Валентность атомов химических элементов. Закон постоянства состава веществ. Химическая формула
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока научиться определять валентность атомов по известной формуле, составлять формулы бинарных веществ по валентностям и объяснять, как химическая формула отражает постоянный состав вещества.
- Сформировать представление о валентности как способности атома соединяться с определённым числом атомов другого элемента.
- Познакомить с законом постоянства состава веществ и показать его значение для записи химических формул.
- Научить применять алгоритм составления формул бинарных соединений по валентностям и проверять правильность записи.
- Развивать умение объяснять результат, работать в паре, выявлять и исправлять ошибки; воспитывать ответственное отношение к точности химической записи.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознавать значение точности символов и индексов для передачи научной информации.
- Проявлять познавательный интерес к объяснению состава веществ, встречающихся в быту и профессиональной деятельности.
- Понимать связь химических знаний с безопасным использованием веществ и материалов.
- Формировать готовность спокойно анализировать ошибку и исправлять её на основании правила.
- Проявлять уважение к мнению одноклассников при обсуждении вариантов решения.
Метапредметные
- Извлекать информацию из химических формул, таблицы валентностей и текста задания.
- Сравнивать состав нескольких веществ и делать вывод о постоянстве соотношения атомов.
- Планировать последовательность действий при составлении формулы и контролировать результат.
- Аргументированно объяснять выбор индексов и формулировать выводы по результатам работы.
- Использовать знаково-символические средства для моделирования состава вещества.
Предметные
- Знать определения валентности, химической формулы и закона постоянства состава веществ.
- Уметь определять валентность элементов в формулах бинарных соединений по известным значениям валентности.
- Уметь составлять формулы соединений по валентностям элементов с использованием правила перекрёстного переноса числовых значений.
- Уметь читать химическую формулу и определять число атомов каждого элемента в составе вещества.
- Владеть способом проверки формулы по равенству произведений валентности на число атомов.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную учебную цель: научиться составлять химические формулы без механических ошибок.
- Осознают практическую ценность точной записи состава вещества.
- Проявляют самостоятельность при выборе уровня задания.
- Оценивают собственную готовность применять алгоритм в новой ситуации.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель урока на основе проблемного задания.
- Планируют шаги составления химической формулы.
- Проверяют результат по правилу равенства общего числа единиц валентности.
- Находят ошибку в собственной записи и вносят коррекцию.
- Оценивают степень достижения цели по листу самооценки.
Познавательные УУД
- Классифицируют формулы по числу атомов элементов.
- Анализируют индексы и устанавливают количественное соотношение атомов.
- Моделируют состав вещества с помощью символов элементов и индексов.
- Сравнивают правильные и ошибочные записи формул.
- Строят логическое объяснение связи между валентностью и индексами.
Коммуникативные УУД
- Обсуждают ход решения в парах и согласовывают общий ответ.
- Формулируют вопросы по непонятным шагам алгоритма.
- Аргументируют выбор индексов при защите решения.
- Корректно указывают на ошибку и предлагают способ её исправления.
- Участвуют в общем обсуждении, используя химическую терминологию.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию или запись на доске с символами элементов H, O, Na, Mg, Al, Cl, S и таблицей распространённых валентностей.
- Распечатать карточки трёх уровней сложности: по одной карточке на каждого ученика, всего 30 экземпляров.
- Подготовить карточки для парной работы с формулами H₂O, CO₂, MgO, Al₂O₃, NaCl и вариантами ошибочных записей.
- Распечатать лист самооценки по одному на каждого ученика и мини-билеты на выход по одному на каждого.
- Подготовить магнитные или бумажные карточки с символами элементов и числами валентности для работы у доски.
- Вывесить на доске памятку: «Валентность — число связей атома; индекс показывает число атомов элемента».
- Подготовить слайд с проблемным вопросом: «Почему вода всегда имеет состав H₂O, независимо от места её получения?»
- Подготовить маркеры, стикеры двух цветов и таймер для работы в парах.
