Химическая связь. Окислительно-восстановительные реакции
Цели и задачи
- Цель: к концу урока объяснить образование ионной и ковалентной химической связи, определить окислитель и восстановитель в простейших окислительно-восстановительных реакциях и обосновать ответ по изменению степеней окисления.
- Сформировать представление о причинах образования химической связи и зависимости её типа от строения атомов.
- Научить определять степень окисления элементов в бинарных соединениях и фиксировать её изменение в ходе реакции.
- Развивать умение работать с моделями, сравнивать химические процессы, формулировать выводы и аргументировать их в паре.
- Воспитывать ответственное отношение к химическим веществам, интерес к применению химии в энергетике, медицине и экологическом контроле.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют познавательный интерес к объяснению свойств веществ через строение частиц.
- Осознают значение химических знаний для безопасной работы с веществами и понимания природных процессов.
- Проявляют готовность уважать мнение партнёра и принимать обоснованный иной способ рассуждения.
- Связывают изучение окислительно-восстановительных процессов с профессиями химика-технолога, врача, эколога и инженера.
Метапредметные
- Извлекают информацию из схемы электронного строения атомов и химического уравнения.
- Сравнивают ионную и ковалентную связь по способу образования и типу частиц.
- Устанавливают причинно-следственную связь между изменением степени окисления и переходом электронов.
- Планируют решение учебной задачи, осуществляют взаимопроверку и корректируют ошибку.
- Используют химический язык для краткого устного объяснения результата.
Предметные
- Знать понятия «химическая связь», «ионная связь», «ковалентная связь», «степень окисления», «окислитель», «восстановитель».
- Уметь объяснять образование связи на примерах $NaCl$, $H_2$ и $Cl_2$.
- Уметь определять степени окисления элементов в простых бинарных соединениях.
- Уметь устанавливать, какой элемент окисляется и восстанавливается, и называть восстановитель и окислитель.
- Владеть алгоритмом распознавания окислительно-восстановительной реакции по изменению степеней окисления.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный смысл изучения электронного строения веществ и реакций.
- Проявляют учебную самостоятельность при выборе уровня задания.
- Оценивают значение химической грамотности для безопасного поведения.
- Формулируют отношение к совместной работе как способу получения более точного результата.
Регулятивные УУД
- Принимают и уточняют цель урока на основе проблемного вопроса.
- Планируют действия по алгоритму определения степеней окисления.
- Проверяют результат по эталону и находят место ошибки.
- Оценивают степень достижения цели с помощью листа самооценки.
Познавательные УУД
- Моделируют передачу и обобществление электронов.
- Классифицируют химические связи по способу образования.
- Анализируют уравнения реакций и выделяют элементы, изменившие степени окисления.
- Формулируют вывод на основе наблюдаемого изменения электронного состояния атомов.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре и согласуют общий ответ.
- Задают уточняющие вопросы по ходу рассуждения.
- Аргументируют определение окислителя и восстановителя.
- Осуществляют корректную взаимопроверку по предложенным критериям.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию или изображения моделей атомов натрия, хлора, водорода и схемы передачи электронов.
- Распечатать карточки трёх уровней с формулами $NaCl$, $MgO$, $H_2$, $Cl_2$, $Zn+CuSO_4$, $2Mg+O_2\rightarrow2MgO$ — по одной карточке на пару.
- Подготовить цветные фишки двух цветов для обозначения электронов и карточки с ролями «донор электрона» и «акцептор электрона».
- Вывести на доску памятку: «Окисление — отдача электронов, восстановление — принятие электронов».
- Подготовить таблицу для записи: «Частица — электроны — тип связи — пример».
- Распечатать лист самооценки и билет на выход — по одному экземпляру на каждого ученика.
- Подготовить слайд с межпредметной связью: схема работы гальванического элемента и вопрос о превращении химической энергии в электрическую.
- Освободить небольшой участок кабинета для физкультминутки; оборудование для опытов не использовать, так как практическая демонстрация не требуется.
