Глава 1. ФОРМИРОВАНИЕ НАУЧНОГО МЫШЛЕНИЯ УЧАЩИХСЯ НА УРОКАХ ХИМИИ

Почему учащиеся допускают разного рода «ляпсусы» и какие промахи наиболее характерны? Прежде всего постараемся дать достаточно полную картину содержательной стороны допускаемых ошибок, которые свидетельствуют о задержке умственного развития того или иного индивида, особенно это касается учащихся старших классов.

Подмена вопроса. Иначе говоря, ученик вместо ответа на заданный вопрос отвечает на совершенно иной, пусть даже и созвучный. Фактически, с логической точки зрения, - это подмена тезиса. Так, например, вместо ответа на вопрос, какие требования предъявляются к промышленной серной кислоте, ученик освещает принципы химической технологии. Почему такое произошло? Состояние интеллекта, неспособного дифференцировать информацию? Или тактическая хитрость?

Расширение вопроса. Постановка вопроса сама по себе устанавливает определенные рамки, границы. Если, например, необходимо осветить отношение серной кислоты к металлам, то нет никакого смысла говорить и писать о других химических свойствах этого вещества. Из-за желания показать себя непроизводительно расходуется время, выдается избыточная информация.

Информационный шум. Такой ответ можно сравнить с работающим радиоприемником, когда на основную волну накладываются музыка, речь, свист и прочие мешающие факторы. В результате идет информация пусть и правильная, но не работающая на ответ. Она просто не нужна, она мешает, размывает нужные мысли и аргументы. Если, к примеру, описывается применение серной кислоты, то неуместен экскурс в способы ее получения, историю вопроса и пр. «Информационный шум» отличается от «расширения вопроса» малыми дозами информации, которая вклинивается в основной текст.

Подача информации «внавал». Ученик выдает информацию без логической последовательности, бесструктурно. Естественно, целостный ответ не получается, причинно-следственные связи не устанавливаются, получается что-то эклектичное, образно говоря, винегрет. Искоренить такой «стиль логики», улучшить мыслительный процесс, скорректировать его удается только тогда, когда самой природой это улучшение и становление предусмотрено. Если природа дала сбой, то многое зависит от волевых установок личности, а многое от нее и не зависит. Простой пример - из интервью Олега Басилашвили: «...я очень плохо успевал в школе... Школа для меня выброшенные десять лет. Одни двойки были! Тройка - мечта всей жизни. Я ничего не соображал в математике. Абсолютно! Честно отсиживал все уроки, ночами не спал, пытаясь решать задачи... Так что математика, а заодно химия и физика были мне противопоказаны. А остальные предметы я не успевал выучить, потому что все время сидел за точными науками…»

Ответ с середины. При ответе необходимо выстраивать определенную логику, от чего-то отталкиваясь и последовательно излагая одну мысль за другой. Этот вид ошибок накладывается на другие неправильные интеллектуальные действия, например, отсутствие тезиса обсуждаемой проблемы, постановки обсуждаемого вопроса. В частности, если необходимо обосновать реакционную способность той же серной кислоты, автор предполагаемого ответа просто описывает химические свойства, ни на чем не базируясь.

Абстрактность суждений. Это могут быть рассуждения вообще, т. е. беспредметный, даже бессмысленный набор слов при внешнем соблюдении формы. Здесь нет опоры на факты, законы и закономерности химии, ее теоретические положения. Тут и отлет мысли от предмета химии, часто просто словоблудие, полет фантазии, рассуждения о чем угодно, только не по теме. Иногда это делается из-за неразвитости интеллекта, иногда - из-за нездоровых побуждений (своего рода хулиганство, желание покуражиться, поиграть с учителем, поумничать).

Отсутствие аргументации. Ответ необходимо обосновывать расчетными действиями или логическими построениями. Так, на вопрос о том, где больше молекул - в 1 л кислорода или в 1 л углекислого газа, ученик дает альтернативный ответ. И все! Вот образец правильного ответа: «В соответствии с законом Авогадро в равных объемах любых газов при нормальных условиях (условия, при которых реальный газ ведет себя как идеальный) число молекул одинаково. Следовательно, в одном литре как кислорода, так и углекислого газа число молекул одинаково, если газы взяты в равных условиях, близких к нормальным (т. к. при высоких давлениях и низких температурах закон Авогадро не выполняется)». Кроме того, и при нормальных условиях молярные объемы реальных газов часто существенно не совпадают. Поэтому в ответе можно добавить: «…приблизительно одинаково». Как видно, ответить на этот вопрос не так просто.

Таким образом, в ошибочном ответе данного рода что-то утверждается или отрицается, но он не имеет достаточного основания, т. е. нарушается закон логики - закон достаточного обоснования.

Отсутствие обсуждаемого вопроса (проблемы, тезиса). Обычно это бывает при решении задач. В условии задачи нет указания на то, что необходимо найти. Не поставлена цель - что же мы тогда решаем? Можно по невнимательности упустить этот момент. Но часто это происходит оттого, что ученик не в состоянии осмыслить ситуацию в силу слабости своего интеллекта, недостатка необходимых знаний. В чем причина? Прежде всего в избирательности интересов. Это утверждение базируется на анкетировании учащихся.

Не показаны пути получения ответа. В решении задач необходимо двигаться от общего - закона - к частному и только потом к конкретному. К сожалению, в методике обучения химии (так сложилось исторически) существует разнобой: учебники, методические пособия, публикации формируют арифметический стиль мышления. И это неизбежно, т. к. школьная химия слабо связана с математикой. Выражается это в том, что математические методы - доказательство, исследование, выражение химической закономерности, выявление функциональных отношений и их графическая интерпретация, - несмотря на разработанность проблемы, не стали достоянием учебников, но в данном случае речь идет о несформированности научного мышления при создании оптимальных условий для его становления. Для многих учащихся это долгий процесс, а при ненаправленности интересов он напоминает двигатель на холостом ходу.

