Закон сохранения массы веществ. Химическое уравнение
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока учащиеся сформулируют закон сохранения массы веществ, объяснят его связь с химическим уравнением и составят не менее двух уравнений реакций по словесной схеме, расставляя коэффициенты методом подбора.
- Сформировать понимание того, что при химической реакции атомы сохраняются, а изменяется порядок их соединения.
- Научить переводить словесное описание химической реакции в формулы веществ и записывать химическое уравнение с коэффициентами.
- Развивать умение анализировать состав реагентов и продуктов, проверять равенство числа атомов каждого элемента слева и справа.
- Воспитывать ответственное отношение к точности научной записи и понимание связи химии с физикой, математикой и технологиями.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают ценность точного экспериментального знания и необходимость проверять выводы по результатам наблюдения.
- Проявляют интерес к объяснению химических превращений, встречающихся в быту и будущей профессиональной деятельности.
- Принимают ответственность за собственный вклад в парную работу и корректно оценивают идеи одноклассников.
- Понимают, что закон сохранения массы отражает фундаментальную закономерность природы.
Метапредметные
- Выделяют существенную информацию из описания опыта и представляют её в виде схемы или уравнения.
- Сравнивают число атомов каждого элемента до и после реакции и находят причину несоответствия.
- Планируют последовательность записи химического уравнения и осуществляют самопроверку по алгоритму.
- Используют математический счёт и межпредметные связи с физикой для объяснения сохранения массы.
- Формулируют выводы в паре, аргументируют ответ и принимают обоснованную поправку.
Предметные
- Знать формулировку закона сохранения массы веществ и объяснять его с позиций сохранения атомов.
- Различать индексы и коэффициенты в химических формулах и объяснять их значение.
- Уметь составлять уравнения простых реакций по словесной схеме.
- Уметь расставлять коэффициенты методом подбора и проверять число атомов элементов.
- Владеть алгоритмом чтения химического уравнения и определения реагентов и продуктов реакции.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осознают смысл изучения закона как способа научного объяснения изменения веществ.
- Проявляют познавательную инициативу при выдвижении гипотезы о причине сохранения массы.
- Выбирают посильный уровень задания и оценивают собственный прогресс.
- Соблюдают уважительный стиль обсуждения при несовпадении ответов.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную цель и формулируют последовательность действий для составления уравнения.
- Сверяют свою запись с критериями: правильность формул, коэффициентов и числа атомов.
- Обнаруживают ошибку в уравнении и корректируют её без изменения индексов формул.
- Оценивают результат по листу самопроверки и определяют, что требует повторения.
Познавательные УУД
- Извлекают информацию из словесной схемы реакции и химических формул.
- Сравнивают модели веществ до и после превращения и устанавливают сохранение атомов.
- Строят простую модель реакции с использованием условных обозначений атомов.
- Классифицируют записи как верные и ошибочные, объясняя основание классификации.
- Применяют математический подсчёт для проверки химического уравнения.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре: один ученик составляет запись, другой проверяет число атомов.
- Задают уточняющие вопросы о выборе коэффициентов и формул веществ.
- Аргументируют исправление ошибки ссылкой на закон сохранения массы.
- Согласовывают общий ответ и представляют его классу кратко и последовательно.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить демонстрацию реакции в закрытой системе: колбу с раствором карбоната натрия, небольшую пробирку с раствором хлорида кальция, пробку и весы либо заранее подготовленную видеозапись опыта.
- Подготовить карточки для парной работы с тремя заданиями: перевод словесной схемы в формулы, расстановка коэффициентов, поиск ошибки в уравнении; по одной карточке на парту.
- Распечатать лист самопроверки по одному экземпляру на каждого ученика: «формулы записаны верно», «индексы не изменены», «коэффициенты проверены», «атомы каждого элемента равны».
- Подготовить цветные магниты или карточки с обозначениями атомов натрия, хлора, водорода, кислорода, углерода и кальция — один набор на группу.
- Вывести на доску проблемный вопрос: «Почему масса веществ после реакции не исчезает и не возникает из ничего?»
- Подготовить на доске или слайде алгоритм: 1) записать формулы реагентов и продуктов; 2) посчитать атомы; 3) подобрать коэффициенты; 4) повторно посчитать атомы.
- Подготовить таблицу для межпредметной связи с физикой: «замкнутая система — масса сохраняется; открытая система — часть вещества может покинуть сосуд».
- Подготовить таймер на 2 и 4 минуты для этапов парной работы и самостоятельной проверки.
