Урок на тему "Будова молекули, фізичні властивості речовини Х"

 Тема « Будова молекули, фізичні  властивості речовини Х»

Мета:  поглибити  знання  учнів про різноманітність вуглеводнів,взаємний вплив атомів у молекулі;сприяти формуванню знань про молекулярну та структурну формулу  бензену, його фізичні властивості та негативний вплив на організм людини; продовжувати вдосконалювати вміння учнів логічно мислити,аналізувати та робити висновки; виховувати почуття  колективізму, здатність працювати в парі та   групі, відповідальність за спільну справу.

Формування  ключових  компетентностей: спілкування державною мовою, основні компетентності у природничих науках і технологіях, математична компетентність,ініціативність та підприємливість,соціальна та громадянська компетентність,екологічна грамотність і здорове життя.

Очікувані результати: здобувач освіти  знаходить молекулярну формулу речовини за відомими масовими частками елементів або за масою  та об'ємом  продуктів згоряння;вміє складати структурні формули вуглеводнів;робить висновки про фізичні властивості бензену на  підставі спостережень ,висловлює судження про будову молекули бензену, усвідомлює відповідальність  за збереження довкілля від шкідливих викидів.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Форма проведення : урок-дослідження.

Обладнання: комп'ютер,мультимедійний проектор, презентація.

Реактиви та матеріали:  бензен, вода дистильована, йодна вода, олія соняшникова, штатив з пробірками, скляна паличка, спиртівка.

Хід уроку:

1.Організаційний етап(привітання, оголошення теми уроку ,повторення правил роботи в групах).

2.Актуалізація опорних знань(фронтальне  опитування).

Які класи вуглеводнів ви вже знаєте?

Який тип гібридизації валентних орбіталей характерний для кожного з них?

           3.Мотивація навчальної діяльності.

Серед   величезної кількості відомих органічних сполук знайдеться небагато таких, що вплинули на розвиток хімії як  речовина Х. Саме   з нею пов'язують синтез полімерів, штучних тканин і волокон ,барвників та лікарських засобів .Цю речовину використовують як  розчинник та добавку до пального. А її похідні-аспірин, ванілін міцно увійшли в наше  повсякденне життя.  За сто років  опубліковано більше1300 статей, присвячених цій речовині. І це при тому ,що  назву їй  не дали відразу ,формулу не могли визначити, а будова  молекули  та властивості  була загадкою і предметом чисельних дискусій протягом десятиліть.  

Тож пропоную вам   розкрити таємницю речовини Х.

Сьогодні ми  розгадаємо секрет   речовини  Х, познайомимося з її будовою та фізичними властивостями,ще раз простежимо зв'язок між будовою речовини та її властивостями.

4.Вивчення нового матеріалу(розповідь вчителя).

Уперше цю речовину одержав  німецький вчений Йоганн Глаубер ще в 1649 році перегонкою кам'яновугільної смоли ,але не дав їй назву та не встановив іі склад. Минуло 176 років. Друге народження отримав  в Англії ,де на початку XIX століття  для освітлення вулиць Лондона почали використовувати світильний газ. Його одержували шляхом піролізу вугілля та зберігали в стальних балонах під тиском. Світильний газ мав суттєвий недолік: із невідомих причин не давав яскравого освітлення взимку. Власники газового заводу  звернулися за допомогою до Майкла Фарадея. Той з'ясував,що взимку частина світильного газ збирається на дні у вигляді маслянистої рідини. Після дослідження конденсату виявив новий вуглеводень, який назвав карбюрованим воднем, та  16 червня 1825 року доповів про своє відкриття  Лондонському королівському товариству.

4.1 А зараз кожен із вас уявить себе на місці Фарадея та визначить формулу невідомого вуглеводню розв'язавши задачу.  Але, кожна пара буде визначати молекулярну формулу своїм шляхом.

Задача 1.При спалюванні речовини масою  2,5 г виділилось 8,46 г вуглекислого газу та 1,73 г води . Густина  парів цієї речовини 3,48  г/л. Визначте  молекулярну формулу речовини.

Задача 2.Під час спалювання органічної сполуки масою 3,9 г утворилося 6,72л вуглекислого газу та 2,7 г води . Визначте формулу сполуки ,якщо  відносна густина її парів за повітрям 2,69.

Задача 3.Виведіть формулу вуглеводню , до складу якого входить 92,3% Карбону, а відносна густина його  парів за воднем  39.

Задача 4.У вуглеводні масова частка Карбону дорівнює 92,3%,а Гідрогену -7,7%. Відносна густина парів  цієї речовини за повітрям 2,69. Визначте молекулярну формулу речовини.

Задача 5.Спаливши 0,65 г невідомої органічної речовини ,отримали 2,2 г Карбон (IV)  оксиду,та 0,45 г води. Відносна  густина парів  цієї речовини за киснем 2,44. Визначте молекулярну формулу  речовини.

Задача 6.При спалюванні 31,2 г невідомої речовини утворилося 53,76л  карбон (IV)оксиду та 21,6 г води. Відносна  густина парів  цієї речовини за азотом 2,79.Визначте молекулярну формулу речовини.

Задача 7.Вуглеводень масою 1,56г спалили. Утворився Карбон(IV)оксид масою 5,28 г. Відносна  густина парів  цієї речовини за гелієм дорівнює 19,5. Виведіть молекулярну формулу речовини.

Задача 8.Вуглеводень невідомої будови ,що має 6 атомів Карбону ,при взаємодії з бромом утворює галогенопохідну, відносна густина парів якої за воднем 78,5.Визначте молекулярну формулу вихідного вуглеводню.

