Урок химии в 10 классе на тему «Формирование органической химии как науки. Теория строения органических соединений А. М. Бутлерова»

Урок химии в 10 классе на тему «Формирование органической химии как науки. Теория строения органических соединений А. М. Бутлерова»

Цель урока: Изучение этапов формирования органической химии как науки, теории строения органических соединений А. М. Бутлерова

Задачи:

Образовательные: Познакомить с основными историческими фактами в развитии органической химии; дать первоначальное понятие об органической химии и органических веществах; определить особенности строения и свойства органических веществ в  сравнении с неорганическими; познакомить с основными положениями теории строения органических соединений А. М. Бутлерова и ее значения для науки.

Развивающие: Развивать умения учащихся сравнивать, обобщать, проводить аналогию между неорганическими и органическими веществами.

Воспитательные: Формировать чувство патриотизма, благодаря изучению вклада российских ученых в развитии органической химии.

Используемые технологии обучения, приемы, методы обучения: Технология развития критического мышления через чтение и письмо, приемы («верные и неверные утверждения», «ИНСЕРТ», «синквейн»).

Оборудование и основные источники информации:

-        раздаточный  материал: тексты для самостоятельного чтения

Литература:- Фельдман Ф.Г., Рудзитис Г.Е. Учебник «Химия 10» - М.: Просвещение 2012

- Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н. Учебник «Химия 10»–М.: Вентана-Граф, 2013

Формируемые результаты:

Личностные УУД: формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию ,личностное, профессиональное самоопределение, смыслообразование

Регулятивные УУД: целеполагание, саморегуляция

Коммуникативные УУД: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками — определение цели, функций участников, способов взаимодействия

Познавательные УУД: анализ объектов с целью выделения признаков, структурирование знаний; осознанное и произвольное построение речевого высказывания в устной и письменной форме; выбор наиболее эффективных способов решения задач в зависимости от конкретных условий; подведение под понятие, выведение следствий

Предметные:

Знать: основные положения теории строения органических веществ и ее значение для науки; отличия органических веществ от неорганических, этапы формирования науки органической химии.

