Закон постоянства состава веществ. Химическая формула. Валентность атомов химических элементов
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока сформулировать закон постоянства состава веществ, объяснить смысл химической формулы и научиться составлять формулы бинарных соединений по известным валентностям не менее чем для трёх из четырёх предложенных примеров.
- Сформировать представление о постоянстве качественного и количественного состава чистого вещества.
- Научить читать химические формулы и определять по ним число атомов каждого элемента.
- Освоить алгоритм составления формул бинарных соединений по валентностям с использованием правила крест-накрест и последующей проверки.
- Развивать умение выдвигать гипотезу, обсуждать её в паре, аргументировать вывод и самостоятельно проверять результат.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют познавательный интерес к объяснению состава веществ, встречающихся в быту и будущей профессиональной деятельности.
- Осознают значение точной записи состава вещества для безопасной работы химика, врача, инженера и технолога.
- Проявляют готовность принимать обоснованное мнение одноклассника и корректировать собственную гипотезу.
- Формируют ответственное отношение к соблюдению правил работы с химическими веществами и лабораторным оборудованием.
Метапредметные
- Извлекают информацию из химических формул, таблицы валентностей и предложенного описания опыта.
- Сравнивают состав образцов одного вещества, выявляют закономерность и формулируют вывод.
- Планируют решение учебной задачи по алгоритму, осуществляют самопроверку и исправляют ошибки.
- Аргументированно представляют результат парной работы, используют химические символы и математический счёт атомов.
Предметные
- Знать формулировку закона постоянства состава веществ и понимать значение слов «чистое вещество».
- Уметь объяснять, что химическая формула отражает качественный и количественный состав вещества.
- Уметь определять по формуле число атомов каждого элемента и общее число атомов в частице вещества.
- Знать понятие валентности и уметь составлять формулы бинарных соединений по валентностям элементов.
- Уметь проверять правильность формулы по равенству произведений валентности на число атомов каждого элемента.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осознают смысл изучения химической символики как универсального языка науки.
- Проявляют учебную самостоятельность, выбирая базовый или усложнённый вариант задания.
- Формируют ответственное отношение к точности записи химических формул.
- Оценивают собственный прогресс по критериям «могу объяснить», «могу применить», «могу проверить».
Регулятивные УУД
- Совместно с учителем формулируют цель урока на основе выявленного затруднения.
- Планируют последовательность действий при составлении формулы вещества.
- Сверяют результат с алгоритмом и эталоном, находят и исправляют ошибку.
- Оценивают степень освоения закона и алгоритма с помощью листа самооценки и билета на выход.
Познавательные УУД
- Сравнивают числовые данные о составе воды из разных источников и выделяют постоянное соотношение элементов.
- Классифицируют информацию, представленную символами, индексами и коэффициентами.
- Моделируют состав вещества с помощью условных обозначений атомов.
- Устанавливают причинно-следственную связь между валентностью элементов и индексами в формуле.
- Используют таблицу химических элементов и таблицу валентностей для решения учебной задачи.
Коммуникативные УУД
- Формулируют вопрос и гипотезу, соблюдая очередность высказываний в паре.
- Объясняют партнёру смысл индексов в химической формуле.
- Аргументируют выбор формулы, используя понятия «валентность», «число атомов» и «состав вещества».
- Согласовывают общий вывод группы и корректно реагируют на замечания одноклассников.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию или записи на доске: образцы формул $H_2O$, $CO_2$, $NH_3$, $NaCl$; схему чтения формулы; алгоритм составления формулы по валентностям.
- Распечатать карточки с данными о составе воды из трёх проб — по одной карточке на пару, всего 15–16 экземпляров.
- Распечатать таблицу валентностей распространённых элементов — по одной на каждого ученика и один крупный экземпляр для доски.
- Подготовить карточки трёх уровней для самостоятельной работы — по одной на каждого ученика с запасом 3–4 экземпляра.
- Подготовить лист самооценки с пунктами «формулирую закон», «читаю формулу», «составляю формулу», «проверяю результат» — по одному на каждого.
- Подготовить стикеры трёх цветов для приёма «Светофор» и билеты на выход — по одному на каждого ученика.
- Вывести на экран или записать задачу: «В составе чистой воды содержатся водород и кислород в постоянном соотношении. Можно ли считать водой вещество с другим соотношением атомов?»
