Валентность химических элементов. Постоянная и переменная валентность
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока учащиеся объяснят понятие валентности, определят валентность элементов по формуле бинарного соединения и составят формулы соединений для элементов с постоянной и переменной валентностью, выполнив не менее 4 из 5 тренировочных заданий.
- Сформировать представление о валентности как способности атома образовывать определённое число химических связей с другими атомами.
- Научить определять валентность элементов по формулам бинарных соединений с использованием правила: в формуле соединения произведение валентности на число атомов каждого элемента одинаково.
- Познакомить с элементами, проявляющими постоянную и переменную валентность, и научить пользоваться таблицей валентностей при составлении формул.
- Развивать умение анализировать химическую формулу, объяснять ход рассуждения и проверять правильность записи; снизить тревожность перед заданиями ОГЭ за счёт работы по понятному алгоритму.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают практическую значимость химической грамотности для чтения формул веществ и решения учебных и жизненных задач.
- Проявляют ответственное отношение к записи химических формул и понимание того, что ошибка в индексе изменяет состав вещества.
- Формируют уверенность в возможности решать задания по алгоритму, в том числе задания экзаменационного формата.
- Развивают познавательный интерес к объяснению различий между соединениями одного и того же элемента.
Метапредметные
- Извлекают информацию из таблицы валентностей и химических формул, преобразуют её в пошаговый алгоритм.
- Сравнивают формулы соединений элементов с постоянной и переменной валентностью, выявляют общее и различия.
- Планируют решение задания, осуществляют самопроверку по правилу равенства общего числа связей.
- Формулируют объяснение решения, используют химическую символику и корректную терминологию.
- Сотрудничают в парах, распределяют действия и аргументируют выбор валентности.
Предметные
- Знать определение валентности и обозначение валентности римскими цифрами над символом элемента.
- Знать примеры элементов с постоянной валентностью: водород(I), кислород(II), щелочные металлы(I), магний(II), алюминий(III), а также примеры элементов с переменной валентностью: железо(II, III), медь(I, II), сера(II, IV, VI).
- Уметь определять валентность элемента по формуле бинарного соединения.
- Уметь составлять формулы бинарных соединений по известным валентностям и проверять их правильность.
- Различать понятия «валентность» и «индекс» в химической формуле.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный смысл изучения валентности для грамотного чтения формул и успешного выполнения заданий ОГЭ.
- Оценивают собственную готовность применять алгоритм и фиксируют затруднения без страха ошибки.
- Проявляют учебную самостоятельность при выборе способа проверки формулы.
- Осознают ценность точности и ответственности при работе с химическими обозначениями.
Регулятивные УУД
- Принимают и уточняют учебную цель: научиться определять и использовать валентность.
- Планируют решение по алгоритму: записать известную валентность, определить индексы, проверить общее число связей.
- Осуществляют пошаговый контроль записи формулы и исправляют найденные ошибки.
- Сопоставляют результат с эталоном и оценивают степень достижения цели.
- Выбирают уровень домашнего задания с учётом собственной уверенности в теме.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки понятия «валентность».
- Анализируют формулы $H_2O$, $CO_2$, $FeCl_3$ и устанавливают связь между индексами и валентностями.
- Моделируют составление формулы с помощью схемы перекрёстного переноса валентностей.
- Сравнивают вещества, образованные элементами с постоянной и переменной валентностью.
- Применяют логическое правило равенства общего числа химических связей.
Коммуникативные УУД
- Формулируют полный устный ответ по образцу: «В соединении ... валентность элемента ... равна ...».
- Работают в парах, объясняя партнёру каждый шаг определения валентности.
- Задают уточняющие вопросы о выборе валентности элемента.
- Аргументируют исправление ошибочной формулы и принимают обоснованную позицию партнёра.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию или запись на доске с определением валентности, примерами $H_2O$, $CO_2$, $NH_3$, $FeO$, $Fe_2O_3$ и алгоритмом составления формулы.
- Распечатать карточки трёх уровней сложности: по одной карточке на каждого ученика, всего 30 экземпляров.
- Подготовить таблицу распространённых валентностей: H(I), O(II), Na(I), Mg(II), Al(III), C(IV), S(II, IV, VI), Fe(II, III), Cu(I, II).
- Распечатать мини-лист самооценки и билет на выход по одному экземпляру на каждого ученика.
- Подготовить цветные маркеры или стикеры двух цветов для выделения постоянной и переменной валентности.
- Вывести на экран или написать на доске проблемный вопрос: «Почему железо образует формулы $FeO$ и $Fe_2O_3$, а не одну формулу?»
- Подготовить таймер на 2–3 минуты для парной работы и самостоятельной проверки.
- Оборудование: компьютер, проектор или интерактивная доска, доска и маркеры; лабораторное оборудование не требуется.
