Щелочные металлы. Нахождение в природе. Физические и химические свойства. Применение

1 «Щелочные металлы. Нахождение в природе. Физические и химические свойства. Применение» (урок-расследование, 9 класс) Звягинцева Ольга Викторовна, учитель химии Цель урока: опираясь на знания учащихся об общих свойствах металлов, глубже осмыслить общие и специфические свойства металлов I группы главной подгруппы. Ознакомить с распространением в природе и биологической ролью в организме человека. Задачи урока: Образовательные: формирование знаний учащихся о щелочных металлах как типичных металлах, понятия о взаимосвязи строения атомов со свойствами (физическими и химическими). Воспитательные. Воспитывать интерес к предмету, умение работать в группе, ответственность за результаты своей работы. Воспитание толерантности. Развивающие. Развивать логическое мышления путём сравнения, обобщения, анализа, систематизации; познавательную деятельность. Развивать навыки общения, совершенствование умения работать в группе, Тип урока: урок усвоения новых знаний Форма проведения: ролевая игра «Урок - расследование» Методы: словесный (рассказ, беседа), наглядный, проблемно-поисковый, практический (демонстрация опыта), самостоятельная работа учащихся, работа в группах, контроль знаний. Форма работы: работа в малых группах. Учащиеся должны знать: строение атомов, общие физические и химические свойства металлов. Учащиеся должны уметь: составлять уравнения реакций, которые иллюстрируют химические свойства металлов. Учащиеся должны научиться: Характеризовать строение атомов щелочных металлов на основании положения в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева; Устанавливать зависимость между строением атомов и восстановительными свойствами щелочных металлов; Устанавливать взаимосвязь между строением щелочных металлов и их физическими свойствами; Составлять уравнения реакций между щелочными металлами и простыми (кислородом, галогенами, водородом, азотом, серой) и сложными (водой) веществами; Рассматривать данные реакции как окислительно-восстановительные, называть продукты реакции; Оборудование: мультимедийный проектор компьютер, СД-диск «Виртуальная лаборатория», коллекция щелочных металлов, Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, электрохимический ряд напряжений металлов, презентация. Демонстрация: окраска пламени ионами щёлочных металлов. План урока: I. Организационный момент. I I. Мотивация. ІІІ. Актуализация опорных знаний ІV. Цели и задачи урока. V. Изучение нового материала. 1. Положение щелочных металлов в периодической системе 2. Физические свойства

2 3. Химические свойства 4. История открытия 5. Распространение в природе 6. Биологическая роль 7.Применение VI. Обобщение и систематизация знаний (тестирование) VII. Подведение итогов. Обсуждение и выставление оценок. VIII. Рефлексия. IX. Домашнее задание Девиз урока: Ум заключается не только в знаниях, но и в умении применять знания в деле Аристотель. I. Организационный момент. I I.Мотивация Учитель: на предыдущих уроках вы изучили физические и химические свойства металлов, их положение в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, получение и применение. Читает стихотворение Ефима Ефимовского: Металл это точность. Металл это прочность, Скорость, высота, Блеск и красота. Не сразу в дом пришел металл, Не сразу ложкой, вилкой стал. Не сразу стал он кружкой И заводской игрушкой. Был путь металла долог: Сперва пришел геолог. Нашел он гору - в ней руда. И горняки пришли туда. И машинист дает гудок К печам руду доставит в срок. И металлический ручей Течет из огненных печей. Еще работе не конец: Придут и токарь, и кузнец, Слесарь и штамповщик, Сварщик, фрезеровщик. И каждый вложит труд в металл, Чтобы металл трудиться стал. Он в проводах несет нам свет, Металл коньки, велосипед, Метро, трамвай, будильник, Утюг и холодильник. ІІІ. Актуализация опорных знаний. Беседа: 2

