Формирование и развитие системы знаний о химической реакции

обучения химии ВятГУ
Формирование и развитие системы знаний о химической реакции

и содержание системы знаний о химической реакции
3. Последовательность формирования системы

знаний о химической реакции

это специфический и наиболее важный объект изучения химии «Химическое превращение,

химическая реакция есть главный предмет химии. Изучение различных свойств элементов и их соединений, в частности, строения атомов и молекул дает, в сущности, для химии вспомогательный материал, облегчающий главную задачу – задачу рационального управления химическими превращениями»
Н. Н. Семенов «Цепные реакции»

как особый уровень химических знаний, как важная концептуальная система химии,

развивающаяся на основе учений о химическом элементе и веществе (Ф. Басоло, Р.Пирсон, Р. Б. Добротин, Ю. А. Жданов, М.Х. Карапетьянц, Д. А. Кемпбел, Э. Н. Рэмсден, Ю. И. Соловьев, Д. Н. Трифонов, Г. И. Шелинский и др.)

Я. А. Угай и др.) дают определение науке химии, в

котором на первое место выдвигают химическую форму движения материи, а на второе – носитель этого движения – вещество:
«Химия – это наука о превращениях веществ, сопровождающихся изменением их состава и структуры»

стороны этого понятия получили обстоятельную разработку в исследованиях В.В. Кустовой,

Г. Н. Осокиной, Т. З. Савич, Е.Н.Федоровой, Г. И. Шелинского, Д.А.Эпштейна. В работах В. П. Гаркунова, Н. Е. Кузнецовой применялся системный подход к формированию химических понятий. Многие методисты (А. Л. Андриенко, Е. В. Береснева, Т.А. Веселова, В. А. Жуков, А. Ю. Жегин, А.С.Корощенко, И. Н. Чертков и др.) работали над системным формированием отдельных групп понятий о химической реакции

совершенствования требует методика изучения материала о химических реакциях, особенно в

плане повышения действенности этих знаний и их влияния на развитие личности учащихся
«Химические реакции – это клеточки, из которых построена вся ткань химических знаний. Отсюда, изучение химических реакций – это центральный вопрос методики обучения химии»
С. Г. Шаповаленко

о химической реакции – весьма общая, многоплановая, многокомпонентная. Это объясняется

тем, что каждая конкретная реакция обусловлена множеством факторов, влияющих на ее протекание, многообразием признаков и форм проявления
В развитом, структурно организованном виде общее понятие о химической реакции представляет теоретическую систему сущностных знаний о химическом процессе. Научно-теоретическими основами ее формирования служат теории строения веществ и химических процессов, периодический закон и закон сохранения массы и энергии

реакций триединым структурно-энергетико-кинетическим фактором
Химическая реакция – это протекающее при определенных

условиях качественное изменение веществ, происходящее под влиянием изменения их количественного состава, в результате которого из одних веществ образуются другие

а химическая реакция – видовым понятием. Существенным признаком химической реакции

является превращение веществ. Следовательно, понятие «химическая реакция» можно сформировать только после того, как учащиеся овладеют понятием о веществе и его свойствах
В свою очередь само понятие «химическая реакция» является довольно сложным образованием. Оно по существу представляет собой систему частных понятий

в этой системе. Выражая ее химическим уравнением, мы оцениваем начальный

и конечный состав веществ и их количественные соотношения
Глубокое рассмотрение изменений, происходящих с веществами при химической реакции, приводит к выявлению промежуточных процессов, которые вызывают данное превращение, т.е. определяется механизм реакции, а так как его раскрытие является глубоким рассмотрением сущности химической реакции, то оно помещается в центр системы

и то же
По химическому уравнению мы не можем судить о

механизме реакции, так как оно не дает возможности понять, как же превращаются одни вещества в другие, на какие стадии распадается этот химический процесс
Механизм реакции объясняет изменение связей между атомами реагирующих веществ, говорит о появлении промежуточных продуктов, о возникновении цепей, об образовании «активного комплекса» или «переходного состояния»

