Металлы главных подгрупп
I–III групп и побочных подгрупп
периодической системы
химических элементов
Д.И.Менделеева

Урок-обобщение 9 класс с углубленным
теоретическим и практическим изучением химии

Цели. Обучающая – обобщить знания учащихся об основных свойствах элементов – металлов главных подгрупп I–III групп и побочных подгрупп периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, а также образуемых ими простых и сложных веществ.
Воспитательная – воспитывать экологическую культуру (на примере последствий загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами), ответственное отношение к собственному здоровью (в связи с необходимостью или вредом поступления в организм некоторых металлов).
Развивающая – совершенствовать умения экспериментально подтверждать химические свойства веществ, на основе теоретических знаний выполнять практические задания, сравнивать, обобщать, логически рассуждать, устанавливать взаимозависимость строения и свойств веществ, работать с наглядным материалом.

ХОД УРОКА

На доске висит карта маршрута восхождения к вершине «Металлы» (рис.), на столе – образцы соединений изученных элементов.

1. Постановка целей урока

Маршрутная карта восхождения к вершине «Металлы»

Учитель. Ребята, на протяжении нескольких уроков мы прилагали усилия и готовили необходимое снаряжение (теоретические и практические знания), чтобы совершить увлекательное путешествие и покорить вершину под названием «Металлы». Для этого вам предстоит выполнить ряд заданий: пройти маршрут, состоящий из трех препятствий, обозначенных на маршрутной карте, выбрать правильный путь к намеченной цели, потом выполнить групповые задания и заполнить предлагаемую вам схему.
Итак, у нас три команды (по числу рядов в классе). Выберите своего капитана. Капитан будет координировать работу всей команды, отмечать на маршрутной карте найденный путь и называть ключевое слово, которое сложится из букв, соответствующих вашим заданиям. Капитан будет не только помогать, но и оценивать работу членов своей команды в течение всего урока.
Каждый из вас должен выполнить свое задание и внести лепту в преодоление трудностей, стоящих на пути вашего отряда. Не забывайте, что вы – команда, где все придут на помощь друг другу. У каждого из вас на парте лежит руководство к уроку (см. приложение). Как всегда, оно будет для вас хорошим помощником.
А сейчас возьмите руководство к уроку и прочтите содержание первого этапа урока (интегрирующие дидактические цели). В тетради запишите тему урока и делайте все необходимые рабочие записи. В конце урока после самоанализа своей работы и заполнения таблицы в руководстве сдадите работу учителю.

2. Интеллектуальная разминка.
Активизация мыслительной деятельности учащихся

1. Мозговой штурм. За 3 мин сочинить четверостишие из предложенных (запись на доске) слов, используя как можно больше из них.
Слова: железо, дом, марганец, хром, элемент, двойка.

(Пример четверостишия:
Марганец, железо, хром –
Из них каждый вхож в наш дом.
Кто не знает марганцовки,
Заслужил не больше двойки.)

Успешное выполнение задания можно сопроводить словами: «Ну если вы справились с таким заданием всего за три минуты, то все, что вам предстоит выполнить сегодня, вы сделаете легко и непринужденно».

2. Дайте общие названия приведенным ниже группам веществ.
а) Известняк, гипс, фосфорит, мрамор.

(Ответ. Природные соединения кальция.)

б) Литий, натрий, калий, рубидий, цезий.

(Ответ. Щелочные металлы, металлы
главной подгруппы I группы.)

в) СrО, FеО, МnО, Na₂О.

(Ответ. Основные оксиды.)

г) Na₂Сr₂О₇, (NН₄)₂Сr₂О₇, K₂СrО₄, Na₂СrО₄.

(Ответ. Cоли хромовых кислот.)

3. Исключите лишнее слово (оно подчеркнуто); напишите, что объединяет оставшиеся вещества.

а) Железо, марганец, хром, алюминий.

(Ответ. d-Элементы.)

б) Магнетит, пирит, боксит, гематит.

(Ответ. Природные соединения железа.)

в) Cr(OH)₃, Fe(OH)₃, Al(ОН)₃, Mg(ОН)₂.

(Ответ. Амфотерные гидроксиды.)

г) Хлорная известь, гашеная известь, известковое молоко, известковая вода.

(Ответ. Различные виды Са(ОН)₂.)

д) CrО₃, FеО, КМnО₄, К₂Сr₂O₇.

(Ответ. Сильные окислители,
соединения элементов
в высшей степени
окисления.)

4. С какими понятиями или явлениями по теме у вас ассоциируются следующие слова и словосочетания?

