Основные химические понятия и законы. Строение атома химического элемента
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока учащиеся систематизируют основные химические понятия и законы, установят связь между составом атома и положением элемента в периодической системе, а также применят эти знания при решении не менее трёх практических заданий.
- Сформировать умение различать понятия «химический элемент», «атом», «простое вещество», «химическое соединение» и корректно использовать их в устных и письменных ответах.
- Закрепить применение закона сохранения массы веществ и закона постоянства состава при анализе химических формул и простейших расчётных ситуаций.
- Развить умение по порядковому номеру элемента определять состав атома, число электронов на энергетических уровнях и периодическое положение элемента.
- Воспитывать точность химического языка, ответственность за совместный результат и интерес к применению химии в будущей профессиональной деятельности.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение химических знаний для медицинских, технических, экологических и технологических профессий.
- Проявляют познавательный интерес к объяснению свойств веществ через строение атома.
- Понимают ценность точности, доказательности и проверки результата в естественно-научном исследовании.
- Принимают ответственность за собственный вклад в парную работу и соблюдение договорённостей.
Метапредметные
- Извлекают информацию из периодической системы, химических формул и кратких условий задач.
- Сравнивают понятия и классифицируют объекты по заданным признакам.
- Планируют последовательность решения практического задания и проверяют полученный результат.
- Аргументируют ответ в паре, задают уточняющие вопросы и корректно принимают замечания.
- Используют знаково-символические средства: химические символы, формулы, схемы строения атома и математические зависимости.
Предметные
- Знать определения понятий «химический элемент», «атом», «молекула», «простое вещество», «сложное вещество», «изотоп».
- Уметь формулировать содержание закона сохранения массы веществ и закона постоянства состава.
- Уметь по порядковому номеру элемента определять заряд ядра, число протонов, электронов и нейтронов наиболее распространённого изотопа.
- Уметь составлять электронное распределение атомов элементов первых трёх периодов по энергетическим уровням.
- Владеть алгоритмом анализа химической формулы и различать качественный и количественный состав вещества.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Соотносят изучаемые понятия с задачами будущей профессиональной деятельности.
- Формируют внутреннюю мотивацию к самостоятельной проверке химических рассуждений.
- Проявляют готовность к сотрудничеству и уважение к иной аргументированной точке зрения.
- Осознают необходимость соблюдения научной точности при описании вещества и атома.
Регулятивные УУД
- Формулируют учебную цель на основе обнаруженного затруднения.
- Планируют решение задания по предложенному алгоритму и распределяют время.
- Осуществляют самопроверку по эталону и исправляют ошибки в обозначениях и вычислениях.
- Оценивают степень достижения цели с помощью листа самооценки и приёма «Светофор».
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки химических понятий и устанавливают связи между ними.
- Анализируют состав атома по данным периодической системы.
- Моделируют строение атома в виде схемы распределения электронов по энергетическим уровням.
- Применяют законы химии к конкретным формулам и практическим ситуациям.
- Находят и объясняют ошибки в готовых химических рассуждениях.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре: один учащийся решает, второй проверяет ход рассуждения.
- Формулируют полный устный ответ с использованием химической терминологии.
- Задают партнёру вопросы «Почему?», «На каком основании?», «Как проверить?».
- Согласуют общий ответ и аргументированно представляют его классу.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить периодическую систему на экране или интерактивной доске, выделив порядковый номер, символ и относительную атомную массу элемента.
- Распечатать карточки для парной работы: по одной карточке на пару, всего по числу пар в классе; включить задания на понятия, состав атома и электронное распределение.
- Подготовить отдельные карточки трёх уровней сложности для самостоятельной работы: базовые, повышающие и дополнительные.
- Вывести на доску памятку: $Z=p=e$, $A=p+n$, $n=A-Z$, где $Z$ — порядковый номер, $p$ — число протонов, $e$ — число электронов, $A$ — массовое число, $n$ — число нейтронов.
- Подготовить слайд с четырьмя парами понятий: «атом — химический элемент», «простое вещество — сложное вещество», «изотоп — химический элемент», «молекула — вещество».
- Распечатать по одному листу самооценки на каждого ученика и по два стикера на каждого для приёмов «Светофор» и «Билет на выход».
- Подготовить периодическую систему в бумажном виде по одной на парту, ручки, маркеры и таймер на 3–5 минут.
- На доске заранее записать проблемный вопрос: «Как по одной клетке периодической системы восстановить строение атома и предсказать состав вещества?»
