Этапы формирования системы понятий об окислительно-восстановительных реакциях

 

Развитие представлений об окислительно-восстановительных реакциях (ОВР) в школьном курсе химии проходит через несколько этапов [13] , которые тесно связаны с формированием системы понятий о химических реакциях.

I этапом образования понятий является рассмотрение химических явлений, так как этот термин более знаком, а затем рассматриваются химические явления уже как химическая реакция. На этом этапе опора делается на знания, полученные учащимися из физики. На уровне атомно-молекулярного учения разъясняется как можно по внешним признакам обнаружить химическую реакцию.

II этап. Развитие понятий о химических реакциях претерпевают качественные изменения при изучении ее на электронном уровне, где рассматриваются вопросы химической связи. Появляется новая трактовка: химическая реакция – процесс разрушения старых связей и образования новых. В теме "Химическая связь" вводится одно из фундаментальных понятий – "степень окисления". На его основе анализируются известные учащимся реакции разных типов, доказывая, что среди них можно найти и окислительно-восстановительные. Последние, в свою очередь, являются одним из важных, но трудных вопросов химии. Механизм реакции окисления и восстановления объясняется с точки зрения перехода электронов, поднимаясь на более высокий теоретический уровень. Выделяются основные признаки нового типа реакций. В методической литературе существует три подхода:

·         по изменению степени окисления;

·         по переходу электронов от одних частиц или атомов к другим;

·         по изменению электронной плотности.

Следует проанализировать их и выбрать наиболее объективный. Для этого следует обратиться к механизму реакции. Известно, что их механизм довольно сложный. Ф. Басоло, Р. Пирсон убедительно показали, что прямой перенос электронов возможен лишь в газовых системах и то с ограничениями. Это подтвердили и наши ученые (Н.Н. Семенов, Н.М. Эмануэль и др.). Многие из этих реакций имеют радикальный, а не ионно-электронный механизм. Следовательно перенос электронов не может быть общим признаком этих реакций. Тот же вывод относительно перераспределения электронной плотности, что имеет место и в электростатических процессах.

Поэтому, как важнейший признак ОВР должно быть выделено наличие окислителя и восстановителя и изменение степени окисления атомов, элементов реагирующих веществ. На основе этого признака раскрывается содержание основных понятий и дается им определение.

Окислительно-восстановительные реакции – процесс, в ходе которого происходит изменение степени окисления элементов вследствие полного или частичного смещения электронов. Поэтому окисление сопровождается повышением, а восстановление – понижением степени окисления [13].

Сформированное понятие необходимо ввести в общую систему знаний о химических процессах. Рассматривается метод электронного баланса расстановки коэффициентов.

III этап. При изучении систематики элементов знания учащихся об окислительно-восстановительных реакциях и соответствующие им умения углубляются, расширяются наполняются конкретным содержанием. Здесь учащиеся знакомятся с элементами и веществами, проявляющими свойства окислителя и восстановителя, химическими реакциями с их участием. Изучается изменение окислительно-восстановительных свойств элементов и их соединений в группе, периоде, познают частную зависимость окислительной и восстановительной функций от степени окисления. Усвоение конкретных реакций совершенствует умения составления уравнений, определения степени окисления и многие другие.

IV этап. Качественно новый уровень в изучении темы – теория электролитической диссоциации. Внимание учащихся направлено на познание особенностей их протекания в растворах. Здесь важно учащихся познакомить с новым видом окислителей и восстановителей – ионами, выявить и раскрыть закономерности протекания таких реакций в водных растворах. Именно они должны здесь стать главным предметом обсуждения. При изучении неметаллов знания пополняются новыми конкретными окислителями и восстановителями. Следует уделить внимание изучению свойств азотной и серной кислот как окислителей. В теме "Металлы" появляется новое понятие "электрохимический ряд напряжений металлов". Необходимо четко показать этот ряд при составлении реакций или их предсказания. Как разновидность электрохимических процессов рассматриваются темы "Электролиз" и "Коррозия".

V этап. В курсе общей химии происходит интеграция понятий, все полученные знания и умения повторяются, систематизируются и углубляются. На данном этапе активным средством изучения является язык химической науки, который позволяет подвести итог изучения понятия "окислительно-восстановительные реакции".

В общем виде структура изучения темы "Окислительно-восстановительные реакции" представлена в таблице 1.

Таблица 1.

Этапы	Теория	Основные понятия
I	Атомно-молекулярное учение	Степень окисления, ОЭО, химическая реакция
II	Электронная теория	ОВР, процессы окисления и восстановления, метод электронного баланса (МЭБ)
III	Систематика элементов	элемент вещество окислитель восстановитель  сильный слабый

Продолжение таблицы.

IV	Теория электролитической диссоциации	Металлы – восстановители, электрохимический ряд напря-жения металлов, коррозия, элект-ролиз, кислоты – окислители,  окислители восстановители ионы
V	Обобщение	Классификация окислительно-восстановительных реакций + все выше перечисленное