Химические уравнения. Закон сохранения массы веществ
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока научиться объяснять связь химического уравнения с законом сохранения массы веществ и составлять уравнения двух простых реакций, расставляя коэффициенты методом подбора.
- Сформировать представление о химическом уравнении как условной записи химической реакции с помощью химических формул и коэффициентов.
- Научить различать индексы и коэффициенты, проверять равенство числа атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения.
- Развивать умение наблюдать, выдвигать гипотезы, работать с информацией, аргументировать решение в паре и выполнять самопроверку.
- Воспитывать аккуратность при записи формул, ответственное отношение к химическим веществам и интерес к применению химических знаний в профессиях химика, фармацевта и инженера.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознавать значение закона сохранения массы веществ для научного объяснения химических превращений.
- Проявлять познавательный интерес к установлению причин изменения веществ при сохранении состава атомов.
- Понимать ценность точной записи и проверки результата в химии и будущей профессиональной деятельности.
- Оценивать собственную готовность применять алгоритм составления уравнений химических реакций.
Метапредметные
- Извлекать информацию из схемы реакции, химических формул и таблицы атомного состава.
- Сравнивать число атомов элементов до и после реакции и формулировать вывод на основе данных.
- Планировать последовательность действий при составлении химического уравнения.
- Работать в паре, распределять роли, задавать уточняющие вопросы и аргументировать выбор коэффициентов.
- Осуществлять самоконтроль по предложенному эталону и корректировать допущенные ошибки.
Предметные
- Знать формулировку закона сохранения массы веществ.
- Понимать, что химическое уравнение является условной записью химической реакции.
- Различать коэффициент перед формулой и индекс внутри формулы.
- Уметь расставлять коэффициенты в простых уравнениях реакций и проверять равенство числа атомов каждого элемента.
- Уметь читать уравнение химической реакции и определять исходные вещества и продукты реакции.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Формируют смысл учебной деятельности через понимание роли закона сохранения массы веществ.
- Проявляют самостоятельность при выборе уровня тренировочного задания.
- Осознают необходимость точности и ответственности при работе с химическими формулами.
- Оценивают личный прогресс и называют затруднение без страха ошибки.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную цель и составляют план проверки химического уравнения.
- Сверяют результат с алгоритмом и эталоном.
- Находят ошибку в коэффициентах и исправляют её.
- Оценивают степень достижения цели по листу самооценки.
Познавательные УУД
- Выделяют символы элементов и подсчитывают количество атомов по химической формуле.
- Устанавливают причинно-следственную связь между сохранением атомов и равенством масс.
- Моделируют химическую реакцию с помощью схемы и уравнения.
- Классифицируют записи как правильные и требующие исправления.
- Используют математический счёт для проверки химической записи.
Коммуникативные УУД
- Обсуждают решение в паре и распределяют роли: счётчик атомов и проверяющий.
- Формулируют полный ответ с использованием химических терминов.
- Задают вопросы о выборе коэффициентов и отвечают на вопросы одноклассников.
- Корректно принимают замечания и согласовывают общий вывод.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить демонстрацию реакции железа с серой или видеофрагмент безопасного опыта; при проведении опыта заранее проверить соблюдение требований безопасности.
- Распечатать карточки трёх уровней сложности: по одной карточке на каждого ученика, всего по числу учащихся.
- Распечатать лист самооценки и мини-лист «Проверь уравнение» на каждого ученика.
- Подготовить для каждой пары набор карточек с символами элементов и индексами либо магнитные формулы.
- Вывести на экран схему «Исходные вещества → продукты реакции» и таблицу подсчёта атомов.
- Записать на доске тему, формулировку закона сохранения массы веществ и алгоритм расстановки коэффициентов.
- Подготовить проектор, компьютер, интерактивную доску, таймер и маркеры двух цветов.
