Галогены и хлор: строение, свойства, получение и применение
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока учащиеся смогут по положению галогена в Периодической системе объяснять особенности строения его атома, прогнозировать характерные степени окисления и составлять уравнения не менее трёх реакций хлора, а также распознавать свойства соляной кислоты и важнейших хлоридов.
- Сформировать представление о галогенах как о химических элементах главной подгруппы VII группы и установить связь между строением атомов, изменением свойств простых веществ и их химической активностью.
- Научить составлять и уравнивать реакции хлора с металлами, водородом и щелочами, объяснять получение хлороводорода и соляной кислоты.
- Развивать умение извлекать информацию из Периодической системы, сравнивать вещества, работать в паре и аргументировать выводы в формате заданий ОГЭ.
- Воспитывать ответственное отношение к химическим веществам, понимание опасности хлора и хлороводорода и необходимости соблюдения правил безопасности.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение химических знаний для безопасного поведения при авариях, использовании бытовой химии и оказании первой помощи.
- Проявляют ответственное отношение к работе с информацией о токсичных веществах и соблюдают правила химической безопасности.
- Понимают связь изучения галогенов с профессиональной деятельностью в медицине, экологии, промышленности и лабораторной диагностике.
- Снижают тревожность перед ОГЭ через выполнение знакомых по структуре заданий и понимание алгоритма рассуждения.
Метапредметные
- Извлекают сведения о строении атомов и свойствах элементов из Периодической системы и представленной таблицы.
- Сравнивают галогены по радиусу атома, электроотрицательности, агрегатному состоянию и химической активности.
- Устанавливают причинно-следственную связь между строением внешнего электронного слоя и характерными степенями окисления.
- Сотрудничают в парах, распределяют действия, формулируют общий вывод и осуществляют взаимопроверку.
- Планируют решение учебной задачи, проверяют расстановку коэффициентов и корректируют ошибки по эталону.
Предметные
- Знать состав группы галогенов и особенности строения их внешнего электронного слоя: $ns^2np^5$.
- Уметь объяснять характерную степень окисления −1 и возможность положительных степеней окисления хлора в соединениях с кислородом и фтором.
- Уметь характеризовать физические свойства фтора, хлора, брома и иода и объяснять изменение свойств в группе.
- Уметь составлять уравнения реакций хлора с металлами, водородом и щелочами, а также реакций соляной кислоты с металлами, основаниями и карбонатами.
- Уметь называть области применения хлора, хлороводорода, соляной кислоты и важнейших хлоридов, объяснять опасность их воздействия на организм.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную значимость химических знаний для безопасного обращения с хлорсодержащими веществами.
- Осознают ответственность за точность выводов при обсуждении воздействия токсичных веществ на человека.
- Формируют готовность к осознанному выбору дальнейшего естественно-научного или медицинского профиля.
- Оценивают собственную готовность применять алгоритмы решения заданий ОГЭ.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель урока на основе проблемного вопроса о свойствах хлора.
- Планируют последовательность действий: определить строение атома, сравнить свойства, составить уравнения, сделать вывод.
- Осуществляют самопроверку уравнений по составу веществ и закону сохранения массы.
- Находят и исправляют ошибки в формулах, коэффициентах и определении типа реакции.
- Оценивают степень достижения цели с помощью листа самооценки и билета на выход.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки галогенов по данным Периодической системы.
- Сравнивают электронное строение и физические свойства простых веществ галогенов.
- Устанавливают связь между электроотрицательностью хлора и его окислительными свойствами.
- Моделируют превращения хлора в хлороводород, соляную кислоту и хлориды с помощью химических уравнений.
- Классифицируют реакции хлора и соляной кислоты по типу и составу реагентов.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре: аналитик, оформитель и докладчик.
- Задают уточняющие вопросы о строении атома и условиях протекания реакций.
- Аргументируют вывод о снижении активности галогенов сверху вниз.
- Согласовывают общий ответ и корректно оценивают решение партнёра.
- Используют химическую терминологию при устном объяснении и обсуждении опасности хлора.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию или интерактивную доску с фрагментом Периодической системы, электронной схемой атома хлора, фотографиями фтора, хлора, брома и иода.
- Вывести на доску таблицу для сравнения галогенов: символ, электронная конфигурация внешнего слоя, агрегатное состояние, цвет, химическая активность.
- Распечатать карточки для парной работы: по одной карточке на парту, всего по числу парт; включить задания на строение атомов и уравнения реакций.
