Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
Цели и задачи
- Цель: Обобщить и углубить знания о Периодическом законе, раскрыв его физический смысл через теорию строения атома и распределение электронов по орбиталям.
- Образовательная задача: Сформировать понимание причин периодичности свойств химических элементов и их соединений на основе электронных конфигураций атомов.
- Развивающая задача: Развивать умение анализировать информацию, выявлять причинно-следственные связи и аргументированно отстаивать свою точку зрения в ходе проблемного диалога.
- Воспитательная задача: Формировать научное мировоззрение и чувство гордости за вклад отечественной науки в мировую сокровищницу знаний.
Планируемые результаты
Личностные
- Сформированность научного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития химии.
- Готовность к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию.
- Умение управлять своим познавательным поведением в условиях фронтальной дискуссии.
Метапредметные
- Познавательные: умение классифицировать, обобщать и строить логические рассуждения о структуре атома и свойствах элементов.
- Регулятивные: способность ставить цели урока, планировать пути их достижения и осуществлять самоконтроль в процессе решения задач.
- Коммуникативные: владение навыками проблемного диалога, умение формулировать вопросы и аргументировать свои ответы.
Предметные
- Знать современную формулировку Периодического закона и его физический смысл.
- Уметь объяснять закономерности изменения радиусов атомов, энергии ионизации и электроотрицательности в периодах и группах.
- Владеть навыками составления электронных и электронно-графических формул s-, p- и d-элементов.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Смыслообразование: установление связи между целью учебной деятельности и её мотивом (понимание фундаментальности закона).
- Нравственно-этическая ориентация: оценка вклада Д. И. Менделеева в мировую науку.
Регулятивные УУД
- Целеполагание как постановка учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно, и того, что еще неизвестно.
- Прогнозирование свойств элементов на основе их положения в ПСХЭ.
Познавательные УУД
- Поиск и выделение необходимой информации в Периодической системе.
- Моделирование электронных оболочек атомов.
- Установление причинно-следственных связей между зарядом ядра и свойствами элемента.
Коммуникативные УУД
- Планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками.
- Умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами коммуникации.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить демонстрационную настенную таблицу «Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева».
- Распечатать рабочие листы для индивидуальной работы с заданиями на заполнение электронных конфигураций (25 экз.).
- Подготовить презентацию с портретами химиков-предшественников Менделеева (Ньюлендс, Мейер, Деберейнер) и схемами строения атомов.
- Проверить работу мультимедийного проектора и интерактивной доски.
- Выложить на столы учеников справочные материалы: таблицу растворимости и ряд напряжений металлов.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: психологически настроить учеников на работу, создать условия для возникновения внутренней потребности включения в учебную деятельность.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | «Здравствуйте, одиннадцатиклассники! Сегодня мы приступаем к изучению темы, которая является фундаментом всей химии. Дмитрий Иванович Менделеев сказал: "Периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройка и развитие обещаются". Как вы думаете, почему он был так уверен в своем открытии, сделанном более 150 лет назад?» | Приветствуют учителя, проверяют наличие учебников и тетрадей. Высказывают предположения: «Закон объясняет природу элементов», «Он подтверждается новыми открытиями». |
2 мин | Учитель демонстрирует слайд с цитатой и пустой ячейкой таблицы Менделеева (например, для Галлия до его открытия): «"Посмотрите на этот слайд. Менделеев предсказал свойства элементов, которые еще не были открыты, с поразительной точностью. Сегодня мы попробуем понять, какой код он взломал и как современная физика объясняет его гениальное прозрение"». | Слушают учителя, рассматривают слайд, осознают значимость темы. Отвечают на вопрос о Галлии (экаалюминии), вспоминая материал 8 класса. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «"Итак, наша задача сегодня — не просто вспомнить таблицу, а увидеть в ней строгую математическую и физическую логику строения материи"».
