Кейс «Неметаллы. Исчезнувшее вещество»

Кейс по химии для 9‑го класса: «Неметаллы. Исчезнувшее вещество»

Тема: химические свойства неметаллов и их соединений.
Тип: проблемно‑исследовательский кейс.
Цель: развить умение анализировать факты, выстраивать логическую цепочку рассуждений, применять знания о химических свойствах неметаллов для решения практической задачи.
Время: 1–2 урока (45–90 мин).
Форма работы: групповая (3–4 группы по 4–5 человек).

Сюжетная завязка: «Инцидент в лаборатории»

В школьной химической лаборатории произошла необычная ситуация: из герметично закрытой склянки испарилось твёрдое вещество жёлтого цвета. Остался лишь слабый запах и едва заметный налёт на стенках.

Исходные данные:

• Вещество не растворялось в воде.

• При нагревании оно легко плавилось и интенсивно испарялось, образуя пары с резким запахом.

• В присутствии влаги на стенках склянки появились капли жидкости с кислым характером (лакмус краснеет).

• На металлических деталях рядом с склянкой обнаружены следы коррозии.

Задача групп: определить, какое вещество исчезло, и обосновать ответ, опираясь на химические свойства неметаллов.

Этап 1. Анализ фактов (15 мин)

Задание для групп:

1. Выпишите все наблюдаемые свойства и признаки (физические и химические).

2. Сопоставьте их с известными неметаллами и их соединениями.

3. Предположите, какие реакции могли произойти.

Пример таблицы для анализа:

Этап 2. Проверка гипотез (20 мин)

Задание: проведите мини‑исследование, чтобы подтвердить или опровергнуть гипотезы. Используйте:

• справочные данные о свойствах неметаллов;

• уравнения возможных реакций;

• логические рассуждения.

Ключевые вопросы:

1. Какой неметалл образует жёлтые кристаллы и легко возгоняется?

2. Какие кислоты могут образоваться при взаимодействии его паров с водой?

3. Почему происходит коррозия металлов? Запишите уравнение реакции.

4. Есть ли другие вещества, подходящие под описание? Почему они менее вероятны?

Подсказки для учителя (не выдавать группам сразу):

• Йод (I2​) образует фиолетовые пары, а не жёлтые.

• Сера (S8​) — жёлтое твёрдое вещество, но её оксиды (SO2​, SO3​) образуются при горении, а не при испарении.

• Фосфор (P4​) белый/красный, но не жёлтый.

• Правильный ответ: сера (S), но не в чистом виде, а в составе сернистого ангидрида (SO2​), который мог образоваться при частичном окислении.

Этап 3. Экспериментальная проверка (15 мин, демонстрационно)

Опыт 1. Горение серы в кислороде

• Поместите кусочек серы в ложечку для сжигания, подожгите.

• Внесите в колбу с кислородом. Наблюдайте образование SO2​.

• Добавьте воду и лакмус: раствор краснеет (SO2​+H2​O→H2​SO3​).

Опыт 2. Взаимодействие SO2​ с металлом

• Пропустите SO2​ через раствор CuSO4​ с железной проволокой. Наблюдайте коррозию.

• Уравнение: Fe+SO2​+2H2​O→FeSO4​+2H2​↑ (упрощённо).

Вывод:
Исчезнувшее вещество — сера, которая частично окислилась до SO2​. Пары SO2​ взаимодействовали с влагой, образуя слабую сернистую кислоту (H2​SO3​), что объясняет кислый запах и коррозию.

Этап 4. Оформление решения (10 мин)

Задание для групп: подготовьте краткий отчёт (1 страница) по плану:

1. Название вещества и его формула.

2. Обоснование (перечислите ключевые признаки и соответствующие свойства).

3. Уравнения реакций, подтверждающих гипотезу.

4. Почему другие варианты не подходят?

5. Вывод: что произошло в лаборатории?

Форма представления: устное выступление (3 мин на группу) или постер.

Этап 5. Рефлексия и обобщение (5 мин)

Вопросы для обсуждения:

1. Какие свойства неметаллов помогли решить задачу?

2. Где ещё встречается SO2​ в природе/технике?

3. Как предотвратить подобные «исчезновения» в лаборатории?

Критерии оценивания

Максимум: 20 баллов

• Анализ фактов (таблица): 0–5 баллов.

• Логика рассуждений: 0–5 баллов.

• Уравнения реакций: 0–5 баллов (по 1 баллу за каждое корректное).

• Оформление отчёта и презентация: 0–5 баллов.

Оценки:

• «5»: 17–20 баллов;

• «4»: 13–16 баллов;

• «3»: 9–12 баллов;

• «2»: менее 9 баллов.

Материалы для учителя

Необходимое оборудование:

• сера (порошок);

• ложечка для сжигания;

• колба с кислородом;

• растворы: CuSO4​, лакмус;

• железная проволока;

• спички/горелка.

Техника безопасности:

• Опыт с SO2​ проводить в вытяжном шкафу.

• Использовать защитные очки.

• Не допускать контакта SO2​ с кожей и слизистыми.

Дополнительные вопросы для углубления:

• Почему SO2​ токсичен?

• Как нейтрализовать SO2​ в промышленных выбросах?

• Какие ещё оксиды неметаллов образуют кислоты при растворении в воде?