а) Кипячение воды в чайнике.

(Ответ. Устранение карбонатной
жесткости воды.)

б) Перелом конечности.

(Ответ. Гипс, используется в медицине.)

в) Покрытие ногтей лаком.

(Ответ. Защитная оксидная пленка
на поверхности Аl, Мn, Сr;
хромирование, алитирование.)

г) Человек с частой сменой настроения.

(Ответ. Элемент с переменной
степенью окисления.)

д) Кровь.

(Ответ. Железо – составная часть гемоглобина,
на его окислительно-восстановительных
свойствах основан перенос эритроцитами кислорода.)

5. В 1843 г. немецкий химик Рудольф Беттгер, который прославился как изобретатель современных спичек и взрывчатого вещества пироксилина, получил оранжево-красное кристаллическое вещество. Как обычно, он решил испытать это вещество на способность воспламеняться от горящей лучины. Насыпав на тарелку горку кристаллов, Беттгер поднес к ней горящую лучину. Перед ним предстала изумительная картина дымящего вулкана с вылетающими искрами, горка увеличивалась в размерах и приобрела зеленый цвет. (Учитель демонстрирует опыт «Вулкан».)

Вопрос. Какое вещество оранжево-красного цвета получил Беттгер и что стало с этим веществом после реакции?

(Ответ. Дихромат аммония
при горении образует зеленый
оксид хрома(III), азот и воду.)

3. Обобщающее повторение.
Металлы главных подгрупп I–III групп

Повторение проводится в форме прохождения маршрута. На работу в парах отводится 4 мин, а каждой команде – по 3 мин.
Учитель. Переходим к третьему этапу урока. Каждый из вас получил задания маршрута вашей команды и маршрутов других команд. У 1-й команды – маршрут А, у 2-й команды – маршрут К, у 3-й команды – маршрут Х.
Выполняя задания одно за другим, вы переходите от одной буквы к другой. Из букв составляется слово. Капитаны отмечают путь своего отряда на маршрутной карте.

МАРШРУТ А

Задание 1. О физических свойствах какого металла идет речь: серебристо-белого цвета, режется ножом, легкоплавкий?
1) Кальций;
2) натрий.

(Ответ. 2, буква «Т».)

Задание 2. Выберите уравнения, отражающие способы устранения постоянной жесткости воды:

а) СаSO₄ + Na₂СО₃ = СаСО₃ + Na₂SO₄;

б) Ca(НСО₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃+ 2Н₂О;

в) Ca(НСО₃)₂ + Nа₂СO₃ = СаСО₃ + 2NаНСО₃;

г) MgSO₄ + Na₂CO₃ = MgСО₃ + Na₂SO₄.

1) а, г;
2) в, г.

(Ответ. 1, буква «О».)

Задание 3. Какую степень окисления проявляет алюминий в соединениях?

1) +1, +3;
2) +3;
3) –3.

(Ответ. 2, буква «М».)

Ключевое слово – АТОМ.

Задание 1. Какие свойства проявляют щелочные металлы в химических реакциях?

1) Восстановительные
2) окислительные и восстановительные.

(Ответ. 1, буква «Р».)

Задание 2. Какие из уравнений химических реакций доказывают свойства алюминия как промежуточного элемента между металлами и неметаллами:

1) а, в;
2) б.

(Ответ. 2, буква «Е».)

Задание 3. К какому типу элементов относится кальций?

1) р-элемент;
2) s-элемент;
3) d-элемент.

(Ответ. 2, буква «М».)

Ключевое слово – КРЕМ.

Задание 1. Какую степень окисления проявляет в соединениях натрий?

1) Постоянную;
2) переменную.

(Ответ. 1, буква «Р».)

Задание 2. Какие из указанных реакций характеризуют восстановительные свойства кальция:

1) а, б, в, г;
2) только а и г.

(Ответ. 1, буква «О».)

Задание 3. Какая схема строения последнего энергетического уровня соответствует атому алюминия?

1) 3s¹;
2) 3s²3p¹;
3) 4s².

(Ответ. 2, буква «М».)

Ключевое слово – ХРОМ.

Учитель составляет на доске схему, ключевые слова в которой называют ученики.

Характеристика элементов-металлов I–III
групп главных подгрупп

• Семейство (тип элемента) – s или р.
• Число электронов на последнем энергетическом уровне (валентные электроны) – соответствует номеру группы.
• Степени окисления в соединениях – постоянные.
• Свойства простого вещества – металлические.
• Свойства соединений элементов с позиций теории окислительно-восстановительных реакций – восстановительные.
• Характер оксидов и гидроксидов – основный, у Аl – амфотерный.

