Решение расчетных задач по химии
реклама
Районное управление образования администрации Куединского района
Решение
расчетных задач
по химии
Зартинов Актемыр Ментемирович
Учитель химии и биологии,
II квалификационной категории
МОУ «Кипчакская основная
общеобразовательная школа»
Кипчак
2006г.
Содержание
Введение ………………………………………………………………………. 3
1. Теоретические основы системы работы учителя по решению задач……. 5
1.1. Общие принципы решения задач……………………………………… 6
1.2. Способы решения задач........................................................................... 16
1.2а. Особенности способов решения задач по химии ............................... 20
1.3. Методы решения химических задач……………………………………23
2. Практические приемы применения теоретических основ по решению
задач…………………………………………………………………………..25
2.1 Алгоритмизация решения задач по определению количества
вещества………………………………………………………………….25
2.2 Алгоритмизация решения задач на растворы…………………………25
2.3 Алгоритмизация решения задач по уравнениям химических
реакций…………………………………………………………………...29
2.4 Решение олимпиадных задач…………………………………………...30
3. Заключение……………………………………………………………………..34
4. Список литературы……………………………………………………………35
5. Приложения……………………………………………………………………36
2
Введение
Умение решать задачи,
Есть искусство,
Приобретающееся практикой.
Д. Пойма
По учебному плану на предмет «Химия» в 8-9 классах отведено
всего два урока в неделю. Программа же по химии весьма обширна, тем
более с введением органической химии. Поэтому я вынужден был решить
проблему, как при небольшом количестве уроков дать хорошие знания
учащимся, в том числе научить решать расчетные задачи.
Решить эту проблему непросто – научить учащихся решать
осмысленно предлагаемые задачи в курсе химии, помочь преодолеть
трудности. Для достижения поставленной цели использую опыт учителей
химии, изложенный в методических журналах, опыт коллег района.
Большую помощь оказывала работа районного методического
объединения химиков под руководством учителя высшей категории
Лобановой Л. И., где прорешивали задачи и тесты, а также курсы
повышения квалификации по теме «Обновление содержания и методики
преподавания биологии и химии в современной школе». Многолетние
неудачи заставили меня больше практиковать на уроках химии решение
задач, подтверждение чему нахожу в публикации профессора В. В.
Гузеева. «Предмет нашей законной гордости - большой объем
фактических знаний - в изменившемся мире практически потерял свою
ценность, поскольку любая информация стала легкодоступной, а объем ее
быстро растет. Необходимыми становятся не сами знания, а знания о том,
как их применять. Но еще важнее знание о том, как информацию
добывать и интегрировать или создавать новую. И то, и другое, и третье –
результаты деятельности, а деятельность- это решение задач».Провожу
уроки по решению задач обучающего характера, на которых знакомлю
детей с правильным оформлением задач данного типа. Учу определять,
какие химические процессы происходят, что необходимо использовать
при решении выбранной задачи. Много времени уделяю на уроках
самостоятельной работе с целью закрепления изученного материала. Для
домашней работы задаю задачи по готовым рисункам, химическим
уравнениям, схемам, алгоритмам.
Для учета знаний и проверки умений, полученных в процессе
изучения данной темы по химии, использую тесты.
В результате я понял, что решение задач по химии - необходимый
элемент учебной программы и определил следующие цель и задачи.
3
Цель: Формирование навыков решения расчетных задач разных типов.
Задачи:
1. Выявить общие принципы решения расчетных задач.
2. Определить общие методические требования к решению химических
задач.
3. Систематизировать
теоретические знания для практического
применения при решении задач.
4. Проанализировать типичные ошибки учащихся при решении задач.
5. Воспитание самостоятельности, трудолюбия, целеустремленности
учащихся в процессе решения задач.
Планируемый результат:
-формирование у школьников целостных предметных знаний и опыта
деятельности;
-формирование адекватной самооценки;
-выведение на уровень самоорганизации и самовоспитания;
-развитие задатков и творческого потенциала личности и ее адаптация к
постоянно изменяющимся условиям современной жизни.
4
I. Теоретические основы системы работы учителя по решению задач
Решение задач по химии – необходимый элемент учебной работы,
который закрепляет и воспитывает у учащихся материалистические
представления о природе веществ. Упражнения и задачи при изучении
теоретического материала содействуют конкретизации физических и
химических явлений, дают прочные знания, развивают навыки
самостоятельной работы. Задачи служат также средством закрепления в
памяти учащихся химических законов, теории и важнейших понятий.
Задачи расширяют кругозор учащихся, позволяют установить связь
химии с физикой, биологией, экологией и математикой. С помощью задач
есть возможность развивать у ученика умение логически мыслить, разбирая
шаг за шагом происходящие явления по условию задачи.
Д.П.Ерыгин разделяет химические задачи на расчетные и качественные.
А расчетные задачи подразделяются на группы:
по формуле вещества;
по уравнению реакции;
на растворы
Каждая из этих групп включает различные виды задач, располагая
которые по мере усложнения, можно выделить более 15 видов:
1) расчет относительной молекулярной массы соединения;
2) вычисление отношений масс элементов в веществе;
3) определение массовой доли элемента в соединении;
4) расчет массы элемента по известной массе вещества, содержащего данный
элемент;
5) вычисление массы вещества по массе элемента в нем;
6) определение относительной плотности газа;
7) вычисление относительной молекулярной массы газа по его
относительной плотности;
8) вычисление количества вещества по его массе;
9) расчет массы по известному количеству вещества;
10) расчет простейшей формулы вещества по массовым долям элементов в
соединении;
11) определение молекулярной формулы вещества по массовым долям
элементов и относительной плотности газа;
12) определение формулы вещества по известной массе продуктов горения;
13) расчет числа частиц вещества по его массе, по количеству вещества или
по объему (для газов);
14) определение массы газообразного вещества по его объему;
15) вычисление объема газообразного вещества по его массе, по количеству
вещества. И другие задачи.
5
1.1. Общие принципы решения задач
Решение химической задачи состоит из многих операций, которые
должны определенным образом соединяться между собой и применяться в
установленной последовательности в соответствии со складывающейся
логикой решения. Именно эта последовательность и должна привести к
положительному результату.
Важный фактор обучения учащихся решению задач – необходимость
отработки некоторой последовательности действий, формирование
определенного алгоритма действий, который может быть следующим:
1. Внимательно прочесть текст задачи, стараясь понять ее суть.
2. Выполнить химическую часть задачи.
2.1. Записать условие задачи, используя общепринятые обозначения физикохимических величин.
2.2. Провести запись вспомогательных величин согласно условию задачи.
2.3. Выполнить исследование текста задачи.
2.4. Провести анализ задачи и наметить план ее решения (алгоритм
решения).
3. Выполнить математическую часть задачи.
3.1.Подобрать наиболее рациональный способ решения.
3.2. Провести необходимые расчеты.
3.3. Осуществить проверку полученного результата (правильность хода
выполненного решения).
3.4. Записать ответ задачи.
4. Составить задачу, обратную решенной нами.
Соблюдение указанной последовательности действий организует и
направляет деятельность учащегося при решении задачи, не связывая логику
рассуждений, свойственную индивидуальному мышлению, и в то же время
это алгоритм применим к любой расчетной задаче.
Указанную последовательность можно представить учащимся в виде
графического наглядного пособия.
Процесс решения расчетной химической задачи
Текст задачи
Исследование задачи
Схематическая запись
условия задачи и
вспомогательных величин
Анализ задачи
Выбор способа решения
Химическая
часть задачи
Решение, расчеты
Анализ решения
(проверка)
Составление учащимся
обратной задачи
Ответ
6
Математическая часть
задачи
Химическая часть задачи
1. Запись условия и вспомогательных величин
Выполнение химической части задачи начинается с записи ее условия.
Каков путь решения задачи? Какова конкретная динамика включения знаний
в процесс мышления? Какие связи будут устанавливаться? Все это зависит от
действия учащегося над условием задачи, оттого, что и как он будет в ней
вычленять и соотносить. «В условии большинства химических задач
заложена программа их решения, так как между неизвестной (искомой)
величиной и величинами, указанными в задаче, существует определенная
связь. Решение задачи сводится к поиску этой связи».
Процесс решения задачи идет последовательно и быстро, если она
понята и записано ее условие. Сокращенная запись условия задачи
необходима для того, чтобы:
не обращаться в процессе решения вновь и вновь к ее тексту;
видеть, что дано, что нужно найти, в каких величинах и единицах;
выяснить, достаточно ли данных в условии задачи для определения
неизвестного, а может быть, есть какие-то избыточные величины,
какие именно;
помочь фиксации внимания учащихся на смысле и цифрах.
