Урок: Фосфор и его соединения

Цели урока:

Образовательная – Рассмотреть особенности фосфора как химического элемента, как простого вещества, а также рассмотреть особенности его получения и применения.

Развивающая – продолжить развитие мыслительных процессов и логических операций, т.е., Развивать у учащихся умение анализировать материал и грамотно излагать свои мысли.

Воспитательная – воспитание усидчивости, научной любознательности, внимательности.

Тип урока: Урок изучения нового материала

Оборудование: Компьютеры. Урок проводится в дисплейном классе с использованием видео – проектора.

ХОД УРОКА

1.Вводная часть (Ориентировочно – мотивационный этап).

Учитель: На сегодняшнем уроке мы познакомимся с химическим элементом пятой группы, главной подгруппы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, фосфором. Также посмотрим в виде каких простых веществ существует фосфор, рассмотрим их особенности. Изучим особенности его получения и использования.

2.Изучение нового материала (Операционно – исполнительный этап).

Откройте тетради и запишите тему сегодняшнего урока «Фосфор и его соединения».

1) Рассказ учителя с элементами беседы:

· Скажите где в периодической таблице находится фосфор? (Химический элемент пятой группы, главной подгруппы, третьего периода).

· Какие порядковый номер и атомную массу имеет этот элемент? (порядковый номер 15, относительная атомная масса 30,974).

· Какова конфигурация внешней электронной оболочки? И какие степени окисления может проявлять фосфор в соединениях? (3s²3p³⁾, (Фосфор проявляет степени окисления -3, +1, +3, +5).

Рассказ учителя:

В отличие от азота, фосфор наиболее устойчив в высшей степени окисления +5, поэтому в природе он встречается исключительно в виде солей фосфорной кислоты- фосфатов. В нашей стране на Кольском полуострове разрабатывают крупные месторождения фосфорита и апатита Ca₃(PO₄)₂, Ca₅(PO₄)₃(OH).

Как вы думаете фосфор важен для организма? (важен)

Вы правы:

В организме взрослого человека содержится примерно 700г фосфора. Эта масса в основном приходится на кости, практически полностью состоящие из фосфатов кальция. Фосфор входит также в состав нуклеиновых кислот. Производные фосфорной кислоты ответственны за накопление клетками энергии. Ежедневно организм человека теряет примерно 1г фосфора. Это количество должно восполняться с пищей. Много фосфора содержится в молоке и рыбе.

2) Фосфор образует несколько простых веществ, т.е., для него характерна аллотропия – существование одного и того же химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ (аллотропных модификаций), различных по строению и формам. Он образует белый, красный и черный фосфор.

Белый фосфор представляет собой мягкую бесцветную массу, растворимую в сероуглероде CS₂ и некоторых органических растворителях. Его можно резать ножом. На свету белый фосфор быстро желтеет и утрачивает прозрачность. При слабом нагревании он плавится. Низкая температура плавления, всего 44.1градуса, подсказывает нам, что белый фосфор имеет молекулярное строение. Действительно, он образован молекулами Р₄, имеющими тетраэдрическую форму.

Рассмотрите модель молекулы белого фосфора. В чем особенность? (Каждый атом фосфора образует по три связи с другими атомами фосфора). Кроме того, белый фосфор очень ядовит. На воздухе белый фосфор воспламеняется.

Учитель демонстрирует опыт воспламенения белого фосфора на компьютере.

Красный и черный фосфор более устойчивые вещества, чем белый. Красный фосфор загорается лишь при 260градусах, имеет красно – фиолетовый цвет и полимерное строение. Плотность красного фосфора, в зависимости от способов получения, варьирует в пределах 2-2,4 г/см^3.

Черный фосфор по внешнему виду похож на графит. Также как и красный, он имеет полимерное строение с пирамидальным расположением атомов, но плотность его составляет 2,7 г/см³, имеет едва заметный металлический блеск и является полупроводником. Он с трудом вступает в химические реакции.