4. Обобщающее повторение.
Металлы побочных подгрупп периодической системы

Повторение проводится в форме групповой работы. Капитаны становятся координаторами, организующими работу своей группы, а также отвечающими за заполнение таблицы по итогам работы. Таблицы для характеристики конкретных элементов раздают трем капитанам. Эти таблицы аналогичны той схеме, которую заполнял учитель на доске. Капитаны также принимают участие в оценке деятельности членов своей команды и всей группы в целом. На выполнение индивидуального задания отводится 5 мин. Затем учащиеся совместно заполняют таблицу, учитель обобщает результаты работы всех групп.
Ученикам, выполняющим практические задания, учитель напоминает правила техники безопасности.
Задания различаются по уровню сложности, т. е. используется дифференцированный подход в соответствии со способностями учеников.

Задания 1-й команде

Задание 1. Составьте схему распределения электронов по орбиталям в атоме железа. Определите количество валентных электронов.

(Ответ. ₂₆Fe 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²,
8 валентных электронов.)

Задание 2. Охарактеризуйте свойства простого вещества железа (тип кристаллической решетки, характер связи, физические свойства).

(Ответ. Металлическая кристаллическая решетка,
металлическая связь, = 7,87 г/см³, t_пл = 1539 °С.)

Задание 3. Какая степень окисления железа в следующих соединениях:

Fе(ОН)₂, FeСl₃, К₂FеO₄, Fе₂О₃, Fe(ОН)₃?

(Ответ. +2, +3, +6, +3, +3.)

Задание 4. Проделайте качественные реакции на ионы Fе²⁺ и Fe³⁺. К раствору Fе(ОН)₂ добавьте пероксид водорода. Объясните наблюдаемые явления. Какими свойствами обладают оксиды и гидроксиды железа(II и III)?

(Ответ.

Оксид и гидроксид железа(II) обладают основными свойствами,
оксид и гидроксид железа(III) – амфотерными.)

Задание 5. Сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах соединений железа на основании следующих химических уравнений:

(Ответ. а) Восстановительные свойства ;
б) окислительные свойства ;
в) восстановительные свойства ;
г) окислительные свойства .
Вывод. В низших степенях окисления железо проявляет
восстановительные свойства, в высших – окислительные,
в промежуточных степенях окисления проявляет двойственную
реакционную способность.)

Задания 2-й команде

Задание 1. Составьте схему распределения электронов по орбиталям в атоме марганца. Определите количество валентных электронов.

(Ответ. ₂₅Mn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²,
7 валентных электронов.)

Задание 2. Охарактеризуйте свойства простого вещества марганца (тип кристаллической решетки, характер связи, физические свойства).

(Ответ. Металлическая кристаллическая решетка,
металлическая связь, = 7,44 г/см³, t_пл = 1245 °С.)

Задание 3. Каким степеням окисления марганца соответствуют следующие соединения: Mn₂О₇, Mn(ОH)₂, Мn(ОH)₃, HМnО₄, МnO₂, H₂MnO₄, Mn₂О₃? Какие химические свойства проявляют данные соединения?

(Ответ. +7 (кислотный оксид), +2 (основный гидроксид),
+3 (основный гидроксид), +7 (кислота), +4 (амфотерный оксид),
+6 (кислота), +3 (основный оксид).)

Задание 4. Осуществите практически окислительно-восстановительные реакции между КМnО₄ и Na₂SО₃ в различных средах (кислой, нейтральной, щелочной). Объясните свои наблюдения. Чем определяется состав продуктов восстановления?

(Решение. В три пробирки наливаем розовый раствор перманганата калия,
в первую добавляем серную кислоту, во вторую – дистиллированную воду,
в третью – раствор гидроксида натрия. Затем в каждую пробирку вносим несколько кристаллов сульфита натрия. Розовый раствор в первой пробирке становится бесцветным
(ионы восстанавливаются в кислой среде до ионов Mn²⁺); во второй пробирке выпадает бурый осадок (ионы восстанавливаются в нейтральной среде до МnО₂); в третьей пробирке цвет раствора становится зеленым (ионы в щелочной среде восстанавливаются до ионов ). Следовательно, состав продуктов восстановления определяется реакцией среды. Наиболее полное восстановление перманганата происходит в кислой среде, наименьшее – в щелочной.)

Задание 5. Расставьте коэффициенты в следующих ниже уравнениях реакций методом   электронного баланса. Укажите, какие свойства (окислительные или восстановительные) проявляет марганец в данных реакциях:

MnO₂ + HCl MnCl₂ + Cl₂ + H₂O,

MnO₂ + KClO₃ + KOH K₂MnO₄ + KCl + H₂O.