3 положение металлов в ПС. Общая характеристика изменение металлических свойств в периоде и группе от чего зависят физические свойства (от строения кристаллической решетки) тип кристаллической решетки (металлическая) вид химической связи (металлическая) физические свойства химические свойства Ме свойства усиливаются Тест «Убери лишнее о металлах) Убери лишнее о металлах У атомову металлов атомов металлов на внешнем на уровне электрона. электрона. Металлы проявляют окислительные свойства. Для металлов Для металлов характерна металлическая кристаллическая решетка. решетка. По сравнению Металлы с атомами обладают неметаллов, электропроводностью у атомов металлов и теплопроводностью. радиус атомов больше При взаимодействии с кислородом металлы принимают электроны. Все металлы активно взаимодействуют с кислотами. Металлы Металлы Сu, Au, Сu, AgAu, неag взаимодействуют не с водой даже при при нагревании. Активность металлов в периоде возрастает слева направо. Какой металл самый самый (викторина) 1. Самый легкий металл Li (p= 0,53 г/см 3 ) 2. Самый тяжелый металл Os (p= 22,5 г/см 3 ) 3. Самый легкоплавкий металл Cs (t пл = 28,5 0 С) 4. Самый тугоплавкий металл W (t nл = С) 5. Самый мягкий металл Cs 6. Самый твердый металл Сг Li Os Самый легкий металл Cs (p= 0,53 г/см 3 ) Самый тяжелый металл (p= 22,5 г/см 3 ) Самый легкоплавкий металл (tпл= 28,5 0 С) Сг W Cs ІV. Цели и задачи урока. Самый тугоплавкий металл (tnл= С) Самый мягкий металл Самый твердый металл Урок начинается с игры, в ходе которой формулируется тема, цели и задачи урока. Задание. О каких металлах идет речь в этой загадке? Мать моя зовется солью, Электролиз мой отец, 3

4 Я с водою агрессивный И очень вспыльчивый делец! Мать моя зовется солью, Электролиз мой отец, Я с водою агрессивный И очень вспыльчивый делец! А здесь о чем речь? Электрон на внешнем слое Еле держится у нас. Мы, себя не беспокоя, Отдаём его тот час. Нас активней нету, братцы, Это знают все давно. Нас ножом разрезать можно, Щёлочь мы с водой даём. Электрон на внешнем слое Еле держится у нас. Мы, себя не беспокоя, Отдаём его тот час. Нас активней нету, братцы, Это знают все давно. Нас ножом разрезать можно, Щёлочьмысводойдаём. Объявляется тема урока, цели и задачи. LOGO V. Изучение нового материала Учитель: Работать мы будем в группах постоянного состава, а помогут вам в работе задания в инструктивных картах на столах. (Учащиеся предварительно разбиваются на 5 групп: историков, химиков, физиков, географов и биологов). ДЕВИЗ: «Собраться вместе это начало. Держаться вместе это прогресс. 4

5 Работать вместе это успех.» Генри Форд Работа в группах (5 мин.) Обсуждение (20мин.) 1.Положение щелочных металлов в периодической системе Металлы IА-группы Задание: охарактеризовать положение щелочных металлов в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. 1) Место щелочных металов в ПС? 2) Какие химические элементы составляют группу щёлочных металов? 3) Почему это семейство называется щелочными металлами? К щелочным металлам относятся литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. В периодической системе они расположены в главной подгруппе I группы (1-А группа) 4)Напишите электронно-графические и электронные формулы атомов Na и K. 5)Дайте общую характеристику щелочных металлов Учащиеся: Общая характеристика щелочных металлов К щелочным металлам относятся литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. В периодической системе они расположены в главной подгруппе I группы. Все щелочные металлы имеют один s-электрон на внешнем электронном слое, который при химических реакциях легко теряют, проявляя степень окисления +1. Поэтому щелочные металлы являются сильными восстановителями. Радиусы их атомов возрастают от лития к францию. Электрон внешнего слоя с возрастанием радиуса атома находится все дальше от ядра, силы притяжения ослабевают и, следовательно, увеличивается способность к отдаче этого электрона, т.е. химическая активность. В электрохимическом ряду напряжений металлов все щелочные металлы стоят левее водорода. 2.Физические свойства. Учитель Какие физические свойства проявляют простые вещества щелочные металлы? Учащиеся: Физические свойства простых веществ Металлы серебристо-белого цвета с незначительными оттенками, легкие (легче воды), мягкие (можно резать ножом), с низкими температурами плавления. Температуры плавления закономерно снижаются от лития к цезию ( Li Na- 97,80 K- 63,50 C) Обратить внимание на их мягкость, все металлы очень мягкие и пластичные. Наибольшей твердостью обладает литий, остальные металлы легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу. Плотность металлов возрастает от лития к цезию, а температуры плавления уменьшаются. 1) Какие металлы тонут в воде? 2) По таблице сравните значения температуры плавления и плотности щелочных металлов. 3) Какие металлы могут быть расплавлены в воде? 5