- Раздать каждой группе лист с двумя уравнениями для анализа: $H_2+O_2\rightarrow H_2O$ и $Fe+S\rightarrow FeS$.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: создать рабочий настрой и вызвать интерес к проблеме сохранения массы веществ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, готовы ли тетрадь, ручка и карточка для работы. Сегодня вы будете не просто записывать готовые формулы, а выступите в роли исследователей: попробуете доказать, что происходит с атомами во время химической реакции." | Проверяют оборудование, записывают дату, готовят тетради и карточки. |
2 мин | Учитель показывает на экране схему реакции и задаёт проблемный вопрос: "Если при реакции исходные вещества превращаются в новые, исчезают ли атомы? Представьте, что масса смеси до реакции равна 10 г. Может ли после реакции получиться 8 г вещества, если ничего не покинуло сосуд? Запомните свою гипотезу: мы вернёмся к ней в конце урока." | Индивидуально формулируют гипотезу, затем обсуждают её с соседом и предлагают варианты: "масса сохраняется", "часть вещества превращается в газ", "атомы не исчезают". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы поставили вопрос о судьбе атомов и массе веществ. Чтобы ответить на него доказательно, сначала вспомним, как записывают химические формулы и что можно узнать из индексов."
Этап 2. Актуализация знаний (6 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о химических формулах, символах элементов и индексах.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель проводит приём "Подумай — обсуди в паре — поделись": "Рассмотрите формулы $H_2O$, $CO_2$ и $Al_2O_3$. Сначала самостоятельно определите, какие элементы входят в каждое вещество и сколько атомов каждого элемента показывает индекс. Через минуту сравните подсчёт с соседом." | Подсчитывают атомы: в $H_2O$ два атома водорода и один атом кислорода; в $CO_2$ один атом углерода и два атома кислорода; в $Al_2O_3$ два атома алюминия и три атома кислорода. |
3 мин | Учитель показывает запись $2H_2O$ и спрашивает: "Что изменилось: состав вещества или количество частиц? Почему нельзя менять индекс в формуле воды, если мы хотим записать две молекулы? Покажите ответ сигнальной карточкой и объясните его." | Отвечают: "Коэффициент 2 показывает две молекулы, состав воды не изменился"; объясняют, что изменение индекса создало бы другое вещество. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили: индекс показывает число атомов в одной частице, а коэффициент — число частиц. Теперь выясним, почему именно коэффициенты позволяют правильно записать химическую реакцию."
Этап 3. Выявление затруднения и постановка цели (5 мин)
Цель этапа: обнаружить необходимость расстановки коэффициентов и совместно сформулировать цель урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель записывает на доске: $H_2+O_2\rightarrow H_2O$ и говорит: "Перед нами схема реакции водорода с кислородом. Прочитайте её слева направо. Теперь посчитайте атомы каждого элемента по обе стороны стрелки. Совпадают ли результаты? Как можно исправить запись, не изменяя индексы в формулах веществ?" | Считают атомы: слева два атома водорода и два атома кислорода, справа два атома водорода и один атом кислорода. Формулируют затруднение: "Кислорода справа не хватает; нужно подобрать коэффициент". |
2 мин | Учитель организует "Снежный ком": "Сначала каждый предложите вариант, затем обсудите его в паре, после этого объединитесь с соседней парой и выберите общее решение. Сформулируйте, чему мы должны научиться сегодня." | Предлагают коэффициент 2 перед $H_2O$, затем проверяют водород и приходят к записи $2H_2+O_2\rightarrow2H_2O$. Формулируют цель: "Научиться составлять и проверять химические уравнения". |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что одной схемы недостаточно: число атомов должно быть одинаковым по обе стороны стрелки. Сейчас установим правило, которое объясняет это требование, и выведем алгоритм составления уравнения."
