Конспект уроку «Валентність і ступінь окиснення елементів у збудженому стані» з хімії для 11 класу
- Тип
- Конспект уроку
- Клас
- 11 клас
- Предмет
- Хімія
- Етапів
- 7
- Тривалість
- 45 хв
Файл для друку: хід уроку, завдання з відповідями, безпека.
- PDF для друку
- Нотатки для вчителя
- Тести класу за посиланням у кабінеті
- Свій PDF або Word стає інтерактивним уроком
Кабінет вчителя безкоштовний, картку не питаємо.
Усередині готовий конспект уроку на 45 хвилин із сімома етапами, трьома активностями вивчення нового (робота з § 3 підручника с. 15–17, таблиця валентностей у парах, аналіз схем перетворення атома) і 4 завданнями закріплення з відповідями від упізнавання понять до визначення ступенів окиснення. Додано 3 власні схеми, диференціацію, домашнє завдання з базовою та вибірковою частиною і FAQ з 6 питань. Матеріал підійде вчителю для проведення уроку за підручником Григоровича 11 клас і учневі для самоперевірки перед тематичним оцінюванням.
Мета уроку
Знаннєві
- учень/учениця називає визначення понять «основний стан», «збуджений стан атома», «валентність», «ступінь окиснення»
- учень/учениця записує графічну електронну формулу атома Хлору або Карбону в основному та збудженому станах
- учень/учениця називає всі можливі валентності Хлору та ступені окиснення Карбону, пояснюючи їх за будовою зовнішнього рівня
Діяльнісні
- учень/учениця складає схему переходу атома в збуджений стан і порівнює число неспарених електронів до і після збудження
- учень/учениця визначає можливі валентності та ступені окиснення s- і p-елементів за місцем елемента в Періодичній системі
- учень/учениця порівнює поняття «валентність» і «ступінь окиснення», вказуючи спільне й відмінне, і обґрунтовує, чому валентність не застосовують до йонних сполук
- учень/учениця розставляє ступені окиснення елементів у бінарних сполуках (CH₄, HCl, CaH₂, AlF₃)
Ціннісні
- учень/учениця оцінює, наскільки слушним є загальнопоширене шкільне спрощення «валентність дорівнює ступеню окиснення», і робить обережні висновки замість механічного перенесення правил
Проблемне питання уроку
Чому атом Карбону, в якого в основному стані лише два неспарені електрони, утворює чотири хімічні зв'язки, а «одновалентний» Хлор виявляє валентність аж VII, і як від цього залежать ступені окиснення, які ми щодня пишемо у формулах?
Базові поняття і терміни
основний стан атома, збуджений стан атома, валентність, ступінь окиснення, неспарені електрони, проміжний ступінь окиснення, електронегативність.
Міжпредметні зв'язки
- Фізика — поглинання електромагнітного випромінювання як причина збудження атома (умова hν, жорсткий ультрафіолет, температура поверхні Сонця 6000 К проти 35 000 К для збудження Гідрогену)
- Фізика — енергетичні рівні та переходи електронів між ними, зв'язок енергії переходу з енергією хімічних реакцій
Обладнання та реактиви
- підручник Хімія 11 кл. (Григорович), § 3
- магнітна дошка з наборами карток-«клітинок» орбіталей і стрілок-«електронів»
- роздаткові картки з таблицями можливих валентностей і ступенів окиснення (за зразком підручника)
- Періодична система хімічних елементів (короткий варіант)
- презентація зі схемами 1–3
Демонстрації
Модель збудження атома на магнітній дошці
учні бачать, як стрілка-«електрон» зміщується з s- на p-орбіталь, і число неспарених електронів атома Карбону зростає з двох до чотирьох
Модель розпарювання пар в атома Хлору
учні бачать послідовне збільшення числа неспарених електронів з одного до трьох, п'яти і семи та відповідну зміну валентності І → III → V → VII
Демонстрація на побутових об'єктах із доступним шкільним реактивом для цієї теми в матеріалі підручника відсутня, тому на уроці використовують лише моделі на магнітній дошці та схеми презентації
Безпека
- Хімічні реактиви на цьому уроці не використовують, тож заборонено брати з полиць кабінету будь-які банки й склянки з речовинами без дозволу вчителя
- Заборонено дивитися в джерело ультрафіолетового випромінювання, якщо вчитель згадує його як умову збудження: УФ-випромінювання шкодить очам
Що відкриває безкоштовний кабінет
З PDF або Word в інтерактивний урокЗавантажте свій файл із завданнями, кабінет перетворить його на онлайн-тест з автоперевіркою.
