Дидактические материалы для учителей химии Изучение окислительно-восстановительных реакций

18

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 2»

ДИДАКТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

для учителя химии

«ИЗУЧЕНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ»

Номинация: дидактические материалы

Автор:

Волкорез Елена Ильинична

учитель химии,

высшая квалификационная категория

г. Радужный, 2014 г.

Дидактические материалы по химии

«Изучение окислительно - восстановительных реакций»

В условиях компетентностного подхода к образованию изучение химии в общеобразовательной школы нацелено на формирование базовых компетенций учащихся:

- учебно-познавательной (определять цели и порядок работы, самостоятельно планировать свою учебную деятельность и учиться, устанавливать связи между отдельными объектами, применять освоенные способы в новых ситуациях, осуществлять самоконтроль);

- коммуникативной (сотрудничать, оказывать помощь другим, участвовать в работе команды, обмениваться информацией);

- информационной (самостоятельно искать, анализировать и отбирать информацию, структуировать, преобразовывать, сохранять и передавать её);

- личностного самосовершенствования (анализировать свои достижения и ошибки, обнаруживать проблемы и затруднения в сообщениях одноклассников, осуществлять взаимную помощь и поддержку в затруднительных ситуациях, критически оценивать и переоценивать результаты своей деятельности

Содержательная компонента курса «Химия» в рамках требований государственного образовательного стандарта сроится вокруг понятия окислительно-восстановительные реакции, которое является одним из центральных в науке.

Понимание содержания понятия окислительно-восстановительные и применение его компонентов в жизни очень важно, так как именно окислительно-восстановительные реакции широко распространены в природе и используются в технике. В основе жизни лежат окислительно-восстановительные реакции, происходящие при фотосинтезе, дыхании, транспорте электронов; они же обеспечивают основную часть энергопотребления человечества за счет сжигания органического топлива, получение металлов, извлечение энергии взрыва.

Понимание сущности окислительно-восстановительных процессов формируется на основе теоретических знаний и практических навыков.

Именно актуальность вопроса обеспечивает место заданной проблемы в курсе химии (8, 9 и 11кл).

Тема является очень сложной для понимания процессов, происходящих в результате этих реакций.

При изучении сущности окислительно-восстановительных реакций (ОВР) образовательный процесс не только целенаправлен, но и обеспечивает решение следующих образовательных задач:

1. формирование научного представления о химическом процессе окислительно-восстановительных реакций;

2. развитие умений составлять электронный баланс для уравнений, анализировать ход химической реакции, определять свойства химических веществ, умение работать в условиях соблюдения техники безопасности, проводить опытные исследования, разрабатывать проекты (краткосрочные и долгосрочные)

3. воспитание навыка работы в команде, качеств исполнителя и организатора учебной деятельности, в условиях самоконтроля и взаимоконтроля.

Основные умения и компентенции выстраиваются в иерархии: узко в рамках одной темы и более широко в масштабе целой темы или раздела программы.

Так например, умения в составлении электронного баланса для уравнений ОВР, приобретенные в 8-м классе, совершенствуются в теме «Сера и ее соединения». Здесь уже встречаются уравнения более сложного уровня, например:

Центральное место в курсе 9-го класса занимает урок «Закономерности окислительно-восстановительных реакций», который проводится в теме «Подгруппа азота» перед изучением азотной кислоты как окислителя. Тема «Азот и его соединения» создает условия для углубления накопленных знаний, развития умений: используя знание закономерностей ОВР, учащиеся изучают свойства молекулы азотной кислоты, обусловленные наличием в ее составе атома азота в высшей степени окисления

Полный курс неорганической химии, дает возможность осмыслить сущность окислительно-восстановительные процессы, при этом учащиеся действительно готовы объяснять причины их протекания.

В органической химии при изучении различных классов веществ формируются навыки определения cтепени окисления на конкретных примерах, на основе умений и правил, известных учащимся с 8-го класса правила.

Например:

К этим записям учащиеся приходят после рассуждения о полярности имеющихся в молекуле связей и смещении электронной плотности к атомам кислорода с учетом слабой полярности связей С-Н.