- Проверить наличие у учащихся тетрадей, ручек и периодической таблицы; подготовить доску с местом для темы, алгоритма и общего вывода.
- Оборудование: компьютер, проектор или интерактивная доска, маркеры, магнитные карточки с символами элементов H, O, C, N, Na, Cl. Реальные реактивы на уроке не используются.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и показать практическую значимость точной записи состава вещества.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране изображения питьевой воды, углекислого газа и поваренной соли: "Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем говорить о том, как химик записывает состав вещества так, чтобы его понял любой специалист в любой лаборатории. Посмотрите на изображения: вода, углекислый газ и поваренная соль окружают нас ежедневно. Как вы думаете, может ли состав одного и того же чистого вещества изменяться по желанию?" | Рассматривают изображения, выдвигают предположения: "Состав должен быть постоянным"; "Если состав изменился, получится другое вещество". |
2 мин | Учитель объявляет тему и обращает внимание на ключевой вопрос: "Запишите дату и тему урока. Сегодня нам предстоит выяснить, почему формула воды записывается именно как $H_2O$, как валентность помогает составить формулу и почему химическая формула является языком точной науки. В конце урока мы вернёмся к вопросу о постоянстве состава." | Записывают тему, формулируют личную цель: "Научиться читать формулы и составлять их по валентности". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что один и тот же материал может встречаться в разных жизненных ситуациях, но химика интересует его точный состав. Сейчас проверим, какие сведения о составе веществ вы уже умеете читать и где возникает затруднение."
Этап 2. Актуализация знаний (6 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о химических элементах, символах и индексах, необходимые для открытия нового знания.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит короткий устный опрос: "Что обозначает химический символ? Чем атом отличается от химического элемента? Посмотрите на записи $O$, $2O$ и $O_2$. Одинаковый ли смысл у этих обозначений? Не просто называйте ответ, а объясните, что именно подсказало вам решение." | Отвечают: "Символ обозначает химический элемент или один атом этого элемента"; "$2O$ — два атома кислорода, а $O_2$ — частица, содержащая два атома кислорода"; фиксируют различие между коэффициентом и индексом. |
2 мин | Учитель показывает формулы $H_2O$, $CO_2$, $NaCl$: "Работаем приёмом «Подумай — обсуди в паре — поделись». Сначала 30 секунд каждый самостоятельно определяет, какие элементы входят в каждое вещество и сколько атомов каждого элемента указано. Затем одну минуту сравните ответы с соседом." | Индивидуально считают атомы, затем сверяют записи в парах. Формулируют: "$H_2O$ содержит два атома водорода и один атом кислорода; $CO_2$ — один атом углерода и два атома кислорода; $NaCl$ — по одному атому натрия и хлора". |
2 мин | Учитель предлагает задание на доске: "Прочитайте формулу $Al_2O_3$. Сколько всего атомов в одной частице? Как изменится число атомов, если перед формулой поставить коэффициент 2? Объясните, почему нельзя переносить индекс с одного элемента на другой." | Записывают ответы: "$Al_2O_3$ содержит два атома алюминия и три атома кислорода, всего пять атомов; $2Al_2O_3$ содержит четыре атома алюминия и шесть атомов кислорода". Объясняют, что изменение индекса изменяет состав вещества. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы умеем читать готовую формулу, но пока не ответили на более сложный вопрос: почему в одной формуле индекс равен двум, а в другой — трём? Сейчас специально создадим ситуацию, в которой готовых знаний будет недостаточно."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: обнаружить затруднение при объяснении постоянного соотношения элементов и совместно сформулировать цель урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт парам карточки с данными: «Проба 1 воды: 2 части водорода и 1 часть кислорода; проба 2: 4 части водорода и 2 части кислорода; проба 3: 6 частей водорода и 3 части кислорода». Учитель спрашивает: "Это три разных вещества или одно и то же? Что в данных изменяется, а что остаётся постоянным? Почему записи $H_2O$ и $H_4O_2$ не используют как две формулы разных вод?" | Сравнивают пары чисел, замечают одинаковое отношение $2:1$, формулируют: "Количество атомов может быть кратным, но простейшее соотношение остаётся постоянным"; предполагают, что $H_4O_2$ отражает не простейшую запись. |
2 мин | Учитель организует приём «Снежный ком»: "Сначала каждый запишите вопрос, на который нужно ответить. Затем объединитесь в пары и выберите самый точный вопрос. Предлагаю проверить такие варианты: как формула показывает состав; почему индексы имеют именно такие значения; как по валентностям составить формулу нового вещества." | Формулируют общий вопрос: "Как закон постоянства состава связан с химической формулой и валентностью?" Совместно определяют цель: "Научиться объяснять постоянство состава и составлять формулы по валентностям". |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Затруднение найдено: формулу нельзя составлять случайным подбором индексов. Нам нужен научный закон и правило, которое связывает число атомов с валентностью. Переходим к открытию этого правила."