- Подготовить таймер и маркеры для доски; обеспечить рассадку учащихся парами.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и создать проблемную ситуацию, связанную с ролью электронов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране изображение батарейки, кристалла соли и молекулы кислорода: "Здравствуйте, ребята. Перед вами три объекта, которые встречаются в быту и в лаборатории. Батарейка даёт электрический ток, соль образует кристаллы, кислород поддерживает дыхание. Как вы думаете, что общего у этих объектов?" | Рассматривают изображения, высказывают предположения: "Во всех веществах есть атомы", "Их свойства зависят от соединения атомов". |
2 мин | Учитель продолжает приём «Проблемный вопрос»: "Почему атомы соединяются друг с другом, а в некоторых реакциях электроны переходят от одного элемента к другому? Сегодня нам нужно не просто назвать связь, а объяснить движение электронов и определить участников реакции." | Формулируют учебную задачу: "Узнать, как образуется связь и как по степеням окисления определить перенос электронов". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что свойства разных веществ связаны с поведением электронов. Сначала вспомним, что уже знаем об атоме, а затем построим объяснение."
Этап 2. Актуализация знаний и работа в парах (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о строении атома, валентных электронах и формулах веществ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт каждой паре мини-карточку с атомами Na, Cl, H и O и говорит: "Вспомните, что находится в ядре, где расположены электроны и какие электроны особенно важны при образовании веществ. Обсудите ответ в паре в течение одной минуты." | В парах обсуждают строение атома и формулируют: "В ядре находятся протоны и нейтроны, электроны движутся вокруг ядра, внешние электроны участвуют в образовании связи". |
3 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Определите, сколько электронов на внешнем уровне у Na и Cl. Почему атому натрия легче отдать один электрон, а атому хлора — принять его?" Учитель фиксирует ответы на доске. | Заполняют схему: Na — отдаёт 1 электрон, Cl — принимает 1 электрон; объясняют: "Так внешние уровни становятся более устойчивыми". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что внешние электроны определяют химическое поведение атомов. Теперь проверим, какие способы объединения электронов возможны."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: выявить затруднение при объяснении образования разных веществ и совместно сформулировать план открытия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает на доске $NaCl$ и $H_2$: "В обоих случаях атомы соединились. Но одинаково ли они взаимодействуют с электронами? В первом случае один атом отдаёт электрон, а другой принимает; во втором атомы используют общую электронную пару. Как назвать эти способы?" | Сравнивают две схемы, замечают различие и предполагают: "В $NaCl$ связь связана с ионами, а в $H_2$ атомы образуют общую пару электронов". |
2 мин | Учитель предлагает план: "Сформулируем три шага: определить способы образования связи, научиться записывать степени окисления, затем по их изменению находить окислитель и восстановитель. Согласны? Какой шаг кажется самым сложным?" | Выбирают предполагаемую трудность, записывают тему и формулируют цель урока. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "План готов: связь, степень окисления, перенос электронов. Переходим к открытию нового знания через модели."
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 4. Открытие нового знания: химическая связь (8 мин)
Цель этапа: сформировать представление об ионной и ковалентной связи и научить объяснять их образование.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует фишки: "Представим, что красная фишка — электрон натрия, синяя — электрон хлора. Натрий отдаёт внешний электрон и превращается в $Na^+$, хлор принимает его и превращается в $Cl^-$. Противоположно заряженные ионы притягиваются. Такая связь называется ионной." | Перемещают фишку от Na к Cl, подписывают образования ионов и формулируют: "Ионная связь возникает благодаря электростатическому притяжению противоположно заряженных ионов". |
3 мин | Учитель показывает модель $H_2$: "Теперь два атома водорода не передают электрон полностью. Каждый предоставляет по одному электрону, и образуется общая электронная пара. Такая связь называется ковалентной неполярной. В $Cl_2$ происходит аналогичное объединение электронов." | Составляют схемы общих электронных пар для $H_2$ и $Cl_2$, сравнивают их с $NaCl$. |
2 мин | Учитель заполняет на доске таблицу: "Ионная связь — передача электронов и притяжение ионов; ковалентная — общая электронная пара. В парах объясните соседу образование одной выбранной связи, затем поменяйтесь ролями." | В парах по очереди объясняют образование $NaCl$ или $H_2$, задают уточняющий вопрос и исправляют неточность. |
Запись в тетрадях
- Ионная связь — связь между противоположно заряженными ионами, образовавшимися вследствие перехода электронов.
- Ковалентная связь — связь, возникающая за счёт общей электронной пары.
- Пример: $Na\rightarrow Na^+ + e^-$; $Cl + e^-\rightarrow Cl^-$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы различили передачу и обобществление электронов. В химической реакции электронное состояние элементов тоже может меняться; для его описания используем степень окисления."
