[link] ), на которых указаны тема и цели урока, приведены задания. На этих листах школьники работают в течение урока, а в конце занятия сдают их учителю.
Учитель предлагает задание 1.
Задание 1. Напротив фраз, в которых сказано о металле как простом веществе, поставьте «пр.», а напротив тех, где речь идёт о металле как химическом элементе, – «эл».
В состав ляписа входит серебро.
Степень окисления галлия +3.
Алюминий легкий металл.
Натрий «бегает» по воде.
Галлий плавится в ладони.
Электроотрицательность цезия меньше электроотрицательности кислорода.
Учитель организует проверку ответов. Учащиеся делают исправления красной ручкой. Затем учитель проводит фронтальную беседу.
Чем отличается простое вещество – металл от химического элемента – металла?
Что такое химический элемент?
Какие свойства характерны для атомов металлов?
Какими общими физическими свойствами обладают простые вещества – металлы и почему?
Учитель объясняет строение кристаллической решетки металлов, используя соответствующую таблицу и каркас кристаллической решетки. Затем демонстрирует и комментирует слайд «Физические свойства металлов».
Физические свойства металлов:
Агрегатное состояние: кроме ртути, все металлы твердые.
Электро- и теплопроводны
Ag, Cu, Au, Al, Zn, Fe, Pb, Mg, Hg →
Электро- и теплопроводность уменьшается
Твердость различна.
Cr, W, Ni, Pt, Fe, Cu, Al, Ag, Zn, Au, Ca, Mg, Sn, Pb, K, Na →
Твёрдость уменьшается
Плотность различна.
Os, Pt, Au, Hg, Pb, Ag, Cu, Ni, Fe, Sn, Zn, Al, Mg, Ca, Na, K, Li →
Плотность уменьшается.
Температуры плавления и кипения различны.
W (3420), Pt (1772), Fe, Ni, Cu, Au, Ag, Ca, Al, Mg, Zn, Pb, Sn, Na, K (63,5), Ga (29,7), Cs (28,5) ,Hg (-39).
Ковкость, пластичность, прочность:
пластичные – Au, Ag, Cu.
хрупкие – Cr, Mn.
Способность намагничиваться: Fe, Co, Ni;
слабо – Al, Cr, Ti;
не притягиваются – Sn, Cu, Bi.
После этого учащиеся выполняют задания 2 и 5. Задание 5 – последнее на листе самоконтроля. Оно содержит вывод по теме.
Задание 2. Использование меди в электротехнике обуславливают свойства: металлический блеск, ковкость, электропроводность, красновато-коричневый цвет. Подчеркните правильные ответы.
Задание 5. Вывод о свойствах металлов. Заполните пропуски нужными словами.
Радиус атомов металлов ____ радиуса атомов неметаллов. Во всех соединениях _____ металлов имеют _____ степени окисления. При комнатной температуре металлы находятся ______ агрегатном состоянии, за исключением ____. Металлы обладают характерным _____. Они хорошо проводят _____ и _____. Самый тяжёлый металл – _____, самый легкий – _____, самый тугоплавкий – _______, самый легкоплавкий – _____.
После выполнения заданий учитель предлагает учащимся проверить некоторые физические свойства металлов на опытах.
Опыт 1. Теплопроводность металлов.
Металлические ложки из серебра, железа, алюминия и циркониевую трубку учитель опускает в стакан с кипятком и даёт одному из учащихся проверить, какой металлический предмет стал самым горячим. Учащиеся делают вывод.
Опыт 2. Легкоплавкость некоторых металлов.
Учитель берет в руку образец галлия, кому-то из учеников предлагает взять в ладонь цирконий. Пока металлы нагреваются, учитель напоминает, где располагаются эти элементы в Периодической системе Д.И.Менделеева, обращает внимание учащихся на электронные конфигурации валентных электронов их атомов:
31Ga 4s24p1
40Zr 4d25s2
Затем учащиеся выполняют задание 3.
Задание 3. Составьте формулы оксидов галлия и циркония.
После этого учитель приводит интересные сведения об этих металлах и их соединениях, демонстрируя по ходу рассказа ювелирные изделия – кольца с цирконом и фианитом.
Это интересно:
Галлий (Ga) – элемент главной подгруппы III группы, четвёртого периода. Это элемент, предсказанный Д.И.Менделеевым как «экаалюминий» и открытый через 5 лет, в 1875 г., французским ученым Лекок де Буабодраном. Назван в честь Франции. Плотность этого металла 5,097 г/см3, температура плавления 29,75˚С.
Это рассеянный металл не образует скоплений собственных минералов, поэтому впервые этот элемент удалось обнаружить с помощью спектрального анализа, что тоже предсказал Д.И. Менделеев. При 29,75˚С. галлий плавится и в жидком состоянии существует в очень большом температурном интервале, поэтому его применяют в термометрах для измерения высоких температур. Применяется как жидкий теплоноситель, для заполнения ламп (пары), для нанесения отражающих поверхностей оптических зеркал, входит в состав важных полупроводниковых и легкоплавких сплавов, которые применяют в сигнальной технике, в ювелирном деле. В воде и на воздухе – устойчив, окисляется при 260˚С.
