Модульный урок Щелочные металлы

Модульный урок на тему «Щелочные металлы».

№ УЭ

Учебный материал с указанием заданий

Рекомендации по выполнению

УЭ-0

Цели урока:

1. Формирование знаний о щелочных металлах как типичных металлах, понятия о взаимосвязи строения атомов со свойствами (физическими и химическими).

2. Развитие умений исследовательской деятельности, умения добывать информацию из различных источников, сравнивать, обобщать, делать выводы.

3. Воспитание устойчивого интереса к предмету, воспитание таких нравственных качеств как аккуратность, дисциплина, самостоятельность, ответственное отношение к порученному делу.

Внимательно прочитайте цели урока

УЭ-1

Цель: ознакомиться с общей характеристикой щелочных металлов.

Задания: 1. Внимательно прочитайте учебный материал.

К щелочным металлам относятся s-элементы I-ой группы Периодической системы - литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций.

Все щелочные металлы - электронные аналоги, внешний уровень имеет строение ns¹. По сравнению с элементами других подгрупп соответствующего периода щелочные металлы имеют наибольшие радиусы атомов и ионов. В группе от лития к цезию, а радиус атома возрастает. В соединениях проявляют степень окисления +1 (являются восстановителями) и в свободном виде на Земле не встречаются. Мольная доля лития в земной коре 0,0002, натрия - 0,024 (один из наиболее распространенных элементов), калия 0,014, рубидия - 0,00007. Содержание цезия около 10^-10, франций получен только искусственно.

Важнейшие минералы щелочных металлов - NaCl -каменная соль, или галит, Na₂SO₄*10H₂O - глауберова соль или мирабилит, Na₂B₂O₇*10H₂O - бура, Na₃AlF₆ -криолит, KCl - сильвин, NaCl*KCl - сильвинит, KCl*MgCl₂*6H₂O - карналлит, KCl*MgSO₄*3H₂0 - каинит.

Впервые металлы I группы (Na и K) были получены английским химиком Х.Дэви в 1807г. электролизом щелочей, откуда и возникло их групповое название - щелочные металлы. В чистом виде элементы I группы - легкие, мягкие, блестящие металлы, быстро тускнеющие на воздухе из-за окисления кислородом и реакции с водой.

2. Запишите электронную и графическую формулы атомов калия и натрия.

3. Письменно ответьте на вопросы:

1. Какие металлы относятся к щелочным?

2. Какое строение имеет внешний уровень щелочных металлов?

3. Какую степень окисления проявляют щелочные металлы?

4. Относятся к восстановителям или окислителям?

5. Перечислите важнейшие соединения щелочных металлов.

6. Кем и когда впервые были получены щелочные металлы, а также почему получили название щелочные?

Выполняйте самостоятельно. Правильно выполненное 2 задание оценивается в 2 балла, - 3 задание - в 6 баллов.

УЭ-2

Цель: изучить физические свойства щелочных металлов.

Задания: 1. Внимательно ознакомьтесь с таблицей:

Цвет

t_пл., ⁰С

t_кип., ⁰C

Плотность, г/см³

Литий

серебристо-белый

179

137

0,53

Натрий

серебристо-белый

98

883

0,97

Калий

серебристо-белый

64

766

0,86

Рубидий

серебристо-белый

39

713

1,52

Цезий

золотисто-белый

29

690

1,87

Франций

Не существует в природе в количествах, достаточных для изучения

2. Дайте по таблице характеристику калия и натрия.

3. По указанному ниже графику письменно ответьте на вопросы:

1. У какого щелочного металла наибольшая теплоемкость?

2. У какого металла наименьшая твердость?

3. От лития к цезию температура кипения увеличивается или уменьшается?

4) Температура плавления выше у лития или у калия?

Выполняйте самостоятельно. Правильно выполненное 2 задание оценивается в 2 балла, а 3 задание - в 4 балла.

УЭ-3

Цель: изучить химические свойства и способы получения щелочных металлов.

