Методические подходы к изучению ОВР в основной школе

В учебниках, написанных авторским коллективом МГУ имени М. В. Ломоносова [1, 2], развитие представлений об окислительно-восстановительных реакциях включает несколько этапов.

На начальном этапе у обучающихся формируется фундаментальное понятие «степень окисления» как условный заряд на атоме в молекуле или кристалле, вычисленный из предположения, что все ковалентные полярные связи имеют ионный характер [1]. Здесь важно подчеркнуть условность этого понятия, но в то же время его универсальность, так как его можно применить к соединениям всех классов независимо от вида химических связей. Авторы УМК вводят новое понятие

«степень окисления» в сопоставлении с уже известным обучающимся понятием «валентность». Содержание материала и предлагаемые задания позволяют школьникам уже на первом этапе осознанно применять понятия «заряд иона», «степень окисления», «валентность». Так как в большинстве соединений, с которыми обучающиеся встречаются в курсе неорганической химии, абсолютные

значения степени окисления и валентности равны, у многих школьников создаётся представление об их полной идентичности. На формирование умения различать эти понятия, усвоение порядка действия при определении степеней окисления, осознанное применение полученных знаний направлены предлагаемые ниже задания.

• Изобразите структурные формулы следующих молекул: О2, H2O, OF2, H2O2. Определите валентности и степени окисления кислорода в этих молекулах [1].

• Основываясь на положении элемента в Периодической системе, обоснуйте расстановку степеней окисления в формулах веществ [2].
  

В ходе следующего этапа вычленяется важнейший признак ОВР — изменение степени окисления элементов. На основе его раскрывается содержание основных понятий и даются определения. Любая ОВР представлена как совокупность двух взаимосвязанных процессов (полуреакций). Таким образом

формируется представление об окислении как процессе потери электронов, сопровождающемся увеличением степени окисления, и восстановлении как процессе присоединения электронов, сопровождающемся уменьшением степени окисления. Данное суждение визуализировано цветными схемами и фотографиями рассматриваемых процессов [2].

Учитель может дополнить предложенные схемы терминами «восстановленная форма окислителя» и «окисленная форма восстановителя».

С целью более наглядного представления процессов окисления и восстановления можно использовать так называемые оси степеней окисления, на которых обучающиеся на примере реакции оксида железа(III) с угарным газом отмечают направление изменения степеней окисления и подписывают все формы:

В итоге у школьников формируется устойчивое понятие о том, что восстановитель в ходе реакции окисляется, а окислитель — восстанавливается.

На этом же этапе для расстановки коэффициентов в уравнениях ОВР рассматривается метод электронного баланса, в основе которого лежит правило: число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, приобретённых окислителем. Целесообразно организовать работу обучающихся с опорой на таблицу, в которой указана последовательность действий [2]. Предложенные авторами разнообразные задания позволяют закрепить навыки расстановки коэффициентов методом электронного баланса как в простых схемах реакций, так и в более сложных, а также развивать умение преобразовывать словесную информацию о химических явлениях в язык символов и знаков, что является одним из требований к планируемым результатам освоения учебного предмета «Химия».

Следующий этап — совершенствование умений составления уравнений окислительно-восстановительных реакций, определения степеней окисления, решения проблемных задач. На примере взаимодействия металлов с растворами солей углубляется понятие о том, что при протекании ОВР происходит перенос электронов от восстановителя к окислителю, поэтому их можно использовать для создания электрического тока. А как это сделать? Обучающиеся приходят к выводу, что надо разделить в пространстве процессы окисления и восстановления. Ставится эксперимент по получению гальванического элемента, осуществляется межпредметная связь с физикой.

Основное внимание следует обратить на изучение электрохимического ряда напряжений, характеризующего восстановительную способность металлов в водных растворах. Зная положение металла в электрохимическом ряду напряжений, обучающиеся могут предсказать протекание той или иной реакции с его участием. Глубокому пониманию сущности окислительно-восстановительных реакций и развитию химического мышления способствуют следующие задания.

• Некоторый металл вступает в реакцию с раствором нитрата серебра, но не реагирует с разбавленной серной кислотой. Какой это металл? [2].

• Определите металлы, которые: а) вытесняют и медь, и железо из водных растворов их солей; б) вытесняют медь, но не вытесняют железо из водных растворов их солей; в) не вытесняют ни медь, ни железо.

Переходя к рассмотрению процесса электролиза, обучающиеся продолжают знакомиться с практической значимостью окислительно-восстановительных реакций, совершенствовать навыки составления уравнений реакций.

• Для диагностики желудочно-кишечных кровотечений лаборатории необходим хром, который получают электролизом расплава хлорида хрома(III). Дополните рисунок, указав названия электродов, названия процессов, протекающих на них, а также формулы частиц, движущихся к электродам [3].
  

Развитие представлений об ОВР продолжается при изучении химии элементов. Рассматривается зависимость окислительно-восстановительных свойств элементов от строения атома: металлы обладают только восстановительными свойствами, неметаллы в отличие от металлов могут быть окислителями и восстановителями. Обучающиеся приходят к выводу о способности элементов в низшей степени окисления повышать её, отдавая электроны и проявляя при этом свойства восстановителей, а в высшей — понижать её, принимая электроны и проявляя свойства окислителей.

Применить знания для объяснения свойств как простых веществ, так и соединений элементов обучающиеся могут при выполнении предложенных заданий.

• Если через иодную настойку пропустить ток сероводорода, бурая окраска исчезает, а раствор становится мутным. Объясните это явление [2].

• Напишите уравнения реакций, иллюстрирующие схему:

N^{0 _-}>N^{+2 _-}>N^{+4 _-}>N^{+5 _-}>N^{+5 _-}>N⁺³ [3].

При изучении химических свойств неорганических веществ полезно использовать оси степеней окисления, представленные в приложениях «Характерные степени окисления некоторых элементов» и «Важнейшие окислители и восстановители» [2].

Рассматривая свойства концентрированной серной кислоты и азотной кислоты любой концентрации, школьники осваивают способы деятельности по определению продуктов ОВР, составлению уравнений и подбору коэффициентов.

Таким образом, в процессе изучения курса химии основной школы средствами данного УМК формируется достаточно полное представление об окислительно-восстановительных процессах и их важнейшей роли как в живой природе, так и на производстве и в технике. Обучающиеся усваивают важнейшие понятия, приобретают умения составлять уравнения ОВР и объяснять причины их протекания.

В. И. Махонина

СОШ № 66, Пенза

О. Ю. Симонова

Гимназия № 42, Пенза