Практическая работа: получение этилена и изучение его свойств
Цели и задачи
- Цель: за 45 минут получить этилен из этанола, подтвердить его непредельность качественными реакциями и сформулировать вывод о зависимости свойств вещества от строения молекулы.
- Проверить экспериментально обесцвечивание этиленом раствора перманганата калия и бромной воды.
- Научиться собирать газовую установку, соблюдать правила работы с нагревательным прибором, кислотами и горючими газами.
- Записать уравнения реакций получения этилена и его взаимодействия с раствором перманганата калия и бромной водой.
- Развивать умение планировать эксперимент, фиксировать наблюдения, объяснять их на основе строения молекулы и оценивать достоверность результата.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение химического эксперимента для проверки теоретических предположений и будущей профессиональной деятельности.
- Проявляют ответственное отношение к лабораторной безопасности, оборудованию и результатам совместной работы.
- Понимают связь строения органического вещества с его химическими свойствами.
- Формируют готовность аргументированно обсуждать результаты опыта и признавать экспериментальную ошибку.
Метапредметные
- Планируют последовательность выполнения практической работы и распределяют обязанности в группе.
- Извлекают информацию из инструкции, таблицы наблюдений и уравнений реакций.
- Сопоставляют наблюдаемые признаки реакции с предполагаемым строением этилена.
- Формулируют вывод на основании экспериментальных данных и оценивают возможные источники ошибки.
- Используют химическую символику для представления результатов эксперимента.
Предметные
- Знать состав и структурную формулу этилена, понятие двойной связи и общую формулу алкенов.
- Уметь получать этилен дегидратацией этанола при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты.
- Уметь подтверждать непредельность этилена обесцвечиванием бромной воды и раствора перманганата калия.
- Уметь записывать уравнения реакций присоединения этилена и мягкого окисления этилена.
- Владеть навыками сборки простой газовой установки и безопасного проведения химического опыта.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осмысливают личную ответственность за соблюдение правил безопасности при работе с химическими веществами.
- Определяют практическую ценность изучения алкенов для химической промышленности и органического синтеза.
- Проявляют самостоятельность при выборе способа фиксации наблюдений.
- Оценивают собственный вклад в групповую работу и качество выполненного эксперимента.
Регулятивные УУД
- Принимают цель практической работы и составляют последовательность экспериментальных действий.
- Контролируют герметичность установки, порядок добавления веществ и соблюдение температурного режима.
- Сопоставляют полученный результат с ожидаемым и при необходимости корректируют действия.
- Оценивают работу по критериям: безопасность, полнота наблюдений, правильность уравнений и вывода.
Познавательные УУД
- Выделяют признаки непредельного углеводорода по результатам качественных реакций.
- Устанавливают причинно-следственную связь между двойной связью и реакциями присоединения.
- Моделируют превращение этанола в этилен с помощью структурных формул.
- Анализируют расхождение ожидаемых и фактических результатов.
- Используют таблицу наблюдений как средство обработки экспериментальной информации.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в группе: сборщик установки, оператор нагревания, наблюдатель, секретарь.
- Формулируют вопросы о причинах наблюдаемых изменений и отвечают на них с опорой на уравнения реакций.
- Согласуют общий вывод группы и аргументируют его перед классом.
- Корректно обсуждают ошибки и предлагают способы повышения надёжности опыта.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить на каждую группу установку для получения газа: пробирку или небольшую колбу с пробкой и газоотводной трубкой, штатив, спиртовку или электрический нагреватель, приёмную пробирку и сосуд с водой.
- Заранее приготовить смесь этанола с концентрированной серной кислотой в соответствии с инструкцией кабинета химии; смешивание кислотосодержащих растворов выполняет только учитель.
- Подготовить раствор бромной воды и разбавленный раствор перманганата калия в подписанных пробирках с капельницами.
- Подготовить этанол, кипелки или небольшое количество чистого песка, держатель для пробирки, защитные очки и перчатки.
- Распечатать инструкцию и таблицу наблюдений — по одному комплекту на каждую группу; подготовить карточки с распределением ролей.
- Вывесить на доску схему установки, алгоритм проверки герметичности и памятку: сначала вытеснить воздух, затем поджигать газ только после разрешения учителя.
- Подготовить контейнер для отходов, салфетки, пипетки, маркер для подписывания пробирок и защитный экран.
- Проверить исправность нагревателей, отсутствие трещин в стекле и наличие средств пожаротушения.