связаны и многие другие понятия:
– признаки химической реакции;
– условия возникновения

и течения химических реакций;
– энергетика химических реакций;
– кинетика химических реакций;
– химическое равновесие

химических реакций. В состав его включаются понятия о внутренней энергии,

тепловом эффекте химических реакций, экзо- и эндотермических реакциях, а в углубленных классах еще и понятия об энтальпии, энтропии и энергии Гиббса. Среди них как эмпирические, так и теоретические понятия. Компонентами данной подсистемы знаний являются закон сохранения энергии и закон Гесса, а также закономерности протекания химических реакций в зависимости от изменения энтальпии, энтропии и энергии Гиббса

реакций составляют понятия о скорости реакции и механизме химических превращений,

а также сопутствующие им понятия: энергия активации, промежуточный активированный комплекс, катализ. В состав этого блока знаний входят доступные положения теории активных столкновений, теории промежуточных комплексов и эмпирические зависимости скорости реакций и катализа от природы реагентов и внешних условий протекания реакций

ряд понятий, которые непосредственно связаны с понятием «химическое равновесие» или

раскрываются с его помощью (обратимые и необратимые реакции, обратимость процесса, константа равновесия и др.), а также закономерности смещения химического равновесия в зависимости от различных факторов (принцип Ле Шателье)

формируется на нескольких уровнях
Уровень 1 – эмпирический
Основная задача этого

уровня – накопить и обобщить фактологический материал о признаках протекания реакций, обеспечить создание наглядных образов изучаемых реакций, научить отличать химические реакции от физических явлений
На этом уровне используется индуктивный подход. Базой для формирования первоначального понятия о химической реакции являются понятия о веществах, их свойствах и изменениях (явлениях). Лишь на основе их можно разграничить явления на физические и химические. Опорой здесь являются знания, полученные в курсе физики

Он направлен на выявление внешних признаков реакций и условий их

возникновения и протекания. Основные методы изучения – наблюдение, выполнение опытов, фиксация их результатов, описание, сравнение, выводы. Особенность экспериментального изучения реакций в том, что их сущность не рассматривается, констатируются лишь их внешние проявления. При этом наряду с главным признаком – образованием новых веществ – важно выделить и другие
Признаки – это те проявления реакций, по которым мы можем визуально или с помощью измерительных приборов судить, что данная реакция протекает или уже прошла

между энергетическим признаком и образованием новых веществ. При этом необходимо

подчеркнуть, что внешние признаки реакции не могут быть поставлены в один ряд с энергетическими характеристиками
Зная, что образование новых веществ связано с энергетическими изменениями, учащиеся легко приходят к выводу, что внешним признаком этого служит выделение или поглощение теплоты. На основании этого все химические реакции подразделяются на экзо- и эндотермические

сущность химической реакции состоит в образовании новых веществ из исходных;
–

процесс превращения веществ связан с энергетическими изменениями;
- выделение или поглощение тепла при химической реакции – основа классификации по энергетическому признаку (экзотермические и эндотермические)

те внешние факторы, которые необходимы, чтобы реакция началась и протекала

до образования новых веществ
На основе наблюдений учащиеся приходят к следующим выводам:
– химические реакции протекают только при тесном соприкосновении реагирующих веществ;
– для осуществления эндотермических реакций необходимо непрерывное нагревание, в то время как экзотермические реакции протекают либо при незначительном предварительном нагревании, либо совсем без него

– применение положений атомно-молекулярного учения к объяснению сущности химической реакции,

к изучению некоторых стехиометрических и термохимических закономерностей их протекания
Используя шаростержневые модели молекул, изображения молекул на экране или доске, учащихся подводят к выводу о том, что сущность химической реакции сводится к перегруппировке атомов, входящих в состав реагирующих веществ

реакции химического элемента закрепляется при наблюдении и обсуждении результатов опытов