Цирконий (Zr) – элемент побочной подгруппы IV группы, 5-го большого периода. Плотность этого металла 6.5 г/см3, температура плавления 1855˚С. Открыт в 1789 г. немецким химиком М. Клапротом при анализе драгоценного камня циркона, привезенного с Цейлона. Еще в эпоху Александра Македонского циркон считался драгоценным камнем и в старину циркон использовали не только как украшение, но и как амулет. Считалось, что кто «яхонт червленый» при себе носит, снов страшных и лихих не увидит, скрепит сердце свое, разум и честь умножит и в людях честен будет.
Крупных залежей минералов циркония в природе нет, он рассеян. Важнейшие циркониевые минералы — циркон (ZrSiO4) и бадделеит (ZrO2). Прозрачные, красивого желто-красного цвета (из-за примесей) кристаллы циркона называют гиацинтами. Это редкие драгоценные камни.
Цирконий химически стоек, тугоплавок, на воздухе он покрывается защитной оксидной пленкой, которая предохраняет его от коррозии. Благодаря высокой коррозионной стойкости цирконий используют в нейрохирургии – из сплавов циркония изготовляют кровеостанавливающие зажимы, хирургический инструмент и даже нити для наложения швов при операциях на мозге. Но главная служба циркония – атомная техника. Интересно, что М.Клапрот в 1789 г. открыл не только цирконий, но и уран. Однако никто не мог предположить, что урану будет нужен цирконий. В течение полутора веков ничто не связывало эти элементы. И только в наши дни ученые и инженеры, работающие в области ядерной энергетики, определили, что в атомных реакторах, где уран используют как ядерное топливо, цирконий должен служить оболочкой для урановых стержней. Он почти не захватывает нейтроны, возникающие в ходе цепной ядерной реакции. При этом цирконий должен быть высокой чистоты, т.е. свободный от гафния, так как гафний с жадностью поглощает нейтроны. Цирконий стал «одеждой» урановых стержней. Потребность в цирконии растет из года в год, так как этот металл приобретает все новые специальности.
Оксид циркония один из самых тугоплавких веществ природы – его температура плавления 2900˚С. Ученым Физического института им. П.Н. Лебедева Академии наук СССР (ФИАН) удалось создать на основе оксидов циркония и гафния удивительные кристаллы, которых нет в природе.
Фианиты – так стали называть эти рукотворные самоцветы, которые завоевали признание ювелиров, а в мире науки и техники используются как лазерные материалы. Дождевые плащи обязаны своей влагонепроницаемостью солям циркония, которые входят в состав особой эмульсии для пропитки тканей. В качестве катализатора соединения циркония используют при производстве высокооктанового моторного топлива.
Тетрахлорид циркония используется в конструкции универсального манометра – прибор для измерения давления. Электропроводность пластинки из этого вещества меняется в зависимости от давления, которое на него действует.
Учитель предлагает проверить, что произошло с металлами в ладонях. Показывает, что галлий в ладони расплавился, а цирконий нет.
Далее учитель переходит к рассмотрению химических свойств металлов.
Вспомните известные вам химические свойства металлов.
Затем демонстрирует и комментирует следующий слайд: краткую схему «Химические свойства металлов».
Слайд: «Химические свойства металлов».
Металлы взаимодействуют:
с неметаллами → бинарные соединения;
с водой. Щелочные и щелочноземельные металлы → щелочь + водород; некоторые активные металлы (до водорода) при нагревании → оксид металла + водород;
с растворами кислот (кроме азотной): Металлы до водорода → соль + водород;
с растворами солей – вытесняют металлы из раствора соли только металлы после магния;
с растворами щелочей – переходные металлы → соль + водород.
Учитель проводит некоторые опыты и организует обсуждение их результатов. В листах самоконтроля учащиеся записывают уравнения химических реакций (задание 4).
Задание 4. Напишите уравнения реакций, происходящих при демонстрации опытов:
натрий + вода → ?
серебро + вода → ?
цинк + раствор сульфата меди (II) → ?
серебро + раствор хлорида меди (II) → ?
алюминий + раствор карбоната натрия → ?
Опыт 3. Взаимодействие натрия и серебра с водой.
В чашку Петри учитель наливает воду, ставит её на графопроектор, добавляет фенолфталеин и опускает натрий. На экране виден малиновый хвост, следующий за «бегающим» натрием. Опускает в стакан с холодной кипячённой водой поплавок генератора коллоидных ионов серебра «Георгий» и выбирает режим 2. После этого исследует наличие ионов серебра в этой воде, а также в воде, в которой находилась серебряная ложка.
Происходит ли взаимодействие натрия и серебра с водой?
После того как учащиеся запишут выводы в листы самоконтроля, учитель сообщает занимательные факты.
Это интересно:
Вода из серебряного сосуда имеет особые свойства: обладает повышенной бактерицидностью. Это связано с тем, что серебро все же растворяется в воде. Но не так как сахар, в растворе которого присутствуют молекулы, и не так, как поваренная соль, которая при растворении образует ионы натрия и ионы хлора. В растворах серебра в воде обнаружены коллоидные частицы серебра, т.е. группы молекул размерами от нескольких десятых до нескольких тысячных долей микрона. Чтобы обезвредить 1 л. воды, достаточно нескольких миллиардных долей грамма серебра.
