Работа сформирует понятие о растворах, позволит рассмотреть строение молекулы воды как полярной молекулы; общие принципы растворимости в различных растворителях на основании принципа подобия; сформирует систематические знания о растворах и растворителях.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Учитель: сегодня мы с вами, ребята, поговорим о растворах и прежде всего о водных растворах. Еще алхимики, кроме поисков философского камня и эликсира жизни, пытались найти универсальный растворитель. С этой целью было проведено огромное количество опытов и выделено в чистом виде огромное количество веществ, в том числе серная кислота, уксус и др. Однако в поисках алхимики упустили такое вещество, как вода. Вода фактически является универсальным растворителем, так как из всех растворителей она растворяет наибольшее количество веществ.
Сегодня вы представляете результаты своих проектов, над которыми вы самостоятельно работали.
I I. Актуализация опорных знаний.
Учитель: прежде чем мы начнем презентацию вашей проектной деятельности, необходимо вспомнить некоторые понятия, которые вам понадобятся на протяжении урока.
Фронтальная беседа.
1) Чем являются растворы – смесями или химическими соединениями?
2) Можно ли разделить растворы на индивидуальные компоненты? Как?
3) По каким признакам можно классифицировать растворы?
4) Какие существуют типы химических связей?
5) Какая связь в молекуле воды?
III. Изучение нового материала, обобщение, систематизация, углубление знаний.
Учитель: сегодня на уроке вы узнаете много нового о растворах и воде как полярном растворителе.
Перед нами пять групп, в каждой есть капитан, который координировал деятельность участников во время подготовки проектов. У каждой группы на столах есть критерии оценивания проектов.
1-я группа презентует проект «Раствор и его компоненты».
2-я группа презентует проект «Полярные и неполярные растворители. Принцип подобия».
3-я группа презентует проект «Вода как полярный растворитель. Строение молекулы воды».
4-я группа презентует проект «Понятие о водородной связи».
5-я группа презентует проект «Роль воды как растворителя в живой и неживой природе».
Презентация проектов.
А.Защита проекта 1-й группы. «Растворы и его компоненты».
1-й ученик. Наиболее распространенными физико-химическими системами, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, являются растворы. Раствор содержит не менее двух компонентов, один из которых растворитель, а другое - растворенное вещество. Процесс растворения – это не только физическое явление, т.е. механическое перемешивание веществ. Из практики нам известно, что при растворении некоторых веществ в воде, например сульфатной кислоты, происходит разогревание. Выделение же теплоты – это признак химической реакции. (Объяснение ученика сопровождается демонстрацией растворения в воде натрий хлорида, растворение в воде сульфатной кислоты, используя правила техники безопасности при выполнении этих опытов). Учитывая сказанное, растворы можно определить так:
Растворами называют однородные системы, состоящие из молекул растворителя и частиц растворенного вещества, между которыми происходят физическое или химическое взаимодействия.
2-ой ученик. Самая характерная особенность раствора, называемого истинным, состоит в том, что растворенное вещество находится в виде атомов, ионов или молекул, равномерно окруженных атомами, ионами или молекулами растворителя. Иначе говоря, истинные растворы однофазны, т.е. в них отсутствует граница раздела между растворителем и растворенным веществом. Растворы могут существовать в любом из агрегатных состояний: газообразном, жидком или твердом. Например, воздух можно рассматривать, как раствор кислорода и других газов (углекислый газ, благородные газы) в азоте. Морская вода – это водный раствор различных солей в воде. Многие минералы – это твердые растворы.
3-ий ученик. Растворитель – это компонент раствора, который находится в том же агрегатном состоянии, что и раствор. Например, если смешать сахар (твердое вещество) и воду (жидкость), получится жидкий раствор. В данном случае вода – растворитель, а сахар – растворенное вещество. Однако, часто растворы образуются из веществ, находящихся в одинаковых агрегатных состояниях, например из спирта (жидкость) и воды (жидкость). В таком случае растворителем считается тот компонент, которого в системе больше.
