Мы на занятках у профільным 11 хімікабіялагічным класе ліцэя № 2 Мінска ў настаўніка хіміі фіналіста мінулагодняга рэспубліканскага конкурсу “Настаўнік года” Дзмітрыя Юр’евіча Коўзуна. Мэта сённяшняй пары ўрокаў — абагульненне і сістэматызацыя ведаў па тэме “Хімічныя элементы неметалы”.
Дзмітрый Юр’евіч Коўзун родам з Жодзіна, скончыў сярэднюю школу № 5. У 9 класе прыняў удзел у алімпіядзе па хіміі і з таго моманту сур’ёзна захапіўся прадметам. Паступіў на хімічны факультэт БДУ, дзе атрымаў спецыяльнасць “Хімік. Настаўнік хіміі”. Зараз педагогу 30 гадоў. Ён рыхтуе пераможцаў алімпіяд. Раз на тыдзень праводзіць з ліцэістамі інтэлектуальны турнір “Хімічны будзільнік”. З павагай адносіцца да свайго прадмета і не любіць, калі слова “хімія”, “хімічыць” ужываюць толькі ў негатыўным сэнсе. Бо хімія чалавека не толькі губіць, але і ратуе, апранае, корміць, лечыць і г.д. Выпускнікі Дзмітрыя Юр’евіча цудоўна здаюць цэнтралізаванае тэсціраванне. Ёсць і ўладальнікі запаветных 100 балаў. Педагог і сам рэгулярна прымае ўдзел у ЦТ па сваім прадмеце. І ўжо мае тры 100-бальныя сертыфікаты.
У пачатку заняткаў Дзмітрый Юр’евіч прапанаваў вучням рашыць тэставыя заданні па тэме, якія выбудаваны так, каб, правяраючы іх, можна было зразумець паслядоўнасць разбору ўсёй тэмы. Па спасылцы (запрашальным кодзе) з дапамогай смартфонаў вучні зайшлі ў інтэрнэт і, скарыстаўшыся вэб-сэрвісам Google-клас, прыступілі да работы. Вынікі кожнага вучня адлюстроўваліся на экране мультыборда. Дзмітрый Юр’евіч разабраў з вучнямі ўсе пытанні, удзяліўшы больш увагі заданням №№ 6, 8, 10, якія выклікалі цяжкасці.
1. Як правіла, простыя рэчывы неметалы ў рэакцыях выступаюць у ролі: а) акісляльнікаў; б) аднаўляльнікаў; в) не ўступаюць у акісляльна-аднаўляльныя рэакцыі; г) элементаў, якія забіраюць электроны. Тут неабходна параўнаць уласцівасці металаў і неметалаў, абмеркаваць іх размяшчэнне ў перыядычнай сістэме Д.І.Мендзялеева.
“Мы гаворым пра хімічныя элементы неметалы, якіх няшмат у перыядычнай сістэме, і яны, як простыя рэчывы, як правіла, падчас хімічных рэакцый выступаюць у ролі акісляльнікаў, — гаворыць педагог. — У пары “метал — неметал” акісляльнікам заўсёды будзе выступаць неметал. І ў рэакцыях з металамі ў элемента неметалу выяўляюцца акісляльныя ўласцівасці. Усе акісляльнікі забіраюць электроны ад іншых рэчываў, і іх знешні электронны слой становіцца падобным на электронны слой высакароднага газу”.
2. Выберыце рад, у якім усе рэчывы маюць малекулярную крышталічную рашотку. Варыянты адказаў: а) He, C40, S8, P белы; б) O2, Si, S пласт, I2; в) O3, C графіт, H2, Cl2; г) B, SiO, Si, SiC. Неабходна абмеркаваць хімічную сувязь паміж элементамі неметаламі, тыпы крышталічных рашотак, характэрныя для простых рэчываў неметалаў, і тое, на якія ўласцівасці рэчываў уплывае крышталічная рашотка.