Логическое противоречие. Одна из самых популярных ошибок. Мысли об одном и том же предмете не должны быть противоречивыми. Например, в одном месте вещество с формулой Н₂SO₄ ученик назвал кислотой, а далее соль FeSO₄ тоже назвал кислотой. В одном случае утверждается, что в составе кислот имеется химический элемент водород, причем в формуле знак этого элемента ставится на первом месте, а в другом случае это отрицается. Водород как химический элемент в формуле FeSO₄ вообще отсутствует, здесь мы вообще кислоты не имеем. Подобных и других примеров много. Главное в таких случаях - довести до сознания каждого и всех, что ни в науке, ни в жизни противоречий быть не должно. Если есть два утверждения, которые исключают друг друга, то оба могут быть ложными, но истинным - только одно.

Подмена и смешение понятий (нарушение закона тождества). Наиболее часто встречающаяся ошибка. Например, понятие «оптимизация» ученик воспринимает как «принцип производства», «катализ» - как «катализатор». Происходит это потому, что ученик недостаточно знает содержание понятий. В последнем случае катализ - явление ускорения химических реакций, а катализатор - вещество, ускоряющее химический процесс. Два фактора - объективный и субъективный - являются причиной такого явления. Первый определяется природой человека, второй - способом формирования понятий. Достаточно сказать, что школьники слабо представляют себе научные термины, а определяемые понятия не подвергают логическому анализу. Обычно накладываются оба фактора.

Невежество. Да, банальное невежество. Если человек мало чего знает и умеет, он пишет все, что взбредет в голову. Например, такие вздорно-химические записи:

SO₂ + Н₂О = SO₃ + Н₂,

H₂SO₄ + S = SH₂ + SO4.

Или такие утверждения: из серной кислоты делают фиолетовые чернила, серную кислоту добавляют в удобрения. Путь к правде, к знаниям всегда лежит через труд, вызванный внутренним побуждением. Учитель может только помочь. Ведь очевидно, что невежество - плод упорной лени, в чем признаются и сами учащиеся.

Химическая и обычная безграмотность. Говорить о последней нет смысла. Где-то в этой же плоскости лежит и химическая безграмотность. Так, встречаются слова - «перит» вместо «пирит», «путилизация» теплоты вместо «утилизация» теплоты, принцип «антилизации» вместо «оптимизации», «каталез» вместо «катализ». В ответ включают новые, бессмысленные слова.

Нарушение внутреннего закона о четырех языках. Это есть в нашей практике и направлено на формирование определенного стиля мышления. В практике других учителей имеются, безусловно, другие подходы. Любой вопрос освещается на четырех языках: языке обучения, химическом, математическом, физическом. Иными словами, не может быть чисто беллетристических ответов. Рассказывая о чем-то, например, о применении серной кислоты, нужно записывать химические формулы и химические уравнения, которые вклиниваются в текстовую часть ответа. Необходимо приводить опорные сведения по физике веществ и процессов, уметь продемонстрировать функциональное и аналитическое мышление. При решении расчетных задач без химического и математического языка ответ получить невозможно, а выстраивать мысли и аргументацию невозможно без литературного языка, насыщенного химическими понятиями. Ряд ошибок является следствием игнорирования методологии научного мышления. Этот пункт пересекается с другими позициями, как уже освещенными, так и далее следующими.

Бессодержательность ответов. Приведем пример. Вопрос: «Каково значение серной кислоты?» Ответ: «Серная кислота имеет широкое применение». А ведь известно: абстрактной истины нет, истина всегда конкретна. Причина такого состояния дел часто кроется в особенностях учебников, в которых так и пишут о «широком применении и большом значении», иллюстрируя химически стерильные схемы-рисунки применимости веществ. Все, что абстрактно, лишено конкретности, содержательности, химической подоплеки. Такая информация формирует шаблон мышления, своего рода рефлекторную реакцию. Тут необходимо добавить, что учитель не может все проговаривать на уроках, он оставляет ученику простор для самостоятельной работы с учебником и создает условия для творчества. Даже более приближенный к истине ответ - серная кислота применяется в химической отрасли промышленности - лишен конкретности и содержательности.

Компиляция и плагиат. Близкие, но разные понятия. Источники заимствований - учебник, учебные пособия, конспект, записи одноклассника. Учитель, не желающий закрывать глаза на явную аморальность происходящего, обнаруживает списывание.

Переписывание всего подряд без отбора нужного, абсолютное, дословное копирование соседа выдает состояние умственного потенциала человека (маленького, но уже лживого).

Причина всего этого кроется в содержании самой личности. Здесь и привычка паразитировать, сформировавшаяся за многие годы безделья, и неверие в свои силы, и страх перед неудовлетворительными оценками, и элементарная неподготовленность на данный момент. Книжные фразы, профессорский тон, менторские интонации, литературные штампы, фразизм убедительно выдают скудность интеллекта, скованность мышления, бедность и блеклость состояния знаний. Такое искоренить в абсолюте невозможно, но если человека все же удается остановить, то при отсутствии природных задатков, при нулевых усилиях на письменных работах ученик будет молча скучать или начнет развлекаться, акцентируя внимание на себе. Отсюда вывод: демократизация и гуманизация школы, дающие ученику право выбора, - оптимальный путь реформирования школы, иное - тупик.

Ложные утверждения. Причина отступления от истины - просто невежество или привычка доверять догадкам, а интуитивное знание еще не истинное знание. Любую мысль нужно или обосновать, или опровергнуть, но ученик не делает ни того, ни другого. Вот досадный пример: «Серная кислота содержится во многих полиметаллических рудах». Ложное утверждение, замешенное на невежестве. Или правильно написанный химизм:

2SО₂ + O₂ 2SO₃ -

c ошибочным утверждением: «Реакция эндотермическая».

Некритичность к написанному. Все, что написано, получено, найдено, необходимо критически осмыслить, проанализировать, опираясь на здравый смысл и содержание научных знаний. «Комплексное использование серы», - пишет автор вместо «комплексное использование сырья». Или же утверждается, что массовая доля элемента в веществе составляет, к примеру, 150%, несмотря на то, что на уроке доказывается: = 100%.