- Подготовить учебный текст по теме из используемого на уроках учебника без указания страниц и номеров заданий.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и вызвать познавательное затруднение через наблюдение химического превращения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает закрытую колбу с двумя веществами, разделёнными внутри сосуда: «Здравствуйте, ребята. Сегодня мы начнём с небольшого наблюдения. В закрытой колбе находятся вещества, которые после смешивания изменятся. Посмотрите внимательно: сосуд закрыт, значит, ничто не может попасть внутрь или выйти наружу. Как вы думаете, изменится ли масса всей системы после реакции?» | Проверяют готовность к уроку, рассматривают установку, индивидуально формулируют прогноз: «масса не изменится» или «масса может измениться из-за образования нового вещества». |
2 мин | Учитель демонстрирует смешивание веществ и обращает внимание на признаки реакции: «Посмотрите, появился белый осадок. Это признак образования нового вещества. Представьте, что мы снова взвесили закрытую колбу. Почему результат должен быть таким же? Запишите одним предложением свою гипотезу». | Наблюдают образование осадка, записывают гипотезу и называют признаки реакции: «появился осадок», «образовалось новое вещество». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели химическое превращение и обнаружили вопрос: как связаны масса веществ и запись реакции? Сейчас проверим наши предположения и выясним, какой закон объясняет результат опыта».
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: восстановить знания о веществах, химических формулах, индексах и признаках химических реакций.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит приём «Быстрый химический диктант»: «Запишите формулы воды, кислорода, водорода и углекислого газа. Рядом подпишите, сколько атомов каждого элемента содержится в одной частице вещества. Вспомните: что показывает индекс в формуле?» | Записывают $H_2O$, $O_2$, $H_2$, $CO_2$, считают атомы и формулируют: «Индекс показывает число атомов элемента в частице вещества». |
3 мин | Учитель организует проверку в парах: «Сравните записи с соседом. По очереди назовите один признак химической реакции. Затем ответьте: чем химическая реакция отличается от физического явления?» Учитель фиксирует на доске ответы «осадок», «газ», «изменение цвета», «выделение или поглощение теплоты». | В парах сверяют формулы, исправляют ошибки, формулируют различие: «при химической реакции образуются новые вещества, а при физическом явлении состав вещества сохраняется». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили, что формула показывает состав вещества, а индекс — число атомов. Теперь выясним, как записать состав исходных веществ и продуктов так, чтобы не нарушить сохранение атомов».
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: выявить затруднение при переходе от словесного описания реакции к химическому уравнению и сформулировать цель урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает на доске словесную схему: «водород + кислород → вода». Затем говорит: «Попробуйте записать эту реакцию формулами. Получится $H_2 + O_2 \rightarrow H_2O$. Посчитайте атомы кислорода слева и справа. Что вас не устраивает?» | Записывают схему, считают атомы и отвечают: «Слева два атома кислорода, справа один; запись не отражает сохранение атомов». |
2 мин | Учитель задаёт вопросы: «Можно ли изменить индекс в формуле воды, чтобы уравнять кислород? Почему нельзя? Как можно изменить количество частиц воды и кислорода? Сформулируйте цель урока своими словами». | Предполагают: «Индекс изменять нельзя, потому что изменится состав вещества; нужно поставить коэффициенты». Формулируют цель: «Научиться составлять и уравнивать 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: «Затруднение найдено: формулы веществ должны оставаться неизменными, но число частиц можно изменять коэффициентами. Теперь построим алгоритм, который позволит делать это точно».
Этап 4. Открытие нового знания и межпредметная связь (9 мин)
Цель этапа: сформулировать закон сохранения массы веществ и освоить алгоритм составления химического уравнения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель обращается к результатам опыта: «Вспомним физику. В замкнутой системе масса не исчезает и не возникает заново. В химической реакции атомы не уничтожаются и не появляются, а перегруппировываются. Поэтому масса исходных веществ равна массе продуктов реакции. Запишите формулировку закона: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции». | Слушают объяснение, записывают формулировку закона, приводят пример из жизни: «при горении масса продуктов равна массе исходных веществ, если учесть все продукты и использовать закрытую систему». |
4 мин | Учитель выводит на доске алгоритм и показывает пример: «Рассмотрим реакцию образования воды. Сначала записываем формулы: $H_2 + O_2 \rightarrow H_2O$. Затем ставим коэффициент 2 перед водой: $H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$. Теперь справа четыре атома водорода, поэтому ставим 2 перед водородом: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$. Проверяем: водорода слева 4 и справа 4, кислорода слева 2 и справа 2. Индексы внутри формул не изменялись». | Переписывают алгоритм, по шагам считают атомы, проговаривают: «коэффициент относится ко всей формуле, индекс — только к данному элементу». |
2 мин | Учитель подчёркивает межпредметную связь: «Математика помогает нам считать атомы, физика — понимать сохранение массы, а информатика может представить уравнение как проверяемую структуру данных: у каждой стороны должен быть одинаковый набор элементов. Какой общий вывод получаем?» | Формулируют вывод: «В уравнении число атомов каждого элемента слева и справа одинаково, поэтому сохраняется масса веществ». |
Запись в тетрадях
- Закон сохранения массы веществ: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.
