dok1

Бугримова Ирина Васильевна, учитель химии высшей категории МБОУ СОШ № 1
г. Ессентуки Ставропольского края
Одним из способов усвоения знаний учащимися является вовлечение их в
исследовательскую деятельность, в ходе которой они самостоятельно решают поставленные
задачи и ясно осознают изучаемое; овладевают умениями добывания новых знаний, постоянно
обращаясь к теории и эксперименту. Считаю, этот способ наиболее эффективным и часто
использую при изучении материала в старших классах.
Методическая цель: показать формы и методы организации исследовательской
деятельности учащихся, опираясь на теоретическую базу и химический эксперимент.
Тип урока: урок – исследование химического вещества.
Тема урока: « Этанол - основной представитель предельных одноатомных спиртов»
Девиз: Химия – удивительная наука, она вводит человека в мир различных веществ,
который окружает нас. Учите химию, и вы добьётесь успеха в жизни.
Цели:
- развивающие: развитие познавательных, интеллектуальных и созидательных
способностей личности, приобретение навыков самостоятельной работы в микрогруппах,
раскрытие творческого потенциала ученика; усвоение операций сравнения, анализа,
обобщения, конкретизации и систематизации;
-учебные: всесторонне исследовать и изучить этиловый спирт (строение, физические и
химические свойства, получение в промышленности и лаборатории, применение);
-воспитывающие: воспитание целеустремлённости, активности в приобретении новых
знаний, любознательности, творчества и аккуратности в выполнении задания.
Этапы урока – исследования
1. Мотивационно - ориентировочный этап
2. Операционно - исполнительский этап
3. Оценочно – рефлексивный этап
1Этап. Мотивационно-ориентировочный.
Фронтальная беседа с целью актуализации знаний по теме «Спирты»:
* какие соединения относят к спиртам?
* какова формула и название функциональной группы спиртов?
* как классифицируют спирты: по типу углеводородного радикала; по числу
гидроксильных групп в молекуле; по типу углеродного атома, связанного с гидроксильной
группой;
* какова общая формула предельных одноатомных спиртов?
* как называются первые представители гомологического ряда этого класса
спиртов?
Далее сообщаю, что предметом исследования на уроке будет этиловый спирт.
Для мотивации познавательной деятельности учащихся даю историческую справку:
«Ещё в IV в. до н.э. люди умели приготавливать напитки, содержащие этанол или винный
спирт. Вино получали сбраживанием фруктовых или ягодных соков. Однако выделять из него
дурманящий компонент научились значительно позже. В XI в. алхимики обнаружили, что при
нагревании вина образуются пары летучего вещества, которые при охлаждении
конденсируются в жидкость со жгучим вкусом. В средние века винный спирт считался одним
из сильнейших лекарственных средств, одно из его названий «жизненная вода». Впервые в XV
в. слово «алкоголь» применил к этиловому спирту основатель иатрохимии Теофраст
Парацельс. В XVIII в. А. Лавуазье установил, что в состав этанола входят углерод, водород и
кислород. Молекулярную же формулу С2Н6О определил в 1833г. Й. Я. Берцелиус».
В соответствии с современными воззрениями этиловый спирт относится к ксенобиотикам –
веществам, не содержащимся в человеческом организме, но влияющим на его
жизнедеятельность. Ксенобиотики можно разделить на 3 группы: питательные вещества,
лекарственные средства и яды. Дома Вы должны будете ответить на проблемный вопрос: К
какой группе ксенобиотиков можно отнести этиловый спирт?
Далее предлагаю самостоятельно составить план исследования данного вещества.
Учащиеся вырабатывают план решения познавательной задачи – исследование этилового
спирта:
1) строение этанола;
2) физические свойства;
3) химические свойства;
4) способы получения;
5) области применения.
Принятие учениками целей урока способствует их ориентации на конечный результат.
2Этап. Операционно- исполнительский
Класс разбивается на творческие микрогруппы (пять групп), каждая группа работает над
своим пунктом плана.
Исследование каждой группы включает: теоретический анализ, прогнозирование,
эксперимент, формулирование вывода и оформление отчёта. Кроме того, каждая группа
работает над решением проблемного вопроса или ситуации, предлагаемой мной и написанной
заранее на карточках.
СТРОЕНИЕ ЭТАНОЛА (работает 1 группа)
Теоретический анализ
Учащиеся рассматривают молекулярную, структурную и электронную формулу этанола.
Определяют вид химической связи. Рассматривают смещение электронной плотности внутри
молекулы этанола. И далее решают проблемную ситуацию, предложенную мной: «В
пространстве, оси р-орбиталей взаимно перпендикулярны, и, следовательно, величина
валентного угла СОН должна быть близка к 90 градусам. Однако с помощью физических
методов анализа доказано, что валентный угол между связями О-С и О-Н составляет 110
градусов. Какое предположение можно сделать, исходя из этого».
