Теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова
Цели и задачи
- Цель: Сформировать у учащихся понимание основных положений теории химического строения А.М. Бутлерова и научить применять их для объяснения многообразия органических веществ через явление изомерии.
- Образовательная задача: Изучить предпосылки создания теории, раскрыть понятия «химическое строение» и «изомерия», научить строить структурные формулы изомеров.
- Развивающая задача: Развивать логическое мышление через установление причинно-следственных связей «строение — свойства», совершенствовать навыки моделирования молекул.
- Воспитательная задача: Формировать чувство гордости за отечественную науку на примере вклада А.М. Бутлерова, развивать навыки академического сотрудничества в парах.
Планируемые результаты
Личностные
- Готовность к осознанному выбору дальнейшей образовательной траектории в области естественных наук.
- Понимание значимости химической науки для инновационного развития общества.
- Развитие критического мышления при анализе научных гипотез.
Метапредметные
- Познавательные: умение создавать и преобразовывать знаково-символические модели (структурные формулы), устанавливать аналогии.
- Регулятивные: способность самостоятельно ставить цели урока и планировать пути их достижения в ходе исследования.
- Коммуникативные: умение эффективно работать в паре, аргументировать свою позицию при обсуждении научных проблем.
Предметные
- Знать основные положения теории химического строения А.М. Бутлерова.
- Уметь объяснять зависимость свойств веществ от их химического строения.
- Владеть навыком составления структурных формул изомеров и определения валентности углерода в органических соединениях.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Смыслообразование: установление связи между теорией XIX века и современными технологиями синтеза материалов.
Регулятивные УУД
- Прогнозирование свойств органических соединений на основе их строения.
- Самоконтроль правильности составления графических формул.
Познавательные УУД
- Синтез информации из различных источников для формулировки выводов.
- Моделирование пространственного строения молекул.
Коммуникативные УУД
- Участие в коллективном обсуждении проблемы многообразия органических веществ.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить наборы шаростержневых моделей молекул (15 наборов, по одному на парту).
- Распечатать карточки для работы в парах с заданиями на построение изомеров состава C5H12.
- Подготовить презентацию со слайдами: портрет А.М. Бутлерова, схема «Витализм vs Теория строения», примеры изомеров этилового спирта и диметилового эфира.
- Открыть учебник на странице с описанием биографии Бутлерова для краткого ознакомления.
- Проверить работу проектора и интерактивной доски.
Ход урока
Этап 1. Мотивация и актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: создать интеллектуальное затруднение, демонстрирующее недостаточность знаний о составе веществ для объяснения их свойств.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель: «Здравствуйте! Сегодня мы приступаем к изучению фундамента всей органической химии. Посмотрите на слайд. Перед вами два вещества. Одно — жидкость, которую мы знаем как этиловый спирт, кипит при 78 градусах. Другое — газ диметиловый эфир, кипит при минус 23 градусах. Но вот парадокс: их молекулярная формула абсолютно одинакова — C2H6O. Как вы думаете, почему при одинаковом составе они ведут себя настолько по-разному?» | Ученики рассматривают данные на слайде, высказывают предположения: «Может быть, атомы соединены по-разному?», «Возможно, у них разные связи между молекулами?». |
3 мин | Учитель: «Верно! До середины XIX века химия была наукой о составе. Считалось, что свойства зависят только от того, какие атомы и в каком количестве входят в молекулу. Но накопленные факты начали противоречить этому. В 1861 году наш соотечественник Александр Михайлович Бутлеров совершил революцию, предложив теорию, которая объяснила этот хаос. Сегодня мы с вами станем исследователями и заново откроем эти законы. Запишите тему урока: "Теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова"». | Ученики записывают тему урока в тетради, осознают проблему несоответствия состава и свойств. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что знание только состава недостаточно. Чтобы понять химию органики, нам нужно заглянуть внутрь молекулы — в её архитектуру».
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 2. Открытие нового знания (15 мин)
Цель этапа: изучить и зафиксировать основные положения теории Бутлерова через анализ структурных формул.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель: «Первое положение теории гласит: атомы в молекулах соединены в определенной последовательности согласно их валентности. В органике углерод всегда четырехвалентен. Давайте попробуем соединить 2 атома углерода и 6 водорода. Сколько вариантов связи возможно? Учитель рисует на доске цепочку C-C и распределяет водороды». | Ученики следят за логикой построения формулы, вспоминают понятие валентности и фиксируют в тетради: «C — IV, H — I, O — II». |
5 мин | Учитель вводит понятие химического строения: «Бутлеров ввел термин "химическое строение" — это порядок связи атомов. И второе положение прямо вытекает из нашего примера со спиртом: свойства веществ зависят не только от состава, но и от химического строения. Вещества с одинаковым составом, но разным строением называются изомерами. Посмотрите на доску: я рисую структуру этанола CH3-CH2-OH и диметилового эфира CH3-O-CH3. Видите разницу в положении кислорода?» | Ученики зарисовывают структурные формулы изомеров, отмечают различия в связях (наличие группы -OH в спирте и эфирного мостика в диметиловом эфире). |
5 мин | Учитель: «Третье положение говорит о взаимном влиянии атомов. Атомы, не связанные напрямую, все равно влияют друг на друга. Например, в этиловом спирте водород в группе OH очень подвижен, поэтому спирт реагирует с натрием, а водороды при углероде — нет. Это как в семье: настроение одного члена семьи влияет на всех остальных, даже если они в разных комнатах». | Ученики записывают третье положение теории в кратком виде, делают пометку о взаимном влиянии атомов. |
Запись в тетрадях
- 1. Атомы соединены согласно валентности (C — IV).