Этап 4. Открытие нового знания (10 мин)
Цель этапа: сформулировать закон постоянства состава, раскрыть смысл химической формулы и вывести алгоритм составления формул по валентности.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на доске три условные модели чистой воды с одинаковым соотношением атомов и говорит: "Сравните модели и данные карточки. В каждой частице воды на два атома водорода приходится один атом кислорода. Даже если взять другое количество частиц, простейшее соотношение не изменится. Сформулируйте закономерность своими словами. Теперь запишем научную формулировку: каждое чистое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав, независимо от способа получения и места нахождения." | Сравнивают модели, формулируют вывод: "В чистом веществе одни и те же элементы соединены в постоянном соотношении". Записывают определение закона постоянства состава. |
3 мин | Учитель записывает на доске $H_2O$: "Разберём формулу как сообщение. Буквы показывают, какие элементы входят в вещество. Нижний индекс показывает число атомов данного элемента в частице. Если индекса нет, число атомов равно единице. Поэтому формула воды сообщает: два атома водорода и один атом кислорода. Формула выражает качественный и количественный состав вещества." | Записывают определение химической формулы и разбирают формулы $CO_2$ и $CaCl_2$: называют элементы и число атомов каждого элемента. |
4 мин | Учитель демонстрирует магнитными карточками состав соединения алюминия и кислорода: "Как составить формулу, если известны только символы и валентности? Пусть алюминий имеет валентность III, кислород — II. Записываем символы рядом, над ними валентности: $Al^{III}O^{II}$. Переносим числа валентностей крест-накрест в качестве индексов: $Al_2O_3$. Затем проверяем: у алюминия $III \cdot 2=6$, у кислорода $II \cdot 3=6$. Произведения равны, значит, формула составлена правильно. Индексы сокращаем, если они имеют общий делитель." | Наблюдают за алгоритмом, проговаривают шаги: записать символы; определить валентности; перенести валентности крест-накрест; проверить равенство произведений; сократить индексы при необходимости. Составляют по образцу формулу соединения водорода и кислорода: $H_2O$. |
Запись в тетрадях
- Закон постоянства состава: каждое чистое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав независимо от способа получения и места нахождения.
- Химическая формула показывает качественный состав вещества и число атомов каждого элемента в его частице.
- Алгоритм: 1) записать символы элементов; 2) указать валентности; 3) перенести валентности крест-накрест в индексы; 4) проверить равенство произведений валентности на число атомов; 5) сократить индексы при необходимости.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы открыли три связанные идеи: чистое вещество имеет постоянный состав, формула этот состав записывает, а валентность помогает подобрать индексы. Теперь проверим алгоритм сначала вместе, с обязательным проговариванием каждого шага."
