Валентность и валентные возможности атома
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока научиться определять валентность элементов по формулам бинарных соединений, объяснять валентные возможности атома с учётом строения его внешнего энергетического уровня и обосновывать выбор формулы вещества в учебной и практической задаче.
- Сформировать представление о валентности как способности атома образовывать определённое число химических связей и отличать валентность от степени окисления.
- Научиться анализировать электронное строение атомов и связывать число неспаренных электронов с возможной валентностью элемента.
- Развивать умение выдвигать гипотезы, проверять их по формулам веществ, работать в паре и аргументировать химический вывод.
- Воспитывать ответственное отношение к точности химического языка и готовность самостоятельно проверять правильность записи формул.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение анализа строения атома для понимания свойств веществ и выбора будущей профессиональной траектории в естественно-научной области.
- Проявляют познавательный интерес к объяснению различий валентных возможностей элементов одной группы.
- Принимают ценность точной записи химических формул и аргументированного научного вывода.
- Развивают готовность к самооценке и спокойному отношению к сложным заданиям, связанным с экзаменационными форматами.
Метапредметные
- Извлекают информацию из электронных формул, таблиц и химических формул соединений.
- Сравнивают несколько объектов, выявляют закономерность и формулируют гипотезу о валентных возможностях атома.
- Планируют действия при определении валентности и проверяют результат по условию химической формулы.
- Работают в паре, распределяют роли, задают уточняющие вопросы и представляют общий вывод.
- Используют химическую символику как средство моделирования строения и состава вещества.
Предметные
- Знать определения валентности и валентных возможностей атома.
- Уметь определять валентность элемента по формуле бинарного соединения.
- Уметь составлять формулы бинарных соединений по известным валентностям элементов.
- Объяснять связь валентности с числом неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне.
- Различать валентность и степень окисления на примере соединений серы, азота, хлора и углерода.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный смысл изучения строения атома для объяснения состава и свойств веществ.
- Проявляют самостоятельность при выборе способа проверки химической гипотезы.
- Осознают необходимость точности при использовании терминов «валентность» и «степень окисления».
- Оценивают собственную готовность применять алгоритм без подсказки.
Регулятивные УУД
- Формулируют учебную цель на основе обнаруженного затруднения.
- Планируют последовательность определения валентности по формуле соединения.
- Контролируют правильность уравнивания числа связей у атомов.
- Сверяют решение с эталоном, находят и исправляют ошибку.
- Оценивают результат по критериям и намечают способ устранения затруднения.
Познавательные УУД
- Анализируют электронные формулы атомов и выделяют внешние электроны.
- Сравнивают формулы веществ и устанавливают зависимость между индексами и валентностями.
- Строят простую модель образования химических связей.
- Классифицируют примеры по постоянной и переменной валентности.
- Формулируют вывод на основе нескольких наблюдений, а не отдельного примера.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре: аналитик и проверяющий.
- Объясняют партнёру ход рассуждения, используя химические термины.
- Задают вопросы по существенному шагу решения и корректно указывают на ошибку.
- Представляют общий вывод пары и учитывают альтернативное обоснование.
- Согласуют формулу вещества после проверки числа химических связей.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию или запись на доске с электронными формулами атомов H, O, N, C, S и Cl, а также с формулами H₂O, NH₃, CH₄, SO₂, SO₃, PCl₃ и PCl₅.
- Распечатать карточки для парной работы: по одной карточке на пару, всего по числу пар в классе, с заданиями трёх уровней сложности.
- Подготовить отдельные карточки с ошибочными формулами и рассуждениями для приёма «Найди ошибку».
- Вывесить на доске памятку: «Число связей у атома в формуле должно соответствовать его валентности» и алгоритм определения валентности.
- Подготовить таблицу с распространёнными валентностями H, O, N, C, S, Cl, P и Fe.
- Распечатать лист самооценки и билет на выход — по одному экземпляру на каждого ученика.
- Подготовить маркеры, магнитные карточки с символами элементов и индексами, тетради и таймер.