- Подготовить слайд или запись на доске с формулами: $C_2H_5OH \rightarrow C_2H_4 + H_2O$; $C_2H_4 + Br_2 \rightarrow C_2H_4Br_2$.
- Раздать каждой группе бланк отчёта с разделами «Цель», «Оборудование», «Наблюдения», «Уравнения реакций», «Вывод».
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и инструктаж по безопасности (5 мин)
Цель этапа: организовать группы, проверить готовность оборудования и обеспечить безопасное выполнение практической работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель приветствует класс и распределяет учеников по группам: "Сегодня мы работаем как исследовательские группы. На столах находятся вещества и стеклянные приборы, поэтому сначала проверим не только готовность тетрадей, но и безопасность. Назначьте сборщика установки, оператора нагревания, наблюдателя и секретаря. Если в группе три человека, наблюдатель совмещает обязанности секретаря." | Распределяют роли, надевают защитные очки, проверяют наличие инструкции, тетради и ручки. |
3 мин | Учитель показывает схему установки и напоминает: "Этанол и этилен огнеопасны. Не подносите открытое пламя к установке и не проверяйте газ на запах. Концентрированную серную кислоту не трогаем, а при попадании вещества на кожу немедленно сообщаем мне. Нагревание прекращаем до разъединения газоотводной трубки с приёмником. При любой неисправности установки работа останавливается и вызывается учитель." | Называют правила: «не направлять отверстие пробирки на людей», «не оставлять нагрев без наблюдения», «не поджигать газ без разрешения», «сообщить учителю о проливе или повреждении стекла». |
0 мин | Учитель показывает на доске алгоритм действий и уточняет: "Сегодня оценивается не скорость, а доказательность опыта. Каждый результат должен быть записан сразу после наблюдения." | Фиксируют правила безопасности в отчёте и готовят оборудование. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Роли распределены, правила безопасности проговорены. Теперь вспомним, какое строение должно иметь вещество, чтобы вступать в характерные реакции алкенов."
Этап 2. Актуализация знаний и постановка исследовательской задачи (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о строении этилена и сформулировать проверяемую гипотезу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает на доске формулы $C_2H_6$, $C_2H_4$, $C_2H_2$ и спрашивает: "Распределите эти вещества по классам углеводородов. Как определить по формуле, какое вещество является непредельным? Какая связь находится между атомами углерода в этилене?" | Отвечают: «$C_2H_6$ — алкан, $C_2H_4$ — алкен, $C_2H_2$ — алкин»; «в этилене есть двойная связь». Записывают структурную формулу $CH_2=CH_2$. |
3 мин | Учитель предлагает приём «Гипотеза»: "Предположите, как этилен поведёт себя при пропускании через бромную воду и раствор перманганата калия. Запишите не только ожидаемый цвет, но и объяснение: какая часть молекулы должна вступить в реакцию?" | В парах формулируют гипотезу: «этилен обесцветит бромную воду и раствор перманганата калия, потому что двойная связь вступает в реакции присоединения и окисления». Представляют 1–2 варианта классу. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы выдвинули гипотезу о непредельности этилена. Теперь получим этот газ и проверим предположение несколькими независимыми опытами."
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Сборка установки и получение этилена (10 мин)
Цель этапа: безопасно собрать герметичную установку и получить этилен дегидратацией этанола.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует установку: "Посмотрите на схему. В пробирке находится этанол с катализатором, газоотводная трубка должна быть погружена в приёмную пробирку. Проверьте, что пробка входит плотно, но не с усилием. Перед нагреванием слегка согрейте пробирку ладонью и наблюдайте, появляются ли пузырьки в воде. Это проверка герметичности." | Собирают установку по схеме, проверяют соединения, сообщают учителю о готовности. Не начинают нагревание без проверки. |
4 мин | Учитель раздаёт приготовленную смесь и предупреждает: "Работаем только с тем количеством смеси, которое указано в инструкции. Не наклоняйте пробирку к себе. Нагревайте равномерно, не направляйте отверстие на соседнюю группу. Первые порции газа вытеснили воздух из установки, поэтому их не используем для качественных реакций." | Получают смесь, устанавливают пробирку в штатив, начинают равномерное нагревание под контролем учителя, наблюдают выделение газа и вытеснение воды. |
3 мин | Учитель обращается к секретарям: "Запишите уравнение реакции получения этилена и условия её проведения. Укажите, что происходит с этанолом: отщепляется молекула воды, поэтому реакция называется дегидратацией." | Записывают: $C_2H_5OH \xrightarrow[170\ ^\circ C]{H_2SO_4} C_2H_4 + H_2O$. Отмечают выделение бесцветного газа и условия реакции. |
Запись в тетрадях
Записать: «Получение этилена — дегидратация этанола. Условия: концентрированная серная кислота, нагревание. Уравнение: $C_2H_5OH \xrightarrow[170\ ^\circ C]{H_2SO_4} C_2H_4 + H_2O$.»