Проблемная ситуация: Как вы думаете, почему красный и черный фосфор отличаются по свойствам, хотя имеют полимерное строение с пирамидальным расположением атомов?

Для ответа на этот вопрос рассмотрите модели кристаллических решеток красного и черного фосфора. Что вы видите? Что атомы черного фосфора расположены более компактно, чем атомы красного, это отражается на свойствах.

3) Теперь рассмотрим некоторые химические свойства фосфора.

При поджигании красный фосфор в кислороде сгорает с образованием белого дыма, состоящего из мельчайших частичек оксида фосфора (V). Учитель показывает видеофрагмент горения красного фосфора в кислороде:

4P + 5O₂ = 2P₂O₅.

 

В избытке хлора сгорает фосфор бледно-зеленым пламенем с образованием хлорида фосфора (V), пары которые при охлаждении конденсируются в светло-желтые кристаллы. Учитель показывает видеофрагмент сгорания фосфора в хлоре:

2P + 5Cl₂ = 2PCl₅.

 

Получают фосфор в электропечах (t = 1500˚с) при восстановлении фосфорита (осадочные горные породы, основой которых являются фосфатные минералы, их применяют для получения фосфора, фосфорных удобрений) углем:

Ca₃ (PO₄)₂ + 5C+ 3SiO₂ = P₂+ 3CaSiO₃ + 5CO

 

Как вы думаете, где главным образом используется фосфор? (в спичечной промышленности)

На спичечную головку нанесена смесь, содержащая бертолетову соль KClO₃, клей, а также небольшие количества серы, оксида марганца (IV) и некоторых других веществ, а на боковые стенки коробка – смесь красного фосфора со стеклянной крошкой.

При трении спички о коробок фосфор окисляется бертолетовой солью и спичка загорается:

 

5KClO₃ + 6P = 3P₂O₅ + 5KCl.

 

Однако, смесь красного фосфора и бертолетовой соли чрезвычайно взрывоопасна и может использоваться не только в спичечной промышленности. Учитель показывает видеофрагмент взрыва смеси.

3.Закрепление (рефлексивно – оценочный этап)

Для закрепления полученных знаний, прорешайте задания в режиме «тренажер».

4.Домашнее задание: Пар. №50, 51.

Урок. Оксиды азота

Цели урока:

Образовательная – Рассмотреть особенности кислородных соединений азота, используя программу «Химия для всех ХХI: 9 класс».

Развивающая – продолжить развитие мыслительных процессов и логических операций, т.е., развивать у учащихся умение анализировать материал и грамотно излагать свои мысли.

Воспитательная – воспитание усидчивости, научной любознательности, внимательности.

Тип урока: Урок изучения нового материала

Оборудование: Компьютеры. Урок проводится в дисплейном классе с использованием видео – проектора.

ХОД УРОКА

1.Вводная часть (Ориентировочно – мотивационный этап).

Учитель: На сегодняшнем уроке мы изучим кислородные соединения азота, соответствующие всем возможным степеням окисления от +1 до +5, рассмотрим некоторые физические и химические свойства этих соединений.

2.Изучение нового материала (Операционно-исполнительный этап).

Рассказ учителя с элементами беседы:

Известны оксиды, соответствующие всем возможным степеням окисления от +1 до +5. Как вы думаете, какие это оксиды, назовите их? Учитель записывает вещества на доске.

N₂O NO N₂O₃ NO₂ N₂O₅

Оксиды азота со степенью окисления азота +1 и +2 не реагируют с растворами кислот и щелочей, т. е., они несолеобразующие, а оксиды со степенями окисления азота +3, +4, +5 кислотные оксиды. А что такое кислотный оксид?

Оксид азота (V) N₂O₅ – ангидрид азотной кислоты. Это сильный окислитель, но очень неустойчивое вещество, оно не находит практического применения.