Задание: Законспектировать уравнения реакций, характеризующие химические свойства щелочных металлов.

1) Взаимодействие с водой.

Важное свойство щелочных металлов - их высокая активность по отношению к воде. Наиболее спокойно (без взрыва) реагирует с водой литий. При проведении аналогичной реакции натрий горит жёлтым пламенем и происходит небольшой взрыв.

2Na⁰ + 2H⁺₂O → 2Na⁺OH + H⁰₂↑

Восстановитель Na⁰ - 1ē → Na⁺ 1 2

2

Окислитель 2H⁺ + 2ē → H⁰₂ 2 1

Калий ещё более активен: в этом случае взрыв гораздо сильнее, а пламя окрашено в фиолетовый цвет.

2) Взаимодействие с кислородом.

Продукты горения щелочных металлов на воздухе имеют разный состав в зависимости от активности металла.

2Na + O₂ → Na₂O₂ (пероксид натрия) К + О₂ → КО₂ (надпероксид калия)

3) Взаимодействие с другими веществами.

Щелочные металлы реагируют со многими неметаллами. При нагревании они соединяются с водородом с образованием гидридов, с галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом и кремнием с образованием, соответственно, галогенидов, сульфидов, нитридов, фосфидов, карбидов и силицидов.

2Na + S → Na₂S (сульфид натрия) 2Na + H₂ → 2NaH (гидрид натрия)

4) Качественное определение щелочных металлов.

При нагревании металла или его соединений в пламени атом ионизируется, окрашивая пламя в определённый цвет:

Li

Na

K

Rb

Cs

Цвет пламени

Карминно-красный

Жёлтый

Фиолетовый

Беловато-розовый

Фиолетово-красный

5) Получение

Для получения щелочных металлов используют в основном электролиз расплавов их галогенидов, чаще всего - хлоридов, образующих природные минералы:

катод: Li⁺ + e → Li

анод: 2Cl⁻ - 2e → Cl₂

Выполняйтесамостоятельно. Полностью выполненное задание оценивается в 5 баллов.

УЭ-4

Цель: ознакомиться с основными соединениями щелочных металлов.

Задание: Выполнить схему-конспект предложенного материала.

Соединения с водородом. Щелочные металлы непосредственно взаимодействуют с водородом, образуя гидриды MеH. Наиболее характерна эта реакция для лития: 2Li + H₂ = 2LiH

В отличие от соединений с p-элементами, в которых водород находится в положительной степени окисления, в гидридах щелочных металлов он присутствует в степени окисления -1, образуя гидридный анион H. В отсутствие воды гидрид лития не реагирует с кислородом и галогенами, но вода немедленно его разлагает: LiH + H₂O = LiOH + H₂

Гидриды остальных щелочных металлов менее устойчивы и более реакционноспособны. Их свойства определяются свойствами гидридного аниона, т.е. они являются сильными восстановителями.

Соединения с кислородом. Несмотря на то, что щелочные металлы во всех своих соединениях находятся в единственной степени окисления +1, каждый из них образует несколько бинарных соединений с кислородом. Кроме нормальных оксидов существуют пероксиды, супероксиды и озониды щелочных металлов. Образование таких соединений обусловлено в большей мере свойствами кислорода, чем свойствами щелочных металлов.

При горении в кислороде получаются оксид лития, пероксид натрия и супероксиды остальных металлов: 2Li + 1/2O₂ = Li₂O 2Na + O₂ = Na₂O₂ K + O₂ = KO₂

Оксиды получают из продуктов сгорания, нагревая их с соответствующим металлом:

Na₂O₂ + 2Na = 2Na₂O KO₂ + 3K = 2K₂O

При взаимодействии калия, рубидия и цезия с озоном образуются озониды: K + O₃ = KO₃

Большинство соединений с кислородом окрашено. Оксиды лития и натрия бесцветны, но уже Na₂O₂ имеет светло-желтую окраску, KO₂ - оранжевого, RbO₂ - темно-коричневого цвета.

