Электронные конфигурации ионов. Электроотрицательность
Цели и задачи
- Цель: сформировать умение составлять электронные конфигурации ионов металлов и неметаллов (включая d-элементы) и объяснять закономерности изменения электроотрицательности в Периодической системе.
- Образовательная задача: изучить алгоритм отрыва и присоединения электронов при образовании ионов, рассмотреть особенности d-элементов (Fe, Cr, Cu) и понятие шкалы Полинга.
- Развивающая задача: развивать навыки логического мышления при переходе от строения атома к строению иона, а также умение прогнозировать свойства химических элементов.
- Воспитательная задача: способствовать формированию ответственного отношения к подготовке к государственной итоговой аттестации через решение задач формата ЕГЭ.
Планируемые результаты
Личностные
- Готовность к осознанному выбору дальнейшей образовательной траектории на основе понимания роли химии в современном мире.
- Развитие научного мировоззрения и критического мышления.
- Умение управлять своим временем и ресурсами при подготовке к экзаменам.
Метапредметные
- Познавательные: умение классифицировать объекты, устанавливать причинно-следственные связи между строением атома и его электроотрицательностью.
- Регулятивные: способность самостоятельно планировать пути достижения целей, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения задач.
- Коммуникативные: умение аргументированно выражать своё мнение и участвовать в учебном диалоге.
Предметные
- Знать определения понятий «ион», «катион», «анион», «электроотрицательность».
- Уметь составлять электронные и графические формулы ионов s-, p- и d-элементов.
- Владеть навыком определения изменения электроотрицательности в периодах и группах.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Формирование ценности саморазвития и самообразования.
- Осознание значимости фундаментальных знаний по химии для будущей профессиональной деятельности.
Регулятивные УУД
- Постановка учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно, и того, что еще предстоит освоить.
- Самоконтроль правильности написания электронных конфигураций по эталону.
Познавательные УУД
- Поиск и выделение необходимой информации в Периодической таблице.
- Синтез знаний о строении атома для объяснения химической связи.
Коммуникативные УУД
- Интеграция в группу сверстников и построение продуктивного взаимодействия при решении проблемных задач.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию с динамическими схемами заполнения d-подуровней.
- Распечатать карточки с заданиями №1 и №2 из открытого банка ФИПИ (по 15 экземпляров).
- Проверить наличие таблицы Менделеева и таблицы электроотрицательности по Полингу на каждом столе.
- Подготовить демонстрационные модели атомов (по возможности) или использовать 3D-визуализацию орбиталей.
- Открыть страницу учебника (например, Габриелян 11 кл.) на разделе «Периодический закон».
Ход урока
Этап 1. Мотивация и самоопределение (3 мин)
Цель этапа: создать психологический настрой и вызвать интерес к теме через связь с биологией и медициной.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | «Здравствуйте, коллеги! Именно так я буду называть вас сегодня, ведь в 11 классе мы уже не просто ученики, а исследователи вещества. Посмотрите на слайд. Здесь изображены ионы натрия, калия и кальция. Мы знаем, что без них невозможна работа сердца и передача нервных импульсов. Но задумывались ли вы, почему атом натрия — это агрессивный металл, а ион натрия — жизненно необходимая частица? Всё дело в электронной оболочке. Сегодня мы научимся "заглядывать под капот" ионам и поймем, кто в таблице Менделеева самый жадный до электронов. Готовы?» | Слушают учителя, настраиваются на работу. Отвечают на вопрос: «Разница в количестве электронов и завершенности внешнего уровня». Открывают тетради, записывают дату. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Итак, мы поняли, что свойства иона радикально отличаются от свойств атома. Давайте вспомним, как распределяются электроны в обычном атоме, прежде чем мы их начнем отнимать или добавлять».
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: повторить базовые принципы заполнения электронных оболочек атомов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель проводит блиц-опрос: «Давайте быстро вспомним: 1. Какое максимальное число электронов на s-, p- и d-подуровнях? 2. В чем суть принципа Паули и правила Хунда? 3. У каких элементов 4-го периода наблюдается "провал" электрона? Назовите их символы и порядковые номера». Учитель фиксирует на доске конфигурации хрома и меди: Cr [Ar] 3d⁵4s¹ и Cu [Ar] 3d¹⁰4s¹. | Отвечают: «s-2, p-6, d-10». Формулируют правила: «В одной ячейке не более двух электронов с антипараллельными спинами», «Сначала заполняем по одному, потом спариваем». Называют хром (24) и медь (29), объясняя устойчивость полузаполненного и полностью заполненного d-подуровня. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Отлично, фундамент заложен. Теперь переходим к самому интересному — превращению атомов в ионы. Это критически важная тема для первого задания ЕГЭ».