Технологическая карта урока

№ п.п.	Этапы технологии	Цели этапов и учебных заданий	Деятельность учителя	Деятельность ученика	Формируемые компетенции
1.	Организационный момент 4 мин	Включение  учащихся в учебную деятельность. Создание благоприятного психологическогоклимата.	- Добрый день, ребята. Наш урок мне хотелось бы начать стихотворением Улыбнись! Даже если на сердце темно И мешают в дороге ошибки, Посмотри, заглянул теплый день к нам в окно, Разве это не стоит улыбки? Давайте улыбнёмся началу нового дня и друг другу. А теперь присаживайтесь на свои места. Я надеюсь  на вашу активную работу на уроке.	Приветствуют учителя, проверяют готовность рабочего места и наличие материалов, необходимых к уроку.	Личностные: Самоопределение к деятельности (положительное или отрицательное), формирует волевую сферу. Осуществляет выбор, будет ли учиться (будет активен или пассивен)
2.	Вызов 7 мин	Мотивация учащихся к работе на уроке. Актуализация  ранее полученных знаний об органических веществах. Выход на тему урока.	Посмотрите на стол, здесь предложены вещества: уксусная кислота, этиловый спирт, глицерин и др. Что объединяет эти вещества? А теперь, ребята, обратите внимание у вас на столах лежат карточки с утверждениями, прочитайте эти утверждения. Какие утверждения верны, по вашему мнению, какие нет? И попробуйте разделить их на две группы. Даю время на работу с утверждениями. Слушаю их ответ. О чём нам говорят утверждения первой и второй группы? А теперь вы можете сформулировать тему сегодняшнего урока?	Предполагаемый ответ: это органические вещества, органическая химия изучает эти вещества. Знакомятся с утверждениями. Отмечают, что затрудняются оценить их верность. Разделяют их на две группы. К первой группе относят утверждения -1, 3,5 , ко второй - 2,4,6. Предполагаемый ответ: Первая группа утверждений об этапах формирования органической химии как науки, вторая группа о теории строения органических соединений. Предполагаемый ответ: Формирование органической химии как науки. Теория строения органических соединений А. М. Бутлерова	Коммуникативные компетенции: излагать свои мысли связно, логично, используя научный язык
		Организация  учащихся на постановку цели и задач.	А какая цель будет сегодня на уроке? Какие задачи будут на сегодняшнем  уроке?	Предполагаемый ответ: Изучить этапы формирования органической химии как науки и теорию строения органических соединений А. М. Бутлерова Предполагаемый ответ: узнать, когда орг. химия сформировалась как наука, выяснить какие ученые этим занимались, были ли среди них русские, о чем говорит теория строения органических соединений и т.д.	Учебно-познавательные компетенции: владение механизмами целеполагания, планирования Коммуникативные компетенции: излагать свои мысли связно, логично, используя научный язык
3.	Осмысление 24 мин	Организация учащихся на самостоятельную учебно-познавательную деятельность	Работать с новым материалом вы будете в группах. Развернитесь и сядьте так, чтобы получилось четыре группы. Сначала поработайте с текстом индивидуально, затем обсудите результаты свой работы в группе.  Напоминаю правила работы с инсертом. Читаете текст, маркируя его специальными значками: V — я это знаю; + — это новая информация для меня; - — я думал по-другому, это противоречит тому, что я знал; ? — это мне непонятно, нужны объяснения, уточнения. Маркировки в тексте удобнее делать на полях карандашом. Затем заполняете таблицу в тетради.	Самостоятельная работа Прием: «ИНСЕРТ». Учащиеся читают текст, маркируя его специальными значками Читают текст, делают маркировки на полях, или ведут краткие записи в тетради в виде таблицы. V + — ?	Информационные - самостоятельно работать с информацией различных источников, искать, анализировать и отбирать необходимую информацию, организовывать, преобразовывать, сохранять и передавать ее. Коммуникативные компетенции: письменное формулирование выводов, тезисов
		Организация этапа систематизации полученных знаний	Напоминаю, что надо соблюдать  правила  работы в группе, которые записаны  на листочках у каждой группы. 1. Выберите лидера группы. 2. Обсудите пути достижения целей, распределите задания для каждого из членов группы. 3. Слушайте каждого члена группы внимательно, не перебивая. 4. Говорите вежливо, коротко, ясно, чтобы все могли высказаться. 5. Учитесь находить контакты в группе. 6. Стремитесь достигнуть компромисса при принятии решений. 6. В группе согласуется общее решение. 7. Представитель группы защищает согласованное решение перед классом. 8. Лидер группы следит за временем. Каждая группа должна ознакомить участников других групп с новой информацией своей темы.	Групповая работа  Обсуждают полученную информацию, составляют мини выступления по новой информации.	Коммуникативные: навыки работы в группе, владение различными специальными ролями в коллективе. Информационные компетенции: составлять конспект текста
		Организация представления и обсуждения полученной информации	Выслушиваю ответы учеников. Обсуждаем содержание других столбиков таблицы.	Представляют полученную информацию с опорой на записи в тетради	Коммуникативные компетенции: презентовать выполненную работу, излагать свои мысли связно, логично, используя научный язык .
4.	Рефлексия 8 мин	Возвращение к утверждениям	А теперь давайте вернемся к утверждениям, с которыми работали в начале урока. Снова прочитайте эти утверждения и скажите, какие из них верны, а какие нет.	Предполагаемый ответ: 1+, 2-,3+, 4+,5-,6+
		Обобщение полученной информации на стадии осмысления	Закончите предложенные на доске высказывания.	Обмен мнениями о полученной новой информации оформление выводов «Я считаю…» «Таким образом…» «Исходя из этого…» «Сегодня на уроке я узнал..» «После сегодняшнего урока  я задумался..»
		Диагностика эмоционального состояния обучающихся	Поднимите руки те, кто сегодня хорошо поработал на уроке, при выполнении заданий не испытывал затруднения, мог бы поделиться с другими полученной информацией и мог бы поставить себе отметку «5»; Поднимите руки те, кто сегодня хорошо поработал на уроке, при выполнении заданий  испытывал затруднения и мог бы поставить себе отметку «4»; Поднимите руки те, кто сегодня не очень хорошо поработал на уроке, при выполнении заданий возникали большие трудности, и мог бы поставить себе отметку «3».	Комментируют работу членов группы, высказывают мнения об уроке	Учебно-познавательные - самооценка учебно-познавательной деятельности.
5.	Домашнее задание 2 мин	Закрепление полученных знаний на учебном занятии	Домашнее задание сегодня будет такое: составить «синквейн» по теме «Органическая химия» или написать эссе по теме «Органические вещества в быту»	Записывают в тетрадь	Личностные (самосовершенствование) -  интеллектуальное саморазвитие, эмоциональную саморегуляцию

Приложение  1.