При составлении уравнений ОВР, протекающих с участием органических веществ, в простейших случаях можно применять понятие «степень окисления». Приведем уравнения реакций, в которых коэффициенты могут быть определены по такому же правилу, что и для ОВР в неорганической химии:

В 11-м классе, обобщаются знания о классификации химических реакций, в основе лежит уже сформированное у учащихся представление об одной из классификаций по изменениям степеней окисления атомов, входящих в состав взятых и полученных веществ. Важность и ценность урока в том, что у учащихся формируются комплексные системные знания об ОВР (мировозрренческая компонента компетенций), на основе применения в практической деятельности понятий «электроотрицательность», «степень окисления», «окислитель», «окисление», «восстановитель», «восстановление», закономерности ОВР, правила составления уравнений ОВР и нахождения коэффициентов с помощью метода электронного баланса.

Уровень обученности и работоспособности класса позволяют дифференцировать объем научных знаний, и вывести на уровень представлений об электронно-ионных уравнениях при рассмотрении ОВР. Пример:

Для формирования научного понимания сущности окислительно-восстановительных процессов и развития навыков практической деятельности учебно-познавательная деятельность строится на разных формах, методах и приемах обучения.

1. индивидуальная, групповая и фронтальная работа с теоретическими материалами учебника: применяя анализ, синтез, структурирование, классификацию;

2. работа над мини-проектами, способствует формированию мотивации учения, актуализировать субъектный опыт учащихся, что обеспечивает развитие восприятия, осмысления, и способствует запоминанию учащимися изучаемого материала.

3. метод тестирование для формирования умений и контроля (самоконтроль и взаимоконтроль);

4. решение практических задач: определения валентности, степени окисления; составление ОВР методом электронного баланса, составление ОВР методом полуреакций,

5. исследовательская работа, решение проблемных задач, которые ориентированы на 5 теоретических блоков:
1. Валентность и степень окисления.
4. ОВР в органической химии.
3. Что такое ОВР.
5. Окислительно-восстановительные реакции

Исследовательская работа, ориентированная на практическую значимость данных процессов, например, путешествие в царство «рыжего дьявола" (работа над понятием коррозия, сущности этого процесса, классификация - химическая, электрохимическая, механохимическая; способы защиты от коррозии).

«Знаете, ли Вы что..» выходит за рамки учебной программы (возможно изучить виды коррозии).

«Этот день Победы». Применение окислительно-восстановительных реакций на войне. Проблемные вопросы, которые связанные с окислительно-восстановительными процессами, происходящими в окружающем нас мире, вызывают интерес у ребят к изучению этих сложных химических процессов которые чтобы как можно подробнее показать все явления.

По этой теме учащимся предлагаются такие проблемные вопросы:
а. Где в окружающем нас мире мы встречаемся с ОВР?

б. В чем отличие обменных реакций от окислительно-восстановительных?
в. Чем отличается степень окисления от валентности?

г. Какие особенности протекания ОВР в органической химии?

6. Мини-сочинения, которые выполняют ребята, помогают обеспечить понимание учащимися поставленную цель, в ходе самостоятельной работы над источником (дома или в классе):

• «Путешествие окислителя и восстановителя»;

• нарисовать образ окислителя и восстановителя;

• подобрать или придумать тезис к проблемному вопросу.

Система работы по формированию понимания сущности окислительно-восстановительных процессов, результатов исследовательских работ, обеспечивают не только научное понимание, но и мировоззренческую позицию на основе грамотно сформированных взглядов об окружающем нас мире, как гигантской химической лаборатории, в которой ежесекундно протекают химические реакции в основном окислительно-восстановительные и пока в природе существуют окислительно- восстановительные процессы, конец света невозможен.

Убедительным фактором сформированности учебно-познавательной компетенции является умение учащихся самостоятельно разобраться над наиболее трудными вопросами данной темы, а так же подготовиться к сдаче ЕГЭ по химии.

Применение дидактических материалов позволяет более четко структурировать самостоятельную мыслительную деятельность и способствует формирования навыков работы:

1. Алгоритм составления уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса (Приложение 1).