“Хімічныя элементы неметалы размяшчаюцца ў перыядычнай сістэме вышэй і правей за “лесвіцу”, — адзначае Дзмітрый Юр’евіч. (Правы бок табліцы Мендзялеева мае лінію падзелу, якая нагадвае лесвіцу. Злева ад “лесвіцы” ляжаць металы, а справа — неметалы). — Неабходна дакладна разумець, якія тыпы хімічных сувязей крышталічных рашотак утвараюць неметалы і як адрозніць, калі іх крышталічная рашотка з’яўляецца малекулярнай, а калі — іоннай, атамнай або металічнай”. Вучні адзначылі, што металічная рашотка ў асноўным у атамаў металаў. Іонная ўзнікае паміж металамі і неметаламі. У неметалаў бывае два тыпы крышталічных рашотак — малекулярная і атамная. Як іх адрозніць? Усе злучэнні з кавалентнай палярнай альбо непалярнай сувяззю маюць малекулярную будову. Але неабходна запомніць, як выключэнне, рэчывы з атамнай будовай: бор, аксід крэмнію, крэмній, карбід крэмнію (карбарунд) — яны маюць атамную крышталічную рашотку. “Што вас магло збянтэжыць у пункце 3? — пытаецца педагог. — Гэта С графіт. Простыя рэчывы, у якіх індэксы запісаны літарамі (С графіт, С алмаз) не маюць індэкса. У іх літарамі запісана формула рэчыва, і яны маюць атамную крышталічную рашотку. У другім пункце нам не падыходзіць крэмній. У серы класічнай індэкса няма, яна мае малекулярную будову. Значыць, выключаем крэмній і розныя алатропныя мадыфікацыі вугляроду, графіт, алмаз, бор, аксід крэмнію, карбід крэмнію. Адпаведна, у першым варыянце адказу выклікае цяжкасці тое, што ў фосфару белага няма індэкса, але ён мае малекулярную будову. Таму што ў яго формула P4 (чатырохатамная малекула). І гелій, як адзін з прадстаўнікоў высакародных газаў, з’яўляецца аднаатамнай малекулай. Значыць, правільны адказ — а)”.
3. Пакажыце, якія характарыстыкі родняць вадарод з галагенамі. Варыянты адказаў: а) колькасць валентных электронаў у атаме; б) магчымасць праяўляць у злучэннях ступень акіслення, роўную -1; в) колькасць электронаў, якія адсутнічаюць да поўнага завяршэння знешняга электроннага слою; г) колькасць электронаў на знешнім электронным слоі. Найважнейшай для разумення ўласцівасцей атамаў з’яўляецца яго электронная будова: ведаючы яе, можна прадказваць, якая валентнасць характэрна для атама хімічнага элемента, якімі ўласцівасцямі валодаюць яго злучэнні (аксіды, гідраксіды і г.д.).
“Нас у першую чаргу цікавіць электронная будова атамаў”, — гаворыць Дзмітрый Юр’евіч і звяртаецца да вучня за тлумачэннем. Той адзначае, што ў атама вадароду на знешнім электронным слоі знаходзіцца адзін няспараны электрон у асноўным энергетычным стане. Вызначыць гэта можна па нумары групы (у натуральным радзе элементаў парадкавы нумар вадароду — 1). “Колькасць электронаў, якіх не хапае да завяршэння электроннага слоя, у вадароду і галагенаў роўная 1, таму і найніжэйшая ступень акіслення роўная (-1). А вось валентных электронаў у іх розная колькасць: у галагенаў — 7, а ў вадароду — 1. На знешнім слоі яны маюць адпаведна 7 электронаў і 1 электрон, якія з’яўляюцца валентнымі, — тлумачыць педагог. — Разгледзім магчымасць праяўляць у злучэннях ступень акіслення, роўную (-1). Для таго каб атаму вадароду перайсці ў найбольш устойлівую электронную будову (прыпадобіцца высакароднаму газу гелію), неабходна далучыць адзін электрон, а паколькі электроны зараджаны адмоўна, найменшая ступень акіслення вадароду роўная (-1) і супадае з такой жа ступенню акіслення ў атамаў галагенаў. Колькасць электронаў, якія адсутнічаюць да поўнага завяршэння знешняга электроннага слоя, складае 1. Нягледзячы на тое, што вадарод размяшчаецца ў першай А групе табліцы Мендзялеева, яму да завяршэння знешняга электроннага слоя не хапае 1 электрона, таму што найбліжэйшы да яго высакародны газ гелій на знешнім слоі мае толькі 2 электроны. Правільныя адказы — б) і в)”.
4. Для эфектыўнага збірання Н2 (вадароду) адкрытую прабірку размяшчаюць: а) гарызантальна; б) вертыкальна, адтулінай уніз; в) вертыкальна, адтулінай уверх; г) у любым становішчы. Гэтае пытанне аб фізічных уласцівасцях вадароду, на яго прыкладзе трэба ўспомніць фізічныя ўласцівасці астатніх неметалаў.
