Приёмы оптимизации процесса обучения учащихся решению расчётных химических задач

С.С. Мелеховец,

учитель химии ГУО «Лицей №1 имени А.С. Пушкина г. Бреста»

Приёмы оптимизации процесса обучения учащихся решению расчётных химических задач

“Три пути ведут к знанию: путь размышления –самый благородный,

путь подражания – самыйлёгкий, и путь опыта – этот путь самый горький”

Конфуций

Современная система образования должна не только вооружать школьника знаниями, но и предоставлять учащимся возможности для самообразования и личностного роста. Современный ученик должен быть восприимчив ко всему новому, отличаться мобильностью и динамизмом мышления, обладать способностью к быстрому обновлению знаний, расширению своего арсенала умений и навыков. Огромное значение имеет осознание учащимися ценности получаемых знаний, умений, навыков и опыта творческой деятельности для дальнейшей жизни. Очень важно научить ребят учиться эффективно и с удовольствием, чтобы каждый из них впоследствии смог в полной мере реализовать свои способности и возможности, состояться как человек и профессионал.

Актуальность

Каждый год из разных школ города в 10-е классы нашего лицея приходят новые ученики. Нами проводится предварительная диагностика образовательных затруднений при изучении химии. Учащиеся отмечают сложность материала для восприятия; большой объём новой информации по предмету; недостаточное количество времени на качественное закрепление полученных знаний. Большинство учащихся отмечают сложности в решении расчётных задач. Основной источник ошибок – затруднение в выборе способа решения. Слабое место в подготовке многих учащихся, как правило, не недостаточный объём знаний, а неумение применять их на практике, неумение находить общие тенденции и закономерности, видеть связь между условием и целью расчётов. Традиционная методика предусматривает решение задачи учителем, затем анализ и решение аналогичных задач учащимися коллективно или самостоятельно. В конечном счёте это приводит к составлению алгоритма. Как правило, такие шаблоны (алгоритмы) становятся малоэффективными, стоит перефразировать условие, иначе сформулировать вопрос, предложить комбинированную или усложнённую задачу. Поэтому видится целеобразным рассматривать любую задачу как новую ситуацию, в которой человек оказывается, имея за плечами определённый опыт. А решение задачи – как процесс адаптации к этой ситуации, в результате чего приобретается новый опыт. Эдвард де Боно, создатель концепции «нестандартного мышления», считает, что «всякий раз, когда ситуация вынуждает нас задуматься, мы испытываем потребность в информации, анализе и творческом мышлении» [из книги Эдварда де Боно «Серьёзное творческое мышление»].

В отечественной науке проблема мышления развивалась в рамках психологической теории деятельности. Её разработка связана с именами А.А. Смирнова, А.Н. Леонтьева и др. Мышление понимается как прижизненно формирующаяся способность к решению разнообразных задач и целесообразному преобразованию действительности. По мнению А.Н. Леонтьева мышление не существует вне накопленных человечеством знаний и выработанных им способов мыслительной деятельности: логических, математических и т.п. действий и операций, внутренняя мыслительная деятельность является не только производной от внешней, практической, но и имеет то же самое строение. В ней, как и в практической деятельности, могут быть выделены отдельные действия и операции. При этом внутренние и внешние элементы деятельности являются взаимозаменяемыми [8, с.252] На основе деятельностной теории мышления были построены известные теории обучения и развития, среди которых теории П.Я. Гальперина и В.В. Давыдова.

Цели и задачи опыта

Цель представляемого педагогического опыта – систематизация и адаптация к специфике школы третьей ступени методических приёмов по совершенствованию умений учащихся решать расчётные химические задачи. На пути её достижения важным считаю решение следующих задач:

1. Определение оптимальных способов решения задач различных типов на основе анализа методической литературы и практического опыта;

2. Разработка дидактического комплекта для формирования и совершенствования умений учащихся использовать различные приёмы при решении расчётных химических задач;

3. Составление алгоритмических предписаний [8, 7] для решения задач в форме систематизирующих таблиц, схем, логико-смысловых моделей, подготовка практических рекомендаций по их использованию.

