Теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова
Цели и задачи
- Цель: Сформировать представление о ключевых положениях теории А.М. Бутлерова и научиться объяснять многообразие органических веществ через явление изомерии.
- Образовательная задача: Изучить предпосылки создания теории, сформулировать её основные постулаты и ввести понятие «изомерия».
- Развивающая задача: Развивать навыки логического мышления, умение устанавливать причинно-следственные связи между составом, строением и свойствами веществ.
- Воспитательная задача: Формировать чувство гордости за отечественную науку на примере вклада А.М. Бутлерова в мировую химию.
Планируемые результаты
Личностные
- Формирование научного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития химии.
- Развитие готовности к самообразованию и осознанному выбору будущей профессиональной траектории.
- Понимание ценности интеллектуального труда и вклада российских учёных в мировое наследие.
Метапредметные
- Умение создавать, применять и преобразовывать знаково-символические средства для решения учебных задач (моделирование молекул).
- Навыки смыслового чтения научно-популярных текстов и выделения главного.
- Способность аргументировать свою точку зрения и участвовать в учебном диалоге.
Предметные
- Знать основные положения теории химического строения А.М. Бутлерова.
- Уметь различать понятия «состав» и «строение» молекул.
- Владеть навыком составления структурных формул изомеров на примере предельных углеводородов.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Смыслообразование (связь между изучением теории и пониманием устройства окружающего мира).
- Нравственно-этическая ориентация в рамках научной дискуссии.
Регулятивные УУД
- Целеполагание как постановка учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно, и того, что еще неизвестно.
- Планирование последовательности действий при построении моделей изомеров.
Познавательные УУД
- Поиск и выделение необходимой информации из учебника и дополнительных источников.
- Логические действия: анализ объектов с целью выделения признаков, синтез как составление целого из частей.
Коммуникативные УУД
- Умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами коммуникации.
- Управление поведением партнера при работе в парах (контроль, коррекция).
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить шаростержневые модели молекул (наборы для органической химии) — 15 комплектов (на каждую парту).
- Распечатать рабочие листы с заданием «Найди ошибку в структуре» (30 шт.).
- Подготовить портрет А.М. Бутлерова для демонстрации на слайде.
- Подготовить реактивы для демонстрационного опыта: этиловый спирт, диэтиловый эфир (в запаянных ампулах), вода.
- Проверить работу проектора и презентации (слайды с формулами изомеров C4H10).
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: создание эмоционального настроя и актуализация интереса к теме через парадокс.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | «Здравствуйте, коллеги! Именно так я хочу к вам обращаться сегодня, ведь мы приступаем к изучению фундамента всей современной органической химии. Проверьте, лежат ли у вас на столах учебники, тетради и наборы для моделирования. Они нам сегодня жизненно необходимы». | Приветствуют учителя, проверяют наличие учебных принадлежностей и наборов для моделирования. |
2 мин | «Посмотрите на экран. Перед вами две формулы: C2H6O и C2H6O. Состав абсолютно одинаков. Но одно вещество — это этиловый спирт, жидкость, которая смешивается с водой. Второе — диэтиловый эфир, газ с резким запахом, почти нерастворимый в воде. Как такое возможно? Почему при одинаковом наборе атомов мы получаем разные миры?» | Выражают удивление, пытаются выдвинуть гипотезы: «Возможно, атомы связаны по-разному?», «Может быть, дело в форме молекулы?» |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Ваши догадки очень близки к истине. Чтобы ответить на этот вопрос научно, нам нужно отправиться в 1861 год и познакомиться с идеями великого русского химика Александра Михайловича Бутлерова».