Прочитайте предложенные утверждения, разделите их на две группы, проставьте знак «+» напротив утверждений, которые считаете верными и знак «-», неверными.

№	Утверждения	«+» или «-»
1.	Одним из этапов формирования органической химии как науки был  «Стихийный этап».
2.	Александр Михайлович Бутлеров сформулировал основные идеи теориистроения органических соединений в 1869 году.
3.	Теория витализма мешала развитию органической химии как науки.
4.	Одно из положений  теории  строения органических соединений  А. М. Бутлерова, говорит о том, что атомы и группы атомов в молекулах веществ взаимно влияют друг на друга.
5.	Научный этап развития органической химии был в XV - XVIIвеках.
6.	Теория А. М. Бутлерова объяснила неясности и противоречия в знаниях об окружающем мире, творчески обобщила и достижения в области химии.

Приложение 2.

Текст 1. Этапы формирования органической химии как науки

Прочитать текст и на полях сделать маркировки:

“V” - известная информация;         “-” противоречит моим представлениям;

“?” - непонятная информация;     “+” – новая информация

«Стихийный этап развития органической химии»

Истоки уходят еще в Древний Рим и Египет, в которых очень способные жители научились добывать красящие вещества для окраски предметов и одежды из природного сырья - листьев и стеблей растений. Это были индиго, дающий насыщенный синий цвет, и ализорин, окрашивающий буквально все в сочные и привлекательные оттенки оранжевого и красного.

Научились получать уксус, изготавливать спиртные напитки из сахаро- и крахмалосодержащих веществ растительного происхождения. Известно, что очень распространенными продуктами в применении в этот исторический период были животные жиры, смолы и растительные масла, которые использовались врачевателями и поварами. А также в обиход плотно входили различные яды, как основное оружие внутриусобных отношений. Все эти вещества являются продуктами органической химии. Но, к сожалению, как такового понятия "химия" не существовало, и изучения конкретных веществ с целью выяснения свойств и состава не происходило. Поэтому данный период и называется стихийным. Все открытия носили случайный, нецеленаправленный характер бытового значения.

 «XV - XVII века - начало развития или алхимия»

В XVI - XVII веках начали зарождаться непосредственные представления о химии как науке. Благодаря работам ученых того времени были получены некоторые органические вещества, изобретены простейшие устройства для перегонки и возгонки веществ, использовалась специальная химическая посуда для измельчения веществ, разделения продуктов природы на ингредиенты. Стремление получить необходимые лекарства привело к тому, что из растений выделялись эфирные масла и другие сырьевые компоненты. Так, Карлом Шееле были получены некоторые органические кислоты из растительного сырья: яблочная; лимонная; молочная; щавелевая. На исследование растений и выделение этих кислот ученому потребовалось 16 лет (с 1769 г. по 1785 г.). Это стало началом развития, были заложены основы органической химии, которая непосредственно как раздел химии была определена и названа позднее (начало XVIII века).

В этот же период средневековья Г. Ф. Руэль выделил кристаллы мочевой кислоты из мочевины. Другими химиками была получена янтарная кислота из янтаря, винная кислота. В обиход входит метод сухой перегонки растительного и животного сырья, благодаря которому получают уксусную кислоту, диэтиловый эфир, древесный спирт. Так было положено начало интенсивному развитию органической химической промышленности.

«Век XVIII - XIX - господство теории витализма»

Теорию витализма ввел в обиход и обозначил главной Йенс Якобс Берцелиус, который при этом сам же дал и определение органической химии (точный год неизвестен, либо 1807, либо 1808 г.). По положениям данной теории, органические вещества способны образовываться только в живых организмах, так как только в живых существах есть специальная "жизненная сила", позволяющая этим веществам вырабатываться. В то время как из неорганических веществ получить органические совершенно невозможно, так как они являются продуктами неживой природы, негорючими, без visvitalis. Этим же ученым была предложена первая классификация всех известных на тот момент соединений на неорганические (неживые) и органические (живые).

Судьбе было угодно распорядиться так, что именно ученик Йенса Берцелиуса Фридрих Велер способствовал началу краха теории своего учителя. Немецкий ученый работал над соединениями цианидов и в одном из проводимых опытов сумел получить кристаллы, похожие на мочевую кислоту,  органическое вещество из неорганического без всякой visvitalis. Сколь бы ни был скептично настроен Берцелиус, он вынужден был признать этот неоспоримый факт. Так был нанесен первый удар по виталистическим взглядам.

