Урок 4
Тема. Вода як розчинник. Фізико-хімічна суть процесу розчинення. кристалогідрати.
Мета:розглянути будову молекули води як полярної мо
лекули; сформувати уявлення про водневий зв’язок;
визначити роль води як розчинника в природі; роз
глянути механізм процесу розчинення й довести його
фізикохімічну суть; сформувати поняття про криста
логідрати; розвивати вміння аналізувати явища.
Матеріали:дистильована вода, концентрована сульфатна кислота,
калій хлорид, амоній нітрат, зразки кристалогідратів.
обладнання: хімічна склянка, термометр, скляна паличка.
Базові поняття
та терміни:
розчини, розчинник, водневий зв’язок, диполь, гідрати,
гідратація, дифузія, істинний розчин, кристалогідрати.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
Методи
навчання:
пояснювальноілюстративні, наочні, репродуктивні,
частково пошукові, проблемні, інтерактивні.
структура уроку
І. Організаційний етап .................................1 хв
ІІ. Перевірка домашнього завдання........................4 хв
ІІІ. Актуалізація опорних знань...........................5 хв
ІV. Вивчення нового матеріалу ........................... 23 хв
V. Закріплення та узагальнення знань.....................7 хв
VІ. Домашнє завдання..................................2 хв.
VІI. Підбиття підсумків уроку ............................. 3 хв
хід уроку
І. організаційний етап
ІІ. Перевірка домашнього завдання
Бесіда f f
1. Які суміші називають розчинами? Наведіть приклади.
2. Дайте визначення поняттям: розчинник, розчинена речовина.
3. Чим відрізняються за внутрішньою структурою зависі, колоїдні та іс-тинні розчини? Як їх можна відрізнити одне від одного? Наведіть
приклади їх використання в побуті.
4. Дайте визначення поняттям: емульсія, суспензія. До якого типу
розчинів вони належать?
ІІІ. Актуалізація опорних знань
Учитель повідомляє тему уроку, формулює мету уроку, пригадуючи ті
запитання учнів, які не були розглянуті на минулому уроці.
Бесіда f f
1. Що таке дистильована вода? Яке застосування вона знаходить?
2. Яка вода в природі найбільш близька до дистильованої води? Які
домішки вона може містити внаслідок промислового забруднення?
3. Назвіть фізичні властивості води.
Учні зачитують повідомлення, підготовлені вдома.
ІV. Вивчення нового матеріалу
1. Вода — полярний розчинник
Розповідьfучителя f f
Вода — найпоширеніший розчинник серед усіх існуючих у природі.
Можна впевнено стверджувати, що вода є універсальним розчинником. Це
не означає, що вона може розчиняти всі існуючі речовини, але серед усіх
відомих розчинників вона розчиняє найбільшу кількість речовин. Така
особливість води як розчинника обумовлюється будовою молекули води
та внутрішньою будовою рідкої води.
Розглянемо будову молекули води.
Hδ+
Oδ–
Hδ+
Запитанняfдоfучнів f f
1. Який тип хімічного зв’язку існує в молекулі води?
2. Який атом — Оксиген чи Гідроген — має більшу електронегатив-ність?
3. На якому атомі в молекулі води буде сконцентровано негативний
заряд?
Отже, в молекулі води на одному кінці існує надлишковий негативний
заряд, а на іншому, протилежному,— надлишковий позитивний. Частинку,
в якій на різних її частинах існують полюси зарядів, називають диполями.
Молекула води є диполем. Завдяки такому розділенню електричних зарядів
молекула води є полярною. Саме така будова молекули зумовлює те, що
вода гарно розчиняє безліч речовин. Ось чому воду називають полярним
розчинником, причому серед усіх відомих розчинників вода є найполяр-нішим розчинником.
2. Поняття про водневий зв’язок
Розповідьfучителя f f
Але це ще не всі особливості молекули води. Завдяки своїй полярності
та електронній будові молекули води здатні утворювати між собою особли-вий тип хімічного зв’язку — водневий.
Згадаємо електронну будову молекули води.
H H
H
δ– δ+
δ+
O
H
O +
+
При утворенні молекули води між атомами Оксигену та Гідрогену
утворюються дві спільні електронні пари, які обумовлюють ковалентний
зв’язок. При цьому на атомі Оксигену ще залишаються дві неподілені
електронні пари. Цими електронними парами атом Оксигену ще має мож-ливість утворити хімічний зв’язок з іншими частинками, у яких бракує
електронів, наприклад з йоном Гідрогену, в електронній оболонці якого
вони зовсім відсутні:
H H+
H
O+ H H+
H
O
У даному випадку між атомом Оксигену та йоном Гідрогену також
утворюється спільна електронна пара, що обумовлює наявність ковалент-ного зв’язку. За подібним принципом молекула води також може утворити
зв’язок не тільки з йоном Гідрогену, але й з іншою молекулою води.
