Конспект урока по химии в 11 классе "Окислительно-восстановительные свойства соединений"

ГБОУ СОШ с. Хворостянка

Методическая разработка

урока химии в 11 классе

в контексте подготовки к ЕГЭ

по теме

«ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ»

Выполнила:

учитель химии

высшей категории

Рязкова Наталья Александровна

2020 год

Цель: актуализировать, систематизировать и углубить знания учащихся об окислительно–восстановительных реакциях; усвоение учащимися стандартного минимума знаний по теме.

Задачи:

Образовательные задачи:

- повторить основные понятия об окислении и восстановлении, степени окисления, окислителях и восстановителях, рассмотреть сущность окислительно-восстановительных реакций;

- совершенствовать умение учащихся выражать сущность окислительно–восстановительных реакций методом электронного баланса, закрепляя понятия процессов окисления, восстановления;

- дать представление о составлении ОВР электронно-ионным методом;

- рассмотреть классификацию окислительно–восстановительных реакций. Научить старшеклассников определять признаки, положенные в основу классификации окислительно–восстановительных реакций, и различать реакции межмолекулярные, внутримолекулярные, дисмутации;

- совершенствовать практические навыки при выполнении лабораторных опытов;

- познакомить учащихся с заданиями ЕГЭ, проверяющие данные элементы содержания.

Развивающие задачи:

- способствовать формированию и развитию познавательного интереса учащихся к предмету;
- формирование умений анализировать, сопоставлять, и обобщать знания по теме.
Воспитательные задачи:

- воспитание осознанной потребности в знаниях;
- развитие любознательности;

- воспитание активности и самостоятельности при изучении данной темы, умения слушать своих одноклассников.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование и реактивы: растворы KMnO₄, H₂SO₄, Na₂SO₃, КOH_(конц). Пробирки лабораторные, спиртовка, пробиркодержатель, лучинка. ПСХЭ Д.И.Менделеева, персональный компьютер, медиапроектор.

План урока.

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний

3. Повторение и обобщение изученного ранее материала. Объяснение новой темы.

4. Закрепление.

5. Домашнее задание.

Форма организации работы с учащимися: фронтальная, индивидуальная

Методы обучения: частично - поисковый

1. Общий метод (частично – поисковый).

2. Частный метод (словесно – наглядно – практический).

3. Конкретный метод (объяснение с элементами беседы).

Ход урока

1. Организационный момент (cообщение темы, постановка цели и задач урока)

2. Актуализация знаний (учитель показывает значение окислительно-восстановительных реакций).

Окислительно-восстановительные реакции чрезвычайно распространены. Они играют огромную роль в процессах обмена веществ в живых организмах. С ними связано дыхание, гниение, брожение, фотосинтез. Окислительно-восстановительные реакции обеспечивают круговорот веществ в природе. Их можно наблюдать при сгорании топлива, коррозии и выплавке металлов. С их помощью получают щелочи, кислоты, соли, оксиды и многие другие важнейшие соединения, необходимые человечеству. Окислительно-восстановительные реакции лежат в основе преобразования энергии взаимодействующих химических веществ в электрическую энергию в аккумуляторах, гальванических элементах.

Таким образом, тема урока «Окислительно-восстановительные реакции» интересна своей практической направленностью. И является важным компонентом знаний выпускников средних школ, проверяемых заданиями теста ЕГЭ. Предлагаю построить наш урок в контексте подготовки к ЕГЭ.

1. Повторение и обобщение изученного ранее материала

Учитель проецирует на экран демонстрационный вариант ЕГЭ по химии 2020 года. И организует беседу, направленную на актуализацию важнейших опорных знаний о степени окисления, понятий теории ОВР.

А 4. Степень окисления +7 хлор имеет в соединении 1) Ca(ClO2)2 2) HClO3 3) NH4Cl 4) HClO4

- Что такое степень окисления?

Степень окисления – это условный заряд атома химического элемента в соединении, вычисленный исходя из предположения, что оно состоит только из ионов. (Степень окисления может быть положительной, отрицательной или равняться нулю, что зависит от природы соответствующих соединений.)

- Вспомните алгоритм определения степени окисления химического элемента в неорганических соединениях.

(на примере выполнение задания №3 учащиеся вспоминают правила определения степени окисления элемента в неорганических соединениях)

Затем для закрепления умения определять степень окисления элементов по формулам соединений, учитель организует самостоятельную работу.