Естественно, что нормальные оксиды щелочных металлов практически не проявляют ни окислительных, ни восстановительных свойств, тогда как остальные соединения являются сильными окислителями. Большая часть органических веществ (эфир, уксусная кислота, древесные опилки, хлопок) реагируют с Na₂O₂ или KO₂ со вспышкой или со взрывом. Пероксид натрия получают в промышленности в больших количествах путем сжигания металлического натрия в потоке воздуха. При взаимодействии его с водой идет реакция гидролиза. Водные растворы пероксида натрия - достаточно сильные окислители и широко используются для отбеливания органических средств - древесной массы, тканей, меха. Смесь пероксида натрия с супероксида калия применяется в изолирующих дыхательных аппаратах, так как в этом случае число молей выделившегося кислорода может быть равно числу молей поглощенного CO₂.

Гидроксиды. Все бинарные соединения элементов I группы с кислородом реагируют с водой, образуя гидроксиды. Например: Li₂O + H₂O = 2LiOH,

Na₂O₂ + 2H₂O = 2NaOH + H₂O, 2KO₂ + 2H₂O = 2KOH + H₂O₂ + O₂.

Гидроксиды щелочных металлов, называемые щелочами, в воде хорошо растворимы и практически полностью диссоциированы: NaOH (р-р) = Na⁺ (p-p) + OH^- (p-p)

В чистом виде это твердые бесцветные вещества, плавящиеся без разложения при 300-500⁰C. Только гидроксид лития при нагревании выше Т_пл. = 445⁰C теряет воду: 2LiOH = Li₂O + H₂O

Твердые гидроксиды и их концентрированные растворы сильно гигроскопичны, они жадно поглощают влагу и используются для осушения газов, не обладающих кислотными свойствами, в частности аммиака. Уже при обычных условиях твердые щелочи легко реагируют с «кислотами» газами - CO₂, SO₂, NO₂, галогенами, галогено- и халькогеноводородами. Поэтому щелочи широко используются для поглощения таких газов и очистки от них кислорода, водорода, азота. В силу этих причин как твердые щелочи, так и их растворы следует хранить в плотно закрытой посуде. Наибольшее применение находит NaOH - едкий натр, который в громадных количествах получают в промышленности электролизом раствора хлорида натрия. Он широко применяется при производстве целлюлозы, искусственного шелка, при рафинировании жидких растительных масел и нефти, в мыловаренной промышленности, при синтезе красителей и в других химических производствах.

Соли щелочных металлов. Во всех своих соединениях щелочные металлы существуют в виде однозарядных катионов. Это относится как к бинарным соединениям - галогенидам, халькогенидам, нитридам, карбидам, так и к солям со сложными многоатомными анионами.

За редкими исключениями, соли щелочных металлов хорошо растворяются в воде. Хуже других растворимы фториды, карбонат и фосфат лития и перхлораты калия, рубидия и цезия. При сильном нагревании солей, особенно при внесении их в пламя горящего водорода или бытового газа, происходит ряд процессов приводящих к появлению характерной окраски пламени.

Выполняйте самостоятельно. Схема «Соединения металлов» оценивается в 6 баллов.

УЭ-5

Цель: ознакомиться с применением щелочных металлов и их соединений.

Задание: Составить кластер «Применение щелочных металлов и их соединений».

Натрий и калий образуют соли со всеми кислотами. Соли натрия и калия - бесцветные, растворимые в воде вещества, многие из них широко применяются в технике и быту.