Конструктор тестів за 5 хвилинСкладіть тест із власних запитань і видайте класу за посиланням.
Автоперевірка та журнал класуУчні проходять без реєстрації, результати й типові помилки класу в одному місці.
Матеріал на запит позачерговоПотрібна тема, якої немає на сайті? Замовте, зробимо для вас безкоштовно.Картку не питаємо, реєстрація за дві хвилини.
Структура уроку
- Організаційний момент — 1 хв
- Актуалізація опорних знань (мозковий штурм) — 4 хв
- Мотивація навчальної діяльності (проблемне питання) — 3 хв
- Вивчення нового матеріалу — 22 хв
- Закріплення вивченого — 10 хв
- Рефлексія — 3 хв
- Домашнє завдання — 2 хв
Хід уроку
Організаційний момент — 1 хв
Учитель: Вітається, перевіряє готовність класу, на дошці записує тему й проблемне питання уроку, роздає парі роздаткові картки з таблицями можливих валентностей і ступенів окиснення.
Учні: Вітаються, готують зошити, підписують роздаткові картки.
Зміст етапу
«Сьогодні ми розкриємо секрет, чому атом Карбону утворює чотири зв'язки. Тема на дошці, працюємо з § 3.»
Актуалізація опорних знань (мозковий штурм) — 4 хв
Учитель: Пропонує п'ять швидких запитань до § 2; кожен учень письмово одним рядком в одній зошитовій клітинці відповідає на кожне, потім учитель зачитує еталонні відповіді, учні самоперевіряються.
Учні: Письмово відповідають одним рядком на кожне запитання, самоперевіряються, рахують кількість правильних відповідей.
Зміст етапу
Запитання мозкового штурму (еталонні відповіді): 1. Скільки електронів уміщує s-орбіталь і скільки p-орбіталь? (s — два, p — шість, по два на кожну з трьох клітинок.) 2. Сформулюйте принцип мінімальної енергії. (Електрон займає насамперед орбіталь з найменшою енергією.) 3. Що показує графічна електронна формула? (Розподіл електронів по орбіталях, стрілкою позначають електрон і його спін.) 4. Скільки електронів на зовнішньому рівні атома Хлору? (Сім, VII група короткого варіанта ПС.) 5. Як називають здатність атомів притягувати спільну електронну пару? (Електронегативність, найбільша у Флуору.)
Мотивація навчальної діяльності (проблемне питання) — 3 хв
Учитель: Звертає увагу класу на записані на дошці формули CO₂ і CH₄ та HCl і HClO₄, які учні щодня бачать у завданнях, і ставить проблемне питання уроку. Пропонує не відповідати одразу, а повернутися до нього в кінці уроку.
Учні: Пригадують, що в CH₄ Карбон «чотирьохвалентний», висловлюють перші здогадки, записують проблемне питання в зошит.
Зміст етапу
Учитель: «Ви вже знаєте, що атом Карбону має лише два неспарені електрони. Тоді звідки в ньому валентність IV у знайомому вам CH₄? І чому Хлор, який у HCl „одновалентний“, у HClO₄ „семивалентний“? Проблемне питання уроку записано на дошці: чому атом Карбону, в якого в основному стані лише два неспарені електрони, утворює чотири хімічні зв'язки, а „одновалентний“ Хлор виявляє валентність аж VII? Відповідь дамо не здогадкою, а будовою атома.»
Вивчення нового матеріалу — 22 хв
Учитель: Проводить три активності: 1) фронтальна робота з текстом § 3 (с. 15–16); 2) заповнення таблиці валентностей і ступенів окиснення в парах; 3) аналіз схем 1–3 із моделлю на магнітній дошці.
Учні: Читають текст підручника, ставлять мікропитання, заповнюють у парах порівняльну таблицю, аналізують схеми, записують висновки.