Старшие школьники неизмеримо шире, чем подростки, пользуются приёмами запоминания – составлением планов и схем, конспектов, выделением основных мыслей, сравнением, соотношением нового с уже известным. Им приходится самостоятельно разбираться в изучаемом материале, в результате чего мышление приобретает всё более активный, самостоятельный и творческий характер [6, с.143]. Движущей силой образовательного процесса является противоречие между задачами, которые должны решать учащиеся и имеющимся у них запасом знаний и умений. Данное противоречие рождает потребность в освоении новых способов решения возникающих проблем, содействует умственному развитию учащихся. По мере приобретения опыта в решении задач различных типов, целесообразно использовать приёмы оптимизации, позволяющие решать задачи правильно и быстро. Это особенно актуально в выпускных классах, при подготовке к олимпиадам и ЦТ.

Этапы деятельности

Подготовительный этап – определение путей решения проблемы, сбор и структурирование информации. Для решения любой проблемы человек должен иметь или уметь найти необходимую информацию. В моей методической библиотеке около ста пособий и сборников задач, по которым составлен каталог. С его помощью можно легко найти теоретические материалы и задачи по любой теме школьного курса химии (Приложение 1).

В результате многолетней практической деятельности, анализа литературных источников, изучения опыта работы коллег был разработан авторский учебно-методический комплект, направленный на решение конкретной педагогической проблемы в области преподавания химии –

обучения учащихся решению расчётных химических задач:

Решение расчётных задач по химии

Дидактический модуль (для оснащения деятельности ученика)

Методический модуль (для оснащения деятельности учителя)

Информа-ционный компонент

(Приложение 4)

Диагности-ческий компонент

(Приложение 6)

Процессуаль-но-инструмен-тальный компонент

(Приложение 3)

Библиографи-ческий

компонент

(Приложение 1)

Обучающий компонент

(Приложение 5)

Структурно-тематический компонент

(Приложение 2)

Операционно-деятельностный этап - проектирование, осуществление и анализ деятельности по формированию и совершенствованию навыков решения расчётных химических задач учащимися.

Подбирая или составляя задачи, я учитываю где, когда и с какой целью будут решать задачи учащиеся: в классе – знакомясь с определённым типом задач или отрабатывая навыки их решения; дома – в виде индивидуального домашнего задания на отметку; для контроля знаний – как вариант заданий самостоятельной или контрольной работы. В любом случае, я стараюсь разнообразить формулировки условий и формы постановки вопросов. Все письменные работы составлены в 24-30 вариантах, в процессе составления задач я записываю данные условия, результаты промежуточных расчётов и ответы в таблицы, что позволяет быстро и легко проверить правильность решения (Приложение 2). Часто использую задачи с технологическим, валеологическим, и экологическим содержанием, что вызывает у учащихся интерес, повышает мотивацию, делает процесс решения задач личностно значимым для ребёнка, способствует прочному усвоения знаний.

Оптимальный результат, на мой взгляд, может быть достигнут только при работе в атмосфере доброжелательности, взаимопомощи и сотрудничества в достижении цели, при разумном сочетании коллективных, групповых и индивидуальных форм деятельности, с учётом личностных особенностей каждого участника образовательного процесса. Я разделяю мнение В.Т.Кабуша, который говорил, что хорошие учителя “идут не со знаниями к ученику, а с учеником к знаниям”. Создание ситуации успеха, обеспечение возможности выбора, правильная мотивация и целеполагание, эмоциональное, живое общение, обращение к примерам из повседневной жизни делают процесс приобретения и усвоения новых знаний увлекательным и продуктивным. “Если действия или поступки производятся только на основе холодных доводов рассудка, то они значительно менее успешны, чем в том случае, когда такие действия поддерживаются эмоциями” [10, с.114]

Рефлексивный этап заключается в постоянной коррекции процесса обучения учащихся решению задач на основе анализа его результативности. Разумеется, итоги не всегда удовлетворяют, поэтому я стараюсь объективно и критически оценить успехи и неудачи совместной с учащимися деятельности, изменить или найти другие, более эффективные, способы её осуществления.

Сущность опыта: отбор оптимальных методических приемов и дидактических средств организации освоения учащимися способов решения расчетных задач разнличных типов по химии в условиях лицейского образования с учётом различных направлений обучения (химико-биологического, физико-математического, филологического).

Обучение решению задач – важнейший аспект преподавания химии. Одна из приоритетных педагогических задач – помочь ребятам научиться встраивать новые знания в уже имеющуюся систему знаний, эффективно их использовать, оптимизировать процесс решения химических задач. Расчётные задачи “способствуют более глубокому пониманию, усвоению и применению учащимися химических понятий, законов, теорий и фактов, … именно они отражают количественную сторону химии как точной науки” [1, 190].