Выше уже писалось о заимствованиях. Если бы ученик, пользуясь учебником или конспектом, группировал в определенной логике только нужное, отбрасывая лишнюю, неполезную информацию, можно было бы констатировать развитость, аналитичность мозга как материального носителя интеллекта. Но если ученик «метет» все подряд, отключившись от написанного в источнике, механически перенося, копируя его, то это свидетельствует о неразвитости интеллекта. Причина наблюдаемого явления кроется в системе умственного воспитания школьника в школе и семье плюс то, что дано природой, не получившее поддержки.

Игнорирование личного опыта. Увы, личный опыт часто не является основанием для критического осмысления «выдаваемого на-гора». Так, например, растворяя поваренную соль в воде, вместо получения раствора ученик ожидает получение свободного кислорода или водорода. Бывает, что при этом у него «получается» оксид натрия, который не может существовать в воде. Тогда советуем: не солите суп, вместо ионов натрия и хлора будете есть разъедающую слизистые оболочки щелочь. Можно привести другие подобные примеры, когда личный опыт не усваивается.

Заявление о намерениях. Суть ошибки в том, что реально ученик не дает, а учитель не получает ответа. Ученик только заявляет, что необходимо сделать, а не показывает, как это делается. Например, необходимо распознать вещества - мел, сахар, соль, используя химические методы. Ученик ограничивается заявлением, что эти вещества необходимо обработать водой - и точка, все!

Или необходимо собрать прибор из данного набора деталей и показать его работу. Ответ: «Прибор собрать можно» и т. д.

Фантазирование. Фантазии - необходимый элемент творчества. Но одно дело взлет мысли на чистом творческом поле, иное дело - фантазирование на поле, обильно усеянном знаниями, когда ничего не надо придумывать, достаточно показать, что ты знаешь ответ на этот вопрос (репродуктивная деятельность). Правда, бывает, что и своим умом можно дойти до истины - открывать открытое, но и в этом случае нужны опорные знания и развитая способность к абстрактному мышлению. Например, ученица из первого десятка интеллектуальной обоймы класса пишет:

m_в/n_в = /100%,

где m_в - масса вещества, n_в - количество вещества, - массовая доля (чего - не указано). Фантазирование - это если ученик что-то выдумывает, творит за пределами разумного, без связи с фактами, теоретическими знаниями, наблюдаемой реальностью.

Абсурдность утверждений. Фантазии - форма проявления абсурдности. Абсурдность сильно замешена на невежестве и является вздором, глупостью, ерундой. Абсурдность лишена логики и смысла. Так, ученик заявляет, что серу получают из серного ангидрида с помощью контактного аппарата. В сущности имеем абсурдное заявление. Это можно отнести и к разряду «ляпов». Констатировать абсурдность просто, если известен противовес - реальные научные факты и проверенные практикой теории. Гипотетические представления можно только подвергнуть сомнению.

Бессодержательность символики. Как известно, оперирование буквенной символикой должно сопровождаться наполнением физическим содержанием. Если вводится величина Х, то необходимо разъяснить, что она обозначает в каждом конкретном случае. Точно так же не может однозначно использоваться знак массы m, если нет правого индекса (вещество, элемент, раствор).

Алогичность структуры ответа. Любой ответ строится в такой последовательности: проблема - аргументы - выводы.

В частности, сначала идет тезис, формулируемый вопросом. Потом теоретически и расчетными операциями этот тезис защищается или опровергается, в итоге подготавливается правильный ответ. Часто ответ на вопрос ученик начинает со слов «потому что...». Что - «потому что»? Таким же алогизмом страдает ответ на вопрос об отнесении каких-либо перечисленных явлений к тому или иному виду. Допустим, что физические и химические явления обозначены буквами А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З. Варианты ответа, когда каждое явление относится к определенной группе немотивированно, - алогичны. Возможны различные варианты построения правильной логики, но предпочтительным является вариант анализа конкретного, индивидуального, единичного. Например: появление зеленого налета на поверхности медного предмета - явление химическое, т. к. изменяется окраска - это признак нового вещества. В свою очередь образование нового вещества - признак химической реакции. Следовательно, обсуждаемое явление - химическое.

Апелляция к невежеству. «Не знаю», «не могу» и прочие заявления отдельных учащихся, как и пропуски в тексте, - не что иное, как попытка оправдаться перед учителем и родителями и нередко - стремление возложить ответственность за свои провалы на учителя. И это несмотря на девиз всего курса химии: «Невежество не есть аргумент» (Б.Спиноза). Собственно, это не только методологическая (научно-познавательная), но и собственно логическая ошибка. В выборе аргументов логика запрещает апеллировать к незнанию, личности, авторитету и пр.

Борьба с этим явлением, в частности, в практике обучения решению задач, сложна, ибо невежество неистребимо, но психологически возможна. Для этого существует такой методический подход, как решение задач различными методами или вариациями в рамках одного метода, опора на различные идеи. Такими методами могут быть логический, аналитический, расчетный, графический, алгебраический, комбинированный, моделирование, экспериментальный. Под каждый из этих методов подводится та или иная идея, закон, теоретическое положение, правило, принцип и пр. Незнание ответов на теоретические вопросы репродуктивного характера - целиком на совести ученика, который недобросовестно относится к учебе, не проявляет пытливости, любопытства, старания, интереса. Надежда, что такой интерес может быть сформирован у большинства, иллюзорна, не имеет под собой объективных оснований. Истинность этого утверждения подкрепляется всей историей советской и постсоветской школы, анкетированием учащихся, личным опытом, признаниями известных людей. К сожалению, этими словами мы и вынуждены ограничиться.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА ТЕМЫ «ЖЕЛЕЗО И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ»

Изучение свойств железа и его соединений Согласно этой формуле в атоме железа I следует начать с рассмотрения строения из восьми валентных электронов четыре атома этого переходного элемента. находятся в спаренном состоянии.