- Химическое уравнение — условная запись химической реакции с помощью химических формул и коэффициентов.
- Алгоритм: записать формулы реагентов и продуктов; посчитать атомы; расставить коэффициенты; проверить равенство числа атомов каждого элемента.
- Пример: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы установили, почему химическое уравнение должно быть уравнено, и увидели, что коэффициенты не меняют состав веществ. Теперь проверим алгоритм в парной работе на новых реакциях».
Этап 5. Первичное закрепление в парах (8 мин)
Цель этапа: отработать составление формул и расстановку коэффициентов с взаимной проверкой.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: «На карточке 1 дана реакция магния с кислородом. Составьте формулы реагентов и продукта, затем уравняйте запись. Один ученик работает с формулами, второй считает атомы; через минуту поменяйтесь ролями». | В парах записывают $Mg + O_2 \rightarrow MgO$, затем получают $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$, подсчитывают атомы магния и кислорода. |
3 мин | Учитель даёт карточку 2: «Алюминий реагирует с кислородом с образованием оксида алюминия. Запишите уравнение и проверьте его по алгоритму. Не изменяйте индексы в формулах». Учитель наблюдает за парами и задаёт уточняющие вопросы: «Какой элемент удобнее уравнять первым? Сколько атомов кислорода должно быть с обеих сторон?» | Составляют $Al + O_2 \rightarrow Al_2O_3$, подбирают коэффициенты и получают $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$. Проверяют: алюминия 4 и 4, кислорода 6 и 6. |
3 мин | Учитель предлагает карточку 3 с ошибкой: $2Na + Cl_2 \rightarrow NaCl$. «Найдите ошибку, объясните её и исправьте запись. Представитель одной пары объясняет решение, остальные показывают знак согласия или несогласия». | Находят нарушение: слева два атома хлора, справа один. Исправляют: $2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$, объясняют выбор коэффициента. |
Эталон решения
1) Магний и кислород: $Mg + O_2 \rightarrow MgO$. Ставим коэффициент 2 перед $MgO$, чтобы получить два атома кислорода: $Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$. Уравниваем магний: $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$. 2) Алюминий и кислород: $Al + O_2 \rightarrow Al_2O_3$. Наименьшее общее число атомов кислорода — 6: ставим 3 перед $O_2$ и 2 перед $Al_2O_3$, затем 4 перед $Al$: $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$. 3) Натрий и хлор: $2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «В парной работе вы использовали один и тот же алгоритм для разных веществ. Особенно важно, что мы не меняли индексы. Теперь каждый самостоятельно покажет, может ли составить и проверить уравнение без подсказки партнёра».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (9 мин)
Цель этапа: диагностировать индивидуальное освоение алгоритма составления химических уравнений.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт задания трёх уровней и говорит: «Выберите уровень, который соответствует вашей уверенности. Базовый вариант обязателен для всех: уравняйте $Fe + O_2 \rightarrow Fe_2O_3$ и $H_2 + Cl_2 \rightarrow HCl$. Повышающий вариант: составьте уравнение реакции разложения воды и проверьте коэффициенты. Дополнительный вариант: объясните, почему запись $2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2$ соответствует закону сохранения массы». | Индивидуально выполняют выбранный вариант. В базовом получают $4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3$ и $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$. Повышающий вариант: $2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2$. |
2 мин | Учитель показывает эталон на доске: «Проверьте сначала формулы, затем индексы, коэффициенты и число атомов каждого элемента. Отметьте в листе самопроверки каждый выполненный пункт. Ошибку не зачёркивайте молча — рядом напишите, на каком шаге алгоритма она возникла». | Сверяют ответы с эталоном, отмечают пункты листа самопроверки, исправляют ошибки и указывают их причину. |
2 мин | Учитель проводит приём «Светофор»: «Зелёная карточка означает, что вы можете самостоятельно уравнять простую реакцию; жёлтая — что нужен ещё один пример; красная — что требуется индивидуальное объяснение. Поднимите карточку и назовите конкретный шаг, который вызывает трудность». | Поднимают карточку, называют затруднение: «не понимаю, с какого элемента начать», «путаю индекс и коэффициент», «не умею проверить число атомов». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Самопроверка показала, что уравнение можно оценить не наугад, а по понятным критериям. Осталось связать химическую запись с первоначальным опытом и сформулировать общий вывод урока».