(Решение.

Марганец в степени окисления +4 в зависимости
от партнера в реакции проявляет либо окислительные,
либо восстановительные свойства.)

Задания 3-й команде

Задание 1. Составьте схему распределения электронов по орбиталям в атоме хрома. Определите количество валентных электронов.

(Ответ. ₂₄Cr 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹,
6 валентных электронов.)

Задание 2. Охарактеризуйте свойства простого вещества хрома (тип кристаллической решетки, характер связи, физические свойства).

(Ответ. Металлическая кристаллическая решетка,
металлическая связь, = 7,19 г/см³, t_пл = 1890 °С,
самый твердый металл.)

Задание 3. Каким степеням окисления хрома соответствуют следующие соединения: Сr(ОН)₃, CrО₃, H₂Cr₂O₇, Cr(OH)₂, H₂CrO₄, CrO, Cr₂О₃. Какие химические свойства проявляют данные соединения?

(Ответ. +3 (амфотерный гидроксид),
+6 (кислотный оксид), +6 (кислота),
+2 (основный гидроксид), +6 (кислота)
+2 (основный оксид), +3 (амфотерный оксид).)

Задание 4. Практически докажите амфотерный характер Сr(ОН)₃. Осуществите взаимопревращения хромата K₂CrO₄ в дихромат K₂Cr₂O₇. Дайте соответствующие объяснения.

(Решение. При осторожном добавлении раствора NaOH
к раствору соли CrCl₃ выпадает серо-зеленый осадок Cr(ОН)₃:

CrCl₃ + 3NaOH = Cr(ОН)₃ + 3NaCl.

Этот осадок растворяется как в кислоте (зеленый раствор),
так и в избытке щелочи (фиолетовый раствор):

Cr(ОН)₃ + 3НCl = СrCl₃ + 3H₂O,
Cr(ОН)₃ + NaOН + 2H₂O = Na[Сr(OH)₄(H₂O)₂].

К оранжевому раствору дихромата калия приливаем немного раствора щелочи.
Раствор приобретает желтую окраску (образуется хромат калия).
В этот же раствор приливаем соляную кислоту, раствор снова становится
оранжевым (образуется дихромат калия). Следовательно, хроматы в кислой среде
ревращаются в дихроматы, а последние в щелочной
среде превращаются в хроматы.)

Задание 5. Расставьте коэффициенты в следующих ниже уравнениях реакций методом электронного баланса. Охарактеризуйте свойства соединений хрома в данных реакциях:

Cr₂(SO₄)₃ + KMnO₄ + H₂O K₂Cr₂O₇ + MnO₂ + H₂SO₄,

SO₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + H₂O.

(Решение.

В зависимости от степени окисления
хром проявляет восстановительные
или окислительные свойства.)

Характеристика элементов-металлов побочных подгрупп

• Семейство (тип элемента) – d.
• Число электронов на последнем энергетическом уровне – 1–2.
• Число валентных электронов – как правило, соответствует номеру группы (кроме VIII).
• Степени окисления в соединениях – переменные.
• Свойства простого вещества – металлические.
• Свойства соединений элементов – окислительные и восстановительные.
• Характер оксидов и гидроксидов – основный, амфотерный и кислотный.

5. Сравнение свойств элементов
главных и побочных подгрупп

Ученики. Характерной особенностью d-элементов является то, что валентные электроны у них находятся на s-орбитали внешнего и d-орбиталях предвнешнего слоя. Напротив, у элементов-металлов главных подгрупп валентные электроны занимают только внешний энергетический уровень. Эти отличия определяют переменные степени окисления d-элементов и постоянные – элементов главных подгрупп (s- и p-элементов). Строение внешнего электронного слоя атомов d-элементов примерно одинаково (1 или 2 электрона), поэтому в периоде слева направо свойства d-элементов изменяются менее резко, чем в ряду s- и р-элементов, где количество электронов на последнем слое увеличивается с ростом порядкового номера элемента.
Вместе с тем атомы элементов-металлов главных и побочных подгрупп имеют относительно невысокие энергии ионизации. Это связано с небольшим числом электронов на последнем энергетическом уровне и наличием свободных орбиталей. Иными словами, структура внешнего электронного слоя у них подобна. Поэтому и те, и другие обладают металлическими свойствами.
Следовательно, строение атомов элементов определяет их характерные свойства. Во взаимосвязи строение–свойства проявляется универсальная в природе связь. Например, в биологии существует взаимосвязь строения и функций различных органов и тканей.

