Научные основы школьного курса химии. методика изучения растворов

4H, 4H2, H2, O, 5O, O2, 5O2 ?

9. Напишите: пять атомов азота; пять молекул азота; три атома

хлора; пять молекул хлора.

Работа с химической формулой.

I. Качественная характеристика.

Рассмотрим на примере оксида фосфора (V).

1. Эмпирическая формула - P2O5

2. Вещество состоит из элементов: фосфора и кислорода.

3. Относится к классу оксидов, так как отвечает определению оксидов:

Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из

которых кислород, проявляющий степень окисления – 2.

4. Данный оксид относится к классу кислотных оксидов, так как ему

соответствует ортофосфорная кислота:

P2O5 - H3PO4

II. Количественная характеристика.

1. Молекула P2O5 состоит из двух атомов фосфора и пяти атомов

кислорода.

2. Определим относительную молекулярную массу оксида:

Mr(P2O5) = 2Ar(P) + 5Ar(O) = 2.31 + 5.16 = 142

3. Молярная масса оксида фосфора (V)

M(P2O5) = 142 г/моль.

4. Определим массовые доли элементов в P2O5, используя следующую

формулу:

n . Ar(Э)

W(Э) = ((((((( , где

Mr (вещества)

W – массовая доля элемента

n - число атомов элемента

Ar – относительная атомная масса элемента

Мr – относительная молекулярная масса вещества.

а) определим относительную молекулярную массу вещества (см. выше)

Mr(P2O5) = 142

б) расчет массовой доли фосфора:

n(P) ( Ar(P) 2 ( 31

W(P) = (((((( ; W(P) = ((( = 0,4366 или (в долях единицы) 43,66 %

Mr(P2O5) 142

в) расчет массовой доли кислорода:

n(O) ( Ar(O) 5(16

W(O) = ((((((( ; W(O) = ((( = 0,5634 или 56,34 %

Mr(P2O5) 142

W(O) можно определить и следующим образом :

W(O) = 100% - W(P) = 100% - 43,66% = 56,34%

5. Определение отношения моль атомов элементов по формуле P2O5

n(P) = 2 ; n(O) = 5; n(P):n(O) = 2:5 .

6. Определение отношения масс элементов:

P2O5 m(P) = 2(31 = 62 ; m(O) = 5 (16 = 80 ; m(P):m(O) = 62:80 ,

сократим на 2

m(P):m(O) = 31:40 .

7. Определение валентности элементов по формуле P2O5

а) наименьшее общее кратное символов элементов, которые делятся на 2 и 5

равно 10.

б) число 10 делим на величину индекса каждого элемента и получаем

значение валентности элемента.

V II

P2O5 ( P2O5

10

наименьшее общее

кратное

8. На ряду с этим, по валентности можно составить формулу вещества.

Например, в оксиде фосфора валентность фосфора равна трем, а кислорода

двум.

III II

P O

Находим наименьшее общее кратное – число, которое делиться на 3 и 2 –

число 6. Это число (6) делим на соответствующие элементам значения

валентностей и получаем соответствующие элементам индексы:

для фосфора 6:3 = 2;

для кислорода 6:2 = 3

и составляем формулу вещества: P2O3 .

Приведем примеры задач на расчет по формуле:

№1. Соединение некоторого элемента имеет формулу Э3О4 , а массовая доля

элемента в нем 72,4%. Установите элемент [6].

Методика решения:

Дано: 1. Выразим массовую долю элемента:

Э3О4

n(Э) ( Ar(Э)

W(Э)= 72,4%, W(Э) = (((((( ;

или 0,724 Mr(Э3О4)

Э - ? 2. Примем Ar(Э) = X, тогда

Mr(Э3О4) = 3X + 4(16 = 3X +

64 .

3. Подставим принятые обозначения в формулу

3( X

0,724 = (((( ; находим Х

3(X + 64

2,172 ( Х + 46,34 = 3 ( Х ; 0,828 ( X = 46,34 ; X= 56.

Следовательно, Ar(Э) = 56; Элемент – железо.

№2. В результате обжига на воздухе 8,0 г сульфида молибдена было получено

7,2 г оксида молибдена (VI). Установите формулу исходного сульфида

молибдена [7].