Оксид азота (III) N₂O₃ представляет собой темно-синюю жидкость, которая при охлаждении образует ярко-синие кристаллы красно-бурый газ, конденсируется ниже -40 °C. При его растворении(кислотный оксид) в воде образуется неустойчивая азотистая кислота HNO₂, существующая лишь в разбавленных растворах.

 

Т.е., H₂O + N₂O₃ = 2HNO₂.

 

Соли азотистой кислоты – нитриты – более устойчивы, чем сама кислота, и выделены в твердом виде.

Нитриты проявляют окислительные свойства. При слабом нагревании нитрита аммония происходит внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция с образованием азота:

 

NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O

Где азот и окисляется и восстанавливается, т.е.,

 

2N⁺³ + 6e^–  N₂⁰ 1 - восстановл. окислитель

 

2N^–3 – 6e^–  N₂⁰ 1 – окисление восстановитель

N⁺³ + N^–3  N₂⁰

 

Вспомните, где используется данная реакция? (для получения азота в лаборатории). Учитель показывает видеофрагмент получения азота.

Нитриты используются в пищевой промышленности. Нитрит натрия NaNO₂ используют в производстве красителей, а также в качестве консерванта.

Добавление этой соли в мясные продукты позволяет сохранять их естественный цвет даже при длительном хранении.(учитель показывает с помощью проектора фотографию копченой колбасы). Однако использование нитрита натрия в пищевой промышленности стараются ограничивать, так как он весьма ядовит.

 

Оксид азота (IV) NO₂ - это тяжелый бурый ядовитый газ с неприятным запахом. Он является ангидридом сразу двух кислот – азотной и азотистой:

 

2NO₂ + H₂O = HNO₂ + HNO₃

 

При нагревании азотистая кислота разлагается, поэтому при пропускании оксида азота (IV) через горячую воду в растворе образуется лишь азотная кислота:

3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO.

А т.к. это кислотный оксид, то поглощение оксида азота (IV) щелочью приводит к образованию смеси солей – нитрата и нитрита:

 

2NO₂ + 2NaOH = NaNO₂ + NaNO₃ + H₂O.

 

Молекула NO₂ содержит нечетное число электронов, поэтому один электрон в ней остается неспаренным. Такие частицы в химии называют свободными радикалами. Они легко вступают в химические реакции.

Два неспаренных радикала способны взаимодействовать друг с другом. Так, два атома водорода образуют молекулу H₂:

 

H + H  H–H,

 

Аналогично протекает и взаимодействие двух молекул NO₂:

 

O₂N + NO₂  O₂N–NO₂.

 

Уже при комнатной температуре оксид азота (IV) содержит несколько процентов молекул N₂O₄. При понижении температуры их число возрастает, бурый газ превращается в светло-желтую жидкость, преимущественно состоящую из молекул N₂O₄. (Учитель показывает видеофрагмент получения димера оксида азота IV в ледяной воде).

Оксид азота (II) NO – бесцветный газ с неприятным запахом. Он сильно ядовит, так как прочно связывает гемоглобин крови и не позволяет ему переносить кислород.

Однако малые количества этого вещества оказывают лечебное действие на организм, стимулируя работу сердца и понижая кровяное давление. Именно оксид азота (II) является действующим началом сердечных препаратов на основе органических нитросоединений, например, нитроглицерина.

Молекула NO также как и молекула NO₂ содержит нечетное число электронов, поэтому один электрон в ней остается неспаренным.

Оксид азота (II) малорастворим в воде и не реагирует с растворами кислот и щелочей. У отверстия цилиндра, наполненный этим газом, виден бурый “дым” – это образуется оксид азота (IV)(Показ видеофрагмента окисления NO):

 

2NO + O₂ = 2NO₂.

 

Бурый дым (так называемый «лисий хвост») иногда тянется из труб заводов по производству азотной кислоты; это значит, что в атмосферу выбрасываются оксиды азота.