Условие задачи нужно записывать с помощью общепринятых
обозначений, свертывая информацию задачи в компактную, довольно четкую
и легко обозреваемую схему, подобно тому, как это делают при решении
физических задач. Запись идет медленнее, чем чтение, поэтому увеличивает
время, необходимое для понимания задачи. Эта «потеря времени» окупается
пониманием и быстротой решения. «Понять задачу – значит так или иначе
предвосхитить ее решение, разобраться в том, что дано и что нужно найти.
Анализ задачи важен для всего хода решения, так как дает возможность
наметить гипотезу как идею решения задачи».
Отчеркивание условия задачи позволяет рельефно отделить его от
решения. Условие можно записывать в том порядке, в каком даны величины
в тексте задачи. Запись можно сделать и так: сначала записать известные
величины, а неизвестную указать внизу, отделив чертой. Когда условие будет
записано и станут ясны известные и искомые величины, нужно записать
вспомогательные данные, привлекая такие понятия, как относительные
атомная или молекулярная массы - Аr , M r ; плотность раствора - ; молярная
масса вещества – М; молярный объем газа - Vm ; число Авогадро - N A , и
другие справочные данные, без которых химическая задача не может быть
решена. Запись справочных величин целесообразно проводить под условием
задачи.
В качестве примера приведем такую задачу.
Задача I. Сколько граммов гашеной извести необходимо взять для реакции с
нашатырем, чтобы получить 1кг 17%-ного раствора аммиака?
7
А. Первая форма записи:
Б. Вторая форма записи:
m(Ca(OH ) 2 ) ?
m( р раNH 3 ) 1кг
( NH 3 ) 0,17
( NH 3 ) 0,17
m( р раNH 3 ) 1кг
m(Ca(OH ) 2 ) ?
M ( NH 3 ) 17г / моль
M ( NH 3 ) 17г / моль
M (Ca(OH ) 2 ) 74г / моль
M (Ca(OH ) 2 ) 74г / моль
2. Исследование и анализ задачи
Чтобы решить какую-либо задачу, нужно вспомнить определенный
материал, связанный с содержанием этой задачи. Восстановление в памяти
сведений, относящихся к задаче, есть мобилизация знаний.
Исследование текста химической задачи необходимо начинать с
выяснения следующих вопросов: говорится ли в задаче о химическом
процессе и о каком? Или речь идет только о конкретном веществе и по
названию нужно привести его формулу? Актуализируя те или иные знания,
проводят дальнейшее исследование. Если в условии называется химический
процесс, то необходимо записать уравнение реакции. Для этого нужно
вспомнить свойства веществ, о которых идет речь в задаче, записать их
формулы в левой и правой частях уравнения, расставить коэффициенты.
Например, в вышеуказанной задаче даны бытовые названия – гашеная
известь и нашатырь. Учащиеся должны вспомнить их химические названия –
гидроксид кальция и хлорид аммония, затем формулы этих соединений,
определить, к какому классу они относятся (основание и соль). Затем они
вспоминают, что соль может реагировать с основанием, при этом получаются
новая соль и новое основание. Зная, что гидроксид аммония – слабое
основание и при нагревании разлагается на аммиак и воду, они записывают
формулы полученных соединений:
Сa(OH ) 2 2 NH 4 Cl CaCl2 2 NH 3 2H 2 O
Составление химического уравнения – это перевод химического
процесса с обычного языка на язык химических символов, т.е. перевод с
одного языка на другой. Данное положение вносит ясность в природу
некоторых затруднений, с которыми часто встречаются учащиеся. К ним
относится и умение использовать количественную информацию,
заключенную в химической формуле или уравнении реакции.
Важный момент в решении задачи – ее анализ. «Если тренироваться в
решении многочисленных учебных задач без соответствующего анализа
процесса поиска решения, ошибки и неправильные навыки будут
закрепляться, результаты обучения окажутся плачевными. Значит,
обучающийся в первую очередь должен научиться анализировать ход
решения задачи». Как показывает практика, такие затруднения обусловлены
неумением учащихся анализировать предложенную задачу.
8
Как же научиться анализировать химическую задачу?
Прежде всего, при решении задачи очень важно размышлять, а не
выполнять действия шаблонно. Главное – формировать в ходе решения
мышление, развивать творческое воображение учащихся. В ходе анализа
условия и текста задачи важно научить их составлению плана решения
(алгоритма),
выполнению
его,
применяя
эвристический
метод,
последовательно, в соответствии с алгоритмом.
С чего начинать анализ? Нужно сформулировать отношение между
неизвестной величиной и данными, которое возможно провести двумя
путями. Первый путь – аналитический – предполагает поиск решения от
неизвестного к данным величинам, второй, обратный первому, путь –
синтетический ) от известных величин к неизвестной):
Данные
в задаче
величины
синтетический путь
Неизвестная
величина
аналитический путь
В первом случае учащиеся, глядя на известные величины, выясняют,
что они позволяют рассчитать. Полученные величины дают возможность
перейти к искомой величине. Вернемся к задаче I.
А. По массе раствора и массовой доле растворенного аммиака можно
определить массу растворенного аммиака.
Б. Зная массу растворенного аммиака, который получается в результате
реакции, можно найти массу гашеной извести, необходимой для этого, по
уравнению химической реакции.
Так намечается план решения задачи (его алгоритм).
Если же учащемуся трудно установить связь между известными
величинами и искомой, то анализ задачи целесообразно вести аналитическим
путем. Внимание обращают на неизвестную величину. Постараемся
вспомнить, что она обозначает. Как ее определить? Если есть алгебраическое
выражение этой величины, запишем его. Какое теоретическое положение или
закон нужно использовать для ее определения? Посмотреть, какие значения
величин этой формулы есть в условии. Если их там нет, то подумать, как их
можно найти, используя имеющиеся в условии величины.
Этот путь анализа условия задачи наиболее удобен для учащихся с
гуманитарным складом мышления, так как способствует развитию
логического мышления, начиная с отправного звена для рассуждений. В
нашем примере составляется план, обратный составленному по
синтетическому пути анализа.
А. для нахождения массы гашеной извести по уравнению реакции надо
знать массу полученного продукта. Это вещество – аммиак.
Б. Массу полученного аммиака вычисляют по массе раствора аммиака и
его массовой доле.
9
Аналитический путь анализа можно проиллюстрировать на следующем
примере.
Задача II. Из каждой тонны железной руды, содержащей в среднем 80%
магнитного железняка, выплавляют 570 кг чугуна, содержащего 95% железа.
Каков был выход железа от теоретического?
Учащиеся вспоминают, что выходом продукта называется отношение
массы фактически полученного продукта к максимальной его массе,
рассчитанной по формуле или уравнению реакции.
m( руды) 1т(1000кг )
( Fe3O4 ) 0,8(80%)
m(чугуна ) 570кг
( Fe) 0,95(95%)
( Fe) ?
M ( Fe3O4 ) 232г / моль
M ( Fe) 56г / моль
Вспоминают и записывают формулу определения (Fe) :
( Fe) m( Fe) пр / m( Fe) теор
Обеих величин в условии нет. Но m( Fe) пр можно рассчитать по массе
чугуна и массовой доле железа в нем:
m( Fe) пр 570кг * 0,95 541,5кг
Сразу теоретическую массу железа по условию не вычислить. Можно
найти массу магнитного железняка по массе руды и содержанию в ней
массовой доли железняка:
m( Fe3O4 ) 1000кг * 0,8 800кг
По вычисленной массе магнитного железняка и его формуле найдем
массу железа в нем.
m(Fe) будет > 168 (56*3) тоже в 3,45 раза, т.е.
800>232 в 3,45 раза
m(Fe) =168*3,45=579,6(кг)
Подставляя полученные значения практической и теоретической массы
железа в первоначальную формулу, получим выход железа:
(Fe) =541,5кг/579,6кг=0,934 или 93,4%
На основе этих рассуждений составляют план решения.
1. Рассчитать массу железа в чугуне (получено практически).
2. Вычислить массу магнитного железняка в руде.
3. Подсчитать массу железа в нем (содержалось теоретически).
4. Провести расчет выхода железа.
Следует ознакомить учащихся с обоими путями анализа, чтобы они
могли использовать наиболее подходящий путь в соответствии со складом их
мышления.
