Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 467.6 Kb.
|
Понятие о химической организации веществ на макроуровневключает следующие знания: агрегатное состояние и агрегатные изменения веществ, вещества молекулярного и немолекулярного строения, кристаллическое строение твердых веществ, кристаллические решетки, их типы. В химии выделено три основных формы химической организации веществ на макроскопическом уровне (Ю. А. Жданов, В. И. Кузнецов и др.). 1. Дальтонидная форма, подразумевающая как микрочастицы'(молекулы, сложные ионы, свободные радикалы), так и макровещества, образованные данными частицами (молекулярные вещества, многие ионные соединения в парообразном состоянии и др.). В школьном курсе химии эта основная форма химической организации вещества представлена преимущественно молекулярными веществами, т. е. как форма, характерная для веществ, состоя щих из молекул в любом агрегатном состоянии. Ее характеризуют: дискретность, постоянство состава соединений, прочность химических связей в молекулах мельчайших носителях их химических свойств. Молекулярные соединения — относительно замкнутые электронно-ядерные системы. 2. Бертоллидная форма, присущая и микрочастицам, и их макросистемам, способным к «бесконечному» их росту в трехмерном пространстве. К ним относятся такие химические соединения переменного состава, как твердые металлические сплавы ряд кристаллических оксидов металлов, гидридов, солей, носителями свойств которых являются монокристаллы; жидкие рас творы, носителями свойств которых являются сольваты; коллоиды; некоторые поверхностные соединения, образующиеся в результате химического взаимодействия монокристалла с молекулами или атомами в результате их хемосорбции. Соединения бертоллидной формы характеризуются непрерывностью изменений энергии связей, которая варьируется в широких пределах, а отсюда и их состава, нецельночисленными значениями валентности элементов их составляющих. 3. Переходное состояние, или активизированный комплекс. В отличие от дальтонидов и бертоллидов частицы активированного комплекса возбуждены, а поэтому отличаются максимумом потенциальной энергии, динамичностью и неустойчивостью. Центральные понятия блока знаний о структуре на макроуровне — «кристалл», «кристаллическая решетка». Они изучаются с опорой на понятие «форма соединения», теорию строения атома и теорию твердого тела (физика). Их характеризуют более частные понятия — характеристики: форма кристалла, энергия кристаллической решетки, внутреннее строение кристалла, его обусловленность природой частиц в узлах решетки и силами, связывающими их. Объем этих основных понятий расширяют типы кристаллических решеток (ионные, атомные, молекулярные, металлические) и их классификация по форме упаковки (кубическая, гексагональная и пр.). Содержание понятия «кристалл», «кристаллическая решетка» раскрывается с опорой на межпредметные понятия «форма», «симметрия», «твердое тело», «энергия плавления», «межмолекулярное взаимодействие частиц» и другие. 3. Подсистема (блок, модуль) знаний «свойства веществ» включает понятия, отражающие изменения веществ: «химические и физические свойства», «химическая активность», «реакционная способность». Как правило, все эти понятия используются, но не раскрываются в материале учебников химии. Поэтому остановимся на их содержании и рассмотрим их взаимосвязи. Известно, что все вещества подвержены изменениям, неизменяемых веществ нет. Вместе с тем каждое имеет качественную определенность, обусловленную его природой (составом, структурой и другими сущностными признаками). Свойства — это внешнее проявление качеств вещества, позволяющее установить его сходства и различия с другими веществами, выделить его из множества других веществ. Различают физические и химические свойства веществ. Физические свойства — это свойства, обусловленные макроэнергетическими изменениями, не затрагивающими внутренней природы веществ. Для химического познания наиболее важны химические свойства веществ, т. е. свойства, обусловленные изменением их внутренней природы и связанные с превращениями исходных веществ в новые, с новыми качествами (составом, строением и свойствами). Химические свойства проявляются в химических реакциях, во взаимодействиях с другими веществами. В качественном плане они характеризуются химической активностью реагирующих веществ. Физические и химические свойства проявляют реальные вещества в их макроформе. Учащиеся наблюдают их визуально, а изучают с помощью физического и химического эксперимента. В реальных условиях бывает сложно разделить физические и химические свойства (растворение вещества, фазовые переходы, аллотропные видоизменения и др.), поскольку реальному веществу как виду материи присущи разные формы движения. Вместе с тем в обучении химии на первый план выдвигаются химические свойства веществ. Говорить о химических свойствах микрочастиц не корректно. Здесь уместнее использовать понятие «реакционная способность». Реакционная способность