Принцип міжпредметних зв'язків при вирішенні хімічних задач. Розбір основних способів вирішення розрахункових завдань
ЗМІСТ
ВСТУП
1. ШЛЯХИ І МЕТОДИ РЕАЛІЗАЦІЇ МІЖПРЕДМЕТНИХ ЗВ'ЯЗКІВ
1.1 Міжпредметні зв'язки при вирішенні розрахункових завдань
2. ЯКІСНІ ЗАВДАННЯ З ХІМІЇ
3. РОЗРАХУНКОВІ ЗАДАЧІ ПО ХІМІЇ
4. Алгебраїчним способом РІШЕННЯ ХІМІЧНИХ ЗАВДАНЬ
ВСТУП
Рішення хімічних задач сприяє здійсненню зв'язку навчання з життям, виховує працьовитість, цілеспрямованість, виробляє світогляд, так як у задачах легко реалізуються міжпредметні зв'язки.
Велика розвиваюча функція вирішення завдань, яка формує раціональні прийоми мислення, усуває формалізм знань, прищеплює навички самоконтролю, розвиває самостійність.
Освітня роль завдань виражається в тому, що, наприклад, розрахункові завдання розкривають перед учнями кількісний бік хімії як точної науки. Через завдання здійснюється зв'язок теорії з практикою, в процесі їх вирішення закріплюються і вдосконалюються хімічні поняття про речовини і процеси. На основі рішення задач, особливо якісних, легко організувати проблемне навчання. Процес рішення задачі - це сходження від абстрактного до конкретного. У методологічному аспекті - це перехід від абстрактного мислення до практики, зв'язок приватного із загальним.
Необхідно пам'ятати, що вирішення завдань - це не самоціль, а засіб навчання, що сприяє міцному засвоєнню знань.
1. ШЛЯХИ І МЕТОДИ РЕАЛІЗАЦІЇ МІЖПРЕДМЕТНИХ ЗВ'ЯЗКІВ
Питання про шляхи і методи реалізації міжпредметних зв'язків - це один з аспектів загальної проблеми вдосконалення методів навчання. Відбір методів навчання вчитель проводить на основі змісту навчального матеріалу і на підготовленості учнів до вивчення хімії на рівні міжпредметних зв'язків.
На перших етапах навчання учнів прийомам встановлення міжпредметних зв'язків переважає пояснювально-ілюстративний метод. Учитель весь матеріал міжпредметного змісту пояснює сам. Коли в учнів сформуються вміння роботи з матеріалом міжпредметного змісту, можна застосовувати репродуктивний і частково-пошуковий методи і творчі міжпредметні завдання.
Засоби реалізації міжпредметних зв'язків можуть бути різні: питання міжпредметного змісту: напрямні діяльність школярів на відтворення раніше вивчених в інших навчальних курсах і темах знань та їх застосування при засвоєнні нового матеріалу міжпредметні завдання, які вимагають підключення знань з різних предметів або складені на матеріалі одного предмета, але використовувані з певною пізнавальною метою у викладанні одного іншого предмета. Вони сприяють більш глибокому і осмисленому засвоєнню програмного матеріалу, вдосконаленню умінь виявити причинно-наслідкові зв'язки між явищами.
Використання міжпредметних зв'язків викликало появу нових форм організації навчального процесу: урок з міжпредметних зв'язками, комплексний семінар, комплексна екскурсія, межпредметная екскурсія та ін
Уроки з міжпредметних змістом можуть бути наступних видів: урок-лекція; урок-семінар; урок-конференція; урок-рольова гра; урок-консультація та ін уроки міжпредметного узагальнення або тематичні завдання - проблема педагогіки і методики як поєднати знання з практичною корисною діяльністю . Навчити застосовувати знання.
Суть тематичного планування полягає в наступному: групам учнів дається завдання розробити рекомендації з використання добрив, речовин, реакцій щодо даної місцевості. Ці завдання мають МШС і готуються спільно з вчителями біології, географії, креслення, малювання - це бінарні уроки.
Хід проведення: група з 4-6 осіб обирає керівника проекту, фахівців (біолог, агроном, креслярів, художник-оформлювач), визначає завдання кожному учневі. Групи збираються і звітують про роботу [1].
Кожній групі дається своєрідне домашнє завдання, яке буде завершено захистом своїх робіт. Спочатку такого уроку - коротка бесіда вчителя, в ході якої ставиться мета, представляються учні, визначається порядок захисту. Потім йдуть виступ груп - у вигляді короткого звіту про виконану роботу (демонстрація малюнків, таблиць). Далі йде обговорення виступів; вчитель продумує зі своїми колегами трудове завдання [1].
1.1 Міжпредметні зв'язки при вирішенні розрахункових завдань
До вивчення математики учні середньої школи приступають на 7 років раніше, ніж до вивчення хімії. За цей період навчання вони набувають значний обсяг математичних знань, умінь і навичок за рішенням алгебраїчних задач. Правильне використання вчителем хімії придбаного учнями обсягу знань, умінь і навичок є тією основою, яка найбільшою мірою сприяє успішному навчанню їх вирішення розрахункових хімічних задач.
При складанні плану рішення дана складне завдання розчленовується на ряд простих, пов'язаних між собою загальним змістом завдання. Складаючи план виконання завдання, використовують два основні методи:
а) синтетичний;
б) аналітичний.
Суть кожного з цих методів розглянемо на прикладі складання плану вирішення конкретного завдання.
Завдання. Почесний гірник Митрофанов за 30 років роботи бурильником в рудниках Криворізького залізорудного басейну добув 1 млн. т залізної руди, що містить в середньому 80% оксиду заліза (III). Скільки велосипедів можна виготовити з цієї руди, якщо прийняти, що на виготовлення одного велосипеда витрачається 20 кг заліза?
Синтетичний метод
1. Знаючи масову частку (у%) оксиду заліза (III) в залізній руді, знаходимо його масу, що міститься в 1 млн. т руди.
2. Дізнавшись масу оксиду заліза (III), обчислимо масу міститься в ньому заліза.
3. Дізнавшись масу заліза в руді видобутої і знаючи масу заліза,
переробленого в сталь і потрібну на виготовлення одного велосипеда, визначимо число велосипедів.
Виходячи з цих міркувань, складають такий план виконання завдання:
1. Скільки тонн оксиду заліза (III) становлять 80% від 1 млн. т залізної руди?
2. Скільки тонн заліза міститься в обчисленої масі оксиду заліза (III)?
3. Скільки велосипедів можна виготовити з обчисленої маси заліза?
Аналітичний метод
Виходять з питання задачі. Щоб дізнатися кількість велосипедів, необхідно знати масу заліза, а щоб обчислити масу заліза, потрібно знати масу оксиду заліза (III), в якому воно міститься.
Синтетичний метод складання плану виконання завдання має свої недоліки. Головний недолік полягає в тому, що перші кроки під час вирішення завдання (вибір даних для простого завдання) не завжди відразу приводять до необхідного результату. Багато учнів, не маючи навичок порівнювати та вибирати дані для простих завдань, допускають помилки двох видів:
а) у порівнянні і виборі даних;
б) у складанні плану рішення.
При складанні плану виконання завдання аналітичним методом міркування будуються в протилежному напрямі - від шуканого числа до даних в умові завдання. На відміну від синтетичного, аналітичний метод складання плану виконання завдання являє собою ряд пов'язаних між собою і випливають один з іншого висновків і тому при його використанні учні допускають менше помилок логічного характеру.
При вивченні математики учні засвоюють обидва методу складання плану виконання завдання і тому вчитель хімії може користуватися будь-яким з них. Аналітичний метод складання плану доцільно використовувати при вирішенні складних завдань, умови яких містять велику кількість даних, а синтетичний - при вирішенні порівняно легких завдань. При вирішенні ускладнених, наприклад олімпіадних, завдань часто доводиться користуватися обома методами складання плану вирішення завдань.
На уроках математики учні привчаються до того, що завдання можна вважати вирішеною тоді і тільки тоді, коли знайдене рішення:
а) безпомилкове (правильне);
б) мотивоване;
в) має вичерпний характер (повне).
Завдання не вважається вирішеною, якщо її рішення не відповідає хоча б одній з цих вимог.
Безпомилковість (правильність) рішення хімічних задач учні зазвичай перевіряють за відповідями, які наведені в збірниках задач і вправ. У багатьох випадках з метою перевірки на уроках математики складають і вирішують завдання, зворотний вирішеною.
Перевірку рішення не обов'язково виконувати для всіх вирішуваних завдань. Важливо, щоб учні це вміння використовували при вирішенні хімічних задач і в необхідних випадках користувалися ім. Слабоуспевающим учням можна запропонувати вдома виконати перевірку вирішених в класі задач. Це допоможе їм у засвоєнні методики вирішення завдань і послужить закріпленню того теоретичного матеріалу, на основі якого складено умову задачі.
Вичерпний характер може мати тільки те рішення, яким знайдені всі невідомі, що містяться в умові завдання. Якщо з ряду невідомих, які містяться в умові завдання, не знайдено хоча б одне, таке рішення не можна вважати повним.
Особливе значення при вирішенні хімічних завдань має вимога про мотивуванні рішення, виконання якого має сприяти закріпленню вивченого на ряді уроків, а іноді й у різних класах теоретичного матеріалу.