Растворяемое вещество может быть в любом агрегатном состоянии. Так, в воде можно растворять соль, а можно – углекислый газ. В обоих случаях образуются однородные жидкие системы – растворы. Кроме того, в одном растворе может быть растворено несколько веществ, например морская вода.
Расскажу вам легенду «Почему много воды в море». Погнал дед к морю волов, чтобы они напились. А волы не пьют воду, а он их всё возвращает к воде, а дальше и говорит: «Что за черт. Почему они не пьют? Кажется уже им пора попить. А ладно, хоть сам напьюсь». Попробовал раз – соленая. Попробовал два – и соленая, и горькая. «Э, - говорит дед, - потому её и много, что никто её не пьёт». И погнал волов в другое место поить.
4-ый ученик. Мы знаем, что молекулы веществ находятся в беспрерывном движении. Этим объясняется явление диффузия. Диффузия – это распространение одних веществ в других.
(Проводится опыт)
Положим в стакан с водой кристаллы перманганата калия. Мы видим, что через некоторое время вода приобретает розовый цвет, невидимые частички перманганата под влиянием молекул воды оторвались от кристаллов и диффундировали в воду. Диффузия происходит медленно, но через некоторое время образуется однородный раствор. При постоянной температуре такие растворы сохраняются и не отстаиваются. Они прозрачные и могут быть разного цвета. Например, соли меди (II) голубого цвета, а соли железа (III) – бурого.
Б. Защита проекта 2 – й группы «Полярные и неполярные растворители. Принцип подобия».
1-й ученик. Все растворители можно классифицировать на полярные, малополярные и неполярные. (Работа с таблицей) .Эта характеристика во многом определяется молекулой растворителя. К полярным растворителям относятся вода, спирты, ацетон, глицерин и т.д. К неполярным – бензол, гексан, октан и т.д. К малорастворимым растворителям можно отнести сложные эфиры органических кислот. Такие вещества встречаются, например, в клее для пластмассовых изделий, в пищевой эссенции с запахом «Дюшеса».
2-ой ученик. Еще в алхимический период становления химии был открыт один из главных принципов, которым определяется растворимость веществ: подобное растворяется в подобном. Исходя из этого принципа, можно объяснить, почему некоторые вещества растворяются в одном растворителе и не растворяются в другом. Веществ, которые бы растворялись во всех растворителях , не существует.
(Учитель демонстрирует способность веществ растворятся в различных растворителях, а учащиеся данной группы делают выводы).
1) Один химический стакан необходимо наполнить водой и прилить немного бензола. Бензол не растворяется в воде, поэтому он будет плавать в виде тонкой пленки на её поверхности.
Вывод: свойства бензола очень сильно отличаются от свойств воды. Вода –
полярное вещество, а бензол – нет.
2) Два химических стакана необходимо наполнить водой и бензолом. В каждый стакан прилить небольшое количество ацетона. Ацетон растворяется и в воде, и в бензоле.
Вывод: ацетон по полярности занимает промежуточное положение между
водой и бензолом, поэтому может растворяться и в воде, и в
бензоле.
3) Три химических стакана надо наполнить водой, ацетоном и бензолом. В каждый стакан поместить небольшое количество натрий хлорида. Натрий хлорид быстро растворяется в воде, с трудом растворяется в ацетоне и не растворяется в бензоле.
Вывод: натрий хлорид – вещество с ионной связью, а ионная связь
характеризуется крайней полярностью. Натрий хлорид
растворяется в полярном веществе - воде, хуже растворяется
в менее полярном ацетоне и совсем не растворяется в неполярном
растворителе – бензоле.
4) Три химических стакана надо наполнить водой, ацетоном и бензолом. В каждый стакан поместить небольшое количество серы. В воде и ацетоне сера не растворяется и плавает на поверхности, а в бензоле сера хорошо растворяется и образует идеальный раствор.