“Як правіла, усе элементы неметалы ўтвараюць простыя рэчывы і іх малекулы непалярныя. Таму мы гаворым, што мы можам іх збіраць. Якім чынам?” — пытаецца настаўнік. Абмяркоўваліся два спосабы збору вадароду. 1. Выцясненне паветра: калі газ лягчэйшы за паветра (параўноўваем іх малярныя масы), то збіраем дном уверх, калі цяжэйшы, то ўніз. Добры прыклад — разынкі ў манцы: яны валодаюць большай шчыльнасцю, таму асноўная іх маса знаходзіцца на дне. 2. Выцясненне вады: такім спосабам можам збіраць газы, якія складаюцца з непалярных малекул, якімі з’яўляюцца малекулы простых рэчываў неметалаў. “Мы выкарыстоўваем спосаб выцяснення вады. Памятаеце, як мы з вамі збіралі вадарод на сподачак? — згадаў Дзмітрый Юр’евіч. — Калі мы гаворым пра прабірку дном уверх альбо дном уніз, адпаведна, вадарод збіраем так, каб дно глядзела ўверх, а адтуліна была ўніз, таму што шчыльнасць у вадароду меншая, чым у паветра, яго малярная маса меншая”.
5. Якія з прапанаваных рэчываў рэагуюць з хлорам? Варыянты адказаў: KI, HF, O2, H2SO4, KOH. Пасля абмеркавання фізічных уласцівасцей простых рэчываў можна перайсці да хімічных уласцівасцей.
“Абмяркоўваючы хімію элементаў неметалаў, мы гаварылі, што, як правіла, у рэакцыях элементы неметалы выступаюць акісляльнікамі. Яны забіраюць сабе электроны, — гаворыць Дзмітрый Юр’евіч. — Таму, калі мы параўноўваем іх рэакцыйную здольнасць, напрыклад, з ёдыдам калію альбо з фторавадародам (HF), каб хлор прарэагаваў, ён павінен быць па хімічнай актыўнасці (як акісляльнік) больш моцным, чым ёд або фтор, але ён прайграе фтору. Параўноўваючы акісляльную здольнасць хлору з фторам і ёдам, відаць, што фтор больш моцны акісляльнік. Таму хлор не рэагуе з фторавадародам (HF). Ёд прайграе хлору ў барацьбе за электроны, таму хлор замяшчае ёд у рэакцыі хлору з ёдыдам калію (KI + Cl2 = KCl + I2). Кісларод я спецыяльна дадаў у пералік адказаў. Памятаем, што ўсе галагены ў рэакцыю з кіслародам не ўступаюць. Фтор — выключэнне, утварае фтарыд кіслароду. У сернай кіслаты максімальная ступень акіслення ўсіх элементаў, акрамя кіслароду, акісліць кісларод у хлору не атрымліваецца. Што тычыцца КОН, то, у залежнасці ад таго, які перад намі раствор, халодны альбо гарачы, мы атрымліваем розныя прадукты рэакцыі. Атрымалася, што з хлорам з дадзенага пераліку рэчываў рэагуе толькі KOH і KI”.
6. Выберыце рад, у якім размешчаны лятучыя вадародныя злучэнні (ЛВЗ) галагенаў у парадку ўзрастання t кіп.: а) HF, HCl, HBr, HI; б) HI, HBr, HCl, HF; в) HCl, HBr,HI, HF; г) HBr, HCl, HF,HI. Пасля вывучэння ўласцівасцей простых рэчываў пераходзім да паўтарэння ўласцівасцей ЛВЗ.
“Я рады, што, адказваючы на пытанне, вы размясцілі элементы ў парадку ўзрастання іх малярнай масы. Па сутнасці, гэта правільна, — адзначае педагог. — Мы гаворым, што, чым вышэйшая малярная маса злучэння, тым вышэйшая тэмпература кіпення. Але ў нас ёсць злучэнні, якія з’яўляюцца выключэннямі. Гэта злучэнні, у якіх ёсць сувязь вадароду з трыма найбольш электраадмоўнымі элементамі: фторам, кіслародам, азотам. Паміж малекуламі такіх злучэнняў можа ўтварацца вадародная сувязь, якая абумоўлівае анамальна высокія тэмпературы кіпення для гэтых рэчываў. Пры ўзаемадзеянні з вадародам яны здольны ўтвараць вадародныя сувязі, што абумоўлівае анамальна высокія тэмпературы кіпення і плаўлення. Таму HF пры нармальных умовах — вадкасць і размяшчаецца на апошнім месцы з самай высокай тэмпературай кіпення. Правільны адказ — в)”.
7. Пакажыце формулу аксіду з найбольш выяўленымі кіслотнымі ўласцівасцямі: P2O3, As2O3, Bi2O3, Sb2O3. Абмяркоўваем хімічныя ўласцівасці злучэнняў неметалаў.