Отсюда ясно, что для железа наиболее характерны степени окисления +2 и +3. Известно также небольшое число соединений железа в степени окисления +6, в последние годы получен оксид железа(У1П) FeО₄. Наиболее устойчивая степень окисления железа +3, что обусловлено повышенной устойчивостью наполовину заполненного подуровня: Координационное число железа в комплексных соединениях, как правило, равно 6.

Для того чтобы успешно справляться с заданиями на осуществление цепочек превращений, выпускники должны хорошо знать химические свойства железа и его соединений, их взаимные превращения. Рассмотрим этот материал подробно. Целесообразно приучить школьников для каждой окислительно-восстановительной реакции составлять электронный баланс, а уравнения реакций ионного обмена писать как в молекулярном, так и в ионно-молекулярном виде. Ниже электронный баланс и ионно-молекулярные уравнения приведены только в особо трудных случаях.

2.1 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗА

При обычных условиях железо малоактивно, но при нагревании, в особенности в мелкораздробленном состоянии, оно реагирует почти со всеми неметаллами.

Надо обратить внимание учащихся на то, что активные неметаллы (фтор, хлор, бром) окисляют железо до устойчивой степени окисления +3, а менее активные (сера, иод) -- до степени окисления +2:

С углеродом и кремнием железо образует сплавы или соединения:

В данных соединениях не проявляется обычная степень окисления железа.

При взаимодействии с кислородом (накаленная железная проволока ярко горит в кислороде) железо образует окалину -- двойной оксид железа(П, III):

Для этого уравнения достаточно трудно составить электронный баланс, поэтому целесообразно подробно объяснить этот вопрос учащимся:

В воде в присутствии кислорода и во влажном воздухе железо окисляется (корродирует):



Уменьшение влажности (высыхание продуктов коррозии) приводит к частичной дегидратации гидроксида железа(ИГ), в результате образуется ржавчина

Fe₂О₃ * Н₂О.

При высокой температуре раскаленное железо реагирует с водой, образуя двойной оксид железа(П, III):

Железо находится в середине электрохимического ряда напряжений металлов, поэтому оно относится к металлам средней активности. Железо реагирует с растворами серной и хлороводородной кислот, вытесняя из них водород и образуя соли железа(Ц), например:

Концентрированные серная и азотная кислоты при обычной температуре пассивируют железо. При нагревании железо реагирует с этими концентрированными кислотами, образуя соли железа:

Разбавленная азотная кислота в зависимости от концентрации может восстанавливаться железом до

NO, N₂0, N₂, NH₄N0₃:

Необходимо обратить внимание учащихся на то, что разбавленные растворы щелочей на железо практически не действуют. Однако при нагревании железных опилок с щелочным расплавом сильных окислителей образуются ферраты (Т) (или просто ферраты), в которых железо проявляет степень окисления +6, -- соли не выделенной в свободном состоянии железной кислоты H₂Fe0₄:

Из растворов солей железо вытесняет металлы, которые расположены правее его в электрохимическом ряду напряжений:

2.2 СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА(П)

Оксид железа (П) FeO представляет собой черный порошок, получают его восстановлением оксида железа(Ш) или оксида железа(П, III) оксидом углерода(И):

Гидроксид железа(И) образуется в виде белого студенистого осадка при действии щелочей на растворы солей железа(П) без доступа воздуха:



Оксид и гидроксид железа(И) проявляют основные свойства; они растворяются в кислотах, образуя соли железа(Н):

Водные растворы и кристаллы солей железа(И), содержащие кристаллизационную воду, например железный купорос FeS0₄ * 7Н₂0, окрашены в бледно-зеленый цвет -- цвет акваионов [Fe(H₂0)e]²⁺. Растворы солей железа(П) вследствие гидролиза имеют кислотную среду:

Большинство солей железа(Н) образуют двойные соли преимущественно с солями щелочных металлов и аммония:

В окислительно-восстановительных реакциях соединения железа(П) являются активными восстановителями, превращаясь в соединения железа(Ш). Так, свежеполученный белый осадок гидроксида железа(Н) на воздухе зеленеет, а затем буреет, переходя в гидроксид железа(Ш):

Важно подчеркнуть, что при растворении оксида или гидроксида железа(Н) в азотной или концентрированной серной кислотах образуются соли железа, так как эти кислоты являются сильными окислителями:

Восстановительные свойства характерны и для солей железа(Н). При стоянии на воздухе водные растворы этих солей меняют окраску, они буреют вследствие окисления железа (II) растворенным в воде кислородом до железа(Щ):

При нагревании сульфата и нитрата железами) протекают внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся образованием оксида железа:

Учащиеся не должны забывать о том, что под действием более сильных восстановителей соединения железа(Н) могут восстанавливаться до железа, проявляя окислительные свойства:

Следовательно, соединения железа(П) проявляют окислительно-восстановительную двойственность, но восстановительные свойства у них преобладают.

Качественная реакция на катион Fe²⁺ -- взаимодействие с гексацианоферратом(Ш) калия (красной кровяной солью) K3[Fe(CN)6], приводящее к образованию осадка синего цвета:

2.3 СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА(Ш)

Оксид железа(Ш) Fe₂О3 -- порошок бурого цвета, его получают:

а) разложением гидроксида железа:

б) окислением серного колчедана (пирита):

(с преобладанием основных). Они легко реагируют с кислотами:

При действии щелочей на растворы солей железа выпадает бурый осадок гидроксида железа:

Взаимодействие же этих веществ с щелочами протекает с трудом.