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в исследовательскую работу и показать практическую значимость темы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте. Сегодня мы будем не просто повторять определения, а попробуем восстановить строение атома по минимальному набору данных. Представьте, что вы получили неизвестную пробу в лаборатории. Какие сведения об элементе помогут вам начать исследование? Запишите первое предположение в тетради." | Записывают индивидуальное предположение: «порядковый номер», «символ», «масса атома», «положение в периодической системе». Один-два ученика озвучивают ответы. |
2 мин | Учитель показывает на экране клетки элементов натрия и хлора и говорит: "Перед вами только две клетки периодической системы. Но из них можно узнать заряд ядра, число электронов, период, строение внешнего уровня и предположить химические свойства. Назовите вопрос, на который сегодня необходимо ответить, чтобы решить такую задачу." | Формулируют проблемный вопрос: «Как данные периодической системы связаны со строением атома?»; записывают тему урока. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что периодическая система является не только таблицей символов, но и инструментом анализа. Теперь проверим, какие понятия и законы понадобятся нам для такого анализа."
Этап 2. Актуализация понятий и законов. Работа в парах (7 мин)
Цель этапа: актуализировать базовые химические понятия и обнаружить затруднения в их различении.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт каждой паре карточку с терминами и объясняет приём "Подумай — обсуди в паре — поделись": "Сначала каждый самостоятельно соедините понятие с его определением. Затем сравните варианты с партнёром и подготовьте одно обоснование. Не угадывайте по памяти: выделяйте существенный признак." | Индивидуально соотносят термины с определениями, затем в парах обсуждают различия между атомом, элементом, простым и сложным веществом. |
3 мин | Учитель выводит на экран утверждения: "Атом кислорода и кислород как простое вещество — одно и то же"; "Вода является простым веществом"; "Изотопы имеют одинаковый заряд ядра". Учитель просит пары отметить «верно» или «неверно» и объяснить выбор. | В парах отмечают утверждения. Формулируют ответы: «Первое утверждение неверно: атом — частица, а простое вещество состоит из атомов одного элемента»; «вода — сложное вещество»; «изотопы имеют одинаковое число протонов, но разное число нейтронов». |
2 мин | Учитель организует быструю проверку: "Покажите карточку с ответом. Если мнение в паре не совпало, не стирайте первый вариант — объясните, какой признак стал решающим." | Поднимают карточки «верно» или «неверно», называют признак, на который опирались. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы уточнили язык химии и увидели, что главная ошибка возникает при смешении атома, элемента и вещества. Теперь выясним, какие законы позволяют количественно описывать превращения веществ."
Этап 3. Постановка проблемы и построение алгоритма (5 мин)
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Цель этапа: сформулировать способ анализа атома и определить последовательность действий на уроке.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает на доске формулы $H_2O$ и $CO_2$: "В обеих формулах есть кислород, но вещества различны. Какие вопросы можно задать к каждой формуле? Составьте минимум два вопроса в паре." | В парах формулируют вопросы: «Какие элементы входят в состав?», «Сколько атомов каждого элемента?», «Какова массовая доля элемента?», «Как связана формула с законом постоянства состава?». |
3 мин | Учитель направляет обсуждение: "Предлагаю общий алгоритм: сначала определить качественный состав, затем количественный, после этого связать данные с законом и строением атома. Какую информацию нужно взять из периодической системы, чтобы описать атом элемента?" | Называют порядковый номер, символ, относительную атомную массу, номер периода и группы. Записывают алгоритм анализа: 1) найти элемент; 2) определить $Z$, $p$, $e$; 3) вычислить $n$ при известном массовом числе; 4) распределить электроны по уровням; 5) проверить ответ. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "У нас появился рабочий алгоритм. Сейчас мы проверим его на конкретных элементах и сами выведем связь между порядковым номером и составом атома."