веществ связана с понятиями «химические свойства», «химическая активность» как более высокий их гомолог. Реакционная способность предполагает и учитывает наличие всех видов взаимодействия данного вещества (его микрочастиц и их связей), а также характер протекания реакции во времени. Следовательно, можно говорить о реакционной способности вещества, его частиц и их химических связей. Химическая же активность характеризует лишь отдельные химические свойства реальных веществ с качественной стороны. Однако качественная определенность проявляется прежде всего в совокупности существенных свойств вещества. Реакционная способность вещества— это вся совокупность его химических свойств. Реакционная способность вещества обусловлена не только его составом и строением, но и влиянием многих внешних факторов. В обучении следует постоянно подчеркивать, что свойства веществ как проявление их качественной определенности могут количественно изменяться только до определенного предела. Наблюдая взаимодействия магния и цинка с растворами кислот одинаковой концентрации, учащиеся делают вывод о большей химической активности магния по отношению к кислоте. Вывод же о реакционной способности этих веществ они могут сделать лишь на основе теоретического анализа всей совокупности знаний. Следовательно, сформировать эти понятия целесообразно по схеме: свойства веществ — химические свойства — химическая активность — реакционная способность — функция соединения. Реакционная способность как бы фокусирует в себе субстанциональную (статическую) и динамическую стороны химической организации веществ, т. е. всю совокупность знаний о строении веществ и химических реакциях. В этом проявляется системообразующая и обобщающая функция данного понятия, его мировоззренческое значение. Зависимость свойств веществ от их состава и строения - основная идея химии (В. В. Быков, Б. М. Кедров, В. И. Кузнецов А. А. Печенкин) и ведущая идея построения школьного курса химии. В процессе ее изучения важно устанавливать взаимосвязь между составом, строением и свойствами веществ на всех этапах обучения и разных уровнях химической организации веществ (атомном, надатомном, макромолекулярном). Взаимосвязь между составом, строением и свойствами веществ на атомном уровне раскрывается на основе межпредметных связей с физикой, так как здесь имеет место ее подчинение законам микромира, описываемым квантовой механикой. Электронно-ядерная система — основной объект этого уровня. Зависимость свойств атомов от состава и строения в данном случае не равнозначна. Одни из свойств атома функционально связаны с ее ставом (заряд ядра, относительная атомная масса), другие - в большей степени с его строением (число валентных электронов валентность, электроотрицательность, энергия ионизации, сродство к электрону). Эти функциональные зависимости свойств атомов от их состава и строения рассматриваются на примере конкретных элементов. Например, анализируя состав атомов азота (ядро атома которого состоит из 7 протонов и 7 нейтронов, вокруг ядра вращается 7 электронов), учащиеся предсказывают его cвойства (заряд ядра, равный +7, и массовое число, равное 14 ) Аналогично раскрывается связь «строение — свойства» (посколь- ку атом азота имеет 5 валентных электронов, из которых 2 прочно спарены, а 3 расспарены, то его максимальная валентность 4 , а степень окисления +5). По мере усложнения химической организации веществ усложняются функциональные связи между их составом, строением и свойствами. Следующий уровень — надатомный, или молекулярный, имеет наиболее важное значение для уяснения химической специфики взаимосвязи строения и свойств веществ, которая обусловлена взаимодействиями электронных оболочек соединяющихся атомов, поэтому главным системообразующим понятием является химическая связь. От ее характера в прямой зависимости находится реакционная способность веществ. Простым молекулам (СО, СН4, NH3, H2O и др.) присуща однозначная зависимость строения от их состава. У более сложных молекул уже на этом уровне строение приобретает независимость от их состава (многочисленные случаи изомерии). Для большинства веществ зависимость их свойств от строения может быть выяснена лишь на макромолекулярном уровне химической организации. Только на этом уровне можно обсуждать физические и физико-химические свойства (твердость, электро- и теплопроводность, растворимость и др.). Связи между составом, строением и свойствами веществ здесь наиболее сложны и многообразны. Особую сложность для понимания учащихся представляют фазовые переходы и процессы растворения веществ. Наиболее легко они устанавливают функциональные зависимости между составом, строением и свойствами тех веществ, которые имеют молекулярное строение во всех состояниях (Н2, НС1, NH3 и др.) и проявляют свои химические свойства в любой фазе почти одинаково. Важнейшее системообразующее понятие на макроуровне — «кристаллическая решетка» (структура). Твердые кристаллические вещества представляют принципиально