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Открытие нового знания: Конфигурации ионов (12 мин)
Цель этапа: изучить алгоритм составления электронных формул ионов, уделив особое внимание d-элементам.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
6 мин | «Запишите правило: при образовании катиона (положительного иона) атом отдает электроны с ВНЕШНЕГО уровня. Для s- и p-элементов это просто. Например, Na⁰ [Ne] 3s¹ → Na⁺ [Ne]. Атом стал похож на благородный газ неон. А теперь внимание на d-элементы! Запишите золотое правило: у d-элементов электроны сначала уходят с внешнего s-слоя, и только потом с предвнешнего d-слоя. Давайте разберем железо Fe. Его конфигурация: ...3d⁶4s². Как будет выглядеть ион Fe²⁺?» | Записывают правила в тетрадь. Рассуждают: «Если уходят с внешнего, то сначала уходят два электрона с 4s-подуровня». Записывают: Fe²⁺ [Ar] 3d⁶ 4s⁰. Один ученик у доски рисует графическую схему. |
6 мин | «А теперь случай с анионами. Неметаллы принимают электроны на внешний уровень до завершения октета. Разберем хлор. Cl⁰ ...3s²3p⁵. Сколько ему не хватает до счастья? Принимаем один электрон: Cl⁻ ...3s²3p⁶. Он стал изоэлектронным аргону. Запомните термин "изоэлектронные частицы" — это те, у кого одинаковое число электронов и одинаковая конфигурация». Учитель предлагает задание: «Найдите пару изоэлектронных частиц среди: K⁺, Ca²⁺, Cl⁻, S²⁻, Ar». | Отвечают: «Хлору не хватает одного электрона». Записывают формулу иона хлора. Анализируют предложенный список и приходят к выводу, что все перечисленные частицы имеют конфигурацию аргона [Ne] 3s²3p⁶ и являются изоэлектронными. |
Запись в тетрадях
- Катион (+) = Атом - e⁻. Электроны уходят с последнего уровня (у d-элементов сначала с ns, потом с (n-1)d).
- Анион (-) = Атом + e⁻. Электроны приходят на последний уровень.
- Изоэлектронные частицы — частицы с одинаковым электронным строением (например, F⁻, Ne, Na⁺).
- Пример d-элемента: Fe⁰ [Ar] 3d⁶4s²; Fe²⁺ [Ar] 3d⁶4s⁰; Fe³⁺ [Ar] 3d⁵4s⁰.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы научились менять число электронов. Но почему одни атомы их отдают легко, а другие — мертвой хваткой держат свои и воруют чужие? Ответ кроется в понятии электроотрицательности».
Этап 4. Открытие нового знания: Электроотрицательность (10 мин)
Цель этапа: ввести понятие электроотрицательности и рассмотреть закономерности её изменения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | «Электроотрицательность (ЭО) — это способность атома притягивать к себе общие электронные пары. Представьте перетягивание каната. Самый сильный игрок в таблице — Фтор. Его ЭО по шкале Полинга принята за 4.0. Почему он такой сильный? У него маленький радиус и большой заряд ядра относительно этого радиуса. Учитель рисует на доске стрелки: ЭО растет слева направо по периоду и снизу вверх по группе. Как вы думаете, почему у благородных газов ЭО часто не определяют или считают равной нулю?» | Слушают, фиксируют определение. Делают вывод: «ЭО растет к Фтору (F)». Отвечают на вопрос: «У благородных газов завершен уровень, им не нужно притягивать чужие электроны, они химически инертны». |
5 мин | Учитель демонстрирует таблицу Полинга. «Посмотрите на значения: F(4.0), O(3.5), N(3.0), Cl(3.0). Эти лидеры определяют тип химической связи, о которой мы поговорим на следующем уроке. Запомните ряд: F > O > N ≈ Cl > Br > S > C > P > H. Это ряд уменьшения электроотрицательности. Если разность ЭО большая — связь ионная, если маленькая — ковалентная». | Анализируют таблицу. Записывают ряд электроотрицательности. Сравнивают значения для металлов и неметаллов, отмечая, что у металлов ЭО всегда низкая (менее 2.0). |
Запись в тетрадях
Электроотрицательность (χ) — мера способности атома притягивать электроны.