Натрий. Натрий активно участвует в обмене веществ в живых организмах. Содержится в эритроцитах крови, сыворотке, пищеварительных соках, играет важную роль в водно-солевом обмене, поддержании кислотно-солевого равновесия. Натрий входит в состав многих лекарственных препаратов, в том числе таких, как питьевая сода, норсульфазол. Многие антибиотики используются в медицинской практике главным образом в виде натриевых солей. Жидкий натрий служит теплоносителем в атомных реакторах некоторых конструкций. Металлическим натрием восстанавливают из соединений такие ценные металлы, как цирконий, тантал. Используется в качестве катализатора при синтезе каучука и в других органических синтезах. NaCl - хлорид натрия, поваренная соль, добавляется в пищу. Она служит консервирующим средством, потому что убивает гнилостные бактерии и плесневые грибки. Хлорид натрия в больших количествах применяется в химической промышленности в качестве сырья для получения натрия, хлора, гидроксида натрия, соды. Na₂SO₄ - сульфат натрия, используется в производстве стекла, соды. Из водных растворов выделяется кристаллогидрат Na₂SO₄∙10H₂O, называемый глауберовой солью, который применяется в медицине. Na₂CO₃ - карбонат натрия, кальцинированная сода. Она необходима в мыловарении, текстильной, кожевенной, фармацевтической промышленности, в производстве стекла, алюминия, лекарств. NaНCO₃ - гидрокарбонат натрия, пищевая или питьевая сода, применяется в медицине и в кондитерской промышленности. NaNO₃ - нитрат натрия, натриевая селитра, используется как азотное удобрение.

Калий. Важен для всех живых организмов. При недостатке его замедляется рост растений, желтеют листья, плоды становятся менее сладкими. Калий обычно используют в форме солей. Металлический калий употребляется как материал электродов в химических источниках тока, как восстановитель при получении некоторых металлов и как теплоноситель в атомных реакторах. Калийные соли применяются главным образом как минеральные удобрения. В древесной золе содержится карбонат калия K₂CO₃, или поташ, поэтому зола - ценное калийное удобрение. Раньше золу применяли для стирки белья, так же как и соду. Это было возможно потому, что карбонаты калия и натрия в воде гидролизуются, образуя мылкие на ощупь растворы. Они содержат щелочи, растворяющие жиры. KNO₃ - калийная, или чилийская, селитра, сложное удобрение, содержит два питательных элемента - азот и калий. KClO₃ - бертолетова соль, содержится в спичечных головках, используется в химической промышленности как сильный окислитель. KMnO₄ - перманганат калия, марганцовка, имеется в любой аптечке, в лабораториях применяется для получения кислорода.

Выполняйте в парах. Кластер оценивается в 5 баллов.

УЭ-6

Цель: проверить полученные знания.

Поставьте знак «+», рядом с номером задания, если утверждение верно, и знак «-», если не верно.

1. Щелочные металлы являются активными.

2. Щелочные металлы не реагируют с кислородом.

3. У щелочных металлов 1 электрон на внешнем уровне.

4. Щелочные металлы в окислительно-восстановительных реакциях проявляют свойства окислителей.

5. Для получения металлов проводят электролиз расплавов их галогенидов.

6. Впервые калий и натрий были получены Х.Дэви в 1807г. электролизом щелочей, откуда и возникло их групповое название.

7. Щелочные металлы не взаимодействуют с водой.

8. Гидроксиды щелочных металлов существуют.

9. Натрий и калий не хранят на открытом воздухе из-за их высокой способности окисляться.

10. Соли натрия и калия бесцветные нерастворимые в воде вещества.

Выполняйте самостоятельно. Правильно выполненное задание оценивается в 10 баллов (по 1 баллу за каждый ответ).

УЭ-7

Цель: оценить свою работу на занятии.

1. прочитайте цели урока.

2. Достигли ли вы цели урока? В какой степени?

3. Оцените свою работу на занятии по таблице:

Количество баллов

Оценка

20-30

3

31-38

4

39-40

5

Если за работу на уроке вы получили оценку «5», то освобождаетесь от домашнего задания. Если вы испытывали затруднения, допускали ошибки, то подготовьте кроссворд из 10 слов по сегодняшней теме.

Самостоятельно оцените свою работу и сдайте тетрадь на проверку преподавателю.