Разработала: Преподаватель химии Тимофеева Л. П. г. Чебоксары, 2008г

Министерство образования и молодежной политики Чувашской Республики РГОУ НПО «Профессиональный лицей № 12 г. Чебоксары»
Методика преподавания темы «Кальций. Соединения кальция в природе и
в строительстве»
Разработала: Преподаватель химии Тимофеева Л.П. г.Чебоксары, 2008г.
Согласно ФГОС химия является предметом, изучение которого обязательно и оно осуществляется профилировано в УНПО.
Назначение профильного компонента - приблизить содержание курса химии к потребностям учащихся, повысить положительные мотивации к изучению данного предмета и за счет этого сделать профессиональную подготовку более эффективной.
Профильное изучение курса химии способствует более глубокому освоению основ будущей профессии, помогает оптимально решать задачи экологического образования и воспитания, вносит вклад в реализацию трудового, эстетического и патриотического воспитания.
Без знания основ химии невозможно осознанно проводить различные технологические операции на производстве, понимать сущность явлений, широко используемых в хозяйственной и профессиональной деятельности специалиста.
Изучение химии позволяет грамотно общаться с веществами, применяемыми в той или иной сфере профессиональной деятельности. Профилированное изучение химии позволяет специалистам правильно и экологически грамотно обращаться с материалами, применяемыми в производственной и повседневной деятельности.
Правильное применение химических знаний в профессиональной и бытовой деятельности специалистами, занятых в строительстве и предприятий строительной - индустрии будет способствовать повышению уровня их профессиональной компетентности, позволит сохранить их здоровье и экологическое равновесие в регионе.
Важнейшей особенностью преподавания химии является обеспечение ее органической взаимосвязи с учебными дисциплинами профессионально - технического характера.
Межпредметные связи обеспечивают соединение знаний разного содержания и характера в единую систему. Целью учебно - воспитательной работы в аспекте осуществления межпредметных связей является создание у учащихся эффективной, единой по содержанию и структуре системы знаний, умений и навыков более высокого уровня по сравнению со знаниями, приобретенными при изучении отдельных общеобразовательных, общетехнических и специальных предметов. Осуществление межпредметных связей приводит к тому, что одно и то же явление, один и тот же процесс, изучаемые различными науками, осознаются во взаимной связи разных методов их познания. В результате у учащихся формируются знания, позволяющие к одному и тому же явлению подойти с той научной позиции, которая в данной ситуации наиболее глубоко и объективно отражает сущность явления, использовать тот метод исследования, который в данном конкретном случае наиболее эффективен, определить ту систему научных понятий, которая более полно охватывает комплекс познаваемых объектов.
В условиях осуществления межпредметных связей, с одной стороны, обеспечивается более эффективное обобщение знаний и формирование общих понятий, а с другой - значительно активизируется процесс применения знаний в практической деятельности. В этих условиях преподавание общеобразовательных предметов и в том числе химии становится объясняющим. В процессе осуществления межпредметных связей преподавателям химии необходимо прежде всего стремиться к изменению структуры познавательного процесса учащихся.
Особое значение приобретают вопросы совершенствования отдельных тем курса химии и методика ее преподавания в целом.
Место химии в учебном плане определено таким образом, что этот предмет изучается на первых двух курсах. Т.е. до завершения профессинальной подготовки, что позволяет использовать знания по химии при изучении учебных предметов профессиональных дисциплин и, наоборот, использовать знания профессионально –технического характера при изучении курса химии. Рассмотрим пример такого урока.
При изучении темы «Кальций и его соединения» на основании положения в периодической системе Д.И. Менделеева учащиеся утверждают, что кальций является металлом. В подтверждении этого преподаватель показывает металлический кальций. Перерубив кусочек кальция, он показывает специфический металлический блеск.
На основании положения в электрохимическом ряду напряжения, учащиеся делают вывод, что кальций - активный металл, на воздухе окисляется (учащиеся записывают уравнение реакции), активно взаимодействует с водой.
Преподаватель демонстрирует взаимодействие кальция с водой. Учащиеся записывают уравнение реакции. Затем определяют рН среды и делают вывод, что гидроксид кальция является щелочью.
Раскрывая зависимость областей применения кальция от его свойств, преподаватель отмечает следующее:
а) кальций сравнительно твердый металл. При сплавлении его с мягкими металлами получаются сплавы более твердые и прочные, например, баббиты - сплавы кальция со свинцом; б) кальций взаимодействует одновременно с кислородом и азотом воздуха, поэтому его широко применяют в радиоэлектронике для получения глубокого вакуума; в) реакция кальция с оксидом урана (1У)используется в атомной промышленности для получения чистого урана.
Отражение вопросов новой техники активизирует восприятие учащихся. На некоторых областях использования кальция следует остановиться более подробно в группах строителей. Например, будущим строителям можно рассказать об использовании сплава кальция с цинком при получении пенобетона. Кальций реагирует с водой, при этом выделяется водород. Водород создает поры в бетоне. Получившийся материал обладает свойством поглощать звук и используется для изготовления звуконепроницаемых перегородок в строительстве.