иную группу веществ, в твердой фазе они представлены ионными, атомными и металлическими кристаллами. Многие металлы в газообразном состоянии состоят из молекул, образованных ковалентной связью (литий, натрий и др.), а в твердом состоянии образуют кристаллы с помощью особой металлической связи. Ряд соединений, имеющих в газообразной фазе молекулярное строение, конденсируясь, образуют ионные кристаллы (например, хлорид фосфора (V)). Кроме того, твердые металлы в зависимости от упаковки их кристаллов проявляют разную твердость, пластичность и другие свойства. При установлении взаимосвязи свойств веществ и их состава и строения учителю следует иметь в виду, что в зависимости от условий и состояния вещество проявляет свойства по-разному. Структура системы понятий о веществе. Структуру, или внутреннюю организацию, системы понятий следует рассматривать как важную часть ее содержания (В. С. Тюхтин и др.). Исходя из такого понимания структуры в обучении очень важно установить и выделить структуру в краткой и наглядной графической форме. т. е. в виде абстрактно-общего инварианта системы, блоки понятий системы — «атомы», «химическая связь», «химическое соединение», «реакционная способность», их признаки и основные связи системообразования и функционирования. В качестве последних прежде всего выделяются закономерности состава, строения и поведения веществ. В этом случае будет обеспечено системное и рациональное усвоение учащимися понятий о веществах. 2. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ПЕРВОНАЧАЛЬНЫХ ПОНЯТИЙ О ВЕЩЕСТВЕ В процессе первоначального познания веществ применяют генетический подход: от видимых свойств веществ — к их внутренней организации, к установлению зависимости свойств веществ от их состава и частично атомно-молекулярного строения. Формирование первоначальных понятий о веществе проходит три весьма кратких стадии: 1) эмпирическую; 2) образование исходной системы первоначальных понятий и абстракций; 3) развитие последних на основе атомно-молекулярного учения. Важнейшее назначение первоначального этапа изучения веществ состоит в накоплении минимума необходимого эмпирического материала о веществах, в усвоении исходных для дальнейшего изучения химии понятий и абстракций, элементов химического языка и опыта познания химии. Особенность предлагаемой методики заключена в том, что уже на этом этапе большое внимание уделяется единству экспериментального и теоретического изучения веществ, включению вновь формируемых понятий и вводимых абстракций в систему имеющихся знаний, установлению их взаимосвязей, раскрытию и применению химических законов и закономерностей, четкому выделению и осознанию сущности понятий и их отношений с помощью символико-графических средств, вооружению методами познания химии. На первом уроке учащиеся узнают, что химия занимается изучением и получением веществ с заданными свойствами, следовательно, они будут изучать три основных области (группы) химических знаний — вещества, их превращения и технологию промышленного получения вещества с нужными человеку свойствами. На этом уроке учащиеся знакомятся с методами эмпирического познания веществ: наблюдением, описанием, сравнительным методом. Определение понятия вещества учащиеся получили в начальном курсе физики при изучении понятия «тело». На уроке химии следует разграничить эти понятия путем их сопоставления. Для этого используются коллекции: а) тел, образованных одним и тем же веществом (алюминиевые стаканчики, фольга, проволока, пуговица, пластинка), и б) твердых веществ одинаковой формы (палочки меди, цинка, серы, алюминия и др.). Дифференциации понятий «вещество» и «тело» способствует решение познавательных задач. Так, например: докажите, что вода является веществом, опираясь на знания ее агрегатных состояний. На основе сравнений тел и веществ уточняются определения этих понятий. Делается вывод: то, из чего состоят физические тела, называется веществом. Чтобы разобраться в многообразии окружающих нас веществ и управлять их изменениями, превращениями, надо знать их свойства. Свойствами называют признаки, позволяющие отличать одни вещества от других или устанавливать их сходство. Наблюдение демонстрируемых веществ, работа с раздаточным материалом обеспечивают непосредственно их восприятие. На знании свойств основаны методы эмпирического познания — описания и сравнения веществ. Описание осуществляется на основе визуально воспринимаемых свойств веществ. Обучение этому методу учащихся начинается с мотивации его, с составления плана описания. К осознанию закономерности «свойства — применение» учащиеся подводятся на основе собственных примеров и графики. Свойства веществ обусловливают также способы получения, конструкцию лабораторных установок и заводских аппаратов, в которых они получаются. Сравнение — другой метод познания веществ, включающий приемы сопоставления и противопоставления. Он связан с описанием. Следует обучить учащихся сравнительному описанию веществ. Сравнительное описание веществ
