Урок по теме "Щелочные металлы" (10 класс)

Щелочные металлы

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: комбинированный урок

Задачи урока:

Обучающие: формирование знаний учащихся о щелочных металлах как типичных металлах, понятия о взаимосвязи строения атомов со свойствами (физическими и химическими).

Развивающие: развитие умений исследовательской деятельности, умения добывать информацию из различных источников, сравнивать, обобщать, делать выводы.

Воспитывающие: воспитание устойчивого интереса к предмету, воспитание таких нравственных качеств как аккуратность, дисциплина, самостоятельность, ответственное отношение к порученному делу.

Методы: проблемные, поисковые, самостоятельная работа учащихся.

Оснащение: компьютер, интерактивная доска, таблица по технике безопасности, презентация «Щелочные металлы»

Оборудование: Литий, чашка Петри, вода, фенолфталеин, соляная кислота.

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Вводное слово.

Мы изучаем раздел, металлы, и вы знаете, что металлы имеют большое значение в жизни современного человека. На предыдущих уроках мы изучили общие сведения о металлах: положение в периодической таблице, особенности строения атомов, изучили общие физические и химические свойства, а также общие способы получения металлов. Сегодня приступаем к изучению наиболее ярких представителей в химическом отношении, самых активных щелочных металлов. Для того чтобы усвоить материал урока, нам необходимо вспомнить наиболее важные вопросы, которые рассматривали на предыдущих уроках.

3. Актуализация знаний.

Беседа.

- На какие две большие группы происходит деление химических элементов? (На металлы и неметаллы)

- Где находятся металлы в периодической системе Д.И. Менделеева. (В периодической системе элементы – металлы расположены в начале всех периодов, а также в четных рядах больших периодов побочных подгруппах. Условной границей, отделяющей металлы от неметаллов, служит диагональ, отведенная от бора к астату. Металлы оказываются левее и ниже этой прямой, неметаллы – правее и выше, а элементы, находящиеся вблизи прямой, имеют двойственную природу, их называют амфотерными.)

- Какие группы естественных семейств в периодической системе мы знаем? (Мы знаем особые группы отдельных металлов: щелочные металлы, щелочноземельные металлы, редкоземельные металлы (иттрий, лантан и лантаноиды). Благородные металлы (серебро, золото и шесть платиновых металлов) . Платиновые металлы (платиноиды, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина) металлы подгруппы алюминия.)

– Каковы особенности строения атомов металлов? (Атомы металлов имеют сравнительно большие атомные радиусы, поэтому их внешние электроны значительно удалены от ядра и слабо сними связаны. И вторая особенность, которая присуща атомам наиболее активных металлов – это наличие на внешнем энергетическом уровне 1-3 электронов.)

- Как особенности строения атома влияют на физические свойства? (Характерные физические свойства металлов металлический блеск, электрическая проводимость, теплопроводность, Связана с особенностью строения кристаллических решеток атомов металлов. В узлах располагаются атомы и положительные ионы металлов, связанные посредством обобществленных внешних электронов, которые принадлежат всему кристаллу, эти электроны компенсируют силы электростатического отталкивания между положительными ионами и тем самым связывают их, обеспечивая устойчивость металлической решетки.)

- Как особенности строения металлов влияют на их химические свойства? (Самое характерное химическое свойство всех металлов – их восстановительная способность, т.е. способность атомов легко отдавать свои внешние электроны, превращаясь в положительные ионы. Металлы не могут быть окислителями, т. е. атомы металлов не могут присоединять к себе электроны.)

Учитель: Тема нашего урока “Щелочные металлы”

Задачи нашего урока: Дать общую характеристику щелочным металлам.

Рассмотреть их электронное строение, сравнить физические и химические свойства.

Узнать о важнейших соединениях металлов.

Определить области применения этих соединений.

Учитель:

- Наш план урока написан на доске, будем работать соответственно плана.

1.     Положение металлов в периодической системе Д.И. Менделеева. Строение атома щелочных металлов.

2.     История открытия щелочных металлов

3.     Нахождение в природе. Физические свойства.

4.     Химические свойства.

5.     Получение щелочных металлов.

6.     Применение щелочных металлов.

Беседа.