2. Алгоритм определения степени окисления (Приложение 2)

3. Алгоритм определения степени окисления химического элемента в бинарных соединениях (Приложение 3)

4.Самостоятельная работа по теме «Степень окисления. Окислительно-восстановительные реакции» (Приложение 4)

5. Практикум по окислительно-восстановительным реакциям (упражнения и демонстрационные опыты) (приложение 5)

6. Тест «Окислительно-восстановительные реакции» (Приложение 6)

7. Тесты, кроссворды с применением ИКТ (Приложение 7)

8. Творческие задания (Приложение 8).

Приложение 1

Алгоритм

составления уравнений ОВР методом электронного баланса

1. Составить схему реакции.

Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂S + …

2. Определить степени окисления элементов в реагентах и продуктах реакции.

Mg⁰ + H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2 → Mg⁺²S⁺⁶O₄^-2 + H₂⁺¹S^-2 + …

3. Определить, является реакция окислительно-восстановительной или она протекает без изменения степеней окисления элементов.

4. Подчеркнуть элементы, степени, окисления которых изменяются.

Mg⁰ + H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2 → Mg⁺²S⁺⁶O₄^-2 + H₂⁺¹S^-2 + …

5. Определить, какой элемент окисляется, (его степень окисления повышается) и какой элемент восстанавливается (его степень окисления понижается), в процессе реакции.

Mg⁰ → Mg⁺² окисляется

S⁺⁶ → S^-2 восстанавливается

6. В левой части схемы обозначить с помощью стрелок процесс окисления (смещение электронов от атома элемента) и процесс восстановления (смещение электронов к атому элемента)

Mg^{0 -} 2 ē → Mg⁺² окисление

S⁺⁶ + 8 ē → S^-2 восстановление

7. Определить восстановитель и окислитель.

Mg^{0 -} 2 ē → Mg⁺² восстановитель

S⁺⁶ + 8 ē → S^-2 окислитель

8. Сбалансировать число электронов между окислителем и восстановителем.

Mg^{0 -} 2 ē → Mg⁺² 8 S⁺⁶ + 8 ē → S^-2

9. Определить коэффициенты для окислителя и восстановителя, продуктов окисления и восстановления.

Mg^{0 -} 2 ē → Mg⁺² 4 8 S⁺⁶ + 8 ē → S^-2 1

9. Расставить коэффициенты перед формулами окислителя и восстановителя.

4Mg + 5H₂SO₄ → 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O

10. Проверить уравнение реакции. Посчитаем количество атомов кислорода справа и слева, если их будет равное количество - уравнение мы уравняли.

5 * 4 = 20 4 * 4 + 4 = 20

Приложение 2

Алгоритм

определение степени окисления

Правила для определения степеней окисления химических элементов в соединениях.

1. Степень окисления любого элемента в простом веществе равна 0.

2. Сумма степеней окисления всех атомов, входящих в состав частицы (молекул, ионов и т. д.) равна заряду этой частицы. В частности, сумма степеней окисления всех атомов в составе нейтральной молекулы равна 0.

3. Если соединение образовано двумя элементами, то у элемента с большей электроотрицательностью степень окисления меньше нуля, а у элемента с меньшей электроотрицательностью - больше нуля.

4. Максимальная положительная степень окисления любого элемента равна номеру группы в периодической системе элементов, а минимальная отрицательная равна N - 8, где N - номер группы.

5. Степень окисления фтора в соединениях равна -1.

6. Степень окисления щелочных металлов (лития, натрия, калия, рубидия, цезия) равна +1, металлов главной подгруппы II группы периодической системы (магния, кальция, стронция, бария) равна +2, степень окисления алюминия равна +3.

7. Степень окисления водорода в соединениях равна +1(исключение - соединения с металлами NaH, CaH₂, в этих соединениях степень окисления у водорода равна -1).

8. Степень окисления кислорода равна -2 (исключения - перекиси H₂O₂, Na₂O₂, BaO₂ в них степень окисления водорода равна -1, а в соединении с фтором - +2).

Приложение 3

Алгоритм

определения степени окисления химического элемента в бинарных соединениях

1. Находим, какой из двух элементов в соединении является более электроотрицательным.

Над символом более электроотрицательного элемента ставим знак «минус» (-).

Над символом менее электроотрицательного элемента ставим знак «плюс» (+).

2. Определяем числовое значение степени окисления для более электроотрицательного элемента. (См. правила.)