H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O + –––
Такий зв’язок називають водневим зв’язком і позначають пунктирними
рисками. Цей зв’язок не такий міцний, як звичайний ковалентний, але його
достатньо, щоб утримувати молекули води на певній відстані одна від одної.
Можливістю утворення водневого зв’язку з молекулами інших речовин,
які також спроможні їх утворювати, пояснюється добра розчинність у воді
багатьох речовин: спирту, цукру, ацетону, оцтової кислоти тощо.
3. Процес розчинення речовин у воді
та його фізико-хімічна суть
Для пояснення цього матеріалу бажано використовувати інтерактивні
анімаційні моделі.
Розповідьfучителя f f
Розглянемо процес розчинення у воді солі — речовини йонної будови.
При потраплянні кристалу солі у воду він оточується молекулами води, які
відповідним чином орієнтуються навколо позитивно й негативно заряджених
іонів. Молекули води починають притягувати йони до себе. До одного йона
можуть приєднуватися декілька молекул води. Слід зауважити, що зв’язки
між іонами в кристалі солі у водному середовищі слабшають у 78 разів. Коли
сила притягання йонів до молекул води стає більша за силу притягання до
кристала, йон в оточенні молекул води переходить у розчин. Цьому сприяє
і тепловий рух молекул води, який змушує рухатися молекули води і зв’язані
з ними йони. Отже, в розчині солі з’являються йони, що оточені молекулами
води. Якщо розчин перемішувати, то дифузія частинок буде прискорюватися,
а відповідно прискорюватиметься і процес розчинення.
Молекули води, що оточують розчинені йони, називають гідратною
оболонкою, а самі йони, оточені молекулами води,— гідратами.
+ – +
+
+ +
+ +
+ +
+
+
+
+
+ +
– + –
– –
–
–
–
–
– –
– –
–
–
–
– –
–
–
–
– –
+ – +
+ +
+
+
+
+ +
+
–
гідрати
Таким чином, у процесі розчинення речовин можна виділити три
стадії.
1. Взаємодія частинок речовини з молекулами розчинника — гідра-тація.
2. Руйнування структури речовини (кристалічної ґратки).
3. Розподілення гідратованих частинок в об’ємі розчинника — ди-фузія.
(Учитель звертається до учнів з проблемним запитанням: «До якого
типу явищ — фізичних чи хімічних — можна віднести процес розчинення?»
Учні висловлюють свої гіпотези.)
Процес розчинення з певною точністю можна назвати і фізичним, і хі-мічним.
З одного боку, речовини при розчиненні не змінюються, після випаро-вування ми можемо отримати розчинену речовину у твердому вигляді. При
розчиненні речовини відбувається її подрібнення й переміщення частинок
у розчині, отже, розчинення — це фізичний процес. Для такого процесу
необхідна витрата енергії.
З іншого боку, при розчиненні фактично відбувається утворення нових
речовин — гідратів, що є ознакою хімічного процесу. При цьому обов’язково
спостерігається поглинання або виділення теплоти. Процес розчинення не
відносять ні до того, ні до іншого, а називають фізико-хімічним процесом.
Розібратися в цьому допоможе вивчення теплових явищ при розчиненні
речовин.
4. Теплові явища при розчиненні речовин
Демонстраціяfдослідівfабоfвідеофрагментів f f
Учитель на конкретних прикладах демонструє теплові ефекти розчи-нення речовин.
1. У дві хімічні склянки наливається вода (бажано дистильована) і за-нурюється термометр. Наповнити склянки водою бажано заздалегідь,
щоб вода нагрілася до кімнатної температури.
2. В одну склянку насипається невелика кількість калій хлориду (або
амоній нітрату) і перемішується скляною паличкою. На термометрі
спостерігається зменшення температури розчину.
3. В іншу склянку насипається невелика кількість магній перхлорату
(можна долити кілька мілілітрів концентрованої сульфатної кисло-ти — обережно!) і перемішується скляною паличкою. На термометрі
спостерігається підвищення температури.
Якщо дотриматися пропорції реактивів, то зміна температури розчинів
буде настільки явною, що учні зможуть наочно в цьому переконатися. Ре-активи беруться в таких пропорціях: на 30–40 мл води витрачається 3–5 г
солі (або 2–3 мл концентрованої сульфатної кислоти). При використанні
сульфатної кислоти необхідно звернути увагу учнів на техніку безпеки під
час роботи з кислотами.
Розповідьfучителя f f
При руйнуванні кристалу енергія поглинається: вона витрачається на
руйнування зв’язків між частинками в кристалічній ґратці. При гідрата-ції розчинених молекул або йонів молекулами води теплота виділяється
за рахунок утворення нових зв’язків між частинками. Залежно від кіль-кості теплоти двох процесів при розчиненні різних речовин теплота може
або поглинатися, або виділятися. Якщо при гідратації енергії виділяється
більше, ніж витрачається на руйнування кристалічної ґратки, то при роз-чиненні речовини теплота виділяється і розчин нагрівається. Якщо ж на
руйнування кристалу витрачається енергії більше, ніж виділяється при
гідратації, то розчин охолоджується.