- Обеспечить работу проектора или интерактивной доски; при отсутствии оборудования использовать заранее подготовленную запись на доске.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в исследовательскую деятельность и показать практическую значимость точного определения валентности.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и говорит: "Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем не просто повторять определения, а проверим, как строение атома помогает предсказывать состав вещества. На доске записаны формулы H₂O и H₂O₂. Посмотрите на них внимательно: почему один и тот же элемент кислород образует разные соединения с водородом?" | Рассматривают формулы, фиксируют различие индексов и предполагают: "У кислорода разное число связей"; "Атомы соединены по-разному". |
2 мин | Учитель показывает формулы NH₃, N₂H₄ и N₂H₅ и обращается к классу: "Какая из записей вызывает сомнение? Не спешите исправлять её по памяти. Предложите критерий, по которому можно проверить формулу. Сегодня нам потребуется понятие, объясняющее число связей атома." Учитель фиксирует гипотезы на доске. | В парах обсуждают 30 секунд, затем формулируют критерий: "Нужно сравнить число связей у атомов"; отмечают, что запись N₂H₅ требует проверки. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что одной химической интуиции недостаточно: формулу нужно проверять по числу связей. Сейчас восстановим необходимые знания о строении атома и найдём причину возникающего затруднения."
Этап 2. Актуализация знаний (6 мин)
Цель этапа: актуализировать знания об электронном строении атома, внешнем энергетическом уровне и химической связи.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель выводит на экран электронные схемы атомов H, O, N и C и говорит: "Вспомните, какие электроны называют валентными. Сколько электронов находится на внешнем уровне у каждого атома? Какие электроны участвуют в образовании химической связи? Запишите в тетради краткую цепочку рассуждения: внешний уровень — валентные электроны — образование связи." | Записывают цепочку, называют: "Валентные электроны находятся на внешнем энергетическом уровне и участвуют в образовании химических связей"; определяют число внешних электронов H — 1, C — 4, N — 5, O — 6. |
3 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Сначала самостоятельно объясните, почему в молекуле воды атом кислорода соединён с двумя атомами водорода. Затем обсудите объяснение с партнёром и выберите точную формулировку для класса." Учитель просит две пары озвучить ответы. | Сначала формулируют ответ письменно, затем обсуждают в паре и представляют вывод: "Кислород образует две связи с двумя атомами водорода, поэтому формула воды H₂O". Уточняют, что у водорода одна связь. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили роль внешних электронов и уже использовали идею числа связей. Но пока не назвали это свойство атома и не умеем применять его к неизвестной формуле. Переходим к постановке учебной проблемы."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: обнаружить недостаточность прежнего способа рассуждения и сформулировать цель открытия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает на доске формулы CO₂ и CO и спрашивает: "В обоих веществах участвует углерод. Какое число связей образует углерод в каждой формуле? Можно ли сказать, что у углерода всегда одно и то же число связей? Что меняется в его окружении?" Учитель не сообщает ответ, а принимает разные гипотезы. | Сравнивают формулы и отвечают: "В CO₂ углерод образует четыре связи, если учитывать кратные связи; в CO — иное строение связи"; предполагают: "Валентные возможности углерода могут быть разными". |
2 мин | Учитель формулирует проблемный вопрос: "Как по строению атома и формуле вещества определить, сколько связей может образовать элемент? Запишите тему урока: «Валентность и валентные возможности атома». Сформулируйте цель одним предложением, начиная словами «научиться…»." | Записывают тему, формулируют цели: "Научиться определять валентность по формуле"; "Научиться объяснять переменную валентность через строение атома". |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Цель определена: от наблюдения формул мы должны перейти к объяснению и алгоритму. Сначала откроем смысл понятия «валентность», затем свяжем его со строением атома и проверим на конкретных соединениях."
Этап 4. Открытие нового знания (10 мин)
Цель этапа: вывести определение валентности и установить связь между валентностью, числом химических связей и электронным строением атома.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает формулы H₂O, NH₃ и CH₄ и говорит: "Рассмотрим соединения, в которых водород одновалентен. В воде один атом кислорода связан с двумя атомами водорода, в аммиаке один атом азота — с тремя атомами водорода, в метане один атом углерода — с четырьмя атомами водорода. Какое общее свойство мы наблюдаем?" После ответов записывает определение: «Валентность — способность атома образовывать определённое число химических связей». | Подсчитывают связи по моделям и формулам, формулируют: "Кислород образует две связи, азот — три, углерод — четыре". Записывают определение валентности. |
4 мин | Учитель обращается к электронным схемам: "Сравним атомы C, N, O и Cl. Внешний уровень стремится к устойчивому состоянию, а атом участвует в образовании связей за счёт неспаренных электронов. При обычном рассмотрении число неспаренных электронов позволяет объяснить основную валентность. Однако у элементов третьего периода и далее возможны переходы электронов на свободные орбитали, поэтому число неспаренных электронов и валентные возможности могут увеличиваться. Рассмотрите серу: почему для неё встречаются валентности II, IV и VI?" | Анализируют схемы, задают вопросы, формулируют вывод: "У серы возможны разные состояния внешнего уровня, поэтому она образует различное число связей". Отмечают валентности S(II), S(IV), S(VI) как примеры переменной валентности. |
3 мин | Учитель подчёркивает различие терминов: "Не смешивайте валентность со степенью окисления. Валентность — число химических связей, обычно обозначается римской цифрой без знака. Степень окисления — условный заряд атома, она может иметь знак плюс или минус. В молекуле H₂O кислород двухвалентен, а его степень окисления равна −2. Запишите это различие в виде двух строк." | Записывают: «Валентность: II; степень окисления: −2». Приводят пример для азота в NH₃: валентность III, степень окисления −3, и проговаривают, что величины связаны с разными моделями описания. |
Запись в тетрадях
- Валентность — способность атома образовывать определённое число химических связей.