Этап 2. Актуализация знаний и фиксация затруднения (5 мин)
Цель этапа: актуализировать опорные знания о классификации элементов и выявить проблему несоответствия атомной массы и свойств.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель проводит фронтальный опрос: «"Вспомните, какой признак Менделеев положил в основу своей первой классификации?"», «"Какие противоречия возникли при расположении элементов строго по возрастанию атомной массы? Посмотрите на пары Аргон и Калий, Теллур и Йод. Что вы замечаете?"» | Отвечают: «Атомная масса». Анализируют таблицу и замечают: «У Аргона масса больше, чем у Калия, но он стоит перед ним», «Теллур тяжелее Йода, но Йод стоит позже». |
2 мин | «"Верно. Если закон — это зависимость свойств от массы, то почему Менделеев пошел против массы? Что он чувствовал важнее веса атома?"» Учитель фиксирует на доске знак вопроса над понятием «Атомная масса». | Выдвигают гипотезы: «Химические свойства важнее», «Возможно, масса — это не главный параметр». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «"Мы видим явное противоречие: закон утверждает одно, а структура таблицы в некоторых местах — другое. Нам нужно найти истинную причину периодичности"».
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать основной вопрос урока и цель исследования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | «"В 1913 году Генри Мозли провел рентгеноспектральные исследования. Он доказал, что есть характеристика, которая возрастает строго линейно от элемента к элементу без исключений. Как вы думаете, что это за характеристика, скрытая внутри атома?"» | Предполагают: «Заряд ядра», «Количество протонов». |
2 мин | «"Именно так. Сформулируйте цель нашего урока, исходя из этого открытия. Что нам нужно связать сегодня?"» Учитель записывает на доске тему урока. | Формулируют цель: «Установить связь между зарядом ядра, строением электронной оболочки и периодическим изменением свойств элементов». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «"Цель ясна. Мы переходим от простого наблюдения за свойствами к пониманию их глубинных физических причин"».
Этап 4. Открытие нового знания (15 мин)
Цель этапа: раскрыть физический смысл периодического закона через анализ электронных конфигураций атомов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель организует проблемный диалог: «"Давайте сравним электронные конфигурации элементов 2-го и 3-го периодов. Литий и Натрий. Что у них общего в строении?"» Пишет на доске: Li 2s1, Na 3s1. «"А теперь посмотрите на Фтор и Хлор. В чем сходство их внешнего слоя?"» | Ученики диктуют конфигурации, делают вывод: «У них одинаковое число электронов на внешнем слое», «Сходство в строении внешнего уровня повторяется через определенные интервалы». |
5 мин | Учитель вводит понятие s-, p-, d-, f-блоков: «"Посмотрите на структуру таблицы. Почему первый период состоит из 2 элементов, второй из 8, а четвертый из 18? Как это связано с емкостью электронных уровней?"» Демонстрирует схему заполнения орбиталей (принцип Паули, правило Хунда). | Работают с учебником и рабочим листом, соотносят количество элементов в периоде с формулой 2n². Записывают в тетрадь: «Причина периодичности — периодическая повторяемость строения внешних электронных уровней атомов». |
5 мин | Учитель задает вопрос на анализ: «"Как меняется радиус атома в периоде слева направо? Казалось бы, электронов становится больше, радиус должен расти. Но он уменьшается. Почему?"» Использует прием «Сократовский диалог» для вывода о притяжении ядра. | Рассуждают: «Заряд ядра растет, электроны сильнее притягиваются к центру, поэтому оболочка сжимается». Делают вывод об усилении неметаллических свойств в периоде. |
Запись в тетрадях
Современная формулировка закона: Свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими простых веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «"Мы нашли ключ: периодичность свойств — это следствие периодичности заполнения электронных орбиталей. Теперь проверим, как этот ключ работает на практике"».