Содержание учебного предмета химии, ориентированного на установление и раскрытие причинно-следственных связей химических явлений и процессов, предоставляет широкие возможности для включения учащихся в прогностическую деятельность, которая основана на мышлении и включает не только знания, но и апарат их переработки. В процессе решения задач прогнозируется “не столько искомый объект, сколько способы действий, при помощи которых нужный объект ищется” [9, с.32].

Почти каждая химическая задача может быть решена несколькими способами, в процессе педагогического взаимодействия нами анализируются эти способы с точки зрения их эффективности. Учащиеся с математическим складом мышления чаще решают задачи, сравнивая величины, используя понятия «моль» и «коэффициент пропорциональности». Эти же способы разумно применять, если в условии задачи даны значения величин, кратных их молярным массам или объёмам. 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, неудобные для сравнения или вычисления количества вещества. Конечно, можно и нужно при необходимости использовать готовые математические формулы. Однако в классах физико-математического направления ребята часто используют «физические» методы решения химических задач – выводят конечную формулу в общем виде и только потом подставляют численные значения. Это приводит к усложнению записи решения, увеличивается вероятность ошибок из-за неправильного использования величин и громоздких математических расчётов. Иногда это просто «жонглирование» цифрами без ясного понимания цели.

В процессе решения не исключены ошибки. Это может быть следствием неправильного понимания или неудачного использования химического понятия, неверно записанного уравнения, нарушения логики взаимосвязи известных и неизвестных величин, логики мышления при решении; ошибки в математических расчётах. Чем тщательнее будет сделан анализ решения задачи, тем вероятнее выявление допущенных ошибок и их исправление, тем эффективнее окажется процесс овладения данной методикой.

Между пониманием того, как решить задачу и возможностью её решить имеется существенная разница. Фактически усвоение действия происходит только через выполнение этого действия самим учеником, а не путём наблюдения за действиями других людей [10, 208 с.] Прежде чем стать умственным, обобщённым, сокращённым и освоенным действие проходит несколько этапов усвоения:

Формирование действия во внешней речи про себя

Формирование действия в материальном (материали-зованном) виде

Составление схемы ориентировоч-ной основы

действия

Формирование действия как внешне-речевого

Формирование действия во внутренней

речи

Таким образом, совершенствовать умения решать задачи можно, только постоянно их решая. Для того, чтобы возбудить интерес, не нужно указывать цель, а потом пытаться мотивационно оправдать действие в направлении заданной цели, но нужно, наоборот, создать мотив, а затем открыть возможность нахождения цели. [10, с.189].

Остановлюсь на некоторых приёмах, которые часто использую на уроках и во внеурочной деятельности. Оптимизации процесса решения химических задач способствует использование структурированных таблиц и схем. Они компактны: данные из условия классифицируются, сразу подставляются под формулами, находятся непосредственно перед глазами. Всё это позволяет избежать дублирования записей и сокращает временные затраты. (Приложение 7). Таблицы и схемы выявляют логику решения, помогают спланировать и наглядно его представить, понять протекающие химические процессы. Легко просматриваются альтернативные способы решения, облегчается проверка полученного результата. Это особенно актуально для задач, в которых фигурируют переменные величины (когда идёт речь о смесях вешеств, протекают параллельные реакции, имеет место состояние химического равновесия и т.п.), для задач с неполным или избыточным набором данных. Некоторые задачи целесообразно “нарисовать” (Приложение 8).

Приём ассоциативного моделирования – отображение химических веществ, явлений и процессов с помощью символических (знаковых) моделей. В психологии известна методика “проективных расстановок”, когда свойствами определённых (в нашем случае – химических) объектов наделяются учащиеся, которые как бы “проигрывают” ситуацию, изображая явления и процессы, о которых идёт речь в задаче (Приложение 9).

Приём “несформулированный вопрос”. Вопрос в задаче логически вытекает из данных, но специально не формулируется. Анализ задачи начинается с внимательного прочтения условия, осмысления логики химических и математических отношений и зависимостей, затем самостоятельной постановки вопроса (или нескольких вопросов). Активная, самостоятельная работа мысли начинается только тогда, когда перед человеком возникает проблема, вопрос. (6, с.182). В данном случае учащиеся не только решают проблемы, но и сами их формулируют. (Приложение 10)

Приём сокращения деятельностных операций – например, замена уравнений последовательных реакций стехиометрической схемой «исходное вещество – конечный продукт», проведение части вычислений уже в процессе записи данных из условия под формулами, осуществление некоторых расчётов на основе знания основных химических понятий и законов, знаний о свойствах веществ и особенностях их взаимодействия друг с другом. Сокращение операций значительно экономит время на решение задачи, способствует развитию у ребят интеллектуальных способностей, нестандартного мышления, внимания, сосредоточенности и аккуратности в работе (Приложение 11).