Приступая к рассмотрению оксида и гидроксида в курсе химии, необходимо учитывать этот вопрос изучен учащимися довольно полно. Основная цель занятия заключается в обобщении имеющихся знаний и более детальном изучении процесса твердения известкового теста.
В курсе материаловедения учащиеся познакомились с известью - строительным вяжущим материалом (правда несколько уступающим по ценности цементу), с областями его применения, с особенностями процессов схватывания и твердения известкового теста, а также мерами предосторожности при работе с известью.
Беседуя с учащимися, преподаватель рассматривает вопросы о составе оксида и гидроксида кальция, о их получении и физических свойствах. Он указывает, что оксид кальция называют еще негашеной известью или кипелкой. Преподаватель также напоминает о промышленном способе получения извести путем обжига известняка. В курсе материаловедения учащиеся подробно изучили процесс получения извести, поэтому на уроке химии необходимо только напомнить о нем. ( написать все уравнения реакции)
Рассматривая химические свойства негашеной извести, преподаватель подчеркивает основной характер оксида кальция.
Преподаватель демонстрирует опыт гашения извести. В процессе данного опыта учащиеся наблюдают, что в результате гашения извести выделяется большое количество тепла и негашеная известь превращается в рыхлую массу, объем которой постепенно увеличивается. Следует объяснить причину этого явления: процесс гашения извести идет с большим выделением тепла, вода, попадая в поры, превращается в пар; резкое увеличение объема водяного пара приводит к тому, что разрывается монолит извести и она рассыпается. В результате негашеная известь превращается в гашеную - пушонку. На доске записывается соответствующее уравнение реакции. Долее следует провести опыт: прилить в чашечку еще воды и размешать массу стеклянной палочкой. Известь превращается в известковое тесто. Если к известковому тесту еще добавить воды, то получится известковое молоко - белая суспензия гидроксида кальция. Для завершения опыта предлагается отфильтровать полученное известковое молоко. Преподаватель отмечает, что полученный фильтрат называется известковой водой. Ставится вопрос: каким образом доказать наличие гидроксид - ионов в растворе? Этот вопрос не вызывает затруднений у учащихся. Они предлагают испытать данный раствор фенолфталеином. Результат опыта подтверждает решение учащихся.
После изучения свойств гашеной и негашеной извести рассматривается вопрос о применении этих веществ.
С древних времен известь в смеси с песком и водой использовалась людьми для приготовления строительных растворов. Благодаря способности извести схватываться, отвердевать она употреблялась для скрепления камней в различных постройках, а также для приготовления штукатурных растворов и красящих составов. И в настоящее время известь является незаменимым воздушным вяжущим материалом в производстве штукатурных работ. Из курса материаловедения учащимся известно, что известковый раствор может схватываться и затвердевать только на воздухе и это несколько снижает применение извести как вяжущего материала.
В учебниках химии процесс твердения раствора рассматривается как процесс карбонизации гидроксида кальция. Однако такая характеристика данного процесса далеко не полная. Процесс карбонизации идет только не поверхности. А образовавшаяся пленка карбоната кальция препятствует дальнейшему проникновению углекислого газа.
Преподаватель объясняет, что в известковом растворе гидроксид кальция находится в виде насыщенного раствора. На воздухе вода испаряется и раствор из насыщенного становится пересыщенным, в результате чего гидроксид кальция выпадает в виде кристаллов. По мере испарения воды кристаллы срастаются друг с другом и образуют монолит. Известковое тесто превращается в камень,
После этого преподаватель обобщает материал и делает вывод, что отвердение известкового раствора связано со следующими процессами: а) кристаллизацией гидроксида кальция из первоначально образовавшегося пересыщенного раствора - в результате получается прочный кристаллический сросток за счет переплетения кристаллов; б) карбонизацией гидроксида кальция.
Важно отметить при этом, что оба эти процесса можно усилить и тем самым в значительной мере сократить сроки твердения известкового теста.
Желательно рассказать, что для приготовления строительных растворов используют гашеную известь с тонкоразмолотой кипелкой. Два изолированных прежде процесса гашения и схватывания объединяются в единый непрерывный процесс. Схватывание извести происходит одновременно и ее гашением (при условии затворения ее определенным количеством воды). Изделия на молотой кипелке прочнее тех, в которых в качестве вяжущего материала использована гашеная известь, так как в последней избыток воды отрицательно сказывается на прочность изделия.
При изучении солей кальция необходимо учесть, что учащиеся знают состав карбоната и сульфата кальция. Из курса материаловедения учащимся известно о применении мрамора, различных видов известняка в качестве природных каменных материалов и гипса как вяжущего материала. На данном уроке необходимо обобщить изученное в том и другом курсе и глубже рассмотреть вопросы схватывания и твердения гипсового раствора с учетом условий, влияющих на данные процессы.