- Валентность обозначают римской цифрой: I, II, III, IV, V, VI, VII.
- Основная валентность связана с числом неспаренных электронов; у ряда элементов возможна переменная валентность.
- Валентность не равна степени окисления: валентность не имеет знака, степень окисления записывают со знаком.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы открыли понятие валентности и увидели, почему один элемент может иметь несколько валентных возможностей. Теперь проверим новое правило в парной работе и научимся определять валентность по формуле, а не только узнавать её из объяснения."
Этап 5. Первичное закрепление. Парная работа (8 мин)
Цель этапа: отработать алгоритм определения валентности и составления формул через взаимное объяснение в парах.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт каждой паре карточку и объясняет роли: "В каждой паре один ученик — аналитик, второй — проверяющий. Аналитик определяет валентности, проговаривая шаги; проверяющий пересчитывает число связей и отмечает место возможной ошибки. Затем поменяйтесь ролями. Запишите не только ответ, но и обоснование." | Получают карточки, распределяют роли, читают алгоритм и готовят рабочую запись. |
4 мин | Учитель предлагает задания: "Определите валентность выделенного элемента в соединениях H₂S, Al₂O₃, PCl₃, SO₃. Затем составьте формулы соединений: оксид магния, хлорид кальция, сульфид алюминия. Используйте известные валентности и проверьте, чтобы общее число связей совпало." Учитель консультирует пары вопросами: "Какую валентность водорода или кислорода вы используете? Почему индексы сокращаются?" | В парах определяют: S(II) в H₂S, Al(III) и O(II) в Al₂O₃, P(III) в PCl₃, S(VI) в SO₃. Составляют формулы MgO, CaCl₂, Al₂S₃, проговаривают взаимную проверку. |
2 мин | Учитель организует взаимопроверку: "Обменяйтесь карточками с соседней парой. Проверьте три критерия: верно ли определены валентности, правильно ли составлены индексы, есть ли объяснение. Одну найденную сильную сторону и один совет запишите на полях." | Обмениваются карточками, применяют приём «Две звезды и пожелание», исправляют одну обнаруженную неточность и возвращают карточку. |
Эталон решения
Для Al₂O₃: кислород двухвалентен, три атома кислорода образуют $3 \cdot 2 = 6$ связей. Два атома алюминия должны обеспечить 6 связей, поэтому валентность алюминия равна $6 : 2 = 3$. Формула подтверждает соотношение валентностей Al(III) и O(II). Для составления Al₂S₃ используем Al(III) и S(II), меняем валентности местами и сокращаем индексы только при необходимости: получаем $Al_2S_3$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Пары проверили, что валентность можно определить через число связей, а формулу — составить по соотношению валентностей. Далее каждый выполнит короткую самостоятельную работу, чтобы понять, умеет ли он применять алгоритм без поддержки партнёра."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (8 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное владение алгоритмом определения валентности и выявить типичные ошибки.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт лист самостоятельной работы и говорит: "Работаем индивидуально. Выполните три задания: 1) определите валентность серы в SO₂ и SO₃; 2) составьте формулы оксида железа(III) и фосфида кальция; 3) найдите ошибку в записи Mg₂O и исправьте её. Показывайте ход рассуждения, а не только итог. На работу — пять минут." | Самостоятельно записывают S(IV) в SO₂ и S(VI) в SO₃, составляют Fe₂O₃ и Ca₃P₂, исправляют Mg₂O на MgO и объясняют равенство валентностей в формуле. |
3 мин | Учитель выводит эталон: "Проверьте себя по шагам. В SO₂ у двух атомов кислорода суммарно четыре связи, значит сера — IV; в SO₃ — шесть связей, значит сера — VI. Для Fe(III) и O(II) получаем Fe₂O₃, для Ca(II) и P(III) — Ca₃P₂. Отметьте плюсом верные шаги и цветом выделите ошибку." | Сверяют решение с эталоном, подсчитывают количество верных пунктов, исправляют ошибки и записывают вопрос, который остался непонятным. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная проверка показала, что главный источник ошибок — не само определение валентности, а невнимательный подсчёт связей и механическая запись индексов. Осталось связать новое знание с более общей системой понятий и сформулировать личный вывод."