Приём «обратной связи». Показывая образец решения той или иной задачи, я стараюсь добиться полного осмысления учащимися каждого из её этапов. А затем, обычно в качестве домашнего задания, прошу ребят составить и решить задачи, аналогичные или обратные данной. На следующем уроке учащиеся обмениваются составленными задачами, решают их, затем «авторы» проверяют правильность решения. Этот приём позволяет более глубоко понять суть задачи, рассмотреть её, можно сказать, со всех сторон. Подбирая численные данные, ребёнок перебирает множество вариантов, многократно осуществляет одни и те же вычислительные операции, доводя их практически до автоматизма. В ходе обсуждения составленных задач развиваются навыки сотрудничества, взаимопомощи и взаимооценки. Учащиеся делятся опытом, а «когда учишь других, то учишься сам» [4, с.69].

Приём «дежавю» (название предложили ученики) появился в моём арсенале совершенно случайно. После урока в 10 классе на доске осталась запись краткого условия и решения задачи. На следующем уроке учащиеся 11 класса заинтересовались этой задачей. Вместо объяснений я начала сама задавать вопросы: как вы думаете, по какой теме данная задача? о каких процессах идёт речь? какого типа задача? каковы её особенности? и т.п. В результате ребята практически воспроизвели условие задачи. Далее я предложила составить аналогичную задачу на изучаемом материале органической химии. Этот приём позволяет очень быстро восстановить в памяти способы решения задач по пройденным темам, а самое главное – убедится, что эти способы актуальны и для решения новых задач. Не важно, идёт речь о неорганических веществах или органических, существуют некие единые подходы, всё подчинено одним и тем же правилам и законам. Осознание этого единства позволяет учащимся эффективно применять имеющиеся у них знания для решения самых разных задач, не только химических. Создаются благоприятные условия для интеграции знаний на внутри- и межпредметном уровне.

Результативность и эффективность опыта.

Решение в ходе обучения химии разнообразных задач интенсивно развивает интеллектуальную сферу сознания, особенно логическое мышление. Ученики активно занимаются поиском правильного решения, самостоятельно добывают новые знания, учатся планировать, проектировать, осуществлять, анализировать и корректировать собственную деятельность.

Приведение имеющихся знаний в систему, установление взаимосвязей между теоретическими знаниями и их практическим применением, приобретённые учащимися навыки логического мышления, позволяют не только решать расчётные задачи, но и быстро производить мыслительные и деятельностные операции при выполнении тестовых заданий. По результатам ЦТ средний балл выпускников нашего лицея по химии стабильно 60-65 баллов.

Различные приёмы оптимизации решения расчётных задач широко используются нами при подготовке учащихся к олимпиадам.

Деятельность, направленная на повышение познавательной активности и мотивации лицеистов на продолжение образования способствует осознанному выбору будущей профессии. Это, пожалуй, самое главное – помочь ребёнку определиться с приоритетным направлением, т.е. с той областью науки или творчества, которая позволит ему максимально раскрыть свои способности, будет отвечать его интересам и, возможно, в будущем станет основной сферой его деятельности.

Заключение

Решение задач с использованием предложенных методов и приёмов можно рекомендовать в основном для школы третьей ступени, особенно при подготовке к ЦТ и олимпиадам, когда у ребят уже имеется солидная теоретическая база, отработаны практические навыки и большинство вычислительных операций осуществляется автоматически.

Развитие интеллектуальной сферы личности эффективнее всего происходит, когда усвоение знаний, умений и навыков из цели образования превращается в средство развития способностей учащихся. Решение любой задачи должно быть не только верным, но и «красивым» – рациональным, чётким, логичным, понятным. Каждая решённая задача – это маленький шаг, ступенька на пути к самоутверждению, маленькая победа над собой.

Литература:

1. Аршанский Е.Я. Настольная книга учителя химии: учебно-методическое пособие для учителей / Е.Я.Аршанский, Г.С.Романовец, Т.Н.Мякинник; под ред. Е.Я.Аршанского. – Минск: Сэр-Вит, 2010. – 352 с.