Преподаватель объясняет, что кальций встречается в виде соединений, главным образом, солей, входящих в состав различных горных пород и минералов. Большая часть солей кальция находится в природе в виде силикатов и алюмосиликатов, входящих в состав гранитов и гнейсов. Из других горных пород, содержащих соли кальция, наиболее распространены в природе известняк, мрамор и мел, состоящие в основном из минерала кальцита состава СаСОз. Учащиеся рассматривают коллекции горных пород и знакомятся с их применениием.
Преподаватель объясняет, что одна из наиболее распространенных в природе солей кальция - сульфат кальция. Природный сульфат кальция, как правило, кристаллизуется с двумя молекулами воды и носит название гипса. На доске записывается формула гипса CaS0₄- 2Н₂0 и дается характеристика его свойств. Малая растворимость в воде обуславливает довольно широкое распространение этого минерала в природе. Так как гипс все-таки немного растворим в воде, то он содержится в природных водах. Растворимость гипса не подчиняется общим закономерностям. При повышении температуры до 40-6G°C растворимость гипса увеличивается, а при последующем повышении температуры - падает. Следствие этого - образование накипи в паровых котлах и чайниках. Об этом факте необходимо сказать уже на этом уроке, чтобы обеспечить некоторый запас представлений учащихся для последующего изучения жесткости воды. Не случайно при затворении гипса водой, подогретой до 40-45°С, процесс схватывания протекает быстрее, а если температура воды выше, то схватывание замедляется.
Основное свойство гипса - его способность схватываться.
Изучение вяжущих свойств гипса можно начать с общей характеристики процесса обжига гипса. Отмечается. Что при нагревании природного гипсового камня до температуры 170°С (температура обжига природного гипса может быть и выше, например при получении высокообжигового гипсового вяжущего материала обжиг гипса ведут при температуре 600-800 °С) он теряет 3/4 кристаллизационной воды и превращается после предварительного помола в бело - серый порошок полуводного гипса (записывается уравнение реакции)
2(CaS0₄° 2Н_гО) = (CaS0₄)₂ • Н₂0 + 3 Н₂0
Кристаллизационная вода, удаляемая только при нагревании, вновь соединяется с полуводным гипсом при обыкновенной температуре.
(CaS0₄)₂ • Н₂0 + 3 Н₂0=2(CaS0₄° 2Н_гО)
При этом происходит кристаллизация полученного двуводного гипса.
Таким образом, при замешивании полуводного гипса с водой до консистенции сметаны полуводный гипс взаимодействует с водой, снова превращаясь в двуводный гипс. Двуводный гипс кристаллизуется, кристаллы образуют переплетение друг с другом и кристаллическая масса затвердевает. Отметим, что этот процесс сопровождается резким увеличением объема массы.
Для показа процесса затвердевания гипса можно поставить опыт.
Затем учащихся следует рассказать о применении гипса. Еще в древнем Египте гипс использовался при строительстве пирамид. В настоящее время применение гипса в строительстве значительно расширилось. Большое значение в последнее время приобрело изготовление гипсовой сухой штукатурки, перегородочных панелей и плит, архитектурно-декоративных деталей. Используется также гипс в медицине, для производства высококачественной бумаги.
Затем преподаватель переходит к изучению карбонатов. Карбонат кальция встречается иногда в виде хорошо ограненных кристаллов кальцита и демонстрируются прозрачные кристаллы исландского шпата.
Карбонат кальция входит также в состав известняка, мрамора, мела.
Самым плотным и твердым из указанных горных пород является мрамор. Прочность мрамора достигает при сжатии 600-800 кг/см², Мрамор хорошо механически обрабатывается и полируется, не проводит электрический ток. Цвет мрамора зависит от содержания примесей. Благодаря хорошей обрабатываемости мрамор издавна служит материалом для скульпторов; он широко применяется в строительстве для внутренней облицовки зданий, внешней отделки их, изготовления плиток для полов, лестничных ступеней и других изделий.
С полированной поверхности мрамора легко удаляется грязи и пыль, поэтому он широко используется в медицине при производстве операционных столов. Наконец мрамор - хороший изолятор, так как не проводит электрический ток, и на этом свойстве основано его применение в электротехнике.
При рассмотрении свойств известняка отмечается, что он широко используется в строительстве в качестве каменного строительного материала, хотя его плотность несколько уступает мрамору. Значительная часть известняка идет на производство вяжущих строительных материалов - извести и цемента. Различные виды известняков применяются в качестве природных каменных строительных материалов. Пористые известняки и известняки - ракушечники легко поддаются распиливанию, из них получают штучный камень для кладки стен и перегородок, а также щебень для бетона. Некоторые виды известкового туфа - отличные декоративные камни для облицовки зданий.
При рассмотрении свойств мела указывается на серовато - белый цвет и его мягкость, что позволяет вырабатывать из него ученические мелки. Мел легко растирается в порошок. Суспензия порошка мела в воде, напоминающей молоко, применяется при побелке помещений. Измельченный мел используется как зубной порошок и наполнитель при производстве резины и пластмасс.
Преподаватель по-своему усмотрения может дополнить урок и другими необходимыми материалами.

