§ 3.1.4. ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ В КУРСЕ ХИМИИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ Место и значение темы «Теория электролитической диссоциации»
При изучении теории электролитической диссоциации ставятся важные воспитательные задачи. Как всякая теоретическая тема, она дает богатый материал для формирования диалектико-матери- алистического мировоззрения, для подтверждения на конкретных примерах важнейших философских категорий и закономерностей, раскрывает внутреннюю противоречивость электролитов, диссоциирующих на разноименно заряженные ионы. Рассмотрение поведения веществ в растворе во взаимной связи способствует развитию диалектических представлений о веществе.
С помощью исторического подхода к теории электролитической диссоциации постепенно формируются идеи о познаваемости мира, развиваются представления о природе веществ, химической реакции и химическом элементе, о многообразии частиц вещества в природе.
Цели развития учащихся в процессе изучения этой темы расширяются на основе углубления понятий о веществе и химической реакции. Знания учащихся поднимаются на качественно новый этап. Необходимость выявлять ионную сущность реакции требует иного осмысления химических процессов и формирования новых умений. Тема создает более высокую теоретическую базу для изучения всего остального курса химии, служит для переосмысливания уже пройденной части курса, т.
Структура содержания темы «Теория электролитической диссоциации»
Цели определяют содержание темы. В последние годы эта теоретическая тема также претерпела настолько серьезные сокращения, что пришлось даже название темы изменить, исключив из него слово «теория»" потому что комплекс входящих в нее понятий резко сократился, хотя структура темы в основном сохранена.
Содержание темы «Теория электролитической диссоциации» включает четыре важнейшие группы понятий о веществе: электролиты, ионы в растворе, сущность процесса диссоциации, ионные реакции в растворе. Все эти понятия для учащихся качественно новые, но вполне доступные, так как имеют прочную опору на сформированные ранее понятия. Так, для понимания поведения электролитов в растворе необходимы опорные сведения о видах химической связи и о классах неорганических соединений, которые учащиеся уже приобрели. Эти же знания нужны для объяснения сущности диссоциации. Для понимания взаимодействия разноименных ионов используется знание физики. Кроме того, в курсе физики учащиеся уже получили предварительное понятие об электролите, о растворах.
Система понятий теории электролитической диссоциации и структура ее содержания отражены в схеме 3.3. Схема пока зывает содержание каждого блока системы понятий и их взаимосвязи. Рассмотрим последовательность их введения и ее обоснование.
Система понятий теории электролитической диссоциации Вещества-электролиты
Сущность процесса диссоциации Особенности диссоциации
диссоциации диссоциации Реакции ионов в растворе 1
Окислительно- ионного восстанови обмена тельные 1 реакции I
Гидролиз солей Ионы в растворе. Свойства ионов
Построение темы «Теория электролитической диссоциации»
Узловым в теме «Теория электролитической диссоциации», как и в целом в курсе химии, является понятие о веществе, в данном случае — веществе-электролите.
После того, как сущность процесса электролитической диссоциации проанализирована, можно переходить к изучению свойств электролитов в растворе. На этом материале развиваются понятия о классах неорганических веществ; их свойства получают более глубокое теоретическое объяснение.
Наиболее существенный качественный скачок характерен для понятия «химическая реакция». Оно раскрывается на примере как реакций ионного обмена, так и окислительно- восстановительных реакций, протекающих в растворе. Здесь подчеркивают три важных момента: 1)
протекание реакции обмена в направлении связывания ионов; 2)
взаимодействие соли электролита с водой (гидролиз) как частный случай обратимой обменной реакции; 3)
окислительно-восстановительные реакции, происходящие в растворе и приводящие к изменению состава и заряда ионов; при этом устанавливается связь между понятиями окисление- восстановление и теорией электролитической диссоциации.
Из обязательного минимума содержания гидролиз солей исключен, а окислительно-восстановительные реакции рассматриваются на самых простых примерах.
Обобщается весь материал при рассмотрении основных положений теории электролитической диссоциации.
Методы изучения темы «Теория электролитической диссоциации»
Цели и содержание определяют выбор методов, обеспечивающих в должной мере формирование знаний и умений учащихся. Для темы «Теория электролитической диссоциации» это прежде всего проблемный подход [25].