2. Вивюрский В.Я. Учись приобретать и применять знания по химии: Кн.для учащихся / В.Я.Вивюрский. – М.: Просвещение, 1987. – 96 с.

3. Дьяченко В.К. Организационная структура учебного процесса и ее развитие / В.К.Дьяченко. – Москва: Педагогика, 1989. – 159с.

4. Запрудский Н.И. Контрольно-оценочная деятельность учителя и учащихся: пособие для учителя / Н.И. Запрудский – Минск: Сэр-Вит, 2012. – 160 с.

5. Запрудский Н.И. Моделирование и проектирование авторских дидактических систем: пособие для учителя / Н.И. Запрудский – Минск, 2008. – 336 с.

6. Крутецкий В.А. Психология обучения и воспитания школьников / В.А.Крутецкий. – М.: “Просвещение”, 1976. – 304 с.

7. Немов Р.С. Психология. Учеб.для студентов высш.пед.учеб.заведений. В 3 кн. Кн.1. Общие основы психологии / Р.С. Немов. – М. Просвещение: ВЛАДОС, 1995. – 576 с.

8. Пак М.С. Алгоритмика при изучении химии / М.С.Пак. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2000. – 112 с.

9. Титова И.М. Обучение химии. Психолого-методический подход / И.М.Титова. – СПб.: КАРО, 2002. – 204 с.

10. Фридман Л.М. Психологический справочник учителя / Л.М.Фридман, И.Ю. Кулагина. – М.: Просвещение, 1991. – 288 с.

11. Фридман Л.М. Наглядность и моделирование в обучении / Л.М.Фридман – М.: Знание, 1984. – 80 с.

Приложение 1. Каталог по теме «Высокомолекулярные соединения»

Приложение 2. Многовариантные задачи для самостоятельных и контрольных работ (жирным шрифтом выделены ответы):

Задача 1:Средняя скорость образования вещества А равна υ моль/дм³·с.

Какая масса вещества А образуется в сосуде объёмом V (дм³) через t с после начала реакции?

Задача 2: В каком объёме (массе) газа А содержится столько же протонов

(электронов), сколько их имеется в Х г (дм³) газа В?

Задача 3: Масса V дм³ газа А при н.у. равна m г.

Найдите молярную массу газа А и его плотность по газу В

Задача 4: Температурный коэффициент реакции равен γ. При температуре t₁ реакция протекает за время τ₁. За какое время реакция будет протекать при температуре t₂?

Задача 5: Какую массу (объём) вещества А может присоединить жир

массой m г, если его состав выражается формулой С₅₇Н_хО₆?

Приложение 3.

Задачи для работы на уроке по теме «Высокомолекулярные соединения»

1. Средняя молярная масса полиметилметакрилата равна 1×10⁶ г/моль. Укажите среднюю степень полимеризации.

2. Средняя молярная масса полимера, полученного при совместной полимеризации стирола и акрилонитрила равна 392500 г/моль (мольное соотношение реагентов 1:1). Укажите среднее число мономерных звеньев в макромолекуле полимера

3. Укажите соотношение соответственно стирольных и бутадиеновых звеньев в бутадиенстирольном каучуке, если образец его массой 2,66 г обесцвечивает раствор бромной воды массой 96 г с массовой долей брома 5%

4. Перхлорвинил является продуктом хлорирования поливинилхлорида. Определите соотношение метиленовых и хлорметиленовых звеньев в образце перхлорвинила, содержащего 59% хлора по массе

5. Масса глюкозы, полученной при гидролизе крахмала, на 9,0 г больше массы крахмала. Какая масса крахмала подверглась гидролизу?

6. Средняя степень полимеризации целлюлозы равна 2000. Какая минимальная масса воды нужна для полного гидролиза целлюлозы химическим количеством 1·10³ моль

7. При взаимодействии гексаметилендиамина и адипиновой кислоты образуется высокомолекулярное соединение, в котором число остатков обоих мономеров одинаково. К моменту, когда прореагировало 6,96 г гексаметилендиамина, образовалась вода массой 2,115 г. Укажите среднее число остатков гексаметилендиамина в молекуле образовавшегося высокомолекулярного соединения.