Литература

• 
  Рабочая программа по химии.
  
• 
  Черемухина Т.В. Основы методики обучения химии, «Просвещение», Москва.
  
• 
  Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия.
  
• 
  Чмырь В.Д. Материаловедение для строителей (отделочников).
  
• 
  Рудзитис. Химия 9,11 классы.
  

Тема: Кальций, Соединения кальция' в строительстве.
Тип урока: усвоение нового материала.
Методы: беседа, рассказ, демонстрация опытов, кинофильма.
Оборудование: периодическая таблица, электрохимический ряд напряжений металлов, металлический кальций, негашеная известь, вода, фенолфталеин, коллекция минералов и горных пород.
Цели урока:

• 
  углубить знания о свойствах металлов на примере кальция, ознакомиться с его наиболее важными соединениями и их применением;
  
• 
  подвести к выводу понимания важности изучения химии;
  
• 
  развивать познавательный интерес, активизировать мыслительную деятельность.
  

План урока

• 
  Организационный момент.
  
• 
  Этап подготовки учащихся к активному сознательному усвоению знаний.
  
• 
  Этап усвоения новых знаний.
  

Деятельность учителя	Деятельность учащихся
1. Положение кальция в периодической системе	Устный ответ учащихся (порядковый номер 20, в IV периоде, II группе, главной подгруппе)
2. Каково строение атома кальция?	Запись в тетради +20 )))) Is^22s^32p^63s^23p^64s^2 2 8 82
3. Формула высшего оксида, его характер и соответствующего гидроксида	Запись в тетради СаО - основной оксид, Са(ОН)2 - основание
4. Нахождение в природе	Устный ответ: только в виде соединений
5. Демонстрация металлического кальция и изучение химических свойств взаимодействие с кислородом (на воздухе окисляется) взаимодействие с водой. Демонстрация опыта.	Устный ответ Са - металл серебристого цвета, активный. Записывают уравнение 2Са + 02 2СаО Расставляют степени окисления Записывают уравнение Са + 2НОН Са(ОН)2 + Н2| Расставляют степени окисления

6. Соединения кальция в природе	Учащиеся рассматривают коллекцию природных соединений кальция и составляют схему
^ ® ^0^Н ат ка]1ЬЦИЯ
известняк мел мрамор ракушечник V т * „ т стекло стекло строительный строительный цемент известь материал материал негашеная известь и т.д.
	Сообщение учащихся о применении ракушечника, мрамора, мела, известняка и запись в схеме (опережающее задание)
Соединения кальция, используемые в строительстве. Демонстрация негашеной извести и запись уравнения получения ее из известняка	Запись - негашеная известь - СаО Получение t° СаСОз -> СаО + С02
Применение СаО: для получения гашеной извести. Демонстрация опыта, получение гашеной извести из негашеной. Гашеная известь: использование, техника безопасности при работе с этим веществом. Химизм твердения известкового раствора.	Запись в тетради СаО + Н20 Са (ОН)2 Запись в тетради Са (ОН)2 - гашеная известь, пушонка, вяжущее вещество, известковые растворы. Запись в тетради твердение раствора а) Са (ОН)21 кристаллизация насыщенного раствора б) карбоназация Са (ОН), + С02 СаС03| + Н20
Гипс CaSCV 2Н20	Запись в тетради CaS04- 2Н20 - природный гипс CaS04- 0,5Н20 - строительный гипс, вяжущее вещество
Домашнее задание уровень, 1) написать ряд превращений Са СаО Са(ОН)2 -*СаС03 уровень. 2) Mg -> MgO -*Mg(OH)2 ->MgC03 уровень. 3) Сколько кг гашеной извести можно получить из 100 кг негашеной извести, если выход продукта составляет 90% от теоретического?
Закрепление: демонстрация к/ф «Гипс».