Водород: строение, свойства и способы получения
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока учащиеся смогут описать положение водорода в Периодической системе, назвать его физические и химические свойства, записать уравнения реакций с кислородом и металлами и объяснить правила безопасной работы с водородом.
- Сформировать представление о строении атома водорода, его положении в Периодической системе и простом веществе $H_2$.
- Научить устанавливать связь между строением атома водорода и его химическими свойствами, составлять уравнения реакций.
- Развивать умение работать с информацией, выдвигать гипотезы, обсуждать химические явления в парах и аргументировать выводы.
- Воспитывать ответственное отношение к технике безопасности и осознание роли водорода в энергетике, промышленности и будущих профессиях.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют познавательный интерес к химическим свойствам водорода через объяснение наблюдаемого явления.
- Осознают личную ответственность за соблюдение правил безопасности при работе с горючими веществами.
- Связывают изучение водорода с профессиями химика-технолога, инженера-энергетика и специалиста по экологическим технологиям.
- Уважительно относятся к различным гипотезам одноклассников и готовы корректировать собственное мнение.
Метапредметные
- Извлекают информацию из Периодической системы, текста, схемы и демонстрационного опыта.
- Сравнивают физические свойства водорода с воздухом и кислородом, выделяют существенные признаки.
- Формулируют гипотезу, проверяют её по результатам наблюдения и делают аргументированный вывод.
- Планируют работу в паре, распределяют роли, осуществляют самопроверку по критериям.
Предметные
- Знают символ, порядковый номер и относительную атомную массу водорода, формулу простого вещества $H_2$.
- Умеют характеризовать водород как газ без цвета и запаха, легче воздуха и плохо растворимый в воде.
- Умеют объяснять горючесть водорода и составлять уравнение реакции его взаимодействия с кислородом: $2H_2+O_2\rightarrow2H_2O$.
- Умеют составлять уравнение реакции цинка с соляной кислотой: $Zn+2HCl\rightarrow ZnCl_2+H_2\uparrow$.
- Формулируют правила обнаружения водорода и безопасной работы с ним.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный учебный интерес к теме через проблемный вопрос о возможности использования водорода как топлива.
- Осознают значение химических знаний для безопасного поведения в лаборатории и быту.
- Оценивают собственную готовность соблюдать правила работы с горючими газами.
- Проявляют самостоятельность при выборе уровня задания.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную цель и формулируют последовательность действий для её достижения.
- Планируют работу в паре при анализе свойств и составлении уравнений реакций.
- Проверяют запись формул и расстановку коэффициентов по предложенному алгоритму.
- Фиксируют затруднение и выбирают способ его исправления.
Познавательные УУД
- Определяют положение водорода по Периодической системе и связывают его с строением атома.
- Классифицируют свойства водорода на физические и химические.
- Моделируют превращение веществ в реакции образования воды.
- Анализируют результаты демонстрации и делают вывод о чистоте водорода.
- Используют химический язык: символы элементов, формулы веществ и уравнения реакций.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре: один ученик анализирует условие, другой проверяет запись.
- Формулируют ответ полным предложением и приводят химическое обоснование.
- Задают уточняющие вопросы о свойствах и способах получения водорода.
- Согласуют общий вывод, принимая во внимание аргументы партнёра.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить интерактивную доску или проектор с изображением клетки Периодической системы, схемой атома водорода и таблицей свойств газа.
- Распечатать карточки для работы в парах: по одной карточке на парту, всего по числу парт; предусмотреть задания базового и повышенного уровня.
- Подготовить листы наблюдений для каждой пары с графами «Гипотеза», «Наблюдение», «Вывод», «Уравнение реакции».
- Подготовить демонстрационную пробирку с водородом, полученным заранее, и пробирку с кислородом либо безопасную видеозапись опыта с поджиганием водорода.
- Подготовить цинк, разбавленную соляную кислоту, пробирку с газоотводной трубкой и штатив; опыт выполняет только учитель с соблюдением инструкции по технике безопасности.
- Вывесить на доске памятку: «Водород горюч. Смесь водорода с воздухом взрывоопасна. Газ проверяют небольшой порцией».
- Распечатать по одному мини-листу самооценки на каждого ученика и по одному билету на выход.