3. Определяем общее число отрицательных зарядов в соединении. Для этого степень окисления более электроотрицательного элемента умножаем на его индекс.

4. Находим степень окисления менее электроотрицательного элемента, помня, что алгебраическая сумма степеней окисления химических элементов в соединении должна быть равна 0. Для этого общее число положительных зарядов делим на индекс у данного элемента.

Приложение 4

Самостоятельная работа по теме

«Степень окисления. Окислительно-восстановительные реакции»

Вариант 1.

1. Определите степень окисления каждого элемента в соединениях:

а) СО₂, б) Р₄ , в) Na₂SO₄

2. Составьте формулы соединений на основании знания степени окисления каждого элемента:

а) Na⁺ S ^-2 ; б) Mn ⁺⁷O ; в) Sn ⁺⁴ Cl ^-

3. Разберите сущность окислительно-восстановительной реакции и расставьте коэффициенты в уравнении:

KClO₃ + P ----- KCl + P₂O₅

Вариант 2.

2. Определите степень окисления каждого элемента в соединениях:

а) KCl, б) Br₂ , в) NaNO₃

3. Составьте формулы соединений на основании знания степени окисления каждого элемента:

а) P ^-3H⁺ ; б) Fe ⁺²Cl ^- ; в) Cr ⁺⁶ O

4. Разберите сущность окислительно-восстановительной реакции и расставьте коэффициенты в уравнении:

SiO₂ + Mg ------ Si + MgO

Приложение 5

Тест «ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ».

1.Степень окисления фосфора в соединении, имеющем формулу H₄P₂O₇:

1) +7; 2) +3; 3) +5; 4) - 3.

2.Степень окисления серы уменьшается в ряду веществ, имеющих формулы:

1) SO₂ - Na₂SO₃ - Na₂S; 2) SO₂ - Na₂S₂O₃ - KHS;

3) S - SO₃ - BaSO₄; 4) H₂SO₄ - SOCl₂ - H₂SO₃.

3.Выберите группу оксидов, подобранных случайным образом:

1) Na₂O, MgO, Cu₂O; 2) N₂O₅, NO, Cr₂O₃;

3) CrO₃, P₂O₅, CO₂; 4) Fe₂O₃, ZnO, CuO.

4.Соединение, содержащее Mn⁺⁷, в кислотной среде восстанавливается до:

1) Mn⁺⁴; 2) Mn⁺⁶; 3) Mn⁺²; 4) Mn⁰.

5.Не являются окислительно-восстановительными пара реакций, уравнения которых:

1) 2C₂H₅-Cl + 2Na → C₄H₁₀ + 2NaCl CH₃Cl + NaOH → CH₃OH + NaCl;

^{(водн. р-р)}

2) 3CH ≡ CH → C₆H₆ (C (акт.), t) CH₃NH₂ + CH₃Cl → CH₃ - NH - CH₃ + HCl;

3) CH₂ ═ CH₂ + H₂ → CH₃ - CH₃ (t, ρ, Ni) CH₃CH₂Cl + NaOH → CH₃ - CH₂ - OH +NaCl;

^{(водн. р-р)}

4) C₆H₅ - NO₂ + 3H₂ → C₆H₅ - NH₂ + 2H₂O (kat Ni)

CH₃-COOH + C₂H₅OH → CH₃-COOC₂H₅ + H₂O.

6.Уравнение реакции диспропорционирования:

1) 2H₂S + SO₂ → 3S + 2H₂O; 2) NH₄NO₂ → N₂ + 2H₂O;

3) 2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂; 4) 6KOH + 3S → 2K₂S + K₂SO₄ + 3H₂O.

7. Три из четырех реакций разложения, схемы которых приведены ниже, можно объединить в группу в соответствии с общим признаком. Укажите уравнение реакции, не входящей в эту группу:

1) KClO₃ → KCl + O₂ (MnO₂); 2) Cu(NO₃)₂ → CuO + NO₂ + O₂;

3) HCOOH → CO + H₂O (H₂SO₄); 4) CH₄ → HC ≡ CH + H₂.