Методика решения:

Дано: 1. По закону сохранения массы веществ

m(MoxSу) = 8,0 г m(Mo) до реакции = m(Mo) после реакции

след-но

m(MoO3) = 7,2 г n(Mo) до реакции = n(Mo) после реакции

MoxSу - ? 2. Определим количество вещества оксида

молибдена (VI)

m

7,2 г

n(MoO3) = (( = ((((( = 0,05

моль

M

144 г/моль

3. Определим количество вещества и массу молибдена

n(Mo) = n(MoO3) = 0,05 моль; m(Mo) = 0,05 ( 96 = 4,8 г

4. Найдем массу серы и количество вещества серы

m 3,2

m(S) = m(MoxSу) – m(Mo) = 8,0 – 4,8 = 3,2 г; n(S) = (( = (( = 0,10 моль

M 32

5. Найдем отношение количеств веществ молибдена и серы

n(Mo) : n(S) = 0,05:0,10 = 1:2

Следовательно, формула сульфида молибдена: MoS2

№3. Определить массу водорода в (г), содержащегося в 3,01 ( 1024 молекул

метана [8].

Методика решения:

Дано: Для решения задачи необходимо

последовательно

СH4 использовать следующие

формулы:

N(СH4) = 3,01 ( 1024 N

m

n = (( и n = (( ;

m(H) - ? NA

M

1. Находим количество вещества метана и водорода:

N(СH4)

n(СH4) = ((((((( ; где NA – постоянная Авогадро, равная 6,02 ( 1023

NA структурных

единиц.

3,01 ( 1024

n(СH4) = (((((( = 5 моль

6,02 ( 1023

n(H) = 4n (СH4) = 4 ( 5 = 20 моль атомов водорода

2. Определим массу водорода в (г):

m(H) = n(H) ( M(H) = 20 ( 1 = 20 г.

№4. Какова молекулярная формула углеводорода, содержащего 82,5% углерода.

Плотность паров по воздуху составляет 2 [9].

Методика решения:

Дано: 1. По относительной плотности паров

по воздуху

W(C) = 82,5% расчитаем относительную молекулярную

массу

Dвозд = 2 углеводорода СхНу

Mr(СхНу)

СхНу - ? Dвозд = ((((( ; Mr(возд) = 29

Mr(возд)

Mr(СхНу) = 29 ( 2 = 58 .

2. Используя формулу расчета массовой доли элемента, определим число атомов

углерода:

n(C) ( Ar(C) X ( 12

W(C) = (((((( ; n(C) = X ; 0,825 = ((( ; X = 4; n(C) = 4

Mr(СхНу) 58

3. Определим массовую долю элемента водорода и число его атомов:

W(H) = 100% - W(C) = 100 – 82,5 = 17,5%

n(H) ( Ar(H) Y ( 1

W(H) = (((((( ; n(H) = Y ; 0,175 = ((( ; Y = 10; n(H) = 10

Mr(СхНу) 58

Следовательно, формула углеводорода: С4H10 - бутан.

№5. Установите формулу кристаллогидрата MnCl2, если известно, что при его

обезвоживании массовая доля сухого остатка составила 63,63% от массы

кристаллогидрата [10].

Методика решения:

Дано: 1. Процесс обезвоживания кристаллогидрата

MnCl2 ( Х H2O можно выразить следующей схемой:

W(MnCl2) = 63,63% t(

MnCl2 ( Х H2O ( MnCl2

+ Х H2O

MnCl2 ( Х H2O - ?

Сухой остаток составит безводная соль MnCl2 ,

массовая доля которого 63,63%.

2. Выразим величину массовой доли сухого остатка:

Mr(MnCl2)

W(MnCl2) = ((((((((( ;

Mr(MnCl2 ( Х H2O)

3. Рассчитаем относительные молекулярные массы безводной и водной солей:

Mr(MnCl2) = 55 + 2 ( 35,5 = 126

Mr(MnCl2 ( Х H2O) = 126 + 18X

4. Подставим, найденные величины в формулу массовой доли и определим

значение Х:

126

0,6363 = ((((( ; 80,17 + 11,45 X = 126; 11,45 X = 45,83; X = 4 .