Безсумнівно, що використання умінь і навичок, набутих учнями при вирішенні завдань на уроках математики, підвищить ефективність навчання учнів рішенням хімічних задач [2,3].
2. ЯКІСНІ ЗАВДАННЯ З ХІМІЇ
Серед широко відомих типів якісних завдань можна вказати наступні:
1. Пояснення перерахованих або спостережуваних явищ: чому реакція карбонату кальцію з сірчаною кислотою починається спочатку бурхливо, а потім припиняється? Чому при нагріванні сухого карбонату амонію речовина зникає з пробірки?
2. Характеристика конкретних речовин: з якими речовинами і чому може реагувати соляна кислота? З якими з перелічених речовин буде вступати в реакцію соляна кислота?
3. Розпізнавання речовин: у якій з пробірок знаходяться кислота, луг, сіль? В якій з пробірок знаходяться соляна кислота, сірчана, азотна?
4. Доказ якісного складу речовин: як довести, що до складу хлориду амонію входять іон амонію та іон хлору?
5. Поділ сумішей і виділення чистих речовин: як очистити кисень від домішки оксиду вуглецю (IV)?
6. Отримання речовин: отримати хлорид цинку усіма можливими способами.
До цього ж типу завдань відносять і ланцюжка перетворень, а також отримання речовини, якщо дано ряд інших речовин як вихідних. Можуть бути завдання на застосування приладу, наприклад: вказати, який з приладів можна використовувати для збирання аміаку, кисню, водню, хлору і т. д. Завдання вирішують усно, письмово або експериментально [5].
3. РОЗРАХУНКОВІ ЗАДАЧІ ПО ХІМІЇ
При навчанні учнів рішенням розрахункових хімічних задач слід пам'ятати, що вирішення завдань - це не самоціль, це засіб, що сприяє більш глибокому розумінню і засвоєнню хімічних понять і в першу чергу кількісних.
Зазвичай в учнів при вирішенні розрахункових хімічних задач виникають труднощі особливого порядку, пов'язані саме зі специфікою хімічної науки.
Перш за все вони викликані тим, що хімічні розрахунки вимагають використання особливої фізичної величини, званої «кількість речовини» та її одиниці - благаючи. При цьому важливо врахувати, що для розуміння цієї величини дуже мало опорних понять, що не сприяє реалізації принципу доступності. Ці абстрактні поняття важкодоступні для учнів, так як вони не мають аналогії в інших, попередніх хімії предметах.
Крім того, для безпосереднього вимірювання певної кількості речовини немає відповідних приладів. Можна виміряти масу, обсяг, але не кількість речовини в молях. Воно визначається опосередковано, розрахунком. Тому учням VIII класу, у яких абстрактне мислення ще недостатньо добре розвинене, слід полегшити засвоєння цього матеріалу, по можливості залучаючи наочність, хоча і це дуже важко, тому що вимагає розвиненої уяви. Поняття «кількості речовини» корисно пояснювати, виходячи з числа структурних частинок N, а «міль» - з числа Авогадро. Це переводить пояснення в конкретну площину.
Друга причина труднощів у тому, що в хімії при розрахунках доводиться оперувати двома рядами формул - хімічними і математичними. Всі ці труднощі необхідно подолати, показуючи учням, що всі без винятку хімічні розрахунки засновані на використанні благаючи як одиниці кількості речовини. Учні повинні це твердо усвідомити. Звичайно, легше пояснити розрахунок через складання пропорції в грамах або обсягах. Ці величини давно знайомі учням так само, як і пропорції. Але якщо вчитель піде цим шляхом, він ризикує надалі ніколи не навчити учнів мислити кількісними хімічними поняттями. Вони не зможуть пояснити причини, по яких можна складати такі пропорції і будуть вважати використання поняття «міль» абсолютно зайвим і непотрібним.
Підбирати завдання потрібно так, щоб виникала необхідність використовувати цю одиницю. І лише тоді, коли у свідомості учнів утвердиться, що кількісні відносини речовин завжди виражаються в молях, можна вчити перехідним формулами, показати взаємозв'язок маси і кількості речовини, об'єму і кількості речовини (див. схему 1.).
Схема 1
Схема взаємозв'язку фізичних величин
Ще одна складність полягає в тому, що іноді назва величин вступає в протиріччя з колишніми, міцно утвердилися поняттями учнів. Наприклад, величину «молярна маса» учні сприймають як масу, але розмірність її не грам (як має бути у маси), а «г / моль» (відношення маси до кількості речовини). Та ж ситуація і з молярним об'ємом.
Дуже важливо правильно пояснити, що таке молярна маса М і що таке молярний об'єм V m, показати їх розмірність і пояснити, як з їх допомогою здійснюється перехід від маси й обсягу до кількості речовини і назад. Потрібно розповісти про постійну Авогадро Л/а- Учні повинні всіма формулами користуватися свідомо. Загальні формули завжди абстрактні, висловлюють узагальнені підходи до вирішення, а в кожній задачі вони конкретизуються. Корисно довести до відома учнів схему, яка відображатиме систему кількісних понять, зв'язки між ними та перехідні формули, що виражають зв'язки між цими поняттями.
Для самоконтролю і для кращого запам'ятовування вчителя іноді на першому етапі вивішують настінну таблицю зі схемою і формулами. Інші вважають, що краще, щоб учні щоразу самі виводили ці формули, але очевидно одне - учні повинні засвоювати величини, «працюють» у формулі, свідомо.
Рішення розрахункових задач з хімії дуже тісно пов'язане з фізикою та математикою. Ці міжпредметні зв'язки треба постійно мати на увазі.
В курсі фізики величина «кількість речовини» вивчається значно пізніше, ніж в хімії. Тому важливо правильно сформувати поняття про неї, щоб надалі в учнів не виникало протиріч.
Методику розв'язання задач також корисно пов'язати з фізикою, зберігаючи форму запису умови та рішення. Цього вимагає і дотримуваний в школі єдиний орфографічний режим. Крім того, набагато більш раціональний фізико-математичний шлях вирішення, коли всі розрахунки проводять спочатку в буквених виразах і лише після цього підставляють числові значення. Проілюструємо форму запису, наприклад, на задачі: 1
«У лабораторії чисте залізо можна отримати за реакції його оксиду FeO з воднем при підвищеній температурі. Складіть рівняння реакції (один з її продуктів - вода) і розрахуйте необхідні кількості оксиду і водню для отримання 1 г заліза ».
Відповідь: Для отримання 1 г заліза потрібно 0,18 моль водню і 0,18 моль оксиду заліза.
Набір розрахункових задач у шкільному курсі хімії невеликий. Розрізняють зазвичай розрахунки за формулами та розрахунки за рівняннями реакцій. Особливо виділяють завдання, пов'язані з розчинами.
У деяких програмах обумовлено, в яких темах які типи завдань слід вводити, в інших право вибору надається вчителю. Тому наведемо лише перелік типів завдань, вирішення яких учні освоюють у школі.
А. Розрахунки за формулами:
-Обчислення відносної молекулярної маси речовини.
-Обчислення відношення мас атомів елементів у складному речовині.
-Обчислення масової частки елемента в речовині (у%).
ЗМІСТ
ВСТУП
1. ШЛЯХИ І МЕТОДИ РЕАЛІЗАЦІЇ МІЖПРЕДМЕТНИХ ЗВ'ЯЗКІВ
1.1 Міжпредметні зв'язки при вирішенні розрахункових завдань
2. ЯКІСНІ ЗАВДАННЯ З ХІМІЇ
3. РОЗРАХУНКОВІ ЗАДАЧІ ПО ХІМІЇ
4. Алгебраїчним способом РІШЕННЯ ХІМІЧНИХ ЗАВДАНЬ
ВСТУП
Рішення хімічних задач сприяє здійсненню зв'язку навчання з життям, виховує працьовитість, цілеспрямованість, виробляє світогляд, так як у задачах легко реалізуються міжпредметні зв'язки.
Велика розвиваюча функція вирішення завдань, яка формує раціональні прийоми мислення, усуває формалізм знань, прищеплює навички самоконтролю, розвиває самостійність.
Освітня роль завдань виражається в тому, що, наприклад, розрахункові завдання розкривають перед учнями кількісний бік хімії як точної науки. Через завдання здійснюється зв'язок теорії з практикою, в процесі їх вирішення закріплюються і вдосконалюються хімічні поняття про речовини і процеси. На основі рішення задач, особливо якісних, легко організувати проблемне навчання. Процес рішення задачі - це сходження від абстрактного до конкретного. У методологічному аспекті - це перехід від абстрактного мислення до практики, зв'язок приватного із загальним.
Необхідно пам'ятати, що вирішення завдань - це не самоціль, а засіб навчання, що сприяє міцному засвоєнню знань.
1. ШЛЯХИ І МЕТОДИ РЕАЛІЗАЦІЇ МІЖПРЕДМЕТНИХ ЗВ'ЯЗКІВ
Питання про шляхи і методи реалізації міжпредметних зв'язків - це один з аспектів загальної проблеми вдосконалення методів навчання. Відбір методів навчання вчитель проводить на основі змісту навчального матеріалу і на підготовленості учнів до вивчення хімії на рівні міжпредметних зв'язків.