по накаливанию на воздухе порошка меди и восстановлению оксида меди водородом. Эти знания затем используются для выведения закона сохранения массы веществ, который дает строгую количественную трактовку химическим реакциям
На этом уровне вводится классификация химических реакций по числу и составу реагентов и продуктов (соединение, разложение, замещение, обмен)

глубоко проникнуть в сущность изучаемых процессов. Здесь происходит отвлечение от

всего многообразия химических реакций и вычленение их сути и причин изменения. На этом уровне важно усилить роль знаний энергетики и теории строения для определения возможностей протекания реакций. Выясняется, что тепловой эффект не является единственным фактором, влияющим на направление протекания реакции, а есть еще энтропийный фактор и энергия Гиббса. Сделанные обобщения конкретизируются при изучении систематики элементов

уровне являются окислительно-восстановительные процессы. Важный признак ОВР – наличие окислителя

и восстановителя и изменение степени окисления атомов элементов реагирующих веществ. Сформированное понятие об ОВР необходимо ввести в общую систему знаний о химической реакции, показать, что степень окисления элемента – это еще один критерий классификации химических реакций (окислительно-восстановительные и неокислительно-восстановительные), подвести под эту классификацию ранее изученные

химической реакции состоит в разрушении химических связей в исходных веществах

и в образовании новых – в продуктах реакции;
– этот процесс сопровождается изменением структуры веществ, что влечет за собой изменение их свойств;
– реакции протекают в сторону образования энергетически более выгодных связей

новый этап в изучении ОВР. Здесь происходит познание особенностей их

протекания в растворах, знакомство с новым видом окислителей и восстановителей – ионами. При изучении азота и фосфора знания учащихся пополняются новыми конкретными окислителями и восстановителями и их реакциями. Ученики овладевают умением составлять уравнения сложных реакций (азотная кислота с металлами)

обмена, формируются умения выражать сущность химической реакции с помощью ионных

уравнений. Вводится классификация по виду частиц, участвующих в реакции (атомно-молекулярные, ионные, радикальные)
На уровне теории электролитов делается следующий вывод: сущность химических реакций, протекающих в растворах, выражается кратким ионным уравнением. Реакции в растворах протекают в направлении связывания ионов

о скорости химической реакции и факторах, влияющих на нее, об

энергии активации, катализе и катализаторах, о химическом равновесии и его смещении. В связи с этим здесь вводятся сразу три классификации химических реакций: по признаку обратимости (обратимые и необратимые), по виду системы (гомо- и гетерогенные) и по влиянию катализатора на скорость реакции (каталитические и некаталитические)

производств. Он закрепляется и углубляется при изучении систематики элементов. Кинетические

понятия и закономерности объясняются на основе электронной теории, теории активных столкновений, теории образования промежуточных комплексов. Идеей изучения становится разностороннее рассмотрение процессов с позиций единства их структурных, энергетических и кинетических характеристик
Вывод: химические реакции необходимо рассматривать разносторонне с позиций единства их структурных, энергетических и кинетических характеристик

органической химии дополняются и расширяются понятия о классификации химических реакций.

Вводится новый тип реакций – изомеризация. Вносится качественно новый материал в понятия о механизмах реакций. Система понятий о закономерностях химических реакций наполняется особым содержанием. Например, при изучении катализа сообщается о теории промежуточных соединений, о действии ферментов

знаний по неорганической и органической химии. Основная цель – создание

у учащихся целостных представлений о химическом процессе. Здесь важно показать единство и генетическую связь неорганических и органических процессов, составляющих химическую форму движения материи, их подчинение основному закону химических изменений – периодическому закону. На примерах реакций неорганической и органической химии надо показать учащимся сложность и многосторонность химических явлений, что вызывает неодинаковые подходы к их классификации

неорганические и органические процессы имеют единую природу, составляют химическую форму

движения материи и подчиняются общим законам и теориям
Системное применение знаний о реакции достигается при разносторонней характеристике конкретных химических реакций на основе анализа их уравнений