126 + 18 Х

Следовательно, формула кристаллогидрата: MnCl2 ( 4H2O

№6. Массовая доля серебра в соли предельной одноосновной органической

кислоты составляет 70,59%. Написать молекулярную формулу кислоты, если

известно, что она состоит из углерода, водорода и кислорода [11].

Методика решения:

Дано: Общая формула соли предельной

одноосновной орга-

W(Ag) = 70,59% нической кислоты имеет следующий вид:

C n H2n+1 COOH - ? C n H2n+1 COOAg

1. Выразим массовую долю серебра в общем виде:

n(Ag) ( Ar(Ag)

W(Ag) = (((((((((( ;

Mr(C n H2n+1 COOAg)

2. По формуле рассчитаем относительную молекулярную массу соли:

Mr(C n H2n+1 COOAg) = 12n + 2n + 1 +12 + 2 ( 16 + 108 = 14n + 153 .

3. Сведем данные в формулу массовой доли:

1 ( 108

0,7059 = ((((( ; 9,88n + 108 = 108; n=0

14n + 153

Следовательно: 14n – превращается в 0 и форму соли HCOOAg, а формула

кислоты HCOOH .

Часть 2. Место эксперимента и его роль в развитии мышления

школьников.

Одним из важнейших словесно – наглядных и словесно – наглядно –

практических методов обучения является химический эксперимент. Он играет

особую роль в обучении химии. Химический эксперимент знакомит учащихся не

только с самими явлениями, но и методами химической науки. Он помогает

вызвать интерес к предмету, научить наблюдать процессы, освоить приемы

работы, сформировать практические навыки и умения.

Следует отметить, что проблема химического эксперимента в методике

обстоятельно исследована. Большой вклад в нее внесли такие ученые как В.Н.

Верховский, В.В. Фельдт, К.Я. Парменов, В.В. Левченко, В.С. Полосин, Д.М.

Кирюшкин, Л.А. Цветков и другие.

К.Я. Парменов[13] не только уделял внимание технике эксперимента, но

и методике его включения в учебный процесс. Он отмечал, что при провидении

демонстрационного эксперимента необходимо подготовить учащихся к наблюдению

опыта и умело руководить этими наблюдениями. Особенно детально разработана

эта проблема В.С. Полосиным [14,15]. Он исследовал эффективность различных

способов приложения химического эксперимента, разработал методику

комплексного использования химического эксперимента в сочетании с другими

средствами обучения.

Химический эксперимент можно разделить на два вида: демонстрационный

и ученический. Демонстрационный эксперимент относится к словесно –

наглядным методам обучения.

Демонстрационным называют эксперимент, который проводится в классе

учителем, лаборантом или иногда одним из учащихся [16].

Демонстрационный эксперимент, проводится в соответствии с

государственной программой по химии для средней школы, по каждой конкретной

изучаемой теме курса.

Демонстрационный эксперимент дает возможность учителю формировать

интерес к предмету у школьников, научить их выполнять определенные операции

с веществом; приемам лабораторной техники.

К требованиям, предъявляемым к демонстрационному эксперименту,

следует отнести:

- Наглядность. Эксперимент следует проводить в цилиндрах, стаканах, чтобы

химическое явление можно было наблюдать с любой точки класса. Стол

преподавателя не должен быть загроможден лишними предметами, чтобы были

видны руки учителя. Можно использовать подъемный столик или кодоскоп.

- Простота. Прибор, в котором демонстрируют эксперимент, не должен

содержать лишних деталей и нагромождений, чтобы внимание обучаемых не

отвлекалось от химического процесса. Не следует увлекаться эффектными

опытами, так как менее эффектные опыты не будут пользоваться вниманием.

- Безопасность эксперимента. Учитель несет ответственность за безопасность

учащихся, поэтому в кабинете должны находиться средства пожарной

безопасности, вытяжной шкаф для проведения работ с вредными и пахучими

веществами, средства для оказания первой помощи . реактивы для проведения

опытов должны быть проверены заранее; посуда для эксперимента – чистой.