На перших етапах навчання учнів прийомам встановлення міжпредметних зв'язків переважає пояснювально-ілюстративний метод. Учитель весь матеріал міжпредметного змісту пояснює сам. Коли в учнів сформуються вміння роботи з матеріалом міжпредметного змісту, можна застосовувати репродуктивний і частково-пошуковий методи і творчі міжпредметні завдання.
Засоби реалізації міжпредметних зв'язків можуть бути різні: питання міжпредметного змісту: напрямні діяльність школярів на відтворення раніше вивчених в інших навчальних курсах і темах знань та їх застосування при засвоєнні нового матеріалу міжпредметні завдання, які вимагають підключення знань з різних предметів або складені на матеріалі одного предмета, але використовувані з певною пізнавальною метою у викладанні одного іншого предмета. Вони сприяють більш глибокому і осмисленому засвоєнню програмного матеріалу, вдосконаленню умінь виявити причинно-наслідкові зв'язки між явищами.
Використання міжпредметних зв'язків викликало появу нових форм організації навчального процесу: урок з міжпредметних зв'язками, комплексний семінар, комплексна екскурсія, межпредметная екскурсія та ін
Уроки з міжпредметних змістом можуть бути наступних видів: урок-лекція; урок-семінар; урок-конференція; урок-рольова гра; урок-консультація та ін уроки міжпредметного узагальнення або тематичні завдання - проблема педагогіки і методики як поєднати знання з практичною корисною діяльністю . Навчити застосовувати знання.
Суть тематичного планування полягає в наступному: групам учнів дається завдання розробити рекомендації з використання добрив, речовин, реакцій щодо даної місцевості. Ці завдання мають МШС і готуються спільно з вчителями біології, географії, креслення, малювання - це бінарні уроки.
Хід проведення: група з 4-6 осіб обирає керівника проекту, фахівців (біолог, агроном, креслярів, художник-оформлювач), визначає завдання кожному учневі. Групи збираються і звітують про роботу [1].
Кожній групі дається своєрідне домашнє завдання, яке буде завершено захистом своїх робіт. Спочатку такого уроку - коротка бесіда вчителя, в ході якої ставиться мета, представляються учні, визначається порядок захисту. Потім йдуть виступ груп - у вигляді короткого звіту про виконану роботу (демонстрація малюнків, таблиць). Далі йде обговорення виступів; вчитель продумує зі своїми колегами трудове завдання [1].
1.1 Міжпредметні зв'язки при вирішенні розрахункових завдань
До вивчення математики учні середньої школи приступають на 7 років раніше, ніж до вивчення хімії. За цей період навчання вони набувають значний обсяг математичних знань, умінь і навичок за рішенням алгебраїчних задач. Правильне використання вчителем хімії придбаного учнями обсягу знань, умінь і навичок є тією основою, яка найбільшою мірою сприяє успішному навчанню їх вирішення розрахункових хімічних задач.
При складанні плану рішення дана складне завдання розчленовується на ряд простих, пов'язаних між собою загальним змістом завдання. Складаючи план виконання завдання, використовують два основні методи:
а) синтетичний;
б) аналітичний.
Суть кожного з цих методів розглянемо на прикладі складання плану вирішення конкретного завдання.
Завдання. Почесний гірник Митрофанов за 30 років роботи бурильником в рудниках Криворізького залізорудного басейну добув 1 млн. т залізної руди, що містить в середньому 80% оксиду заліза (III). Скільки велосипедів можна виготовити з цієї руди, якщо прийняти, що на виготовлення одного велосипеда витрачається
Синтетичний метод
1. Знаючи масову частку (у%) оксиду заліза (III) в залізній руді, знаходимо його масу, що міститься в 1 млн. т руди.
2. Дізнавшись масу оксиду заліза (III), обчислимо масу міститься в ньому заліза.
3. Дізнавшись масу заліза в руді видобутої і знаючи масу заліза,
переробленого в сталь і потрібну на виготовлення одного велосипеда, визначимо число велосипедів.
Виходячи з цих міркувань, складають такий план виконання завдання:
1. Скільки тонн оксиду заліза (III) становлять 80% від 1 млн. т залізної руди?
2. Скільки тонн заліза міститься в обчисленої масі оксиду заліза (III)?
3. Скільки велосипедів можна виготовити з обчисленої маси заліза?
Аналітичний метод
Виходять з питання задачі. Щоб дізнатися кількість велосипедів, необхідно знати масу заліза, а щоб обчислити масу заліза, потрібно знати масу оксиду заліза (III), в якому воно міститься.
Синтетичний метод складання плану виконання завдання має свої недоліки. Головний недолік полягає в тому, що перші кроки під час вирішення завдання (вибір даних для простого завдання) не завжди відразу приводять до необхідного результату. Багато учнів, не маючи навичок порівнювати та вибирати дані для простих завдань, допускають помилки двох видів:
а) у порівнянні і виборі даних;
б) у складанні плану рішення.
При складанні плану виконання завдання аналітичним методом міркування будуються в протилежному напрямі - від шуканого числа до даних в умові завдання. На відміну від синтетичного, аналітичний метод складання плану виконання завдання являє собою ряд пов'язаних між собою і випливають один з іншого висновків і тому при його використанні учні допускають менше помилок логічного характеру.
При вивченні математики учні засвоюють обидва методу складання плану виконання завдання і тому вчитель хімії може користуватися будь-яким з них. Аналітичний метод складання плану доцільно використовувати при вирішенні складних завдань, умови яких містять велику кількість даних, а синтетичний - при вирішенні порівняно легких завдань. При вирішенні ускладнених, наприклад олімпіадних, завдань часто доводиться користуватися обома методами складання плану вирішення завдань.
На уроках математики учні привчаються до того, що завдання можна вважати вирішеною тоді і тільки тоді, коли знайдене рішення:
а) безпомилкове (правильне);
б) мотивоване;
в) має вичерпний характер (повне).
Завдання не вважається вирішеною, якщо її рішення не відповідає хоча б одній з цих вимог.
Безпомилковість (правильність) рішення хімічних задач учні зазвичай перевіряють за відповідями, які наведені в збірниках задач і вправ. У багатьох випадках з метою перевірки на уроках математики складають і вирішують завдання, зворотний вирішеною.
Перевірку рішення не обов'язково виконувати для всіх вирішуваних завдань. Важливо, щоб учні це вміння використовували при вирішенні хімічних задач і в необхідних випадках користувалися ім. Слабоуспевающим учням можна запропонувати вдома виконати перевірку вирішених в класі задач. Це допоможе їм у засвоєнні методики вирішення завдань і послужить закріпленню того теоретичного матеріалу, на основі якого складено умову задачі.
Вичерпний характер може мати тільки те рішення, яким знайдені всі невідомі, що містяться в умові завдання. Якщо з ряду невідомих, які містяться в умові завдання, не знайдено хоча б одне, таке рішення не можна вважати повним.
Особливе значення при вирішенні хімічних завдань має вимога про мотивуванні рішення, виконання якого має сприяти закріпленню вивченого на ряді уроків, а іноді й у різних класах теоретичного матеріалу.
Безсумнівно, що використання умінь і навичок, набутих учнями при вирішенні завдань на уроках математики, підвищить ефективність навчання учнів рішенням хімічних задач [2,3].
2. ЯКІСНІ ЗАВДАННЯ З ХІМІЇ
Серед широко відомих типів якісних завдань можна вказати наступні:
1. Пояснення перерахованих або спостережуваних явищ: чому реакція карбонату кальцію з сірчаною кислотою починається спочатку бурхливо, а потім припиняється? Чому при нагріванні сухого карбонату амонію речовина зникає з пробірки?
2. Характеристика конкретних речовин: з якими речовинами і чому може реагувати соляна кислота? З якими з перелічених речовин буде вступати в реакцію соляна кислота?
3. Розпізнавання речовин: у якій з пробірок знаходяться кислота, луг, сіль? В якій з пробірок знаходяться соляна кислота, сірчана, азотна?
4. Доказ якісного складу речовин: як довести, що до складу хлориду амонію входять іон амонію та іон хлору?
5. Поділ сумішей і виділення чистих речовин: як очистити кисень від домішки оксиду вуглецю (IV)?
6. Отримання речовин: отримати хлорид цинку усіма можливими способами.
До цього ж типу завдань відносять і ланцюжка перетворень, а також отримання речовини, якщо дано ряд інших речовин як вихідних. Можуть бути завдання на застосування приладу, наприклад: вказати, який з приладів можна використовувати для збирання аміаку, кисню, водню, хлору і т. д. Завдання вирішують усно, письмово або експериментально [5].
3. РОЗРАХУНКОВІ ЗАДАЧІ ПО ХІМІЇ
При навчанні учнів рішенням розрахункових хімічних задач слід пам'ятати, що вирішення завдань - це не самоціль, це засіб, що сприяє більш глибокому розумінню і засвоєнню хімічних понять і в першу чергу кількісних.
Зазвичай в учнів при вирішенні розрахункових хімічних задач виникають труднощі особливого порядку, пов'язані саме зі специфікою хімічної науки.
Перш за все вони викликані тим, що хімічні розрахунки вимагають використання особливої фізичної величини, званої «кількість речовини» та її одиниці - благаючи. При цьому важливо врахувати, що для розуміння цієї величини дуже мало опорних понять, що не сприяє реалізації принципу доступності. Ці абстрактні поняття важкодоступні для учнів, так як вони не мають аналогії в інших, попередніх хімії предметах.