3. Графический способ анализа задачи и записи условия
Важную роль в анализе сложных (комбинированных) задач играет
наглядный материал. Согласно психологическим исследованиям графическая
10
форма записи информации эффективнее на первых этапах формирования
знаний, чем запись с помощью абстрактной химической символики и
обозначений физико-химических величин, так как графическая форма делает
более зримой структуру усваиваемых знаний. Поэтому интересен опыт
проведения и исследования задачи в графической форме. Приведем пример.
Задача III. При среднем урожае пшеницы за один сезон с 1 га поля выносится
до 75,0 кг азота. Определите массу аммиачной селитры, которая может
возместить такую потерю, если учесть, что около 20% азота, необходимого
для питания растений, возвращается в почву в результате естественного
процесса.
Чтение текста сопровождают графическим изображением. Данные о
том, что за сезон с 1 га поля выносится до 75 кг азота, представим в виде
прямой или прямоугольника и выделим (цветом, штриховкой):
75кг
Далее из текста выясняем, что 20%, т.е. 1/5 часть, азота возвращается
естественным путем. Выделяем на рисунке 1/5 часть:
75кг
20%
При внесении аммиачной селитры NH 4 NO3 вместе с азотом вносятся
водород и кислород. Для обозначения их массы продолжим прямоугольник.
Эта часть вместе с 4/5 части азота от 75кг и составляет необходимую массу
нитрата аммония:
20%
75кг
m( NH 4 NO3 )
В итоге получаем схематический чертеж, который позволяет наметить
план решения задачи.
1. Вычислим массу азота, возмещаемую естественным путем:
75кг*0,2=15кг
2. Определим массу азота, который надо внести с удобрением:
75кг-15кг=60кг
3. Используя формулу вещества, вычислим массу аммиачной селитры по
массе элемента.
Первые два пункта плана могут быть иными.
1. Вычислим процент азота (массовую долю) от 1, который надо внести с
удобрением:
1-0,2=0,8 (80%)
2. Вычислим массу азота, который надо внести с удобрением:
75кг*0,8=60кг
Рассмотрим еще один пример.
11
Задача IV. Какую массу 75-ного раствора соли нужно взять для растворения
20г этой соли, чтобы получить 12%-ный раствор?
Изображают два сосуда, в которых находятся равные массы растворов.
Масса соли в первом сосуде будет равна сумме масс соли (20*1) и
неизвестного раствора (х), умноженной на его массовую долю (0,07х):
20+0,07х
m1 ( р расоли) хг
w1 0,07
m2 (соли) 20г
w2 1
m3 ( х 20) г
w3 0,12
Эта же масса соли будет и в полученном растворе (второй сосуд). Она
равна сумме масс соли и неизвестного раствора (20+х), умноженной на
получившуюся массовую долю:
(20+х)*0,12
Массы соли в растворах в обоих сосудах равны
20+0,07х=(20+х)*0,12
0,07х+20=0,12х+2,4
17,6=0,05х
х=352г
Математическая часть задачи
1. Использование рационального способа решения
Почти каждая химическая задача может быть решена несколькими
способами. В практике обучения решению задач очень важно всячески
поощрять поиск учащимися вариантов решения одной и той же задачи
различными математическими способами. Это необходимо во избежание
трафаретного подхода, вырабатывающегося у учащихся. Владение
несколькими способами решения задачи облегчает решение задачи нового
типа.
Способ математического расчета выбирается в зависимости от типа
задачи, ее условия, индивидуальных и возрастных особенностей учащегося,
его математической подготовки. Наметив план решения задачи (алгоритм),
подбирают рациональный способ ее решения.
Учащиеся с математическим складом мышления чаще будут решать
задачи, сравнивая величины, используя понятия «моль» и «коэффициент
пропорциональности». Эти же способы разумно применять, если в условии
задачи даны значения величин, кратные их молярным массам.
При гуманитарном складе мышления учащиеся лучше усваивают
способы пропорции и приведения к единице. Эти способы рациональны и в
том случае, если в условии даны числа, очень неудобные для сравнения или
вычисления количества вещества, например 1,000г, 7,08г и т.д.
12
Если нужно вычислить
массы (объемы) нескольких веществ,
участвующих в реакции можно использовать готовую математическую
формулу.
Предлагаемые задачи на смеси целесообразно решать алгебраическим
способом.
При обучении решению конкурсных и олимпиадных задач желательно
использовать понятие «эквивалент», и законе эквивалентов, а также понятие
«моль». Учащиеся, разбирающиеся в графиках функций и любящие чертить
графики, могут использовать их построение в ходе решения разнообразных
химических задач. Использование графиков при решении химических задач
бывает необходимо при расчетах, связанных с растворимостью веществ, для
изображения кривых растворимости.
Способ соотношения величин применим при решении задач,
основанных на законе постоянства состава и при выведении формул
соединений, если известны только массовые доли элементов, входящих в их
состав. «Если решение получилось длинным и громоздким, всегда должно
быть подозрение, что есть другое решение, более ясное и найденное прямым
путем. Поэтому «важно не просто найти решение, а попытаться отыскать
такое решение, которое было бы короче, аккуратнее и элегантнее данного
учителем».
2. Выполнение необходимых расчетов
Важнейшее требование к решению задач – корректное использование
математических расчетов. Все значения, приводимые в задаче,
характеризуются некоторой погрешностью. Величина этой погрешности
зависит от точности измерительного устройства и от искусства
экспериментатора. Последняя цифра записи результата дается с
определенной точностью измерения, погрешность которого содержится в
последней цифре. Точность результата не должна превышать точности
данных в задаче. Так, если дана навеска вещества 3,45г, то при делении
допустим, на 2 целесообразно считать до 0,001, т.е. до 1,725г, так как уже во
втором знаке после запятой допущена ошибка в +0,01. Значит, третий знак
недостоверен, и результат вычисления должен быть 1,72г.
Если при решении используются числовые значения, измеренные с
различной степенью точности, то точность результата должна быть не
больше точности наименее точного числа. Например, требуется вычислить
объем (при н.у.) кислорода, взятого массой 24,5г, плотность которого
1,429г/л. В ходе расчета (особенно на калькуляторе) можно получить,
казалось бы, и более точное число – 17,14485. Однако масса измерена с
точностью до одного десятичного знака, ошибочность которого +0,1. Значит,
и результат надо округлить до этой же точности: 17,1л.
Все цифры записи результата измерения, включая последнюю,
сомнительную, называются значащими. Число 2,2405 имеет пять значащих
цифр, а число 2,2 – две, 0,25 – тоже две значащие цифры.
13
Округление чисел проводят последовательно отбрасыванием последней
значащей цифры (если она меньше пяти) или увеличением предпоследней на
единицу (если отбрасываемая больше пяти). Если отбрасываемая цифра пять,
то ближайшая слева от нее цифра увеличивается на единицу (если она
нечетная) и не изменяется (если она четная). Например, округляя число
22,5357 последовательно до двух значащих цифр, получаем 22,536; 22,54;
22,5; 22.
В ходе расчетов математические действия необходимо проводить не
только с числами, но и с размерностью их величин. Например:
50 л * 36,5г / моль
81,5г
22,4 л / моль
151,95кПа * 40 л * 273К
V (O2 )
54,6 л
101,3кПа * 300 К
m( HCl )
Так размерность величины четко вырисовывается в процессе
вычисления, и соблюдается правило физики.
Если результат точно известен (везде используются одинаковые
размерности величин), то размерность полученного результата ставят в
скобки, а расчет ведут только с цифрами. Например:
m(соли ) 50 *142 / 322 22( г )
При расчетах алгебраическим способом необходимо умение составлять
уравнения с одним, двумя или тремя неизвестными и решать их, т.е.
осуществлять перенос знаний математики в курс химии.
3. Анализ полученного результата
В ходе решения задачи важно критически оценить, самостоятельно
проанализировать ход поиска ее решения и полученный ответ. В процессе
решения не исключены ошибки. В одних случаях это следствие
неправильного понимания или неудачного использования химического
понятия или элементов задачи и порядка решения. Учтены ли все
существенные понятия, содержащиеся в задаче? В других – нарушение
логики взаимосвязи известных и неизвестных величин, логики мышления
при решении.
С чего начинать анализ хода решения? Возможны два пути. Первый
путь предполагает совмещение процесса анализа с ходом поиска решения.