Этап 4. Открытие нового знания (10 мин)
Цель этапа: открыть содержание закона сохранения массы веществ и алгоритм составления химического уравнения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует безопасный опыт или его видеозапись: "Посмотрите на реакцию железа с серой в закрытом сосуде. До реакции были железо и сера, после нагревания образовалось новое вещество — сульфид железа. Внешний вид изменился, но что происходило с атомами? Сделайте вывод по наблюдению." | Наблюдают изменение цвета и образование нового вещества, формулируют: "Атомы железа и серы не исчезли, а соединились по-новому". |
3 мин | Учитель записывает на доске: "Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе образовавшихся веществ" и поясняет: "Это закон сохранения массы веществ. В химической реакции атомы не создаются и не уничтожаются, а только перегруппировываются. Поэтому химическое уравнение должно отражать одинаковое число атомов каждого элемента слева и справа." | Записывают формулировку закона, подчёркивают слова "равна" и "не создаются и не уничтожаются", задают уточняющие вопросы. |
4 мин | Учитель выводит алгоритм: "Первый шаг — записать формулы исходных веществ и продуктов. Второй — посчитать атомы каждого элемента. Третий — подобрать коэффициенты, начиная с элемента, который встречается в меньшем числе формул. Индексы не изменяем. Четвёртый — проверить все элементы и сократить коэффициенты, если у них есть общий делитель." На примере разбирает $Fe+S\rightarrow FeS$. Затем предлагает паре объяснить, почему коэффициенты здесь равны единице и обычно не записываются. | Фиксируют алгоритм. Проверяют: слева один атом железа и один атом серы, справа столько же; делают вывод, что запись уже уравнена. Объясняют смысл коэффициента 1. |
Запись в тетрадях
Ученики записывают: «Закон сохранения массы веществ: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе образовавшихся веществ. Химическое уравнение — условная запись химической реакции с помощью химических формул и коэффициентов». Далее записывают алгоритм из четырёх шагов.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть правило и алгоритм. Мы проверили простую реакцию железа с серой. Давайте применим новый способ к уравнениям, где коэффициенты действительно нужно подбирать."
Этап 5. Первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: закрепить алгоритм расстановки коэффициентов через совместное решение и проговаривание действий.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель раздаёт карточки парам и говорит: "Работаем по ролям. Первый ученик считает атомы, второй подбирает коэффициенты, затем меняетесь ролями. Решите $Mg+O_2\rightarrow MgO$. Не меняйте индексы. После записи вслух объясните каждый коэффициент." | Составляют $2Mg+O_2\rightarrow2MgO$, считают два атома магния и два атома кислорода по обе стороны, проговаривают проверку. |
3 мин | Учитель предлагает второй пример: $Al+O_2\rightarrow Al_2O_3$. Напоминает: "Сначала найдите наименьшее общее число атомов кислорода, затем уравняйте алюминий. Сравните решение с соседней парой и примените приём взаимопроверки." | Получают $4Al+3O_2\rightarrow2Al_2O_3$, обмениваются карточками, отмечают две сильные стороны решения и одно пожелание по точности записи. |
Эталон решения
Для $Mg+O_2\rightarrow MgO$: 1) кислорода слева два атома, поэтому ставим 2 перед $MgO$; 2) справа становится два атома магния, поэтому ставим 2 перед $Mg$; 3) проверка даёт $2Mg+O_2\rightarrow2MgO$. Для $Al+O_2\rightarrow Al_2O_3$: 1) берём шесть атомов кислорода, ставим 3 перед $O_2$ и 2 перед $Al_2O_3$; 2) справа шесть атомов алюминия, ставим 6 перед $Al$; 3) сокращаем коэффициенты до наименьших целых: $4Al+3O_2\rightarrow2Al_2O_3$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы научились подбирать коэффициенты и проверять каждый элемент. Сейчас каждый самостоятельно покажет, насколько уверенно умеет применять алгоритм без подсказки пары."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (9 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное владение алгоритмом и организовать коррекцию ошибок.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
6 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней: "Выберите уровень самостоятельно. Минимальный уровень содержит одно уравнение, базовый — два, повышенный — три. Главное условие для всех одно: после каждого уравнения укажите число атомов каждого элемента слева и справа." На доске остаётся только алгоритм. | Индивидуально выполняют выбранный вариант: минимальный — $H_2+Cl_2\rightarrow HCl$; базовый — $Na+Cl_2\rightarrow NaCl$ и $C+O_2\rightarrow CO_2$; повышенный — $KClO_3\rightarrow KCl+O_2$, $Fe+O_2\rightarrow Fe_2O_3$ и $CuO+H_2\rightarrow Cu+H_2O$. |
