Формирование знаний о типах химических реакций

Формирование знаний о типах химических реакций. Изучение атомно-молекулярного учения и первоначальных химических понятий, а также некоторое накопление фактов позволяет более осмысленно подойти к классификации реакций. Первое ознакомление с классификацией веществ показывает, что в ее основу положен их состав и свойства: вещества делятся на простые и сложные (по составу), а простые вещества на металлы и неметаллы (по свойствам). Таким образом, всякая классификация явлений, предметов, веществ связана с выбором каких то существенных признаков, которые можно положить в основу деления предметов или явлений на группы [12]. Можно ли классифицировать химические реакции? Что положить в основу их классификации? Сущность всякой химической реакции состоит в изменении состава молекул веществ, взятых для реакции.

Поэтому характер этих изменений и нужно положить основу классификации химических реакций.

После разъяснения поставленной перед учащимися проблемы можно предложить назвать известные им реакции и написать на доске уравнения этих реакций.

Fe + S= FeS Cu + O2 =CuO Mg + O2 = MgO H2O= H2 + O2 После написания уравнений учитель совместно с учащимися выясняет, какие из них сходны по характеру изменения состава молекул. В одних случаях из молекул одного вещества получается 2 молекулы других веществ – это реакции разложения, в других, наоборот, из молекул двух веществ образуется одна молекула нового вещества – это реакции соединения.

Учитель совместно с учащимися, анализируя данные выводы, выясняет, всегда ли из молекул одного сложного вещества образуются молекулы простого вещества. Для ответа на данный вопрос учитель проводит реакцию разложения, например малахита или перманганата калия. Таким образом, учащиеся осознают, что в ходе разложения сложных веществ могут образоваться как сложные, так и простые вещества (либо их смесь). В заключении учащиеся зарисовывают схему данного опыта, делают необходимые пометки к чертежу и записывают уравнения реакции.

Далее при формировании у учащихся понятия о типах реакций, учитель вновь выдвигает проблему: могут ли во время протекания химической реакции происходить какие-либо другие перегруппировки атомов кроме тех, которые происходят при химических реакциях присоединения и разложения? Для ответа на этот вопрос учитель демонстрирует ученикам опыт между раствором CuCl2 и железом (железным гвоздем). В ходе процесса железный гвоздь покрывается налетом меди. Учитель задает вопрос: можно ли данную реакцию отнести к реакциям соединения или разложения? Для ответа на этот вопрос учитель записывает на доске уравнение реакции (связывая тем самым модель процесса с реальным, только что проведенным опытом) и поясняет, что ни к тому, ни к другому типу данную реакцию отнести нельзя, поскольку в ходе процесса из молекул двух веществ образуется также две молекулы новых веществ.

А значит, есть основание выделить еще один тип реакции.

Это третий тип химической реакции, который называется замещением (вытеснением). Необходимо подчеркнуть, что в реакцию замещения вступает одно простое и одно сложное вещество. В завершении урока учащиеся выполняют ряд упражнений по данной теме, приобретая и закрепляя тем самым навыки работы с новым материалом. Кроме того, по данной теме учащимся задается задание на дом. Как видно из вышеперечисленного, в ходе урока учитель при объяснении данного материала использует методы беседы, рассказа, объяснения.

Благодаря наводящим вопросам, учащиеся включаются в мыслительный процесс. Здесь рационально использовать наглядность, в качестве которой ведущую роль отводят химическому эксперименту. Важно провести связь типов реакций с процессами, происходящими в жизни (например, процесс выделения меди на железном гвозде свидетельствует о его разрушении, данный процесс разрушения металла присутствует повсеместно). После знакомства с реакциями обмена учитель вновь предлагает обсудить две реакции.

Таковыми могут быть, например, следующие: Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2 и MgO + H2SO4 = MgSO4 + H2O. В чем заключаются сходства и различия данных реакций? Обсуждая вместе с учителем данные модели процессов, учащиеся должны прийти к следующим выводам [9]: 1. сходство проявляется в том, что количество исходных веществ и продуктов реакции одинаково; одним из продуктов в обоих случаях является соль MgSO4; 2. различие: исходными веществами одной из реакции являются сложные вещества, в другой – простое и сложное; 3. реакции относятся к разным типам.

