Методика навчання учнів розв’язування задач гравіметричним методом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Вінницький державний педагогічний університет

імені Михайла Коцюбинського

Кафедра хімії

Урок

на тему:

«Методика навчання учнів розв'язування задач гравіметричним методом»

Виконав:

Заяць Володимир

Вінниця - 2014

План

Вступ

1. Математичні шляхи вирішення розрахункових завдань із хімії

2. Урок-практикум «Графічний метод рішення хімічних завдань»

Список використаної літератури

Вступ

Рішення розрахункових завдань - найважливіша складова частина шкільного предмету «хімія», оскільки це один з прийомів навчання, за допомогою якого забезпечується глибше і повніше засвоєння навчального матеріалу по хімії і виробляється вміння самостійного застосування отриманих знань.

Щоб навчитися хімії, систематичне вивчення відомих істин хімічної науки має поєднуватись із самостійним пошуком рішення спочатку малих, а потім і великих проблем.

1. Математичні шляхи вирішення розрахункових завдань із хімії

хімія наука урок практикум

Хоч би як цікавили теоретичні розділи підручника і якісні досліди практикуму, вони недостатні без чисельного підтвердження висновків теорії та результатів експерименту: адже хімія - кількісна наука. Включення завдань в навчальний процес дозволяє реалізувати такі дидактичні принципи навчання: 1) забезпечення самостійності активності учнів; 2) досягнення міцності знань і умінь; 3) здійснення зв'язку навчання з життям; 4) реалізація передпрофільного і профільного політехнічного навчання.

Рішення завдань одна із ланок в міцному засвоєнні навчального матеріалу, оскільки формування теорій і законів, запам'ятовування правил і формул, складання рівнянь реакцій відбувається у дії.

У рішенні хімічних завдань доцільно використовувати алгебраїчні прийоми. І тут дослідження і аналіз низки завдань зводяться до перетворенням формул і підставленню відомих величин в кінцеву формулу чи алгебраїчне рівняння. Завдання з хімії нагадують завдання математики, і пояснюються деякі кількісні завдання хімії (особливо у «суміші») зручніше вирішувати системою рівнянь з цими двома невідомими.

Розглянемо кілька завдань

Завдання 1.

Суміш карбонатів калію і натрію масою 7 г обробили сірчаної кислотою, взятої у надлишку. При цьому газ, що виділився зайняв обсяг 1,344 л (н.у.). Визначити масові частки карбонатів в вихідній суміші.

Рішення.

Складаємо рівняння реакцій:

xг	yл
Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+CO2^+H2O
1моль	1моль
106г	22,4л
(7-х)г	(1,344-у)л
K2CO3+H2SO4= K2SO4+ CO2^ + H2O
1моль	1моль
138г	22,4л

Позначимо через х г масу карбонату натрію в суміші, а масу карбонату калію - через (7-х) г. Обсяг газу, що виділився при взаємодії карбонату натрію з кислотою, позначаємо через у л, а обсяг газу, що виділився при взаємодії карбонату калію з кислотою, позначаємо через (1,344-у) л.

Над рівняннями реакцій записуємо запроваджені позначення, під рівняннями реакцій записуємо дані, отримані з рівнянням реакцій, і складаємо систему рівнянь з цими двома невідомими:

х/106 =у/22,4 (1)

(7-х)/138=(1,344-у) (2)

З першого рівняння висловлюємо у через x:

у =22,4х/106 (3)

(1,344-22,4х/106)*138=22,4*(7-х) (4)

Вирішуємо рівняння (4) що до x.

185,472-29,16х=156,8-22,4х

6,76х=28,672

х=4,24

Отже, маса карбонату натрію дорівнює 4,24 г.

Масу карбонату калію знаходимо відніманням з загальної маси суміші карбонатів маси карбонату натрію:

7 г - 4,24 г=2,76 г.

Масові частки карбонатів знаходимо за такою формулою:

w=(m_{кому-та}/m_{загальна})*100%

w(Na₂CO₃)=(4.24/7)*100%=60.57%

w(K₂CO₃)=(2.76/7)*100%=39.43%.

Відповідь: масова частка карбонату натрію дорівнює 60,57%, масова частка карбонату калію дорівнює 39,43%.