«XIX - XX века - интенсивное развитие, научный этап»

В 1857 г. Фридрих Кекуле разрабатывает теорию валентности, открывает строение молекулы ароматического углеводорода бензола. В это же время А. М. Бутлеров формулирует положения теории строения соединений, в которых указывает на четырехвалентность углерода и на явление существования изомерии и изомеров. В. В. Марковников и А. М. Зайцев углубляются в изучение механизмов реакций в органике и формулируют ряд правил, которые эти механизмы объясняют и подтверждают. В 1873 - 1875 гг. И. Вислиценус, Вант-Гофф и Ле Бель изучают пространственное расположение атомов в молекулах, открывают существование стереоизомеров и становятся родоначальниками целой науки - стереохимии.

Конец XIX и XXI века - это времена глобальных открытий в фармацевтике, лакокрасочной промышленности, квантовой химии. Пластмассы, полимеры, волокна, лакокрасочная продукция, каучуки, резины, ПВХ-материалы, полипропилены и полиэтилены. Сотни ученых внесли свой многолетний кропотливый труд, чтобы сложилась общая история развития органической химии.

Текст 2. Органические и неорганические вещества

Общее количество неорганических веществ — 100 тыс. — заметно уступает числу органических — 18 млн, если следовать распространенным в современной химии классификациям.  Принципиальных различий между органическими и неорганическими веществами  нет. Органические и неорганические вещества отличаются лишь некоторыми особенностями.

Большинство неорганических веществ имеет немолекулярное  строение, поэтому они обладают высокими температурами плавления и кипения. Неорганические вещества  не содержат углерода. К неорганическим веществам относятся: металлы (Ca, K, Na и др.), неметаллы, благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe и др.), амфотерные простые вещеcтва (Fe, Al, Mn и др.),  оксиды (различные соединения с кислородом), гидроксиды, соли и бинарные соединения.

К неорганическим веществам относится вода. Она является универсальным растворителем и имеет высокие теплоёмкость и теплопроводность. Вода – это источник кислорода и водорода; основная среда для протекания биохимических и химических реакций.

Органические вещества, как правило, молекулярного строения, имеют низкие температуры плавления, легко разлагаются при нагревании. В состав молекул всех органических веществ входит углерод (за исключением карбидов, карбонатов, оксидов углерода, углеродосодержащих газов и цианидов). Уникальное свойство углерода образовывать цепочки из атомов даёт возможность образовывать огромное количество уникальных соединений. Науке известно уже более 10 миллионов органических соединений.

Большинство основных классов органических веществ биологического происхождения. К ним относятся белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды. Эти соединения кроме углерода  содержат водород, азот, кислород, серу и фосфор.

Текст 3. Теория строения органических соединений А. М. Бутлерова

В 1861 году Александр Михайлович Бутлеров сформулировал основные идеи теории:

1. Все атомы, образующие молекулы органических веществ, связаны в определенной последовательности согласно их валентностям.

В соответствии с этими представлениями валентность элементов условно изображают черточками, например, в метане CH₄.

Такое схематичное изображение строения молекул называют формулами строения и структурными формулами. Основываясь на положениях о 4-х валентности углерода и способности его атомов образовывать цепи и циклы, структурные формулы органических веществ можно изобразить  так:

2. Свойства веществ зависят не только от качественного и количественного состава, но и от порядка соединения атомов в молекуле.

Изучая строение молекул углеводородов, А. М. Бутлеров пришел к выводу, что у этих веществ, начиная с бутана (С₄Н₁₀), возможен различный порядок соеди­нения атомов при одном и том же составе молекул. Так, в бутане возможно двоякое расположение атомов углерода: в виде пря­мой (неразветвленной) и разветвленной цепи.    Эти вещества имеют одинаковую молекулярную формулу, но разные структурные формулы и разные свойства (температуру кипения). Следовательно, это разные вещества. Такие вещества назвали изомерами. 

А явление, при котором может существовать несколько веществ, имеющих один и тот же состав и одну и ту же молекулярную массу, но различающихся строением молекул и свойствами, называют явлением изомерии.  Причем с увеличением числа атомов углерода в молекулах углеводородов увеличивается число изомеров. Например, существует 75 изомеров (различных веществ), отвечающих формуле С₁₀Н₂₂, и 1858 изомеров с формулой С₁₄Н₃₀.

Примеры изомеров пентана С₅Н_12.

3. По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы предвидеть свойства.