Так, оксид Fe₂О₃ не взаимодействует с растворами щелочей, но при сплавлении с оксидами, гидроксидами и карбонатами щелочных и щелочно-земельных металлов может образовывать ферраты (ферриты):

В воде ферриты полностью гидролизуются:

Гидроксид железа(Ш) реагирует с концентрированными растворами щелочей при длительном нагревании:

Гидроксид железа проявляет более слабые основные свойства по сравнению с гидроксидом железа(П), поэтому соли железа гидролизуются в большей степени и имеют сильнокислотную среду:

По этой причине соли железаЛП) и слабых кислот (например, угольной) нельзя получить в растворе:

Качественные реакции на катион. Оксид и гидроксид железа проявляют слабовыраженные амфотерные.

На этот момент надо обратить особое внимание учащихся.

Растворы содей железа (III) окрашены в желто-бурый цвет, что обусловлено присутствием в таких растворах гидроксокатионов железа или мельчайших частиц гидроксида железаЛП), образующихся в результате гидролиза.

Сульфат железа(Ш) с солями щелочных металлов и аммония образует двойные соли -- квасцы, например сульфат аммония-железа(Ш) NH₄Fe(S0₄)2, имеющий тривиальное название «железоаммонийные квасцы».

Важно обратить внимание учащихся на сравнение окислительно-восстановительных свойств соединений железа(П) и (III). Соединения железа, как и соединения железа(И), проявляют окислительно-восстановительную двойственность, но, в отличие от соединений железа(Н), у них преобладают окислительные свойства.

Вследствие окислительного действия железо(Ш) не образует солей с анионами (кислотными остатками), которые проявляют восстановительные свойства (Г, S²" и др.), на что указывают прочерки в таблице растворимости солей. Продуктами восстановления являются соединения железа:

Однако при действии сильных окислителей в щелочной среде соединения железа проявляют восстановительные свойства, образуя ферраты(УГ):

Ферраты -- очень сильные окислители (более сильные, чем дихроматы и перманганаты), например они даже на холоде окисляют аммиак до азота:

Следует обратить внимание учащихся на то, что при взаимодействии красной кровяной соли с солями железа(П) и желтой кровяной соли с солями железа образуются соединения одинакового состава и строения. Этот осадок называют турнбулевой синью или берлинской лазурью.

Особо нужно остановиться на свойствах двойного солеобразного оксида железа(П, Ш) Fe₃0₄. Это вещество черного цвета, его можно рассматривать как соль Fe(Fe0₂)₂ -- феррат железа (или феррит железа(П)). Он образуется при взаимодействии железа с кислородом или водяным паром. Так как этот оксид содержит железо в разных степенях окисления, то он проявляет свойства соединений железа и железа(Ш):

Последнюю окислительно-восстановительную реакцию рассмотрим подробно. Здесь окислителем является железо в степени окисления +3, входящее в состав двойного оксида:



Приведем еще одно уравнение окислительно-восстановительной реакции с участием двойного оксида железа, который в данном случае проявляет восстановительные свойства за счет железа в степени окисления +2:

Уравнения реакций, соответствующих схемам превращений:

Даны вещества: хлорид железа(Ш), гидроксид натрия, бром, иодид калия. Напишите уравнения возможных реакций между

Глава 3. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА УРОКЕ ХИМИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ТЕМЫ "ЖЕЛЕЗО И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ"

Цель: дать общую характеристику железу как химическому элементу побочной подгруппы и как простому веществу; сравнить свойства важнейших соединений железа (II) и (III);

раскрыть значение железа в природе и жизни человека, используя мультимедийное приложение к уроку.

Оборудование: компьютеры, СD-диски «ХИМИЯ общая и неорганическая 10-11 класс», проектор, периодическая таблица Д. И. Менделеева, таблица растворимости веществ, ряд активности металлов, географическая карта полезных ископаемых России, путевые листы для учащихся, дифференцированные тесты; 2 чистые пробирки, магнит.

Вещества: на каждый стол: минералы (магнетит, магнитный железняк Fe₃O₃, гематит, красный железняк Fe₂O₃, лимонит, бурый железняк Fe₂O₃ · Н₂О, мрамор, корунд, яшма), Fe металлическое, Fe порошок, коллекция сплавов на основе железа, кокс, растворы: 10%-ные FeCl₃, FeSO₄ в пробирках № 1, 2, 10%-ный NaOH.

План урока:

1. Что такое мультимедиа-технологии и как их можно использовать на уроке?

2. История открытия железа.

3. Нахождение железа в природе.

4. Железо как химический элемент:

1. Особенности строения атома.

2. Степени окисления.

5. Железо как простое вещество.

1. Аллотропия железа.

2. Физические свойства. Сплавы на основе железа.

3. Химические свойства железа.

4. Получение железа в промышленности и его применение.

6. Соединения железа(II), (III): оксиды, гидроксиды, соли.

7. Значение железа в природе и жизни человека.

8. Закрепление:

1. Дифференцированное тестирование.

2. Интеллектуальная викторина.

9. Итог урока.

10. Домашнее задание.

ХОД УРОКА

I. Сообщение учителя информатики. Что такое мультимедиа-технологии и как их можно использовать на уроке?  (Приложение 7)

Учитель химии: Прежде, чем сообщить тему сегодняшнего урока, я загадаю Вам загадку, а Вы должны угадать, о чем пойдет речь на уроке.

Загадка:

Очень древний я металл,

Счёт столетьям потерял;

Наблюдатель египтянин,

Имя дал - «небесный камень»

Был нескромным я не в меру,

Тысячи лет до нашей эры.

А за блеск, мерцавший холодом,

Люди там платили золотом!

Я давно в названии века,

В организме человека.

Называют мной характер,

Из меня почти весь трактор.

Очень в яблоке полезно,

И зовут меня … (Железо).

II. Объявление темы, постановка цели. Знакомство с планом изучения темы

Учитель: Ребята, на сегодняшнем уроке Вы познакомитесь с элементом побочной подгруппы - железом: его строением атома, физическими и химическими свойствами, нахождением в природе, получением, а также значением железа в природе и жизни человека. План урока у каждого на столе. По ходу изучения Вы будете заполнять путевые листы (Приложение 2), указывающие Вам путь. Нам будет помогать мультимедийное приложение к уроку «СD: Химия общая и неорганическая».