- Распечатать мини-лист самооценки и билет на выход по одному экземпляру на каждого ученика.
- Подготовить памятку с алгоритмом уравнивания реакций и правилами обращения с хлором и соляной кислотой — по одному экземпляру на парту.
- Подготовить для демонстрации закрытые подписанные ёмкости с безопасными изображениями или видео хлора; не использовать открытый токсичный газ в классе.
- На доске заранее записать формулы $Cl_2$, $HCl$, $HCl_{(aq)}$, $NaOH$, $NaCl$, а также проблемный вопрос: «Почему хлор опасен, но его соединения необходимы человеку?».
- Подготовить таймер на 2–3 минуты, маркеры, магниты или стикеры для приёма «Светофор».
- Подготовить задания повышенного уровня в формате ОГЭ: определить окислитель, составить уравнение реакции и установить соответствие между веществом и областью применения.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и создать познавательную мотивацию через связь химии с безопасностью человека.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране два изображения: баллон с предупреждающим знаком и пачку поваренной соли. Учитель говорит: "Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем изучать элементы, которые могут входить и в состав опасного токсичного газа, и в состав привычной пищевой соли. Посмотрите на изображения и предположите, что может связывать эти вещества. Не бойтесь ошибиться: сейчас нам важна гипотеза, которую мы проверим химическими уравнениями." | Рассматривают изображения, выдвигают предположения: "В составе есть хлор", "Это разные соединения одного элемента", "Хлор может быть опасным и полезным". |
2 мин | Учитель обращается к классу: "Запишите тему урока. Проблемный вопрос будет таким: почему простое вещество хлор опасно для организма, а хлориды широко распространены в природе и применяются человеком? В конце урока мы вернёмся к этому вопросу и дадим полный ответ. Сегодня нам понадобятся знания о строении атома, окислительно-восстановительных реакциях и свойствах кислот." | Записывают тему и проблемный вопрос, формулируют личную учебную цель: "Научиться объяснять свойства хлора и составлять основные уравнения его реакций". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели противоречие: один и тот же химический элемент связан и с опасностью, и с пользой. Теперь восстановим знания о строении атома, чтобы понять, откуда берутся такие свойства."
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (6 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о Периодической системе, валентных электронах, степени окисления и свойствах кислот.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает фрагмент Периодической системы и говорит: "Найдите хлор. Назовите его порядковый номер, период, группу и подгруппу. Какие частицы находятся в атоме хлора? Сколько электронов расположено на внешнем уровне?" | Находят хлор, отвечают: "Порядковый номер 17, третий период, 17-я группа, главная подгруппа. В атоме 17 электронов, на внешнем уровне 7 электронов". |
2 мин | Учитель предлагает приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Сначала самостоятельно за 30 секунд определите, чего не хватает атому хлора до завершения внешнего уровня. Затем обсудите с соседом и сформулируйте, почему хлор легко принимает электрон." | Индивидуально записывают: "Атому не хватает одного электрона"; обсуждают в парах; формулируют вывод: "Хлор обладает высокой электроотрицательностью и проявляет свойства окислителя". |
2 мин | Учитель записывает на доске формулы $NaCl$, $HCl$, $Cl_2O$, $KClO$ и спрашивает: "Какая степень окисления хлора в первых двух веществах? Может ли хлор иметь другие степени окисления? Что нужно проверить по формулам?" | Определяют степени окисления: в $NaCl$ и $HCl$ хлор имеет $-1$; предполагают положительные степени окисления в соединениях с кислородом. Называют необходимость учитывать электроотрицательность элементов. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что у атома хлора семь внешних электронов и он стремится принять один электрон. Но пока мы не ответили, как это строение связано с физическими и химическими свойствами простого вещества. Сформулируем план открытия."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (3 мин)
Цель этапа: определить последовательность исследования галогенов и критерии достижения результата.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель говорит: "Чтобы ответить на проблемный вопрос, нам нужно пройти четыре шага. Первый — охарактеризовать галогены по Периодической системе. Второй — сравнить простые вещества. Третий — вывести свойства хлора на основе реакций. Четвёртый — связать хлороводород, соляную кислоту и хлориды с безопасностью и применением. Какой результат покажет, что цель достигнута?" | Формулируют критерии: "Мы сможем назвать галогены, объяснить строение атома, сравнить свойства, записать уравнения реакций и объяснить правила безопасности". |
2 мин | Учитель показывает на экране незаполненную схему «строение атома → свойства простого вещества → химические реакции → применение» и говорит: "Заполните эту схему в ходе урока. В конце каждая пара должна представить один доказанный вывод, а не просто перечисление фактов." | Записывают схему в тетрадях, распределяют в парах роли и готовятся к работе с карточкой. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "План исследования определён. Теперь перейдём к открытию нового знания и начнём с общей характеристики галогенов."