Зміст етапу
Активність 1 (близько 7 хв). Робота з текстом підручника § 3, с. 15–16. Учні швидко прочитують підпункт «Збуджений стан атома», олівцем підкреслюють визначення основного й збудженого станів. Два запитання вчителя: «Що відбувається з електроном під час збудження?» (Переходить на менш енергетично вигідну орбіталь, найчастіше на вільну орбіталь того самого рівня.) «Скільки часу атом перебуває у збудженому стані?» (Близько 10⁻⁸–10⁻¹⁰ с.) Продукт: у зошиті сформульоване визначення збудженого стану одним реченням. Активність 2 (близько 7 хв). Робота в парах із роздатковими картками, на яких надруковані потрібні дані, тож підручник для заповнення не потрібен. Пари заповнюють у зошиті порівняльну таблицю «Валентність і ступінь окиснення»: рядки «що показує», «для яких сполук застосовують», «значення для H₂O». Дані для карток: валентність дорівнює числу спільних електронних пар, утворених атомом, застосовують лише щодо ковалентних сполук, для H₂O валентність Оксигену II; ступінь окиснення — умовний заряд атома, який виник би, якби всі полярні зв'язки мали йонний характер, застосовують до всіх елементів у неорганічних речовинах незалежно від типу зв'язку, для H₂O ступені окиснення H +1 і O −2. Учитель підкреслює: ступінь окиснення є універсальним поняттям, тож саме ним користуються для будь-яких речовин. Продукт: заповнена таблиця в зошиті кожного учня. Активність 3 (близько 8 хв). Аналіз схем 1–3 на презентації з демонстрацією на магнітній дошці. Спочатку учні розглядають Схему 1 і бачать, що під час збудження Карбону пара на 2s-орбіталі розпаровується, неспарених електронів стає чотири, тому валентність зростає з II до IV. Учитель одночасно зміщує картку-«електрон» на p-клітинку дошки, показуючи розпарювання пари. Далі учні розглядають Схему 2: в атома Хлору пари розпарюються на вільні 3d-орбіталі, тому можливі валентності І, III, V і VII, а для Нітрогену, Оксигену і Флуору це неможливо, бо вільних орбіталей немає. Учні розглядають Схему 3 і формулюють загальне правило: неметалічний елемент віддає насамперед неспарені електрони, переходячи в проміжний ступінь окиснення, або всі електрони зовнішнього рівня, переходячи у вищий, що дорівнює номеру групи; приймає стільки електронів, скільки бракує до октету, і переходить у нижчий ступінь окиснення −(8 − число e⁻ зовнішнього рівня). Продукт: у зошиті записані схеми переходу C → C* і Cl → Cl* із зазначенням валентностей.
Закріплення вивченого — 10 хв
Учитель: Організовує самостійне виконання чотирьох завдань: завдання 1 учні виконують фронтально з швидкою усною перевіркою, завдання 2 у парах, 3–4 індивідуально, учитель контролює слабких за опорою.
Учні: Виконують завдання письмово в зошитах, перевіряють за еталоном на дошці.
Рефлексія — 3 хв
Учитель: Організовує прийом «Три підсумки»: двох учнів просить усно назвати одну причину змінної валентності й одну відмінність валентності від ступеня окиснення, після цього весь клас письмово відповідає на проблемне питання уроку одним-трьома реченнями.
Учні: Двоє відповідають усно, решта письмово формулює відповідь на проблемне питання у зошиті.
Домашнє завдання — 2 хв
Учитель: Коментує базову і вибіркову частини, звертає увагу, що завдання за вибором складніші і оцінюються окремо.
Учні: Записують завдання у щоденники, ставлять уточнювальні запитання.
Завдання для закріплення
1. Упізнавання. Оберіть твердження, що стосується збудженого стану атома, і поясніть вибір: а) енергія атома мінімальна; б) електрон перейшов на менш енергетично вигідну орбіталь; в) атом втратив електрон і став йоном; г) атом існує нескінченно довго.
Відповідь
Правильна відповідь — б. У збудженому стані електрон переходить на менш енергетично вигідну орбіталь, зазвичай на вільну орбіталь того самого рівня. Варіант а описує основний стан, в описує йонізацію, а г хибне, бо в збудженому стані атом перебуває лише 10⁻⁸–10⁻¹⁰ с.