Получив эти ответы, или наводящими вопросами подведя учащихся к ним, учитель предлагает рассмотреть еще две реакции: FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O и FeCl2 + H2SO4 = FeSO4 + 2HCl. Опять в ходе обсуждения учащиеся приходят к следующим выводам: 1. участвующие в реакциях вещества относятся к разным классам неорганических соединений (FeO – основной оксид и кислота, FeCl2 – соль и кислота); 2. при данных реакциях сложные вещества обмениваются составными частями (атомами или группами атомов); 3. реакции относятся к одному типу. Реакции между сложными химическими веществами, в результате которых происходит обмен между атомами или группами атомов, называются реакциями обмена.

Как о частном случае реакций обмена учителю необходимо рассказать учащимся о реакциях нейтрализации [3]. После ознакомления и записи следующих правил, свидетельствующих о возможности протекания реакции: 1. в ходе реакции образуется вода; 2. выпадает осадок; 3. выделяется газ; учащиеся излагают характерные признаки реакций обмена: CuSO4 + NaOH, HCl + K2CO3, NaOH + HCl. Изучение проводится следующим образом: 1. запись уравнений реакции, 2. работа с таблицей растворимости, 3. вывод о возможности протекания реакции, 4. экспериментальная проверка. Проведя экспериментальную проверку, учащиеся отмечают отсутствие видимых признаков последней реакции.

Учитель поясняет, что данная реакция является реакцией нейтрализации, а реакции такого типа необходимо проводить в присутствии индикаторов, по изменению окраски которых и нужно судить, что реакция прошла.

Таким образом, учащиеся получают на основе атомно-молекулярного учения первое представление о классификации реакций. В дальнейшем, сформированное на этом уровне представление о классификации претерпевает ряд качественных и количественных изменений и дополнений. Так наблюдается усиление изучения количественной стороны процессов (изучается закон сохранения массы, закон Авогадро и следствия из него и др.). В количественном описании химических реакций, в прогностику возможностей их протекания вносит вклад изучение элементов термохимии: тепловой эффект, термохимические уравнения.

Их познание опирается на первоначальные энергетические представления. Обобщая знания об энергетических зависимостях, раскрывающихся на основе экспериментов, надо выделить важнейшую из них – взаимосвязь между образованием новых веществ и энергетическим эффектом реакции, так как энергетические изменения, по мнению Д.И.Менделеева представляют собой внутреннее содержание химических реакций.

Важно подвести учащихся к выводу, дополняющему прежние: процесс образования новых веществ связан с энергетическими изменениями. Их важной характеристикой является тепловой эффект реакции. Эти знания – основа классификации по энергетическому признаку, деления реакций на экзо- и эндотермические реакции. На основе электронной теории строения вещества изучается один из наиболее сложных и информационно емких видов реакций – окислительно-восстановительные.

Здесь важнейшими понятиями будут следующие: 1. степень окисления; 2. процессы окисления/восстановления; 3. окислитель и восстановитель; 4. собственно окислительно-восстановительная реакция. Сформированное понятие об окислительно-восстановительной реакции необходимо вести в общую систему знаний о химическом процессе. Необходимость оперирования учащимися понятием «окислительно-восстановительная реакция» требует формирования у них умений использовать химический язык. Обобщенным умением учащихся при изучении окислительно-восстановительных реакций будет умение составлять уравнения конкретных реакций.

При изучении различных классов неорганических соединений и систематизации химических элементов знания об окислительно-восстановительных реакциях дополняются, углубляются и совершенствуются (происходит ознакомление с конкретными окислителями и восстановителями). Качественно новым этапом в изучении окислительно-восстановительных реакций будет теория электролитов, в которой учитель знакомит учащихся с новым видом окислителей и восстановителей – ионами, выявляет и раскрывает закономерности протекания таких реакций в водных растворах.

При изучении азота и фосфора знания учащихся пополняются новыми конкретными примерами окисления и восстановления. Анализируется реакции азотной кислоты с металлами, совершенствуются навыки составления уравнений. Далее изучается электролиз, коррозия металлов как разновидность окислительно-восстановительных процессов.

По окончании обучения учащихся общая классификация химических реакций должна выглядеть следующим образом: Рис 2. Классификация химических реакций. 2.3