- Подготовить таймер на 1–3 минуты для парной работы и карточки зелёного, жёлтого и красного цвета для быстрой обратной связи.
- Освободить пространство между рядами для короткой физкультминутки без использования химического оборудования.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и создать познавательную проблему.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, наличие тетради, ручки и листа наблюдений. Сегодня нам понадобится не только знание формул, но и умение делать вывод по наблюдению. На доске записана тема: «Водород»." | Проверяют готовность, записывают дату и тему урока. |
2 мин | Учитель показывает изображение водородного автомобиля и задаёт проблемный вопрос: "Водород называют перспективным топливом. Но можно ли считать его безопасным? Что должно произойти, чтобы водород дал энергию? Запишите индивидуально одну гипотезу, а затем обсудите её с соседом в течение минуты." | Индивидуально записывают гипотезу, затем обсуждают её в парах и формулируют варианты: «водород должен вступить в реакцию с кислородом», «при реакции выделится энергия». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы предположили, что свойства водорода связаны с его реакцией с кислородом. Сейчас выясним, как устроен атом водорода, какие свойства можно наблюдать и почему при работе с этим газом необходима особая осторожность."
Этап 2. Актуализация знаний и физкультминутка (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о строении атома, простых веществах и признаках химической реакции, восстановить работоспособность класса.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель проводит приём «Снежный ком»: "Назовите по одному понятию, которое понадобится для изучения водорода: химический элемент, простое вещество, атом, молекула, реакция, коэффициент. Сначала подумайте молча, затем объединитесь в пары и выберите три самых важных понятия. Объясните свой выбор." | Называют понятия, обсуждают их в парах, формулируют: «атом состоит из ядра и электронов», «простое вещество образовано атомами одного элемента», «коэффициент уравнивает число атомов». |
1 мин | Учитель показывает клетку водорода и спрашивает: "Какой у него порядковый номер? Сколько электронов имеет нейтральный атом? Какую формулу имеет молекула водорода?" | Отвечают: «порядковый номер 1», «один электрон», «$H_2$». |
1 мин | Учитель организует физкультминутку: "Встаньте. На вдохе поднимите руки вверх, на выдохе опустите. Потянитесь вправо и влево, затем выполните два медленных круговых движения плечами. Садимся, выпрямляем спину и готовим тетради." | Выполняют упражнения, восстанавливают рабочую позу, готовят тетради. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что химический элемент и простое вещество — не одно и то же, а молекула водорода состоит из двух атомов. Теперь определим, какие свойства следуют из такого строения."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Цель этапа: сформулировать учебную задачу и критерии успешной работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует закрытую пробирку с бесцветным газом и говорит: "Перед вами образец водорода. По внешнему виду можно ли доказать, что это именно водород? Какие свойства мы можем проверить без риска? Составьте в парах план исследования из трёх пунктов." | Предлагают план: «описать внешний вид», «сравнить плотность с воздухом», «проверить горючесть небольшой порцией». |
2 мин | Учитель фиксирует ответы на доске и спрашивает: "Какую цель поставим на урок? Какие действия покажут, что цель достигнута?" Учитель записывает критерии: назвать свойства, объяснить реакцию, записать два уравнения, сформулировать правила безопасности. | Формулируют цель: «изучить свойства водорода и научиться объяснять их уравнениями реакций». Принимают критерии успеха. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "План исследования готов: от положения элемента и физических свойств мы перейдём к химическим реакциям и безопасности. Начнём с информации, которую можно получить из Периодической системы."