6 Рубидий и цезий тонут в воде и плавятся в ней. Это приводит к увеличению поверхности соприкосновения веществ и взрывоподобному течению реакции. Это типичные металлы, в твердом состоянии хорошо проводят электрический ток. Они легкоплавки, быстро окисляются на воздухе, поэтому их хранят без доступа воздуха и влаги, чаще всего под керосином. 2 K Твердые вещества серебристо-белого цвета. Электропроводны и теплопроводны. Легкоплавкие. пластичные 3. Химические свойства. Учитель: Наши химики провели химическую экспертизу и готовы доложить результаты своих исследований. - Что общего в строении атомов щелочных металлов. - Как это отражается на химических свойствах? - С какими веществами взаимодействуют щелочные металлы? Н 2 - гидриды Сl 2 - хлориды S - сульфиды О 2 - оксиды пероксиды - Na 2 O 2 надпероксид KO 2 2Ме 0 + Н 2 0 = 2Ме +1 Н -1 (гидрид) 2Na + H 2 = 2NaH 2Ме 0 + Cl 2 0 = 2Mе +1 Cl -1 (хлорид) 2Ме 0 + S 0 = Mе +1 2S (сульфид) С кислородом натрий образует пероксиды: 2Ме 0 + О 2 0 = Ме +1 2О 2-1 пероксид 2Na + O 2 = Na 2 O 2 6

7 3 Diagram М е т а л л Щелочные металлы активно взаимодействуют почти со всеми неметаллами: + Cl 2 хлориды + H 2 гидриды + S сульфиды Li + O 2 оксид Na + O 2 пероксид K,Rb,Cs + O 2 надпероксид Со сложными веществами: + H 2 O щелочь + Н 2 + кислота + соль Все щелочные металлы активно реагируют с водой, образуя щелочи и восстанавливая воду до водорода: 2Ме 0 + 2Н 2 О = 2Ме +1 ОН + Н 2 2Na + 2Н 2 О = 2NaOH + H 2 Учитель: Сообщает, что реакция цезия и рубидия с водой протекает так быстро, что происходит взрыв. Учитель: Щелочные металлы проявляют свойства типичных металлов, реагируют с кислотами и солями. Они способны реагировать с разбавленными кислотами с выделением водорода, однако реакция будет протекать неоднозначно, поскольку металл будет реагировать и с водой, а затем образующаяся щелочь будет нейтрализоваться кислотой. С кислотами и водой реакции протекают очень бурно, даже со взрывом. От их проведения в лабораториях воздерживаются. Учитель: Формулирует учебную проблему: Как можно доказать наличие катионов щелочных металлов в составе соединений, например солей? Пояснение к демонстрации: Различные цвета пламени можно показать при сжигании хлоридов щелочных металлов в спирте. Для этого возьмите чистые фарфоровые чашки, в которые налейте по 2 мл спирта. В спирт добавьте по 0,5 г мелко растёртых хлоридов. Смесь подожгите. В каждой чашке цвет пламени характерен для того катиона, который имеется в составе соли. Окраска пламени ионами щелочных металлов Li + Na + K + Cs + 4.История открытия 7