Этап 2. Актуализация знаний и фиксация затруднения (5 мин)
Цель этапа: повторение базовых понятий валентности и структуры атома углерода.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | «Прежде чем строить новое, вспомним фундамент. Какова валентность углерода в органических соединениях? Напишите на черновиках электронную конфигурацию атома углерода в возбужденном состоянии. Сколько неспаренных электронов он имеет?» | Отвечают: «Валентность IV». Записывают конфигурацию: 1s2 2s1 2p3. Делают вывод о наличии 4 неспаренных электронов. |
2 мин | «А теперь попробуйте нарисовать схему соединения 4 атомов углерода и 10 атомов водорода (C4H10). Соблюдайте правило: у углерода всегда 4 связи, у водорода — 1. Сколько вариантов у вас получится?» | Пытаются рисовать структуры. Большинство рисует линейную цепь. Некоторые обнаруживают возможность «разветвления» цепи. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Итак, мы видим, что даже для маленькой молекулы C4H10 можно предложить не один вариант соединения атомов. Это и есть ключ к разгадке многообразия органических веществ».
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Построение проекта выхода из затруднения (4 мин)
Цель этапа: формулировка цели урока и плана действий.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | «Чего нам не хватает, чтобы уверенно сказать: это вещество — спирт, а это — эфир? Мы знаем состав, но не знаем... что? Сформулируйте цель нашего урока». | Отвечают: «Нам не хватает знаний о том, как атомы соединяются. Цель — изучить теорию строения молекул и научиться составлять их формулы». |
2 мин | «Верно. Наш план: 1. Изучить основные положения теории Бутлерова. 2. Понять, что такое химическое строение. 3. Научиться строить изомеры. Запишите тему урока: "Теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова"». | Записывают тему урока в тетради, фиксируют пункты плана. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «План намечен. Приступаем к исследованию».
Этап 4. Реализация проекта — Открытие нового знания (12 мин)
Цель этапа: изучение и фиксация основных положений теории Бутлерова через работу с текстом и моделями.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | «Используем прием "Инсерт". Откройте учебник на стр. 42. Прочитайте параграф о положениях теории. Маркируйте текст: V — знал, + — новое, ? — хочу спросить. Особое внимание уделите первому и второму положениям». | Читают текст, делают пометки карандашом. Выделяют определение химического строения. |
7 мин | «Давайте обсудим. Первое положение гласит: атомы в молекулах соединены в определенной последовательности согласно их валентности. Это и есть химическое строение. Возьмите наборы для моделирования. Соберите две разные модели для состава C4H10. Одну — в линию, другую — с разветвлением. Что вы заметили?» | Работают в парах с шаростержневыми моделями. Собирают н-бутан и изобутан. Отвечают: «У них разная форма, разный скелет, хотя количество атомов одинаковое. Это разные вещества!» |
Запись в тетрадях
- 1. Атомы в молекулах соединены в определенной последовательности согласно их валентности. Углерод всегда четырехвалентен.
- 2. Свойства веществ зависят не только от качественного и количественного состава, но и от химического строения молекул.
- 3. Изомерия — явление существования веществ с одинаковым составом, но разным строением и свойствами.
- 4. Атомы и группы атомов в молекулах взаимно влияют друг на друга.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы сформулировали законы, по которым строится мир органики. Второе положение объясняет наш парадокс со спиртом и эфиром: разное строение — разные свойства».
Этап 5. Первичное закрепление (6 мин)
Цель этапа: отработка навыка написания структурных формул и проверки валентности.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | «Применим прием "Толстые и тонкие вопросы". Я задаю тонкий вопрос: какова валентность углерода в молекуле метана? Теперь вы задайте соседу "толстый" вопрос, начинающийся со слов "Почему..." или "Что будет, если..." по теории Бутлерова». | Ученик 1: «Валентность IV». Ученик 2 (соседу): «Почему свойства бутана и изобутана различаются, если у них одинаковая формула C4H10?» Сосед отвечает, опираясь на второе положение теории. |
3 мин | «На доске записана формула: CH3-CH2-CH2-CH3. Это структурная формула. Допишите рядом сокращенную структурную формулу для его изомера, который вы только что собрали из моделей». | Один ученик выходит к доске и пишет формулу изобутана: CH3-CH(CH3)-CH3. Остальные записывают в тетрадь. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы отлично справляетесь с языком структурных формул. Пора проверить себя в деле».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (8 мин)
Цель этапа: индивидуальная проверка усвоения понятия «изомерия».