Этап 4. Открытие нового знания в парной работе (10 мин)
Цель этапа: самостоятельно вывести основные характеристики водорода и установить связь между строением атома и свойствами вещества.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточки и говорит: "Работаем в парах. Первый участник анализирует положение водорода, второй — физические свойства. Через полторы минуты поменяйтесь ролями. На карточке есть данные: водород имеет порядковый номер 1, относительную атомную массу 1, молекулярную формулу $H_2$, плотность меньше плотности воздуха, в воде растворяется плохо. Заполните таблицу и подготовьте общий вывод." | Распределяют роли, заполняют таблицу: символ $H$, порядковый номер 1, относительная атомная масса 1, газ без цвета и запаха, лёгкий, плохо растворимый в воде. |
3 мин | Учитель задаёт вопросы по карточке: "Почему формула простого вещества — $H_2$, а не $H$? Какое свойство позволяет собирать водород вытеснением воды? Почему газ нельзя проверять сразу большим объёмом?" | Обсуждают и отвечают: «молекула состоит из двух атомов», «водород плохо растворяется в воде», «смесь водорода с воздухом может взорваться». |
4 мин | Учитель объясняет по схеме: "Атом водорода имеет один протон и один электрон. В молекуле $H_2$ атомы образуют общую электронную пару. При взаимодействии с кислородом образуется вода и выделяется энергия. Запишем словесную схему и превратим её в уравнение: водород плюс кислород — вода. Проверьте число атомов слева и справа." | Записывают схему «водород + кислород → вода», составляют $H_2+O_2\rightarrow H_2O$, затем расставляют коэффициенты и получают $2H_2+O_2\rightarrow2H_2O$. Объясняют, что реакция является горением. |
Запись в тетрадях
Водород $H_2$ — простое вещество, газ без цвета и запаха, легче воздуха, плохо растворимый в воде. Водород горит в кислороде с образованием воды: $2H_2+O_2\rightarrow2H_2O$. Смесь водорода с воздухом взрывоопасна.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы установили, что физические свойства помогают описать и собрать газ, а химическое свойство — горючесть — объясняется реакцией с кислородом. Теперь проверим новое знание на конкретном опыте и узнаем, как водород получают в лаборатории."
Этап 5. Демонстрация получения и первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: показать способ получения водорода и закрепить алгоритм записи уравнения реакции.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует получение газа: "В пробирке находится цинк, я добавляю разбавленную соляную кислоту и закрываю пробирку газоотводной трубкой. Наблюдайте: появляются пузырьки газа. Запишите признаки реакции и не приближайтесь к установке без разрешения." | Наблюдают выделение пузырьков, записывают признаки: «выделяется газ», «цинк постепенно расходуется». |
2 мин | Учитель задаёт вопрос: "Какие вещества вступают в реакцию? Какой газ образуется? Составьте схему словами: цинк плюс соляная кислота — хлорид цинка плюс водород." | Называют реагенты и продукты, записывают словесную схему. |
2 мин | Учитель показывает алгоритм: "Сначала запишите формулы, затем уравняйте металл, кислотный остаток и водород. Проверьте число атомов каждого элемента." | Записывают и проверяют уравнение $Zn+2HCl\rightarrow ZnCl_2+H_2\uparrow$. |
Эталон решения
1. Записываем формулы реагентов: $Zn$ и $HCl$. 2. При взаимодействии образуются соль $ZnCl_2$ и водород $H_2$. 3. Справа два атома хлора, поэтому ставим коэффициент 2 перед $HCl$. 4. Проверяем: слева один атом цинка, два атома водорода и два атома хлора; справа столько же. Получаем: $Zn+2HCl\rightarrow ZnCl_2+H_2\uparrow$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "В лаборатории водород можно получить действием кислоты на активный металл. Мы увидели газ, но одного выделения пузырьков недостаточно для его распознавания. Сейчас каждый проверит, умеет ли применять алгоритм самостоятельно."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (7 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание свойств водорода, уравнений реакций и правил безопасности.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель предлагает выбор: "Выберите карточку базового или повышенного уровня. Базовый уровень выполняют все, повышенный можно выбрать тем, кто готов объяснить причинно-следственную связь." | Выбирают уровень и записывают номер карточки. |
4 мин | Учитель раздаёт задания. Базовый вариант: "Назовите три физических свойства водорода; допишите коэффициенты в уравнении $H_2+O_2\rightarrow H_2O$; подчеркните правило безопасного обнаружения газа." Повышенный вариант: "Объясните, почему водород собирают вытеснением воды, и составьте уравнение реакции цинка с кислотой." | Индивидуально выполняют выбранные задания, составляют уравнения и объяснения. |