8 Учитель. Но нельзя изучать химию щелочных металлов не рассмотрев историю их открытия. «Если не знать имен - умрет и познание вещей» Карл Линней Сообщение учащихся, которое сопровождается презентацией. Первыми были получены в виде простых веществ калий и натрий. Выделил их в 1807 г. английский ученый Г. Деви, при электролизе расплавленного едкого натра NaOH и едкого кали КОН. Натрий он назвал его «содием». В 1809 г. Л.В.Гильберт предложил название «натроний» (от арабского «натрун» природная сода). В 1811 г. И.Я.Берцелииус изменил «натроний» на «натрий». Калий Деви назвал - «потассий» (лат. potassium; это название до сих пор употребительно в английском, французском, испанском, португальском и польском языках). В 1809 году Л. В. Гильберт предложил название «калий» (лат. kalium, от араб. алькали поташ). Это название вошло в немецкий язык, оттуда в большинство языков Северной и Восточной Европы (в том числе русский) (1807) Г. Деви В 1809 г. Л.В.Гильберт предложил название«натроний» (от арабского«натрун» природная сода). В 1811 г. И.Я.Берцелиус изменил«натроний» на«натрий». (1807) Г. Деви Назван им потассием. В 1809 г. Л.В.Гильберт предложил название «калий» (от арабского«алькали»- щелочь). Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом А. Арфведсоном в минерале петалите. Своё название литий получил из-за того, что был обнаружен в "царстве минералов" (камней) (греч. «литос» камень). Первоначально назывался «литион», современное название было предложено Берцелиусом. (1817) А. Арфведсон Своё название литий получил из-за того, что был обнаружен в"царствеминералов" (камней) (греч. «литос» камень). Первоначально назывался «литион», Современное название было предложено Берцелиусом. В 1860 году немецкими учёными Р. В. Бунзеном и Г. Р. Кирхгофом в водах Дюрхгеймского минерального источника в Германии методом оптической спектроскопии был открыт цезий, тем самым, став первым элементом, открытым при помощи спектрального анализа. Бунзен назвал вновь открытый металл цезием (Casium) от лат. «цезиус» небесно-голубой; в древности этим словом обозначали голубизну ясного неба. В 1861 году Роберт Вильгельм Бунзен и Густав Роберт Кирхгоф, изучая с помощью спектрального анализа природные алюмосиликаты, обнаружили в них новый элемент, впоследствии названный рубидием по цвету наиболее сильных линий спектра. 8

9 Название дано по цвету наиболее характерных красных линий спектра (от лат. «рубидус» красный, тёмно-красный). (1860) Р. В. БунзениГ. Р. Кирхгоф Р. В. Бунзен Г. Р. Кирхгоф (1861) Р. В. БунзениГ. Р. Кирхгоф Франций был предсказан Д. И. Менделеевым (как Эка-цезий), и был открыт в 1939 г. Маргаритой Пере, сотрудницей Института радия в Париже. Маргарита Пере заявила об открытии элемента 87 со свойствами щелочного металла, имеющего период полураспада 22 минуты, и назвала его «Актиний-К». В 1946 году она переименовала его в «Франций», в честь своей родины. (1939) Маргарита Пере Был предсказан Д. И. Менделеевым как Эка-цезий М. Перезаявилаоб открытииэлемента 87 со свойствами щелочного металла, имеющего период полураспада 22 минуты, и назвала его«актиний-к». В1946годуонапереименовалаегов «Франций», вчестьссвоейродины. 5. Распространение в природе Учитель: а как щелочные металлы распространены в природе? Сообщение учащихся (сопровождается демонстрацией презентации). Натрий занимает шестое, а калий - седьмое место по распространённости в земной коре. Натрий - самый распространенный в природе щелочной металл 2,64 % от массы земной коры. Калия в земной коре содержится 2,4 % по массе, Лития - 0,0065 % цезия - 0,00037 % (это редкий элемент) франций - это один из редчайших элементов. В поверхностном слое земной коры толщиной 1,6 км содержится около 24,5 г франция. Все щелочные металлы, за исключением франция, содержатся и в морской воде. 1 Франций-(24,5 г) Цезий 0,00037 % Литий0,0065 % Рубидий0,015 % Калий2,41 % Натрий 2,64 % Учитель. 9

