Изучение окислительных свойств перманганата калия в различных средах

Методическая разработка открытого урока

Преподаватель: Белинская Н.В.

Учебная дисциплина: ПД.01 Химия

Учебная группа: ТАК-1, специальность 18.02.12 Технология аналитического контроля химических соединений

Тема урока: Изучение окислительных свойств перманганата калия в различных средах.

Тип урока: Урок применения и совершенствования знаний

Вид урока: Лабораторная работа

Образовательные технологии: Развивающие, практико-ориентированные

Методы обучения: Словесно-наглядный, исследовательский

Цель урока: Создание условий для активного, сознательного, творческого применения на практике полученных знаний и умений.

Задачи:

Образовательные:

• Закрепить умение определять степени окисления элементов, окислитель и восстановитель, расставлять коэффициенты методом электронного баланса;

• Выработать умение составлять уравнения химических реакций, протекающих в различных средах на примере перманганата калия;

• Показать разнообразие и значение ОВР в повседневной жизни.

Развивающие:

• Обеспечить условия для развития умений и навыков работы с лабораторным оборудованием и реактивами;

• Способствовать развитию у студентов умений сравнивать, анализировать и применять информацию из других областей знаний.

Воспитательные:

• Создать условия, обеспечивающие воспитание интереса к будущей специальности; 

• Обеспечить; 

• Способствовать овладению необходимыми навыками самостоятельной практической деятельности.

Формы: фронтальная, работа в парах, индивидуальная

Оборудование и реактивы: мультимедийный проектор, инструктивные карты (листы контроля работы), штатив с пробирками, растворы: перманганата калия КМnO₄, серной кислоты Н₂SO₄, гидроксида натрия NaOH; гидроксида калия КОН, перекись водорода Н₂О₂.

Планируемые результаты обучения:

Личностные УУД: установление связи между целью учебной деятельности и её мотивом.

Регулятивные УУД: целеполагание, прогнозирование, контроль, оценка.

Познавательные УУД:

Общеучебные: самостоятельное формулирование цели, умение структурировать знания, умение строить речевое высказывание в устной форме, контроль и оценка процесса и результатов деятельности.

Логические: анализ объектов с целью выделения признаков, установление причинно-следственных связей, выдвижение гипотезы, обоснование.

Коммуникативные: учебное сотрудничество с преподавателем и обучающимися в поисках ответов на поставленные вопросы, умение выражать свои мысли в соответствии с задачами.

Основные химические понятия: реакция среды раствора, окислительно-восстановительные реакции, восстановитель, окислитель, процессы окисления и восстановления, метод электронного баланса.

Межпредметные связи: с биологией

План урока:

I. Организационный момент.

Мотивация деятельности. Постановка целей и задач урока (совместно с обучающимися).

II. Актуализация опорных знаний.

III. Применение и совершенствование знаний и умений.

IV . Формулировка выводов.

V. Подведение итогов урока. Рефлексия.

Ход урока

1. Организационный момент. Приветствие.

Проверка отсутствующих, проверка готовности группы к занятию и обеспечение благоприятного настроя.

Преподаватель: Добрый день, добрый час! Как я рада видеть вас! Посмотрели на гостей, друг на друга посмотрели, и тихонечко все сели.

Мотивация деятельности, постановка цели занятия

На этой лабораторной работе мы продолжим изучение окислительно-восстановительных реакций. Нам предстоит вспомнить основные положения теории окисления - восстановления, метод электронного баланса, научиться составлять уравнения химических реакций, протекающих в растворах, и выяснить от чего зависит механизм таких реакций.

Но прежде посмотрим небольшой видеоролик (1 мин.). Знаете, как называется это животное? Правильно, это – хамелеон. А почему его так назвали? За способность преображаться - менять окраску кожи в зависимости от условий окружающей среды. Спросите, причём тут хамелеон? Дело в том, что в химии, для химического анализа различных веществ, применяется «раствор хамелеона». Как вы думаете, за что этот раствор так назвали? (Обучающиеся высказывают предположение – за способность вещества, подобно ящерице, менять окраску в зависимости от среды). Правильно, в исходном состоянии раствор этого вещества имеет розовый цвет, или фиолетовый, если раствор насыщенный. При реакции с восстановителем в кислой среде - он обесцвечивается, в избытке щёлочи – раствор становится зелёного цвета, а в нейтральной среде раствор будет буро-коричневым. Как вы думаете, о каком веществе идёт речь? Это раствор перманганата калия.

Сообщение о применении раствора перманганата калия (2 мин).

Задачи урока:

1) углубить, расширить и закрепить знания об окислительно-восстановительных реакциях в процессе выполнения лабораторной работы;

2) выработать умения по составлению уравнений химических реакций с раствором перманганата калия, протекающих в различных средах, методом электронного баланса.

2.  Актуализация опорных знаний

Преподаватель: Предлагаю вам повторить некоторые важные понятия и умения по данной теме.

Задание 1. Найти соответствие.

Проверка выполнения задания (по цепочке).