Второй – допускает разделение их во времени: сначала решить задачу, а
затем заняться анализом процесса решения. Для этого нужно делать записи
хода решения непосредственно в процессе решения, а не после,
восстанавливая в памяти этапы решения.
При первом пути, выполняя решение, контролируем каждый свой шаг.
Ясно ли вам, что предпринятый шаг правилен? Сумеем ли доказать, что он
верен? Рациональный ли способ решения мы применили? Может, есть
проще?
При втором – можно ли проверить полученный результат, ход решения?
Как получить тот же ответ иным способом?
14
Чем тщательнее будет сделан анализ хода решения задачи, тем
эффективнее окажется процесс овладения этой методикой.
Запись решения задачи должна быть четкой, образной и полной!
4. Ответ и составление обратной задачи
Наконец, когда задача решена, записывают ее ответ. Учителю важно
выработать у учащихся умение аккуратной записи всего решения задачи,
включая и ответ, в сжатой, но полной форме.
Решив задачу, целесообразно для лучшего усвоения ее структуры
составить обратную
Таким образом, знание путей решения расчетной задачи и соблюдение
определенных последовательных действий в процессе ее решения приведут к
получению правильного осмысленного результата.
15
1.2. Способы решения задач
Целесообразно показать учащимся два-три различных способа
решения, которые подходили бы к решению разнообразных задач
программы. В этом случае нужно будет овладеть не 12, а 3-4 способами
решения, что значительно уменьшит нагрузку на учащихся.
1 способ (соотношение масс веществ)
Опираясь на закон постоянства состава, учащиеся осмысливают
определенную логику рассуждений в ходе решения задач, как по химическим
формулам, так и по уравнениям химических реакций. Установив отношение
количества вещества меди и сульфида меди, и по уравнению реакций поташа
и диоксида углерода, вычисляем соответствующие этим количествам
вещества массы данных веществ
Задача I
Дано:
Решение:
m
(Cu
)795
т
2S
m(Cu) ?
В 1 моль Сu 2 S содержится 2 моль Сu
(
Cu
)
63
,5
г
/моль
M
(
Cu
S
)
159
г
/моль M
2
m M
m
(
Cu
S
)
159
г
/
моль
*
1
моль
159
г
2
m
(
Cu
)
63
,
5
г
/
моль
*
2
моль
127
г
m
(
Cu
)
:
m
(
Cu
S
)
127
:
159
1
,
25
2
Меди в сульфиде меди (1) будет содержаться в 1,25 раз меньше, т.е.
m
(
Cu
)
795
т
:
1
,
25
636
т
Задача II
Дано:
m
(CO
г
2)22
m
(K2CO
?
3)
Решение:
K
CO
2
HCl
2
KCl
H
O
CO
2
3
2
2
Из уравнения (II-1) берем данные и записываем отношение
масс
m
(
CO
)
:
m
(
K
CO
)
44
:
138
1
:
3
,
136
2
2
3
Карбоната калия потребуется в 3,136 раза больше, чем
(
K
CO
)
22
г
*
3
,
136
69
г
2
3
масса углекислого газа, т.е. m
2 способ (сравнение масс веществ)
Провожу сравнение массы вещества, данной в условии задачи, с массой
этого же вещества, но вычисленной по формуле вещества или по уравнению.
Из решения задачи I-1 сравниваем массу Cu 2 S с массой Cu 2 S найденного
по формуле m M
16
795 т>159г в 5*106 раз, значит и масса меди, содержащегося в Cu 2 S , будет во
столько же раз больше m(Cu) = 127г*5*106=635*106 или 635т
Задача II
Дано:
m
(CO
г
2)22
m
(K2CO
?
3)
Решение:
K
CO
2
HCl
2
KCl
H
O
CO
2
3
2
2
Из уравнения (II-1) берем данные массы СО2 и сравниваем
22 г>44г в 2 раза
Масса поташа, необходимая для получения 22г углекислого
(
K
CO
)
138
г
:
2
69
г
газа, будет меньше тоже в 2 раза, т.е. m
2
3
3 способ (использование величины «количества вещества»
и ее единицы «моль»)
В целях закрепления понятий «количество вещества», «моль»,
«молярная масса», записанные под химическим уравнением (II-1) позволяет
наиболее эффективно усвоить изученные понятия и использовать их при
расчетах, так как формирование и развитие знаний в этом случае происходит
в процессе активной деятельности.
Преимущество этого способа решения заключается и в том, что
простота числовых соотношений позволяет сосредоточить внимание
учеников на химическом смысле расчетов. Учащиеся глубже и отчетливее
осознают качественную и количественную сторону химической формулы и
химического уравнения, лучше понимают сущность химических процессов.
Задача I
Дано:
m
(Cu
)795
т
2S
Решение:
В 1 моль Сu 2 S содержится 2 моль атомов меди.
3
M
(
Cu
S
)
159
*
10
кг
/
моль
2
Применив
формулу
M
m
,
определяем
3
M
(
Cu
)
63
,
5
*
10
кг
/
моль
количество вещества Cu 2 S в 795т руды.
m(Cu) ?
3
m
(
Cu
S
) 795
*
10
кг
6
2
(
Сu
S
)
5
*
10
мо
2
3
M
(
Cu
S
)
*
10
кг
/
моль
2 159
Сu 2 S содержит 10*106 моль Сu исходя из формулы
m
6
3
3
M
m
(
Cu
)
10
*
10
моль
*
63
,
5
*
10
кг
/
моль
635
*
10
кг
635
т
5*106 моль
Задача II
Дано:
m
(CO
г
2)22
m
(K2CO
?
3)
Решение:
K
CO
2
HCl
2
KCl
H
O
CO
2
3
2
2
Исходя из данных уравнений (II-1), массу CO2 переводим в
17
количество вещества
m 22
г
0
,
5
моль
M
44
г
/
моль
По уравнению реакции 1 моль K 2 CO3 образует 1 моль CO2 ,
значит для получения 0,5 моль CO2 потребуется 0,5 моль K 2 CO3 , тогда
m
(
K
CO
)
M
138
г
/
моль
*
0
,
5
моль
69
г
2
3
4 способ (составление пропорции)
В ходе решения задач данным способом выполняются следующие
последовательные действия:
1. установление пропорциональной зависимости между величинами;
2. составление пропорции;
3. решение полученной пропорции.
Задача I
Дано:
Решение:
m
M
m
M
m
(Cu
)795
т
2S
m(Cu) ?
3
3
m
(
Cu
S
)
1
моль
*
159
*
10
кг
/
моль
159
*
10
кг
2
3
M
(
Cu
S
)
159
*
10
кг
/
моль
2
3
M
(
Cu
)
63
,
5
*
10
кг
/
моль
3
3
m
(
Cu
)
1
моль
*
63
,
5
*
10
кг
/
моль
63
,
5
*
10
кг
Согласно формуле вещества устанавливаем пропорциональную зависимость.
В
159*10-3 кг Сu 2 S содержится 127*10-3 кг Сu, тогда в 795*103 кг Сu 2 S
содержит m кг Сu
3
3
159
*
10
кг
127
*
10
а) Составляем пропорцию
3
(
Cu
)
795
*
10
кг m
3
3
3
*
10
*
m
(
Cu
)
795
*
10
*
127
*
10
б) 159
3
3
3
795
*
10
*
127
*
10
3
m
(
Cu
)
635
*
10
кг
635
т
3
159
*
10
Задача II
Дано:
m
(CO
г
2)22
m
(K2CO
?
3)
Решение:
K
CO
2
HCl
2
KCl
H
O
CO
2
3
2
2
138 г/моль
1 моль
m
138 г
Устанавливаем пропорциональную зависимость
а)
M
m
(K
CO
2
3) 22
138 44
18
44 г/моль
1 моль
44 г
*
m
(
K
CO
)
138
*
22
б) 44
2
3
138
г
*
22
г
(
K
CO
)
69
г
в) m
2
3
44
г
Также затруднения вызывают задачи со смесями.
Задача 11-84(1)
Дано:
Решение:
m
(
KCl
:K
SO
)
1
,
84
г Из условия задачи K 2 SO4 не будет взаимодействовать
1
2
4
m
(K
SO
)
1
,92
г
), а будет взаимодействовать с KCl , тогда
с H2SO
2
2
4
4(конц
m(KCl
) х. Записываем
уравнение
химической
m(KCl
) ?
реакции.
2
KCl
H
SO
K
SO
2
HCl
2
4
(
конц
)
2
4
m
(K2SO
4)?