- Обеспечить наличие таблицы химических элементов или её изображения на экране.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и создать познавательную ситуацию, связанную с постоянством состава вещества.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и проверяет готовность: "Здравствуйте, ребята. Сегодня нам понадобятся тетради, ручки и внимание к каждой цифре в химической записи. Химия не прощает случайных индексов: одна маленькая цифра может изменить состав вещества. Проверьте, всё ли готово для работы." | Проверяют наличие тетради, ручки и таблицы химических элементов, записывают дату. |
2 мин | Учитель показывает на экране две записи: H₂O и H₂O₂. "Перед вами формулы двух веществ. В обеих есть водород и кислород, но это разные вещества. Как вы думаете, почему изменение одного индекса так важно? Сегодня мы выясним, как химическая формула передаёт состав вещества и откуда берутся индексы." | Рассматривают формулы, высказывают предположения: "Изменилось число атомов кислорода", "Получается другое вещество", формулируют вопрос урока. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что химическая формула — это не случайный набор символов и цифр. Чтобы научиться читать и составлять такие записи, сначала вспомним, что уже знаем об атомах и элементах."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о химических элементах, простых и сложных веществах, символах и индексах.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит приём «Быстрый химический диктант»: "Запишите символы водорода, кислорода, натрия и хлора. Теперь прочитайте формулы O₂, H₂, CO₂ и NaCl. Не называйте вещества бытовыми словами, используйте химический язык: какие элементы входят в состав и сколько атомов каждого элемента указано?" | Записывают H, O, Na, Cl; читают формулы и отвечают: «В CO₂ один атом углерода и два атома кислорода», «В NaCl по одному атому натрия и хлора». |
3 мин | Учитель организует «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Определите, чем отличаются записи O и O₂, CO и CO₂. Сначала подумайте самостоятельно, затем обсудите ответ с соседом. После этого две-три пары объяснят свой вывод классу." | Сравнивают записи, обсуждают в парах и формулируют: «Индекс показывает число атомов элемента», «Изменение индекса может означать другое вещество». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что символ показывает химический элемент, а индекс — число его атомов. Но пока не ответили, почему атомы соединяются именно в таком соотношении. Для этого нам понадобится новое понятие — валентность."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: выявить затруднение при составлении формулы и совместно сформулировать цель урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает на доске: "Попробуйте составить формулу соединения магния и кислорода, если валентность магния II, а кислорода II. Можно ли просто написать MgO₂?" Учитель не сообщает ответ сразу: "Объясните, почему вы выбрали именно такие индексы. Что нужно уметь, чтобы не угадывать формулу?" | Индивидуально предлагают варианты MgO, Mg₂O₂ или MgO₂, затем обсуждают затруднение: «Нужно знать, что означает валентность и как по ней выбирать индексы». |
2 мин | Учитель фиксирует на доске вопросы: "Что такое валентность? Как закон постоянства состава связан с формулой? Как составить и проверить формулу? Сформулируйте цель урока одним предложением." | Формулируют цель: «Научиться определять валентность и составлять формулы веществ по валентностям, объясняя постоянство состава». |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Проблема поставлена: формулу нельзя составлять только по внешнему сходству символов. Нам нужен алгоритм, который можно объяснить и проверить. Переходим к открытию нового знания."
Этап 4. Открытие нового знания (10 мин)
Цель этапа: сформировать понятия валентности, закона постоянства состава и алгоритма составления формулы бинарного соединения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает схему соединения атомов и объясняет: "Валентность — это способность атома образовывать определённое число химических связей с другими атомами. В школьной модели её удобно понимать как число связей атома. Например, водород одновалентен, кислород обычно двухвалентен, алюминий трёхвалентен. Запишите определения и значения валентностей в памятку." | Записывают определение валентности, составляют краткую таблицу: H — I, O — II, Na — I, Mg — II, Al — III, Cl — I. |
3 мин | Учитель формулирует закон: "Вещество имеет постоянный качественный и количественный состав независимо от способа получения и места нахождения. Например, в любой чистой воде на два атома водорода приходится один атом кислорода. Поэтому формула H₂O отражает постоянное соотношение атомов." Учитель просит назвать бытовой пример вещества с постоянным составом. | Записывают формулировку закона, отвечают: «Чистая поваренная соль содержит натрий и хлор в постоянном соотношении», различают чистое вещество и смесь. |
4 мин | Учитель демонстрирует алгоритм на примере оксида алюминия: "Записываем символы элементов Al и O. Над символами ставим валентности III и II. Находим наименьшее общее кратное 6. Делим 6 на валентность алюминия и получаем индекс 2; делим 6 на валентность кислорода и получаем индекс 3. Получаем Al₂O₃. Проверяем: $3\cdot2=2\cdot3$. Индексы 1 не записываем." | Пошагово оформляют алгоритм в тетради, составляют Al₂O₃, проговаривают: «Произведения валентности на число атомов равны». |
Запись в тетрадях
Валентность — способность атома образовывать определённое число химических связей. Закон постоянства состава: каждое чистое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав независимо от способа получения. Алгоритм: 1) записать символы элементов; 2) указать валентности; 3) подобрать индексы так, чтобы произведения валентности на число атомов были равны; 4) проверить формулу и сократить индексы, если это возможно.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть понятия и рабочий алгоритм. Мы проверили его на оксиде алюминия. Следующий шаг — применить правило сначала вместе, а затем самостоятельно."
