Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова
Цели и задачи
- Цель (SMART): К концу урока учащиеся смогут сформулировать три основных положения теории А.М. Бутлерова, объяснить явление изомерии на примере алканов и составить структурные формулы не менее чем для 3-х изомеров состава C5H12.
- Образовательная задача: Изучить предпосылки создания теории строения, раскрыть содержание основных положений теории Бутлерова и понятие «химическое строение».
- Развивающая задача: Развивать умение устанавливать причинно-следственные связи между составом, строением и свойствами веществ, используя навыки построения шаростержневых моделей.
- Воспитательная задача: Формировать научное мировоззрение через осознание роли отечественной науки в развитии мировой химии и подготовку к осознанному выбору естественно-научного профиля.
Планируемые результаты
Личностные
- Готовность к осознанному выбору дальнейшей образовательной траектории в области химии и медицины.
- Понимание значимости открытий российских ученых для мирового научно-технического прогресса.
- Развитие критического мышления при анализе противоречий между составом и свойствами веществ.
Метапредметные
- Познавательные: умение создавать и преобразовывать знаково-символические модели (структурные формулы).
- Регулятивные: способность самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи.
- Коммуникативные: умение эффективно работать в парах при сборке молекулярных моделей, аргументированно отстаивать свою точку зрения.
Предметные
- Знать основные положения теории химического строения А.М. Бутлерова.
- Уметь различать понятия «молекулярная формула» и «структурная формула».
- Владеть навыком составления полных и сокращенных структурных формул изомеров.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Смыслообразование: установление связи между целью учебной деятельности и ее мотивом (подготовка к ЕГЭ и будущей профессии).
Регулятивные УУД
- Самоконтроль: сличение способа действия и его результата с заданным эталоном при составлении формул.
Познавательные УУД
- Моделирование: преобразование объекта из чувственной формы в модель, где выделены существенные характеристики (шаростержневые модели).
Коммуникативные УУД
- Сотрудничество: инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации при решении проблемной задачи.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить мультимедийную презентацию «Теория Бутлерова: от хаоса к системе».
- Распечатать рабочие листы с заданиями на составление изомеров (15 шт, по одному на парту).
- Подготовить 15 наборов шаростержневых моделей молекул (атомы углерода, водорода, связи).
- Настроить проектор и запустить симулятор MolView для демонстрации 3D-моделей.
- Открыть учебник О.С. Габриеляна (10 класс) на странице 12 (параграф 2).
Ход урока
Этап 1. Мотивация и актуализация (5 мин)
Цель этапа: создание проблемной ситуации, демонстрирующей несовершенство старых представлений о строении веществ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель: «Здравствуйте! Сегодня мы приступаем к изучению фундамента всей органической химии. Представьте, что вы — химики середины XIX века. В науке царит хаос. Ученые знают формулу вещества, например, C2H6O, но не могут объяснить, почему одно такое вещество — это этиловый спирт (жидкость), а другое — диметиловый эфир (газ). Как вы думаете, может ли у двух разных людей быть одинаковый набор органов, но разное их расположение?» | Ученики слушают, включаются в диалог. Отвечают: «Да, если органы расположены иначе, это может быть аномалией или другим организмом». Проводят аналогию с химией: «Наверное, атомы в этих веществах соединены по-разному». |
3 мин | Учитель: «Верно! До Бутлерова считалось, что молекула — это просто куча атомов. Александр Михайлович совершил революцию. Давайте вспомним из курса 9 класса: какова валентность углерода в органических соединениях? Какую форму имеет атом углерода в пространстве? Запишите в тетрадях сегодняшнюю тему: Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова». | Ученики отвечают: «Валентность углерода всегда IV». Записывают тему урока в тетради. Один ученик у доски рисует схематично тетраэдрическое строение углерода. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Итак, мы видим противоречие: состав один, а свойства разные. Чтобы разрешить его, нам нужно познакомиться с основными положениями теории Бутлерова».
Этап 2. Открытие нового знания (15 мин)
Цель этапа: изучение основных положений теории Бутлерова через исследовательскую деятельность и моделирование.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель выводит на экран слайд с 1-м положением: «Атомы в молекулах соединены в определенной последовательности согласно их валентности. Эту последовательность Бутлеров назвал химическим строением. Посмотрите на доску: я рисую две цепочки для C4H10. Одна прямая, другая — с разветвлением. Попробуйте собрать эти модели из ваших наборов». | Ученики работают в парах. Используя шаростержневые модели, собирают молекулу н-бутана (линейную) и изобутана (разветвленную). Убеждаются, что количество атомов одинаковое, а форма моделей разная. |
5 мин | Учитель: «Второе положение гласит: свойства веществ зависят не только от качественного и количественного состава, но и от химического строения молекул. Это объясняет наш пример со спиртом и эфиром. Как вы думаете, если мы изменим порядок связи, изменится ли прочность молекулы?» Учитель демонстрирует в MolView 3D-вращение молекул. | Ученики анализируют модели. Отвечают: «Да, распределение электронной плотности будет другим, связи могут стать более или менее доступными для реагентов». Записывают второе положение в тетрадь. |
5 мин | Учитель: «И третье положение: атомы и группы атомов в молекулах взаимно влияют друг на друга. Вспомните физику: как взаимодействуют заряженные частицы? В химии электроотрицательные атомы перетягивают на себя электронную плотность, меняя реакционную способность соседей. Это мы будем подробно изучать в теме "Спирты" и "Кислоты"». | Ученики фиксируют третье положение. Задают уточняющие вопросы о том, как именно влияет кислород на водород в группе -OH. Учитель поясняет связь с образованием водородных связей (межпредметная связь с биологией). |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Запись в тетрадях
- 1. Атомы соединены согласно валентности (C=IV, O=II, H=I).