Завдання 2

Суміш карбонатів калію і натрію масою 10 г розчинили у воді й додали надлишок соляної кислоти. Виделившийся газ пропустили через трубку зпероксидом натрію. Образовавшегося кисню вистачило, щоб їх спалити 1,9 л водню (н.у.). Напишіть рівняння реакцій і розрахуйте склад суміші.

Рішення.

Складаємо рівняння реакцій:

x р	y л
Na2CO3+2HCl =2NaCl + H2O + ЗІ2(1)
1моль	1моль
106г	22,4л
(10-x)г	(1.9-y)л
K2CO3+2HCl =2KCl + H2O +CO2^ (2)
1моль	1моль
138г	22,4л

x л	0,95л
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2(3)
2моль	1моль
44,8л	22,4л

1,9л	хл
2Н2+ Про2=2Н2Про (4)
2моль	1 міль
44,8л	22,4л

Означимо через x г масу карбонату натрію, а маса карбонату калію дорівнюватиме(10-х)г.

По рівнянню (4) розрахуємо обсяг кисню, що утворився процесі реакції (3).

І тому через x в рівнянні позначимо обсяг кисню і, з обсягу водню, складемо пропорцію і вирішимо її щодо x:

1,9/44,8=х/22,4;

х=1,9*22,4/44,8;

х=0,95л (обсяг кисню, що виділився).

З рівняння (3), розрахуємо обсяг вуглекислого газу, що утворився при обробці суміші карбонатів натрію і калію надлишком соляної кислоти. І тому складемо пропорцію:

х/44,8=0,95/22,4;

х=0,95*44,8/22,4;

х=1,9л.

Через у л позначимо обсяг газу, що виділився у процесі реакції (1), а ще через (1,9-у)л - обсяг газу, що виділився у процесі реакції (2). Складемо систему рівнянь з цими двома невідомими:

х/106=у/22,4 (5)

(10-х)/138=(1,9-у)/22,4 (6)

З рівняння (5) висловлюємо у через x і підставляємо в рівняння (6):

у=22,4х/106

(10-х)/138=(1,9-22,4х/106)/22,44 (7).

Уравнение (7) вирішуємо що до x:

(1,9-22,4х/106)*138=22,4*(10-х);

262,2-29,16х=224-22,4х;

6,76х=38,2;

х=5,65 г (маса карбонату натрію).

Маса карбонату калію є різницю між масою суміші карбонатів натрію і калію та кількістю карбонату натрію:

10-5,65=4,35 г (маса карбонату калію).

w(Na₂CO₃)=(5,65/10)*100%

w(Na₂CO₃)=56.5%

w(K₂CO₃)=(4.35/10)*100%

w(K₂CO₃)=43.5%

Відповідь: масова частка карбонату натрію дорівнює 56,5%, масова частка карбонату калію дорівнює 43,5%.

Завдання для самостійного рішення

Завдання 3

Суміш заліза і цинку масою 12,1 г обробили надлишком розчину сірчаної кислоти. Для спалювання отриманого водню необхідно 2,24л кисню (тиск 135,6кПа, температура -364К). Знайдіть масову частку заліза в суміші.

Завдання 4

Суміш метилових ефірів оцтової кислоти і пропіонової кислоти масою 47,2г обробили 83,4 мл розчину гідроксида натрію з масовою часткою 40% (щільність 1,2 г/мл). Визначте масові частки ефірів (в %) в суміші, якщо відомо, що гідроксид натрію, що залишилося після гідролізу ефірів, може поглинути максимально 8,96л оксиду вуглецю (IV).

Ці завдання можна вирішити іншими способами, але цей спосіб розв'язання завдань із хімії сприяє розвитку логічного мислення, дає можливість показати взаємозв'язок математики і хімії, формує вміння складати і застосовувати алгоритми послідовності дій під час вирішення, дисциплінує і направляє діяльність, правильне використання фізичних величин і коректне проведення математичних розрахунків.

Завдання 1

Розрахуйте маси розчиненої речовини і розчинника, які потрібно взяти на приготування 150 г 20%-ного розчину.

Рішення завдання починаємо з побудови системи координат. Звісно, зручніше використовувати спеціальний міліметровий папір, а й звичайний лист із зошита у клітину дозволяє їм отримати відповідь з достатньої точністю. На осі x відкладаємо масу розчину 150 г, на осі у -- 100%. Будуючи перпендикуляри з цих точок, знаходимо точку їх перетину. Сполучаємо її прямою лінією до точки початку координат.

