Металлы побочных подгрупп, 11 класс химия
учебно-методический материал по химии (11 класс)

Тема урока: Металлы побочных подгрупп

Цели: 

Обучающая – обобщить знания учащихся об основных свойствах элементов – металлов главных подгрупп I–III групп и побочных подгрупп периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, а также образуемых ими простых и сложных веществ.
Воспитательная – воспитывать экологическую культуру (на примере последствий загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами), ответственное отношение к собственному здоровью (в связи с необходимостью или вредом поступления в организм некоторых металлов).
Развивающая – совершенствовать умения экспериментально подтверждать химические свойства веществ, на основе теоретических знаний выполнять практические задания, сравнивать, обобщать, логически рассуждать, устанавливать взаимозависимость строения и свойств веществ, работать с наглядным материалом.

Тип урока: обобщающий

2.Структура урока:

I. Организационный момент

II. Активизация мыслительной деятельности учащихся

1. Постановка целей урока

2. Интеллектуальная разминка

III. Обобщающее повторение.
1.Металлы главных подгрупп I–III групп

4.Металлы побочных подгрупп периодической системы

5. Сравнение свойств элементов главных и побочных

Подгрупп

IV. Закрепление знаний.

1. Итоговое тестирование

V. Рефлексия

VI.Домашнее задание 

Формы организации учебно-познавательной деятельности:

- фронтальная

- групповая

- индивидуальная

Методы и приемы обучения: объяснительно - иллюстративный,  демонстрационный, частично - поисковый,  эксперимент,  беседа, ИКТ.

Реактивы и оборудование урока: карта маршрута восхождения к вершине «Металлы», образцы соединений изученных элементов, асбестовая сетка, лучинка, щелочные металлы, дихромат аммония;

 Растворы: хлорида железа(III), сульфата меди(II), перокиси водорода, перманганата калия, сульфита натрия, гидроксида натрия, дисцил.  вода, серная кислота, хлорид хрома (III).

Учебно-наглядные средства

- презентация по теме

- раздаточный материал.

.

ХОД УРОКА

1. Орг. момент
2. Актуализация знаний

3. Исключите лишнее слово (оно подчеркнуто); напишите, что объединяет оставшиеся вещества.

1. Железо, марганец, хром, алюминий. (Ответ. d-Элементы.)
2. Магнетит, пирит, боксит, гематит. (Ответ. Природные соединения железа.)

в) Cr(OH)3, Fe(OH)3, Al(ОН)3, Mg(ОН)2.(Ответ. Амфотерные гидроксиды.)

г) CrО3, FеО, КМnО4, К2Сr2O7.(Ответ. Сильные окислители, соединения элементов в высшей степени окисления.)

4. С какими понятиями или явлениями по теме у вас ассоциируются следующие слова и словосочетания?

1. Покрытие ногтей лаком. (Ответ. Защитная оксидная пленка
   на поверхности Аl, Мn, Сr; хромирование, алитирование.)
2. Человек с частой сменой настроения. (Ответ. Элемент с переменной
   степенью окисления.)

в) Кровь. (Ответ. Железо – составная часть гемоглобина, на его окислительно-восстановительных свойствах основан перенос эритроцитами кислорода.)

5. В 1843 г. немецкий химик Рудольф Беттгер, который прославился как изобретатель современных спичек и взрывчатого вещества пироксилина, получил оранжево-красное кристаллическое вещество. Как обычно, он решил испытать это вещество на способность воспламеняться от горящей лучины. Насыпав на тарелку горку кристаллов, Беттгер поднес к ней горящую лучину. Перед ним предстала изумительная картина дымящего вулкана с вылетающими искрами, горка увеличивалась в размерах и приобрела зеленый цвет. (Учитель демонстрирует опыт «Вулкан».)