Этап 5. Первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: закрепить чтение формул и составление бинарных соединений с проговариванием алгоритма.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает работу в парах: "На карточке три задания. В первом прочитайте формулу $Na_2S$: назовите элементы и число атомов. Во втором составьте формулу соединения магния и хлора, если магний имеет валентность II, хлор — I. В третьем объясните, почему запись $MgCl_2$ правильна. Один ученик пары решает, второй проверяет по алгоритму, затем поменяйтесь ролями." | Выполняют задания. Называют: "$Na_2S$ содержит два атома натрия и один атом серы"; записывают $MgCl_2$; проверяют: $II \cdot 1=I \cdot 2=2$. |
2 мин | Учитель разбирает типичную ошибку: "Некоторые записывают для соединения кальция и кислорода формулу $Ca_2O_2$ и считают задачу законченной. Проверим: валентности кальция и кислорода равны II. Индексы можно сократить на два, поэтому простейшая формула — $CaO$. Запомните: химическая формула должна отражать простейшее целочисленное соотношение атомов." | Сравнивают $Ca_2O_2$ и $CaO$, объясняют необходимость сокращения индексов, исправляют запись в тетради. |
2 мин | Учитель задаёт вопрос для взаимопроверки: "Составьте формулу соединения углерода IV и кислорода II. Обязательно укажите проверку. После этого примените приём «Две звезды и пожелание»: назовите в работе партнёра два верных действия и один совет." | Составляют $CO_2$, проверяют: $IV \cdot 1=II \cdot 2=4$. Обмениваются тетрадями и дают конкретную обратную связь: отмечают правильное определение валентностей и корректность индексов, советуют не пропускать проверку. |
Эталон решения
Для соединения углерода и кислорода: 1) записать символы $C$ и $O$; 2) указать валентности $IV$ и $II$; 3) перенести валентности крест-накрест: получить $C_2O_4$; 4) сократить индексы на два: $CO_2$; 5) проверить: $IV \cdot 1=II \cdot 2=4$. Следовательно, формула составлена верно.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сейчас вы не просто получили ответы, а доказали их проверкой. Мы увидели, что одинаковые валентности приводят к индексам один к одному, а разные валентности требуют подбора соотношения. Переходим к самостоятельной работе, где каждый выберет посильный уровень."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (10 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное освоение закона, чтения химических формул и алгоритма составления формул.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель объясняет выбор уровня: "Перед вами три варианта. Базовый обязателен для всех. Если готовы применить знания в новой комбинации, выбирайте повышенный или дополнительный вариант. Работайте молча 5 минут. В каждой формуле сначала определите валентности, затем поставьте индексы и выполните проверку." | Выбирают вариант, записывают номер выбранного уровня и приступают к индивидуальному решению. |
5 мин | Учитель раздаёт карточки. Базовый вариант: прочитать $H_2S$ и $Al_2O_3$; составить формулы соединений натрия и кислорода, кальция и хлора. Повышенный вариант: составить формулы соединений алюминия и серы, углерода IV и водорода. Дополнительный вариант: объяснить, какая из записей $Mg_2O_2$, $MgO$, $MgO_2$ соответствует простейшей формуле соединения магния II и кислорода II, и обосновать ответ. | Самостоятельно выполняют выбранный вариант. В базовом варианте называют состав $H_2S$ и $Al_2O_3$, получают $Na_2O$ и $CaCl_2$. В повышенном получают $Al_2S_3$ и $CH_4$. В дополнительном выбирают $MgO$ и объясняют сокращение индексов. |
2 мин | Учитель выводит эталон: "$H_2S$: два атома водорода и один атом серы; $Al_2O_3$: два атома алюминия и три атома кислорода; $Na_2O$; $CaCl_2$; $Al_2S_3$; $CH_4$; $MgO$. Проверьте не только ответ, но и порядок действий: валентности, индексы, сокращение, равенство произведений." | Сверяют решения с эталоном, подчёркивают место ошибки, рядом записывают исправленный вариант и причину ошибки. |
2 мин | Учитель проводит приём «Светофор»: "Поднимите зелёную карточку, если можете самостоятельно составить формулу по валентностям; жёлтую — если получается с подсказкой; красную — если пока не понимаете, как выбрать индексы. Красный цвет не является оценкой личности — это сигнал, что нам нужно вернуться к шагу алгоритма." | Поднимают карточки, отмечают в листе самооценки пункт, который освоен недостаточно, формулируют запрос на помощь: "Мне нужно ещё раз потренироваться определять индексы". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Индивидуальная работа показала, что большинство уже умеет читать формулы и составлять простейшие бинарные соединения. Ошибка в индексе исправляется не угадыванием, а возвратом к валентностям и проверке произведений. Осталось связать все знания в общий вывод и проверить, достигли ли мы цели."