- На отдельном участке доски заранее оставить место для схемы: «валентность → индексы → проверка общего числа связей».
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и показать практическую значимость темы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, готовность: тетрадь, ручка, таблица химических элементов и карточка для записи. Сегодня мы будем работать с химическими формулами так, чтобы каждый шаг можно было проверить. Это важно не только для урока, но и для заданий ОГЭ, где точность записи определяет правильность ответа." | Проверяют наличие принадлежностей, записывают дату, настраиваются на работу. |
2 мин | Учитель показывает на доске формулы $FeO$ и $Fe_2O_3$: "Посмотрите на две формулы. В обеих есть железо и кислород, но индексы различаются. Почему в одном веществе один атом железа соединён с одним атомом кислорода, а в другом два атома железа соединены с тремя атомами кислорода? Какое свойство атомов помогает это объяснить?" Учитель фиксирует предположения приёмом «Проблемный вопрос». | Рассматривают формулы, предполагают: "У элементов разное число связей"; "Железо может иметь разные валентности"; формулируют вопрос урока. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня мы разберёмся, что называют валентностью, научимся определять её по формуле и увидим, почему некоторые элементы образуют соединения с разными валентностями. К концу урока вы сможете объяснить различие между $FeO$ и $Fe_2O_3$."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о химических элементах, формулах и индексах как опоре для открытия нового понятия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Вспомните, что показывает химическая формула вещества. Сначала 30 секунд подумайте самостоятельно, затем одну минуту обсудите ответ с соседом. После этого несколько пар предложат формулировки." | Записывают краткий ответ, обсуждают его в парах, сообщают: "Формула показывает качественный и количественный состав вещества". |
3 мин | Учитель записывает $H_2O$, $CO_2$, $Al_2O_3$ и спрашивает: "Что показывает нижний индекс? Сколько атомов каждого элемента содержится в формуле воды? Что произойдёт, если индекс изменить?" Затем уточняет: "Как называются вещества, состоящие из атомов двух химических элементов?" | Показывают индексы, отвечают: "Индекс показывает число атомов элемента в формуле"; определяют состав: в $H_2O$ два атома водорода и один атом кислорода; отвечают: "Бинарные соединения". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что индексы отражают количественный состав вещества, но пока не объясняют, почему выбраны именно такие числа. Для этого нам понадобится новое понятие — валентность."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную задачу и вывести алгоритм предстоящей работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает сравнить формулы $NaCl$, $MgCl_2$ и $AlCl_3$: "В каждом соединении хлор проявляет одну и ту же валентность. Почему тогда число атомов хлора разное? Что должно быть известно, чтобы составить формулу?" Учитель принимает гипотезы и не сообщает готовое правило. | Сравнивают формулы, замечают изменение числа атомов металла и хлора, предполагают: "Нужно знать способность атомов соединяться". |
2 мин | Учитель формулирует задачу: "Запишите в тетради цель: научиться определять валентность элемента по формуле и составлять формулу соединения по валентностям. Предложите план действий. Что сделаем сначала, затем и в конце?" Учитель записывает на доске ответы в виде трёх шагов. | Записывают цель, предлагают план: "Узнаем определение; рассмотрим примеры; составим формулы; проверим результат". |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Учебная задача поставлена. Теперь мы сами установим, как связаны валентность и индексы в формуле, а затем применим это правило к элементам с постоянной и переменной валентностью."
Этап 4. Открытие нового знания (10 мин)
Цель этапа: сформировать понятие валентности и вывести алгоритм определения валентности по химической формуле.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель записывает определение: "Валентность — это способность атома химического элемента образовывать определённое число химических связей с атомами других элементов. Валентность обозначают римскими цифрами над символом элемента: I, II, III, IV и так далее. В школьных задачах будем рассматривать валентность как число связей атома." Учитель показывает схему для воды: над кислородом — II, над каждым водородом — I. | Записывают определение, рассматривают схему $H_2O$, формулируют: "Один атом кислорода образует две связи, а каждый атом водорода — одну". |
3 мин | Учитель разбирает пример $CO_2$: "Кислород в соединении имеет валентность II. Два атома кислорода образуют всего четыре связи. Один атом углерода должен образовать столько же связей, поэтому его валентность — IV. Проверяем: $1\cdot IV=2\cdot II$." Учитель подчёркивает правило равенства общего числа связей. | Выписывают рассуждение, отвечают: "В $CO_2$ углерод имеет валентность IV"; проверяют равенство $1\cdot4=2\cdot2$. |
2 мин | Учитель вводит различие: "У некоторых элементов в школьных формулах обычно указывают одну постоянную валентность: H(I), O(II), Na(I), Mg(II), Al(III). Другие элементы проявляют переменную валентность. Например, железо имеет II или III: в $FeO$ — II, а в $Fe_2O_3$ — III. Валентность выбирается по конкретному соединению." | Отмечают в таблице постоянную и переменную валентность разными цветами, сравнивают $FeO$ и $Fe_2O_3$, отвечают: "У железа валентность зависит от формулы соединения". |
2 мин | Учитель показывает алгоритм составления формулы: "Первый шаг — записываем символы элементов. Второй — над символами указываем валентности. Третий — переносим числа валентностей крест-накрест в качестве индексов. Четвёртый — сокращаем индексы, если возможно, и проверяем общее число связей. Например, для алюминия(III) и кислорода(II) получаем $Al_2O_3$: $2\cdot III=3\cdot II$." | Записывают алгоритм, вместе с учителем составляют $Al_2O_3$, проговаривают: "Индексы показывают, сколько атомов каждого элемента нужно для равенства общего числа связей". |
Запись в тетрадях
- Валентность — способность атома образовывать определённое число химических связей с атомами других элементов.