Самостоятельная работа (фронтальная письменная работа, 1 ученик выполняет задание у доски)

Задание 1. Определите степени окисления элементов в заданных формулах бинарных соединений. Назовите вещества, формулы которых: SiF₄, P₂O₃, As₂O_5, CaH_2, Li₃N, OsF_8, SiCl_4, H₃P, SCl_4, PCl_3, H₄C, H₃As, SF₆, SnBr₄, AlN, Sb₂O₅, K₂O₄.

Задание 2

Определите степени окисления элементов в соединениях, формулы которых: NH₄Cl, KCrO_2, Fe(OH)_2, BaHPO₄, AlOHCl₂, K₂MnO₄, HClO₃, NaAsO₂, NH₄HSO₃, K₂CrO₄, NH₄ClO_4.

Учитель напоминает, что в сложном ионе алгебраическая сумма степеней окисления атомов равна заряду иона, и предлагает учащимся выполнить следующее задание.

Задание 3.

Определите степень окисления элементов в ионах: Cr₂O , SO , P₂O , NH , ClO , BrO , CrO , AsO , BrO .

№21. Установите соответствие между уравнением реакции и свойством элемента азота, которое он проявляет в этой реакции. УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ СВОЙСТВО АЗОТА А) NH4HCO3 = NH3 + H2O + CO2 1) является окислителем Б) 3СuO + 2NH3 = N2 + 3Cu + 3H2O 2) является восстановителем В) 4NH3 + 5O2 = 4NО + 6H2O 3) является и окислителем, Г) 6Li + N2 = 2Li3N и восстановителем 4) не проявляет окислительно- восстановительных свойств

- Определите понятие «окислитель».

Окислитель – частица, принимающая электроны.

- Определите понятие «восстановитель».

Восстановитель – частица, отдающая электроны.

- Что называется процессом восстановления? Как изменяется степень окисления элемента при восстановлении?

Восстановление – процесс принятия электронов, при этом степень окисления элемента понижается.

- Что называется процессом окисления? Как изменяется степень окисления элемента при окислении?

Окисление - процесс отдачи электронов, при этом степень окисления элемента повышается.

Задание 4 .

(Учащиеся выполняют задание по вариантам, после выполнения – самопроверка с ответами, показанными учителем на экране).

Какие из перечисленных ниже процессов представляют собой: окисление (О), какие – восстановление (В)? Определите число отданных или принятых электронов.

Вариант I Вариант II Вариант III Вариант IV

1. Cl 2Cl^-1 1. Se⁰→Se^-2 1. 2H⁺¹→H 1. Fe⁰→ Fe⁺³

2. S^-2 → S⁰ 2. Cu⁺² → Cu⁰ 2. Fe⁰→ Fe⁺² 2. N⁺⁵ → N⁺³

3. Cs⁰ → Cs⁺¹ 3. Cr⁰ → Cr⁺³ 3. Fe⁺²→ Fe⁺³ 3. N⁺³ → N⁺⁵

4. Sn⁺² → Sn⁺⁴ 4. H → 2H⁺¹ 4. S⁺⁴ → S⁰ 4. Cu⁺² → Cu⁰

5. Fe⁺³→ Fe⁺² 5. 2O^-2 → O 5. S⁺⁴ → S⁺⁶ 5. Sn⁺⁴ → Sn⁺²

6. Ni⁰ → Ni⁺² 6. Cr⁺⁶ → Cr⁺³ 6. S⁰ → S⁺⁴ 6. H → 2H⁺¹

Ответы:

Вариант I Вариант II Вариант III Вариант IV

О: 2,3,4,6 О: 3,4,5 О: 2,3,5,6 О: 1,3,6

В: 1,5 В: 1,2,6 В: 1,4 В: 2,4,6

В результате выполнения этой работы учитель предлагает учащимся сформулировать

Правила определения функции соединения в ОВР (записывают в тетрадь).

1. Если элемент проявляет в соединении высшую степень окисления, то это соединение может быть окислителем.

2. Если элемент проявляет в соединении низшую степень окисления, то это соединение может быть восстановителем.

3. Если элемент проявляет в соединении промежуточную степень окисления, то это соединение может быть как восстановителем, так и окислителем.

Задание 5.

Предскажите функции веществ в окислительно-восстановительных реакциях: H₂SO₄, SO₂, S, H₂S.

Ответ.

H₂ O₄ – окислитель, так как элемент сера проявляет в данном соединении высшую степень окисления (+6).

H₂ - восстановитель, так как элемент сера проявляет в данном соединении низшую степень окисления (-2).