Учитель:

Исходя, из полученных ранее знаний ответим на следующие вопросы: Для ответа воспользуемся периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева .

1. .Перечислите щелочные металлы

- Это литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций.

Учитель:

2. Почему данные металлы назвали щелочными?

- При взаимодействии с водой они образуют растворимые в воде основания – щелочи.

3. Где располагаются щелочные металлы в ПСХЭ Д.И.Менделеева?

- Щелочные металлы – это элементы главной подгруппы первой группы Периодической системы Д.И. Менделеева.

4.Почему данные металлы Д.И. Менделеев объединил в одну группу?

- На внешнем энергетическом уровне атомы элементов содержат по одному электрону, находящемся на сравнительно большом удалении от ядра. Они легко отдают электроны, поэтому являются очень сильными восстановителями. Во всех соединениях проявляют степень окисления +1.

- Как изменяются восстановительные свойства щелочных металлов от лития к цезию?

От лития к цезию восстановительные свойства усиливаются, активный металл цезий. Это наиболее типичные представители металлов: металлические свойства выражены у них особенно ярко.

- Сделаем вывод о строении атома щелочных металлов.

- Вывод: У щелочных металлов одинаковое количество электронов на внешнем уровне, и они проявляют одинаковую степень окисления. Слайд 3-4

Записать строение атомов щелочных металлов в тетрадь.

Итак, мы рассмотрели положение щелочных металлов в периодической системе, рассмотрели строение атомов щелочных металлов.

- Обратим внимание на коллекцию щелочных металлов, их хранят в керосине, легко режутся ножом и быстро окисляются на воздухе. Исходя из строения атома, познакомимся с физическими свойствами щелочных металлов. Для металлов характерна низкая твердость, вернее мягкость, труднее всего резать литий, тогда как натрий и калий легко поддаются скальпелю. На основании таблицы, сделаем вывод о физических свойствах щелочных металлов. Слайд 5-10

Таблица

Некоторые физические свойства щелочных металлов

металлы	цвет	Радиус,нм	t пл.,С	t кип., C	плотность г/см3	твердость
литий	Серебристо- белый	155	179	137	0,53	0,6
натрий	тот - же	189	97,8	883	0,97	0,4
калий		236	63,7	766	0,86	0,5
рубидий		248	38,7	713	1,52	0,3
цезий	золотисто - белый	267	28,5	690	1,87	0,2
франций	В природе не существует в таких количествах, которые достаточны для изучения его свойств.

Вопросы:

- Каков внешний вид и твердость щелочных металлов?

- Щелочные металлы серебристо-белые вещества (режутся ножом), с характерным блеском на свежесрезанной поверхности.

- С возрастанием радиуса атома, от лития к цезию, наблюдается закономерность в их физических свойствах. Обратите внимание на таблицу. Как изменяется плотность щелочных металлов в группе?

- Все они легкие и легкоплавкие плотность их меньше 5 г/см³,

- Сравните щелочные металлы по твердости.

- Самый твердый из щелочных металлов литий, самый мягкий цезий.

- Сделаем вывод исходя из физических свойств щелочных металлов.

- По мере увеличения характера изменения физических свойств, возрастает плотность металлов, а твердость, температура плавления и кипения уменьшаются.

Затем учащиеся сравнивают физические показатели плотности металлов и температуры плавления. Делают вывод о зависимости температуры плавления от плотности металла.

Из истории открытия.

А теперь мне бы хотелось вернуть немного назад и послушать доклад о том, как были открыты щелочные металлы - Na и К. (сообщение учащихся). 

Металлический Na и К были впервые получены в 1807 году английским химиком и физиком Г.Дэви электролизом твердых щелочей. Как только Дэви начал электролиз расплава NаОН на отрицательном электроде, опущенном в расплав, появились маленькие шарики с сильным металлическим блеском, похожие на ртуть.

Некоторые из них сгорали с взрывом и ярким пламенем, другие не сгорали, а только тускнели, покрываясь белой пленкой. На основании эксперимента Дэви сделал вывод, что полученное вещество-металл. За короткий срок ученый досконально исследовал свойства К и Na. Слайд 11-17

Происхождение названий щелочных металлов 

Li (1817) лат. " литос" - камень

Na (1807) араб. "натрум" -сода

К (1807) араб. "алкали" - щелочь

Rb (1861) лат. "рубидус" - темно-красный

Cs (1860) лат. "цезиус" - небесно-голубой

Fr (1939) от названия страны Франция.