Этап 5. Открытие нового знания: окислительно-восстановительные реакции (8 мин)
Цель этапа: ввести алгоритм определения степеней окисления и распознавания окисления и восстановления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель записывает реакцию $2Mg+O_2\rightarrow2MgO$: "В простых веществах степень окисления равна нулю. В соединении с кислородом магний имеет степень окисления $+2$, кислород — $-2$. Сравните значения до и после реакции. Что произошло с каждым элементом?" | Записывают степени окисления: $Mg^0\rightarrow Mg^{+2}$, $O^0\rightarrow O^{-2}$. Формулируют: "Магний отдал электроны и окислился, кислород принял электроны и восстановился". |
3 мин | Учитель вводит правило: "Окисление — отдача электронов и повышение степени окисления. Восстановление — принятие электронов и понижение степени окисления. Вещество, которое принимает электроны, — окислитель; вещество, которое отдаёт электроны, — восстановитель." | Составляют в тетради стрелочную схему «отдаёт электроны — окисляется — восстановитель» и «принимает электроны — восстанавливается — окислитель». |
2 мин | Учитель предлагает проверить алгоритм на реакции $Zn+CuSO_4\rightarrow ZnSO_4+Cu$: "Определите степени окисления цинка и меди до и после реакции. Кто отдаёт электроны, а кто принимает?" | В парах находят $Zn^0\rightarrow Zn^{+2}$ и $Cu^{+2}\rightarrow Cu^0$, отвечают: "Цинк — восстановитель, ион меди — окислитель". |
Эталон решения
1. Записать степени окисления изменяющихся элементов: $Zn^0\rightarrow Zn^{+2}$, $Cu^{+2}\rightarrow Cu^0$. 2. Повышение степени окисления цинка означает отдачу электронов: $Zn-2e^-\rightarrow Zn^{2+}$; цинк окисляется и является восстановителем. 3. Понижение степени окисления меди означает принятие электронов: $Cu^{2+}+2e^-\rightarrow Cu$; ион меди восстанавливается и является окислителем.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть рабочий алгоритм: поставить степени окисления, сравнить их, определить отдачу или принятие электронов, назвать восстановитель и окислитель. Закрепим его сначала в движении, а затем в самостоятельной работе."
Этап 6. Физкультминутка с химическим содержанием (2 мин)
Цель этапа: снять напряжение и эмоционально закрепить направления изменения степени окисления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит приём «Химический светофор»: "Если я называю окисление, поднимите руки вверх; если восстановление — опустите вниз; если окислитель — сделайте шаг вправо, если восстановитель — шаг влево. Выполняем спокойно, не толкаемся. Окисление! Восстановление! Окислитель! Восстановитель!" | Выполняют движения по команде, проговаривают: "Окисление — отдача электронов", "Восстановление — принятие электронов". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Движения помогли закрепить направления процесса. Возвращаемся к столам и применяем алгоритм без подсказки."
Этап 7. Первичное закрепление и межпредметная связь (6 мин)
Цель этапа: применить новые понятия к химическим процессам и связать их с физикой и биологией.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает схему гальванического элемента и говорит: "В батарейке химическая реакция создаёт движение электронов по внешней цепи, поэтому загорается лампа. Это связь химии с физикой. В организме перенос электронов участвует в получении энергии из питательных веществ — это связь с биологией. В парах определите, почему без окислительно-восстановительных процессов батарейка не работала бы." | Обсуждают в парах и отвечают: "В реакции один участник отдаёт электроны, а они направленно движутся по цепи; так химическая энергия превращается в электрическую". |
3 мин | Учитель раздаёт карточки с реакциями $2K+Cl_2\rightarrow2KCl$ и $CuO+H_2\rightarrow Cu+H_2O$: "Выберите одну карточку. Поставьте степени окисления только у изменяющихся элементов и назовите окислитель и восстановитель. Обменяйтесь карточками с соседней парой для проверки." | Решают одну реакцию, обмениваются карточками, проверяют по алгоритму и пишут партнёру одно подтверждение и одно уточнение. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что перенос электронов объясняет не только запись реакции, но и работу батарейки, а также процессы в живых организмах. Теперь каждый проверит себя самостоятельно."