Задание 2. Рассчитайте степени окисления элементов в соединениях:

MnO₂, H₂SO₄, K₂SO₃, H₂S, K₂MnO_4, KMnO₄, FeCl₃, H₂O_2, H₂SO₃, Zn, KI, NaNO₂, Al₂(SO₄)₃

Проверка выполнения задания.

Mn⁺⁴O₂^-2, H⁺¹₂S⁺⁶O^-2₄, K⁺¹₂S⁺⁴O^-2₃, H⁺¹₂S^-2, K⁺¹₂Mn⁺⁶O^-2_4, K⁺¹Mn⁺⁷O^-2₄, Fe⁺³Cl^-1₃, 

H⁺¹ ₂O ^-1_2, H ⁺¹₂S⁺⁴O^-2₃, Zn⁰, K⁺¹ I^-1 , Na⁺¹N ⁺³O^-2₂, Аl⁺³ ₂ (S ⁺⁶O^-2₄)₃

Теперь, когда мы вспомнили основные понятия темы «Окислительно-восстановительные реакции», перейдём к изучению нового материала. Сейчас мы будем исследовать поведение перманганата калия в разных средах. Работать будем в парах. Работа каждой пары направлена на самостоятельное получение знаний путём проведения лабораторных опытов. При выполнении опытов не забывайте соблюдать правила техники безопасности. Повторяем основные правила техники безопасности при работе с реактивами.

3. Применение и совершенствование знаний и умений

Выполнение лабораторной работы 

Опыт 1. Взаимодействие перманганата калия с сульфитом натрия в различных средах.

1. Восстановление иона Mn⁺⁷ (MnO₄^-) в кислой среде до Mn⁺²

В пробирку налейте 1мл раствора перманганата калия, подкислите его серной кислотой (4-5 капель), прибавьте одну ложку сульфита натрия. Что наблюдаете? Наблюдения: раствор обесцветился.

Задание. Составьте уравнение, если известно, что в результате этой реакции образуются сульфат марганца (II), сульфат натрия, сульфат калия и вода. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

К МnO₄ + H₂SO₄ + Na₂SO₃ МnSO₄ + Na₂SO₄ + К₂SO₄ + Н₂О

2КМn⁺⁷O₄ + 3H₂SO₄ + 5Na₂S⁺⁴O₃ = 2Мn⁺²SO₄ + 5Na₂S⁺⁶O₄ + К₂SO₄ + 3Н₂О

Мn⁺⁷+5е = Мn⁺² 2 окислитель (восстановление)

S⁺⁴ – 2e = S⁺⁶ 5 восстановитель (окисление)

2. Восстановление иона Mn⁺⁷ (MnO₄^-) в нейтральной среде до Mn⁺⁴ (MnO₂)

В пробирку налейте 1мл раствора перманганата калия, добавьте 2-3 капли воды, прибавьте одну ложку сульфита натрия. Что наблюдаете? Наблюдения: Выпал осадок бурого цвета оксид марганца (IV).

Задание. Составьте уравнение, если известно, что в результате этой реакции образуются диоксид марганца, сульфат натрия и гидроксид калия. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

К МnO₄ + H₂O + Na₂SO₃ МnO₂ + Na₂SO₄ + КOH

2КМn⁺⁷O₄ + H₂O + 3Na₂S⁺⁴O₃ = 2Мn⁺⁴O₂ + 3Na₂S⁺⁶O₄ + 2КOH

Мn⁺⁷+3е = Мn⁺⁴ 2 окислитель (восстановление)

S⁺⁴ – 2e = S⁺⁶ 3 восстановитель (окисление)

3. Восстановление иона Mn⁺⁷ (MnO₄^-) в щелочной среде до Mn⁺⁶ (MnO₄^-2)

В пробирку налейте 1мл раствора перманганата калия, добавьте 6-7 капель щелочи, прибавьте одну ложку сульфита натрия. Что наблюдаете? Наблюдения: Образовался раствор зелёного цвета.

Задание. Составьте уравнение, если известно, что в результате этой реакции образуются манганат калия, сульфат натрия и вода.

Расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

К МnO₄ + КOН + Na₂SO₃ К₂МnO₄ + Na₂SO₄ + H₂О

2КМn⁺⁷O₄ + 2КOН + Na₂S⁺⁴O₃ = 2К₂Мn⁺⁶O₄ + Na₂S⁺⁶O₄ + H₂O

Мn⁺⁷+1е = Мn⁺⁶ 2 окислитель (восстановление)

S⁺⁴ – 2e = S⁺⁶ 3 восстановитель (окисление)

Задание разноуровневое: если обучающиеся затрудняются написать уравнение реакции, то им можно предложить готовую схему реакции, в которой они расставляют коэффициенты.

Обсуждение результатов работы и запись уравнений реакций на доске.

Опыт 2. Взаимодействие перманганата калия с пероксидом водорода в различных средах. (Задания выполняются в микрогруппах по 2-3 человека).

В три пробирки налить 1-2 мл раствора перманганата калия.