O₂, - окислитель и восстановитель, так как элемент сера проявляет в данном соединении промежуточную степень окисления

Углубление и расширение знаний.

Учитель знакомит учащихся с некоторыми важнейшими восстановителями и окислителями, предлагает провести лабораторный опыт, предварительно вспомнив правила техники безопасности).

Важнейшие восстановители: HCl; HBr; NH₃; H₂S; MnSO₄; из простых веществ – С, Н₂, металлы.

Важнейшие окислители: H₂SO₄; HNO₃; KMnO₄; K₂MnO₄; HClO₄; K₂Cr₂O₇; K₂CrO₄ и др.; некоторые простые вещества O₂; F₂; Cl₂; Br₂; S

Лабораторный опыт (инструкция для учащихся)

Опыт 1. Налейте в пробирку немного раствора KMnO₄, добавьте к нему концентрированный раствор щелочи, затем раствор сульфита натрия и взболтайте. Что наблюдаете? Обратите внимание на изменение цвета раствора. Составьте схему проведенной реакции.

KMnO₄ + KOH + Na₂SO₃ → K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

Учитель:

- Как уравнять данную реакцию? Как называются реакции, в которых степень окисления элементов изменяется?

- Окислительно-восстановительные реакции.

(Учитель демонстрирует на экран задание 30 и предлагает учащимся сравнить его со схемой составленной ими реакции)

Для выполнения заданий 30, 31 используйте следующий перечень веществ: сульфит натрия, гидрокарбонат аммония, перманганат калия, дихромат калия, серная кислота, гидроксид калия. Допустимо использование водных растворов этих веществ. №30. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми протекает реакция с изменением цвета раствора. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель в этой реакции

Учитель:

- в отличие от заданий базового и повышенного уровня, выполнение которых основано на умении определять степени окисления элементов и знании ОВР, в заданиях высокого уровня предлагается составить достаточно сложное уравнение ОВР методом электронного баланса.

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса

Учитель:

- Метод основан на сравнении степеней окисления атомов в исходных веществах и продуктах реакции и на балансировании числа электронов, смещенных от восстановителя к окислителю. Применяется метод для составления уравнений реакций, протекающих в любых фазах. В этом универсальность и удобство метода.

Учитель предлагает учащимся рассмотреть алгоритм составления уравнений ОВР методом электронного баланса (приложение 1).

Учащиеся уравнивают схему реакции

2K O₄ + 2KOH + Na₂ O₃ → 2K₂ O₄ + Na₂ O₄ + H₂O

Mn⁺⁷ + 1 → Mn⁺⁶ 2 вос-ся, ок-тель

2

S⁺⁴ - 2 → S⁺⁶ 1 ок-ся, вос-тель

и выполняют следующий лабораторный опыт.

Лабораторный опыт (инструкция для учащихся)

Опыт 2. К 1-2 мл раствора KMnO₄ добавьте воду и затем раствор сульфита натрия. Что наблюдаете? Как изменился цвет раствора? Составьте уравнение реакции методом электронного баланса.

2K O₄ + H₂О + 3Na₂ O₃ → 2 O₂↓ + 3Na₂ O₄ + 2КОH

Mn⁺⁷ + 3 → Mn⁺⁴ 2 вос-ся, ок-тель

6

S⁺⁴ - 2 → S⁺⁶ 3 ок-ся, вос-тель

Опыт 3. К 1-2 мл раствора KMnO₄ добавьте несколько капель серной кислоты, затем осторожно взбалтывая раствор сульфита натрия. Что наблюдаете? Обратите внимание на изменение цвета раствора. Составьте уравнение реакции методом электронного баланса.

2K O₄ + 3H₂SO₄ + 5Na₂ O₃ → 2 SO₄ + 5Na₂ O₄ + К₂SO₄ + 3H₂O

Mn⁺⁷ + 5 → Mn⁺² 2 вос-ся, ок-тель

10

S⁺⁴ - 2 → S⁺⁶ 5 ок-ся, вос-тель

Учитель:

- Итак, при составлении уравнений реакций, мы использовали метод электронного баланса. Несмотря на его универсальность, он имеет недостатки. Так, при выражении сущности реакций, протекающих в растворах, не отражается существование реальных частиц. Поэтому, в случае очень сложных ОВР, когда участвуют в качестве окислителя и восстановителя не просто атомы или ионы, а частицы с определенным зарядом, используют электронно–ионный метод составления ОВР. Учащимся, которые при поступлении в вуз будут сдавать экзамен по химии, этот метод следует знать. При составлении ОВР таким методом обязательно знание среды ОВР (кислая, щелочная, нейтральная).