74,5 г/моль
174 г/моль
2 моль
1 моль
m
149 г
174 г
K
SO
Нас интересует получившаяся соль 2 4 , т.к. такая же соль имеется в смеси,
а в конце реакции общая масса K 2 SO4 равна 1,92г, то после реакции
K 2 SO4
получится соль
массой 1,92-(1,84-х), используя способ
пропорциональности, составляем пропорцию.
M
х 1
,92
(
1
,84
х
)
а) 149
174
х 1
,92
1
,84
х
149 174
х 0,08
х
149 174
б) Решаем алгебраическое выражение
174х=149(0,08+х)
174х=11,92+149х
174х-149х=11,92
25х=11,92
11
,
92
х
0
,
4768
г
(
KCl
)
25
m
(
K
SO
)
1
,
84
0
,
4768
1
,
3632
г
2
4
Ответ: В смеси было 0,4768г хлорида калия и 1,3632г сульфата калия
19
1.2.а. Особенности способов решения задач по химии
Следует постоянно обращать внимание учащихся на то, что почти
каждая химическая задача может быть решена несколькими способами.
Задача (X)
Смешаны 100 грамм 20%-ного раствора и 50 грамм 32%-ного раствора
некоторого вещества. Какова массовая доля растворенного вещества в
полученном растворе?
Представить смесь раствора аналитически
пространственно и графически.
Дано:
Решение
m1(р-ра)=100г
1. Аналитическое представление
m2(р-ра)=50г
m3 смеси=m1(р-ра) =+ m1(р-ра) + m2(р-ра)
w1=0,2=20%
=100.+50г=150г.
W2= 0,32=32%
mч в
w3*m1(р-ра)=w2*m2(р-ра)=
w3=
== ==
m3 р-ра
== m 3
W3=?
0,2*100г+0,32*50г
=
=
= 0,24
130г
Графическое представление
30
24
30
20
20
Ответ: В полученном растворе
массовая доля равна 0,24
10
10
m
(г
Особых способов решения
)( задач по химии много, но большие трудности
вызывают задачи на приготовление
растворов из двух разных растворов,
г)
поэтому использую несколько способов их решения.
Задача 4-61(1)
Дано:
0
50
100
150
1 0 , 08
2 0 , 75
3 0 , 42
m 3 400 г
m1рра ?
m2рра ?
20
Решение:
1 способ по формуле правила смешения
m
1
2 3
m
2
1
Подставляем в формулу соответствующие величины
m
0
,75
0
,42
1
400
m
,42
0
,08
1 0
m
0
,33
1
400
m
0
,34
1
0
,
34
m
0
,
33
(
400
m
)
1
1
0
,34
m
132
0
,33
m
1
1
0
,34
m
0
,
33
m
132
1
1
0,67
m
132
1
m1 197г
m
400
г
197
г
203
г
2
2 способ – алгебраический
m
m
m
1
1
2
2
3
3
пусть m1 m3 m2
(
m
m
)
m
m
3
2
1
2
2
3
из уравнения определяем m2
(
400
m
)
0
,
08
m
0
,
75
400
*
0
,
42
2
2
32
0
,
08
m
0
,
75
m
168
2
2
0,67
m136
136
m
202
,
985
203
г
2
0
,
67
m
m
m
400
г
203
г
197
г
1
3
2
3 способ по диагональной схеме «правило смешения» («конверт Пирсона»)
или «правило Креста»
3 m
1
(3 2 )
1
m1
m
1
3
2
2
3
2
(1 )
3
400
m
0
,42
0
,75
2
0
,08
0
,42 m
2
m2
0
,
33
m
136
0
,
34
m
2
2
0
,
33
m
0
,
34
m
136
2
2
0,67
m
136
2
136
m
202
,
985
203
г
2
0
,
67
m
m
m
400
г
203
г
197
г
1
3
2
Этот способ эффективнее использовать при определении 3
4 способ проведение последовательных расчетов
21
а) Вычисляем массу растворенного вещества в 1 растворе
m
m
*
0
,
08
m
1
(
ч
.
в
ва
)
1
(
р
ра
)
1
1
б) Рассчитываем массу растворенного вещества во 2 растворе
m
m
*
0
,
75
m
2
(
ч
.
в
ва
)
2
(
р
ра
)
2
2
в) Определяем массу растворенного вещества в смеси
m
0
,
08
m
0
,
75
m
3
(
ч
.
в
ва
)
1
2
г) Выводим формулу массы раствора смеси
m
3(ч.вва
)
m
3
3
mr
mp
m
m
3
3
3
(ч.в
ва
)
400
г
*
0
,
42
0
,
08
(
400
m
)
0
,
75
m
2
2
168
32
0
,
08
m
0
,
75
m
2
2
168
32
0
,67
m
2
136
m
202
,
985
203
г
2
0
,
67
m
m
m
400
г
203
г
197
г
1
3
2
Этот способ более длинный, но он решается учениками более осмысленно.
Во всех четырех способах ответ получается одинаковым, существуют и
другие способы:
5 способ – использование коэффициента пропорциональности;
6 способ – приведение к единице;
7 способ – вывод алгебраической формулы и расчет по ней;
8 способ – использование закона эквивалентов.
Способы решения задач по химии с 5 по 8 вызывают у учеников затруднения,
стараюсь использовать при решении задач описанные выше 4 способа.
22
1.3. Методические принципы обучения решению задач
Процесс обучения решению задач проходит в нормальной обстановке и
достигает удовлетворительных результатов при соблюдении ряда
методических принципов:
1. первоначально учитель решает задачу сам и продумывает методику
разбора задачи;
2. учащиеся должны постоянно видеть текст задачи;
3. учащиеся должны проявлять самостоятельность, решая задачи;
4. учащимся следует проводить самоанализ, контролируя решения задачи;
5. учитель должен систематически включать решение задач в процесс
обучения химии.
Каждая задача, намеченная учителем для решения на уроке или дома,
должна быть предварительно решена им самим, при этом должна быть четко
рассмотрена химическая сторона задачи и должны быть выбраны 2-3
рациональных способа решения. Это избавит учителя от возможных
непредвиденных случайностей, позволит более доходчиво объяснить
учащимся решение, сориентировать их в нужном направлении.
В целях научной организации труда учителя необходимо постепенно
создавать картотеку задач, т.е. решать каждую задачу на отдельной карточке,
которые шифруются для удобства пользования. Созданная картотека избавит
учителя от лишней траты времени на повторное решение задачи.
Существенное внимание следует уделить тому, чтобы текст задачи был
перед глазами учащихся на протяжении почти всего хода решения. На
практике это можно осуществить, имея достаточное число задачников в
кабинете химии.
При решении задач следует оптимально сочетать регламентированные
и самостоятельные усилия учащихся. Развивающий эффект задачи теряется,
учащиеся утрачивают интерес к задаче, перестают работать, если решение
систематически осуществляется учителем или учеником под диктовку
учителя, а остальные учащиеся механически переписывают решение с доски
в тетрадь. Чтобы избежать указанных педагогических казусов, необходимо
постепенно увеличивать участие ученика в процессе решения задачи.
Для развития творческой активности учащихся, осознанного подхода
к процессу решения задачи необходимо формировать умение постоянно
учиться в процессе работы с задачами.
Итак, решение задачи – это не самое главное, главным является
повторение определенных химических понятий, связанных с задачей, или
рассмотрение нового фактического материала, овладение новыми приемами
мышления, т.е. каждая задача должна давать новые знания и умения.
Научить учащихся самоконтролю в ходе решения задачи – значит
обучить их умению анализировать ход решения, постоянно контролировать
свои действия.
Наконец, успех выработки умений решать задачи зависит как от
постоянного решения в течение всего учебного года, так и от
23
последовательности решения одной задачи за другой, т.е. системы задач, с
помощью которой можно было бы руководить умственным развитием
учащихся, при изучении нового материала, актуализируя ранее
приобретенные знания.
Разнообразить методы преподавания химии можно, разумно применяя
задачи на различных этапах урока: при изучении нового материала; в
процессе закрепления материала, изученного на уроке; при самостоятельной
работе на уроке и дома; при текущей проверке знаний учащихся; при
повторении изученной темы и проведении проверочной или контрольной
работы; при обобщении знаний учащихся по теме.
24
2. Практические приемы применения теоретических основ по
решению задач.
С целью оптимизации обучения химии целесообразно использование
алгоритмического языка. Применение алгоритмического языка позволит
выделить существенное в изучаемом материале, сформировать у учащихся
интегральные знания и умения, интерес к изучению междисциплинарных
объектов.