Вопрос. Какое вещество оранжево-красного цвета получил Беттгер и что стало с этим веществом после реакции? (Ответ. Дихромат аммония
при горении образует зеленый оксид хрома(III), азот и воду.) (Написать уравнение реакции)

Задания 1 ученику

Задание 1. Составьте схему распределения электронов по орбиталям в атоме железа. Определите количество валентных электронов.

(Ответ. 26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2, 8 валентных электронов.)

Задание 2. Охарактеризуйте свойства простого вещества железа (тип кристаллической решетки, характер связи, физические свойства).(Ответ. Металлическая кристаллическая решетка, металлическая связь, = 7,87 г/см3, tпл = 1539 °С.)

Задание 3. Какая степень окисления железа в следующих соединениях: Fе(ОН)2, FeСl3, К2FеO4, Fе2О3, Fe(ОН)3? (Ответ. +2, +3, +6, +3, +3.)

Задание 4. Проделайте качественные реакции на ионы Fе2+ и Fe3+. К раствору Fе(ОН)2 добавьте пероксид водорода. Объясните наблюдаемые явления. Какими свойствами обладают оксиды и гидроксиды железа(II и III)?

(Ответ.

Оксид и гидроксид железа(II) обладают основными свойствами,
оксид и гидроксид железа(III) – амфотерными.)

Задание 5. Сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах соединений железа на основании следующих химических уравнений:

(Ответ. а) Восстановительные свойства ; б) окислительные свойства ;                                                                   в) восстановительные свойства ;  г) окислительные свойства .

 Вывод. В низших степенях окисления железо проявляет восстановительные свойства, в высших –  окислительные,в  промежуточных степенях окисления проявляет двойственную реакционную способность.)

Задания 2 ученику

Задание 1. Составьте схему распределения электронов по орбиталям в атоме хрома. Определите количество валентных электронов.

(Ответ. 24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1,6 валентных электронов.)

Задание 2. Охарактеризуйте свойства простого вещества хрома (тип кристаллической решетки, характер связи, физические свойства).

(Ответ. Металлическая кристаллическая решетка, металлическая связь, = 7,19 г/см3, tпл = 1890 °С, самый твердый металл.)

Задание 3. Каким степеням окисления хрома соответствуют следующие соединения: Сr(ОН)3, CrО3, H2Cr2O7, Cr(OH)2, H2CrO4, CrO, Cr2О3. Какие химические свойства проявляют данные соединения?

(Ответ. +3 (амфотерный гидроксид),+6 (кислотный оксид), +6 (кислота),
+2 (основный гидроксид), +6 (кислота) +2 (основный оксид), +3 (амфотерный оксид).)

Задание 4. Практически докажите амфотерный характер Сr(ОН)3. Осуществите взаимопревращения хромата K2CrO4 в дихромат K2Cr2O7. Дайте соответствующие объяснения.

(Решение. При осторожном добавлении раствора NaOH к раствору соли CrCl3 выпадает серо-зеленый осадок Cr(ОН)3: CrCl3 + 3NaOH = Cr(ОН)3 + 3NaCl. Этот осадок растворяется как в кислоте (зеленый раствор),
так и в избытке щелочи (фиолетовый раствор): Cr(ОН)3 + 3НCl = СrCl3 + 3H2O,
Cr(ОН)3 + NaOН + 2H2O = Na[Сr(OH)4(H2O)2].К оранжевому раствору дихромата калия приливаем немного раствора щелочи.
Раствор приобретает желтую окраску (образуется хромат калия).
В этот же раствор приливаем соляную кислоту, раствор снова становится
оранжевым (образуется дихромат калия). Следовательно, хроматы в кислой среде ревращаются в дихроматы, а последние в щелочной
среде превращаются в хроматы.)

Задание 5. Расставьте коэффициенты в следующих ниже уравнениях реакций методом электронного баланса. Охарактеризуйте свойства соединений хрома в данных реакциях:

Cr2(SO4)3 + KMnO4 + H2O K2Cr2O7 + MnO2 + H2SO4,

SO2 + K2Cr2O7 + H2SO4 K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O.