III. История открытия железа (cообщение учащегося)

В таблице д. И. Менделеева трудно найти какой-либо иной элемент, с которым так неразрывно связывалась бы жизнь всего человечества. Нет в таблице другого такого элемента, при участии которого проливалось бы столько крови, терялось бы столько жизней, происходило бы столько несчастий. Железо известно людям примерно 5 тысяч лет. Первое железо, попавшее еще в глубокой древности в руки человека, было не земного, а космического происхождения: оно входило в состав метеоритов, попавших на нашу планету. Не случайно на некоторых древних языках оно именуется «небесный камень». Это было самородное железо, оно всегда содержит примеси Ni, поэтому оно не поддается ковке в обычных условиях. Его следует обрабатывать, как это не странно, только в холодном виде, а не разогретым, как обычное железо. Согласно легенде, оружейники, которые не знали этого секрета и не сумели отковать из «небесного камня» меч для бухарского эмира, были безжалостно казнены. Только много столетий спустя загадка металла с неба была разгадана. В XVII оружие из никелистого железа появилось у индийского раджи. Были сабли из уникального металла у латиноамериканского героя - легендарного Боливара и у российского царя Александра I. Получение железа из руды с помощью сыродутного процесса было изобретено в Западной Азии во 2-м тысячелетии до нашей эры. Период с IX-VII века до нашей эры, когда у многих племен Европы и Азии развилась металлургия железа, получил название железного века, пришедшего на смену бронзовому веку. У древних египтян железо ценилось так же высоко, как золото, и даже дороже. Недаром железные лезвия, кинжалы, бусы находили в гробницах фараонов вместе с золотыми украшениями. Один восточный деспот даже издал закон, под страхом смертной казни запрещающий, кроме него, носить сделанные из этого металла украшения. Древнегреческий географ и историк Страбон писал, что в глубине Африки жили племена, которые за слиток этого металла давали 10 слитков золота. В народе о железе говорят: «Металл - и плуг в поле, и гвоздь в доме».

Учитель химии: Существует ли самородное железо земного происхождения и в каком виде железо находится в природе? Есть ли залежи железа в нашей местности (Черноземье)?

IV. Нахождение железа в природе. (Работа картой полезных ископаемых России. Использование наглядного материала - минералов)

Сообщение учащегося.

Самородное железо земного происхождения - это редчайший каприз природы (его еще называют «теллурическим», от латинского слова «теллус» - земля). Такое железо получается в уникальных геологических условиях - там, где потоки расплавленной лавы, богатой оксидом железа, на пути своего извержения из земных глубин пересекали пласты каменного угля. И уголь восстанавливал железо до очень чистого металла, так же, как это происходит в доменных печах.

Железо - один из самых распространенных на земле элементов: на его долю приходится около 4,2% массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов) (Слайд №3., Приложение 1). . Это очень много: оно весит ученые подсчитали 755000000 миллиардов тонн, но доступно человеку лишь малое его количество. Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красные железняки (руда гематит, Fe2O3; содержит до 70% Fe), магнитные железняки (руда магнетит, Fe3О4; содержит 72,4% Fe) , бурые железняки (руда лимонит Fe₂O₃ · nH₂O) (Слайд № 4, Приложение 1) .

У гематита имеется синоним - «кровавик»; он напоминает запекшуюся кровь, с характерной чертой красного цвета.

Бурый железняк называют «болотная руда». Дело в том, что происхождение залежей бурого железняка связано с железобактериями. Железобактерии развиваются, размножаются в прудах, болотах и даже водопроводных трубах. Для своего существования они усваивают энергию окисления соединений железа, растворимых в воде. Когда бактерии отмирают, гидроксид железа(III), который содержится в них, оседает на дно водоемов. Через некоторое время это приводит к образованию «болотных руд» (именно так возникло Керченское месторождение железных руд).

В природе встречаются также большие месторождения пирита FeS₂(другие названия -- серный колчедан, железный колчедан, дисульфид железа и другие), но руды с высоким содержанием серы пока практического значения не имеют. По запасам железных руд Россия занимает первое место в мире. В морской воде 1 · 10-⁵ -- 1 · 10-⁸% железа и очень много его в рассеянном состоянии. Железноводск - это минеральный источник, содержащий соли железа.

Учитель: Покажите на карте, где находятся железные руды у нас в стране? (На Урале. Магнитогорск - магнетит, Уральские горы, горы Южной Сибири, западной и восточной Сибири, на Дальнем востоке, Европейский север, Центральное Черноземье, Халиловское месторождение.)

Уникальное месторождение железных руд (магнетита) - это Курская магнитная аномалия. (Слайд 5. Приложение 1). Железа здесь по крайней мере вдвое больше, чем во всех месторождениях мира, вместе взятых. Его запасов может хватить на многие столетия. Многие месторождения КМА расположены глубоко и их нужно осваивать. У КМА огромное будущее.

- Заполните пункт «Железо в природе» в путевом листе (Приложение 2).

Вывод: железо в природе находится в виде соединений: руд и минералов, а самородное железо встречается очень редко. Наша страна занимает 1 место по запасам железных руд.

V. Работа с мультимедийным приложением. Беседа

Железо как химический элемент

- Каково положение железа в периодической системе, и в чем особенности строения его атома?

- Найдите железо в периодической таблице и определите его местожительство: «улица, переулок, № дома, № квартиры»?

- Заполните в путевом листе колонку «Положение в периодической системе». (Приложение 2)

- В чем особенности строения атома железа? (Это d-элемент, поэтому у него заполняется d-орбиталь предпоследнего энергетического уровня).

- Посмотрите строение атома железа с помощью мультимедийного приложения «Химия» (видеофрагмент с диска по теме «Железо и его свойства).

- Зарисуйте энергетическую диаграмму (расположение электронов по орбиталям) атома Fe и запишите электронную формулу в путевых листах. Сравните со слайдом 6 (Приложение 1).