2.1. Алгоритмизация решения задач по определению
количества вещества
После каждой темы в учебнике есть задачи, которые прорешиваем в
обязательном порядке. Кроме того, пользуюсь сборниками задач по химии.
Составим алгоритм вычисления количества вещества по известной массе
вещества.
Задача: В результате реакции необходимо получить 10 г оксида магния.
Какое количество оксида магния это составляет?
1.Записываем условие и требование задачи с помощью общепринятых
обозначений. Дано: m(MgO) =10 г
______________
γ(MgO) = ?
2. Записываем формулу связи между количеством вещества γ и
молярной его массой (М):
γ(MgO) =
m( MgO )
M ( MgO )
3. Вычислим молярную массу вещества, исходя из соотношения [М] = M r
[М] = M r (MgO)
M r (MgO)= 24 + 16 =40
M (MgO) = 40 г/моль
4. Подставим числовые значения в формулу, записанную в шаге 2.
Γ (MgO) =
10 г
m( MgO )
=
=0.25 моль
M ( MgO ) 40 г / моль
5. Записываем ответ: 10 г оксида магния составляют 0,25 моль.
2.2 Алгоритмизация решения задач на растворы.
Рассмотрим решение расчетной задачи по теме «Растворы».
Предлагаю фрагмент урока по данной теме.
На столах у каждого ученика стакан-мензурка с водой и сосуд с любой
растворимой солью.
Вопрос: Сколько воды в стакане, посмотрите на деление?
Ответ: 100 мл.
Вопрос: Какова плотность воды?
Ответ: 1000кг/м3 .
25
Вопрос: Сколько это в переводе на г/ см ?
Вычисляют 1000*1000 г : 1000000см3=1г/см3.
Учитель: Из курса физики знаем, что 1 мл равен 1см3. . Значит по формуле
плотности m V , дети определяют массу воды в стакане.
Учитель: В сосуде у вас соль, насыпьте в стакан. Сколько насыпали соли в
стакан?
Ученики: Не знаем. Не взвешивали.
Учитель: Значит, вы высыпали неопределенную массу соли, так?
Ученики: Да.
Учитель: Что получили?
Ученики: Раствор.
Учитель: Значит масса раствора из чего складывается?
Ученики: Из массы воды и массы соли.
Учитель: Сделайте рисунок. Запишите формулу массы раствора.
Ученики делают рисунок.
3
+
=
соль
m2 H 2 O
раствор
m H2O+m соли=m раствора
Учитель: Из курса математики знаем, что раствор в целом составляет 100%.
А сколько процентов составляет масса соли в растворе?
Ученики: х процентов.
Учитель: Как нашли?
Ученики: Масса раствора составляет 100%, масса соли составляет х%,
отсюда х
mсоли *100%
m р ра
Учитель: А что такое процент?
Ученики: Сотую часть (долю) числа называют процентом.
Учитель: А если мы назовем массу соли в долях, то получаем массовую долю
соли в растворе. Которая обозначается (омега )
mсоли
.
m р ра
Проведенные рассуждения помогают на следующих уроках решать
задачи:
вычисление массовой доли растворенного вещества;
нахождение массы растворенного вещества по известной массовой
доле растворенного вещества и массе раствора;
нахождение массы воды, необходимой для приготовления раствора,
если известны массовая доля растворенного вещества и масса раствора;
нахождение массы раствора.
Затруднения вызывают решения задач при смешивании двух растворов:
26
А) По заданной концентрации и массе смешиваемых растворов. Например:
Слили два раствора серной кислоты: 240г 30%-ного и 180г 5%-ного. Какой
стала массовая доля кислоты в образовавшемся растворе?
Записываем условие задачи.
Дано:
Решение:
Делаем рисунок – схему растворов
m1 240г
1 0,3
m2 180г
2 0,05
3 ?
m1 H 2 O
+
m2 H 2 O
m1кислоты
m2 кислоты
m р-ра
m р-ра
1
m1 H 2 O + m2 H 2 O
=
m1кислоты + m2 кислоты
m m m
3
2
1
2
(раствора)
Составляем формулу расчета массы растворенного вещества. Подставляем в
формулу цифровые данные из условия задачи и проводим расчеты.
1.
2.
3.
4.
m1к ты 1m1 0,3 * 240г 72г
m2 к ты 2 m1 0,05 *180г 9г
m3к ты m1к ты m2 к ты 72г 9г 81г
m3 р ра m1 m2 240г 180г 420г
5. 3
m3к ты
81г
0,193
m3 р ра 420г
Ответ: массовая доля кислоты в третьем растворе 0,193.
Б)Приготовить раствор по заданной концентрации и массе из двух растворов.
Определить концентрацию приготовленного раствора Решаем их методом
«конверта Пирсона» или
по
«правилу Креста», используя правило
смешения.
Например:
Дано:
m1 р ра 210г
1 0,1
2 0,2
m2 р ра 100г
3 ?
Решение:
27
(3 2 )
1
3
(1 )
2
3
Составляем пропорцию
3 m
1
3 m
1
2
2
m2 ( 3 2 ) m1 (1 3)
m23 m2 2 m11 m13
1003 100 * 0,2 210 * 0,1 2103
1003 2103 21 20
3103 41
41
3
0,132
310
Ответ: При смешивании двух растворов массой 210г 10%-ного и 100г 20%ного получается 13,2%-ный раствор.
В) По заданным концентрациям смешиваемых растворов приготовить
раствор заданной массы и концентрации.
Задача: Какие массы растворов с массовыми долями бромида натрия 10% и
20% надо смешать для приготовления 300г 16%-ного раствора?
Дано:
Решение:
Напоминаю, что масса смешанного раствора состоит из суммы
1 0,1
двух растворов
2 0,2
3 0,16
m3 р ра m1 m2
m3 р ра 300 г
m3соли m1соли m2соли , а масса соли mсоли * m р ра отсюда
m1 р ра ?
m3соли 1 m1 р ра 2 m2 р ра
m 2 р ра ?
Обозначим массу 10%-ного раствора за Х и массу 20%-ного раствора за У.
Тогда масса бромида натрия в этих растворах составляет 0,1х и 0,2у. масса
полученного раствора при сливании составит (х+у), а масса соли бромида
натрия в этом растворе (0,1х+0,2у). Из условия задачи следует, что масса
соли в смешанном растворе равна m3соли 3 m3 р ра 0,16 * 300г 48г . Составляем
систему уравнений
х+у=300
0,1х+0,2у=48
х+у=300
0,1(300-у)+0,2у=48
30-0,1у+0,2у=48
0,1у=48-30=18
у=18/0,1=180г
х+180=300
28
х=300-180=120г
Ответ: Для приготовления 300г 16%-ного раствора из 10%-ного и 20%-ного
растворов, потребуется 120г 10%-ного раствора и 180г 20%-ного раствора.
2.3 Алгоритмизация решения задач по уравнениям химических
реакций.
Трудно дается ученикам решение задач по уравнениям химических
реакций, поэтому, после изучения темы «Химические реакции», изучив закон
сохранения массы веществ, начинаю отрабатывать расстановку
коэффициентов в уравнении и определять массу веществ, участвующих в
реакции. Стараюсь подобрать вещества простые и бинарные, с которыми
ознакомились на предыдущих уроках
2 Na Cl2 2 NaCl
Далее выполняем следующую запись для расшифровки смысла написанного
уравнения.
2 Na Cl2 2 NaCl
23
71
58,5
23г/моль 71 г/моль 58,5 г/моль
2 моль
1 моль
2 моль
46г
71г
117г
Mr
M
γ
m
Объясняю, что относительная молекулярная масса Mr численно равна
молярной массе M; M={Mr}. Коэффициент, стоящий впереди вещества
соответствует количеству вещества – γ. Исходя из формулы молярной массы
M
m Na
m
определяем массу каждого вещества по отдельности.
M Na * Na
mNa 23г / моль * 2 моль 46г
Также определяем массу хлора и хлорида натрия. Сложив полученную массу
в левой части уравнени убеждаемся, что она равна правой части уравнения
46г+71г=117г
46:71:117
1:1,54:2,54
Также убеждаемся в прямой пропорциональности масс.
На этом же уроке даю задачу по определению массы вещества, если известно
одно из веществ, вступивших в реакцию. Например: Сколько граммов серы
понадобится для проведения химической реакции с железом массой 112г.