Проблема: В каком виде щелочные металлы встречаются в природе?

Почему в природе щелочные металлы в основном существуют в виде соединений?

Ответ: В природе щелочные металлы находятся в виде соединений, потому что обладают высокой химической активностью, которая в свою очередь, зависит от особенностей электронного строения атомов (наличие одного неспаренного электрона на внешнем энергетическом уровне)

Нахождение в природе.

Щелочные металлы - очень активны. Могут ли они встречаться в природе в свободном виде? (нет).

В природе щелочные металлы встречаются только в виде соединений.

Na и К в природе встречаются в виде хлоридов, сульфатов, силикатов и т.д.

Li, Rb, Cs входят в состав различных минералов.

Fr встречается в радиоактивных рудах Ас и U . Слайд 18-21

- Какие места по распространенности в земной коре занимают элементы натрий и калий?

Натрий шестое, а калий седьмое.

- Зная общие физические свойства, активность металлов, предположите химические свойства щелочных металлов. С какими веществами взаимодействуют щелочные металлы?

- Щелочные металлы взаимодействуют как с простыми веществами, и сложными. Активно взаимодействуют почти со всеми неметаллами ( с галогенами, водородом, образуя гидриды). Из сложных веществ с водой – образуя растворимые в воде основания – щелочи и с кислотами.

- А теперь на опытах убедимся, в правильности наших предположениях о химических свойствах щелочных металлов.

Свойства

(табл. Сравнительная характеристика щелочных металлов. 

Что же собой представляют щелочные металлы по физическим свойствам? (демонстрация)

(Li, Na, К - металлы серебристо-белого цвета). Дополнение учителя (с демонстрацией): Легкие, легко режутся ножом. Вследствие своей активности хранят под слоем керосина, чтобы преградить доступ воздуха и влаги к металлам во избежание взрывов и пожаров.

Значит, эти вещества взрывоопасны. Нельзя тушить щелочные металлы водой, так как последняя энергично реагирует с ними. Остатки щелочных металлов на стенках сосудов после работы с ними также нельзя удалять водой. Для этих целей используют некоторые органические, например, этиловый спирт.

Обладают низкой t пл. (демонстрирую па таблице) ), хорошо проводят электрический ток, пластичны. Характерной для щелочных металлов является окраска, придаваемая каждым из них бесцветному пламени.

Таблица "Окрашивание пламени"

Na+ - желтый K+ - фиолетовый   Li+ -малиновый Rb + - красный Cs+ - фиолетово-синий

Для распознавания соединений щелочных металлов по окраске пламени исследуемое вещество вносится в пламя горелки на кончике железной проволоки.

Демонстрация опыта: Исследуется в пламени соль NaCl.

Соединение, какого металла было внесено в пламя спиртовки?

Щелочные металлы очень активны, ими начинается электрохимический ряд напряжения металлов. Слайд 22-24

1) На воздухе они окислятся.

4Li + O₂→2 Li₂O

2 Na +O₂→Na₂O₂

2 Na₂O₂ + 2Na →2Na₂O

4Na + O₂→ 2Na₂O

2) с галогенами при соприкосновением щелочных металлов с Вг₂ они взаимодействуют другом;

В атмосфере F₂ и С1₂ при наличии влаги щелочные металлы воспламеняются; с I₂ реагируют только при t.

2 Na + C1₂→2Na C1

3) энергично реагирует с водой (Li медленно, а К со взрывом). Демонстрация опыта. В 2 кристаллизатора налить воду, добавить в один- приготовленный ранее кусочек лития, а в другой- кусочек натрия.

-Что наблюдаете?

-Какой газ выделился?

-Почему эти металлы называют щелочными? (При взаимодействии с водой образуются щелочи).

Демонстрация опыта. К полученным растворам добавить фенолфталеиновый.

-Что наблюдаете?

-Что такое Щелочи?

-Какие свойства характерны для щелочей? (взаимодействие с кислотами, кислотными оксидами, растворимыми солями, если образуется осадок).