Так, военачальники греческой армии, участвовавшие в походе под предводительством Александра Македонского, пили воду из серебряных бокалов. Это уберегло их от тяжёлых желудочно-кишечных заболеваний, которыми страдали солдаты использовавшие оловянную посуду. Обессиленные солдаты взбунтовались, требуя возвращения домой с полей сражения и Александр Македонский вынужден был повернуть назад.
В Индии воду обеззараживали, погружая в нее раскаленное серебро. При освящении колодцев туда бросали серебряные ложки. На орбитальных научных станциях ионы серебра помогают сохранять запас питьевой воды для космонавтов.
В настоящее время известно, что серебро – не просто металл, способный убивать микробы, а микроэлемент, являющийся необходимой и постоянной составной частью тканей любого животного и растительного организма. В суточном рационе у человека в среднем должно содержаться 90 мкг ионов Ag. Наиболее богаты серебром мозг, железы внутренней секреции, печень, почки и кости скелета.
В пищевой промышленности «серебряную воду» используют при консервировании и дезинфекции фруктовых и овощных соков, молока и других продуктов питания. Если на время поместить в такую воду семена, они быстрее прорастают, их всхожесть увеличивается. Опрыскивание растений приводит к появлению у них иммунитета к вредным микроорганизмам. Срезанные цветы дольше стоят в «серебряной воде».
Растворяется в воде не только серебро, но и золото, никель, платина, титан, молибден, ниобий, иридий, рутений, образуя в воде коллоидные растворы.
В органической химии коллоиды платины и никеля применяют как катализаторы.
В домашних условиях обеззараживать воду можно с помощью аппарата «Георгий».
Перед демонстрацией каждого из следующих опытов учитель ставит перед учащимися проблемные вопросы.
Можно ли растворять медный купорос в оцинкованном ведре?
Будет ли серебро растворяться в растворе хлорида меди (II)?
Можно ли кипятить в алюминиевой кастрюле раствор соды?
Опыт 4. Взаимодействие металлов с растворами солей.
Цинковую пластину учитель опускает в раствор сульфата меди (II).
В пробирку, на стенках которой после проведения реакции «серебряного зеркала» осело серебро, добавляет насыщенный раствор хлорида меди(II).
Алюминиевые гранулы опускает в раствор карбоната натрия и нагревает.
Школьники объясняют происходящие процессы и записывают уравнения реакций в листы самоконтроля.
Учитель демонстрирует слайд с правильными уравнениями реакций. Учащиеся исправляют ошибки красными ручками.
Слайд: «Взаимодействие металлов с растворами солей».
а) Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4
б) Ag + CuCl2 = AgCl ↓ + CuCl ↓
в) Na2CO3 + H2O ↔ NaHCO3 + NaOH
г) 2NaOH + Al2O3 = 2NaAlO2 + H2O
д) 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 ↓ + 3H2↑
Учитель рассказывает о том, как можно определить наличие ионов металлов в растворах солей. При использовании сухого метода сухую соль растирают в ступке с определяемым веществом. Влажный метод заключается в сливании растворов и определении наличия иона по внешним признакам.Пирохимический метод – определение ионов по окрашиванию пламени растворами солей металлов.
Учитель демонстрирует слайд «Окрашивание пламени катионами металлов» и проводит опыты.
Слайд: «Окрашивание пламени катионами металлов».
Li+,Sr2+ – карминово-красный цвет.
K+, Rb+, Cs+ – фиолетовый.
Na+ – ярко-желтый.
Ca2+ – кирпично-красный.
Ba2+ – желто-зеленый.
Cu2+ – зеленый
Pb2+ – голубой.
Опыт 5. Определение катионов металлов в растворах солей.
Нихромовую проволоку учитель промывает в 20% соляной кислоте и просушивает. Затем кончик её (колечко) по очереди опускает в концентрированные растворы солей кальция, натрия, меди, калия, лучше – хлоридов (они более летучи) и вносит в пламя спиртовки. Соли следует растворять в дистиллированной воде, так как наличие солей натрия в водопроводной воде мешает наблюдению окраски пламени другими катионами.
Это интересно:
Нихром – общее название сплавов на основе никеля, хрома, алюминия и кремния. Они обладают высокой жаропрочностью в сочетании с высоким электрическим сопротивлением. Нихромовую нить для опытов можно взять из старых открытых электрических плиток.
Учитель предлагает вернуться к определению, которое дал металлам М.В. Ломоносов (оно написано на доске). Учащиеся дополняют его, исходя из современных представлений о свойствах металлов.
В заключение учитель подводит итоги урока и предлагает учащимся сделать вывод по данной теме. Проецирует через графопроектор правильно заполненный лист самоконтроля, учащиеся исправляют ошибки красной ручкой и сами выставляют себе отметки по данной теме.
Учитель: Я думаю, мы удачно доплыли до пристани «Перемена» и выполнили поставленную задачу. Удачи вам!
