Основные положения теории химического строения А.М. Бутлерова
Цели и задачи
- Цель: Сформировать представление о теории химического строения А.М. Бутлерова как теоретическом фундаменте органической химии, позволяющем объяснять и прогнозировать свойства органических веществ.
- Образовательная задача: Изучить три основных положения теории, ввести понятия «химическое строение» и «изомерия», научить различать вещества по их структурным формулам.
- Развивающая задача: Развивать навыки установления причинно-следственных связей между составом, строением и свойствами веществ, используя методы научного познания (анализ, синтез, моделирование).
- Воспитательная задача: Способствовать формированию научного мировоззрения и чувства гордости за отечественную науку на примере деятельности великого русского химика А.М. Бутлерова.
- Методическая задача: Подготовка к решению заданий ЕГЭ (линия 11) через отработку понятий структурной изомерии.
Планируемые результаты
Личностные
- Готовность к осознанному выбору будущей профессии, связанной с химией или медициной.
- Умение вести конструктивный диалог и аргументировать свою точку зрения в ходе научной дискуссии.
- Понимание ценности научного наследия и вклада российских ученых в мировую науку.
Метапредметные
- Познавательные: умение работать с текстом учебника О.С. Габриеляна, извлекать информацию из схем, преобразовывать информацию из знаковой формы в графическую (модели молекул).
- Регулятивные: способность ставить цели урока, планировать исследовательскую деятельность и оценивать правильность выполнения заданий по эталону.
- Коммуникативные: умение эффективно взаимодействовать в парах при создании шаростержневых моделей молекул.
Предметные
- Знать формулировки трех положений теории А.М. Бутлерова.
- Уметь записывать структурные формулы органических веществ (развернутые и сокращенные).
- Владеть понятием изомерии и уметь находить изомеры среди предложенного перечня формул.
- Объяснять зависимость химических свойств вещества от его строения и взаимного влияния атомов.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Смыслообразование: установление связи между учебной деятельностью и будущим профессиональным самоопределением (подготовка к ЕГЭ).
- Нравственно-этическое оценивание усваиваемого содержания.
Регулятивные УУД
- Целеполагание как постановка учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно, и того, что еще неизвестно (феномен изомерии).
- Прогнозирование — предсказание свойств вещества на основе его структурной формулы.
Познавательные УУД
- Логические: установление причинно-следственных связей, построение логической цепи рассуждений.
- Знаково-символические: использование химической символики для создания моделей строения молекул.
Коммуникативные УУД
- Инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации.
- Умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами химии как точной науки.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию «Теория Бутлерова: от хаоса к системе» с использованием анимации сборки молекул.
- Распечатать рабочие листы для индивидуальной работы (30 шт.) с заданиями на определение изомеров.
- Проверить комплектацию наборов шаростержневых моделей (15 наборов — по одному на парту).
- Подготовить QR-коды для перехода к виртуальной лаборатории или 3D-визуализатору молекул (например, MolView).
- Открыть учебник О.С. Габриеляна (10 класс, базовый уровень) на стр. 12-15 для работы с текстом.
- Выписать на доску ключевой проблемный вопрос: «Почему вещества с одинаковым составом C₂H₆O имеют абсолютно разные свойства?»
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: создать психологический настрой на работу, вызвать интерес к теме через парадокс.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | «Здравствуйте, коллеги! Сегодня мы начинаем изучение раздела, который превратил химию из набора разрозненных фактов в стройную систему. Обратите внимание на слайд. Перед вами две жидкости в пробирках. Обе имеют формулу $C_2H_6O$. Но одна из них — этиловый спирт, который мы используем в медицине, а другая — диметиловый эфир, газ с наркотическим действием. Как такое возможно?» | Приветствуют учителя, настраиваются на работу. Смотрят на слайд, фиксируют противоречие: один состав — разные свойства. |
2 мин | Учитель использует приём «Крючок»: «В середине XIX века химия находилась в тупике. Ученые знали состав веществ, но не понимали их сути. Фридрих Велер писал: "Органическая химия может ныне кого угодно свести с ума... она кажется мне дремучим лесом, полным чудесных вещей, огромным безбрежным лабиринтом". Сегодня мы узнаем, кто стал тем Ариадном, который дал нить для выхода из этого лабиринта». | Слушают историческую справку, осознают масштаб проблемы, стоявшей перед учеными прошлого. Записывают тему урока в тетрадь. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы столкнулись с загадкой состава и свойств. Чтобы её решить, нам нужно познакомиться с теорией, которую в 1861 году представил Александр Михайлович Бутлеров».