2 мин | Учитель выводит эталон: свойства — бесцветный, лёгкий, плохо растворимый; $2H_2+O_2\rightarrow2H_2O$; газ проверяют малой порцией после вытеснения воздуха. Просит отметить ошибки цветной ручкой. | Сверяют ответы, исправляют ошибки, показывают карточку: зелёная — всё понял, жёлтая — есть вопрос, красная — нужна помощь. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что большинство уже умеет описывать водород и уравнивать реакции. Ошибки чаще всего возникают при подсчёте атомов и при забытом правиле безопасности. Закрепим главное и вернёмся к вопросу о водородном топливе."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (4 мин)
Цель этапа: осмыслить результат урока, соотнести его с поставленной целью и объяснить практическое значение темы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит рефлексию «Билет на выход»: "Ответьте письменно на три вопроса: какое свойство водорода связано с его использованием как топлива; какое уравнение реакции вы запомнили; какое правило безопасности считаете главным?" | Заполняют билет: «водород горит с образованием воды», записывают $2H_2+O_2\rightarrow2H_2O$, формулируют правило о взрывоопасной смеси с воздухом. |
1 мин | Учитель обращается к классу: "Поднимите зелёную карточку, если можете самостоятельно составить уравнение реакции водорода с кислородом; жёлтую — если нужна тренировка; красную — если требуется разбор." | Показывают карточки, соотносят результат с личной целью. |
1 мин | Учитель объясняет домашнее задание: "Выберите уровень. Обязательный уровень выполняют все; повышенный и дополнительный дают возможность углубить тему. Запишите выбранный вариант и контрольные вопросы." | Записывают задание, задают уточняющие вопросы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня мы выяснили, что водород — лёгкий горючий газ, который образует воду при взаимодействии с кислородом. Вы научились получать его уравнение реакции и объяснять опасность смеси с воздухом. На следующем уроке мы рассмотрим восстановительные свойства водорода и его взаимодействие с оксидами металлов."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно названы не менее трёх физических свойств, правильно составлены оба уравнения реакций, объяснена горючесть водорода и сформулировано правило безопасности.
- «4» — правильно выполнены основные задания, но допущена одна ошибка в коэффициентах или неполно объяснено одно свойство; после самопроверки ошибка исправлена.
- «3» — названы отдельные свойства водорода и записано хотя бы одно уравнение с частично верными коэффициентами, но объяснение реакции или правил безопасности требует помощи.
- Оценка снижается при несоблюдении инструкции во время демонстрации, попытке самостоятельно работать с реактивами или отсутствии записи наблюдений.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о физических свойствах водорода? | Выявление осознанности предметного результата и умения выделять существенные признаки. |
Какое уравнение реакции вы можете объяснить по шагам? | Проверка понимания алгоритма составления и уравнивания уравнений. |
Почему водород нельзя проверять большим объёмом? | Выявление понимания связи между свойством горючести и техникой безопасности. |
Что оказалось самым трудным и какую помощь вы выбрали бы на следующем уроке? | Диагностика индивидуальных затруднений и развитие навыка самооценки. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы рассмотрели водород от строения атома до практического применения. Вы установили, что это лёгкий горючий газ, а продуктом его горения в кислороде является вода. Типичная ошибка — забыть коэффициент 2 перед водородом или пренебречь проверкой газа малой порцией. Химические свойства дают возможности для энергетики, но требуют строгого соблюдения безопасности. На следующем уроке мы продолжим исследовать восстановительные свойства водорода."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить краткую характеристику водорода по плану: положение элемента, строение атома, формула простого вещества, три физических свойства, два правила безопасности. Повторить и объяснить уравнения $2H_2+O_2\rightarrow2H_2O$ и $Zn+2HCl\rightarrow ZnCl_2+H_2\uparrow$. | Закрепляет химический язык, умение систематизировать свойства и проверять расстановку коэффициентов. |
Средний (повышающий) | Решить 4 задания: определить верные и неверные утверждения о водороде, расставить коэффициенты в двух уравнениях, объяснить способ сбора водорода над водой, составить алгоритм безопасного обнаружения газа. | Развивает применение, анализ и объяснение причинно-следственных связей; при проверке обратить внимание на аргументацию. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить мини-сообщение на 8–10 предложений «Водород в современной энергетике»: привести один пример применения, назвать преимущество и ограничение, объяснить, почему вода является продуктом горения водорода. | Формирует естественно-научную грамотность и умение оценивать практическое применение вещества на основе химических свойств. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какова формула простого вещества водорода?», «Назовите два физических свойства водорода», «Запишите уравнение его горения», «Какое главное правило нужно соблюдать при обнаружении водорода?»