Решение.

(В зависимости от степени окисления хром проявляет восстановительные
или окислительные свойства.)

Характеристика элементов-металлов побочных подгрупп

• Семейство (тип элемента) – d.
• Число электронов на последнем энергетическом уровне – 1–2.
• Число валентных электронов – как правило, соответствует номеру группы (кроме VIII).
• Степени окисления в соединениях – переменные.
• Свойства простого вещества – металлические.
• Свойства соединений элементов – окислительные и восстановительные.
• Характер оксидов и гидроксидов – основный, амфотерный и кислотный.

 Сравнение свойств элементов главных и побочных подгрупп

Ученики. Характерной особенностью d-элементов является то, что валентные электроны у них находятся на s-орбитали внешнего и d-орбиталях предвнешнего слоя. Напротив, у элементов-металлов главных подгрупп валентные электроны занимают только внешний энергетический уровень. Эти отличия определяют переменные степени окисления d-элементов и постоянные – элементов главных подгрупп (s- и p-элементов). Строение внешнего электронного слоя атомов d-элементов примерно одинаково (1 или 2 электрона), поэтому в периоде слева направо свойства d-элементов изменяются менее резко, чем в ряду s- и р-элементов, где количество электронов на последнем слое увеличивается с ростом порядкового номера элемента.
Вместе с тем атомы элементов-металлов главных и побочных подгрупп имеют относительно невысокие энергии ионизации. Это связано с небольшим числом электронов на последнем энергетическом уровне и наличием свободных орбиталей. Иными словами, структура внешнего электронного слоя у них подобна. Поэтому и те, и другие обладают металлическими свойствами.
Следовательно, строение атомов элементов определяет их характерные свойства. Во взаимосвязи строение–свойства проявляется универсальная в природе связь. Например, в биологии существует взаимосвязь строения и функций различных органов и тканей.

 Итоговое тестирование

Выберите правильные утверждения.

Вариант 1.

1. Щелочные металлы являются сильными восстановителями.
2. Действием соды можно устранить временную и постоянную жесткости воды.
3. Соли алюминия гидролизу не подвергаются.
4. Оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами.
5. Железу в степени окисления +3 соответствует железная кислота.
6. Соли железа(III) получают при сжигании железа в хлоре и при взаимодействии железа с разбавленными соляной и серной кислотами.
7. Соединения хрома с промежуточной степенью окисления проявляют и окислительные, и восстановительные свойства.
8. В кислой среде дихроматы переходят в хроматы.
9. Валентные электроны марганца – это 2 электрона внешнего и 5 электронов предвнешнего энергетического уровня.
10. Перманганат калия является сильным окислителем.

Вариант 2.

1. Натрий и калий получают путем электролиза растворов хлоридов и гидроксидов.
2. Составной частью негашеной извести является Са(ОН)2.
3. На поверхности алюминия имеется тонкая оксидная пленка, предохраняющая его от дальнейшего окисления.
4. При сплавлении алюминия со щелочами образуются метаалюминаты.
5. При сгорании железа в кислороде и на воздухе в основном образуется смешанный оксид Fe3О4.
6. При долгом нахождении на воздухе гидроксид железа(III) превращается в гидроксид железа(II).
7. В азотной и концентрированной серной кислотах хром пассивируется.
8. Хроматы и дихроматы являются сильными восстановителями.
9. На воздухе на поверхности марганца образуется тонкая оксидная пленка, предохраняющая его от дальнейшего окисления.
10. В химических реакциях наиболее полное восстановление марганца в степени окисления +7 происходит в кислой среде.

Верные утверждения:
1 вариант – 1, 2, 4, 7, 9, 10;
2 вариант – 3, 4, 5, 7, 9, 10.

V. Рефлексия

Vi.Домашнее задание.

Задание 1. Составьте схему распределения электронов по орбиталям в атоме железа. Определите количество валентных электронов.