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: повторить опорные понятия валентности и состава, необходимые для понимания теории.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | «Давайте вспомним фундамент. Какова валентность углерода в органических соединениях? Сколько связей может образовать водород? А кислород? Запишите на доске графические обозначения этих атомов с их "руками"-связями». Учитель вызывает одного ученика к доске. | Отвечают: «Углерод всегда четырехвалентен (IV), водород — одновалентен (I), кислород — двухвалентен (II)». Ученик на доске рисует: $C$ с четырьмя черточками, $H$ с одной, $O$ с двумя. |
2 мин | «Теперь попробуйте из этого набора ($C_2H_6O$) собрать на бумаге все возможные комбинации, соблюдая эти правила валентности. Используйте приём "Мозговой штурм" в парах». | Работают в парах, пытаются соединить атомы. Приходят к двум вариантам: цепь $C-C-O$ и цепь $C-O-C$. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Отлично! Вы только что самостоятельно открыли причину многообразия органических веществ. Оказывается, важно не только КТО входит в состав, но и КАК они связаны».
Этап 3. Открытие нового знания (15 мин)
Цель этапа: изучить основные положения теории Бутлерова, работая с текстом учебника и моделями.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | «Откройте учебник Габриеляна на странице 13. Найдите Первое положение теории. Прочитайте его вслух. Что Бутлеров называл "химическим строением"? Запишите определение в тетрадь». Учитель выводит на экран определение: Химическое строение — это порядок соединения атомов в молекуле согласно их валентности. | Читают текст, находят определение. Записывают: «Атомы в молекулах соединены в определенной последовательности согласно их валентности». Рисуют структурные формулы этанола и диметилового эфира. |
5 мин | «Теперь обратимся ко второму положению. Как строение влияет на свойства? Посмотрите на наши пробирки снова. Почему спирт растворим в воде, а эфир — нет? Бутлеров утверждал: свойства веществ зависят не только от состава, но и от химического строения молекулы. Это явление называется изомерией». Учитель демонстрирует 3D-модели изомеров через проектор. | Слушают объяснение, записывают Второе положение: «Свойства веществ зависят от их химического строения». Фиксируют термин «Изомеры» — вещества с одинаковым составом, но разным строением и свойствами. |
5 мин | «Третье положение самое тонкое. Оно о взаимном влиянии. Почему в спирте $CH_3-CH_2-OH$ водород в группе $-OH$ легко замещается на натрий, а водороды у углерода — нет? Потому что атомы в молекулах влияют друг на друга. Прочитайте об этом на стр. 15 учебника». | Работают с текстом, анализируют примеры взаимного влияния атомов (влияние гидроксильной группы на углеводородный радикал и наоборот). Записывают Третье положение. |
Запись в тетрадях
- 1. Атомы в молекулах соединены согласно их валентности (C — IV, O — II, H — I).
- 2. Свойства зависят от порядка соединения (строения). Изомерия.
- 3. Атомы и группы атомов в молекуле оказывают взаимное влияние.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы сформулировали три кита, на которых стоит вся органическая химия. Теперь проверим, как эти правила работают на практике».
Этап 4. Первичное закрепление и ИКТ-практикум (10 мин)
Цель этапа: научиться строить изомеры и визуализировать их с помощью моделей.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | «Возьмите наборы шаростержневых моделей. Задание для пар: соберите молекулу н-бутана ($C_4H_{10}$) — цепь из 4 атомов углерода. А теперь попробуйте перестроить её так, чтобы формула осталась прежней, но порядок связей изменился. Используйте приём "Снежный ком": если не получается, объединитесь с соседней партой». | Собирают линейную модель бутана. Экспериментируют, отрывают «метиловую группу» и присоединяют её ко второму атому углерода. Получают изомер — изобутан (2-метилпропан). |
5 мин | «А теперь воспользуйтесь своими смартфонами. Отсканируйте QR-код на доске. Он ведет в сервис MolView. Введите формулу $C_4H_{10}$ и посмотрите, как выглядят эти молекулы в 3D. Сравните их компактность». Учитель проходит по рядам, консультирует. | Сканируют код, работают с интерактивными 3D-моделями на экранах телефонов. Вращают молекулы, наблюдают разницу в пространственной форме линейного и разветвленного углеводорода. |
Эталон решения (изомеры бутана)
1. н-бутан: $CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$
2. изобутан (2-метилпропан): $CH_3-CH(CH_3)-CH_3$
2. изобутан (2-метилпропан): $CH_3-CH(CH_3)-CH_3$
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы увидели, что даже небольшое изменение в структуре меняет форму молекулы, а значит — и её свойства».