“Электраадмоўнасць элементаў — гэта значыць, чым бліжэй яны да фтору, тым мацнейшыя кіслотныя ўласцівасці аксідаў і гідраксідаў дадзеных элементаў. Атрымліваецца, што вышэй за ўсіх у V A групе размешчаны фосфар, а значыць, яго аксід праяўляе найбольш моцныя кіслотныя ўласцівасці. Адказ — P2O3”, — гаворыць педагог.
8. Асушваць серавадарод ад вільгаці можна з дапамогай: P2O5, CuSO4, H2SO4 канц., CaCl2, SiO2. Абмяркоўваем хімічныя ўласцівасці злучэнняў неметалаў.
“Рэчывы, якія тут пералічаны, на 100 працэнтаў асушальнікі, — адзначае Дзмітрый Юр’евіч. — Напрыклад, CaCl2 і CuSO4 утвараюць устойлівыя крышталегідраты, яны любяць ваду і заўсёды яе забіраюць. ЅіО2 таксама забірае ваду. Калі вы купляеце скураныя вырабы, разам з імі ляжыць пакецік з надпісам селікагель, адзін з асноўных кампанентаў якога можна прадставіць як аксід крэмнію. Вам застаецца выбраць тое рэчыва, якое не будзе рэагаваць з серавадародам пры яго асушэнні. P2O5 і SiO2 не рэагуюць з серавадародам, бо гэта кіслотныя аксіды. CaCl2 не ўступае ў рэакцыю, бо серавадародная кіслата не можа выцесніць саляную з яе солей (саляная мацнейшая за серавадародную кіслату). У чым праблема з сернай кіслатой? Яна канцэнтраваная, а значыць, рэакцыя з серавадародам ідзе. Яна абумоўлена ўтварэннем элементарнай серы, нерастваральнай у вадзе. Яе не варта выкарыстоўваць для асушэння, бо ў працэсе рэакцыі мы страцім серавадарод. Мы павінны выбраць тыя рэчывы, якія не ўступаюць у рэакцыю. Асушэнне — гэта пазбаўленне вады, а пры ўзаемадзеянні серавадароду з вадой атрымліваецца раствор кіслаты. Іоны медзі ў растворы пры ўзаемадзеянні з сульфід (S(2-)) аніёнамі ўтвараюць устойлівы асадак, што прыводзіць да таго, што слабая кіслата выцясняе моцную, а самі трымаем гэтую рэакцыю ў галаве як выключэнне. Адказ — P2O5, SiO2, CaCl2”.
9. Пакажыце графік змены ад часу t масы m цвёрдага астатку пры награванні нітрату алюмінію. Трэба ведаць уласцівасці солей нітратаў і ўмець працаваць з графікамі.
“Усе нітраты могуць раскладацца. На што раскладаецца Al(NO3)3? Al2O3, O2 i NO2. Самае складанае ў гэтым пытанні тое, што калі ў нас ёсць нейкі кавалачак нітрату алюмінію, мы пачынаем яго раскладаць. Ён заўсёды да канца ўвесь раскладаецца? Не, часткова, — тлумачыць педагог. — І ўвесь астатак, які ў нас застаецца, — гэта Al2O3 + Al(NO3)3, які прарэагаваў або не расклаўся, і ў ходзе такой хімічнай рэакцыі заўсёды выдзяляюцца NО2 і O2. Газы ўлятучваюцца, іх у астатку няма. А значыць, маса астатку пастаянна будзе змяншацца. Значыць, вы павінны былі выбіраць паміж графікам 2 і 3, таму што мы ўлічваем і тую соль, якая заставалася, і той аксід, які ўтварыўся ў рэакцыі. Няхай мы давядзём рэакцыю да канца, у нас застанецца толькі Al2O3. Маса ў нуль ніколі не выйдзе, таму пункт 2 нас не задавальняе. Правільны адказ — 3”.
10. У значных колькасцях у растворах не могуць існаваць пары іонаў Н+ і NO3-, H+ і F-, SiO32- і Ca2+, Br- і Ag+. Гэтае пытанне з’яўляецца пераходным, абмяркоўваючы яго, трэба ўспомніць тэорыю электралітычнай дысацыяцыі, умовы праходжання рэакцый у растворы і перайсці да часткі ўрока з эксперыментам, на якім вучні, карыстаючыся якаснымі рэакцыямі, павінны вызначыць, якія іоны знаходзяцца ў пранумараваных прабірках.