Прогнозирование
Учащиеся отмечают связь между гибридизацией атомов и наличием двух неподелённых
электронных пар в атоме кислорода, которые могут влиять на величину валентного угла.
Теоретическое исследование и решение проблемы
Используя учебную и научную литературу, учащиеся самостоятельно, приходят к выводу,
что атом кислорода находится в состоянии sp3- гибридизации. За счёт двух неспаренных
электронов на sp3- орбиталях он образует две ковалентные полярные связи с атомами
водорода и углерода. Величина валентного угла связи СОН близка к тетраэдрическому (110),
гидроксильная группа имеет уголковую форму. На двух других sp3-орбиталях кислород
содержит две неподелённые пары электронов. За счёт высокой электроотрицательности и
наличия двух электронных пар, на атоме кислорода сосредоточен частичный отрицательный
заряд. Атомы углерода и водорода объединены электронной плотностью и имеют частичный
положительный заряд. Таким образом, молекула этанола представляет собой полярное
соединение.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА (работа 2 группы )
Теоретический анализ
Учащиеся отмечают наличие взаимосвязи между строением вещества и его физическими
свойствами. Выстраивают логическую цепочку: структурная формула – вид химической связи
– наличие межмолекулярной связи – физические свойства.
Определяют основные характеристики физических свойств: цвет, прозрачность, плотность,
растворимость в воде, температуры кипения и замерзания.
На основе полученных данных учащиеся решают проблемные вопросы:
«Почему в гомологическом ряду одноатомных спиртов нет газообразных веществ? Чем
объясняется большая растворимость этанола в воде? Почему при смешивании одинаковых
объёмов этанола и воды, объём раствора уменьшается?»
Прогнозирование
Ученики выдвигают гипотезу, что причина всех этих особенностей кроется в образовании
многочисленных водородных связей, возникающих между молекулами спирта, а также между
молекулами спирта и воды. Это обуславливает хорошую растворимость спирта в воде.
Докажем это экспериментально.
Эксперимент
Учащиеся получают план проведения эксперимента:
1.Отмерить с помощью мерного цилиндра по 50 мл воды и спирта.
2.Смешать эти жидкости в пробирке и опустить туда термометр.
3.Измерить температуру и сделать вывод об энергетике процесса.
4.Измерить общий объём полученного раствора.
5.Объяснить результаты опыта, используя сущность понятия контракции.
Выводы и оформление отчёта.
Наличие водородных связей сказывается на физических свойствах спиртов.
1.Молекулы спирта сильно связаны между собой, по сравнению, с углеводородами, поэтому в
гомологических рядах спиртов нет газообразных веществ.
2.Водородные связи образуются между молекулами спирта и воды. Процесс этот
энергетически выгодный, происходит с выделением тепла, т.е. экзотермический.
3.Водородные связи между молекулами спирта и воды настолько велики, что происходит
уменьшение суммарного объёма раствора, его «СЖАТИЕ». Это явление называется
контракцией.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА (3 группа )
Теоретический анализ
Учащиеся, на основе анализа строения молекулы этанола и на базе материала изученного в 9
классе, прогнозируют, что этанол может вступать в реакции: с активными металлами, реакции
замещения, окисления, элиминирования. Записывают уравнения химических реакций в отчёте:
С2Н5ОН + Na;
+ СН3СООН;
+ НВr;
+ О2;
- Н2О (T меньше 140С, Н2SO4);
-H2O ( 140С, H2SO4).
Определяют тип химической реакции и условия её протекания.
Решают проблемные вопросы:
1.Если в молекуле этанола атом водорода замещается на атом металла то, можно ли считать
спирт кислотой?
2.Какую реакцию можно использовать как качественную на этанол?
Прогнозирование
Кислотные свойства вещества зависят от природы и степени окисления атома, связанного с
гидроксильной группой. Чем выше электроотрицательность и степень окисления этого атома,
тем полярнее связь О-Н, тем сильнее кислотные свойства вещества. С группой –ОН в этаноле
связан атом углерода, следовательно, этанол должен проявлять свойства кислоты.
Качественной может быть какая-либо цветная реакция. Это, как правило, реакция окисления
сильным окислителем.
Эксперимент
План проведения эксперимента 1:
1.В две чашки Петри с несколькими миллилитрами воды и этанола поместить два кусочка
натрия размером со спичечную головку.
2.Сделать выводы о скорости протекания реакции.
3.Проверить раствор спирт на изменение окраски индикатора.
План проведения эксперимента 2:
1.В пробирку налить 1 мл 4 -5 %-ного раствора бихромата калия .
2.Добавить15%- ный раствор серной кислоты до общего объёма 5 мл.
3. Разлить равные объёмы окислительной смеси в 2 пробирки.
4. В одну добавить 3 капли этанола, а в другую- изопропиловый спирт.
5. Следить за изменением цвета раствора в пробирках, если реакция не начинается, то
содержимое пробирки подогреть.
6. Сделать выводы и оформить отчёт.