8.Укжите схему реакции, которая не относится к тому же типу окислительно-восстановительных реакций, что и три остальных:

1) NH₄NO₃ → N₂O + H₂O; 2) KNO₃ → KNO₂ + O₂;

3) KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂; 4) H₂O₂ → H₂O + O₂.

9. В окислительно-восстановительной реакции схема, которой

K₂S + K₂SO₃ + H₂SO₄ → S + K₂SO₄ + H₂O

окислителем является вещество с формулой: 1) K₂S; 2) K₂SO₃; 3) H₂SO4; 4) S.

10.В превращении, схема которого HClO₃ + H₂SO₃ → HCl + H₂SO₄,

число электронов, отданных одной молекулой восстановителя, равно: 1) 3; 2) 2; 3) 5; 4)6.

11.В окислительно-восстановительной реакции, схема которой NH₃ + O₂ → NO + H₂O,

сумма всех коэффициентов равна: 1) 9; 2) 11; 3) 16; 4) 19.

12.В окислительно-восстановительной реакции, схема которой

KI + NaNO₂ + H₂SO₄ → I₂ + NO + K₂SO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

сумма коэффициентов перед формулами продуктов реакции равна:1) 7; 2) 9; 3) 11; 4) 14.

13.Верным является утверждение:

1) наиболее сильным окислителем перманганат калия является в кислотной среде;

2) наиболее сильным окислителем перманганат калия является в

щелочной среде;

3) наиболее сильным окислителем перманганат калия является в

нейтральной среде;

4)кислотность среды не влияет на окислительную способность перманганата калия.

14.Найдите ошибку в утверждении, приведенном ниже: «Водород не выделяется при взаимодействии следующих кислот и металлов»:

1) концентрированная серная кислота и цинк;

2) разбавленная азотная кислота и железо;

3) концентрированная соляная кислота и серебро;

4) разбавленная серная кислота и алюминий.

15.Закончите уравнение окислительно-восстановительной реакции, схема которой

FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + … .

Сумма коэффициентов перед исходными веществами равна: 1) 11; 2) 15; 3) 16; 4) 20.

16.Восстановите уравнение реакции: … → Fe₂O₃ + NO₂ + O₂.

Сумма коэффициентов перед формулами всех веществ данного уравнения равна:

1) 15; 2) 17; 3) 21; 4) 24.

17. Коэффициент перед формулой одного из веществ в уравнении реакции, схема которого Al + HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NH₄NO₃ + H₂O, равен 9. Число атомов в формульной единице этого соединения равно: 1) 13; 2) 9; 3) 5; 4)3.

18. Задания С (Вопросы ЕГЭ). Определите окислитель и восстановитель.

1. Р₂О₃ + Н₂Сг₂О₇ + ...- --> Н₃Р0₄ + СгРО₄. 2. РН₃ + AgN0₃ +... --> Ag +... + HNО₃.

3. РНз + НС10₃ -->НС1 + ... . 4. НСОН + КМпО₄ + ... --> СО₂ + K₂SО₄ + ... + ....

5. NО + KC1О + ... --> KNO₃ + ….+ Н₂О.

Приложение 6

Практикум

по окислительно-восстановительным реакциям

(упражнения и демонстрационные опыты)

Знать: электронный баланс, окислитель, восстановитель, электронное уравнение.

Уметь: расставлять коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного баланса.

Рассмотрим реакцию между цинком и серой.

Цинк окисляется серой до сульфида цинка белого цвета.
Zn+S=ZnS
Расставляем степени окисления: Zn⁰+S⁰=Zn²⁺+2S^-2
Составляем электронные уравнения. В каждое уравнение записывается атом, изменяющий степень окисления. Сумма зарядов и количество атомов в обеих частях уравнения должно быть одинаковым. Количество атомов уравнивают с помощью коэффициентов, общий заряд - с помощью добавления или уменьшения количества электронов (электронный баланс). Далее находят НОК числа электронов и опорные коэффициенты делением НОК на количество электронов в каждом электронном уравнении.

S⁰+2е=S^-2

Zn⁰-2е= Zn²⁺

Вывод: опорные коэффициенты равны 1, значит, их не выставляют в уравнение реакции

Приложение 7

Тесты, кроссворды с применением ИКТ

Начало формы

л

Приложение 8