3 мин | Учитель показывает эталон на экране: $H_2+Cl_2\rightarrow2HCl$; $2Na+Cl_2\rightarrow2NaCl$; $C+O_2\rightarrow CO_2$; $2KClO_3\rightarrow2KCl+3O_2$; $4Fe+3O_2\rightarrow2Fe_2O_3$; $CuO+H_2\rightarrow Cu+H_2O$. Просит отметить ошибку одним цветом, причину — другим. | Сверяют решения, исправляют коэффициенты, заполняют лист самооценки: «могу составить», «могу проверить», «нужна помощь при выборе коэффициента». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что большинство уже умеет уравнивать простые реакции. Ошибки чаще всего возникают из-за изменения индексов или пропуска проверки. В завершение свяжем уравнение с законом сохранения массы и ответим на вопрос начала урока."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: обобщить новое знание, проверить достижение цели и определить содержание домашней работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель возвращается к проблемному вопросу: "Если реакция проходит в закрытом сосуде, исчезают ли атомы и меняется ли общая масса? Объясните ответ через закон сохранения массы и химическое уравнение. Затем закончите фразы: «Сегодня я понял…», «При составлении уравнения важно…», «Мне нужно потренироваться…»." | Отвечают: "Атомы не исчезают и не возникают, поэтому масса сохраняется"; формулируют правило: "Индексы не изменяют, коэффициенты проверяют по числу атомов"; называют личное затруднение. |
2 мин | Учитель разъясняет домашнее задание: "Выберите уровень с учётом сегодняшней самооценки. В каждом решении обязательно запишите формулы, коэффициенты и проверку числа атомов. Вопросы для самопроверки: что показывает коэффициент? почему нельзя менять индекс? как уравнение связано с законом сохранения массы?" | Записывают выбранный уровень, задают вопросы, отвечают на контрольные вопросы устно. |
Критерии оценивания практической работы
- "5" — правильно составлены все уравнения выбранного уровня, коэффициенты записаны в наименьших целых числах, выполнена проверка числа атомов и отсутствуют изменения индексов.
- "4" — правильно решены не менее 80% заданий, допущена одна ошибка в коэффициенте или подсчёте атомов, после подсказки ошибка исправлена.
- "3" — правильно решено не менее половины заданий, ученик различает индексы и коэффициенты, но нуждается в помощи при подборе коэффициентов.
- Ниже «3» — уравнения не уравнены или изменены индексы; работа выполняется повторно по алгоритму с индивидуальной консультацией.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о химическом уравнении? | Выявление осознания назначения химического уравнения и коэффициентов. |
Как вы проверяете, что уравнение составлено верно? | Проверка понимания алгоритма и связи с законом сохранения массы. |
Какая ошибка была для вас наиболее вероятной: изменение индекса, неверный коэффициент или отсутствие проверки? | Выявление точек затруднения и планирование коррекционной работы. |
Какой уровень домашнего задания вы выбираете и почему? | Развитие самооценки, ответственности и учебной автономии. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы установили, что химическая реакция изменяет расположение атомов, но не уничтожает их и не создаёт новые. Поэтому масса веществ сохраняется, а химическое уравнение должно содержать одинаковое число атомов каждого элемента слева и справа. Помните о главной ошибке: коэффициент можно менять, индекс изменять нельзя. На следующем уроке мы продолжим составлять уравнения реакций и научимся использовать их для количественных расчётов."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить и уравнять 4 простых химических уравнения на соединение и разложение веществ; для каждого подсчитать атомы элементов слева и справа. | Закрепить различение индексов и коэффициентов; при проверке обратить внимание на равенство числа атомов. |
Средний (повышающий) | Составить и уравнять 5 уравнений, включая реакции металлов с кислородом и образования оксидов; письменно объяснить выбор коэффициентов в двух уравнениях. | Развить применение алгоритма и умение аргументировать расстановку коэффициентов. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить памятку «Как проверить химическое уравнение» и разобрать 3 специально ошибочные записи, объяснив, почему нельзя менять индексы и как исправить коэффициенты. | Развить анализ ошибок, самостоятельность и способность объяснять химическое содержание другим. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Что показывает коэффициент перед формулой? Почему индексы нельзя изменять при уравнивании? Как химическое уравнение подтверждает закон сохранения массы веществ?»