Этап 4. Открытие нового знания: строение и физические свойства галогенов (9 мин)
Цель этапа: установить связь между строением атомов галогенов и изменением физических и химических свойств простых веществ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает фрагмент Периодической системы и таблицу: «Фтор, хлор, бром, иод». Учитель говорит: "Галогены — элементы 17-й группы главной подгруппы. Их внешняя электронная конфигурация — $ns^2np^5$. До завершения внешнего уровня им не хватает одного электрона, поэтому для них характерна степень окисления $-1$. У хлора также возможны положительные степени окисления в соединениях с кислородом и фтором. Запишите этот вывод и подчеркните главное: степень окисления определяется составом соединения." | Записывают определение галогенов, электронную конфигурацию $ns^2np^5$, характерную степень окисления $-1$. Отмечают, что у хлора возможны положительные степени окисления в оксидах и кислородсодержащих соединениях. |
3 мин | Учитель предлагает парную работу: "Рассмотрите таблицу. Сравните фтор, хлор, бром и иод по агрегатному состоянию и окраске. Сформулируйте закономерность сверху вниз. Вспомните, как изменяется радиус атома и способность принимать электрон." | В парах заполняют пропуски: фтор — светло-жёлтый газ, хлор — жёлто-зелёный газ, бром — красно-бурая жидкость, иод — тёмное твёрдое вещество. Формулируют вывод: "Сверху вниз увеличивается радиус атома, ослабевает способность принимать электрон и снижается окислительная активность". |
3 мин | Учитель проводит эвристическую беседу: "Почему хлор при обычных условиях существует в виде двухатомных молекул $Cl_2$, а не отдельных атомов? Какой тип связи образуется? Почему простые вещества галогенов называют молекулярными?" Учитель корректирует ответы и фиксирует схему образования общей электронной пары. | Объясняют: "Два атома хлора образуют общую электронную пару, чтобы завершить внешний уровень. Связь ковалентная неполярная, молекула двухатомная". Составляют электронную схему молекулы $Cl_2$ в тетради. |
Запись в тетрадях
Галогены — элементы 17-й группы главной подгруппы. Внешний уровень атома содержит семь электронов: $ns^2np^5$. Для галогенов характерна степень окисления $-1$. Простые вещества имеют двухатомные молекулы $F_2$, $Cl_2$, $Br_2$, $I_2$. Окислительная активность уменьшается сверху вниз: $F_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы установили, что строение внешнего уровня объясняет стремление галогенов принять электрон, а положение элемента в группе объясняет изменение активности. Теперь проверим эти выводы на примере самого важного для урока галогена — хлора."
Этап 5. Химические свойства хлора, хлороводород и соляная кислота (10 мин)
Цель этапа: вывести и систематизировать химические свойства хлора и соляной кислоты через составление уравнений реакций.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель демонстрирует на экране цепочку реакций и говорит: "Хлор — сильный окислитель. Рассмотрим три группы реакций. С металлами он образует хлориды: $2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$, $2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$. С водородом образуется хлороводород: $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$. С щелочами хлор диспропорционирует: в холодном растворе образуются хлорид и гипохлорит натрия: $Cl_2 + 2NaOH \rightarrow NaCl + NaClO + H_2O$. Определите, какие элементы изменяют степени окисления." | Записывают уравнения, расставляют коэффициенты, определяют хлор как окислитель в реакциях с металлами и водородом. В реакции с щёлочью отмечают одновременное восстановление и окисление хлора. |
3 мин | Учитель говорит: "Хлороводород $HCl$ — газ, хорошо растворимый в воде. Его водный раствор называется соляной кислотой. Различайте вещество и раствор: $HCl$ — хлороводород, $HCl_{(aq)}$ — соляная кислота. Соляная кислота проявляет общие свойства кислот. Запишите реакции с цинком, гидроксидом натрия и карбонатом кальция." | Составляют уравнения: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$; $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$; $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2$. Определяют типы реакций и признаки: выделение газа, образование воды. |
3 мин | Учитель организует парную проверку: "Обменяйтесь тетрадями. По алгоритму проверьте формулы, индексы, коэффициенты и наличие признака реакции. Поставьте партнёру две отметки: одна сильная сторона и одна рекомендация. После проверки ответьте: почему соляная кислота не реагирует с медью в обычных условиях?" | В парах проверяют три уравнения, используют приём «Две звезды и пожелание». Формулируют ответ: "Медь стоит после водорода в ряду активности и не вытесняет водород из неокисляющей соляной кислоты". |