Электронно–ионный метод дает возможность в конечном итоге выйти практически сразу на все коэффициенты уравнения. Почему электронно–ионный? Так как большинство ОВР происходят в растворах, среда может быть щелочной, нейтральной, то все вещества в растворах находятся в виде катионов и анионов, т.к. прошла их диссоциация. В схеме баланса записываются не отдельные элементы, а катионы и анионы, в состав которых они входят. Вещества, которые не диссоциируют, записываются молекулярной формулой. Обязательно учитываются количество кислородных атомов в этих частицах и самое главное – среда. Если время урока позволяет, то учащимся можно показать этот метод на определенной ОВР.

Na₂ O₃ + K O₄ + H₂SO₄ → SO₄ + Na₂ O₄ + К₂SO₄ + H₂O

вос-тель ок-тель среда

Общий ионный вид:

частица частица кислая

с недостат- с избыт- среда

ком «О» ком «О»

2

(-1+8 = +7) +2

10

5

(-2+0 = -2) (-2+2 = 0)

________________________________________________________________

6Н⁺ 3Н₂О

Полученные коэффициенты переносим в уравнение:

5Na₂ O₃ + 2K O₄ + 3H₂SO₄ → 2 SO₄ + 5Na₂ O₄ + К₂SO₄ + 3H₂O

- Также для уверенного составления уравнений ОВР необходимо знать их классификацию. Различают три типа окислительно-восстановительных реакций.

Классификация окислительно-восстановительных реакций

Окислительно-восстановительные реакции

межмолекулярные внутримолекулярные реакции

реакции реакции диспропорционирования

Межмолекулярные ОВР – это такие реакции, в которых обмен электронами происходит между различными атомами, молекулами, ионами (окислитель и восстановитель находятся в разных молекулах, частицах).

C⁰ + O = C⁺⁴O Cl + 2KBr^- = Br + 2KCl^-

C⁰ – восстановитель; O - окислитель Cl - окислитель; Br^-– восстановитель

Внутримолекулярные ОВР – реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в одном и том же веществе (молекуле, частице).

= O ↑ +

N⁺⁵- окислитель; O^-2 – восстановитель Hg⁺²- окислитель; O^-2 – восстановитель

Реакции диспропорционирования – реакции, где молекулы или ионы одного и того же вещества реагируют друг с другом как восстановитель и окислитель, вследствие того что содержащиеся в них атомы с переменными (промежуточными) степенями окисления отдаю и принимают электроны переходя в состояния – один с низшей с.о., другой с высшей с.о.

Легкость реакции диспропорционирования связана с близостью внешнего энергетического уровня в состоянии атома.

3K₂ O₃ + 3K₂ O₃ = 3K₂ O₄ + K₂

- окислитель; – восстановитель - окислитель; - восстановитель

Закрепление изученного материала.

Учащиеся предлагается выполнить задания, подобранные из контрольно-измерительных материалов ЕГЭ, открытого банка заданий ЕГЭ и аналитического отчета о результатах ЕГЭ 2019.

Если есть доступ к сети Интернет, то можно воспользоваться материалом открытого банка заданий с сайта ФИПИ http://www.fipi.ru/ он-лайн.

1. Только окислительные свойства способен проявлять

1) кислород

2) фтор

3) хлор

4) азот

2. Сера проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства при взаимодействии с

1) водородом и железом

2) углеродом и цинком

3) хлором и фтором

4) натрием и кислородом

3. Сера является окислителем в реакции с

1) кислородом

2) металлами

3) хлором и фтором

4) азотной кислотой

4. Только восстановительные свойства проявляет

1) фосфор

2) бром

3) цинк

4) сера

5. В окислительно-восстановительной реакции Cu+HNO₃(разб)→Cu(NO₃)₂+NO+H₂O коэффициент перед окислителем

1) 8 2) 10 3) 6 4) 4

6. Окислительно-восстановительной не является реакция

1) 2Na + Cl₂ = 2NaCl

2) 2NaCl + H₂SO₄ = Na₂SO₄

3) Zn + 2HCl = ZnCl₂ + Н₂

4) Н₂C = O + 2Ag₂O = 4Ag + CO₂ + H₂O

7. Азот является восстановителем в реакции

1) N₂ + O₂

2) N₂ + H₂

3) N₂ + Mg

4) N₂ + C

В2. Установите соответствие между уравнением реакции и формулой вещества, которое в данной реакции является окислителем. УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ ОКИСЛИТЕЛЬ А) H2S + I2 = S + 2HI 1) I2 Б) 2S + С = СS2 2) SO3 В) 2SO3 + 2KI = I2 + SO2 + K2SO4 3) S Г) S + 3NO2 = SO3 + 3NO 4) HI 5) H2S 6) NO2

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции

KNO₂ + … + H₂SO₄ → I₂ + NO + … + …

Определите окислитель и восстановитель.