6. Итоговое тестирование

Выберите правильные утверждения.

Вариант 1.

1. Щелочные металлы являются сильными восстановителями.
2. Действием соды можно устранить временную и постоянную жесткости воды.
3. Соли алюминия гидролизу не подвергаются.
4. Оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами.
5. Железу в степени окисления +3 соответствует железная кислота.
6. Соли железа(III) получают при сжигании железа в хлоре и при взаимодействии железа с разбавленными соляной и серной кислотами.
7. Соединения хрома с промежуточной степенью окисления проявляют и окислительные, и восстановительные свойства.
8. В кислой среде дихроматы переходят в хроматы.
9. Валентные электроны марганца – это 2 электрона внешнего и 5 электронов предвнешнего энергетического уровня.
10. Перманганат калия является сильным окислителем.

Вариант 2.

1. Натрий и калий получают путем электролиза растворов хлоридов и гидроксидов.
2. Составной частью негашеной извести является Са(ОН)₂.
3. На поверхности алюминия имеется тонкая оксидная пленка, предохраняющая его от дальнейшего окисления.
4. При сплавлении алюминия со щелочами образуются метаалюминаты.
5. При сгорании железа в кислороде и на воздухе в основном образуется смешанный оксид Fe₃О₄.
6. При долгом нахождении на воздухе гидроксид железа(III) превращается в гидроксид железа(II).
7. В азотной и концентрированной серной кислотах хром пассивируется.
8. Хроматы и дихроматы являются сильными восстановителями.
9. На воздухе на поверхности марганца образуется тонкая оксидная пленка, предохраняющая его от дальнейшего окисления.
10. В химических реакциях наиболее полное восстановление марганца в степени окисления +7 происходит в кислой среде.

Учащиеся обмениваются попарно работами и сверяют их с ответами на доске.
Верные утверждения:
1 вариант – 1, 2, 4, 7, 9, 10;
2 вариант – 3, 4, 5, 7, 9, 10.

По результатам тестирования рассчитывается коэффициент усвоения темы:

К_усв = (х – y)/х•100%,

где х – общее количество утверждений (х = 10), y – количество ошибок (все неверные ответы).
Коэффициент К_усв = 91–100% свидетельствует об отличном усвоении темы (оценка «5»), 80–90% – о хорошем (оценка «4»), 60–79% – об удовлетворительных знаниях (оценка «3»), менее 60% свидетельствует о том, что тема не усвоена (оценка «2»).

7. Рефлексия

Учащиеся работают по руководству к уроку, оценивают свою работу. Затем учитель поясняет значение пройденного материала (дальнейшая систематизация химических знаний; более глубокое понимание сущности и значения периодического закона; применение полученных знаний в жизни: осторожное обращение с сильными окислителями (марганцовка) и с алюминиевой посудой, чтобы предотвратить разрушение оксидной пленки чистящими средствами; потребление продуктов, богатых железом, для предотвращения анемии; использование знаний о вредном действии тяжелых металлов; развитие умений работать сообща, выделять главное).
Учитель комментирует оценки с помощью капитанов команд. Учащиеся сдают заполненные таблицы по самооценке эффективности работы на уроке.
Домашнее задание. Повторить § 47–53 по учебнику Ф.Г.Фельдмана, Г.Е.Рудзитиса, выполнить упр. 10 (а, б), с. 144.
Подсчитайте количество баллов, занесите их в сводную таблицу и оцените себя. Сравните вашу оценку с коэффициентом усвоения темы.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

Ахметов Н.С. Неорганическая химия. Учебное пособие для учащихся 8–9 классов.
М.: Просвещение, 1988;
Фельдман Ф.Г., Рудзитис Г.Е. Химия. Учебник для 9 класса средней школы.
М.: Просвещение, 1994;
Шиманович И.Е. и др. Общая химия в формулах, определениях, схемах. Справочное руководство. Под ред. В.Ф.Тикавого. Минск: Университетское, 1987;
Глинка Н.Л. Общая химия. Учебное пособие для вузов. Под ред. В.А.Рабиновича Л.: Химия, 1988; Хомченко Г.П. Химия для поступающих в вузы. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1994.

Н.В.КОРЕНЬКОВА,
учитель химии средней школы № 12
(г. Солигорск, Республика Беларусь)

ПРИЛОЖЕНИЯ

Руководство к уроку-обобщению по теме «Металлы главных подгрупп I–III групп
и побочных подгрупп периодической системы Д.И.Менделеева»