Этап 7. Включение в систему знаний и рефлексия (7 мин)
Цель этапа: обобщить новое знание, проверить понимание закона и определить индивидуальные затруднения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель возвращается к демонстрации: «В начале урока мы наблюдали реакцию в закрытом сосуде. Теперь объясните, почему масса системы должна сохраниться. Используйте слова “атомы”, “коэффициенты”, “химическое уравнение”.» | Формулируют ответ: «Атомы не исчезают и не возникают, а перегруппировываются. В уравнении коэффициенты показывают равное число атомов каждого элемента, поэтому масса реагентов равна массе продуктов». |
2 мин | Учитель предлагает «Одноминутную запись»: «Закончите два предложения: “Сегодня я научился…” и “При составлении уравнения важно не…”». Затем просит двух учеников прочитать ответы. | Записывают: «Сегодня я научился расставлять коэффициенты»; «важно не изменять индексы в формулах». Зачитывают и сравнивают формулировки. |
2 мин | Учитель задаёт контрольные вопросы: «Что показывает коэффициент? Почему нельзя менять индекс? Как проверить готовое уравнение? Какой закон лежит в основе уравнивания?» | Отвечают: «Коэффициент показывает число частиц; индекс показывает состав вещества; нужно посчитать атомы каждого элемента; основа — закон сохранения массы веществ». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня мы прошли путь от наблюдения опыта до строгой химической записи. Вы выяснили, что химическое уравнение — это не просто набор символов, а модель реакции, в которой сохраняется число атомов каждого элемента».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно составлены и уравнены все обязательные реакции, не изменены индексы, правильно подсчитаны атомы каждого элемента, объяснён выбор коэффициентов.
- «4» — выполнены все обязательные реакции, но допущена одна ошибка в коэффициенте или проверке, которую ученик самостоятельно обнаружил и исправил.
- «3» — правильно выполнена хотя бы одна обязательная реакция, формулы веществ записаны в основном верно, но требуется помощь при расстановке коэффициентов или подсчёте атомов.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о связи химической реакции и массы веществ? | Выявление осознания закона сохранения массы и его смысла. |
Какой шаг алгоритма составления уравнения оказался для вас самым трудным? | Выявление точек затруднения: формулы, коэффициенты или проверка атомов. |
Почему нельзя изменять индексы в химической формуле? | Проверка понимания различия между составом вещества и количеством его частиц. |
Можете ли вы самостоятельно проверить готовое уравнение? Что будете делать сначала? | Оценка сформированности регулятивного навыка самоконтроля. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы установили, что масса веществ сохраняется, потому что атомы не исчезают и не возникают, а только соединяются в новом порядке. Мы научились превращать словесную схему реакции в химическое уравнение и проверять его подсчётом атомов. Помните о главной ошибке: коэффициент можно изменять, а индекс внутри формулы — нельзя. На следующем уроке мы будем читать химические уравнения количественно и определять соотношения веществ по коэффициентам».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить и уравнять 4 простых реакции по словесным схемам: соединение металла с кислородом, взаимодействие водорода с неметаллом, разложение сложного вещества и реакция обмена. Для каждой реакции посчитать атомы элементов слева и справа. | Закрепляет алгоритм составления уравнений; при проверке обратить внимание на правильность формул, неизменность индексов и равенство числа атомов. |
Средний (повышающий) | Решить 5 заданий на поиск и исправление ошибок в готовых уравнениях. В каждом случае письменно указать, нарушен ли индекс, коэффициент или подсчёт атомов. | Развивает анализ и самоконтроль; при проверке смотреть не только на исправленный ответ, но и на объяснение причины ошибки. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить краткое объяснение для одноклассника: почему при горении вещества в открытом сосуде масса твёрдого остатка может уменьшиться, хотя закон сохранения массы не нарушается. Привести уравнение одной реакции горения. | Формирует межпредметное понимание замкнутой системы и развивает умение применять закон к жизненной ситуации; при проверке оценить точность объяснения и корректность уравнения. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Что сохраняется при химической реакции? Что показывает коэффициент? Чем коэффициент отличается от индекса? Как проверить химическое уравнение? Почему опыт для проверки закона желательно проводить в закрытом сосуде?»