Найчастіше при розчиненні речовини у воді виділення або погли-нання теплоти непомітне, тому що зазвичай ми розчиняємо невеликі
порції речовин, і температура розчину або майже не змінюється, або
змінюється на декілька градусів, що важко помітити без термометра.
Але іноді теплові ефекти добре помітні. Так, при розчиненні чистої
сульфатної кислоти у воді виділяється настільки багато теплоти, що
вода може закипіти.
Отже, теплові явища, які спостерігаються при розчиненні речовин
у воді, доводять, що процес розчинення є складним фізико-хімічним
процесом, під час якого відбувається взаємодія частинок розчинника і роз-чинної речовини.
5. Кристалогідрати
Розповідьfучителя f f
Існування гідратів у водних розчинах солей підтверджується тим, що
деякі солі й у кристалічному стані після випаровування з розчину містять
у своїх кристалах деяку частину молекул води.
Наприклад, мідний купорос — це кристалічна речовина, що складається
з купрум(ІІ) сульфату і води. Але на відміну від розчину купрум(ІІ) сульфа-ту, в якому співвідношення солі та води може бути будь-яким, у мідному
купоросі на кожну формульну одиницю купрум(ІІ) сульфату припадає п’ять
молекул води. Це істотно відрізняє мідний купорос від розчину купрум(ІІ)
сульфату. Отже, мідний купорос — це індивідуальна хімічна сполука, а не
механічна суміш двох речовин.
Речовин, до складу яких входить вода, існує досить багато, всі вони
мають кристалічну будову. Тому воду, яка входить до їх складу, називають
кристалізаційною. Кристалічні речовини, до складу яких входить певна
кількість кристалізаційної води, називають кристалогідратами.
Оскільки кристалогідрати мають певний сталий склад, його можна
описати хімічною формулою. Наприклад, склад мідного купоросу запи-сується так: CuSO4
· 5H
2
O. Виходячи з наведеної формули, за сучасною
номенклатурою мідний купорос називають п’ятиводним купрум(ІІ) суль-фатом, а його формулу зазвичай вимовляють так: купрум ес о чотири на
п’ять молекул води.
Більшість кристалогідратів яскраво забарвлені й мають власні назви.
Наприклад (учитель демонструє зразки кристалогідратів):
п’ятиводний купрум(ІІ) сульфат CuSO
4
· 5H
2O — мідний купорос,
десятиводний натрій сульфат Na
2SO
4
· 10Н
2О — глауберова сіль,
семиводний ферум(ІІ) сульфат FeSO
4
· 7H
2O — залізний купорос,
двоводний кальцій сульфат CaSO
4
· 2H
2O — гіпс.
Зазвичай кристалогідрати — нестійкі сполуки і при нагріванні втра-чають кристалізаційну воду, перетворюючись на безводні солі. Так, при
прожарюванні мідного купоросу сині кристали перетворюються на білий по-рошок безводного купрум(ІІ) сульфату: CuSO
4
· 5H
2O
t → CuSO
4+ 5H
2
O.
Але при зберіганні в негерметичних посудинах безводні солі поглинають
воду з повітря й перетворюються на кристалогідрати. Більшість ґрунтів,
порід і мінералів являють собою кристалогідрати різних сполук.
V. Закріплення та узагальнення знань
Бесіда f f
1. Які особливості будови молекули води дозволяють називати її уні-версальним розчинником?
2. Назвіть етапи, з яких складається процес розчинення.
3. Які умови необхідно створити для прискорення розчинення?
4. Чому розчинення є фізико-хімічним процесом?
Роботаfвfгрупах f f
Клас розподіляється на групи по 4–5 учнів. Кожній групі надається
одне висловлювання академіка В. І. Вернадського. Час для обговорення —
одна хвилина. Починає відповідати група, яка першою сигналізує про
свою готовність. Група, що отримала подібне висловлювання, доповнює
відповідь іншої групи.
Приклади висловлювань
Картина природи, яку ми бачимо, визначається водою.
Вода природна не є вода і не є розчин хіміків і фізико-хіміків.
Нема природного тіла, яке могло б зрівнятися з нею (водою) за впливом
на перебіг основних, найбільш грандіозних геологічних процесів.
Уся маса води: і в рідкій, і в газуватій, і у твердій формі — перебу-
ває в неперервному русі, наповнена дієвою енергією, сама постійно
змінюється і змінює все навколо себе.
VІ. Домашнє завдання
Виконати завдання за підручником.
VІІ. Підбиття підсумків уроку
Учитель просить учнів висловитися з приводу досягнення мети уроку.
Для підбиття підсумків цього уроку можна використати інтерактивну
технологію колективно-групового навчання «Незакінчене речення». Учи-тель пропонує учням продовжити речення: «Найважливішим відкриттям
на цьому уроці для мене було…».
|