Потім на осі у знаходимо точку, відповідну 20%, відновлюємо з неї перпендикуляр до перетину з відрізком, та якщо з точки перетину опускаємо перпендикуляр на вісь x. Це відповідь завдання.

Завдання 2. До 150 г 20%-ного розчину солі додали 30 г солі. Визначте масову частку солі в отриманому розчині.

Початок рішення аналогічно рішенню завдання 1: для вихідного розчину знаходимо масу розчиненої речовини (30 г). Потім будуємо новий відрізок для створення нового розчину, отриманого внаслідок додавання солі до вихідному. На осі x від точки, відповідної масі вихідного розчину, відкладаємо вправо 30 г (маса доданої солі), це маса отриманого розчину. Відкладаємо з неї перпендикуляр до перетину з прямою, що проходить через оцінку 100% на осі у. Крапку їх перетину з'єднуємо з початком координат -- отримуємо відрізок, відповідний новому розчину (показаний пунктирною лінією). На осі x від точки, яка б показала масу солі у першому розчині, відкладаємо вправо 30 г (маса доданої солі) й одержуємо масу солі у другому розчині. Відкладаємо з неї перпендикуляр до перетину з пунктирним відрізком, та якщо з точки перетину -- перпендикуляр на вісь у.

Завдання 3. З 170 г 9%-ного розчину випарили 50 г розчинника. Визначте масову частку солі в отриманому розчині.

Побудувавши відрізок, відповідний початковому розчину, знаходимо масу ростворимого у ньому речовини. Відтак маси першого розчину відкладаємо вліво 50 г -- отримуємо масу другого розчину. Відкладаємо з цієї точки перпендикуляр до перетину з прямою, що проходить через точку 100%, точку перетину з'єднуємо з початком координат. Ми побудували відрізок (вказано пунктиром) на другому розчину. Йому відновлюємо перпендикуляр з точки, яка б показала масу солі в вихідному розчині, та якщо з точки перетину, своєю чергою, опускаємо перпендикуляр на вісь, де знаходимо відповідь завдання. Відповідь: 13%.

Завдання 4

Насичений при 70 °С розчин має багато 300 г та масову частку растворенного речовини 30%. У його охолодженні до 20 °С випав осад масою 30 г. Визначте масову частку солі з отриманому розчині.

Будуємо відрізок для початкового розчину і знаходимо йому на осі x точку, відповідну масі розчиненої речовини. Відтак маси першого розчину вліво відкладаємо 30 г і знаходимо масу нового розчину, відновлюємо з цього точки перпендикуляр до перетину з лінією 100%, отриману точку з'єднуємо з початком координат. Отримали відрізок на другому розчину (вказано пунктиром). Від багатьох розчинених речовини у першому розчині на осі мас відкладаємо вліво 30 г - отримуємо масу солі у другому розчині. З відповідної їй точки відновлюємо перпендикуляр на пунктирний відрізок і з отриманої точки перетину -- перпендикуляр на вісь відсотків, де й знаходимо відповідь завдання. Відповідь: 22%.

Завдання 5. Визначте масову частку речовини в розчині, отриманому внаслідок зливу 120 р16%-ного розчину з 60 р20%-ного розчину.

Будуємо відрізок, відповідний першому розчину, і знаходимо масу растворенного у ньому речовини (рис. 5). З точки, що означає масу першого розчину, проводимо допоміжну вісь у для побудови відрізка (вказано пунктиром), що характеризує другий розчин, й знаходження з його допомогою ми маси растворенного у ньому речовини. Після завершення зазначених операцій на осі мас

є відрізка, відповідні масам вихідних розчинів. Оскільки початок другого відрізка збігаються з кінцем першого, їх загальна довжина відповідає масі третього розчину. Поєднавши точку перетину перпендикулярів, що пропливали точки 100% і 180 р (на графіці вже отримана при побудові відрізка на другому розчину), з початком основний системи координат, отримуємо відрізок для третього розчину (вказано сірої лінією ).