Вывод: в молекуле серы связь ковалентная неполярная, следовательно
сера является неполярным веществом и должна растворятся в
неполярных растворителях.
3-ий ученик. И так, вещества с ионным или полярным типом связи хорошо растворимы в полярных растворителях, прежде всего в воде. Например, этиловый спирт смешивается с водой в любых соотношениях. И наоборот, растворимость кислорода в бензоле на порядок выше, так как их молекулы неполярны. Вместе с тем аммиак, молекулы которого полярны лучше растворяются в воде, чем в неполярных растворителях. По растворимости веществ получен большой экспериментальный материал, который всегда можно найти в специальных справочниках.
В. Защита проекта 3-й группы. «Вода как полярный растворитель. Строение молекул воды».
1-й ученик. Строение молекулы воды. (Работа с таблицей). Мы знаем, что молекулярная формула воды – H2O. Давайте вспомним электронную и структурную формулы воды. Итак, в молекуле воды находится два атома водорода и один атом кислорода. Кислород расположен в шестой группе главной подгруппе периодической системы Д.И.Менделеева. На внешнем энергетическом уровне в атоме кислорода имеется шесть электронов, четыре которых спарены. Два неспаренных электрона двух 2p-атомных орбиталей атома кислорода образуют с двумя неспаренными электронами двух 1s-атомных орбиталей двух атомов водорода две общие электронные пары.
Электронная формула воды: ..
H : О :
..
Н
Связь в молекуле воды ковалентная полярная. В молекуле воды две ковалентные связи.
Структурная формула воды:
H – O
׀
Н
2-ой ученик. Ковалентная связь обладает направленностью в пространстве и возникает в направлении перекрывания электронных облаков. Так как p- атомные орбитали направлены в пространстве вдоль осей координат взаимно перпендикулярно, молекула воды имеет угловое строение. Угол между связями H – O – H равен 104,5°.
Полярные молекулы являются диполями. Этим термином обозначают всякую электронейтральную систему, состоящую из положительных и отрицательных зарядов. Поэтому диполь воды можно представить таким образом
— +
3-ий ученик. Следовательно, вода является полярным растворителем. Она способна растворять твердые, жидкие и газообразные вещества. Обнаружено, что 60элементов в растворенном виде находится в воде. Расчеты показывают, что в океанской воде содержится 8 млн. т золота, 164 млн. серебра, 80 млн. т йода и др. солей. Уже сегодня из морской воды добывают хлор, золото, уран. Её называют «живой рудой».
Г. Защита проекта 4-й группы. «Понятие о водородной связи».
1-ый ученик. Между молекулами воды существует водородная связь. Название этого типа химической связи показывает, что в её образовании принимает участие атом водорода. Этот тип химической связи широко распространен в природе и играет большую роль во многих химических процессах.
Возникновение водородной связи можно объяснить действием электростатических сил. При образовании молекулы воды между атомами водорода и кислорода образуется ковалентная полярная связь. Электронное облако, первоначально принадлежащее атому водорода, сильно смещается к атому кислорода, который характеризуется высокой электроотрицательностью. В результате этого атом кислорода приобретает отрицательный заря, а ядро атома водорода (протон) почти полностью лишается электронного облака. Между протоном и отрицательно заряженным атомом кислорода соседней молекулы воды возникает электростатическое притяжение, что и приводит к образованию водородной связи. Её возникновение обусловлено тем, что протон, обладая ничтожно малыми размерами, способен проникать в электронные оболочки других атомов. В результате проявления водородной связи происходит ассоциация молекул воды и связывание их в димеры, тримеры, тетрамеры.
2-ой ученик. Мы привыкли состав воды изображать формулой H2O, но правильнее было бы состав обозначать формулой (H2O)n, где n равно 2,3,4 и т.п., так как отдельные молекулы воды соединены водородными связями, которые схематически изображают точками
H – O…H – O…H – O
| | |
H H H
Водородная связь гораздо слабее, чем ионная или ковалентная, но более сильная, чем межмолекулярное взаимодействие.