Закономерности:
1) В периоде (→) растет, т.к. растет заряд ядра и уменьшается радиус.
2) В группе (↑) растет, т.к. уменьшается радиус и число слоев.
Самый ЭО элемент — Фтор, самый электроположительный — Франций.
Закономерности:
1) В периоде (→) растет, т.к. растет заряд ядра и уменьшается радиус.
2) В группе (↑) растет, т.к. уменьшается радиус и число слоев.
Самый ЭО элемент — Фтор, самый электроположительный — Франций.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Теперь у нас есть полный инструментарий. Пора проверить его в деле на задачах, которые встретятся вам в июне на экзамене».
Этап 5. Первичное закрепление. Практикум ЕГЭ (8 мин)
Цель этапа: отработать полученные знания на конкретных примерах заданий №1 и №2 ЕГЭ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
8 мин | Учитель раздает карточки. «Задание 1: Выберите два элемента, ионы которых имеют конфигурацию 1s²2s²2p⁶. Список: Mg, K, F, S, Cr. Задание 2: Расположите элементы в порядке возрастания их электроотрицательности: Si, P, Al. Работаем самостоятельно 4 минуты, затем взаимопроверка по ключу на слайде». Учитель проходит по рядам, консультирует. | Выполняют задания. Для 1-го задания расписывают конфигурации ионов: Mg²⁺ (10e), K⁺ (18e), F⁻ (10e), S²⁻ (18e). Выбирают Mg и F. Для 2-го задания смотрят положение в периоде: Al (13), Si (14), P (15). Ответ: Al, Si, P. Обмениваются тетрадями, проверяют работу соседа. |
Эталон решения (Задание 1)
1. Mg [Ne] 3s² → Mg²⁺ [Ne] (10e: 1s²2s²2p⁶) — Подходит.
2. K [Ar] 4s¹ → K⁺ [Ar] (18e) — Не подходит.
3. F [He] 2s²2p⁵ → F⁻ [Ne] (10e: 1s²2s²2p⁶) — Подходит.
Ответ: Mg, F.
2. K [Ar] 4s¹ → K⁺ [Ar] (18e) — Не подходит.
3. F [He] 2s²2p⁵ → F⁻ [Ne] (10e: 1s²2s²2p⁶) — Подходит.
Ответ: Mg, F.
Критерии оценивания практической работы
- «5» — Верно выполнены оба задания, приведены электронные формулы ионов, объяснен выбор порядка ЭО.
- «4» — Верно выполнены оба задания, но допущены неточности в записи электронных конфигураций (например, не указан 4s⁰ у металлов).
- «3» — Верно выполнено только одно задание, или в обоих заданиях допущены ошибки в определении количества электронов.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какой момент в составлении конфигураций d-ионов показался самым «коварным»? | Выявление осознания специфики отрыва электронов с s-подуровня перед d-подуровнем. |
Сможете ли вы теперь без таблицы Менделеева предсказать, у кого ЭО выше: у азота или у углерода? | Проверка усвоения логики изменения свойств в периоде. |
Оцените свою готовность к заданию №1 ЕГЭ по 10-балльной шкале. | Формирование навыка самооценки и выявление потребности в дополнительных консультациях. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы сделали важный шаг в понимании микромира. Мы увидели, что ионы — это не просто атомы с зарядом, а частицы с новой, часто более стабильной судьбой. Электроотрицательность же стала для нас компасом, который в будущем укажет, куда смещаются электроны в молекулах. На следующем уроке мы используем эти знания, чтобы разобраться в типах химических связей. Вы отлично поработали, особенно с d-элементами, которые часто становятся ловушкой на экзамене. Не забудьте закрепить успех дома!»
Домашнее задание
Уровень сложности | Задания | Описание |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Параграф 3, упр. 1-4. | Составить конфигурации ионов Li⁺, O²⁻, Al³⁺, Br⁻. |
Средний (повышающий) | Задания №1-3 из варианта ЕГЭ (любой сборник). | Отработка навыка на реальных тестах ФИПИ. |
Продвинутый (дополнительный) | Мини-исследование. | Почему ЭО кислорода выше, чем у хлора, хотя заряд ядра хлора значительно больше? Подготовить краткий ответ. |
Контрольный вопрос перед выходом: «Сколько электронов на внешнем уровне у иона меди Cu⁺?» (Ожидаемый ответ: 0 на 4-м уровне, 18 на 3-м).