Для создания среды раствора в первую пробирку добавить 1-2 капли раствора H₂SO₄. Во вторую пробирку ничего не добавлять. В третью – добавить 1-2 капли раствора щёлочи NaOH. Последовательно во все 3 пробирки добавить перекись водорода. Что происходит в каждой пробирке? Отметить наблюдения. Расставить коэффициенты в уравнениях реакций методом электронного баланса, найти восстановитель и окислитель, процессы окисления и восстановления.

1 пробирка: Среда – кислая

р-р КМnO₄ + р-р H₂SO₄ + Н₂О₂

Наблюдения: раствор обесцветился.

К МnO₄ + H₂SO₄ + Н₂О₂ МnSO₄ + К₂SO₄ + Н₂О + О₂

2КМn⁺⁷O₄ + 3H₂SO₄ + 5Н₂О₂^-1 = 2Мn⁺²SO₄ + К₂SO₄ + 8Н₂О + 5О₂⁰

Мn⁺⁷+5е = Мn⁺² 2 окислитель (восстановление)

2О^-1 – 2е = О⁰₂ 5 восстановитель (окисление)

2 пробирка: Среда нейтральная

р-р КМnO₄ + Н₂О₂

Наблюдения: Выпал осадок бурого цвета оксид марганца (IV), выделение кислорода.

К МnO₄ + Н₂О₂ О₂ + МnО₂ + КОН + Н₂О

2КМn⁺⁷O₄ + 3Н₂О₂^-1 = 3О₂⁰ + 2Мn⁺⁴О₂ + 2КОН + 2Н₂О

Мn⁺⁷+3е = Мn⁺⁴ 2 окислитель (восстановление)

2О^-1 – 2е = О⁰₂ 3 восстановитель (окисление)

3 пробирка: Среда щелочная

р-р КМnO₄ + р-р NaOH + Н₂О₂

Наблюдения: Цвет раствора изменился, образовался манганат калия, выделение кислорода.

К МnO₄ + NaOH + Н₂О₂ К₂МnO₄ + Н₂О + О₂ + Na₂МnO₄

2КМn⁺⁷O₄ + 2NaOH + Н₂О₂^-1 = К₂Мn⁺⁶O₄ + 2Н₂О + О₂⁰ + Na₂МnO₄

Мn⁺⁷+1е = Мn⁺⁶ 2 окислитель (восстановление)

2О^-1 – 2е = О⁰₂ 1 восстановитель (окисление)

Создание проблемной ситуации: 

А ещё мне нужна ваша помощь, я готовила к уроку раствор перманганата калия («марганцовка»), пролила стакан с раствором на полотенце. Вы проделали лабораторный опыты, а теперь предложите вещество, с помощью которого в домашних условиях можно очистить полотенце.

Демонстрационный опыт:

Пятна от раствора перманганата калия быстро выводятся раствором пероксида водорода, подкисленным уксусной кислотой:

2KMnO₄ + 9H₂O₂ + 6CH₃COOH = 2Mn (CH₃COO)₂ +2CH₃COOK+7O₂ + 12H₂O

Старые пятна перманганата калия содержат оксид марганца (IV), поэтому будет протекать еще одна реакция:

MnO₂ + 3H₂O₂ + 2CH₃COOH = Mn(CH₃COO)₂ + 2O₂ + 4H₂O

После выведения пятен кусок ткани необходимо промыть водой.

Итак, от чего же зависит поведение перманганата калия в окислительно-восстановительных реакциях? Ответ: От реакции среды раствора.

Составьте схему  «Влияние среды на изменение степеней окисления атомов, на примере иона MnO₄^-  »

4. Подведение итогов урока. Формулировка выводов

Мы убедились в том, что реакция среды очень важна для протекания химических реакций. В разных средах продукты реакции могут быть различными.

Продукты окислительно- восстановительных реакций с раствором перманганата калия зависят от среды раствора. Для того, чтобы окислительно- восстановительные реакции протекали в нужном нам направлении, необходимо создавать соответствующую среду раствора.

Так, в нашем организме протекает множество окислительно-восстановительных реакций. Все биологические катализаторы – ферменты, работают при определенных рН. У здорового человека кровь имеет нейтральную среду рН = 7,36, желудочный сок – сильнокислую - рН = 1,7; кишечный сок – щелочную рН = 8. Если значение рН в крови – 7,2 – значит, в организме произошли серьезные нарушения. Для нормального протекания химических реакций где-то необходима кислая среда, где-то - щелочная, а где-то – нейтральная.

5. Рефлексия

По желанию выбрать себе фразу (несколько фраз), закончить ее (их) самостоятельно.

Сегодня я узнал(а)…_________________________________________________

Было интересно…___________________________________________________

Было трудно…_____________________________________________________

Я понял(а), что…___________________________________________________

Теперь я могу…_____________________________________________________

Я научилась ________________________________________________________

Литература

1. Всероссийский научно-методический журнал «Химия. Всё для учителя»,

№ 11- 12 (71 -72) ноябрь-декабрь, 2016, с.30-37.

2. Габриелян О.С., Остроумов И.Г. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. Учреждений сред. Проф. образования.- 3-е изд., перераб. И доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2016.-272 с.

8