Крім цього, на осі x відкладено два відрізка, відповідні масам растворенних у вихідних розчинах речовин. Переместимо відрізок, рівний масі растворенного у другому розчині речовини, з допоміжної системи координат в основну, відклавши його від кінця відрізка, рівного масі растворенного речовини у першому розчині. Отриманий сумарний відрізок відповідає масі растворенного речовини у третій розчині. Залишається відновити з його кінцевій точки перпендикуляр на відрізок, що характеризує третій розчин, та якщо з отриманої точки перетину провести перпендикуляр на вісь відсотків. Знайдена у ньому точка дає шуканий відповідь завдання.

Звісно, цей спосіб рішення неспроможна розглядатися як заміна алгебраического методу рішення, але дозволяє урізноманітнити діяльність учнів, зробити її цікавішою. Кожен учень може вибрати той метод рішення, що йому найбільш зрозумілий, що підвищує ефективність процесу творення.

2. Урок - практикум «Графічний метод рішення хімічних завдань»

Показати різні шляхи вирішення завдань із урахуванням вікових особливостей учнів, їх математичної підготовки.

Розвивати мислення учнів.

Навчити вибирати раціональний спосіб розв'язання запропонованої завдання.

Математика:

Ознайомити учнів з основними прийомами і методами міркувань.

Сформувати вміння використовувати знання з побудови графіків лінійної функції до вирішення хімічних завдань.

Хід уроку

Учитель хімії

Сьогодні на уроці ми розглянемо рішення хімічних завдань графічним методом, навіщо потрібно буде застосувати знання з побудові графіків лінійної функції, і той матеріал вам знаком з курсу математики. Тому урок ми проведемо разом із учителем математики.

Завдання 1

Обчислити масу сульфата натрію, який буде необхідний реакції з сірчаної кислотою, щоб отримати 16 р оксиду сірки (IV).

Проаналізуємо умова завдання. Указати три речовини, що у хімічному процесі: сульфит натрію взаємодіє зі сірчаної кислотою, у своїй виходить оксид сірки.

Пригадаємо, що з взаємодії солі з кислотою виходить нова сіль NaSO і сірчиста кислота.

Ця кислота за міцністю яка? -- Непрочная і легко розкладається на води і SO.

Учитель математики

У результаті виконання завдання даним способом виконали такі послідовні дії:

Встановили пропорційну залежність між величинами.

Склали пропорцію.

Вирішили отриману пропорцію.

Учитель хімії.

Другий спосіб -- це використання величини “кількості речовини” і її одиниці “міль”.

По рівнянню реакції 1 моль Na₂SO₄ утворює 1 моль SO₂, отже щоб одержати 0,25 моль SO₂ знадобиться 0,25 моль Na₂SO₄, тоді m(Na₂SO₄) = 0,25·126 = 31,5 г

Учитель математики

Математичною основою розглянутих способів вирішення завдань із рівнянню реакції є пропорційне узалежнення між відомими величинами і шуканими.

Залежність однієї перемінної одної називають функціональної залежністю чи функцією, важливості якої можна намалювати графік. Побудова графіків функцій ви знаєте з курсу алгебри.

У цьому завданню залежність перемінної m(Na₂SO₄) від перемінної m(SO₂) є функцією, так як кожному значенню m(SO₂) відповідає єдине значення m(Na₂SO₄).

Залежність між пропорційними перемінними виражається формулою y=kx лінійної функції. У нашій прикладу це m(Na₂SO₄) = km(SO₂).

Коефіцієнт пропорційності - ставлення величини молярної маси Na₂SO₄ до величин молярної маси SO₂, тобто k=126:64=1,97.

Для побудови графіка прямий пропорційності складаємо таблицю значень функціїm(Na₂SO₄)=km(SO₂).

Будь-яка пряма визначається двома своїми точками. Як одну з цих точок доцільно брати початок координат, а друга точки визначається по відповідним величинам, знайденим по формулу речовини.

Зобразимо залежність m(Na₂SO₄) від m(SO₂) графічно.

m(SO2)	0	64
m(Na2SO4)	0	126

Учитель хімії

По рівнянню реакції:

m(SO₂)= 1моль·64г/моль=64 г

m(Na₂SO₄)=1моль·126г/моль=126 г

Учитель математики

Аби вирішити завдання на осі абсцис відзначаємо точку, відповідну числу 16, проводимо пряму, паралельну осі ординат, до перетину з графіком прямий пропорційності. З точки перетину проводимо перпендикуляр до осі ординат й одержуємо точку, яка визначає величину маси сульфата натрію, рівну 31,5 г.