Крім того, для безпосереднього вимірювання певної кількості речовини немає відповідних приладів. Можна виміряти масу, обсяг, але не кількість речовини в молях. Воно визначається опосередковано, розрахунком. Тому учням VIII класу, у яких абстрактне мислення ще недостатньо добре розвинене, слід полегшити засвоєння цього матеріалу, по можливості залучаючи наочність, хоча і це дуже важко, тому що вимагає розвиненої уяви. Поняття «кількості речовини» корисно пояснювати, виходячи з числа структурних частинок N, а «міль» - з числа Авогадро. Це переводить пояснення в конкретну площину.
Друга причина труднощів у тому, що в хімії при розрахунках доводиться оперувати двома рядами формул - хімічними і математичними. Всі ці труднощі необхідно подолати, показуючи учням, що всі без винятку хімічні розрахунки засновані на використанні благаючи як одиниці кількості речовини. Учні повинні це твердо усвідомити. Звичайно, легше пояснити розрахунок через складання пропорції в грамах або обсягах. Ці величини давно знайомі учням так само, як і пропорції. Але якщо вчитель піде цим шляхом, він ризикує надалі ніколи не навчити учнів мислити кількісними хімічними поняттями. Вони не зможуть пояснити причини, по яких можна складати такі пропорції і будуть вважати використання поняття «міль» абсолютно зайвим і непотрібним.
Підбирати завдання потрібно так, щоб виникала необхідність використовувати цю одиницю. І лише тоді, коли у свідомості учнів утвердиться, що кількісні відносини речовин завжди виражаються в молях, можна вчити перехідним формулами, показати взаємозв'язок маси і кількості речовини, об'єму і кількості речовини (див. схему 1.).
Схема 1
Схема взаємозв'язку фізичних величин
Ще одна складність полягає в тому, що іноді назва величин вступає в протиріччя з колишніми, міцно утвердилися поняттями учнів. Наприклад, величину «молярна маса» учні сприймають як масу, але розмірність її не грам (як має бути у маси), а «г / моль» (відношення маси до кількості речовини). Та ж ситуація і з молярним об'ємом.
Дуже важливо правильно пояснити, що таке молярна маса М і що таке молярний об'єм V m, показати їх розмірність і пояснити, як з їх допомогою здійснюється перехід від маси й обсягу до кількості речовини і назад. Потрібно розповісти про постійну Авогадро Л/а- Учні повинні всіма формулами користуватися свідомо. Загальні формули завжди абстрактні, висловлюють узагальнені підходи до вирішення, а в кожній задачі вони конкретизуються. Корисно довести до відома учнів схему, яка відображатиме систему кількісних понять, зв'язки між ними та перехідні формули, що виражають зв'язки між цими поняттями.
Для самоконтролю і для кращого запам'ятовування вчителя іноді на першому етапі вивішують настінну таблицю зі схемою і формулами. Інші вважають, що краще, щоб учні щоразу самі виводили ці формули, але очевидно одне - учні повинні засвоювати величини, «працюють» у формулі, свідомо.
Рішення розрахункових задач з хімії дуже тісно пов'язане з фізикою та математикою. Ці міжпредметні зв'язки треба постійно мати на увазі.
В курсі фізики величина «кількість речовини» вивчається значно пізніше, ніж в хімії. Тому важливо правильно сформувати поняття про неї, щоб надалі в учнів не виникало протиріч.
Методику розв'язання задач також корисно пов'язати з фізикою, зберігаючи форму запису умови та рішення. Цього вимагає і дотримуваний в школі єдиний орфографічний режим. Крім того, набагато більш раціональний фізико-математичний шлях вирішення, коли всі розрахунки проводять спочатку в буквених виразах і лише після цього підставляють числові значення. Проілюструємо форму запису, наприклад, на задачі: 1
М.: Дрофа, |
«У лабораторії чисте залізо можна отримати за реакції його оксиду FeO з воднем при підвищеній температурі. Складіть рівняння реакції (один з її продуктів - вода) і розрахуйте необхідні кількості оксиду і водню для отримання
Відповідь: Для отримання
Набір розрахункових задач у шкільному курсі хімії невеликий. Розрізняють зазвичай розрахунки за формулами та розрахунки за рівняннями реакцій. Особливо виділяють завдання, пов'язані з розчинами.
У деяких програмах обумовлено, в яких темах які типи завдань слід вводити, в інших право вибору надається вчителю. Тому наведемо лише перелік типів завдань, вирішення яких учні освоюють у школі.
А. Розрахунки за формулами:
-Обчислення відносної молекулярної маси речовини.
-Обчислення відношення мас атомів елементів у складному речовині.
-Обчислення масової частки елемента в речовині (у%).
-Обчислення маси певної кількості речовини.
-Обчислення мас і об'ємів газів (при н. У.).
- Обчислення відносної густини газів. Б. Розрахунки за рівняннями
-Обчислення мас речовин або об'ємів газів за відомим кількості речовини одного з вступають у реакцію або утворюються в результаті її речовин.
-Обчислення об'ємних відносин газів за хімічними рівняннями.
-Розрахунок по термохимическим рівнянням кількості теплоти за відомим кількості і масі одного з беруть участь в реакції речовин.
-Розрахунки за хімічними рівняннями, якщо одне з реагуючих речовин дано в надлишку.
-Визначення масової частки виходу продукту від теоретично можливого.
-Обчислення маси продукту реакції за відомою масою вихідної речовини, що містить певну масову частку домішок.
В. Розрахунки на виведення формул речовин
Знаходження молекулярної формули газоподібного речовини на підставі його щільності і масових часток що в нього входять (у%).
Г. Розрахунки масової частки речовини в розчині (у%)
Розрахунки за визначенням масової частки розчиненої речовини (у%) в розчині і маси розчиненої речовини за відомою масовій частці його в розчині.
Навчання учнів рішенням розрахункових хімічних задач слід починати поступово. Спочатку навчити підраховувати відносну молекулярну масу М г, поступово переходити до молярної маси М (г / моль), потім до вирішення завдань з хімічної формули речовин і потім до розрахунків за хімічними рівняннями. При цьому спочатку розрахунки не слід ускладнювати. Починають їх виробляти обов'язково в молях, підбираючи умови так, щоб не було потрібно перекладу в грами або літри. Згодом такий переклад буде здаватися цілком природним. Звичайно, зміст завдань обов'язково має бути погоджено з досліджуваної темою. Не можна, наприклад, вимагати розрахунку обсягу газу, якщо ще невідомий закон Авогадро та молярний об'єм.
І тільки після всього цього припустимі всілякі ускладнення завдань та їх комбінування, широко використовуються для складання олімпіадних та конкурсних завдань.
Нерідко при вирішенні завдань доводиться бачити нудьгуючі очі учнів, які вважають, що хімічні розрахунки зовсім не потрібні. Тоді вчитель залучає для обгрунтування їх необхідності по можливості життєві приклади. Можна задати на будинок виконання якого-небудь домашнього досвіду, зв'язавши його з розрахунком.
Про єдиний методичному підході до вирішення завдань з хімії
У рішенні завдань повинен дотримуватися єдиного методичного підходу. Провідна роль у навчанні учнів вирішення завдань належить вчителю. Але не можна недооцінювати і самостійності учнів під час вирішення завдань. При переході від одного етапу до іншого слід керуватися рекомендаціями з формування вмінь. Розглянемо сутність цих етапів.
Вибираючи завдання для учнів, вчитель зобов'язаний оцінити її з точки зору наступних цілей.
1.Які поняття, закони, теорії, факти повинні бути закріплені в процесі рішення, які сторони властивостей досліджуваного речовини і хімічні реакції відмічені в процесі вирішення.
2.Які прийоми розв'язання задачі повинні бути сформовані.
3.Какие розумові прийоми розвиваються в процесі виконання завдання.
Які дидактичні функції виконують ці завдання. Якщо вчитель ставить перед собою мету - закріплення теоретичного матеріалу, то метод рішення задачі повинен бути вже відомий учням.
Якщо вчитель хоче пояснити новий тип завдання по методу вирішення, то учні повинні вільно оперувати навчальним матеріалом. Одночасно обидві цілі ставити не рекомендується.
Задачу вчитель вирішує заздалегідь і перевіряє відповідь, щоб переконатися, що він правильний.
На уроці в класі вчитель актуалізує знання учнів, які використовуються при розв'язанні задачі. Потім проводиться аналіз умови задачі. Вчитель коротко його записує за допомогою символів і умовних позначень, як вже було показано вище. Далі розробляють план рішення і по можливості висловлюють його в загальному вигляді за допомогою зазначених вище формул, дотримуючись всіх правил, яким учні навчені на уроках математики і фізики. Тільки після цього приступають до числового рішення і перевіряють відповідь.
Якщо мета рішення - вивчення нового типу завдань, то чітко формулюють алгоритм, який учні записують в зошит, і відзначають, якого типу рішення він відповідає. У молодших класах алгоритм може бути виражений у вигляді питань завдання. Після цього до дошки можна викликати хорошого учня, щоб він вирішив аналогічне завдання. Далі учням пропонують самостійно вирішити аналогічну задачу.