Оксиды азота NO и NO₂, образующиеся при работе двигателей внутреннего сгорания, попадают в воздух, сильно загрязняя окружающую среду и наряду с сернистым газом вызывают кислотные дожди(учитель показывает фотографию бронзовых статуй, подверженных коррозии).

Проблемная ситуация: NO не образует димера в отличие от NO₂, хотя также является радикалом, как вы думаете почему? одно из объяснений этого явления лежит в строении молекул. Для ответа на этот вопрос рассмотрите модели молекул этих двух веществ (каждый ученик рассматривает модели молекул индивидуально). Ответ: Рассмотрев модели молекул, видно, что молекула NO- линейная, значит атом азота находится в sp – гибридном состоянии, а молекула NO₂ уголковая, атом азота находится уже в sp²- гибридном состоянии, а ведь sp²- орбиталь больше sp – орбитали, а значит атомы азота в NO₂ скрепляются лучше, чем в NO.

Оксид азота (I) N₂O называют«веселящим газом» из-за слабого наркотического действия (учитель показывает видеофрагмент получения оксида азота I). Вдыхание небольших количеств этого вещества вызывает судорожный смех. «Веселящий газ» раньше использовали в медицине для наркоза. Сейчас им заполняют аэрозольные упаковки с пищевыми продуктами – взбитыми сливками, кремами.

3.Закрепление (рефлексивно – оценочный этап)

Для закрепления полученных знаний, учитель совместно с классом решает несколько заданий на тему «оксиды азота» в режиме «тренажер». Вопросы транслируются проектором, учащиеся отвечают, учитель вводит ответы.

4.Домашнее задание: Пар 42.

Результаты апробации

Апробация проводилась среди учащихся 9 классов школы №4 г. Калуги. Всего в педагогическом эксперименте участвовало 46 учащихся. Целью проведения апробации являлось выявление эффективности использования компьютерных моделей в процессе обучения химии и определение возможности применения данной программы в школьном курсе химии.

Для этого были выбраны два 9 класса, в одном из которых я вел уроки(23 человека), используя компьютерную поддержку(компьютерные модели), в другом – проводил уроки, не используя компьютера(23 человек). По итогам работы были проведены две проверочные работы по темам «оксиды азота» и «Фосфор», в результате которых выявлено:

С использованием компьютерной поддержки при изучении темы «Оксиды азота» получились следующие результаты:13% двоек, 26%троек, 48%четверок, 13% пятерок, без использования компьютерной поддержки(второй класс): 17% двоек, 36%троек, 30%четверок, 17%пятерок.

Рис 1. Результаты, полученные при проведении проверочной работы по теме «Оксиды азота».

 

При проведении проверочной работы по теме «фосфор» получены следующие результаты: С использованием компьютерной поддержки: 17%двоек, 31%троек, 43% четверок, 9%пятерок; без использования: 17%двоек, 48%троек, 31%четверок, 4% пятерок.

 

Рис 2. Результаты, полученные при проведении проверочной работы по теме «фосфор».

 

Высчитав общий процент оценок, было получено, что с использованием компьютерных моделей общий процент 4 и 5 составил 57%, а в случае без использования компьютеров составил 41%.

Рис 3 Общий процент оценок, выставленных при проведении проверочных работ

 

Это говорит о том, что использование интерактивных компьютерных программ делает процесс обучения более эффективным в сочетании с традиционным подходом в обучении.

Помимо проверочных работ было проведено миниисследование на предмет выявления приоритетных направлений использования компьютерных моделей. Учащимся предлагалось выбрать варианты использования компьютерных моделей в образовательном процессе. Всего протестировано 23 человека.

19 человек(83%) считают, что компьютерные модели необходимо использовать при объяснении нового материала, 12 человек(52%) - при обобщении и повторении материала на уроке, 8 человек(35%) - при самостоятельном повторении материала, 7человек(30%) - при самостоятельном изучении нового материала.