Этап 5. Первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: отработать составление и чтение химических формул с проговариванием каждого действия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт парам карточки: «Составьте формулы соединений натрия с кислородом, магния с хлором и водорода с кислородом. На карточке обязательно запишите валентности и проверку. Используйте приём «Взаимное объяснение»: один ученик выполняет первый шаг, второй проверяет и объясняет следующий, затем роли меняются." | В парах составляют Na₂O, MgCl₂, H₂O; проговаривают шаги алгоритма и записывают проверки: $I\cdot2=II\cdot1$, $II\cdot1=I\cdot2$, $I\cdot2=II\cdot1$. |
2 мин | Учитель выводит на доску формулы NaCl, CaO, CO₂ и задаёт вопросы: "Прочитайте формулы. Сколько атомов каждого элемента содержит одна формульная единица? Где индекс равен единице и почему он не записан?" | Читают формулы, называют количество атомов: «В NaCl по одному атому натрия и хлора», «В CO₂ один атом углерода и два атома кислорода». |
2 мин | Учитель предлагает ошибочную запись Mg₂O₂: "Найдите ошибку и объясните, почему в итоговой формуле нужно записать MgO. Не просто исправьте, а назовите правило, на которое опираетесь." | Находят ошибку, сокращают индексы 2 и 2, формулируют: «Соотношение атомов нужно записывать в простейшем виде; MgO даёт равенство валентностей». |
Эталон решения
Для соединения алюминия и кислорода: $Al^{III}$ и $O^{II}$. Наименьшее общее кратное валентностей равно 6. Индекс алюминия: $6:3=2$; индекс кислорода: $6:2=3$. Формула: $Al_2O_3$. Проверка: $3\cdot2=2\cdot3=6$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы научились не только получать формулу, но и читать её, проверять и исправлять ошибку. Сейчас каждый покажет, может ли выполнить алгоритм без подсказки."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (10 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное применение алгоритма на заданиях разного уровня и организовать коррекцию ошибок.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель объясняет инструкцию: "Выберите базовый или повышенный вариант. Базовый включает три формулы, повышенный — четыре и задание на анализ ошибки. Работайте самостоятельно, но записывайте не только ответ, а все шаги: символы, валентности, индексы и проверку." | Выбирают вариант задания, записывают номер варианта и готовят рабочее место. |
6 мин | Учитель выдаёт карточки. Базовый вариант: составить формулы соединений кальция с кислородом, алюминия с хлором, углерода с кислородом при валентности углерода IV. Повышенный вариант: составить формулы соединений железа III с кислородом, серы VI с кислородом, магния II с азотом III; исправить запись AlO. Учитель перемещается по классу и задаёт направляющие вопросы: "Какие валентности указаны? Какое общее кратное вы выбрали? Как проверите результат?" | Самостоятельно составляют формулы CaO, AlCl₃, CO₂; в повышенном варианте Fe₂O₃, SO₃, Mg₃N₂, исправляют AlO на Al₂O₃ при условии Al III и O II. Записывают проверки. |
3 мин | Учитель показывает эталон на экране и организует самопроверку: "Сверьте не только конечные формулы, но и ход рассуждения. Поставьте рядом с каждым заданием знак плюс, если всё совпало, вопрос — если есть сомнение, или отметьте место ошибки красной ручкой. После проверки исправьте одну ошибку с пояснением." | Сверяют решения: $CaO$, $AlCl_3$, $CO_2$, $Fe_2O_3$, $SO_3$, $Mg_3N_2$, исправляют ошибки и заполняют лист самооценки. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что формула получается из последовательности рассуждений, а не из догадки. Осталось связать новое правило с общей системой знаний и проверить, умеем ли мы объяснить смысл закона постоянства состава."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (6 мин)
Цель этапа: осмыслить изученное, выявить затруднения и определить дальнейшую индивидуальную работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит приём «Светофор»: "Поднимите зелёную карточку, если можете по валентностям составить формулу; жёлтую — если получается с подсказкой; красную — если пока не можете объяснить шаги. Это не отметка, а честная диагностика." | Поднимают карточки, фиксируют в листе самооценки, какой этап алгоритма требует повторения. |