Почему электролиты проводят электрический ток, а неэлектролиты не проводят? 2)
Почему ионные и полярные соединения диссоциируют на ионы, а неполярные — нет? 3)
Что влияет на диссоциацию — растворитель или электрический ток? 4)
Существуют ли различия между атомом и ионом? И т. д. 236
Для успешного изучения теории электролитической диссоциации необходим демонстрационный и лабораторный эксперимент, которым эта тема очень богата.
При разборе темы с учащимися учитель встречается с некоторыми сложностями. Прежде всего очень трудно научить учащихся составлять ионные уравнения. Это связано с тем, что два предшествующих года делалось все, чтобы закрепить умение составлять молекулярные уравнения. Перестройка стереотипа требует многочисленных упражнений.
Учащиеся часто смешивают термины «степень окисления», «заряд иона», «валентность», так как не знают четкого определения понятий, неправильно понимают причину диссоциации и т. д. Поэтому необходимо сущность электролитической диссоциации объяснять исходя из теории химической связи, отмечая взаимодействие электролита с полярными молекулами воды, а электрическую проводимость — как следствие диссоциации электролитов на ионы.
Особенности изучения гидролиза солей
Особую сложность для учащихся представляет понятие о гидролизе. Это сложное понятие развивается на основе понятий о реакциях ионного обмена, обратимости реакций, химическом равновесии и способах его смещения, а также степени диссоциации электролитов, точнее, понятий о сильных и слабых электролитах (схема 3.4.).
Взаимосвязь понятия «гидролиз» с опорными понятиями
Реакции ионного обмена Обратимые Гидролиз Химическое реакции солей равновесие Сильные и слабые электролиты
Именно из-за сложности этого понятия, требующего больших затрат времени, гидролиз исключен в настоящее время из курса химии основной школы.
Гидролиз — понятие теоретическое. Зародившись в теме «Тео- рия электролитической диссоциации», оно постепенно дополняется, эволюционирует во всех последующих темах и приобретает качественно новые характеристики в курсе органической химии!
Гидролиз солей в теме «Теория электролитической диссоциации» следует рассматривать только на основе ионных реакций. Это гораздо легче для усвоения и в большей степени отвечает сущности процесса. Кроме того, не требуется объяснять дополнительно основные соли.
Изучение материала ведется проблемно. Сначала актуализируют знания учащихся о действии кислот и щелочей на индикаторы. Специально выделяют вопрос о действии солей на индикаторы. В памяти учащихся закрепился факт, что соли не изменяют окраску индикаторов. Учитель демонстрирует опыт: добавляет в раствор карбоната натрия фенолфталеин; обнаруживается щелочная реакция среды. Возникает противоречие между прежними знаниями и новым фактом, т. е. создается проблемная ситуация. Учитель формулирует проблему: объясните, почему при растворении соли в растворе образовалась щелочная среда. Недостаток знаний для ответа на этот вопрос пробуждает желание их приобрести.
Для разрешения проблемы действуют следующим образом: 1) Составляют формулы соли и выводят формулы основания и кислоты, которыми она образована, указывая их относительную силу как электролитов (сильный — е., слабый — сл.):
2) Приводят схемы диссоциации соли
Na2C03 = 2Na' + CO;l2 3)
Изображают диссоциацию воды (условно, в скобках)
Рассматривают отношение к воде ионов соли и приходят к выводу, что в реакцию с водой вступает только ион слабого электролита
С032 + НОН ^ НСОз + ОН
В этом примере подчеркивается образование гидроксид- ионов, после чего учащиеся делают вывод о причинах возникновения у раствора щелочных свойств.
Учитель предлагает учащимся вопрос: возможен ли такой процесс, если вместо аниона слабого электролита в растворе находится ион сильного электролита? Вывод: гидролиз возможен только при наличии иона слабого электролита.
Одна проблемная ситуация разрешена.
При изучении электролитической диссоциации и гидролиза в старших классах применяют лекционно-семинарскую систему и ученические исследования.72
Большую помощь при изучении абстрактных вопросов темы оказывают транспаранты «Гидратация ионов», кинофрагменты «Ионные реакции обмена», «Электролиты и неэлектролиты», «Механизм электролитической диссоциации», диапозитивы «Теория электролитической диссоциации».