“Пары іонаў, якія ўзаемадзейнічаюць паміж сабой і ўтвараюць H+ і F- — слабую кіслату, якая на іоны ў растворы практычна не распадаецца. SiO32- і Ca2+ утвараюць сілікат кальцыю, які з’яўляецца асадкам. Br- і Ag+ — гэта асадак: іоны брому і іоны серабра, якія злучаюцца, утвараюць нерастваральны брамід серабра. Значыць, гэтыя іоны не могуць адначасова знаходзіцца ў растворы. Па сутнасці, калі мы з вамі праводзім якасную рэакцыю, мы кожны раз адказваем на пытанне: якія іоны ў растворы не могуць існаваць у значных колькасцях, таму што яны ўзаемадзейнічаюць паміж сабой, утвараюць слабы электраліт, газ або асадак?”, — расказаў Дзмітрый Юр’евіч.
У лабараторнай частцы заняткаў вучням былі прадастаўлены 4 пранумараваныя прабіркі, у якіх знаходзяцца іоны I-, PO43-, SO42-, CO32-. Выкарыстоўваючы рэактывы (H2SO4, Pb(NO3)2, AgNO3), неабходна вызначыць, у якой прабірцы знаходзіцца кожны з іонаў, і запісаць ураўненне рэакцыі, якая служыць для вызначэння іона. Калі ў дзвюх прабірках атрымаліся аднолькавыя асадкі, неабходна правесці яшчэ адну дадатковую рэакцыю, каб іх адрозніць. На гэта даецца 10 мінут. Пасля завяршэння практычнай работы да канца пары вучні рашалі задачы з трэнажора па хіміі А.І.Урублеўскага (параграф 27, задачы 2, 3, 8, 11).
“Неметалы” — вялікая тэма, якую мы праходзілі ўсю папярэднюю чвэрць. Гэта вывучэнне хімічных элементаў, пачынаючы ад вадароду — першага элемента перыядычнай сістэмы хімічных элементаў, а таксама вывучэнне 4—7 груп табліцы Мендзялеева, — расказаў настаўнік. — На занятках сёння мы не праходзілі кожны асобны элемент і яго ўласцівасці, мы звярталі ўвагу на самыя цяжкія моманты, разбіралі агульныя характарыстыкі, заканамернасці, паслядоўнасці змены ўласцівасцей элементаў неметалаў. Заданне на якаснае выяўленне пры дапамозе рэактываў, калі трэба вызначыць, што знаходзіцца ў прабірках, сустракаецца часта. Падчас папярэдніх практычных работ вучні знаёміліся з тым, якая афарбоўка розных асадкаў можа ўтварыцца, якія ў прынцыпе ёсць якасныя рэакцыі на іоны. Гэта заданне высокага ўзроўню, бо два рэактывы даюць прыблізна адзін асадак і вучні павінны іх адрозніць.
Я карыстаюся электроннымі версіямі розных падручнікаў, зборнікаў задач, трэнажораў, дапаможнікаў для падрыхтоўкі да ЦТ, якія я размясціў на платформе Google-клас, і вучні пастаянна з імі працуюць. Пры неабходнасці можна займацца дыстанцыйна з дапамогай праграмы для зносін Microsoft Teams. На адных уроках я выстаўляю вучням адзнакі, а на іншых (як гэтыя) раблю ў сшытках толькі запіс “малайчына” ў выглядзе штампа, якія назапашваюцца ад урока да ўрока і ператвараюцца ў балы, падсумоўваюцца і пасля дадаюцца вучням да адзнак”.
Новыя тэмы настаўнік выкладае з апорай на папярэднія веды вучняў. Праграма вывучэння хіміі пабудавана цыклічна. Перыядычная сістэма хімічных элементаў пачынаецца з першага элемента (вадароду). Ёсць пэўны план яго вывучэння: электронная будова атама, характэрная для яго ступень акіслення, валентнасць, тыпы хімічных сувязей, якія ўтварае гэты элемент, яго крышталічная рашотка, яго агульная характарыстыка, фізічныя і хімічныя ўласцівасці і спосабы атрымання гэтага элемента, прымяненне яго або злучэнняў з гэтым элементам у жыцці. І так па кожным элеменце. Паступова інфармацыя назапашваецца, вучні паглыбляюцца ў прадмет. Можна вывучыць апорную інфармацыю і, зыходзячы з яе, выбудаваць аналогію і паслядоўнасць таго, як прыйсці да правільных адказаў на пытанні аб уласцівасцях элементаў або спосабах іх атрымання, аб тым, у якія хімічныя рэакцыі яны ўступаюць. Доследы і эксперыменты таксама з’яўляюцца абавязковай часткай праграмы вывучэння хіміі.
Надзея ЦЕРАХАВА.
Фота аўтара.