При проведении опасных опытов следует использовать защитный экран.

- Надежность. Опыт всегда должен удаваться, и с этой целью техника

эксперимента перед его проведением должна быть тщательно отработана, все

операции должны быть четкими, уверенными; недопустима неряшливость в

оформлении опыта. Учитель должен следить за своим внешним видом и

поведением. В случае неудачи, необходимо выяснить ее причину, и опыт на

следующем уроке повторить.

- Необходимость объяснения эксперимента. Любой опыт должен сопровождаться

словом учителя. Возникающие паузы можно использовать для организации

диалога со школьниками, выяснения условий проведения эксперимента и

признаков химических реакций.

( условия – это то, что необходимо для того, чтобы реакция началась и

протекала;

признаки – это то, по чему судят о том, что реакция протекает или уже

закончилась ).

Следует помнить, что опыт – это метод исследования, поэтому лучше

провести меньшее их количество, но каждый опыт должен быть объяснен.

Методика демонстрации опытов:

1. Необходима постановка цели опыта – для чего проводится опыт, что

необходимо понять в результате наблюдений за экспериментом.

2. Следует описать прибор, в котором проводится опыт; условий, в

которых он проводится; дать характеристику реактивам.

3. Организовать наблюдения за опытом учащихся для выявления признаков

реакции и проведения анализа.

4. Помочь школьникам сделать соответствующие выводы и теоретическое

обоснование.

Как любой учебный процесс, демонстрационный эксперимент решает три

задачи: образовательную, воспитательную, развивающую, суть которых

состоит в следующем:

Образовательная цель – получить информацию о протекании химической

реакции, свойствах веществ и методах химической науки;

Воспитательная – сформировать убеждение, что опыт – инструмент

познания, что мир познаваем.

Развивающая – развитие наблюдательности, умение анализировать

явления, факты; делать обобщения и выводы.

В основе словесно – наглядно – практического метода лежит

практическая деятельность учащихся, которая не может осуществляться без

руководящего слова учителя и без использования элементов наглядности.

Главный путь этого метода – самостоятельная работа школьников. Ее формы:

коллективная, групповая и индивидуальная. Виды самостоятельной работы:

ученический эксперимент, решение химических задач и упражнений, работа с

литературой; выполнение творческих заданий; письменные работы контрольного

характера и т.д..

Самостоятельная работа – это наиболее важный путь освоения учащимися

новых знаний, умений и навыков в освоении методов химической науки.

Образовательная цель самостоятельной работы – освоение методов

химической науки, экспериментальными умениями; умениями работать с

учебником, литературой; производить расчеты; пользоваться химическим

языком.

Воспитательная цель - формирование черт личности школьника,

трудолюбия, настойчивости, товарищеской взаимопомощи.

Развивающая цель – развитие самостоятельности, интеллектуальных

умений, умение анализировать явления и делать выводы.

Самостоятельная работа может быть источником знаний, способом их

проверки, совершенствования и закрепления знаний, умений и навыков. Этот

вид деятельности учащихся формируется под контролем учителя.

Как показано выше, ученический эксперимент – вид самостоятельной

деятельности учащихся, запланированный в государственной программе по

химии. Это способ проверки истинности, приобретенных знаний; способствующий

более глубокому пониманию материала, усвоению знаний. Ученический

эксперимент можно подразделить на лабораторные опыты и практические работы.

Лабораторные опыты проводятся школьниками во время объяснения

учителем нового материала. Для этого ученические столы оснащаются

необходимым оборудованием и реактивами. Учитель руководит выполнением

эксперимента, оформлением отчета. Лабораторный опыт – источник знания, к

нему предварительно школьники не готовятся. В тетрадях делается

соответствующие записи.

Практические работы проводятся после изучения определенной темы или

раздела. Это уроки контролирующие знания, умения и навыки. К ним готовятся

заранее по инструкции, изложенной в учебнике. Перед допуском к выполнению

практической работы учитель проводит инструктаж по технике безопасности и

выполнению работы. Объясняются наиболее сложные моменты в работе. Работа

выполняется в течении 45 минут, оценки выставляются каждому ученику. Отчет

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7