Завдання розрізняють складні і важкі. Складними називають завдання, які вимагають від учня застосування теоретичних знань з різних тем курсу хімії, вміння розв'язувати задачі різних типів, об'єднуючи і вибираючи для вирішення конкретного завдання все необхідне. Нерідко це завдання узагальнюючі. Складність завдання - поняття об'єктивне, що припускає велику кількість елементів знань і вмінь, які використовуються при їх вирішенні і певного переліку розумових операцій.
Важкі завдання - поняття суб'єктивне. Маються на увазі завдання, що вимагають творчого підходу, несподіваних розумових дій. Їх слід давати для самостійного рішення тільки сильним учням. У класі таке завдання пояснювати не варто. Її можна використовувати у вигляді індивідуального завдання або на позакласних заняттях. Втім, для учнів зі слабкою обучаемостью важким завданням може виявитися і об'єктивно порівняно проста. Вчитель повинен це враховувати, здійснюючи індивідуальний підхід, який при вирішенні завдань особливо доречний. При вирішенні завдань розвиваюча функція навчання проявляється особливо чітко. З їх допомогою можна домогтися підвищення рівня розумової активності учнів. В даний час видається дуже велике число збірників задач, що надає вчителеві широкий вибір [6-8,9,10].
4. Алгебраїчним способом РІШЕННЯ ХІМІЧНИХ ЗАВДАНЬ
Алгебраїчні способи вирішення завдань незамінні, якщо завдання складна і її не можна вирішити однієї - двома пропорціями. Саме в цьому випадку зручно скористатися іншими методами алгебри, найчастіше лінійними рівняннями і нерівностями. Рішення задач можна звести до двох етапах: складання рівняння (системи рівнянь) за умовою задачі і рішенням отриманого рівняння.
1) Обчислення складу з'єднань, сумішей, виведення формул сполук.
При вирішенні хімічних задач часто виникає потреба проводити обчислення для знаходження співвідношень складових частин у різних об'єктах. В якості останніх можна розглядати хімічні сполуки, суміші речовин, сплави. Завдання цього типу доводиться вирішувати не тільки хімікам, але і представникам найрізноманітніших професій - агрономам, лікарям, металургам, геологи і т. д.
У завданнях зазвичай розглядаються об'єкти, які складаються з компонентів. Кількісний склад об'єктів зручно виражати в частках, які складають компоненти по відношенню до цілого об'єкту. Вживають масову, об'ємну і молярну частки. Масова частка w (X
) I-го компонента, що входить до складу об'єкта, дорівнює відношенню маси цього компоненту m (X ) До маси об'єкта m (об) і виражається в частках одиниці або у відсотках:
W (
, Або w ( 100%
Масу компонента в об'єкті обчислюють, помноживши масу об'єкта на масову частку компонента в ньому: m (x) = m (об) ∙ w (x)
Так, знаючи хімічний склад з'єднань, тобто їх формули і молярні маси, можна обчислювати масові частки елементів у цих сполуках. І навпаки, знаючи масові частки елементів у з'єднаннях, можна знаходити молекулярну формулу сполуки.
Нижче наведено приклади вирішення окремих завдань. Всі вони належать до одного типу, тому алгоритми їх вирішення ідентичні. У переважній більшості випадків хід рішення будується так: позначаємо буквами невідомі величини і формулюємо їх фізичний зміст; словесно формулюємо сенс рівнянь і нерівностей, які потім записуємо за допомогою символів; підставляємо числові значення; вирішуємо систему рівнянь і нерівностей і даємо відповідь.
Завдання № 1. Вивести формулу речовини з молярною масою 123 г / моль, якщо склад його, виражений у масових частках, наступний: вуглець 58,5%, водень 4,1%, азот 11,4%, кисень 26,0%
Рішення: Формулу з'єднання умовно можна записати C x H y Nz O t.
Шукані величини - числа атомів у молекулі (індекси в даній формулі-x, y, z, t).
Масові частки хімічних елементів у даному речовині можна виразити:
W (N) = 
W (H) =
W (O) = 
Складемо рівняння, враховуючи, що твір молярної маси з'єднання на масову частку цього елемента, що входить до його складу, так само молярної масі елемента, помноженої на його індекс у формулі сполуки.
Вирішимо кожне рівняння:
М (C x H y N z O t ) ∙ w (C) = x ∙ M (C) 123 ∙ 0,585 = 12 х, х = 6
М (C x H y N z O t ) ∙ w (H) = y ∙ M (H) 123 ∙ 0. 041 = уу = 5
М (C x H y N z O t ) ∙ w (N) = z ∙ M (N) 123 ∙ 0, 114 = 14 zz = 1
M (C x H y N z O t) ∙ w (O) = t ∙ M (O) 123 ∙ 0,26 = 16t, t = 2
Відповідь: формула сполуки
(Нітробензол).
Завдання № 2. У кристалогідраті сульфату марганцю (II) масова частка марганцю дорівнює
0, 268. Визначити кількість речовини води, що припадає на 1 моль кристалогідрату. Написати формулу солі.
Рішення: що розглядаються об'єктом є 1 моль кристалогідрату сульфату марганцю (II). Його формулу умовно запишемо
, Де n-шукана величина.
Складемо рівняння, враховуючи, що масова частка марганцю в кристалогідраті дорівнює відношенню молярних мас марганцю і даного кристалогідрату:
W (Mn) =
Підставляючи в рівняння замість символів їх числові значення, отримаємо: 0,268 =
. Вирішуючи рівняння, знайдемо n = 3.
Відповідь: 1 моль кристалогідрату сульфату марганцю (II) містить 3 моль води. Формула солі -
.
Завдання № 3. При повному згорянні 3,1 г органічної речовини (М = 93
) Утворилося 8, 8 г оксиду вуглецю (IV), 2,1 г води і виділилося 0,47 г азоту. Написати формулу речовини.
Рішення: У загальному вигляді з'єднання можна представити формулою
, Де х, у, z і t-шукані величини.
Складемо рівняння, враховуючи наступне:
1) маса вуглецю в згорілому речовині і в утворився оксиді вуглецю
(IV) рівні:
m (C x H y N z Ot)
або 3,1
88 
, Звідки х = 6;
1) маси водню в згорілій речовині і в утвореній воді рівні:
m (C x HyN z Ot)
або 3,1
, Звідки у = 7;
2) маса азоту в 3,1 г з'єднання дорівнює 0,47 г:
m ( ) 
, 3,1 
,
звідки z = 1;
3) молярна маса з'єднання дорівнює сумі молярних мас кожного елемента, помножених на відповідні індекси у формулі:
М ( ) = Х 
, Або
93 = 6
, Звідки t = 0.
Відповідь: формула сполуки
(Анілін).
Завдання № 4. Масова частка срібла в солі граничної одноосновної органічної кислоти становить 70,59%. Написати молекулярну формулу цієї кислоти, якщо відомо, що вона складається з вуглецю, водню і кисню.
Рішення: Запишемо хімічні формули кислот і її солі в умовному вигляді:
і Аg 
.. Індекси х, у і z-шукані величини.
Висловлюючи молярну масу солі срібла через молярні маси складових її атомів, отримаємо:
М (Аg ) =
х
Складемо рівняння, враховуючи, що твір молярної маси солі на масову частку в ній срібла дорівнює молярній масі срібла:
М (Аg
) 
(107 +12 х + у +16 z)
звідки 12х + у + 16z = 46.
За умовами задачі одноосновна гранична органічна кислота має загальну формулу
, Або, 
. Звідси у = 2х, z = 2.
Шукані числа х і у одночасно задовольняють двом рівнянням:
12х + у +16
2х = у
Вирішуючи систему рівнянь, одержимо х = 1, у = 2. Отже, формула кислоти -
, Або НСООН.
Відповідь: Формула кислоти - НСООН.
Завдання № 5. Після повного термічного розкладання 2,0 г суміші карбонатів кальцію та стронцію отримали 1,23 г суміші оксидів цих металів. Оксид вуглецю (IV) випарувався. Обчислити масу карбонату стронцію у вихідній суміші.
Рішення: Запишемо рівняння реакції:
xy
SrC
→ SrO + C 
(I)
148 г104 р
2-х 1,23-у
CaC → CaO + C (II)
100 г 56 г
Шукану величину-масу карбонату стронцію в суміші позначимо через х: m (SrC
= X. Тоді маса карбонату кальцію буде дорівнює m (CaC ) = 2-x, а маса виділився оксиду вуглецю (IV) складе m (C ) = (2-1,23) г = 0,77 г .
Складемо рівняння, враховуючи, що маса вуглецю у вихідній суміші карбонатів металів дорівнює масі вуглецю в виділив оксид вуглецю (IV):
m (CaC ) 
Підставляючи числові значення, отримаємо:
(2-х)
звідки х = 0,75.
Відповідь: маса карбонату стронцію дорівнює 0,75 г .
Завдання № 6. Розрахувати масові частки компонентів суміші, що з гідрату карбонату амонію, карбонату калію і гідрофосфату амонію, якщо відомо, що з 38,4 г цієї суміші отримали 8,8 г вуглекислого газу і 6,8 г аміаку.