- 2. Свойства зависят от строения (порядка связи).
- 3. Изомерия — явление существования веществ с одинаковым составом, но разным строением.
- 4. Атомы в молекуле взаимно влияют друг на друга.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Теперь, когда у нас есть теоретический фундамент, давайте проверим его на практике с помощью моделей».
Этап 3. Первичное закрепление и работа в парах (10 мин)
Цель этапа: научиться строить модели изомеров и переводить их в структурные формулы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель: «Ребята, сейчас мы поработаем в парах. У вас на столах наборы шаростержневых моделей. Черные шарики — это углерод, белые — водород. Ваша задача для состава C4H10 (бутан) собрать как можно больше вариантов строения, не нарушая валентность углерода (4 связи)». | Ученики распределяют роли в паре: один собирает модель, другой проверяет количество связей и записывает формулу в тетрадь. |
6 мин | Учитель обходит класс, помогает тем, кто затрудняется. «Посмотрите, можно ли сделать цепочку не прямой, а разветвленной? Попробуйте оторвать крайний углерод и присоединить его к среднему». | Ученики обнаруживают два изомера: нормальный бутан (линейный) и изобутан (разветвленный). Обсуждают в парах: «Смотри, состав тот же, но форма молекулы изменилась!». |
2 мин | Учитель просит одну пару выйти к доске и нарисовать получившиеся структуры. «Назовите их количество. Можем ли мы собрать третий вариант?» | Ученики рисуют на доске структурные формулы н-бутана и 2-метилпропана. Делают вывод, что для C4H10 существует только 2 изомера. |
Эталон решения
Изомеры бутана C4H10:
1) CH3-CH2-CH2-CH3 (н-бутан)
2) CH3-CH(CH3)-CH3 (2-метилпропан или изобутан)
1) CH3-CH2-CH2-CH3 (н-бутан)
2) CH3-CH(CH3)-CH3 (2-метилпропан или изобутан)
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы только что на практике доказали второе положение теории Бутлерова: из одних и тех же атомов можно собрать разные "здания"».
Этап 4. Творческое задание «Химический архитектор» (7 мин)
Цель этапа: через метафору закрепить понимание структуры органических молекул.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
7 мин | Учитель: «Представьте, что вы — архитекторы нано-мира. Теория Бутлерова — это ваш строительный кодекс. Я даю вам 5 минут, чтобы в тетради создать визуальную метафору одного из положений теории. Это может быть рисунок, схема или краткий комикс. Например, положение о взаимном влиянии можно изобразить как эффект домино. Или изомерию — как конструктор LEGO, из которого строят то машину, то самолет. Самые креативные идеи мы обсудим». | Ученики индивидуально выполняют творческое задание. Кто-то рисует углерод в виде атланта с четырьмя руками (валентность), кто-то изображает изомеры как слова-анаграммы (например, «кума» и «мука»), состоящие из одних букв, но имеющие разный смысл. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Ваши ассоциации помогают понять, что химия — это не сухие формулы, а живая логика природы».
Этап 5. Рефлексия и подведение итогов (3 мин)
Цель этапа: оценить уровень усвоения материала и эмоциональное состояние.
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какое положение теории Бутлерова кажется вам самым важным для понимания многообразия веществ? | Акцентирование внимания на ключевой идее урока. |
Что было сложнее: собрать модель или перенести её на бумагу в виде формулы? | Выявление затруднений в переходе от наглядного к абстрактному мышлению. |
Как вы думаете, пригодится ли знание о строении молекул будущему врачу или инженеру? | Профориентационная связь и мотивация. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно собраны обе модели изомеров бутана, структурные формулы в тетради записаны без ошибок, соблюдена валентность всех атомов.
- «4» — модели собраны верно, но допущены незначительные ошибки в графическом изображении формул (например, пропущены связи C-H).
- «3» — собрана только одна модель, в структурных формулах нарушена валентность углерода.
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы прикоснулись к великому открытию, которое сделало Россию лидером в органической химии на десятилетия. Теория Бутлерова — это карта, по которой мы будем путешествовать весь 10 класс. На следующем уроке мы узнаем, как именно эти связи влияют на химические реакции. Спасибо за вашу активность и творчество!»
Домашнее задание
Уровень сложности | Задания | Описание |
|---|---|---|
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить краткое сообщение (5-6 предложений) о том, как теория Бутлерова помогла в создании синтетического каучука. | Поиск информации о практическом применении теории в промышленности. |
Контрольный вопрос: «Может ли существовать изомер для метана (CH4)? Почему?»