2Na + 2Н₂O →2NaOH+ Н₂

2Li + 2Н₂O→2 LiОН + Н₂

4) с кислотами

Что собой представляют кислоты? Ответ: Это растворы.

А что в них является растворителем? (Н₂О)

Так с чем же будут, прежде всего, вступать в реакцию щелочные металлы с Н₂O или с кислотой? (водой)

Посмотрим опыт.

В колбу с НС1 прибавляем несколько капель фенолфталеина и добавляем небольшой кусочек Na. Что наблюдаете?

2 Na + 2Н₂O →2NaOH +Н₂

NaОН + HC1→NaCl+ Н₂О

2Na + 2HC1→2NaCl+ Н₂

5) c водородом при t, образуя гидриды.

2Na+ Н₂→2NaН

Получение щелочных металлов.

Они является сильнейшими восстановителями, поэтому нельзя получить путем восстановления соответствующих оксидов, их нельзя вытеснять из водных растворов солей действием каких либо металлов.

Электролиз водных растворов солей этих металлов тоже не приводит к получению самих металлов, а лишь к образованию их гидроксидов.

Щелочные металлы получают электролизом расплавов их хлоридов (или гидроксидов).

Рассмотрим как, например, можно получить Na из NaCl (расплава).

2 NaCl→ 2 Na + CI₂  Слайд 25

Применение:С каждым годом потребление щелочных металлов и их соединений во всем мире растет. Они используются почти во всех отраслях народного хозяйства (и в медицине, и авто, и ракетостроении, в металлургии и т.д.) Рассмотрим применение щелочных металлов в виде устного журнала. Слайд 26-30

Биологическая роль щелочных металлов. Выступления учащихся по группам.

Теперь рассмотрим и биологическую роль щелочных металлов в живых организмах. Сходство электронного строения ионов щелочных металлов и физико-химических свойств их соединений определяет и близость их действия на биологические процессы. Различия же в электронной структуре обусловливает их разную биологическую роль. На этой основе можно прогнозировать поведение щелочных металлов живых организмах.

По содержанию в организме человека натрий (0,08%) и калий (0,23%) относятся к макроэлементам, остальные – литий (10^-4%), рубидий (10^-5 %) и цезий (10^-4%) – микроэлементам. Щелочные металлы в виде различных соединений входят в состав тканей животных и человека. Натрий и калий – жизненно необходимые элементы, постоянно содержатся в организме, участвуют в обмене веществ. Литий, рубидий, цезий – также постоянно содержатся в организме, однако физиологическая и биохимическая роль их мало выяснена. Их можно отнести к примесным микроэлементам. В организме человека щелочные металлы находятся в виде катиона Э⁺. Натрий и литий накапливаются во внеклеточной жидкости; калий рубидий и цезий – во внутриклеточной. Близость натрия и лития обусловливает их взаимозамещаемость в организме. В связи с этим при избыточном введении ионов натрия и лития в организм, они способны эквивалентно замещать друг друга. На этом основано введение хлорида натрия при отравлении солями лития. Рубидий, цезий близки к калию, поэтому в живых организмах ведут себя сходным образом. При отравлении солями рубидия в организм вводят соли калия. Натрий и калий – антагонисты. Антагонизм (хим.) – явление уменьшения или снижения активности какого-либо вещества в присутствии другого. При увеличении количества натрия в организме усиливается выведение калия почками, т.е. наступает гипокалиемия. Теперь рассмотрим в отдельности каждый элемент.

Литий - микроэлемент, содержание в организме человека около 70 мг. Соединения лития у высших животных концентрируется в печени, почках, селезенке, легких, крови, молоке Максимальное количество лития найдено в мышцах человека. Биологическая роль лития как микроэлемента пока до конца не выяснена.

Натрий – из общего содержания в организме человека 44% натрия находится во внеклекточной жидкости, 9% - внутриклеточной. Остальное количество натрия находится в костной ткани, являющейся местом депонирования иона натрия в организме.