2. Поясніть, чому атоми Оксигену виявляють валентність II, але не можуть виявити валентність IV, на відміну від Сульфуру тієї ж групи.
Відповідь
В атома Оксигену на зовнішньому рівні два неспарені електрони, тому валентність II. На другому рівні немає вільних d-орбіталей, куди міг би перейти електрон із розпареної пари, тож збільшити число неспарених електронів неможливо. У Сульфуру зовнішній рівень третій, і на ньому є вільні d-орбіталі, тому він виявляє також валентності IV і VI.
3. Запишіть у зошиті графічно електронну формулу атома Хлору в основному стані та в першому збудженому стані, позначте валентність у кожному випадку.
Відповідь
Основний стан Cl: 3s² 3p⁵, тобто 3s ↑↓ і три p-клітинки ↑↓ | ↑↓ | ↑, у 3p п'ять електронів і лише один неспарений, валентність І. Перший збуджений стан Cl*: 3s ↑↓, 3p ↑↓ | ↑ | ↑ і 3d ↑ (одна пара розпарена на 3d-орбіталь), тобто 3p⁴3d¹, усього в атомі 17 електронів, три неспарені, валентність ІІІ. Подальше розпарювання дає валентності V і VII.
4. Визначте ступені окиснення всіх елементів у сполуках: CH₄, HCl, AlF₃, CaH₂.
Відповідь
CH₄: H +1 (неметалічний Гідроген сполучений із неметалічним елементом), тому C −4. HCl: H +1, Cl −1. AlF₃: F −1, тому Al +3. CaH₂: металічний Кальцій +2, Гідроген із металом виявляє −1.
Диференціація
Сильним: Сильним учням додаткове завдання з § 3 (завдання 42): пояснити, чому Хлор, маючи в збудженому стані 3, 5 або 7 електронів на зовнішньому рівні, не виявляє ступенів окиснення −3, −5 і −7, і назвати елементи, що виявляють негативні ступені окиснення за повністю спарованих електронів. Очікувана відповідь у двох частинах. По-перше, негативний ступінь окиснення атом отримує, приймаючи електрони до октету, тому нижчим для Хлору може бути лише −1. По-друге, повністю спаровані електрони на зовнішньому рівні мають атоми елементів, які прийняли електрони до конфігурації атома інертного елемента, наприклад Флуор у −1, Оксиген у −2, Нітроген у −3, а також самі інертні елементи з нижчим ступенем окиснення 0.
Підтримка: Слабшим учням опорна картка з алгоритмом на ІНШОМУ прикладі, Селену: «1) знайди групу короткого варіанта ПС; 2) нижчий ступінь окиснення = −(8 − номер групи), для Se це −2; 3) вищий = номер групи, для Se це +6; 4) проміжні для VI групи: +4, +2, 0». З цим алгоритмом учень працює зі Стронцієм і Бромом у завданні 38 (б, г), не переписуючи готовий приклад. Для Стронцію окремо зазначено: він є металічним елементом, тому виявляє лише позитивний ступінь окиснення +2, і пункти про нижчий та проміжні ступені до нього не застосовують.
Домашнє завдання
Базове: § 3 прочитати, відповісти усно на контрольні запитання 28, 30, 31, виконати письмово завдання 38 з § 3 (усі чотири підпункти, для кожного елемента визначити можливі ступені окиснення: а) Рубідій, б) Стронцій, в) Фосфор, г) Бром).
За вибором: Виконати завдання 40 або 41 з § 3 (ступені окиснення елементів у бінарних речовинах чи валентність і ступінь окиснення Оксигену в O₂, OF₂, H₂O₂).
Рефлексія
Прийом «Три підсумки». Усно (двоє учнів): назвіть одну причину змінної валентності елементів і одну відмінність між валентністю та ступенем окиснення. Письмово в зошиті, 2–3 хвилини, усі: відповідь на проблемне питання уроку одним-трьома реченнями за початком «Атом Карбону утворює чотири зв'язки, а Хлор виявляє валентність VII, тому що…». Учень/учениця має вжити терміни «збуджений стан», «неспарені електрони», «ступінь окиснення».