Дано:
Решение:
112г
mFe 112г
mS ?
хг
Fe S FeS
Mr
M
γ
m
56
32
56г/моль 32г/моль
1 моль
1 моль
56г
32г
29
Что дано и что найти записываем над этими веществами. Исходя из этой
записи, составляем пропорцию 112 :х=56:32. Напоминаю, что произведение
крайних членов равно произведению средних членов.
112г:32г=56х, отсюда x
112 * 32
64 г
56
Ответ: Для взаимодействия 112г железа понадобится 64г серы.
Для закрепления прорешиваем задачи на карточках самостоятельно.
После решения проверяем на доске вместе.
2.4 Решение олимпиадных задач.
При решении трудных задач на занятиях кружка выяснилось, что
ученики не могут использовать законы химии для составления
математических уравнений, отражающих зависимость величин, данных в
условии задач. Поэтому показываю логику перехода от анализа процессов и
данных
задачи
к математическим
уравнениям. Проблематичной
становится идея построения некой «единой теории решения химических
задач», т.к. мне кажется невозможным исследование аналитического
аппарата мозга, поэтому попытался рассмотреть самые распространенные
алгоритмы решения.
Задача 1. Никелевую пластинку массой 25,9 г опустили в 555 г раствора
сульфата железа
(III) с массовой долей 0,100. После некоторого
выдерживания пластинки в растворе ее вынули, высушили, при этом
оказалось, что массовая доля сульфата железа (III) стала равной массовой
доле образовавшейся соли никеля (II). Определить массу пластинки после
того, как ее вынули из раствора.
Дано:
Решение
m0 Nппластины 25,9г
Fe2 ( SO4 ) 3 Ni 2 FeSO4 NiSO4
m1 р ра Fe2 ( SO4 ) 3 555г
1 Fe2 ( SO4 ) 3 0,1
2 Fe2 ( SO4 ) 3 3 NiSO4
m1 Ni ?
M
γ
400г/моль
59г/моль
155г/моль
1 моль
1 моль
1 моль
m
400г
59г
155г
Искомую массу пластинки обозначим переменной – х г. В ходе реакции
масса пластинки уменьшается за счет растворения никеля, его растворилось
(25,9-х)г, весь никель перешел в сульфат никеля (II). Находим его массу
m( NiSO4 )
(25,9 х) * М NiSo4
M Ni
По условию массовые доли сульфатов никеля и железа (II) в полученном
растворе равны, следовательно, равны их массы.
m1Fe2 ( SO4 )3 555 * 0,1
(25,9 х) * М Fe2 ( So4 )3
M Ni
30
По условию mFe2 (SO4 ) 3 mNiSO4 , значит
555 * 0,1
(25,9 x) * M Fe2 ( SO4 )3
(25,9 x) * M NiSO4
M Ni
M Ni
(25,9 x) * 400 г / моль (25,9 x) * 155 х
555 * 0,1
59 г / моль
59 г / моль
10360 400 х 4014,5 155 х
55,5
59
59
избавляемся от знаменателя
3274,5-10360+400х=4014,5-155х
400х+155х=4014,5+7085,5
555х=11100
х=20г
20г масса оставшейся никелевой пластины.
Обобщим ход решения задачи – сначала ввели переменную величину, затем
построили цепь рассуждений
m(пл) m( Ni) m( NiSO4 )
m( Fe2 ( SO4 ) 3
Значение каждой следующей величины выразили через значение
предыдущей.
Использовали
количественные
отношения
веществ,
выраженные в уравнении химической реакции. Полученную цепь замкнули
на основании начальной посылки.
Стоит заметить, что расчеты упростятся, если массу вступившего в
реакцию никеля (25,9-х)г обозначить другой переменной, например у. В этом
состоит один из путей оптимизации решения
555 * 0,1
у * M Fe2 ( SO4 )3
M Ni
у * M NiSO4
M Ni
Это уравнение решить проще.
Эту же задачу учу решать другим способом. Согласно условию
массовая доля сульфатов железа (III) и никеля равны:
m Fe2 ( SO4 )3
m р раi
m NiSO4
m р ра
Так как соли находятся в одном и том же растворе, то
mFe2 ( SO4 ) 3 mNiSO4 или Fe2 ( SO4 ) 3 * MFe2 ( SO4 ) 3 NiSO4 * MNiSO4 (1)
Допустим, что в реакцию вступило х моль Ni, значит количество
прореагировавшего сульфата железа (III) тоже равно х моль.
Зная массу исходного раствора и массовую долю соли железа в нем, найдем
исходное количество сульфата железа (III)
Fe ( SO )
2
4 3
m р ра *
M Fe2 ( SO4 )3
555 * 0,1
0,139 моль
400
Количество
сульфата
железа
(III)
в
полученном растворе
составит (0,139-х)моль. Количество сульфата никеля в растворе х моль.
Масса вынутой из раствора пластинки:
m(пл) m0 М ( Ni ) * x (2)
31
Подставляем переменные в уравнение (1)
М Fe ( SO ) * (0,139 х) М NiSO * x (3)
Мы получили линейное уравнение с одним неизвестным.
2
4 3
4
400(0,139-х)=155х
55,6-400х=155х
-555х=-55,6
х=0,1моль
Подставляя значение х в уравнение (2) получаем массу остатка пластины.
m(пл)=25,9-59*0,1=25,9-5,9=20г
В составленном уравнении (3) значения двух величин были выражены через
одну и ту же переменную.
Ответ: 20г масса остатка пластины.
Составление алгебраических уравнений при решении задач на
нахождение молекулярных формул органических веществ вызывает у
учеников затруднения. Предлагаю иной способ решения этого типа задач.
Задача 2. Определите молекулярную формулу углеводорода по следующим
данным: при сжигании газообразного углеводорода массой 0,29г
образовались диоксид углерода объемом 0,448л и пары воды массой 0,45г;
относительная плотность по водороду данного углеводорода равна 29.
Дано:
Решение
mC x H y 0,29 г
DH 2
МН 2
МC x H y МН 2 * DН 2 2г / моль * 29 58г / моль
VCO2 0,448л
mH 2 O 0,45г
МС х Н у
Т.к.
mC x H y
0,29г
V
m
0,005 моль
и , то С х Н у
MC x H y 58г / моль
M
Vm
DH 2 29
х=?
у=?
VCO2
0,448 л
0,02 моль
Vm
22,4 л / моль
mH 2 O
0,45г
H 2 O
0,025 моль
MH 2 O 18г / моль
СO2
Подставим эти данные в схему реакции:
0,005моль
0,02моль 0,025моль
C x H y O2 CO2 H 2 O
Разделив полученное количество вещества 0,02 моль CO2 на 0,005 моль C x H y
получаем 4 моль CO2 , также определяем количество вещества воды 0,025
моль H 2 O на 0,005 моль C x H y получаем 5 моль H 2 O . Приходим к выводу, что
углеводород количеством вещества 1 моль при сгорании образует CO2
количеством вещества 4 моль и H 2 O количеством вещества 5 моль. Теперь
запись выглядит так.
0,005моль
0,02моль
0,025моль
C x H y O2 4CO2 5H 2 O
1 моль
4 моль
5 моль
32
Определяем количество атомов углерода в 4 моль CO2 , х=2; также
определяем количество атомов водорода в 5 моль H 2 O , у=5*2=10.
Подставляем в формулу углеводорода полученные данные C 2 H 10 .
Ответ: C 2 H 10 , х=2, у=10.
33
Заключение
Решение задач – важный компонент процесса обучения химии.
Наилучших результатов можно достичь при систематическом решении
различных видов задач письменно, устно и экспериментально.
1. Методической основой решения расчетных химических задач является
единство качественной и количественной сторон химических явлений,
поэтому в процессе решения задачи весьма важно обосновывать химическую
часть, а затем только выполнять вычисления.
2. Целесообразно в процессе обучения учащихся сформировать умение
составлять и применять алгоритмы последовательности действий при
решении, что дисциплинирует и направляет деятельность при
самостоятельном решении задач.
3. Большое значение в формировании умений решать задачи имеют обучение
правильной записи условия задачи и показ путей проведения анализа задачи.
4. Правильное использование физических величин и корректное проведение
математических расчетов являются обязательными условиями обучения
учащихся решению задач по химии.
5. Для самостоятельного решения задач в виде приложения к учебнику
вводить алгоритмы решения химических задач как у М.О.Шамовой(8).
6. Для дальнейшего и успешного обучения химии необходимо не менее 3
уроков в неделю.