2 мин | Учитель раздаёт билет на выход: "Ответьте письменно на два вопроса: что показывает индекс в формуле и почему формула Al₂O₃, а не AlO? Одним предложением объясните закон постоянства состава." | Пишут ответы: «Индекс показывает число атомов элемента», «Для Al₂O₃ произведения валентности равны», формулируют закон. |
2 мин | Учитель сообщает домашнее задание и уточняет критерии: "Выберите уровень по готовности. Обязательный уровень выполняют все; повышенный и дополнительный помогут подготовиться к следующей теме. Перед уходом назовите соседу по парте один шаг алгоритма." | Записывают домашнее задание, называют партнёру выбранный шаг алгоритма и сдают билет на выход. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня мы установили, что валентность помогает определить соотношение атомов, а химическая формула кратко и точно отражает постоянный состав вещества. На следующем уроке мы продолжим читать формулы и рассмотрим количественные характеристики веществ."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно составлены все формулы выбранного варианта, указаны валентности, выполнены проверки равенства произведений, ошибка в записи AlO объяснена и исправлена.
- «4» — верно выполнены не менее трёх заданий из четырёх, допущена одна вычислительная или оформительская ошибка, алгоритм в целом соблюдён.
- «3» — верно выполнены два задания, но объяснение связи валентности с индексами неполное; после подсказки ошибка исправлена.
- Ниже базового уровня — ученик правильно определяет символы элементов, но нуждается в дополнительной отработке выбора индексов и проверки формулы.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что такое валентность и какую роль она играет при составлении формулы? | Проверка понимания ключевого понятия и его функционального значения. |
Какой шаг алгоритма составления формулы оказался для вас самым сложным? | Выявление конкретной точки затруднения для последующей коррекции. |
Почему индексы в химической формуле нельзя выбирать произвольно? | Проверка связи между законом постоянства состава и химической формулой. |
Какое задание вы готовы решить самостоятельно на следующем уроке? | Формирование самооценки и осознанного выбора уровня сложности. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы научились видеть за химической формулой точное соотношение атомов. Валентность помогает подобрать индексы, а закон постоянства состава объясняет, почему формула чистого вещества не меняется от способа его получения. Самая частая ошибка — записать индексы без проверки или забыть сократить их до простейшего отношения. На следующем уроке мы продолжим работать с формулами и научимся извлекать из них количественную информацию."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить 4 формулы бинарных соединений по указанным валентностям: натрий и кислород, кальций и хлор, алюминий и кислород, водород и сера. Для каждой формулы записать проверку. | Закрепляет алгоритм подбора индексов; при проверке обратить внимание на правильность валентностей, индексов и равенства произведений. |
Средний (повышающий) | Решить 5 заданий на чтение формул: указать число атомов каждого элемента в формулах H₂S, MgCl₂, Al₂O₃, CO₂ и определить валентность одного элемента по известной валентности другого. | Развивает умение извлекать информацию из формулы и применять правило валентности в обратном направлении. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить мини-объяснение на 5–7 предложений: почему вода, углекислый газ и поваренная соль имеют постоянный состав; привести формулы этих веществ и разобрать одну из них по алгоритму. | Формирует умение связывать закон постоянства состава с реальными веществами, аргументировать вывод и использовать химический язык. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что показывает валентность? Что показывает индекс? Как проверить составленную формулу? Почему формула чистого вещества постоянна? Назовите последовательность четырёх шагов составления формулы».