- 2. Свойства зависят от строения (Изомерия).
- 3. Взаимное влияние атомов.
- Изомеры — вещества, имеющие одинаковый состав, но разное строение и свойства.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы открыли три кита, на которых стоит вся органическая химия. Теперь научимся переносить эти модели на бумагу в виде структурных формул».
Этап 3. Первичное закрепление и практика (10 мин)
Цель этапа: освоение алгоритма составления структурных формул изомеров.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель: «Давайте составим формулы всех возможных изомеров для пентана C5H12. Алгоритм прост: 1) Рисуем самую длинную цепь. 2) Укорачиваем цепь на один атом и делаем его ответвлением. 3) Переносим ответвление по цепи. Следите за валентностью углерода! Дописываем водороды так, чтобы у каждого углерода было 4 связи». Учитель пишет на доске н-пентан. | Ученики работают в тетрадях. Один ученик выходит к доске и пытается составить второй изомер (2-метилбутан). Класс проверяет количество водородов. |
5 мин | Учитель: «Теперь попробуйте найти третий вариант. Можно ли укоротить цепь еще сильнее? Помните, что ответвление не может быть у крайнего атома, иначе цепь просто изогнется, но не изменится». Учитель контролирует работу, проходя по рядам. | Ученики находят 2,2-диметилпропан. Сравнивают свои записи с эталоном на слайде. Обсуждают, почему нельзя поставить метильную группу к первому атому углерода. |
Эталон решения
Изомеры пентана $C_5H_{12}$:
1. $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$ (н-пентан)
2. $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$ (2-метилбутан)
3. $CH_3-C(CH_3)_2-CH_3$ (2,2-диметилпропан)
1. $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$ (н-пентан)
2. $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$ (2-метилбутан)
3. $CH_3-C(CH_3)_2-CH_3$ (2,2-диметилпропан)
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Отлично, вы научились видеть невидимое — внутреннюю структуру молекул. Это ключевой навык для решения заданий ЕГЭ №11 и №12».
Этап 4. Самостоятельная работа с самопроверкой (8 мин)
Цель этапа: диагностика уровня усвоения материала.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
6 мин | Учитель раздает карточки с заданием: «Составьте сокращенные структурные формулы для двух изомеров вещества C6H14. Дайте им названия, если помните номенклатуру из 9 класса, или просто опишите структуру». | Ученики самостоятельно выполняют задание в тетрадях. Сильные ученики стараются найти все 5 изомеров гексана. |
2 мин | Учитель выводит правильные ответы на экран и просит провести взаимопроверку по методу «Две звезды и пожелание». | Ученики меняются тетрадями, отмечают два плюса в работе соседа (например, «аккуратность» и «верная валентность») и дают один совет. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Большинство справилось с заданием. Те, кто допустил ошибки в количестве водородов, обратите внимание на правило четырех черточек у каждого углерода».
Этап 5. Рефлексия и ДЗ (7 мин)
Цель этапа: осознание значимости темы и постановка задач на будущее.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель: «Ребята, сегодня мы прикоснулись к основам мироздания. Давайте обсудим: как теория Бутлерова связана с биологией? Например, почему структура белка определяет его функцию?». Учитель проводит краткую беседу о важности пространственной конфигурации молекул ДНК. | Ученики отвечают: «Если изменить структуру белка (денотурация), он перестает работать, хотя состав аминокислот тот же. Это прямое подтверждение теории Бутлерова в живых системах». |
3 мин | Учитель диктует домашнее задание и объясняет критерии оценивания будущей проверочной работы. Прощается с классом. | Ученики записывают ДЗ, задают вопросы по выполнению творческого задания. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — Верно составлены все структурные формулы изомеров, соблюдена валентность всех атомов, работа выполнена аккуратно.
- «4» — Допущены 1-2 ошибки в количестве атомов водорода при верном углеродном скелете.
- «3» — Верно составлен только линейный изомер, есть грубые ошибки в валентности углерода (5 или 3 связи).
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какое положение теории Бутлерова кажется вам самым важным для понимания жизни? | Мировоззренческая рефлексия, связь с биологией. |
Что было труднее: собрать модель или нарисовать формулу? | Выявление проблем с переходом от 3D к 2D абстракции. |
Сможете ли вы объяснить младшему брату, почему спирт и эфир — разные вещи? | Проверка функциональной грамотности и коммуникации. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы заложили фундамент, без которого невозможно построить здание органической химии. Теория А.М. Бутлерова — это не просто параграф в учебнике, это инструмент, который позволил людям синтезировать лекарства, пластики и новые материалы. На следующем уроке мы узнаем, как классифицировать все это многообразие веществ. Спасибо за работу, будущие Ломоносовы и Бутлеровы!»
Домашнее задание
Уровень сложности | Задания | Описание |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Параграф 2, упр. 3, 5 (стр. 18) | Ответить на вопросы по положениям теории и составить формулы по названию. |
Средний (повышающий) | Задача на карточке: составить 5 изомеров для C6H14 | Отработка навыка поиска всех возможных структурных вариантов. |
Продвинутый (дополнительный) | Мини-эссе «Роль теории строения в развитии медицины» | Исследовательская работа о связи строения молекул лекарств с их действием. |
Контрольный вопрос: Сколько связей должен иметь каждый атом углерода в любой из ваших домашних формул?