Практика работы по данной теме показывает то, что у детей
повысился интерес к химии, улучшились показатели. Имею следующий
уровень качества обученности:
9 класс «Химия»
2003-2004
2004-2005
2005-2006
29%
70%
78%
Результаты моей работы
2003-2004
2004-2005
2005-2006
1. Участие в районных
олимпиадах
химия II м.
химия VI м.
химия IV м.
2. Участие в «Еноте»
I место
-
I место
3. Региональное
итоговое тестирование
(аттестация)
-
химия – 3 ученика
(1 на отлично, 2 на хорошо)
34
Список литературы
1. Федеральный закон об образовании. М., Издательский дом ИНФРА – М,
2001.
2. Закон об образовании Пермской области от 21 июня 2001 года.
3. Программы для общеобразовательных учреждений. Химия 8-11 классы.
М., Дрофа, 2001.
4. Гольдфарб Я.Л. Сборник задач и упражнений по химии. М., Просвещение,
1983.
5. Ерыгин Д.П., Шишкин Е.А. Методика решения задач по химии с помощью
уравнений и неравенств. М., Просвещение, 1987.
6. Лабий Ю.М. решение задач по химии с помощью уравнений и неравенств.
М., Просвещение, 1987.
7. Пак М. Алгоритмы в обучении химии. М., Просвещение, 1993.
8. Химия в школе. №8 2001г. стр.12, №1 2000г. стр.38, №2 2002г. стр.52., №4
2005г. стр.46.
9. Цитович И.К., Протасов П.Н. Методика решения расчетных задач по
химии. М., Просвещение, 1983.
10. Шамова М.О. Учимся решать расчетные задачи по химии. М., Школьная
пресса, 2003.
35
Приложение
Краткий конспект урока
Углерод.
Цели:
1) Образовательные:
Особенности строения атомов элементов подгруппы кислорода.
Дать понятие четырехвалентности углерода и способности его атомов
связаться друг с другом, образуя простые вещества разной структуры.
3.
Области применения углерода и его круговорот в природе.
4.
Химические свойства углерода.
1.
2.
2) Развивающие:
1.
2.
3.
Развивать мышление и внимание учащихся.
Развивать умение наблюдать и делать выводы.
Прививать простейшие навыки химических исследований.
1.
2.
3) Воспитательные:
Способствовать развитию у школьников интереса к химической науке.
Формирование мысли о том, что мир познаваем и един.
Оборудование и реактивы:
Алмазный стеклорез, кусочек стекла, графит, электрод батарейки, древесный
уголь, спиртовка, колба с диоксидом азота, колба с кислородом…
На столах учащихся: спиртовка, пробирка с оксидом меди(II), порошок
древесного угля, спички, держатели пробирок.
1.
Ход урока:
Проверка домашнего задания (задачи 5 и 6 стр. 126).
Изучение новой темы:
Объявляю тему урока «Углерод». На доске, с обратной стороны, схема
строения атома углерода и кремния, их электронные формулы. Найдите
ошибки в формуле. Нет.
Какими свойствами обладают эти элементы?
Принимает или отдает электроны?
Выясняем, что С и Si будут проявлять окислительновосстановительные свойства. Степень окисления +4 или -4.
2.
Физические свойства простых веществ углерода. Углерод образует
аллотропные вещества.
3.
36
Строение простого вещества углерод:
С
С
С
С
С
С
С
С
С
Правильная тетраэдра
(алмаз) Демонстрация с
разреза стекла.
С
С
С С
Слоистый правильный
шестиугольник графит, сажа,
древесный уголь
Физические свойства
Дома подготовить сообщения по
физическим свойствам алмаза.
Графит - темно-серое жирное
на ощупь кристаллическое вещество
с металлическим блеском. Оставляет
след. Проводим тепло и
электрический ток. Тугоплавкий.
Графитовые смазки. Замедлитель
нейтронов в ядерных реакторах.
Стержни карандашей и щетки
при высокой
2.
Сажа и уголь похожи на графит поэлектродвигателей
строению. Угол получают
при сухой
температуре
и
давлении,
получают
перегонке. Пористый. Обладает способностью начищать газы- адсорбцией.
искусственный
алмаз.
Обработанный древесный уголь горячим
водяным паром
– активированный
1.
уголь. ( В аптеках, в противогазах, при очистке воды, самогона, спирта). Из
адсорбированного угля можно снова получить чистый древесный уголь при
нагревании – такой процесс называется десорбцией. Рассматриваем рисунок
42 в учебнике.
Демонстрирую опыт адсорбции и десорбции.
Химические свойства углерода
Демонстрация горения угля в кислороде.
4.
CO
CO
2
2
C - восстановитель
4
Al
3
C
Al
C С – окислитель
0
0
2
1
Ca
2
C
Ca
C
С – окислитель
2
соль карбид
0
0
3
4
4 3
CaC 2 при взаимодействии с водой используют для получения ацетилена C 2 H 2
2
H
O
Ca
(
OH
)
C
H
2
2
2
2
2
Запишите уравнение реакции CaC
Проверяем.
C 2 H 2 - используется при газосварочных работах
При взаимодействии Al 4 C3 с водой получают метан CH 4
37
Запишите уравнение реакции
Al
C
2
H
O
4
Al
(
OH
)
3
CH
4
3
2
3
4
Проверяем.
C
2
H
CH
2
4 (метан)
5. Проделайте опыт по инструктивной карточке смесь СuO и C осторожно
прокалите над спиртовкой. (Напоминаю обращение со спиртовкой) Запишите
уравнение
0
4
2
С
2
СuO
2
Cu
C
O
2
Что означает красный цвет в пробирке? (Медь). Какие свойства проявляет
углерод в этой реакции? (Восстановитель). Можно ли из оксидов других
металлов углеродом получить металлы (Да).
6. Круговорот углерода изучить дома (стр.131-133)
7. Закрепление материала
Решение задач
№16-1(1) Составьте формулу:
2 4
а) карбид бериллия - Be2 C
3 4
б) карбид алюминия - Al4 C3
4
в) фторид углерода - C F4
2 4
Ответ: а) Be2 C - степень окисления углерода -4
3 4
б) Al4 C3 - степень окисления углерода -4
4
в) C F4 - степень окисления углерода -4
№16-6(1) Ученик у доски
Дано:
m(C) 120
г
V(CO) ?
Решение:
ZnO
C
Zn
CO
M
m
V
12 г/моль
1 моль
12 г
-
28 г/моль
1 моль
28 г
22,4л
Составляем пропорцию
120
г
хл
12
г 22
,4л
120
г
*
22
,
4
л
х
224
л
(
СО
)
12
г
Ответ: При нагревании оксида цинка взятого в избытке СО 120г углем
выделяется воспламеняющийся газ, при поджигании в воздухе, СО объемом
224л.
38
8. Подводим итоги урока, выставляем оценки.
9. Рефлексия
10. Домашнее задание: Подготовить сообщение об алмазе. Прочитать §28,
выполнить упражнения 5,6,8 стр. 134.
39
Инструктивная карточка
Тема «Углерод»
В чашечки насыпьте 1 часть угля в виде порошка и смешивайте с 2 частями
оксида меди (II). Смесь набирайте в пробирку.
1 часть
С
2 части
СuO
При помощи держателя пробирку нагревайте осторожно над спиртовкой.
Наблюдайте за происходящим. Запишите уравнение реакции. Сделайте
вывод.
40
План урока
(рабочая карта)
Этапы урока
1. Проверка домашнего
задания
2.
Изучение
нового
материала
а) Строение атома CuSi
б) Физические свойства С
в) Терминология
г) Химические свойства
д) Эксперимент
е) Работа с учебником
с.131 рис.42
3. Закрепление материала
4. Итоговая отметка
5. Рефлексия
6. Домашнее задание
Деятельность
учащихся
классом
Формы
контроля
с/к
Оценка
Индивидуальная
Работа в парах
Работа в парах
Индивидуальная
Работа в парах
Индивидуальная
с/к
в/к
в/к
с/к
в/к
с/к
с/о
в/о
в/о
с/о
в/о
с/о
Индивидуальная
с/к
с/о
1. Самоконтроль – с/к
2. Взаимоконтроль – в/к
3. Исследовательская деятельность – и/д
4. Творческая работа –т/р
5. Самооценка – с/о
6. Оценка в группе – о/г
7. Взаимооценка – в/о
41
с/о
Время
(мин)
42