Эталон решения
Для реакции цинка с соляной кислотой: 1) определяем реагенты и продукты: металл, кислота, соль и водород; 2) записываем схему $Zn + HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$; 3) уравниваем хлор и водород: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$; 4) проверяем атомы: цинк — 1 и 1, хлор — 2 и 2, водород — 2 и 2. Уравнение составлено верно.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что хлор реагирует с металлами, водородом и щелочами, а его соединение с водородом образует кислоту в водном растворе. Теперь применим знания самостоятельно и проверим, умеете ли вы выбирать нужное уравнение и объяснять его."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой и физкультминутка (8 мин)
Цель этапа: закрепить алгоритмы определения свойств галогенов и составления уравнений в индивидуальной работе с последующей самопроверкой.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель проводит короткую физкультминутку: "Встаньте. На вдохе поднимите руки, на выдохе опустите. Поверните плечи назад, расслабьте кисти. Напоминаю: при реальном запахе хлора нельзя бежать навстречу облаку газа; нужно удалиться, защищая органы дыхания." | Выполняют дыхательные и двигательные упражнения, повторяют правило безопасности: "Удалиться от источника, подняться на возвышенность, закрыть нос и рот влажной тканью, обратиться за помощью". |
4 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней. На базовой карточке: "Определите степень окисления хлора в $NaCl$, $HCl$, $Cl_2O$, $KClO$. Составьте уравнение реакции хлора с железом". На повышенной: "Составьте уравнения получения хлороводорода и взаимодействия хлора с холодным раствором гидроксида натрия". Учитель напоминает: "Работайте молча, сначала определите тип реакции, затем проверьте индексы и коэффициенты." | Индивидуально выполняют выбранную карточку. Записывают степени окисления: $-1$, $-1$, $+1$, $+1$; составляют $2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$, $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$, $Cl_2 + 2NaOH \rightarrow NaCl + NaClO + H_2O$. |
3 мин | Учитель показывает эталон на экране и говорит: "Проверьте не только ответ, но и ход рассуждения. Если ошибка есть, зачеркните только неверный фрагмент, исправьте его и подпишите причину ошибки: формула, коэффициент, степень окисления или условие реакции. Поставьте себе условный балл по числу верных действий." | Сверяют решения с эталоном, исправляют ошибки, отмечают результат в листе самооценки: «могу самостоятельно», «нужна тренировка», «нужна помощь учителя». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самопроверка показала, что химическое уравнение — это не угадывание, а последовательный алгоритм. Осталось связать свойства веществ с их применением, распространением в природе и правилами безопасного поведения."
Этап 7. Включение знаний в систему: применение, безопасность и хлориды (4 мин)
Цель этапа: обобщить сведения о хлоре, хлороводороде и хлоридах в жизненном и производственном контексте.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на экране четыре объекта: каменная соль, раствор для обработки воды, желудочный сок, минеральное удобрение. Учитель говорит: "Распределите вещества и области применения. Где встречается хлорид натрия? Почему соляная кислота в организме не равна опасному газу хлору?" | Обсуждают в парах и отвечают: "Хлорид натрия содержится в морской воде и каменной соли, используется в пищевой промышленности и для получения других веществ. В желудке присутствует соляная кислота в растворе, а хлор — другое вещество с другими свойствами". |
2 мин | Учитель уточняет: "Хлор и хлороводород раздражают дыхательные пути. Хлор тяжелее воздуха, поэтому при аварии нельзя спускаться в низины и подвалы. Нельзя смешивать бытовые средства, содержащие гипохлориты, с кислотами: может выделиться хлор. Сформулируйте одно правило для памятки." | Записывают правило: "Не смешивать хлорсодержащие средства с кислотами; при запахе хлора покинуть опасную зону и обратиться к взрослым и экстренным службам". Называют хлориды: $NaCl$, $KCl$, $CaCl_2$, $MgCl_2$ и места их нахождения или применения. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь мы можем ответить на исходное противоречие: свойства зависят не только от названия элемента, но и от формы существования вещества. Хлор как простое вещество токсичен и активен, а хлориды имеют иной состав, строение и применение. Проверим, насколько точно каждый сформулировал этот вывод."