Рішення:
М (
) = 114 г / моль
М (
) = 138 г / моль
М (
) = 132 г / моль
Нехай у суміші х моль
, У моль і z моль , Тоді
114х + 138у + 132z = 38,4
З х моль гідрату карбонату амонію можна отримати 2х моль аміаку і
х моль вуглекислого газу:
х2х х
→ 2 
Аналогічно,
у у z 2z
→ 
→ 2 
n ( ) = 8,8 / 44 = 0,2 моль х + у = 0,2
n ( ) = 6,8 / 17 = 0,4 моль 2х +2 z = 0,4
Вирішуючи систему рівнянь
114х + 138у + 132z = 38,4
х + у = 0,2
2х +2 z = 0,4
знаходимо х = у = z = 0,1 моль
w ( ) = 
w ( ) = 
w ((NH 4) HPO 4 =
Відповідь: w ( ) = 29,7%, w ( ) = 35,9%,
w ( ) = 34,4%.
2) Завдання на газові закони. Визначення кількісних відносин у газах.
Розрахунки мас, кількостей речовин і об'ємів газів зазвичай проводять за допомогою алгебраїчних рівнянь, як правило, на основі закону Авогадро. Розглянемо деякі особливості складання таких рівнянь.
Іноді в задачах потрібно зробити обчислення з газами, при змішуванні яких не відбувається хімічної взаємодії, а утворюється суміш вихідних газів. У таких випадках при складанні алгебраїчних рівнянь враховують, що маса газової суміші дорівнює сумі мас газів суміші. У рівнянні масу кожного газу, а також суміші представляють як добуток кількості речовини газу на його молярну масу: m = n * M. В окремих завданнях при складанні рівнянь беруть до уваги, що кількість речовини в газовій суміші дорівнює сумі кількостей речовин газів, які були змішані.
Якщо в умові завдання задана відносна щільність D деякого газу, що має молярну масу М (х), по іншому газу, що має молярну масу М (а), то можна використовувати існуючу залежність між цими величинами: D = М (х) / М (а ) - висловлювати молярну масу газу М (х) у вигляді добутку
.
У багатьох завданнях розглядаються гази, які при змішуванні реагують між собою, утворюючи газоподібні продукти реакції. У таких випадках при складанні алгебраїчних рівнянь враховують, що обсяги беруть участь у реакції газів відносяться як коефіцієнти перед формулами сполук у рівнянні хімічної реакції. Причому обсяги газів повинні бути взяті при однаковій температурі і тиску. У алгебраїчних рівняннях відношення обсягів реагуючих газів іноді зручно замінювати ставленням кількостей речовин газів.
У процесі вирішення завдань, що стосуються газів, іноді корисно використовувати інформацію, яку можна представити у вигляді нерівностей. Останні іноді безпосередньо випливають з умови завдання. Проте у ряді випадків їх можна складати на основі відомих властивостей газів. Наприклад, для будь-якого газу відносна щільність за воднем більше одиниці: D H> 1; середня молярна маса газу, що складається з молекул різних сполук, знаходиться в межах значень молярних мас цих сполук:
і т. п.
Іноді в умовах задач обсяг газу дається не за нормальних, а при якихось інших умовах. У цьому випадку, як зазвичай кажуть, потрібно привести обсяг до нормальних умов. Для цього найпростіше скористатися об'єднаним газовим законом, який математично виражається так:
.
Де V 0 - об'єм газу за н.у., тобто при нормальній температурі T 0 = 273 K і при нормальному тиску P 0 = 101325 Па; V-об'єм газу при даній температурі T і даному тиску P.
Значення молярної маси газу, а також число молей газу можна знайти при використанні рівняння Клапейрона - Менделєєва:
PV =
Де P - тиск газу, V-об'єм системи, m - маса газу, Т-абсолютна температура, R-універсальна газова стала: R = 8,31 Дж / (
).
При розрахунках газових реакцій немає необхідності визначати число молей речовин, а достатньо користуватися їх обсягами. Із закону Авогадро і основного закону стехіометрії випливає наступне наслідок ставлення об'ємів газів, що вступають в реакцію, дорівнює відношенню коефіцієнтів в рівнянні реакції. Це твердження називається законом об'ємних щодо Гей-Люссака.
Завдання № 1. Який об'єм (н.у.) озонованого кисню з молярною часткою озону 24% потрібно для спалювання 11,2 л водню.
Рішення: Реакціям горіння водню відповідають рівняння:
2
+ = 2 
3 + = 3
Шукана величина V (суміші) - обсяг озонованого кисню, необхідний для спалювання 11,2 л водню. Складемо рівняння, враховуючи, що кількість речовини водню дорівнює сумі подвійної кількості кисню і потроєного кількості речовини озону.
n ( ) = 2n ( ) + 3n ( ),
,
Звідки V (суміші) = 5 л.
Відповідь: 5 л озонованого кисню.
Завдання № 2. До 30 л суміші, що з етану і аміаку додали 10 л хлороводню, після чого щільність парів газової суміші по повітрю стало рівною 0,945. Обчислити об'ємні частки газів у вихідній суміші.
Рішення:
При додаванні хлороводню відбувається реакція
+ HCl → 
з утворенням твердого .
Кінцева газова суміш має середню молярну масу
Мср =
= 27,4 г / моль
і складається з етану (М = 30 г / моль) і аміаку (М = 17 г / моль). Це означає, що аміак в реакції - в надлишку. Якщо б у надлишку був хлороводень, то в кінцевій суміші замість аміаку був хлороводень, і середня молярна маса була б більше 30 г / моль.
Нехай у вихідній суміші було х л аміаку і у л етану, тоді в кінцевій суміші містяться
(Х-10) л аміаку і у л етану. Значення обсягу вихідної суміші та молярної маси кінцевої суміші дають систему двох рівнянь для х і у:
х + у = 30
звідки випливає х = 14 л, у = 16 л.
φ ( ) = 14/30 = 0,47, φ ( 
) = 16/30 = 0,53.
Відповідь: 47% , 53% .
Завдання № 3. Суміш парів пропіна і ізомерних монохлоралкенов при
і тиску 96,5 кПа займає обсяг 18 л і при спалюванні в надлишку кисню утворює 18 г води. Вивести формули монохлоралкенов. Обчислити об'єм 1,7% розчину нітрату срібла (щільність 1,01 г / мл), який може прореагувати з продуктами спалювання вихідної суміші, якщо відомо, що її щільність по повітрю 1,757.
Рішення: Загальна формула монохлоралкенов -
.
Згоряння компонентів суміші відбувається за рівняннями:
х 2х
у (n -1) y
+ (1.5 n-0.5) 
.
Нехай у суміші було х моль
(М = 40) міль, y моль (М = 14n +34).
Загальна кількість веществa в газовій суміші: n = PV / RT = 96.5
моль. Середня молярна маса суміші дорівнює М = 29 
= 50.95 г / моль.
Звідси маса 0.5 моль суміші становить m = 50.95
[11, 12].
ЛІТЕРАТУРА
1. Абкіі Г. П. Методика розв'язування задач з хімії. - М.: Просвещение, 1971.
2. Аркавепко Л. М., Гапонцев В. Л., Велоусова О. А. Для чого класифікувати розрахункові завдання / / Хімія в школі, 1995, № 3. С. 60.
3. Архангельська О. В. Рішення завдань. Чим простіше, тим витонченіше / / Хімія в школі, 1998. С. 46.
4. Бєляєв М. М. Про системний підхід до вирішення завдань / / Хімія в школі, 1998, № 5. С. 46.
5. Буцька М. М. До вирішення завдань за хімічними рівняннями / / Хімія в школі, № 5. С. 49.
6. Ємельянова Є. О. Підготовка учнів до вирішення розрахункових задач / / Хімія в школі, № 3. С. 53.
7. Кригін Д. П., Грабово А. К. Завдання та приклади з хімії з міжпредметних змістом. - М.: Вища школа, 1989.
8. Єригін Д. П., Шишкін О. А. Методика розв'язування задач з хімії. - М.: Просвещение, 1989.
9. Медведєв Ю. М. та ін Вчимося вирішувати складні задачі / / Хімія в школі, 1977, № 4. С. 53.
10. Протасов П. М., Цитович І. К. Методика рішення розрахункових задач з хімії. - М.: Просвещение, 1978.
11. Савицький С. М., Твердовський Н. П. Збірник задач і вправ з неорганічної хімії. - М.: Вища школа, 1981.
12. Шамова М. О. До вирішення задач на визначення формул речовин / / Хімія в школі, 1997, № 4. С. 50;
13. Вчимося вирішувати розрахункові завдання з хімії: технологія та алгоритми виконання. - М.: Школа-Пресс, 1999.
-Обчислення мас і об'ємів газів (при н. У.).
- Обчислення відносної густини газів. Б. Розрахунки за рівняннями
-Обчислення мас речовин або об'ємів газів за відомим кількості речовини одного з вступають у реакцію або утворюються в результаті її речовин.
-Обчислення об'ємних відносин газів за хімічними рівняннями.
-Розрахунок по термохимическим рівнянням кількості теплоти за відомим кількості і масі одного з беруть участь в реакції речовин.
-Розрахунки за хімічними рівняннями, якщо одне з реагуючих речовин дано в надлишку.
-Визначення масової частки виходу продукту від теоретично можливого.
-Обчислення маси продукту реакції за відомою масою вихідної речовини, що містить певну масову частку домішок.