Этап 7. Включение в систему знаний, рефлексия и домашнее задание (6 мин)
Цель этапа: обобщить изученное, проверить достижение цели и объяснить дальнейшую самостоятельную работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель возвращается к проблемному вопросу: "Как по строению атома и формуле определить валентность? Составьте ответ по схеме: сначала…, затем…, после этого…. Почему нельзя автоматически считать валентность равной степени окисления?" | Формулируют алгоритм: "Сначала определяем известную валентность, затем подсчитываем общее число связей, после этого делим его на число атомов элемента". Объясняют различие валентности и степени окисления. |
2 мин | Учитель проводит рефлексию «Светофор»: "Поднимите зелёную карточку, если можете самостоятельно определить валентность по формуле; жёлтую — если нужен ещё один пример; красную — если затрудняетесь начать. В листе самооценки допишите: «Сегодня я научился…», «Мне нужно повторить…»." | Показывают карточку, заполняют самооценку, называют конкретное затруднение: "составление формул по переменной валентности" или "различение валентности и степени окисления". |
2 мин | Учитель объясняет домашнее задание: "Выберите обязательный уровень и при желании один повышающий. Важно оформить рассуждения: известная валентность, подсчёт связей, итоговая формула и проверка. Перед выходом ответьте на контрольные вопросы: что называют валентностью и чем она отличается от степени окисления?" | Записывают домашнее задание, отвечают на контрольные вопросы и сдают учителю билет на выход с одним примером определения валентности. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы сами вывели смысл валентности, связали её со строением атома и проверили алгоритм на формулах. Следующий урок начнём с анализа ваших билетов на выход и перейдём к более сложным случаям переменной валентности и составлению формул веществ."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены все задания карточки или самостоятельной работы, правильно определены валентности, формулы составлены без ошибок, ход рассуждения содержит проверку числа связей.
- «4» — выполнено не менее 80% заданий, допущена одна неточность в индексе или обозначении валентности, но общий алгоритм применён правильно и ошибка самостоятельно исправлена.
- «3» — выполнено не менее 50% заданий, определение валентности дано частично верно, имеются ошибки в составлении формул, однако ученик может объяснить хотя бы один шаг алгоритма с помощью эталона.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что называют валентностью и как она связана с числом химических связей? | Проверка осознания основного определения урока. |
Как вы определяли валентность элемента в SO₂ или Al₂O₃? | Выявление владения алгоритмом определения валентности по формуле. |
В чём различие между валентностью и степенью окисления? | Проверка точности химической терминологии и предупреждение типичной ошибки. |
Какой шаг при составлении формулы оказался для вас самым сложным? | Выявление индивидуальных затруднений для коррекции на следующем уроке. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы установили, что валентность показывает число химических связей, которые образует атом, и научились определять её по формуле соединения. Важно не путать валентность со степенью окисления: первая не имеет знака и описывает число связей, а вторая является условным зарядом. При составлении формул всегда проверяйте соотношение валентностей, а не записывайте индексы механически. На следующем уроке мы продолжим работу с переменной валентностью и научимся объяснять её на более сложных электронных схемах."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Выполнить 4 задания на определение валентности элементов в бинарных соединениях H₂S, Fe₂O₃, SO₃ и PCl₅; для каждого записать краткое обоснование через число связей. | Закрепляет алгоритм определения валентности; при проверке смотреть на подсчёт связей и правильность римской записи валентности. |
Средний (повышающий) | Составить 5 формул бинарных соединений по заданным парам элементов: Mg и N, Al и S, C и O, Ca и P, Fe(III) и Cl; выполнить проверку индексов через равенство общего числа связей. | Развивает применение знания в новой ситуации; при проверке обращать внимание на выбор валентности и сокращение индексов. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить небольшую сравнительную таблицу для C, N, S и Cl: возможные валентности, два примера соединений и комментарий, почему валентности элемента могут быть переменными. | Развивает анализ и объяснение валентных возможностей атома; при проверке оценивать связь примеров с электронным строением, а не только наличие списка валентностей. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что показывает валентность атома? Как определить валентность серы в SO₃? Почему формула Mg₂O записана неверно? Чем валентность отличается от степени окисления?»