Місце уроку в темі
Попередній урок: На попередньому уроці вивчали § 2: розподіл електронів в атомі, s-, p- і d-орбіталі, графічні електронні формули, принцип мінімальної енергії.
Наступний урок: На наступному уроці застосуємо валентності та ступені окиснення для прогнозування властивостей елементів за Періодичною системою; виконані у домашньому завданні вправи 38–42 з § 3 буде перевірено на початку уроку.
Часті запитання
Чим валентність відрізняється від ступеня окиснення?
Валентність дорівнює числу спільних електронних пар, які атом утворює з іншими атомами, тому її застосовують лише до ковалентних сполук. Ступінь окиснення — це умовний заряд атома, який виник би, якби всі полярні зв'язки були йонними, і його застосовують для всіх елементів у неорганічних речовинах незалежно від типу зв'язку. Наприклад, у молекулі H₂ валентність Гідрогену І, а ступінь окиснення 0, бо зв'язок неполярний.
Що таке збуджений стан атома і як його позначають?
Збудженим називають будь-який енергетичний стан атома, що відрізняється від основного, в якому енергія атома мінімальна. Під час збудження електрон переходить на менш енергетично вигідну орбіталь, найчастіше на вільну орбіталь того самого рівня. Збуджений стан позначають зірочкою біля символа елемента, наприклад C*, і триває він лише 10⁻⁸–10⁻¹⁰ с.
Чому Флуор виявляє тільки ступінь окиснення −1?
На зовнішньому рівні атома Флуору сім електронів, і йому бракує лише одного електрона до конфігурації Неону, тому він приймає один електрон і переходить у нижчий ступінь окиснення −1. Вищий ступінь окиснення, що дорівнював би номеру групи +7, Флуор не виявляє, а на зовнішньому рівні немає вільних орбіталей, тож збільшити число неспарених електронів він не може.
Чому Нітроген і Оксиген не виявляють вищої валентності?
На зовнішньому енергетичному рівні атомів Нітрогену, Оксигену і Флуору немає вільних орбіталей, куди міг би перейти електрон із розпареної пари. Тому число неспарених електронів у них збільшити неможливо. За номером групи це виглядає так: вища валентність V можлива для елементів V групи, але не для Нітрогену; VI група дає вищу валентність VI, але не для Оксигену; VII група — вищу валентність VII, але не для Флуору. Можливі валентності за групами такі: IV група — II і IV; V група — III (і V для всіх, крім N); VI група — II, IV (і VI для всіх, крім O); VII група — I, III, V (і VII для всіх, крім F).
Які ступені окиснення може виявляти Хлор?
В основному стані атом Хлору має один неспарений електрон, тому його нижчий ступінь окиснення −1. Віддаючи неспарені електрони та електрони розпарених пар, він переходить у проміжні ступені окиснення +1, +3, +5 і вищий +7, який дорівнює числу електронів зовнішнього рівня. Негативних ступенів −3, −5 чи −7 Хлор не виявляє, бо приймає електрони лише до октету.
Що називають проміжним ступенем окиснення?
Проміжним називають ступінь окиснення, який неметалічний елемент виявляє, коли віддає в першу чергу лише неспарені електрони зовнішнього рівня, але не всі електрони рівня. Його значення дорівнює числу відданих електронів, наприклад для Карбону це +2, а вищий ступінь +4 атом досягає лише зі збудженого стану. Орієнтовні проміжні значення за групами: IV група — +2; V група — +3; VI група — +4, +2; VII група — +5, +3, +1.
Джерело
Григорович. Хімія, 11 клас, с. 15–20.
Цей самий матеріал в інших форматах
Не знайшли потрібну тему?
Напишіть предмет, клас і тему. Зробимо матеріал для вас позачергово, безкоштовно, і повідомимо, коли він буде готовий.
Далі відкриється безкоштовна реєстрація кабінету вчителя, запит збережеться автоматично.
Створіть кабінет і проводьте тести з класом за посиланням
Перевірка автоматична, результати всього класу в одному місці, готові контрольні з 10 предметів, конструктор завдань і перетворення PDF або Word на інтерактивний урок. Потрібної теми немає? Зробимо на запит.