Для перебування точніших значень графіки малюють чи більшому масштабі, чи міліметрової папері.

Учитель хімії

Такі графічні способи хімічних розрахунків широко використовуються на підприємствах хімічної промисловості при контролі технологічного процесу аналізі готового продукту хімічних лабораторіях. При хімічному аналізі сировини й готового продукту використовують графіки функціональної залежності для певної хімічної реакції.

За позитивного рішення завдань під час уроків хімії графіки мало застосовуються через додаткового часу, хоча у 8 класі щодо теми “Поняття розчинності” можна будувати графіки розчинності за даними проведеного експерименту; застосовувати криві розчинності під час перебування маси розчиненої речовини чи маси розчинника і за рішенні інші завдання.

Графічний спосіб розв'язання завдань виявляється більш раціональним під час вирішення завдань на суміші, змішування розчинів та інших.

Завдання 2

Розчиненні в кислоті 2,33 г суміші заліза і цинку отримали 896 мл водню (н.у.). Визначте масу кожного з металів, які у суміші.

Проаналізуємо умову завдання. У задачі говориться про взаємодії суміші металів з кислотою. Отже, одночасно йдуть реакцію: цинку з кислотою і заліза з кислотою. У цьому утворюються відповідні солі, й виділяється водень, сумарний обсяг якого 0,896 л.

Учитель математики

Вирішимо дане рівняння помноживши усі його частини на твір 5665:

65·22,4x + 56·22,4· (2,33-x) = 0,896·56·65

1456x + 2922,752 -1254,4x = 3261,44

201,6x = 338,688

x = 1,68 г (Fe)

m(Zn) = 2,33 - 1,68 = 0,65 г

Відповідь: m(Fe) = 1,68 г

m(Zn) = 0,65 г.

Для побудови функціональної прямий потрібно підрахувати обсяг водню (H₂), що виділяється з кислоти кожним металом, узятим масою 2,33 г.

Учитель математики

Будуємо графік прямий пропорційної залежності відповідно до таблиці.

За віссю абсцис на початку координат точка 0 відповідає нульового значенням маси цинку і 2,33 г маси заліза, а точка 2,33 відповідає нульового значенням маси заліза і 2,33 г маси цинку. Поєднавши точки з координатами (0; 0,803) і (2,33; 0,932) одержуємо частину прямий, який означає залежність виделившегося обсягу водню від співвідношення мас металів в 2,33 г суміші.

Проведемо горизонтальну пряму відповідну значенням виділеного водню в завданню: 0,896 г й одержимо точку перетину двох прямих з координатами (0,896; 0,65). Отже маса цинку 0,65 г, а маса заліза 2,33 - 0,65 = 1,68 г.

Відповідь: в суміші було 0,65 г Zn і 1,68 г Fe.

Учитель хімії

Графічний спосіб зручний і доступний вирішення завдань виведення формул речовин.

Ставлення індексів елементів у формулі можна знайти графічно.

Ставлення масової частки елемента для її відносної атомної масі є пряму.

Завдання 3.Найпоширеніший у природі фтороапатит містить 42,23% оксиду фосфору, 50,03% оксиду кальцію і 7,74% фториду кальцію. Напишіть склад цього мінералу як формул двох солей.

У одній системі координат побудуємо три графіка, які виражають співвідношення між величинами відносних молекулярних мас і масовими частками тих речовин, входять до складу мінералу.

Всі три функціональні прямі довільній прямий лінією, паралельної осі ординат. Щодо точок перетину цієї прямий визначають індекси елементів в мінералі.

Ставлення точок перетинань цієї прямої з функціональними прямими: 10:30:90 чи 1:3:9

Результати уроку:

Учитель хімії

Ми розглянули розв'язання різноманітних завдань графічним методом.

Учитель математики

І тому застосували знання з побудові графіків лінійної функції до вирішення хімічних завдань.

Учитель хімії

У цьому уроці ми побачили, що хімічні завдання можна вирішити у різний спосіб.

Учитель математики

Ваше завдання - вибрати раціональний спосіб розв'язання запропонованої завдання.

Размещено на Allbest.ru

...