10 Учебная проблема: А в каком виде щелочные металлы встречаются в природе? Ответ поясните. Учащиеся: Так как щелочные металлы очень активные вещества, оксиды и гидроксиды этих металлов тоже очень активны, то в природе эти металлы встречаются только в виде солей - хлоридов, сульфатов, карбонатов и т.д. Сообщение учащихся (сопровождается демонстрацией презентации) Натрий входит в состав гранитов, базальтов, полевых шпатов, множества минералов. NaCl поваренная (каменная) соль, галит Na 2 SO 4 * 10H 2 O глауберова соль NaCl*KCl сильвинит Калийсодержащих минералов известно несколько сотен, среди них сильвинит, карналлит, ортоклаз. KCl * MgCl 2 *6H 2 O карналлит Рубидий не принадлежит к числу редких элементов, но очень рассеян и не образует собственных минералов. Как примесь он входит в минералы калия, цезия и лития. Лепидолит один из основных источников лития и редких щелочных металлов, рубидия и цезия Известно около 30 минералов лития, пять из них имеют промышленное значение. Франций может быть выделен из природных урановых минералов Нахождение в природе Как очень активные металлы, они встречаются вприродетольковвидесолей-хлоридов, сульфатов, карбонатов и т.д. NaCl поваренная(каменная) соль, галит Na 2 SO 4 * 10H 2 O глауберовасоль NaCl*KCl сильвинит KCl* MgCl 2 *6H 2 O карналлит Лепидолит один из основных источников лития и редких щелочных металлов, рубидия и цезия Франций может быть выделен из природных урановых минералов 6. Биологическая роль Учитель: мы рассмотрели содержание щелочных металлов в неживой природе. Учебная проблема: Какова роль щелочных металлов в организме человека? Почему калий относится к важнейшим макроэлементам? Какова его роль в жизни растений? Сообщение учащихся Таблица «Биологическая роль металлов» Металл Биологическая роль Литий Калий Калий содержится большей частью в клетках Дефицит лития в организме человека приводит к психическим расстройствам Ионы калия регулируют белковый и углеводный обмен, влияют на процесс фотосинтеза и рост растений. У растений калий обеспечивает перемещение растворов солей из корней в листья растений. Соли калия широко используются в сельском хозяйстве в качестве калийных удобрений. 10

11 Для человека и животных необходим для нормального функционирования всех мышц, особенно сердечной, способствует выделению избыточного натрия, избавляя организм от лишней воды и устраняя отеки. Натрий В организме натрий находится большей частью снаружи клеток Рекомендуемая доза натрия в виде поваренной соли составляет от 3 до 6 грамм в день. Ионы натрия поддерживают у животных и человека нормальную возбудимость мышечных клеток, участвуют в сохранении кислотно-основного баланса в организме, в регуляции сердечной деятельности, удерживают воду в организме. Цезий и рубидий относят к малоизученным микроэлементам. Эти элементы находятся в окружающей среде и поступают в организм различными путями, в основном с пищей. Установлено их постоянное наличие в организме. Однако до сих пор эти элементы не считаются биотическими. 7. Применение. Учитель: Каковы области применения щелочных металлов? Сообщение учащихся. Литий используют в атомной технике для получения изотопа водорода трития и в качестве топлива для ракет. Небольшие количества лития, добавленные к чугуну и стали, повышают их прочность и твердость. Натрий в смеси с калием в жидком состоянии используют в качестве теплоносителя в атомных реакторах, а также в некоторых органических синтезах. Цезий и рубидий применяют для изготовления фотоэлементов, преобразующих энергию солнечного света в электрическую. Фотоэлементы находят щирокое применение в автоматических устройствах. VІ. Обобщение и систематизация знаний К какому типу элементов относятся щелочные металлы? Легчедругихотдает электрон с внешнего электронного уровня Активнее всех с водой будет взаимодействовать f -элементам s -элементам Rb Na Rb Na р-элементам d-элементам Li К Li Cs Na может реагировать со всеми веществами группы Щелочные металлы находятся в природев виде Сa, H 2 O, Cl 2 N 2, H 2, H 2 O оксидов сульфидов CO 2, H 2, C NaOH, O 2, S солей в свободном виде VІІ. Подведение итогов. Обсуждение и выставление оценок. VІІІ. Рефлексия: Достигнута ли цель урока? Какие задания оказались трудными, какие легкими? Почему? Что нового вы узнали на уроке? Чему вы научились ІX. Домашнее задание 11