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
6 мин | «Задание на карточках: для вещества состава C5H12 постройте все возможные структурные изомеры. Подсказка: их должно быть три. Дайте им названия (пока интуитивно, как в учебнике) и проверьте каждую связь — их должно быть ровно 4 у каждого углерода». | Самостоятельно рисуют структуры пентана, изопентана и неопентана в тетрадях. |
2 мин | «А теперь посмотрите на экран (слайд с эталоном). Сравните свои рисунки с образцом. Поставьте себе "+" за каждый верный изомер». | Проводят самопроверку, исправляют ошибки в связях, если они есть. |
Эталон решения
1. CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 (н-пентан)
2. CH3-CH(CH3)-CH2-CH3 (2-метилбутан)
3. CH3-C(CH3)2-CH3 (2,2-диметилпропан)
2. CH3-CH(CH3)-CH2-CH3 (2-метилбутан)
3. CH3-C(CH3)2-CH3 (2,2-диметилпропан)
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Если вы нашли все три изомера — вы настоящие исследователи микромира!»
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (7 мин)
Цель этапа: осознание учащимися своей учебной деятельности, самооценка результатов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | «Наш урок подходит к концу. Давайте вернемся к нашей таблице "Знаю — Хочу узнать — Узнал". Заполните последнюю колонку. Что для вас сегодня стало самым важным открытием? Используем прием "Билет на выход": напишите на маленьком листке один вопрос по теме, который остался для вас неясным, и сдайте мне». | Заполняют рефлексивные таблицы, пишут вопросы на листочках (например: «Могут ли быть изомеры у метана?» или «Как влияют атомы друг на друга?»). |
3 мин | «Запишите домашнее задание. Оно дифференцированное — выберите тот уровень, который вам интересен. Спасибо за работу, сегодня мы совершили большой прорыв в понимании химии!» | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно составлены все 3 изомера C5H12, соблюдена валентность всех атомов, даны верные пояснения к теории.
- «4» — верно составлены 2 изомера, допущены незначительные ошибки в расстановке индексов водорода.
- «3» — верно составлен 1 изомер (линейный), есть понимание сути валентности, но затруднения в построении разветвленных цепей.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какое положение теории Бутлерова кажется вам самым логичным, а какое — сложным? | Выявление субъективных трудностей в восприятии теоретического материала. |
Смогли бы вы объяснить восьмикласснику, почему C2H6O — это два разных вещества? | Проверка глубины понимания и способности к трансляции знаний (уровень применения). |
Что было труднее: собрать модель из набора или нарисовать её в тетради? | Анализ перехода от материального моделирования к знаково-символическому. |
Завершающее слово учителя
«Дорогие десятиклассники! Сегодня мы прикоснулись к "азбуке" органики. Теория Бутлерова для химика — как законы Ньютона для физика: на ней держится всё. Мы поняли, что порядок соединения атомов определяет жизнь вещества. На следующем уроке мы узнаем, как именно эти знания помогают создавать новые лекарства и материалы, которых нет в природе. Вы сегодня отлично потрудились в роли исследователей. До встречи на следующем уроке!»
Домашнее задание
Уровень сложности | Задания | Описание |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Параграф 5, вопр. 1-3 | Выучить формулировки положений теории, уметь приводить примеры. |
Средний (повышающий) | Упр. 5 на стр. 48 | Построить все возможные изомеры для C6H14 (их 5 штук). Проверить валентность. |
Продвинутый (дополнительный) | Мини-эссе или презентация | «Взаимное влияние атомов в молекулах: примеры из жизни». Подготовить сообщение на 2-3 минуты. |
Контрольный вопрос перед выходом: «Сколько связей должен иметь каждый атом углерода в любой из ваших домашних формул?» (Ожидаемый хором ответ: «Четыре!»)