Образованием водородных связей объясняется, почему объём воды в отличие от объемов других веществ, при понижении температуры увеличивается.
Наличие водородных связей между молекулами воды мешает выпариванию воды. Солнце – сильный энергетик - оно нагревает воду везде, где она есть: в море, океане. Вода усваивает всю энергию солнца и выпаривается. Нужно много энергии, чтобы разъединить связи между молекулами воды и превратить её в пар. Нет ни одного вещества, у которого теплота выпаривания была бы больше, чем у воды.
Метеорологи подсчитали, что Солнце выпаривает на Землю за 1 минуту миллиард тонн воды. Каждую минуту водяной пар отдаёт атмосфере Земли большое количество энергии – 2,2×1018Дж. Столько энергии за такое короткое время может выработать 40 млн. электростанций. Эта энергия переходит в тепловую, она нагревает воздух. Это она переносит воду в облаках и орошает дождями поверхность Земли.
Д. Презентация проекта 5-й группы. «Роль воды как растворителя в живой и неживой природе».
1-ый ученик. Процессы растворения и сами растворы имеют большое значение в органической и неорганической (минеральной) жизни Земли, а также в науке и технике. Вода – основная биологическая жидкость и довольно инертный растворитель многих неорганических и органических веществ. Это свойство воды очень важно для всех живых организмов, которые получают питательные вещества в малоизмененном виде. Вода – это среда, где идут все химические реакции в организме. Без неё в кровь не попадают питательные вещества, в виде водных растворов они доставляются в организм и удаляют шлаки из них. Но чистая дистиллированная вода вредна, как яд, так же как солёная морская вода. Растворами являются наша лимфа, кровь и жидкости. Сок растений – это тоже раствор. Растения усваивают необходимые для их роста и развития вещества тоже в виде растворов. Питьевая вода является раствором как твердых солей, так и газов.
2-й ученик. Области применения раствора весьма обширны. Они в основном нам знакомы (схема). Это сельское хозяйство, промышленность, медицина. Широко используют водные растворы в быту. Трудно назвать какую-либо отрасль промышленного производства, где бы не применялись растворы. Так, в текстильной промышленности применяют растворы солей, кислот, красителей; в металлообрабатывающей промышленности – растворы кислот (для снятия окалины и ржавчины с поверхности металлов); в фармацевтической – растворами являются многие лекарства. Вся промышленность синтетических волокон, пластмасс связана с применением растворов. Практически ни один из процессов химической технологии не может обойтись без использования растворов. Химические и физические исследования также зачастую проводят в растворах.
3-ий ученик. Вода, которая содержит полезные для организма вещества является природным целителем. Самая лучшая вода для питья вода – природная, минеральная. Только в такой воде сберегается энергия жизни.
Большое значение имеет состав воды, а именно наличие в ней природных элементов, особенно солей Магния. Исследования показали, что в районах, где грунт богат на Магний, а также люди пьют воду, которая содержит Магний и едят фрукты и овощи, которые растут на этом грунте, мало больных на рак. Магний не только предупреждает и лечит рак, но и благотворно влияет на мышцы, нервы, сосуды.
При болезни сосудов, жировых отложений вода, обогащенная Магнием, просто необходима. Для того, чтобы сосуды были способны расширятся, необходим Магний. Поэтому, Магний в воде – снижение риска заболеваний сосудов и сердца. Нужно пить природную, лучше минеральную воду, обогащенную Магнием.
IV. Подведение итогов защиты проектов.
Учитель делает резюме после каждой защиты проекта, оценивает деятельность учащихся во время работы над проектом и во время его защиты.
Учитель. Спасибо, ребята, за прекрасную работу, проявленное творчество и оригинальный подход к своему проекту.