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Этилен получен в виде бесцветного газа. Однако одного внешнего признака недостаточно, чтобы доказать его состав и строение. Теперь проверим гипотезу качественными реакциями."
Этап 4. Изучение взаимодействия этилена с бромной водой и перманганатом калия (12 мин)
Цель этапа: экспериментально подтвердить наличие двойной связи в молекуле этилена и связать наблюдения с уравнениями реакций.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель показывает пробирку с бромной водой: "В первую пробирку внесите небольшое количество бромной воды, во вторую — раствор перманганата калия. Пропускайте этилен постепенно, не встряхивая резко. Сначала зафиксируйте исходный цвет, затем изменение окраски. Что будет означать обесцвечивание бромной воды?" | Подписывают пробирки, отмечают исходные цвета, пропускают этилен через бромную воду, фиксируют её обесцвечивание. Формулируют: «произошла реакция присоединения по двойной связи». |
4 мин | Учитель предлагает записать схему реакции: "Этилен присоединяет бром по месту двойной связи. Какие атомы присоединяются к двум атомам углерода? Запишите структурное уравнение и назовите продукт." | Записывают $CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$. Называют продукт: 1,2-дибромэтан. Сопоставляют исчезновение окраски брома с образованием нового вещества. |
4 мин | Учитель организует второй опыт: "Теперь пропустите этилен через раствор перманганата калия. Наблюдайте изменение фиолетовой окраски и появление бурого осадка. Не делайте вывод только по цвету: объясните, какое вещество образуется при мягком окислении этилена." | Пропускают газ через раствор перманганата калия, фиксируют обесцвечивание раствора и образование бурого $MnO_2$. Записывают: $3C_2H_4 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3HOCH_2CH_2OH + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$. Называют продукт: этандиол-1,2. |
Запись в тетрадях
Заполнить таблицу: «Реактив — исходная окраска — наблюдение — вывод». Записать уравнения: $CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$; $3C_2H_4 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3HOCH_2CH_2OH + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Оба опыта дали положительный результат: этилен обесцветил бромную воду и раствор перманганата калия. Теперь каждая группа проверит полноту отчёта и сформулирует общий вывод, опираясь на наблюдения, а не только на запомненное правило."
Этап 5. Обработка результатов и первичное закрепление (6 мин)
Цель этапа: обобщить результаты эксперимента и объяснить их с позиции строения этилена.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель использует приём «Фишбоун»: "В голове схемы запишите проблему: как доказать непредельность этилена. На верхних костях укажите наблюдения, на нижних — химическое объяснение, а в хвосте сформулируйте вывод. У вас есть три минуты, затем представитель группы озвучит результат." | В группах записывают: наблюдения — исчезновение окраски бромной воды, обесцвечивание перманганата и бурый осадок; объяснение — реакции по двойной связи; вывод — этилен является непредельным углеводородом. |
3 мин | Учитель задаёт вопросы: "Почему этан не обесцвечивает бромную воду в обычных условиях? Почему в опыте с перманганатом появляется бурый осадок? Какой признак реакции наиболее надёжен?" | Отвечают: «в этане нет двойной связи»; «перманганат восстанавливается до диоксида марганца»; «совокупность изменения окраски и образования осадка». Представляют выводы групп. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы связали каждое наблюдение с конкретным превращением и строением молекулы. Осталось индивидуально проверить, можете ли вы воспроизвести логику эксперимента без подсказки группы."
Этап 6. Индивидуальная проверка и самооценка отчёта (4 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание последовательности получения этилена и его качественных реакций.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт карточку: "Выполните три пункта: допишите уравнение получения этилена; определите, какое вещество обесцветит бромную воду — этан или этилен; объясните появление бурого осадка в реакции с перманганатом калия. Работайте самостоятельно, время — две минуты." | Индивидуально выполняют три задания и записывают ответы в тетрадь. |
2 мин | Учитель показывает эталон на доске: "Сверьте ответы. Поставьте плюс рядом с правильным пунктом, вопрос — рядом с тем, что требует повторения. Не исправляйте молча: подпишите, какое правило помогло получить верный ответ." | Проводят самопроверку, исправляют ошибки, отмечают затруднение. Возможные ответы: этилен; реакция дегидратации; образование $MnO_2$. |
Эталон решения
1. $C_2H_5OH \xrightarrow[170\ ^\circ C]{H_2SO_4} C_2H_4 + H_2O$. 2. Бромную воду обесцвечивает этилен, поскольку его двойная связь вступает в реакцию присоединения с бромом. 3. При взаимодействии этилена с перманганатом калия образуется бурый осадок диоксида марганца $MnO_2$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Индивидуальная проверка показала, какие элементы работы уже освоены. Теперь зафиксируем итоговый вывод, оценим качество практической работы и определим, что нужно повторить дома."