Задание 2. Охарактеризуйте свойства простого вещества железа (тип кристаллической решетки, характер связи, физические свойства).

Задание 3. Какая степень окисления железа в следующих соединениях: Fе(ОН)2, FeСl3, К2FеO4, Fе2О3, Fe(ОН)3? 

Задание 4. Проделайте качественные реакции на ионы Fе2+ и Fe3+. К раствору Fе(ОН)2 добавьте пероксид водорода. Объясните наблюдаемые явления. Какими свойствами обладают оксиды и гидроксиды железа(II и III)?

Задание 5. Сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах соединений железа на основании следующих химических уравнений:

(

Задания 2 ученику

Задание 1. Составьте схему распределения электронов по орбиталям в атоме хрома. Определите количество валентных электронов.

Задание 2. Охарактеризуйте свойства простого вещества хрома (тип кристаллической решетки, характер связи, физические свойства).

Задание 3. Каким степеням окисления хрома соответствуют следующие соединения: Сr(ОН)3, CrО3, H2Cr2O7, Cr(OH)2, H2CrO4, CrO, Cr2О3. Какие химические свойства проявляют данные соединения?

(Задание 4. Практически докажите амфотерный характер Сr(ОН)3. Осуществите взаимопревращения хромата K2CrO4 в дихромат K2Cr2O7. Дайте соответствующие объяснения.

(Решение. При осторожном добавлении раствора NaOH к раствору соли CrCl3 выпадает серо-зеленый осадок . Этот осадок растворяется как в кислоте (зеленый раствор),
так и в избытке щелочи (фиолетовый раствор). К оранжевому раствору дихромата калия приливаем немного раствора щелочи. Раствор приобретает желтую окраску (образуется хромат калия). В этот же раствор приливаем соляную кислоту, раствор снова становится оранжевым (образуется дихромат калия).

Задание 5. Расставьте коэффициенты в следующих ниже уравнениях реакций методом электронного баланса. Охарактеризуйте свойства соединений хрома в данных реакциях:

Cr2(SO4)3 + KMnO4 + H2O K2Cr2O7 + MnO2 + H2SO4,

SO2 + K2Cr2O7 + H2SO4 K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O.

Задание 1. Составьте схему распределения электронов по орбиталям в атоме железа. Определите количество валентных электронов.

(Ответ. 26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2, 8 валентных электронов.)

Задание 2. Охарактеризуйте свойства простого вещества железа (тип кристаллической решетки, характер связи, физические свойства).(Ответ. Металлическая кристаллическая решетка, металлическая связь, = 7,87 г/см3, tпл = 1539 °С.)

Задание 3. Какая степень окисления железа в следующих соединениях: Fе(ОН)2, FeСl3, К2FеO4, Fе2О3, Fe(ОН)3? (Ответ. +2, +3, +6, +3, +3.)

Задание 4. Проделайте качественные реакции на ионы Fе2+ и Fe3+. К раствору Fе(ОН)2 добавьте пероксид водорода. Объясните наблюдаемые явления. Какими свойствами обладают оксиды и гидроксиды железа(II и III)?

(Ответ.

Оксид и гидроксид железа(II) обладают основными свойствами,
оксид и гидроксид железа(III) – амфотерными.)

Задание 5. Сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах соединений железа на основании следующих химических уравнений:

(Ответ. а) Восстановительные свойства ; б) окислительные свойства ; в) восстановительные свойства ;  г) окислительные свойства .

 Вывод. В низших степенях окисления железо проявляет восстановительные свойства, в высших –  окислительные,в  промежуточных степенях окисления проявляет двойственную реакционную способность.)

Задания 2 ученику

Задание 1. Составьте схему распределения электронов по орбиталям в атоме хрома. Определите количество валентных электронов.

(Ответ. 24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1,6 валентных электронов.)

Задание 2. Охарактеризуйте свойства простого вещества хрома (тип кристаллической решетки, характер связи, физические свойства).