Около 40% натрия, содержащегося в костной Тани, участвует в обменных процессах и благодаря этому скелет является либо донором, либо акцептором ионов натрия, что способствует поддержанию постоянства концентрации ионов натрия во внеклеточной жидкости. Натрий – основной внеклеточный ион. В организме человека находится натрий в виде его растворимых солей, главным образом: хлорид натрия – NaCl, ортофосфат натрия – Na₃PO₄, гидрокарбонат натрия – NaHCO₃. Натрий распределен по всему организму: в сыворотке крови, спинномозговой жидкости, пищеварительных соках, желчи, почках, коже, костной ткани, легких, мозге (Приложение2).

Ионы натрия играют важную роль:

- в обеспечение осмотического гомеостаза

- в обеспечение кислотно-основного равновесия организма

- в регулировании водного обмена

- в работе ферментов

- в передаче нервных импульсов

- в работе мышечных клеток

В организм натрий поступает в виде поваренной соли – NaCl. Хлорид натрия – основной источник соляной кислоты для желудочного сока. Ежедневная потребность организма в натрии – 1 г. Непрерывное избыточное потребление хлорида натрия способствует появлению гипертонии. Около 90% потребляемого натрия выводится с мочой, остальное с потом и калом. Изотонический раствор (0,9% NaCl) для инъекций водят подкожно, внутривенно, в клизмах при обезвоживании организма, при интоксикациях, а также для промывания ран, глаз, слизистой оболочки носа, а также для растворения различных лекарственных препаратов. Гипертонический раствор (3 – 5 – 10% NaCl) применяют наружно в виде компрессов и примочек при лечение гнойных ран. Применение таких компрессов способствует по законам осмоса отделению гноя из ран и плазмолизу бактерий (антмикробное действие) 2 – 5% раствор хлорида натрия назначают внутрь для промывания желудка при отравлении нитратом серебра (AgNO₃), который при этом превращается в малорастворимый и нетоксичный серебра хлорид:

AgNO₃ + NaCl  AgCl + NaNO₃ (демонстрация опыта)

Натрий гидрокарбонат, сода двууглекислая, сода питьевая – NaHCO₃ используют при различных заболеваниях, сопровождающихся повышенной кислотностью – ацидозом (диабет и др.). А также и при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. При приеме NaHCO₃ протекает реакция нейтрализации избыточной соляной кислоты:

NaHCO₃ + HCl  NaCl + H₂O + CO₂ (демонстрация опыта)

Следует иметь в виду, что применение NaHCO₃ вызывает ряд побочных эффектов. Выделяющийся при реакции углерод диоксид раздражает рецепторы слизистой оболочки желудка и вызывает вторичное усиление секреции, кроме того, он может способствовать перфорации стенки желудка при язвенной болезни. Слишком большая доза NaHCO₃ в результате гидролиза приводит к алкалозу, что не менее вредно, чем ацидоз. Растворы гидрокарбоната натрия применяют в виде полосканий, промываний при воспалительных заболеваниях глаз, слизистых оболочек верхних дыхательных путей. В результате гидролиза, протекающего в очень незначительной степени, водный раствор NaHCO₃ проявляет слабощелочные свойства:

NaHCO₃ + H₂O - NaOH + H₂CO₃

При воздействии щелочей на микробные клетки происходит осаждение клеточных белков и вследствие этого -  гибель микроорганизмов.

Натрий сульфат (глауберова соль) Na₂SO₄ 10H₂O применяют в качестве слабительного средства. Натрий тетраборат Na₂B₄O₇·10H₂O применяют наружно как антисептическое средство для полосканий, спринцеваний, смазываний. Радиоактивный изотоп ²⁴ Na в качестве метки применяют для определения скорости кровотока, кроме того, он используется для лечения некоторых форм лейкемии.

Калий. Является основным внутриклеточным катионом. Из общего количества калия, содержащегося в организме, 98% находится внутри клеток и лишь около 2% - во внеклеточной жидкости. Калий распространен по всему организму. Его топография: печень, почки, сердце, костная ткань, мышцы, кровь, мозг и т.д.

Ионы калия играют важную роль в физиологических процессах:

- при сокращении мышц

- в нормальном функционировании сердца

- при проведении нервных импульсов

- в обменных реакциях

- активации ферментов

Калий в большинстве случаев является антагонистом натрия.

Взрослый человек обычно потребляет с пищей 2-3 г калия в сутки. При калиевом истощении применяют хлорид калия 4-5 раз в день по 1 г.