-Какова степень окисления железа?

- Запишите электронную формулу валентного энергетического уровня атома железа, ионов Fe²⁺, Fe³⁺. Сравните со слайдом № 7 (Приложение 1)

Краткий вывод: железо - d-элемент, и наиболее устойчивые его соединения со степенью окисления ⁺³, т. к. данный ион Fe³⁺ имеет наиболее устойчивый d-подуровень (5e-), а соединения Fe⁺² устойчивы в кислой среде

Железо как простое вещество. Физические свойства железа

- Присутствует ли у элемента железа явление «аллотропия»? (Просмотр видеофрагмента с СD-диска).

- Отметьте аллотропные модификации железа в путевых листах. (Приложение 2).

- Что значит изучить физические свойства железа? Познакомьтесь с металлом - железом, находящимся на Ваших столах в пробирках и опишите его свойства. Дополнительные свойства узнайте с видеоклипа о физических свойствах железа. (Слайды 8, 9, 10 (Приложение 1).

Демонстрация магнитных свойств железа.

Справка (учитель): Чистое железо - мягкий металл, ножом, сделанным из него не обстругаешь деревянную палочку. Железо, с которым имеет дело техника - это, как правило, не химически чистый металл. Оно содержит примеси и поэтому отличается по свойствам от чистого железа. Главная примесь - это углерод. (Заполнение путевого листа. Приложение 2).

Химические свойства железа

- Что значит изучить химические свойства железа? (Просмотр видеофрагмента «Химические свойства железа c демонстрацией эксперимента», заполнение путевых листов).

Краткий вывод: Химический элемент железо существует в виде 3-х аллотропных модификаций: ; по физическим свойствам чистое железо - очень мягкий металл, химически активное, при взаимодействии с сильными окислителями образуются соединения Fe⁺³, а более слабыми +2.

Получение железа в промышленности и его применение

Просмотр видеоклипа «Как получают железо в промышленности» и заполнение путевого листа) (Приложение 2).

- Каковы способы получения железа в промышленности? Каков химизм этих процессов?

- Каким способом получают очень чистое железо? (Карбонильным - 99,999%)

Учитель: Чистое железо способно быстро намагничиваться и размагничиваться, поэтому его применяют для изготовления сердечников трансформаторов электромоторов, электромагнитов и мембран микрофонов. Больше всего на практике используются сплавы железа - чугун и сталь. Примерно 90% всех используемых человечеством металлов -- это сплавы на основе железа. Железа выплавляется в мире очень много, примерно в 50 раз больше, чем алюминия, не говоря уже о прочих металлах. Сплавы на основе железа универсальны, технологичны, доступны, дёшевы. Железу еще долго быть фундаментом цивилизации.

- Обратимся к справочной таблице «Сплавы». Чем отличается чугун от стали?

- Какие бывают виды чугунов, сталей? (Демонстрация коллекции сплавов на основе железа)

- Есть ли в нашей местности поблизости металлургические комбинаты, где получают чугун и сталь? (Новолипецкий металлургический комбинат - НЛМК г. Липецк)

- Какими способами там получают чугун и сталь?

Слайд № 11 (Приложение 1).

Вывод: Способы получения железа: прямое восстановление, карбонильный метод, доменный процесс, кричный способ, мартеновский способ, конверторный способ, электротермический и термитный способы. Очень чистое железо получают прямым восстановлением и карбонильным способом. На НЛМК чугун и сталь получают доменным и электрохимическим способом.

VI. Соединения железа(II), (III): оксиды, гидроксиды, соли

1. Самостоятельная работа с компьютером, дополнительной литературой (по группам: Вариант 1 - соединения железа (II); Вариант 2 - соединений железа (III)).

(Заполнение таблицы. Приложение 3)

2. Самопроверка самостоятельной работы (друг у друга)

Блиц-опрос:

- Перечислите формулы соединений железа (II) -1-я группа, железа (III) - 2-я группа.

- Каков характер химических свойств соединений железа (II), (III)?

- Какие соединения железа амфотерны?

- Какие соединения железа являются окислителями, а какие восстановителями?

- Назовите формулу железного купороса?

- Какую формулу имеет ржавчина?

- Назовите качественные реакции на соединения железа (II), (III).

3. Экспериментальное задание: (Приложение 4)

Краткий вывод: соединения железа (II) проявляют основные свойства, а соединения железа (III) - амфотерные, в качестве реактива на ионы железа можно использовать желтую и красную кровяную соль или щелочь.

VII. Сообщения учащихся.

Значение железа в природе и жизни человека

1. Соединения железа жизненно важны для всех живых организмов. Биохимики открыли важную роль железа в жизни растений. Оно входит в состав цитоплазмы, участвует в процессе фотосинтеза. Растения, выращенные на субстрате, не содержащем железа, имеют белые листья, т. е у них не происходит фотосинтеза и они заболевают хлорозом (хлорофилл не образуется). Так от одной и той же причины -- наличия железа в соках и тканях -- весело зеленеют листья растений и ярко румянятся щеки человека.

2. Без железа была бы невозможна жизнь животного мира планеты, т. к. гемоглобин - железосодержащий красный пигмент (белок крови) - осуществляет транспорт кислорода от органов дыхания к тканям, и углекислого газа от тканей к органам дыхания. (Слайд № 12 (Приложение 1).

В организме взрослого человека содержится 4-7 г железа, 75% которого входит в состав гемоглобина (в 1 л крови -- около 450 мг железа). Кроме гемоглобина, железо также содержится в мышечном белке -- миоглобине и во многих ферментах. Какая-то часть железа (около 1%) постоянно циркулирует в плазме--жидкой части крови. Главное «депо» железа -- печень: здесь у взрослого мужчины может быть запасено до 1 г железа, а также костный мозг и селезенка. Небольшая доля железа расходуется на рост покровных тканей организма--кожи, ногтей. Оно входит в состав пигмента, окрашивающего волосы.