Этап 4. Открытие нового знания через практическое исследование (10 мин)
Цель этапа: установить связь между порядковым номером элемента, составом атома и распределением электронов по энергетическим уровням.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель обращается к классу: "Найдите в периодической системе элементы с порядковыми номерами 6, 8, 11 и 17. Для каждого элемента запишите символ и определите число протонов и электронов в нейтральном атоме. Обсудите в паре, почему эти числа совпадают." | Заполняют таблицу: углерод $Z=6$, $p=6$, $e=6$; кислород $Z=8$, $p=8$, $e=8$; натрий $Z=11$, $p=11$, $e=11$; хлор $Z=17$, $p=17$, $e=17$. Формулируют вывод о нейтральности атома. |
4 мин | Учитель показывает схему энергетических уровней и говорит: "Распределим электроны по уровням для элементов с номерами 6, 8, 11 и 17. На первом уровне помещается до 2 электронов, на втором — до 8. Не механически переписывайте схему, а объясните, почему следующий электрон натрия появляется на третьем уровне." | В парах составляют схемы: C — $2,4$; O — $2,6$; Na — $2,8,1$; Cl — $2,8,7$. Объясняют: «Первые два уровня заполнены в пределах их вместимости, поэтому одиннадцатый электрон располагается на третьем уровне». |
3 мин | Учитель предлагает ситуацию: "У атома массовое число 23 и порядковый номер 11. Найдите число протонов, электронов и нейтронов. Запишите краткое объяснение, а не только числа." После решения показывает эталон на доске. | Решают в парах: $p=Z=11$, $e=11$, $n=A-Z=23-11=12$. Записывают полный ответ: «В атоме натрия 11 протонов, 11 электронов и 12 нейтронов». |
Запись в тетрадях
- Для нейтрального атома: $Z=p=e$.
- Массовое число: $A=p+n$, поэтому $n=A-Z$.
- Порядковый номер элемента определяет заряд ядра и число электронов нейтрального атома.
- Электронное распределение для первых трёх периодов записывают по энергетическим уровням.
Эталон решения
Для атома с $Z=11$ и $A=23$: $p=11$; поскольку атом нейтрален, $e=11$; $n=A-Z=23-11=12$. Электронная схема: $2,8,1$. Следовательно, элемент находится в третьем периоде и имеет один электрон на внешнем уровне.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы установили главное: порядковый номер сразу сообщает заряд ядра и число электронов нейтрального атома, а массовое число позволяет найти нейтроны. Теперь применим этот вывод к формулам и законам химии."
Этап 5. Первичное закрепление: законы и химические формулы (7 мин)
Цель этапа: применить закон сохранения массы и закон постоянства состава при анализе конкретных формул и превращений.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель записывает на доске уравнение образования воды: $2H_2+O_2\rightarrow2H_2O$. "Проверьте закон сохранения массы на уровне числа атомов. Сколько атомов водорода и кислорода слева и справа?" | Подсчитывают атомы: слева 4 атома водорода и 2 атома кислорода, справа также 4 атома водорода и 2 атома кислорода. Формулируют вывод: «Число атомов каждого элемента сохраняется». |
2 мин | Учитель предлагает формулу $CO_2$: "Определите качественный и количественный состав вещества. Почему соотношение атомов углерода и кислорода в чистом углекислом газе постоянно?" | Записывают: качественный состав — углерод и кислород; количественный состав — 1 атом углерода и 2 атома кислорода в молекуле. Объясняют связь с законом постоянства состава. |
2 мин | Учитель предлагает ошибочное утверждение: "Если в одной пробе воды две молекулы, а в другой сто молекул, то состав воды различен". Обсудите его в парах и подготовьте возражение. | Обсуждают и отвечают: «Количество молекул различно, но состав каждой молекулы и соотношение водорода и кислорода остаются постоянными». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Формула показывает состав частицы, а химическое уравнение — сохранение атомов при превращении. Переходим к индивидуальной проверке: каждый покажет, насколько уверенно владеет алгоритмом."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой и дифференциацией (8 мин)
Цель этапа: диагностировать индивидуальное умение анализировать атом и химическую формулу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель объясняет выбор уровня: "Выберите базовую карточку, если хотите закрепить алгоритм; повышающую — если готовы выполнить несколько связанных действий; дополнительную — если хотите проверить себя на изотопах и ионах. Критерии одинаково прозрачны: важны ход решения, обозначения и проверка." | Выбирают карточку с учётом собственной готовности, записывают уровень в тетради. |
5 мин | Учитель предлагает задания. Базовый уровень: для элемента с $Z=8$ определить $p$, $e$, электронную схему и период. Повышающий уровень: для атома с $Z=17$, $A=35$ определить $p$, $e$, $n$, электронную схему и составить описание положения элемента. Дополнительный уровень: сравнить изотопы $^{35}_{17}Cl$ и $^{37}_{17}Cl$. | Индивидуально решают выбранный вариант. Для базового задания получают: $p=8$, $e=8$, схема $2,6$, третий? Нет, второй период. Для повышающего: $p=17$, $e=17$, $n=18$, схема $2,8,7$, третий период. Для изотопов отмечают одинаковое число протонов и разное число нейтронов. |
2 мин | Учитель выводит эталон и организует самопроверку: "Проверьте не только ответ, но и каждую букву обозначения. Ошибку не замазывайте: зачеркните одной линией и рядом запишите правильный вариант." | Сверяют решение с эталоном, отмечают ошибки условными знаками, исправляют вычисления и заполняют краткую самооценку. |
