Информационно-образовательный портал
e-mail: [email protected]

Щелочные металлы, 10 класс естественно-математического цикла

Щелочные металлы, 10 класс естественно-математического цикла

Цели урока:

  • Образовательная: создать условия для формирования знаний о щелочных металлах. Рассмотреть строение атома, физические и химические свойства, а так же биологическую роль и области применения этих металлов.
  • Воспитательная: Создать условия для воспитания навыков сотрудничества, умения слушать и работать в группах.
  • Развивающая: Формировать умения сравнивать, обобщать материал и находить главное. Устанавливать причинно-следственные связи состава– свойства– применения.

Тип урока: Сообщение новых знаний.

Методы: обяснительно-иллюстративные, исследовательские, мультимедийные курсы.

Формы работы: фронтальная, индивидуальная.

Оборудование: интерактивная доска, ПК, компьютерная презентация темы.

Реактивы: металлы литий, натрий, вода дист. , фенолфталеин, ложечка для сжигания веществ, колба, наполненная кислородом, кристаллизатор, спиртовка.

План урока: (презентация)

  1. Организационный момент.
  2. История открытия и названия
  3. Характеристика щелочных металлов как s-элементов ПСХЭ Д. И. Менделеева.
  4. Содержание в природе
  5. Биологическая роль щелочных металлов.
  6. Физические свойства щелочных металлов
  7. Химические свойства щелочных металлов
  8. Применение щелочных металлов
  9. Закрепление.

Подведение итогов урока, информация о домашнем задании

1. Организационный момент.

2. Открытие и название щелочных металлов (презентация)

3. Характеристика щелочных металлов как s-элементов ПСХЭ Д. И. Менделеева

На уроке мы будем знакомиться со свойствами щелочных металлов и историей их открытия. Рассмотрим их как химические элементы, выясним их биологическую роль в живых организмах и области применения.

История открытия и названия (презентация)

Литий был открыт шведским химиком Й. Арведсоном в 1817 г.

По предложению Й. Берцелиуса назван литием (от греч. литос – камень).

Натрий и калий были впервые получены английским химиком и физиком Г. Дэви в 1807 г. при электролизе едких щелочей. Й. Берцелиус предложил назвать один новый элемент натрием (от араб. натрун – сода), а второй элемент по предложению Гильберта назван калием (от араб. алкали – щелочь).

Рубидий был открыт по характерным линиям в длинноволновой области спектра в 1861г. немецкими учёными Р. Бунзеном и Г. Киргофом. Цвет этих линий определил и название элемента. По латыни «рубидис» – тёмно-красный. В 1863г. Бунзен получил рубидий в чистом виде.

Цезий был первым элементом, открытым с помощью метода спектрального анализа. В 1860 г Р. Бунзен и Г. Киргоф по ярко-синим линиям в спектре обнаружили в воде минеральных источников в Боварии новый химический элемент. Название элемента происходит от лат. Слова «цезиус» – «небесно-голубой».

Франций был открыт в 1939г француженкой М. Пере. Она доказала, что этот элемент является продуктом распада актиния. Это радиоактивный элемент. Период его полураспада 22 минуты. В начале 50г удалось получить франций искусственно.

Вопрос учащимся: В каких группах подгруппах ПСХЭ находятся преимущественно типичные металлы? (Ответ: 1А и 2А). Мы рассмотрим металлы 1А группы– щелочные металлы.

Вопрос учащимся: Кто может объяснить такое название?.

Вопрос учащимся – записать электронную и графическую формулу атома натрия. У атомов элементов 1А группы на внешнем энергетическом уровне находится один валентный электрон, расположенный на s-подуровне. Эти элементы относятся к s-элементам. Исходя из электронного строения атомов щелочных металлов, какая валентность и степень окисления для них характерна?

Все элементы 1А группы похожи между собой по свойствам, это объясняется однотипным строением не только последнего энергетического уровня, но и предпоследнего (за исключением лития). С ростом радиуса атома в группе Li-Na-K-Rb-Cs-Fr ослабевает связь валентного электрона с ядром. Соответственно, в этом ряду энергия ионизации атомов щелочных металлов уменьшается. Имея на последнем энергетическом уровне один электрон, расположенный на большом расстоянии от ядра, атомы щелочных металлов легко отдают электрон. Это обусловливает низкую энергию ионизации. В результате ионизации образуются катионы Э+, имеющие устойчивую электронную конфигурацию атомов благородных газов. Все щелочные металлы имеют отрицательные стандартные окислительно-восстановительные потенциалы. Это их характеризует как очень сильные восстановители. (Презентация).

4. Содержание в природе. (Презентация).