На конкретных примерах найдите ошибки, допущенные учащимися при выполнении данного задания.

(допущены ошибки при указании окислителя и восстановителя)

В данном случае выпускник в качестве вещества восстановителя указал HI вместо KI. Хотя KI тоже обладает восстановительными свойствами и поэтому можно считать, что ответ не противоречит химической сущности условия задания. Однако, в ответе присутствует ошибка в определении окислителя и восстановителя.

Домашнее задание.

1. В домашних условиях при попадании ртути в труднодоступные места предлагают использовать раствор перманганата калия в кислой среде (аптечный пузырек «марганцовки» (2г) растворить в 1 л воды и добавить 0,5 столовой ложки уксуса). Составить уравнение связывания ртути методом электронного баланса (вместо уксусной кислоты взять соляную).

Hg + KMnO₄+ HCl → HgCl₂+ KCl + MnO₂ + H₂O

1. Составить ОВР методом электронного баланса; для учащихся, выбравших ЕГЭ по химии - двумя методами:

KMnO₄ + H₂SO₄ + Na₂S → MnSO₄ + Na₂SO₄ + К₂SO₄ + H₂O+ S

Ответ:

а) электронный баланс:

Mn⁺⁷ + 5 → Mn⁺² 2 вос-ся, ок-тель

10

S^-2 - 2 → S⁰ 5 ок-ся, вос-тель

2KMnO₄ + 8H₂SO₄ + 5Na₂S → 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + К₂SO₄ + 8H₂O+ 5S

б) электронно–ионный метод:

S^-2 +Mn +2H⁺ = S⁰ + Mn⁺² + H₂O

5

10 это коэффициенты в уравнении

2

______________________________________

2MnO + 16H⁺ + 5S^2- →2Mn²⁺ + 8H₂O + 5S⁰

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Приложение 1.

Алгоритм составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Последовательность действий	Примеры
Составить схему химической реакции	KClO3→KCl + O2
Определить и расставить степени окисления элементов
Выбрать элементы, изменившие степень окисления. Выписать их и показать схематично переход электронов (составить электронный баланс).	+ 6 = 2
Найти наименьший общий множитель и определить коэффициенты перед окислителем и восстановителем	+ 6 = 2 вос-ся, ок-ль 6 2 3 ок-ся, вос-тель
Расставить коэффициенты из электронного баланса.	2KClO3→2KCl + 3O2
Сравнением числа атомов каждого элемента в правой и левой части уравнения реакции определить и проставить недостающие коэффициенты.

Анализ проведенного урока.

В результате проведения данного урока удалось достичь поставленной цели. Урок построен на основе разбора заданий ЕГЭ по теме «Окислительно-восстановительные реакции». Во время занятия учащиеся повторили основные понятия об окислении и восстановлении, степени окисления, окислителях и восстановителях, совершенствовали умение составлять ОВР методом электронного баланса, познакомились с методом полуреакций, классификацией ОВР.

Урок получился достаточно насыщенным и объемным, как теоретическим материалом, так и практическим, с использование химического эксперимента. Считаю рациональным проведение сдвоенных уроков. Первый: урок – лекция, второй: урок – упражнение.

Закрепление также было построено на примере заданий ЕГЭ, подобранных из контрольно-измерительных материалов ЕГЭ 2019 года и предыдущих лет, открытого банка заданий ЕГЭ. Причем, приведены примеры ошибочных ответов выпускников в задании 30, взятые из аналитического отчета о результатах ЕГЭ 2019. Учащимся необходимо было найти эти ошибки и исправить.

Практически со всеми заданиями базового и повышенного уровня учащиеся справились успешно. Затруднения вызвали задания 30. Считаю, что для отработки навыка составления уравнений ОВР с участием неорганических веществ, особенно электронно-ионным методом недостаточно 1-2 уроков. Поэтому задания подобного рода (высокого уровня) мы отрабатываем на элективных занятиях дополнительно.