- Валентность обозначают римскими цифрами: I, II, III, IV.
- Алгоритм составления формулы: записать символы элементов; указать валентности; перенести валентности крест-накрест в индексы; сократить индексы при необходимости; выполнить проверку.
- Примеры: $H_2O$, $CO_2$, $Al_2O_3$, $FeO$, $Fe_2O_3$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы установили главное правило: общее число связей у атомов одного элемента должно соответствовать общему числу связей у атомов другого элемента. Теперь проверим новое знание сначала вместе, а затем самостоятельно."
Этап 5. Первичное закрепление в парах (7 мин)
Цель этапа: закрепить определение валентности и научиться применять алгоритм при поддержке партнёра.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт карточки с формулами $K_2O$, $CaCl_2$, $NH_3$, $SO_3$: "Работаем в парах. Для каждой формулы определите валентность элемента, выделенного в карточке. Запишите рассуждение через равенство общего числа связей, а не только итоговую цифру." | В парах распределяют роли: один выполняет расчёт, второй проверяет; определяют валентности и записывают равенства. |
3 мин | Учитель предлагает взаимопроверку: "Обменяйтесь карточками с соседней парой. Проверьте наличие трёх частей ответа: известная валентность, расчёт, итог. Если нашли ошибку, не зачёркивайте молча, а сформулируйте совет по приёму «Две звезды и пожелание»." | Проверяют карточку другой пары, отмечают две удачные стороны и одно исправление, объясняют замечание. |
2 мин | Учитель разбирает у доски $SO_3$: "Кислород имеет валентность II, атомов кислорода три. Общее число связей равно $3\cdot II=VI$, значит, сера имеет валентность VI. Кто сформулирует ответ полностью?" | Отвечают: "В соединении $SO_3$ сера имеет валентность VI, потому что $1\cdot VI=3\cdot II$"; сверяют свои решения. |
Эталон решения
Для определения валентности серы в $SO_3$: кислород имеет валентность II; атомов кислорода три; общее число связей кислорода равно $3\cdot II=VI$; атом серы один, поэтому его валентность равна VI. Проверка: $1\cdot VI=3\cdot II$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы уже умеете определять валентность по формуле и объяснять расчёт. Следующий шаг — проверить себя без подсказки и отдельно потренироваться на элементах с переменной валентностью."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (9 мин)
Цель этапа: диагностировать индивидуальное понимание алгоритма и научить выполнять самопроверку.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней: "Выберите уровень, на котором сможете работать уверенно. Это не соревнование, а диагностика. Уровень 1: определить валентность; уровень 2: составить формулы; уровень 3: объяснить переменную валентность железа и меди. Записывайте каждый шаг." Учитель напоминает: "Не смотрите на ответ до завершения работы." | Индивидуально выполняют выбранную карточку. Уровень 1: определяют валентность N в $NH_3$, C в $CH_4$, S в $H_2S$. Уровень 2: составляют формулы Mg(II) и O(II), Al(III) и S(II), Fe(III) и O(II). Уровень 3: составляют формулы для Cu(I) и O(II), Cu(II) и O(II), объясняют различие $Cu_2O$ и $CuO$. |
2 мин | Учитель открывает эталон на доске: $NH_3$: $1\cdot III=3\cdot I$; $CH_4$: $1\cdot IV=4\cdot I$; $H_2S$: $2\cdot I=1\cdot II$; $Al_2S_3$; $Fe_2O_3$; $Cu_2O$ и $CuO$. "Сверяйте не только ответ, но и ход решения." | Сверяют решения с эталоном, подчёркивают место ошибки, исправляют запись другим цветом. |
2 мин | Учитель проводит приём «Светофор»: "Покажите зелёную карточку, если самостоятельно определяете валентность и составляете формулу; жёлтую — если нужен один уточняющий пример; красную — если пока не понимаете, с чего начать. Красная карточка — это сигнал для помощи, а не оценка личности." | Показывают карточку, формулируют затруднение: "Путаю валентность и индекс" или "Не знаю, какую валентность выбрать у железа". |
Эталон решения
Для составления формулы соединения железа(III) и кислорода(II): записываем $Fe$ и $O$; указываем валентности III и II; переносим их крест-накрест: $Fe_2O_3$; проверяем: $2\cdot III=3\cdot II=VI$. Для меди(I) и кислорода(II): получаем $Cu_2O$, проверка $2\cdot I=1\cdot II$. Для меди(II) и кислорода(II) индексы сокращаются, поэтому формула $CuO$, проверка $1\cdot II=1\cdot II$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самопроверка показала, что алгоритм работает, если не пропускать ни одного шага. Особенно важно указывать валентность элемента с переменной валентностью: запись «оксид железа» без уточнения может быть недостаточной, потому что возможны разные формулы."