Этап 8. Самостоятельная работа с самопроверкой (6 мин)
Цель этапа: диагностировать индивидуальное понимание типов связи и признаков окислительно-восстановительной реакции.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель объясняет выбор уровня: "Выполните обязательное задание, а затем выберите базовый или повышенный уровень. Работайте молча. Сначала определите тип связи в $NaCl$ и $H_2$, затем разберите реакцию $Fe+S\rightarrow FeS$." | Записывают выбранный уровень и приступают к работе. |
3 мин | Учитель наблюдает и напоминает алгоритм только тем, кто поднял жёлтую карточку: "Не угадывайте ответ. Сначала запишите степени окисления простых веществ и соединения, затем сравните их." | Определяют: $Fe^0\rightarrow Fe^{+2}$, $S^0\rightarrow S^{-2}$; называют железо восстановителем, серу окислителем. |
2 мин | Учитель выводит эталон: $Fe^0\rightarrow Fe^{+2}$, $S^0\rightarrow S^{-2}$; предлагает отметить ошибки зелёной ручкой и поставить знак самооценки. | Сверяют решение, исправляют ошибки, отмечают результат: «могу сам», «нужна тренировка» или «нужна помощь». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что главный ориентир — не запоминание названия вещества, а изменение степени окисления. Завершим урок рефлексией и определим следующий шаг."
Этап 9. Рефлексия и домашнее задание (3 мин)
Цель этапа: осмыслить достигнутые результаты, выявить затруднения и объяснить содержание домашней работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт билет на выход: "Закончите две фразы: «Ионная связь образуется, когда...», «В реакции $Zn+CuSO_4$ цинк является..., потому что...». Затем поставьте цвет: зелёный — могу объяснить, жёлтый — нужна тренировка, красный — нужна помощь." | Письменно завершают фразы, указывают цвет самооценки и сдают билет при выходе. |
1 мин | Учитель объявляет домашнее задание и говорит: "Выберите уровень по готовности. Обязательный уровень выполняют все; повышенный и дополнительный дают возможность проверить себя на более сложном материале." | Записывают выбранный уровень и контрольные вопросы. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно определены типы связей в двух формулах и разобраны обе предложенные окислительно-восстановительные реакции; степени окисления записаны корректно, окислитель и восстановитель названы с объяснением.
- «4» — выполнены все основные задания, но допущена одна неточность в записи степени окисления или формулировке роли участника реакции, при этом общий алгоритм понятен.
- «3» — правильно выполнено обязательное задание и определён хотя бы один участник окислительно-восстановительной реакции, но требуется помощь при объяснении переноса электронов.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о различии ионной и ковалентной связи? | Выявление понимания способов образования химической связи. |
По какому признаку вы определяете окисление и восстановление? | Проверка осознания роли изменения степени окисления. |
Какое действие алгоритма оказалось самым сложным? | Выявление точки затруднения для коррекции на следующем уроке. |
Где в жизни могут быть важны окислительно-восстановительные процессы? | Осмысление практической и межпредметной значимости темы. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы установили, что химическая связь возникает благодаря взаимодействию внешних электронов, а окислительно-восстановительная реакция сопровождается их переходом. Запомните главное: повышение степени окисления связано с окислением и отдачей электронов, понижение — с восстановлением и принятием электронов. Типичная ошибка — называть окислителем того, кто отдаёт электроны; проверяйте себя по направлению изменения степени окисления. На следующем уроке мы продолжим работать с окислительно-восстановительными реакциями и научимся составлять электронный баланс."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Выучить определения и выполнить 4 задания: определить тип связи в формулах $NaCl$, $O_2$, $MgO$, $HCl$; для двух реакций расставить степени окисления изменяющихся элементов. | Закрепляет различение ионной и ковалентной связи и базовый алгоритм записи степеней окисления; при проверке обратить внимание на знаки и индексы. |
Средний (повышающий) | Решить 4 задачи на распознавание окислительно-восстановительных реакций, определить окислитель и восстановитель в реакциях соединения и замещения, кратко обосновать каждый ответ. | Формирует умение применять алгоритм к новым уравнениям и связывать изменение степени окисления с переносом электронов. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить краткое сообщение или схему о работе батарейки, коррозии металлов либо дыхании клеток: указать, где происходит окисление, где восстановление и какую практическую роль имеет процесс. | Развивает межпредметные связи, функциональную грамотность и умение объяснять химическое явление для неспециалиста. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что происходит с электронами при образовании ионной связи? Чем ковалентная связь отличается от ионной? Как изменение степени окисления помогает определить окислитель и восстановитель?»