Пример:  Если данное вещество изменяет окраску фиолетового лакмуса на розовый цвет, взаимодействует с металлами, стоящими до водорода, с основными оксидами, основаниями, то мы можем предположить, что это вещество относится к классу кислот, т.е. в своем составе имеет атомы водорода и кислотный остаток. И, наоборот, если данное вещество относится к классу кислот, то проявляет вышепе­речисленные свойства. Например: Н₂SО₄ - серная кислота

Если вещество является газом и обесцвечивает раствор перманганата калия, то мы можем предположить, что это алкен с небольшим числом атомов углерода.

4. Атомы и группы атомов в молекулах веществ взаимно влияют друг на друга.

Это положение можно доказать на примере неорганической химии. Для этого надо сравнить свойства водных растворов NН₃, НС1, Н₂О (дейст­вие индикатора).  Во всех трех случаях в состав веществ входят атомы водорода, но они со­единены с разными  атомами, которые оказывают различное влияние на атомы во­дорода,  поэтому свойства веществ различны.

Текст 4. Значение теории химического строения А. М. Бутлерова

Теория А. М. Бутлерова объяснила неясности и противоречия в знаниях об окружающем мире, творчески обобщила и достижения в области химии. Она указала направления и возможные пути получения новых необходимых людям лекарственных средств, синтетических красителей, полимеров и пластмасс, взрывчатых и других соединений. Теория стала теоретическим фундаментом органической химии и обеспечила бурный расцвет синтеза органических веществ и химической промышленности. По своей значимости она сопоставима с периодической системой Д. И. Менделеева. Подобное признание вклада А. М. Бутлерова в науку и оценку его теории сделал лауреат Нобелевской премии, крупнейший химик ХХ века Л. Полинг: «Среди великих химиков мира я хотел бы назвать также Бутлерова (наряду с Менделеевым), установившего, что каждое вещество состоит из молекул, имеющих различную структуру, которая определяет качество вещества» (1975г).

Прошло почти 160 лет с тех пор, как была создана ТХС органических соединений А.М. Бутлерова но и теперь химики всех стран используют ее в своих работах. Новейшие достижения науки пополняют данную теорию, уточняют и находят все новые подтверждения правильности ее основных идей.

Теория химического строения и сегодня остается фундаментом органической химии.

ТХС органических соединений А.М. Бутлерова внесла существенный вклад в создание общенаучной картины мира, способствовала диалектико – материалистическому пониманию природы.

Разработав теорию,  А.М. Бутлеров не считал ее абсолютной и неизменной. Он утверждал, что она должна развиваться. ТХС органических соединений  не осталась неизменной.

Итак, важнейшие функции теории: объяснение явлений, прогнозирование, обобщение, систематизация.

Выдающаяся научная и общественная деятельность создала А. М. Бутлерову и русской школе химиков-органиков огромный авторитет.

Приложение 3.

Примерный инсерт по 3 тексту:

V	+	—	?
Валентность элементов условно изображают черточками. Если данное вещество изменяет окраску фиолетового лакмуса на розовый цвет, взаимодействует с металлами, стоящими до водорода, с основными оксидами, основаниями, то мы можем предположить, что это вещество относится к классу кислот, т.е. в своем составе имеет атомы водорода и кислотный остаток. И, наоборот, если данное вещество относится к классу кислот, то проявляет вышепе­речисленные свойства. При сравнении свойства водных растворов NН3, НС1, Н2О (дейст­вие индикатора).  Во всех трех случаях в состав веществ входят атомы водорода, но они со­единены с разными  атомами, которые оказывают различное влияние на атомы во­дорода,  поэтому свойства веществ различны.	В 1861 году Александр Михайлович Бутлеров сформулировал основные идеи теории: 1. Все атомы, образующие молекулы органических веществ, связаны в определенной последовательности согласно их валентностям. 2. Свойства веществ зависят не только от качественного и количественного состава, но и от порядка соединения атомов в молекуле. Изомерия – явление существования нескольких веществ, имеющих один и тот же состав и одну и ту же молекулярную массу, но различающихся строением молекул. 3. По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы предвидеть свойства. 4. Атомы и группы атомов в молекулах веществ взаимно влияют друг на друга.		Обесцвечивание раствора перманганата калия, происходит этиленом, этан не обесцвечивает, так как не имеет в структуре двойных связей. Изомеры: н-бутан (tкип.= -0.5 0С) и метилпропан (tкип.=-11.7 0С), этанол и диметиловый эфир.