Этап 7. Включение в систему знаний и рефлексия (4 мин)
Цель этапа: обобщить понятие валентности, связать его с формулами веществ и подготовить учащихся к домашней работе.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель возвращается к проблемному вопросу: "Почему существуют $FeO$ и $Fe_2O_3$? Как теперь объяснить это одной фразой? Назовите элементы с постоянной и переменной валентностью." | Формулируют вывод: "Железо проявляет переменную валентность: II в $FeO$ и III в $Fe_2O_3$"; приводят примеры: "Кислород обычно имеет II, алюминий — III; медь и сера могут иметь несколько валентностей". |
2 мин | Учитель раздаёт билет на выход: "Ответьте письменно на два вопроса: 1) Что называют валентностью? 2) Составьте формулу соединения кальция(II) и азота(III) и выполните проверку. Внизу допишите: «Сегодня я научился...»" | Пишут ответ: «Валентность — число химических связей, образуемых атомом»; составляют $Ca_3N_2$, проверяют $3\cdot II=2\cdot III$; завершают фразу самооценки. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня мы определили, что валентность показывает способность атома образовывать определённое число связей, научились находить её по формуле и составлять формулы по валентностям. Дома вы закрепите алгоритм и потренируетесь различать постоянную и переменную валентность."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно выполнены не менее 90% заданий карточки, валентности определены с обоснованием, формулы составлены без ошибок, в проверке указано равенство общего числа связей.
- «4» — правильно выполнены не менее 70% заданий; допущена одна содержательная ошибка или пропущена одна проверка, но алгоритм в целом соблюдён.
- «3» — правильно выполнено не менее 50% заданий; ученик различает валентность и индекс, но допускает ошибки при выборе валентности переменных элементов или переносе индексов.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что называют валентностью и как её обозначают? | Проверка понимания основного определения и химической символики. |
Какие шаги вы выполняете при составлении формулы по валентностям? | Выявление понимания алгоритма и пропущенных операций. |
Чем отличаются $FeO$ и $Fe_2O_3$? | Проверка осознания понятия переменной валентности. |
На каком шаге решения вам нужна дополнительная тренировка? | Выявление субъективной оценки и точек затруднения для коррекции обучения. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы заложили основу для чтения и составления химических формул: научились понимать валентность как число связей атома и проверять формулу по общему числу связей. Помните, что индекс и валентность — не одно и то же: индекс показывает число атомов, а валентность — число связей одного атома. Особенно внимательно работайте с железом, медью и серой, поскольку они могут проявлять разные валентности. На следующем уроке мы продолжим составлять формулы и свяжем валентность с названиями классов неорганических соединений."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Выучить определение валентности и таблицу основных валентностей. Выполнить 5 заданий на определение валентности элементов в формулах $H_2O$, $CO_2$, $NH_3$, $FeO$, $Fe_2O_3$ с записью краткого обоснования. | Закрепляет понятие валентности и алгоритм определения по индексу; при проверке обращать внимание на равенство общего числа связей. |
Средний (повышающий) | Составить 6 формул бинарных соединений по заданным валентностям: для пар Mg(II) и Cl(I), Al(III) и O(II), C(IV) и S(II), Fe(III) и O(II), Cu(II) и S(II), Ca(II) и N(III). Для каждой формулы выполнить проверку. | Формирует навык составления формул и сокращения индексов; при проверке смотреть на правильный перенос валентностей и отсутствие лишних индексов. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить сравнительную таблицу для железа, меди и серы: указать возможные валентности и привести по две формулы соединений для каждого элемента. Объяснить, почему название или условие должно уточнять валентность элемента. | Развивает анализ и объяснение переменной валентности; при проверке учитывать точность формул, аргументацию и использование терминов «постоянная» и «переменная валентность». |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Что показывает валентность? Чем валентность отличается от индекса? Как определить валентность серы в $SO_3$? Почему для меди возможны формулы $Cu_2O$ и $CuO$? Как проверить, что формула составлена правильно?»