Ме Распространениев природе в %
Литий 0,003
Натрий 2,6
Калий 2,4
Рубидий 0,012
Цезий 0,0001
Франций Получают искусственно

Биологическая роль щелочных металлов. (Презентация).

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 человека 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. Около 40% натрия, содержащегося в костной ткани, 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, фосфат натрия – Na3PO4, гидрокарбонат натрия – NaHCO3. Натрий распределен по всему организму: в сыворотке крови, спинномозговой жидкости, пищеварительных соках, желчи, почках, коже, костной ткани, легких, мозге.

Ионы натрия играют важную роль:

– 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.

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 повсеместно по всему организму : 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 сердечной мышцы

– при проведении нервных импульсов

– в обменных реакциях клетки

– 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. 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 вредного длительного 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.

5. Физические свойства. (Презентация)

Работа с учебником: из общего описания вычленить конкретные физические свойства и оформить заданным образом:

а) агрегатное состояние; б) цвет; в) плотность; г) tпл. и tкип. (как изменяются от Li к Cs!)

6. Химические свойства. (Презентация)

Перейдем к рассмотрению химических свойств щелочных металлов.

Интенсивность взаимодействия щелочных металлов значительно увеличивается в ряду от Li до Cs

Щелочные металла – восстановители:

а) с неМе.

Мео – 1 ē → Me1+

O2 Me2O; Ме2О2 оксиды, пероксиды

N2 Me3N нитриды

S Me2S сульфиды

H2 MeH гидриды

Cl2 MeГ галогениды

Класс делим на I и II в. (Составьте химические уравнения)

I. Li + неMe II. в K + неMe

Записать химические уравнения, дать названия продуктам реакций.

б) со сложными веществами

HOH→ MeOH гидроксиды HCl→ MeCl хлориды

Продолжите уравнение. (Проверьте записи друг у друга).

Nа + Н2О→ ? K + Н2О→ ? Li + HCl→ ?

Rb + HCl→ ? Cs + H2O→ ?

1. С кислородом (Rb, Cs – самовоспламеняются) 2Na+O2=Na2O2; 2K+2O2=K2O4 (пероксиды)

4Li+O2=2Li2O (оксид лития)

демонстрация

2. С галогенами 2Na+Cl2=2NaCl
3. С серой при нагревании 2Li+S=Li2S (сульфид)
4. Литий взаимодействует с азотом 6Li+N2=2Li3N ( нитрид)
5. С водородом при нагревании 2Na+H2=2NaH (гидрид)
6. С водой 2Na+2H2O=2NaOH+H2 демонстрация

Пероксиды и надпероксиды щелочных металлов сильные окислители. Пероксид натрия и надпероксид калия применяют в замкнутых объектах (подводных лодках и космических кораблях) для поглощения углерода диоксида и регенерации кислорода.

2Na2O2 + 2CO2 2Na2CO3 + O2

4KO2 + 2CO2 2K2CO3 + 3O2

Окрашивание пламени – качественные реакции.

Li – красное Na – желтое K – фиолетовое

7. Области применения щелочных металлов. (Презентация)

8. Закрепление

а) Li3N → Li → Li2O → LiOH → Li2SO4

б) NaNaOHNa2CO3NaClNa

в) KOH → K → KCl → AgCl

K2O2

Учащимся предлагается решить небольшой тест.

Вариант 1

1. Щелочные металлы – это:

а) р-элементы б) s-элементы в) d-элементы г) f – элементы

2. В ряду от лития к францию атомный радиус:

а) увеличивается б) уменьшается в) не изменяется г) сначала уменьшается, а затем увеличивается

3. При сгорании лития пламя окрашивается в:

а) красный цвет б) желтый цвет в) фиолетовый цвет г) не окрашивает пламя

4. К самым распространённым щелочным металлам можно отнести:

а) литий и натрий б) натрий и калий в) литий и калий г)рубидий

5. Основной внеклеточный ион – это:

а) литий б) натрий в) калий г) цезий

Вариант 2

1. Степень окисления щелочных металлов равна:

а) +2 б) +1 в) -1 г) 0

2. В ряду от лития к цезию химическая активность:

а) уменьшается б) увеличивается в) не изменяется г) сначала уменьшается, а затем увеличивается

3. При сгорании натрия пламя окрашивается в:

а) красный цвет б) желтый цвет в) фиолетовый цвет

4. При взаимодействии с кислородом оксид образует только:

а) калий б) натрий в) литий г) не окрашивает пламя

5. Основной внеклеточный ион это ион:

а) натрия б) калия в) цезия г) литий

9. Подведение итогов урока, информация о домашнем задании.

Подведение итогов урока и выставление оценок.

  1. Домашнее задание (Презентация)

Л. В. Рапацевич, Средняя школа №2, г. Тайынша, Северо-Казахстанская область