Этап 7. Рефлексия, оценивание и домашнее задание (3 мин)
Цель этапа: обобщить результаты практической работы, провести самооценку и определить направление дальнейшего изучения алкенов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель предлагает приём «Одноминутный отчёт»: "Закончите три фразы: сегодня я доказал(а), что…; самым важным наблюдением было…; при повторении опыта я обязательно…" | Письменно завершают три фразы, формулируют личный результат и возможное улучшение эксперимента. |
1 мин | Учитель проводит самооценку: "Покажите карточку: зелёная — умею объяснить все реакции, жёлтая — понимаю результат, но путаюсь в уравнении, красная — нужна помощь. Оцените также соблюдение правил безопасности." | Показывают карточки, называют затруднение: «уравнение окисления», «условия дегидратации», «роль двойной связи». |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание и завершает урок: "Сдайте отчёты, проверьте, чтобы в них были наблюдения, уравнения и вывод. Следующий шаг — изучить реакции присоединения алкенов и использовать их для решения расчётных и качественных задач." | Сдают отчёты, записывают домашнее задание, отвечают на контрольные вопросы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы не просто получили этилен, а экспериментально доказали наличие двойной связи в его молекуле. Рабочий вывод должен опираться на наблюдение и уравнение реакции. На следующем уроке мы расширим эту модель и рассмотрим другие реакции присоединения алкенов."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — установка собрана и использована безопасно; таблица наблюдений заполнена полностью; правильно записаны уравнение получения этилена и оба уравнения качественных реакций; вывод связывает обесцвечивание реактивов с наличием двойной связи.
- «4» — работа выполнена безопасно, наблюдения зафиксированы, но допущена одна неточность в уравнении или объяснении продукта реакции; вывод в целом верный.
- «3» — получены или описаны основные наблюдения, однако пропущено одно уравнение, недостаточно объяснена причина изменения окраски или вывод не связан со строением этилена.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какое наблюдение подтвердило наличие двойной связи в этилене? | Выявление понимания диагностического признака непредельности. |
Почему в опыте важно было записать исходный и конечный цвет растворов? | Проверка понимания роли контрольного наблюдения и доказательности эксперимента. |
Какое уравнение реакции оказалось самым трудным для записи? | Выявление конкретной точки затруднения в химической символике. |
Какое правило безопасности вы считаете наиболее важным сегодня? | Осознание личной ответственности за безопасное проведение практической работы. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы получили этилен дегидратацией этанола и подтвердили его непредельность двумя качественными реакциями. Обратите внимание на типичную ошибку: изменение окраски нужно не просто назвать, а объяснить строением молекулы и записать уравнение. Если результат опыта оказался слабым, это может быть связано с негерметичностью установки или недостаточным удалением воздуха. На следующем уроке мы рассмотрим присоединение водорода, галогенов и воды к алкенам и сравним эти реакции с превращениями алканов."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Повторить строение этилена и составить конспект по практической работе: цель, оборудование, два наблюдения, три уравнения реакций и итоговый вывод. | Закрепляет последовательность эксперимента и проверяется по полноте наблюдений, условиям реакций и правильности формул. |
Средний (повышающий) | Выполнить 4–5 заданий на распознавание этана и этилена по реакциям с бромной водой и раствором перманганата калия, включая составление уравнений. | Формирует умение выбирать качественную реакцию и аргументировать ответ уравнением. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить краткое исследовательское сообщение о промышленном применении этилена или решить расчётную задачу на объём этилена, полученного из заданной массы этанола, с указанием выхода продукта. | Развивает функциональную и естественно-научную грамотность, умение связывать лабораторный опыт с промышленным процессом и расчётами. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Как получают этилен из этанола? Какой структурный фрагмент отвечает за реакции присоединения? Что наблюдается при пропускании этилена через бромную воду? Как объяснить образование бурого осадка в реакции с перманганатом калия?»