Задача 9.Вуглеводень невідомої будови,що має шість атомів Карбону,при взаємодії з хлором  утворює  галогенопохідну, відносна густина парів якої за повітрям  3,88. Визначте молекулярну формулу вихідного вуглеводню.

Задача 10. Виведіть формулу вуглеводню , до складу якого входить 92,3% Карбону, а відносна густина його  парів за киснем  2,44.

Задача 11. У вуглеводні масова частка Карбону дорівнює 92,3%,а Гідрогену -7,7%. Відносна густина парів  цієї речовини за чадним газом  2,79. Визначте молекулярну формулу речовини.

Задача 12. Виведіть формулу вуглеводню , до складу якого входить 92,3% Карбону, а відносна густина його  парів за повітрям 2,69.

Задача 13. Виведіть формулу вуглеводню , до складу якого входить 92,3% Карбону, а відносна густина його  парів за вуглекислим газом 1,77.

Розв'язуючи задачу ,учні знаходять формулу речовини X –С₆Н₆ ( бензен -, тривіальна назва-бензол). Бензен – найпростіший представник класу Арени(стара назва –Ароматичні). Загальна формула цих вуглеводнів СnH2n-6  де n≤6 .Але, в даному випадку ароматичність не означає пахучість, а пов'язана  з особливим типом  зв'язку. 

4.2 Але, яку будову може мати молекула  бензену? Спираючись  на знання про чотиривалентність атому Карбону та ненасичений характер цієї сполуки, пропоную спрогнозувати можливі напівструктурні формули.( Вправа «Коло ідей». Учні працюють в групах). Але всі надані структурні формули є несприйнятними, так як не відповідають хімічним властивостям бензену. 40 років хіміки не могли зрозуміти  будову молекули бензену.  Лише в 1865 році  німецький вчений Фрідріх Август Кекуле  запропонував структурну формулу у вигляді циклу  із шести атомів Карбону з розташованими почергово простими та подвійними зв'язками. Існує легенда ,що таку структуру підказав  Кекуле у сні  змій, що закусив власний хвіст (символ алхіміків Уроборос). Формула Кекуле передбачає рівноцінність усіх атомів Карбону . Проте, за цією  формулою бензен повинен мати два ізомери. Але, експериментально встановлено, що бензен існує у вигляді однієї речовини.(Демонстрація відео про сучасну модель молекули бензену).

За сучасними уявленнями молекула бензену- правильний, плаский шестикутник. Усі атоми Карбону перебувають у стані sp²-гібридизації. При цьому кожний атом Карбону утворює три -σ зв'язки(один з атомом Н,та два С-С ),які лежать в одній площині під кутом 120^◦,та надає одну орбіталь  для утворення замкненої π-електронної системи. За рахунок спряження  всі зв'язки вирівняні. Отже,  в молекулі бензену немає простих і подвійних зв'язків :на кожний С-С зв'язок ,окрім двох σ- електронів припадає густина одного π-електрона. Такий зв'язок називають ароматичним. Делокалізацію π-електронної густини  графічно зображують у вигляді кола всередині правильного  шестикутника.  Якщо довжина простого С-С зв'язку становить 0,154 нм, подвійного в алкенах-0,134нм.То довжина зв'язку в молекулі бензену  становить 0,140 нм, тобто є проміжною, або полуторною.

4.3 Фізичні властивості бензену. Бензен-отруйна речовина. Вдихання парів викликає запаморочення та головний біль. При високих концентраціях можлива втрата свідомості, в рідкому стані легко проникає в організм через шкіру. Тому, робота з бензеном вимагає обережності. В наш техногенний вік є одним із продуктів викидів автомобільного транспорту.

Дослід 1. Приблизне визначення густини. У пробірку наливають бензен об'ємом 1-2 мл та добавляють воду об'ємом 2-4  мл. Бензен спливає на поверхю води. Отже ,густина бензену менша від одиниці.(p=0,874 г/л).

Дослід2.Бензен як розчинник. У три пробірки наливають бензен об'ємом 1-2мл. У першу пробірку наливають  воду, в другу- рослинну олію,  третю-йодну воду.

Вміст пробірок енергійно збовтують. В першій пробірці спостерігаємо утворення емульсії, яка розшаровується на бензен та воду ,в другій –спостерігають розчинення олії в бензені, в третій-шар бензену забарвлюється. Тобто, бензен-кращий розчинник, ніж вода.

Дослід3. Горіння бензену. Кінець палички змочують бензеном та вносять в полум'я спиртівки. Бензен загоряється сильно кіптявим полум'ям.

Висновок: Бензен- безбарвна рідина із специфічним запахом, не розчинний у воді, легший за воду. Добрий розчинник.

Фізичні властивості  бензену

5.Підбиття підсумків уроку Закінчіть речення:

Бензен має молекулярну формулу-

Бензен може бути представлений  структурними формулами-

Одна структурна формула вказує на наявність- …зв'язків.

Друга структурна формула показує на…. кратних зв'язків.

За фізичними властивостями бензен-…,що має своєрідний …, у  воді -….

6.Рефлексія.

Сьогодні на уроці я дізнався-

Найбільше мене зацікавило-

Найбільші труднощі відчув-

Про це хочу дізнатися більше-

Ця інформація для мене важлива-

  Бензене,  друже мій гексагональний,

  Стабільний цикл та маргінальний.

  Як жваво входиш в резонанс

  Та зберігаєш енергії баланс.

  Ти-ідеальний,симетричний,

  Первоначальний-емпіричний. Ти-праотець,

  Твою родину Арени звуть –ароматичні.

7.Домашнє завдання.§16 підручника, виконати вправу 1-5.

Технологічна карта уроку