На вопрос «Повышает ли ИКМ скорость усвоения материала» 13 человек (56%)ответило, что повышает, видимо использование компьютерных моделей повышает интерес к обучению химии у учащихся. А 15 учеников(65%) за продолжение создания программ, содержащих ИКМ.

Рис 4. Общие результаты проведенного миниисследования.

 

Из проведенного анкетирования видно, что меньше всего учеников считают целесообразным использовать компьютерные модели при самостоятельном изучении нового материала, поэтому важно продолжать разработку такого рода программ, создавая компьютерные модели интересного содержания, для стимулирования учащихся к познавательной деятельности.

Выводы

 

1. Проведен анализ учебно-методической литературы и нескольких электронных изданий на предмет использования интерактивных компьютерных моделей в образовательном процессе, который показал, что вопросы компьютеризации обучения рассматриваются достаточно широко, однако вопрос создания и применения компьютерных моделей изучении недостаточно, плохо разрабатывается структура интерактивных компьютерных моделей, да и методические рекомендации по использованию интерактивных компьютерных моделей большая редкость. Выявлено, что предлагается много моделирующих программ, но, к сожалению, не все из них качественно составлены и часто имеют множество недочетов, а иногда даже и ошибок.

2. Разработан сценарий интерактивной компьютерной модели для изучения темы «Химическая связь и метод Валентных Систем». Предложены содержание и структура данной программы.

3. Предложены сценарии уроков и методические рекомендации по их проведению при изучении тем: «алканы. Строение, изомерия, номенклатура», «алкены». Строение, изомерия, номенклатура», а также тем «оксиды азота» и «фосфор».

4. Проведена апробация элементов данной методики, результаты которой говорят об актуальности разработок интерактивных компьютерных моделей и внедрения их в учебный процесс. На основании полученных результатов следует продолжать работу над созданием и совершенствованием интерактивных компьютерных моделей и методикой их использования в обучении химии.

Литература

 

1. Ахлебинин А.К., Лазыкина Л.Г., Лихачев В.Н., Нифантьев Э. Е. Демонстрационный эксперимент на мультимедийном компьютере. // Химия в школе.- 1999.- № 5 – с. 56-60.

2. Ахлебинин А.К., Ахлебинина Т.В., Горбач М.Г., Нифантьев Э.Е. Подсказка как способ активации мыслительной деятельности учащихся // Информатика и образование. – 2000. - № 3. – с.53-57.

3. Барахсанова П.И., Маркова А.С., Григорьева А.А. Роль дистанционного обучения в создании образовательного пространства // Информатика и образование. – 2000., № 9 – стр. 37-39.

4. Безрукова Н.П., Сыромятников А.А., Безруков А.А. Использование компьютерных технологий при изучении химической связи. // Химия в школе.- 2001.- №2- с. 41-44.

5. Высоцкий И.Р., Данилова Н.П. Компьютер на уроке // Информатика и образование.- 1999.- №7 – с. 81 – 84.

6. Высоцкий И.Р. Компьютер в образовании. // Информатика и образование.- 2000.- №1 – с.86 – 87.

7. Гара Н.Н., Сергеева Т.А., Чунихина Л.Л. Всероссийский семинар «Компьютер в обучении химии» // Химия в школе.-1990.- № 1- с.76-79.

8. Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Ахлебинин А.К. Моделирование // «Химия» приложение к газете «1 сентября».- 2006. № 3 – стр. 5 – 7.

9. Демушкин А.С., Кириллов А.И., Сливина Н.А., Чубров Е.В. Компьютерные обучающие программы // Информатика и образование.- 1995.- № 3.- с.15 – 22.

10. Добротин Д.Ю., Журин А.А. Интернет в обучении химии. // Химия в школе.- 2001.- № 7- с.52-55.