Закрепить эти умения можно с помощью следующих домашних заданий:
При дальнейшем изучении химии у учащихся возникает вопрос, имеется ли связь между внешним проявлением свойств веществ и их внутренним строением? Ответ на него дает урок «Вещества молекулярного и немолекулярного строения». В курсе физики учащиеся получили первые представления о строении некоторых твердых веществ, о явлениях диффузии и об агрегатном состояние веществ, узнали определения атома и молекулы. Актуализация и пополнение полученных знаний новыми примерами позволяют уточнить эти важные для химии понятия. Работа с рисунками и моделями, раскрывающими внутреннее строение знакомых веществ, сравнительное и целенаправленное наблюдение явлений, сопровождающих прокаливание нафталина и кварцевого песка, помогает сформулировать выводы: 1 Некоторые вещества состоят из молекул, другие — нет. 2.Свойства веществ определяются их строением. 3.Вещества молекулярные и немолекулярные различны по свойствам. Закономерность «строение — свойства» трудна для усвоения, но важна для прогнозов явлений. Повысить уровень ее усвоения можно путем решения познавательных задач. 1. Поваренная соль при сильном нагревании накаливается, но не расплавляется, не испаряется. Чем это можно объяснить? 2. На лотке с мороженым лежат куски сухого льда, опишите и объясните его роль, укажите изменения, происходящие с последним в жаркую погоду. На основе изученного учащиеся делают обобщение, составляют схему. Обращаясь к моделям и рисункам, отражающим строение знакомых веществ, учащиеся устанавливают, что молекулы одних из веществ состоят из атомов одинаковых, других — из разных. Отсюда, признаком сравнения может быть состав, по которому вещества делятся на простые и сложные. Даются определения: простыми называются вещества, которые состоят из атомов одного вида. Сложными называются вещества, состоящие из атомов разного вида. Уроки по темам: «Закон постоянства состава», «Химические формулы», «Валентность», «Составление формул по валентности», имеют принципиальное значение для осознания всеобщей характеристики всех веществ — их состава. Они направлены на понимание количественных отношений атомов в веществе. К пониманию сущности закона постоянства состава и химических формул учащиеся подводятся через эксперимент, с его помощью показываются разные способы получения одного из веществ (диоксида углерода, воды и др.). Делается вывод: одно и то же вещество можно получить разными способами. Ставится вопрос: как определить истинный состав вещества и соотношение атомов его составляющих? Ответ на этот вопрос дает количественный опыт разложения воды электрическим током. Находят соотношение атомов водорода и кислорода в молекуле воды через соотношение масс элементов: m (Н) : m (О) = (0,089*2) : (1,429*1) = 1:8 Ar(H) = l, Ar(O) = 16. Следовательно, отношение этих атомов в молекуле воды: п (Н) :п(О)=2: 1, а ее формула Н2О. Делается вывод: вода имеет постоянный состав, независимо от того, где и каким образом она получена. Формулируется закон постоянного состава, указываются границы его действия (молекулярные вещества). Анализ состава воды и вывод формулы воды являются логическим переходом к изучению валентности элементов. Валентность раскрывается как свойство атомов элемента присоединять к себе подобные атомы или атомы других элементов. Дается представление о постоянной и переменной валентности атомов. На основе выполнения тренировочных упражнений вырабатываются умения определять валентность по формулам бинарных соединений и составлять таковые по валентности. Упражнения убеждают учащихся, что формула молекулярного вещества отражает качественный и количественный состав их молекул. Но не все вещества состоят из молекул. Какую информацию о составе этих веществ несут их формулы? На этот вопрос учащиеся получают ответ, анализируя модели кристаллов и опираясь на знания физики о строении твердых тел. Учащиеся делают вывод: формулы немолекулярных веществ выражают простейшие отношения атомов или ионов их составляющих. Молекулы, атомы и ионы выделяются как структурные единицы этих веществ. На основе изучения веществ формулируются положения атомно-молекулярного учения: 1.Мельчайшей, химически неделимой частицей вещества является атом. 2.Многообразие веществ обусловлено различным сочетанием атомов. 3. При соединении атомов могут образовываться вещества молекулярного (мельчайшей частицей которых являются молекулы) и немолекулярного (состоящие из атомов и ионов) строения. 4. Молекулы и атомы находятся в непрерывном движении. 5. Атомы одного вида отличаются от атомов других видов массой, разме- рами, свойствами. 6.При химических реакциях атомы сохраняются, происходит их перегруп- пировка в другие вещества, с иными свойствами. На этом этапе изучения веществ ведущим остаются эмпирические методы познания, но усиливаются элементы теоретического познания. Одним из приемов изучения веществ является их описание по развернутому плану. | ||||||||