Этап 5. Самостоятельная работа с самопроверкой (7 мин)
Цель этапа: диагностика усвоения понятий «структурная формула» и «изомер».
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | «На рабочих листах у вас представлено 5 структурных формул. Задание: 1) Найдите среди них пары изомеров. 2) Допишите недостающие атомы водорода в скелетных формулах, помня о валентности углерода. Это типичное задание формата ЕГЭ, будьте внимательны». | Самостоятельно работают на листах. Анализируют формулы: $CH_3-CH_2-CH_2-OH$ и $CH_3-CH(OH)-CH_3$ и др. Проставляют индексы водорода. |
2 мин | Учитель выводит правильные ответы на слайд: «Сверьтесь с эталоном. Если у вас нет ошибок — поставьте "+" рядом с заданием. Если есть — обведите ошибку и исправьте её». | Проводят самопроверку, анализируют свои ошибки. Поднимают руки те, кто выполнил задание без ошибок. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Большинство справилось. Помните: в органике валентность — наш главный контролер».
Этап 6. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: подведение итогов, оценка эмоционального состояния и постановка задач на дом.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | «Наш урок подходит к концу. Давайте вернемся к словам Велера о лабиринте. Стал ли этот лес для вас чуть светлее? Используем приём "Билет на выход": напишите на стикере один вопрос по теме, который остался для вас непонятным, и приклейте на дверь при выходе». | Заполняют стикеры, формулируют вопросы или пишут «всё понятно». Участвуют в итоговой беседе. |
2 мин | Учитель диктует домашнее задание, поясняя уровни сложности. «Обратите внимание на творческое задание — оно поможет вам лучше запомнить биографию Бутлерова». | Записывают домашнее задание в дневники. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» (Отлично) — Верно составлены обе модели изомеров бутана, правильно определены все пары изомеров в самостоятельной работе, в формулах нет ошибок в валентности.
- «4» (Хорошо) — Модели составлены верно, в самостоятельной работе допущена 1 ошибка в определении изомеров или пропущен 1 атом водорода.
- «3» (Удовлетворительно) — Модели составлены с помощью учителя, в самостоятельной работе верно определена только одна пара изомеров, есть ошибки в расстановке связей.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какое из трех положений теории кажется вам самым важным для понимания химии? | Выявление приоритетов в усвоении теоретического материала. |
Смогли бы вы объяснить восьмикласснику, что такое изомеры, используя только конструктор? | Проверка глубины понимания понятия через упрощение. |
Что было сложнее: рисовать формулы в тетради или собирать их в 3D-редакторе? | Оценка эффективности использования ИКТ-инструментов. |
Завершающее слово учителя
«Ребята, сегодня мы прикоснулись к основам, которые позволяют человечеству создавать новые лекарства, пластики и материалы, которых нет в природе. Теория Бутлерова — это грамматика органической химии. Если вы её освоили, вы сможете "читать" любую молекулу. На следующем уроке мы перейдем к классификации органических соединений, где эти знания нам очень пригодятся. Спасибо за продуктивную работу, до встречи!»
Домашнее задание
Уровень сложности | Задания | Описание |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Учебник, §2, стр. 12-16. Вопросы 1-4 после параграфа. | Изучить текст, выучить формулировки положений теории Бутлерова. |
Средний (повышающий) | Упр. 6 на стр. 17. | Написать структурные формулы всех возможных изомеров для вещества состава $C_5H_{12}$ (пентан). |
Продвинутый (дополнительный) | Творческий проект или эссе. | Подготовить краткое сообщение или презентацию (5 слайдов) на тему «А.М. Бутлеров — не только химик (увлечение пчеловодством и спиритизмом)». |
Контрольный вопрос перед выходом: «Сколько химических связей образует атом углерода в молекуле любого органического вещества?»