11. Жильцова О.А., Самоненко Ю.А., Организация компьютерной поддержки // Химия в школе.- 2001.-№ 4- с.56-59.

12. Зазнобина П.С. Медиаобразование при обучении химии // Химия в школе.- 1995. -№ 2 – с. 3-7.

13. Калина О.Г., Павлова Л.С.. Программа Hyperchem на уроках химии. // Информатика и образование.- 2001.- № 8. – с. 92 – 95

14. Кречетников К.Г. Особенности проектирования интерфейса средств обучения // Информатика и образование.- 2002.-№ 4 – с. 65-73

15. Кривошеев А.О., Фомин С.С. Конкурс «Электронный учебник» // Компьютерные технологии в высшем образовании/ М.: Изд-во МГУ,1994.

16. Кузнецова Н.Е., Герус С.А.. Формирование обобщенных умений на основе алгоритмизации и компьютеризации обучения.// Химия в школе.- 2002.- № 5 -с.16-20

17. Купатадзе К.Т., Сванидзе А. С. Об использовании компьютера в учебном процессе // Химия в школе.- 2001.- № 7- с.55-56.

18. Курдюмова Т.Н. Компьютерные технологии в обучении химии // Информатика и образование. -2000.- № 8- с. 35-38.

19. Кюршунов А.С. Дидактические особенности разработки интерактивных компьютерных моделей. // Информатика и образование. - 2005.- № 2 – с. 78 – 81.

20. Левченко И.В. Реализация структурных элементов урока при использовании компьютера // Информатика и образование. – 2002.-№ 3. – с.32-35.

21. Лихачев. В.Н. Компьютерные модели в школьном курсе химии. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук. -2003. – с. 1-9.

22. Методика обучения химии: Теоретический и прикладной аспекты: Учеб.для студ. Высш. Учеб. Заведений. – М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 1999. – 384с.:ил.

23. Нифантьев Э.Е., Ахлебинин А.К., Лихачев В.Н. Компьютерные модели в обучении химии. // Информатика и образование.- 2002.- № 7 – с. 77 – 85.

24. Наумов В.В. Разработка программных педагогических средств обучения // Информатика и образование.- 1999.-№ 3.- с.36-40.

25. Органическая химия: Учеб. для вузов: В 2кн./ В.Л. Белобородов, С.Э. Зурабян, А.П. Лузин, Н.А. Тюкавкина; Под ред. Н.А. Тюкавкиной. – М.: Дрофа, 2002. – Кн. 1: Основной курс. – 640 с.

26. Павлова Н.И. Компьютер как инструмент сбора информации на уроке химии // Информатика и образование. – 2003.-№ 9.- с.82-85.

27. Раткевич Е.Ю., Недошивин В.П., Мансуров Г.Н. ЭВМ на уроках химии // Информатика и образование. – 1997.- № 4- с.52-54.

28. Рекомендации научно методического симпозиума «Компьютерное моделирование в обучении точным наукам» // Педагогическая информатика.-2004.- №1

29. Теория и практика дистанционного обучения: Учеб. Пособие для студ.высш.пед.учеб.заведений / Е.С. Полат, М.Ю. Бухаркина, М.В. Моисеева; Под ред. Е.С. Полат. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 416с.

30. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов./Н.С. Ахметов – 4-е издание, испр. – М.:Высш.шк.;2002. – 743с., ил.

31. Хоютанова М.И. Компьютерное моделирование на уроках физики // Информатика и образование. -2003.- № 3- с.61-62.

32. Щенников С.А. Открытое дистанционное образование.- М., 2002.

33. Открытое дистанционное обучение // www.chem.msu.su

34. Компьютерные технологии в обучении // www.informatika.ru

35. Парадоксы дидактической наглядности // www.biblio.narod.ru

36. Взаимодействие компьютера и человека // www.yspu.yar.ru