Этап 7. Рефлексия, обобщение и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: обобщить открытое знание, оценить достижение цели и сообщить дифференцированное домашнее задание.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель возвращает класс к проблемному вопросу: "Почему формула воды — $H_2O$, а не произвольная запись? Ответьте полным предложением, используя три понятия: закон постоянства состава, химическая формула, валентность." | Формулируют вывод: "Закон постоянства состава показывает постоянное соотношение водорода и кислорода; формула $H_2O$ записывает это соотношение, а валентности объясняют индексы 2 и 1". |
2 мин | Учитель раздаёт билет на выход: "Запишите ответ на два вопроса: 1) что показывает индекс в формуле $CO_2$; 2) составьте формулу соединения алюминия III и кислорода II и выполните проверку. На обратной стороне закончите фразу: «Сегодня я научился…»." | Пишут билет на выход: индекс 2 показывает два атома кислорода; составляют $Al_2O_3$, проверяют $III \cdot 2=II \cdot 3=6$, формулируют личный результат. |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание: "Выберите уровень с учётом сегодняшней самооценки. Обязательный уровень выполняют все, повышающий выбирают те, кому нужна дополнительная тренировка, продвинутый — те, кто готов объяснять закономерность. Перед выходом проверьте, записаны ли тема, закон и алгоритм." | Записывают выбранный уровень домашнего задания, сдают билеты на выход, задают уточняющие вопросы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня мы установили, что состав чистого вещества постоянен, научились читать химические формулы и составлять формулы по валентностям. На следующем уроке будем использовать химические формулы для вычислений и количественного описания веществ."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены все задания выбранного варианта, правильно определены элементы и индексы, формулы составлены по валентностям, приведена проверка равенства произведений, объяснение закона постоянства состава дано полным предложением.
- «4» — верно выполнено большинство заданий, допущена одна неточность в чтении формулы или проверке, но алгоритм составления формул соблюдён и ошибка самостоятельно исправлена по эталону.
- «3» — правильно выполнены задания на чтение хотя бы двух формул и составлена не менее одной формулы по образцу; допущены ошибки в индексах или проверке, требующие дополнительной помощи.
- Ниже базового уровня — ответ не показывает понимания связи между валентностью и индексами; учитель фиксирует конкретный шаг алгоритма, который необходимо повторить.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что показывает химическая формула вещества? | Проверка понимания качественного и количественного состава. |
Какой шаг алгоритма составления формулы помогает избежать случайного выбора индексов? | Выявление осознанного использования валентностей и проверки произведений. |
Какое задание оказалось самым сложным и почему? | Выявление точки затруднения: определение валентности, перенос индексов или сокращение. |
Можете ли вы объяснить, почему $CaO$, а не $Ca_2O_2$, является простейшей формулой? | Проверка понимания постоянного соотношения атомов и необходимости сокращения индексов. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы увидели, что химическая формула — это не условный набор букв и цифр, а точная запись состава вещества. Закон постоянства состава объясняет, почему для чистого вещества соотношение атомов сохраняется, а валентность помогает правильно подобрать индексы. Типичная ошибка — поставить индексы без проверки или забыть сократить их до простейшего отношения. На следующем уроке мы научимся использовать формулы для количественных расчётов и сравнения состава разных веществ."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Повторить формулировку закона постоянства состава и составить 4 формулы бинарных соединений по данным валентностям: натрий и кислород, магний и хлор, алюминий и сера, углерод IV и кислород II. Для каждой формулы указать число атомов и выполнить проверку. | Закрепляет алгоритм составления формул и чтения индексов; при проверке обратить внимание на правильность валентностей, сокращение индексов и равенство произведений. |
Средний (повышающий) | Составить 5 формул бинарных соединений с разными сочетаниями валентностей, включая два случая, где индексы необходимо сократить. Одну формулу подробно объяснить словами по образцу урока. | Развивает самостоятельное применение правила и умение аргументировать правильность формулы. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить краткое объяснение для одноклассника: почему записи $H_2O$ и $H_4O_2$ описывают одно и то же соотношение атомов, но в химии используют простейшую формулу. Привести два собственных примера сокращения индексов. | Формирует понимание закона постоянства состава, простейшего соотношения и связи химической записи с количественной моделью вещества. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Что называют чистым веществом? Что показывает индекс в химической формуле? Как составить формулу по валентностям? Зачем выполнять проверку равенства произведений? Почему индексы в простейшей формуле нельзя сокращать дальше?»