(Ответ. Металлическая кристаллическая решетка, металлическая связь, = 7,19 г/см3, tпл = 1890 °С, самый твердый металл.)

Задание 3. Каким степеням окисления хрома соответствуют следующие соединения: Сr(ОН)3, CrО3, H2Cr2O7, Cr(OH)2, H2CrO4, CrO, Cr2О3. Какие химические свойства проявляют данные соединения?

(Ответ. +3 (амфотерный гидроксид),+6 (кислотный оксид), +6 (кислота),
+2 (основный гидроксид), +6 (кислота) +2 (основный оксид), +3 (амфотерный оксид).)

Задание 4. Практически докажите амфотерный характер Сr(ОН)3. Осуществите взаимопревращения хромата K2CrO4 в дихромат K2Cr2O7. Дайте соответствующие объяснения.

(Решение. При осторожном добавлении раствора NaOH к раствору соли CrCl3 выпадает серо-зеленый осадок Cr(ОН)3: CrCl3 + 3NaOH = Cr(ОН)3 + 3NaCl. Этот осадок растворяется как в кислоте (зеленый раствор),
так и в избытке щелочи (фиолетовый раствор): Cr(ОН)3 + 3НCl = СrCl3 + 3H2O,
Cr(ОН)3 + NaOН + 2H2O = Na[Сr(OH)4(H2O)2].К оранжевому раствору дихромата калия приливаем немного раствора щелочи.
Раствор приобретает желтую окраску (образуется хромат калия).
В этот же раствор приливаем соляную кислоту, раствор снова становится
оранжевым (образуется дихромат калия). Следовательно, хроматы в кислой среде ревращаются в дихроматы, а последние в щелочной
среде превращаются в хроматы.)

Задание 5. Расставьте коэффициенты в следующих ниже уравнениях реакций методом электронного баланса. Охарактеризуйте свойства соединений хрома в данных реакциях:

Cr2(SO4)3 + KMnO4 + H2O K2Cr2O7 + MnO2 + H2SO4,

SO2 + K2Cr2O7 + H2SO4 K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O.

Решение.

(В зависимости от степени окисления хром проявляет восстановительные
или окислительные свойства.)

Выберите верные утверждения

1. Щелочные металлы являются сильными восстановителями.
2. Действием соды можно устранить временную и постоянную жесткости воды.
3. Соли алюминия гидролизу не подвергаются.
4. Оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами.
5. Железу в степени окисления +3 соответствует железная кислота.
6. Соли железа(III) получают при сжигании железа в хлоре и при взаимодействии железа с разбавленными соляной и серной кислотами.
7. Соединения хрома с промежуточной степенью окисления проявляют и окислительные, и восстановительные свойства.
8. В кислой среде дихроматы переходят в хроматы.
9. Валентные электроны марганца – это 2 электрона внешнего и 5 электронов предвнешнего энергетического уровня.
10. Перманганат калия является сильным окислителем.

Вариант 2.

1. Натрий и калий получают путем электролиза растворов хлоридов и гидроксидов.
2. Составной частью негашеной извести является Са(ОН)2.
3. На поверхности алюминия имеется тонкая оксидная пленка, предохраняющая его от дальнейшего окисления.
4. При сплавлении алюминия со щелочами образуются метаалюминаты.
5. При сгорании железа в кислороде и на воздухе в основном образуется смешанный оксид Fe3О4.
6. При долгом нахождении на воздухе гидроксид железа(III) превращается в гидроксид железа(II).
7. В азотной и концентрированной серной кислотах хром пассивируется.
8. Хроматы и дихроматы являются сильными восстановителями.
9. На воздухе на поверхности марганца образуется тонкая оксидная пленка, предохраняющая его от дальнейшего окисления.
10. В химических реакциях наиболее полное восстановление марганца в степени окисления +7 происходит в кислой среде.

Верные утверждения: