам активно оперировать знаниями, прогнозировать преимущественное направление некоторых химических реакций, а в методическом отношении они полезны для предотвращения некоторых распространенных ошибок в знаниях учеников.