Теоретическое обоснование и выводы
1. Из-за положительного индуктивного эффекта алкильного радикала кислотные свойства
спирта настолько слабы, что этанол является ещё более слабой кислотой, чем вода. Реакция
протекает медленнее, чем в воде. Этанол не вызывает изменение окраски индикатора.
2. Уже при комнатной температуре в пробирке с этанолом цвет раствора постепенно
изменяется с оранжевого на зелёный вследствие появления ионов Cr3+ . В пробирке с
изопропиловым спиртом окраска появляется только после нагревания. Следовательно, данную
реакцию можно считать качественной на этанол.
3С2Н5ОН +K2Cr2O7 + 4H2SO4 = 3CH3COH + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O.
ПОЛУЧЕНИЕ ЭТАНОЛА (4 группа)
Теоретический анализ
Для получения этанола можно использовать:
1.Реакцию гидратации этилена:
C2H4 + H2O = С2Н5ОН
2.При пропускании смеси паров этаналя с водородом над никелевым катализатором :
СН3СОН + Н2 = С2Н5ОН
3.Спиртовое брожение под действием ферментов:
С6Н12О6 = 2С2Н5ОН +2 СО2
Проблемный вопрос: Можно ли использовать для получения этанола реакцию взаимодействия
этанола с бромоводородом?
Прогнозирование
С2Н5ОН + НBr – С2Н5Br + Н2О
Эта реакция обратима, значит полезной, может оказаться обратная реакция- получение
этанола.
Следовательно, необходимо определить условия смещения равновесия в сторону образования
спирта.
Теоретическое обоснование и вывод:
Согласно принципу Ле-Шателье, можно увеличить концентрацию воды или
бромэтана. Но есть и другой подход. Можно, например, уменьшить концентрацию
бромоводорода, превратив его в другое вещество. Проще всего в соль, подействовав щёлочью:
НBr + NaOH = NaBr + H2O
Объединив две реакции в одну и запишем в обратном направлении:
С2Н5Br + NaOH
С2H5OH + NaBr
Такая реакция называется щелочным гидролизом галогеналканов. В присутствии щелочи
гидролиз практически необратим, поэтому является удобным методом получения спирта.
ПРИМЕНЕНИЕ ЭТАНОЛА (5 группа )
Теоретический анализ
1. Этанол может использоваться как топливо ( в т.ч. для ракетных двигателей). Широко
применяется как растворитель (в лакокрасочной промышленности, в производстве
товаров бытовой химии)
2. Этанол служит сырьём для химического синтеза. Получения-ацетальдегида,
диэтилового эфира, тетраэтилсвинца, уксусной кислоты, этилацетата,этилена и др.
3. В пищевой промышленности является необходимым компонентом спиртных напитков,
растворителем для пищевых растворителей.
4. В медицине этанол используется как обеззараживающее и подсушивающее средство,
для приготовления настоек лекарственных трав и. т. д.
Проблемный вопрос: Наиболее перспективным является использование этанола как
альтернативного источника топлива. Как Вы считаете, целесообразно ли это?
Прогнозирование:
Горение этанола - сильно экзотермическая реакция. При полном окислении 1 моль этанола
выделяется 1370 кДж тепла. Поэтому логично предположить использование его в качестве
экологически чистого топлива.
Теоретическое обоснование и вывод
Чистый этанол не используется в качестве топлива, его некоторая часть смешивается с
бензином. Преимущества этанола в следующем: а) понижает стоимость топлива; б)повышает
уровень октанового топлива; в) понижает выделение вредных выхлопных газов бензина; г)
этанол возобновляемое топливо ( производится из кукурузы, сахарного тростника, которые
берут свою энергию солнца, дождя, почвы ), д) горение этанола мягче для двигателя и
приводит к длительной работе последнего.
Однако не совсем ясны экологические последствия перехода на этанольное топливо. Учёные
опасаются, как бы его широкое применение не привело к росту эмиссии парниковых газов, что
способствовало глобальному потеплению. Нужно учесть ещё, что этанол высоко летучее
вещество и поэтому его нельзя транспортировать по трубам.
3.Этап ОЦЕНОЧНО- РЕФЛЕКСИВНЫЙ
Каждая группа учащихся оценивает свою исследовательскую деятельность на уроке, доводит
до сведения класса результаты исследования, сдаёт оформленные отчёты своего исследования.
Мною подводится итог урока, где я отмечаю, что ребята выполнили исследовательскую
задачу, сумели спрогнозировать и доказать особенности строения, свойства, получение и
применения столь важного вещества как этанол. Решили сложные проблемные вопросы по
своей теме. Поняли, что можно самостоятельно добывать знания, исходя из основных
теоретических предпосылок и эксперимента.
В конце урока выставляю оценку каждой группе и предлагаю в качестве домашнего задания
составить опорную схему по теме «Этанол» и напоминаю о проблемном вопросе: «К какому
виду ксенобиотиков можно отнести этанол? Ответ мотивируйте.»