Рубидий и цезий. Являясь полным аналогом калия, рубидий также накапливается во внутриклеточной жидкости и может в различных процессах замещать эквивалентное количество калия. Синергизм (хим.) – одновременное комбинированное воздействие двух (или более) факторов, характеризующихся тем, что такое совместное действие значительно превосходит эффект каждого отдельно взятого компонента. Синергист калия – рубидий активирует многие те же самые ферменты, что и калий. Радиоактивные изотопы ¹³⁷Сs и ⁸⁷Rb используют в радиотерапии злокачественных опухолей, а также при изучении метаболизма калия. Благодаря быстрому распаду их можно даже вводить в организм, не опасаясь длительного вредного воздействия.

Франций. Это радиоактивный химический элемент, полученный искусственным путем. Имеются данные, что франций способен избирательно накапливаться в опухолях на самых ранних стадиях их развития. Эти наблюдения могут оказаться полезными при диагностике онкологических заболеваний.

Закрепление: (самостоятельная работа) на листочках (5 мин.) 

Вариант 1.

Na→NaОН →NaС1 → Na

Вариант 2.

К →КОН→КС1→К.

Вариант 1

1. Щелочные металлы – это:

б) f-элементы

в) s-элементы

2. В ряду от лития к францию атомный радиус:

а) увеличивается

б) уменьшается

в) не изменяется

3. При сгорании лития пламя окрашивается в:

а) красный цвет

б) желтый цвет

в) фиолетовый цвет

4.Высший оксид состава Э₂О образует каждый из элементов в группе

а) натрий, магний, алюминий

б) калий, кальций, цинк

с) сера, фосфор, кремний

г) калий, натрий, литий

5.Реакция натрия с кислородом относится к реакциям

а) обмена

б) соединения

в) замещения

г) разложения

Вариант 2

1. Степень окисления щелочных металлов равна:

а) +2

б) +1

в) -1

2. В ряду от лития к францию химическая активность:

а) уменьшается

б) увеличивается

в) не изменяется

3. При сгорании натрия пламя окрашивается в:

а) красный цвет

б) желтый цвет

в) фиолетовый цвет

4.Реакция взаимодействия калия с водой относится к реакциям

а) обмена

б) соединения

в) замещения

г) разложения

5.Для щелочных металлов характерна

а) водородная связь

 б) ионная

в) металлическая

г) ковалентная полярная связь

 д) ковалентная неполярная связь

Для уравнений реакций с кислородом и водой составить электронный баланс. (Двое человек выполняют задание у доски на оценку, остальные- в тетрадях. В конце- взаимная проверка в паре)

1. Хранят обычно в керосине, и бегает он по воде,
В природе, помните, отныне,
Свободным нет его нигде,
В солях открыть его возможно
Желтеет пламя от него
И получить из соли можно
Как Дэви получил его.
О каком элементе идет речь? (Na)

2. Он энергично вытесняет 
Из влаги - чистый водород,
Его при этом заменяет 
И вяжет прочно кислород. 
Тот элемент в растеньях скрыт 
По фиолетовому цвету 
Он может быть в солях открыт.
О каком элементе идет речь? (К).

Итак,

Первой группы элементы

Одинаково валентны,

Легкоплавки и мягки,

Серебристы, как снежки.

Только с ними не зевай-

К ним воды не наливай!

Не послушаешь совета

И поплатишься за это!

Не услышишь мой призыв-

Грянет в классе страшный взрыв!

И тогда ты, наш дружок,

Испытаешь страшный шок!

Потому что двойку сразу

Ты получишь за урок.

Рефлексия.

Комментирование оценок.

Домашнее задание: §6.1-6.2

Приложение

Название химического элемента	Литий	Натрий	Калий	Рубидий	Цезий	Франций
Знак химического элемента
Цвет, агрегатное состояние простого вещества
Год открытия
Кем  открыт
Атомная масса
Плотность
Температура плавления
Температура кипения
Число электронных слоев
Притяжение  электронов к ядру
Восстановитель ная способность (металлические свойства)
Строение внешнего электронного слоя

ГУ «Школа-Гимназия № 32»

Тема: Щелочные металлы

Класс: 10А

Дарипова Айгуль Айтказиновна

Учитель химии и биологии

Астана, 2013