Эталон решения
Для $Z=8$: $p=8$, $e=8$, электронная схема $2,6$, элемент расположен во втором периоде. Для $Z=17$, $A=35$: $p=17$, $e=17$, $n=35-17=18$, схема $2,8,7$, элемент расположен в третьем периоде. Для изотопов хлора: число протонов одинаково и равно 17; число нейтронов различно: $35-17=18$ и $37-17=20$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что алгоритм можно применять к разным элементам и изотопам. Осталось проверить, что вы понимаете не отдельные шаги, а общую связь между понятиями, законами и строением атома."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: осмыслить результат урока, выявить затруднения и определить направление дальнейшей работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит рефлексию "Светофор": "Поднимите зелёный стикер, если можете по $Z$ определить состав нейтрального атома; жёлтый — если нужен ещё один пример; красный — если пока не можете выполнить алгоритм без помощи. На обратной стороне напишите одно конкретное затруднение." | Поднимают стикер соответствующего цвета и записывают затруднение: «путаю массовое число и относительную атомную массу», «ошибаюсь в числе нейтронов», «не всегда помню вместимость уровня». |
2 мин | Учитель предлагает "Билет на выход": "Ответьте письменно на два вопроса: что показывает порядковый номер элемента и чем атом отличается от химического элемента? Третий пункт — приведите один пример применения закона сохранения массы." | Заполняют билет на выход: «Порядковый номер равен числу протонов и электронов в нейтральном атоме»; «атом — частица, химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра»; приводят пример с уравнением образования воды. |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание и говорит: "Выберите уровень не по привычке, а по результату сегодняшней самопроверки. Важно не количество страниц, а точность рассуждения и способность объяснить каждый шаг." | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы, отмечают выбранный уровень. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно выполнены все пункты выбранной карточки, корректно определены протоны, электроны и нейтроны, составлена электронная схема, приведено объяснение и проведена проверка результата.
- «4» — выполнено не менее 80% задания, допущена одна содержательная или две технические ошибки, но алгоритм решения в целом выбран правильно.
- «3» — правильно выполнена базовая часть задания, однако есть ошибки в определении нейтронов, периоде элемента или записи электронной схемы; объяснение неполное.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что показывает порядковый номер элемента и как вы использовали эту информацию сегодня? | Проверка осознания связи между положением элемента и составом атома. |
Какой шаг алгоритма анализа атома оказался для вас наиболее сложным? | Выявление точек затруднения для последующей коррекции. |
Чем отличаются атом, химический элемент и простое вещество? | Проверка точности химической терминологии. |
Какой практический пример подтвердил действие закона сохранения массы? | Оценка умения связывать закон с химическим уравнением и конкретным материалом. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы увидели, что одна клетка периодической системы содержит ключ к описанию атома: по порядковому номеру можно определить заряд ядра и число электронов нейтрального атома. Мы также связали химические формулы и уравнения с законами сохранения массы и постоянства состава. Обратите внимание на типичную ошибку: массовое число нельзя путать с числом нейтронов, потому что нейтроны находят как разность $A-Z$. На следующем уроке мы продолжим анализ строения атома и свяжем электронное строение с закономерностями изменения свойств элементов."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Выполнить 4 задания на определение протонов, электронов и нейтронов по порядковому номеру и массовому числу; для двух элементов составить электронные схемы по энергетическим уровням. | Закрепляет основной алгоритм анализа атома; при проверке обратить внимание на формулы $p=Z$, $e=Z$, $n=A-Z$ и правильность распределения электронов. |
Средний (повышающий) | Решить 3 практические задачи: определить качественный и количественный состав веществ по формулам, проверить сохранение числа атомов в одном уравнении и объяснить постоянство состава выбранного соединения. | Формирует умение применять законы химии к формулам и уравнениям; при проверке смотреть на аргументацию, а не только на итоговый ответ. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить краткую сравнительную таблицу для двух изотопов одного элемента и двух ионов: указать число протонов, нейтронов и электронов, а также объяснить, какие характеристики сохраняются, а какие изменяются. | Развивает исследовательское мышление и умение различать изотопы, атомы и ионы; при проверке обратить внимание на точность терминов и самостоятельность вывода. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Как определить число протонов по периодической системе?», «Как найти число нейтронов, если известны $A$ и $Z$?», «Чем химический элемент отличается от простого вещества?», «Какой закон подтверждает сохранение числа атомов при химической реакции?»