Этап 8. Рефлексия и домашнее задание (2 мин)
Цель этапа: осмыслить результаты урока, выявить затруднения и определить индивидуальную траекторию закрепления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель раздаёт билеты на выход и говорит: "Ответьте кратко на три вопроса: 1) почему галогены принимают электрон; 2) запишите одно уравнение реакции хлора; 3) назовите главное правило безопасности при контакте с хлором. Затем поставьте цвет самооценки: зелёный — готов решать подобные задания, жёлтый — нужна тренировка, красный — нужна помощь." | Заполняют билет на выход: "У галогенов семь внешних электронов", записывают выбранное уравнение, формулируют правило безопасности и отмечают цвет самооценки. |
1 мин | Учитель говорит: "Сегодня вы не просто запомнили формулы, а связали строение атома, свойства и применение. Домашнее задание выбирайте по уровню готовности. Перед выходом проверьте, записана ли тема, три основных уравнения и правило безопасности." | Проверяют записи в тетради, выбирают уровень домашнего задания, сдают билет на выход. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно определены все степени окисления, составлены и уравнены не менее трёх реакций хлора или соляной кислоты, объяснён окислительно-восстановительный процесс и сформулировано корректное правило безопасности.
- «4» — правильно выполнены основные задания, но допущена одна неточность в степени окисления, классификации реакции или коэффициентах; после самопроверки ошибка исправлена.
- «3» — правильно выполнено не менее половины заданий, записаны формулы хлора, хлороводорода и соляной кислоты, но требуется помощь при составлении или уравнивании реакций.
- «2» — выполнено менее половины заданий, имеются существенные ошибки в формулах и не сформулировано правило безопасного обращения с хлором.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о строении атомов галогенов и их степени окисления? | Выявление осознания связи между семью внешними электронами и характерной степенью окисления −1. |
Какое уравнение реакции хлора или соляной кислоты вы теперь можете составить самостоятельно? | Проверка сформированности предметного алгоритма и готовности к заданиям ОГЭ. |
Какая ошибка при составлении уравнений оказалась самой вероятной для вас? | Выявление индивидуальных точек затруднения: формулы веществ, коэффициенты, тип реакции или условия. |
Какое правило поведения при воздействии хлора вы считаете главным? | Проверка переноса химических знаний в ситуацию функциональной и естественно-научной грамотности. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы установили, что строение внешнего электронного слоя определяет свойства галогенов, а хлор проявляет сильные окислительные свойства. Мы научились записывать реакции хлора с металлами, водородом и щёлочью, а также основные реакции соляной кислоты. Помните: нельзя смешивать хлорсодержащие средства с кислотами, потому что может выделиться токсичный хлор. На следующем уроке мы продолжим работу с галогенами и потренируемся распознавать их соединения по качественным реакциям. Ваши ошибки сегодня — это не повод тревожиться перед ОГЭ, а ориентир для следующей тренировки."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Повторить характеристику галогенов и выполнить 4 задания: определить степени окисления хлора в предложенных соединениях, сравнить физические свойства четырёх галогенов, составить реакцию хлора с металлом и реакцию соляной кислоты с основанием. | Закрепляет базовые предметные действия; при проверке обратить внимание на формулы, индексы, коэффициенты и знак степени окисления. |
Средний (повышающий) | Решить 4–5 заданий по образцу урока: составить реакции хлора с водородом и холодным раствором щёлочи, реакции соляной кислоты с металлом и карбонатом, определить окислитель и восстановитель в одной окислительно-восстановительной реакции. | Развивает применение и анализ; при проверке смотреть на условия реакции, правильность продуктов и объяснение изменения степеней окисления. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить краткую памятку «Хлор: опасность и польза» из 6–8 пунктов с объяснением различий между хлором, хлороводородом, соляной кислотой и хлоридами; включить не менее трёх уравнений и два правила безопасности. | Формирует умение создавать связный химический текст и переносить знания в жизненный контекст; при проверке оценивать научную точность, аргументацию и безопасность рекомендаций. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Почему галогены имеют семь электронов на внешнем уровне? Как изменяется окислительная активность галогенов сверху вниз? Чем хлороводород отличается от соляной кислоты? Какой признак наблюдается при реакции карбоната кальция с соляной кислотой? Почему нельзя смешивать хлорсодержащие средства с кислотами?»