В. Розрахунки на виведення формул речовин
Знаходження молекулярної формули газоподібного речовини на підставі його щільності і масових часток що в нього входять (у%).
Г. Розрахунки масової частки речовини в розчині (у%)
Розрахунки за визначенням масової частки розчиненої речовини (у%) в розчині і маси розчиненої речовини за відомою масовій частці його в розчині.
Навчання учнів рішенням розрахункових хімічних задач слід починати поступово. Спочатку навчити підраховувати відносну молекулярну масу М г, поступово переходити до молярної маси М (г / моль), потім до вирішення завдань з хімічної формули речовин і потім до розрахунків за хімічними рівняннями. При цьому спочатку розрахунки не слід ускладнювати. Починають їх виробляти обов'язково в молях, підбираючи умови так, щоб не було потрібно перекладу в грами або літри. Згодом такий переклад буде здаватися цілком природним. Звичайно, зміст завдань обов'язково має бути погоджено з досліджуваної темою. Не можна, наприклад, вимагати розрахунку обсягу газу, якщо ще невідомий закон Авогадро та молярний об'єм.
І тільки після всього цього припустимі всілякі ускладнення завдань та їх комбінування, широко використовуються для складання олімпіадних та конкурсних завдань.
Нерідко при вирішенні завдань доводиться бачити нудьгуючі очі учнів, які вважають, що хімічні розрахунки зовсім не потрібні. Тоді вчитель залучає для обгрунтування їх необхідності по можливості життєві приклади. Можна задати на будинок виконання якого-небудь домашнього досвіду, зв'язавши його з розрахунком.
Про єдиний методичному підході до вирішення завдань з хімії
У рішенні завдань повинен дотримуватися єдиного методичного підходу. Провідна роль у навчанні учнів вирішення завдань належить вчителю. Але не можна недооцінювати і самостійності учнів під час вирішення завдань. При переході від одного етапу до іншого слід керуватися рекомендаціями з формування вмінь. Розглянемо сутність цих етапів.
Вибираючи завдання для учнів, вчитель зобов'язаний оцінити її з точки зору наступних цілей.
1.Які поняття, закони, теорії, факти повинні бути закріплені в процесі рішення, які сторони властивостей досліджуваного речовини і хімічні реакції відмічені в процесі вирішення.
2.Які прийоми розв'язання задачі повинні бути сформовані.
3.Какие розумові прийоми розвиваються в процесі виконання завдання.
Які дидактичні функції виконують ці завдання. Якщо вчитель ставить перед собою мету - закріплення теоретичного матеріалу, то метод рішення задачі повинен бути вже відомий учням.
Якщо вчитель хоче пояснити новий тип завдання по методу вирішення, то учні повинні вільно оперувати навчальним матеріалом. Одночасно обидві цілі ставити не рекомендується.
Задачу вчитель вирішує заздалегідь і перевіряє відповідь, щоб переконатися, що він правильний.
На уроці в класі вчитель актуалізує знання учнів, які використовуються при розв'язанні задачі. Потім проводиться аналіз умови задачі. Вчитель коротко його записує за допомогою символів і умовних позначень, як вже було показано вище. Далі розробляють план рішення і по можливості висловлюють його в загальному вигляді за допомогою зазначених вище формул, дотримуючись всіх правил, яким учні навчені на уроках математики і фізики. Тільки після цього приступають до числового рішення і перевіряють відповідь.
Якщо мета рішення - вивчення нового типу завдань, то чітко формулюють алгоритм, який учні записують в зошит, і відзначають, якого типу рішення він відповідає. У молодших класах алгоритм може бути виражений у вигляді питань завдання. Після цього до дошки можна викликати хорошого учня, щоб він вирішив аналогічне завдання. Далі учням пропонують самостійно вирішити аналогічну задачу.
Завдання розрізняють складні і важкі. Складними називають завдання, які вимагають від учня застосування теоретичних знань з різних тем курсу хімії, вміння розв'язувати задачі різних типів, об'єднуючи і вибираючи для вирішення конкретного завдання все необхідне. Нерідко це завдання узагальнюючі. Складність завдання - поняття об'єктивне, що припускає велику кількість елементів знань і вмінь, які використовуються при їх вирішенні і певного переліку розумових операцій.
Важкі завдання - поняття суб'єктивне. Маються на увазі завдання, що вимагають творчого підходу, несподіваних розумових дій. Їх слід давати для самостійного рішення тільки сильним учням. У класі таке завдання пояснювати не варто. Її можна використовувати у вигляді індивідуального завдання або на позакласних заняттях. Втім, для учнів зі слабкою обучаемостью важким завданням може виявитися і об'єктивно порівняно проста. Вчитель повинен це враховувати, здійснюючи індивідуальний підхід, який при вирішенні завдань особливо доречний. При вирішенні завдань розвиваюча функція навчання проявляється особливо чітко. З їх допомогою можна домогтися підвищення рівня розумової активності учнів. В даний час видається дуже велике число збірників задач, що надає вчителеві широкий вибір [6-8,9,10].
4. Алгебраїчним способом РІШЕННЯ ХІМІЧНИХ ЗАВДАНЬ
Алгебраїчні способи вирішення завдань незамінні, якщо завдання складна і її не можна вирішити однієї - двома пропорціями. Саме в цьому випадку зручно скористатися іншими методами алгебри, найчастіше лінійними рівняннями і нерівностями. Рішення задач можна звести до двох етапах: складання рівняння (системи рівнянь) за умовою задачі і рішенням отриманого рівняння.
1) Обчислення складу з'єднань, сумішей, виведення формул сполук.
При вирішенні хімічних задач часто виникає потреба проводити обчислення для знаходження співвідношень складових частин у різних об'єктах. В якості останніх можна розглядати хімічні сполуки, суміші речовин, сплави. Завдання цього типу доводиться вирішувати не тільки хімікам, але і представникам найрізноманітніших професій - агрономам, лікарям, металургам, геологи і т. д.
У завданнях зазвичай розглядаються об'єкти, які складаються з компонентів. Кількісний склад об'єктів зручно виражати в частках, які складають компоненти по відношенню до цілого об'єкту. Вживають масову, об'ємну і молярну частки. Масова частка w (X
W (
Масу компонента в об'єкті обчислюють, помноживши масу об'єкта на масову частку компонента в ньому: m (x) = m (об) ∙ w (x)
Так, знаючи хімічний склад з'єднань, тобто їх формули і молярні маси, можна обчислювати масові частки елементів у цих сполуках. І навпаки, знаючи масові частки елементів у з'єднаннях, можна знаходити молекулярну формулу сполуки.
Нижче наведено приклади вирішення окремих завдань. Всі вони належать до одного типу, тому алгоритми їх вирішення ідентичні. У переважній більшості випадків хід рішення будується так: позначаємо буквами невідомі величини і формулюємо їх фізичний зміст; словесно формулюємо сенс рівнянь і нерівностей, які потім записуємо за допомогою символів; підставляємо числові значення; вирішуємо систему рівнянь і нерівностей і даємо відповідь.
Завдання № 1. Вивести формулу речовини з молярною масою 123 г / моль, якщо склад його, виражений у масових частках, наступний: вуглець 58,5%, водень 4,1%, азот 11,4%, кисень 26,0%
Рішення: Формулу з'єднання умовно можна записати C x H y Nz O t.
Шукані величини - числа атомів у молекулі (індекси в даній формулі-x, y, z, t).
Масові частки хімічних елементів у даному речовині можна виразити:
W (H) =
Складемо рівняння, враховуючи, що твір молярної маси з'єднання на масову частку цього елемента, що входить до його складу, так само молярної масі елемента, помноженої на його індекс у формулі сполуки.
Вирішимо кожне рівняння:
М (C x H y N z O t ) ∙ w (C) = x ∙ M (C) 123 ∙ 0,585 = 12 х, х = 6
М (C x H y N z O t ) ∙ w (H) = y ∙ M (H) 123 ∙ 0. 041 = уу = 5
М (C x H y N z O t ) ∙ w (N) = z ∙ M (N) 123 ∙ 0, 114 = 14 zz = 1
M (C x H y N z O t) ∙ w (O) = t ∙ M (O) 123 ∙ 0,26 = 16t, t = 2
Відповідь: формула сполуки
Завдання № 2. У кристалогідраті сульфату марганцю (II) масова частка марганцю дорівнює
0, 268. Визначити кількість речовини води, що припадає на 1 моль кристалогідрату. Написати формулу солі.
Рішення: що розглядаються об'єктом є 1 моль кристалогідрату сульфату марганцю (II). Його формулу умовно запишемо
Складемо рівняння, враховуючи, що масова частка марганцю в кристалогідраті дорівнює відношенню молярних мас марганцю і даного кристалогідрату:
W (Mn) =
Підставляючи в рівняння замість символів їх числові значення, отримаємо: 0,268 =
Відповідь: 1 моль кристалогідрату сульфату марганцю (II) містить 3 моль води. Формула солі -
Завдання № 3. При повному згорянні 3,1 г органічної речовини (М = 93
Рішення: У загальному вигляді з'єднання можна представити формулою
Складемо рівняння, враховуючи наступне:
1) маса вуглецю в згорілому речовині і в утворився оксиді вуглецю
(IV) рівні:
m (C x H y N z Ot)
або 3,1
1) маси водню в згорілій речовині і в утвореній воді рівні:
m (C x HyN z Ot)
або 3,1
2) маса азоту в
m (
звідки z = 1;
3) молярна маса з'єднання дорівнює сумі молярних мас кожного елемента, помножених на відповідні індекси у формулі:
М (
93 = 6
Відповідь: формула сполуки
Завдання № 4. Масова частка срібла в солі граничної одноосновної органічної кислоти становить 70,59%. Написати молекулярну формулу цієї кислоти, якщо відомо, що вона складається з вуглецю, водню і кисню.