Этап 5. Первичное закрепление (8 мин)
Цель этапа: применить полученные знания для объяснения свойств конкретных элементов и их соединений.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель предлагает задание: «"Используя Периодическую систему, сравните свойства высших оксидов азота и фосфора. Какой из них будет проявлять более выраженные кислотные свойства и почему?"» | Ученики анализируют положение элементов в группе: «Азот выше фосфора, радиус меньше, электроотрицательность выше. Значит, N2O5 — более сильный кислотный оксид, чем P2O5». |
4 мин | «"А теперь задача-прогноз. Элемент №117 (Теннессин) был открыт недавно. Опишите его возможные свойства, исходя из его места в таблице. Металл это или неметалл? Какова его электронная формула внешнего слоя?"» | Работают фронтально: «Он находится в 7-й группе, под Астатом. Внешний слой 7s2 7p5. Это галоген, но из-за большого радиуса он может проявлять некоторые металлические признаки». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «"Вы успешно используете таблицу как инструмент предсказания. Это именно то, что делал Менделеев"».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (5 мин)
Цель этапа: индивидуальная проверка усвоения материала о связи строения атома с положением в системе.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздает мини-карточки с заданием: «"Для элемента с электронной конфигурацией ...3d5 4s2 определите: а) порядковый номер, б) период, в) группу и подгруппу, г) характер простого вещества"». | Ученики выполняют задание самостоятельно в тетрадях. |
2 мин | Учитель выводит эталон ответа на экран: «"Сверьте свои результаты. Если есть ошибки — поднимите руку, разберем причину"». | Сверяют ответы: «а) 25 (Марганец), б) 4 период, в) VII группа, побочная подгруппа, г) металл». Проводят самооценку. |
Эталон решения
Конфигурация $...3d^5 4s^2$ указывает на то, что заполняется d-подуровень, значит это d-элемент. Сумма электронов на внешнем и предвнешнем уровнях: $5 + 2 = 7$. Это 7-я группа. Так как заполняется d-подуровень — побочная подгруппа. Номер периода определяется максимальным значением n (4). Порядковый номер: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^5 = 25$ (Mn).
Завершение этапа: учитель подводит итог: «"Распознавание элемента по его электронному паспорту — важный навык химика-теоретика"».
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: подвести итоги урока, оценить уровень достижения целей и дать инструкции по выполнению домашнего задания.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель использует прием «Билет на выход»: «"Напишите на маленьком листке один самый важный факт, который вы сегодня открыли для себя, и один вопрос, который остался непонятным. Это ваш пропуск с урока"». | Записывают свои мысли: «Понял, почему радиус в периоде уменьшается», «Хочу узнать больше про f-элементы». Сдают листки учителю. |
2 мин | Учитель диктует домашнее задание, поясняя уровни сложности. Благодарит за работу. | Записывают задание в дневники, задают уточняющие вопросы. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — ученик безошибочно определяет положение элемента по электронной конфигурации, логично объясняет закономерности изменения свойств в периодах и группах, активно участвует в проблемном диалоге.
- «4» — допущены незначительные ошибки в составлении электронных формул d-элементов, но общая логика периодичности понята верно.
- «3» — ученик ориентируется в таблице Менделеева, но затрудняется в объяснении физического смысла закона и связи со строением атома без помощи учителя.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
В чем заключается физический смысл порядкового номера элемента? | Проверка усвоения фундаментального понятия связи физики и химии. |
Какое из объяснений изменения свойств в периоде показалось вам наиболее логичным? | Выявление наиболее эффективных способов объяснения для конкретного класса. |
Смогли бы вы предсказать свойства элемента №120? Что для этого нужно знать? | Оценка способности к экстраполяции знаний в новые условия. |
Завершающее слово учителя
«"Сегодня мы убедились, что Периодическая система — это не просто таблица на стене кабинета химии, а строгая карта микромира. Мы увидели, как из невидимых электронов и зарядов ядер рождается многообразие свойств веществ. Помните, что за каждой цифрой в этой таблице стоит история великих открытий. На следующем уроке мы подробно разберем свойства конкретных семейств элементов, опираясь на тот фундамент, который заложили сегодня. Спасибо за активный диалог и глубокие вопросы!"»
Домашнее задание
Уровень сложности | Задания | Описание |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Параграф учебника №15, упр. 1-3. | Повторить формулировки закона и правила заполнения орбиталей. |
Средний (повышающий) | Задача: составить электронные конфигурации ионов Fe2+ и Fe3+. | Объяснить разницу в устойчивости этих состояний, исходя из правила Хунда. |
Продвинутый (дополнительный) | Эссе «Почему водород иногда помещают и в I, и в VII группу одновременно?» | Проанализировать строение атома водорода и его сходство со щелочными металлами и галогенами. |
Контрольный вопрос: Почему в 4-м периоде появляется 10 d-элементов, а во 2-м их нет? (Ответ обоснуйте строением энергетических уровней).