3. Суточная потребность человека в железе (6-20 мг) в зависимости от при интенсивной мышечной деятельности. В организм железо поступает с пищей. Железом богаты мясо, печень, яйца, хлеб, шпинат, свекла и другие. Организм усваивает только 10--20% железа от суточной потребности. Зато сахар и аскорбиновая кислота повышают усвоение железа.

При недостатке железа в организме развивается железистая анемия (малокровие), характеризующаяся снижением содержания гемоглобина в крови. Кроме того, нарушается и функция пищеварительных желез, нервной системы, мышечного аппарата. Нехватку железа устраняют приемом специальных лекарственных препаратов, а также увеличением в пищевом рационе, например, гречихи и яблок. Препараты железа применяются и как общеукрепляющие средства.

Знакомство с содержанием железа в различных продуктах по справочнику. (Слайд № 13. Приложение 1.)

Вопрос: Какие продукты богаты железом?

Задача: Ежедневный прием железа с пищей составляет в среднем 23 мг. Сколько надо съесть яблок, чтобы пополнить суточную норму железа?

Токсичность железа

Избыточная доза железа (200 мг и выше) может оказывать токсичное действие, т. е отравление. У человека появляются рвота, боли в животе, ощущение жара, снижение артериального давления, цианоз (синюшность), резкое снижение свертываемости крови, поражение печени. При вскрытии обнаруживаются кровоизлияния и диффузный некроз (омертвление) слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, массивные некрозы (омертвление ткани) печени. В связи с высоким содержанием железа в пищевом рационе отмечают сидероз печени, селезенки и связанные с ними случаи остеопороза (разрежение костного вещества) позвонков.

При отравлениях соединениями железа необходимо выпить “яичное молоко” (белок 3--4 сырых яиц взбить в 0,25 л молока) и через несколько минут вызвать рвоту. Промыть желудок водой с добавлением активированного угля, соды, крепкого чая.

Железо занимает пятое место по уровню токсичности после ртути, свинца, кадмия и мышьяка в окружающей среде. Соединения железа(II) токсичнее соединений железа (III). Вдыхание пыли, содержащей железо приводит к заболеваниям легких, сердечно-сосудистой дистонии, к снижению секреции желудка, изменению состава крови, возникновению стоматита, гастрита. Ионы тяжелых металлов, содержащиеся в водоемах, растениях, не только причиняют вред здоровью человека, но и разрушают его генофонд.

VIII. Закрепление

1. Дифференцированное тестирование (на компьютере и по карточкам) (Приложение 5)

2. Интеллектуальная викторина.

1. Назовите пословицы, связанные со словом железо.

2. Назовите выражения, связанные со словом железо.

3. Назовите планету, связанную с железом.

4. Назовите спутник Земли, в грунте которого обнаружено самородное железо.

5. Назовите краску, содержащую оксид железа.

6. Назовите заболевания, возникающие при недостатке железа в организме человека, растений.

7. Назовите заболевания, возникающие при избытке железа в организме человека.

3. А теперь загадки:

А) Я известен с давних пор и имею спрос,

Опусти меня в раствор - медный купорос.

Изменить хочу я соль, ну-ка, выйди, соизволь!

Удивительный момент: стал другим раствор!

Вытесняю элемент, не вступая в спор.

На меня взгляни, ответь. Начинаю я ржаветь.

- Какой это металл? (Железо)

*Напишите все реакции, о которых идет речь в загадке. (Для сильных учащихся) (Слайд 14. Приложение 1)

Б) От дождя я не ржавею,

Не ломаюсь, не темнею.

Как алмаз, в бою крепка,

Как лозиночка, гибка.

Если крепко закалюсь --

Никогда не отступлюсь.

Буду дерево пилить,

Резать ткань, металл сверлить,

Научусь всему свободно!

Все могу, на все пригодна --

На педаль и на пищаль,

На скрижаль и на медаль.

Такова моя мораль!

Дальше -- мой автограф: …. (Сталь)

В) Он идет на сковородки да узорные решетки,

Он совсем-совсем неловок, невоспитан и нековок ...

Он ломается, как лед и тяжел, как бегемот.

Но не врун и не болтун работяга наш - …. (Чугун)

IX. Итог урока. Объявление оценок.

X. Домашнее задание

1) §14, учебник 9 класса, Автор: О. С. Габриелян, стр. 71, № 2, 3 и стр. 73 № 2 в рабочей тетради к учебнику О.С.Габриеляна «ХИМИЯ. 9». Для сильных учащихся дополнительно №8 стр. 72.

2) Путевой лист. 3) Индивидуальное задание: Составить кроссворд о металлах. (Слайд 15. Приложение 1)

ЛИТЕРАТУРА

1. Методологические уроки. Народное образование, 1992, № 1-2, с. 53-56;

2. Понятие как логическая форма мышления. «Химия» (ИД «Первое сентября»), 1997, № 43, с. 6-7;

3. Принцип гуманизации системы оценивания знаний учащихся. Педагогика толерантности, 1997, № 1-2, с. 91-97;

4. Чи потрiбно в школi вивчати логiку? Педагогiка i психологiя, 1997, № 3, с. 211-217;

5. Реформировать не классно-урочную систему, а всю организацию жизнедеятельности школы. Педагогика толерантности, 1998, №  1, с. 16-19;

6. Дать ученику право учиться так, как он может и хочет. Педагогика толерантности, 1998, № 3-4, с. 9-14;

7. Коли науковiсть в школi стане критерiем професiоналiзму? Освiта Украпни, 2000, № 1-2, с. 8;

8. Нова модель шкiльно освiти: гуманiзацiя, демократизацiя, оптимiзацiя. Рiдна школа, 2000, № 3, с. 16-17;

9. Про деякi проблеми викладання хiмi в школi. Хiмiя. Бiологiя, 2001, № 6-7, с. 1-2;

10. Про проекти концепцi шкiльноп хiмiчноп освiти. Бiологiя i хiмiя в школi, 2002, № 1.