Рішення: Запишемо хімічні формули кислот і її солі в умовному вигляді:
Висловлюючи молярну масу солі срібла через молярні маси складових її атомів, отримаємо:
М (Аg
х
Складемо рівняння, враховуючи, що твір молярної маси солі на масову частку в ній срібла дорівнює молярній масі срібла:
М (Аg
(107 +12 х + у +16 z)
За умовами задачі одноосновна гранична органічна кислота має загальну формулу
Шукані числа х і у одночасно задовольняють двом рівнянням:
12х + у +16
2х = у
Вирішуючи систему рівнянь, одержимо х = 1, у = 2. Отже, формула кислоти -
Відповідь: Формула кислоти - НСООН.
Завдання № 5. Після повного термічного розкладання 2,0 г суміші карбонатів кальцію та стронцію отримали
Рішення: Запишемо рівняння реакції:
xy
SrC
148 г104 р
2-х 1,23-у
CaC
Шукану величину-масу карбонату стронцію в суміші позначимо через х: m (SrC
Складемо рівняння, враховуючи, що маса вуглецю у вихідній суміші карбонатів металів дорівнює масі вуглецю в виділив оксид вуглецю (IV):
m (CaC
Підставляючи числові значення, отримаємо:
(2-х)
Відповідь: маса карбонату стронцію дорівнює
Завдання № 6. Розрахувати масові частки компонентів суміші, що з гідрату карбонату амонію, карбонату калію і гідрофосфату амонію, якщо відомо, що з
Рішення:
М (
М (
М (
Нехай у суміші х моль
114х + 138у + 132z = 38,4
З х моль гідрату карбонату амонію можна отримати 2х моль аміаку і
х моль вуглекислого газу:
х2х х
Аналогічно,
у у z 2z
n (
n (
Вирішуючи систему рівнянь
114х + 138у + 132z = 38,4
х + у = 0,2
2х +2 z = 0,4
знаходимо х = у = z = 0,1 моль
w (
w (
w ((NH 4) HPO 4 =
Відповідь: w (
w (
2) Завдання на газові закони. Визначення кількісних відносин у газах.
Розрахунки мас, кількостей речовин і об'ємів газів зазвичай проводять за допомогою алгебраїчних рівнянь, як правило, на основі закону Авогадро. Розглянемо деякі особливості складання таких рівнянь.
Іноді в задачах потрібно зробити обчислення з газами, при змішуванні яких не відбувається хімічної взаємодії, а утворюється суміш вихідних газів. У таких випадках при складанні алгебраїчних рівнянь враховують, що маса газової суміші дорівнює сумі мас газів суміші. У рівнянні масу кожного газу, а також суміші представляють як добуток кількості речовини газу на його молярну масу: m = n * M. В окремих завданнях при складанні рівнянь беруть до уваги, що кількість речовини в газовій суміші дорівнює сумі кількостей речовин газів, які були змішані.
Якщо в умові завдання задана відносна щільність D деякого газу, що має молярну масу М (х), по іншому газу, що має молярну масу М (а), то можна використовувати існуючу залежність між цими величинами: D = М (х) / М (а ) - висловлювати молярну масу газу М (х) у вигляді добутку
У багатьох завданнях розглядаються гази, які при змішуванні реагують між собою, утворюючи газоподібні продукти реакції. У таких випадках при складанні алгебраїчних рівнянь враховують, що обсяги беруть участь у реакції газів відносяться як коефіцієнти перед формулами сполук у рівнянні хімічної реакції. Причому обсяги газів повинні бути взяті при однаковій температурі і тиску. У алгебраїчних рівняннях відношення обсягів реагуючих газів іноді зручно замінювати ставленням кількостей речовин газів.
У процесі вирішення завдань, що стосуються газів, іноді корисно використовувати інформацію, яку можна представити у вигляді нерівностей. Останні іноді безпосередньо випливають з умови завдання. Проте у ряді випадків їх можна складати на основі відомих властивостей газів. Наприклад, для будь-якого газу відносна щільність за воднем більше одиниці: D H> 1; середня молярна маса газу, що складається з молекул різних сполук, знаходиться в межах значень молярних мас цих сполук:
Іноді в умовах задач обсяг газу дається не за нормальних, а при якихось інших умовах. У цьому випадку, як зазвичай кажуть, потрібно привести обсяг до нормальних умов. Для цього найпростіше скористатися об'єднаним газовим законом, який математично виражається так:
Де V 0 - об'єм газу за н.у., тобто при нормальній температурі T 0 = 273 K і при нормальному тиску P 0 = 101325 Па; V-об'єм газу при даній температурі T і даному тиску P.
Значення молярної маси газу, а також число молей газу можна знайти при використанні рівняння Клапейрона - Менделєєва:
PV =
Де P - тиск газу, V-об'єм системи, m - маса газу, Т-абсолютна температура, R-універсальна газова стала: R = 8,31 Дж / (
При розрахунках газових реакцій немає необхідності визначати число молей речовин, а достатньо користуватися їх обсягами. Із закону Авогадро і основного закону стехіометрії випливає наступне наслідок ставлення об'ємів газів, що вступають в реакцію, дорівнює відношенню коефіцієнтів в рівнянні реакції. Це твердження називається законом об'ємних щодо Гей-Люссака.
Завдання № 1. Який об'єм (н.у.) озонованого кисню з молярною часткою озону 24% потрібно для спалювання
Рішення: Реакціям горіння водню відповідають рівняння:
2
3
Шукана величина V (суміші) - обсяг озонованого кисню, необхідний для спалювання 11,2 л водню. Складемо рівняння, враховуючи, що кількість речовини водню дорівнює сумі подвійної кількості кисню і потроєного кількості речовини озону.
n (
Звідки V (суміші) = 5 л.
Відповідь:
Завдання № 2. До
Рішення:
При додаванні хлороводню відбувається реакція
з утворенням твердого
Кінцева газова суміш має середню молярну масу
Мср =
і складається з етану (М = 30 г / моль) і аміаку (М = 17 г / моль). Це означає, що аміак в реакції - в надлишку. Якщо б у надлишку був хлороводень, то в кінцевій суміші замість аміаку був хлороводень, і середня молярна маса була б більше 30 г / моль.
Нехай у вихідній суміші було х л аміаку і у л етану, тоді в кінцевій суміші містяться
(Х-10) л аміаку і у л етану. Значення обсягу вихідної суміші та молярної маси кінцевої суміші дають систему двох рівнянь для х і у:
х + у = 30
звідки випливає х = 14 л, у = 16 л.
φ (
Відповідь: 47%
Завдання № 3. Суміш парів пропіна і ізомерних монохлоралкенов при
Рішення: Загальна формула монохлоралкенов -
Згоряння компонентів суміші відбувається за рівняннями:
х 2х
у (n -1) y
Нехай у суміші було х моль
Загальна кількість веществa в газовій суміші: n = PV / RT = 96.5
Звідси маса 0.5 моль суміші становить m = 50.95
ЛІТЕРАТУРА
1. Абкіі Г. П. Методика розв'язування задач з хімії. - М.: Просвещение, 1971.
2. Аркавепко Л. М., Гапонцев В. Л., Велоусова О. А. Для чого класифікувати розрахункові завдання / / Хімія в школі, 1995, № 3. С. 60.
3. Архангельська О. В. Рішення завдань. Чим простіше, тим витонченіше / / Хімія в школі, 1998. С. 46.
4. Бєляєв М. М. Про системний підхід до вирішення завдань / / Хімія в школі, 1998, № 5. С. 46.
5. Буцька М. М. До вирішення завдань за хімічними рівняннями / / Хімія в школі, № 5. С. 49.
6. Ємельянова Є. О. Підготовка учнів до вирішення розрахункових задач / / Хімія в школі, № 3. С. 53.
7. Кригін Д. П., Грабово А. К. Завдання та приклади з хімії з міжпредметних змістом. - М.: Вища школа, 1989.
8. Єригін Д. П., Шишкін О. А. Методика розв'язування задач з хімії. - М.: Просвещение, 1989.
9. Медведєв Ю. М. та ін Вчимося вирішувати складні задачі / / Хімія в школі, 1977, № 4. С. 53.
10. Протасов П. М., Цитович І. К. Методика рішення розрахункових задач з хімії. - М.: Просвещение, 1978.
11. Савицький С. М., Твердовський Н. П. Збірник задач і вправ з неорганічної хімії. - М.: Вища школа, 1981.
12. Шамова М. О. До вирішення задач на визначення формул речовин / / Хімія в школі, 1997, № 4. С. 50;
13. Вчимося вирішувати розрахункові завдання з хімії: технологія та алгоритми виконання. - М.: Школа-Пресс, 1999.