Приложение 4. Обобщающая таблица «Высокомолекулярные соединения»

Приложение 5. Примерный алгоритм работы над задачей:

Приложение 6. Самостоятельные работы по решению расчётных задач:

Спирты

Задание 1. Вычислите относительную молекулярную массу спирта

формула которого C₂H₅OH

Задание 2. Молярная масса спирта 74 г/моль. Найдите молекулярную

формулу этого вещества, запишите его структурную формулу.

Задание 3. Какая масса этилата натрия образуется при взаимодействии

138 г этанола с 92 г металлического натрия.

Задание 4. Смесь этанола и метанола массой 110 г может прореагировать

с 3 моль HCl. Определите количественный состав исходной смеси.

Основные химические понятия и законы

1 задание: Найдите массу (в граммах) молекулы NH₃

2 задание: Какой металл имеет массу атома равную 3,82 ∙ 10²³ г?

3 задание: Найдите число формульных единиц и атомов в 28,4 г Na₂SO₄

4 задание: Какой объём при н.у. занимает SO₂массой 12,8 г?

5 задание: Найдите массовую долю хлора в AlCl₃

6 задание: Масса 12 л газа при н.у. равна 18,2 г. Найдите молярную массу

газа

7 задание: Найдите массу железа в 76 г сульфата железа (II)

8 задание: Установите формулу оксида, если массовая доля олова в нём

равна 78,81%

Решение задач на газовые законы

1. Найдите молярную массу газа, если при н.у. он занимает объём 8 дм³

и имеет массу 13,036 г

2. Чему равна плотность HCl по NH₃?

3. Массовые доли H₂S и HBr в смеси равны соответственно 0,0807 и 0,9193

Чему равны объёмные доли этих газов в смеси?

4. Найдите массовые доли H₂ и H₂Se в смеси, если их объёмные доли равны

соответственно 0,25 и 0,75

5. Количествo газовой смеси 2,1 моль. Найдите количества N₂O и HF

в этой смеси, если её молярная масса равна 29,143 г/моль

6. Найдите молярную массу смеси СO₂ и NO, если количества атомов

C и O в ней относятся как 2 : 7

Приложение 7. Решение задач с использованием таблиц и схем

Задача 1. В смеси SO₂ и SO₃ на каждые 5 атомов серы приходится 12 атомов кислорода. Определите объёмную долю сернистого газа в смеси.

Ответ: φ(SO₂) = 60%

Задача 2. Найдите массовую долю формальдегида в формалине, в котором на 11 протонов приходится 9 нейтронов

Ответ: w (СН₂О) = 25%

Задача 3. К 250 мл смеси NO и NO₂ добавили 100 мл О₂. После реакции общий объём смеси стал равен 300 мл. Определите состав исходной и конечной смеси в объёмных и массовых долях.

2NO + O₂ = 2NO₂

∆V = 2x + x – 2x = x = 50

Ответ: φ (NO₂) = 83,3%, φ (O₂) = 16,7%,

w (NO₂) = 87,8 %, w (O₂) = 12,2 %

Приложение 8. «Рисуем» задачу

Задача 4. В раствор нитрата серебра массой 320 г с массовой долей соли 20% погрузили железную пластинку массой 48 г. Через некоторое время масса пластинки увеличилась на 12%. Найдите массовые доли веществ в растворе после реакции.

Решение:

Fe

Ag

р-р

AgNO₃

m_пласт.=48г m_р =320 г Δm ⁰_.=2M(Ag) – M(Fe)=

w = 20% = 216 – 56 = 160г

Δm_пласт.= 48×0,12 = 5,76 г 1 моль Fe – 160 г

х моль Fe – 5,76 г х = 0,036 моль

2 моль 1 моль 1 моль 2 моль

2AgNO₃ + Fe → Fe(NO₃)₂ + 2Ag

Было: m_р =320 г

w = 20%

m_в-ва= 64 г

Прореагировало: n = 0,072 моль n= 0,036 моль n= 0,036 моль n= 0,072 моль

m_в-ва=12,24 г

Стало: m_в-ва =51,76 г m_в-ва =6,48 г

После реакции: m_р-ра =320– 5,76 = 314,24 г

w(AgNO₃) = 51,76 / 314,24 = 0,1647

w(Fe(NO₃)₂) = 6,48 / 314,24 = 0,0206

Ответ: w(AgNO₃) = 16,47%

w(Fe(NO₃)₂) =2,06%

Задача 5. Какой объём (см³) водного раствора уксусной кислоты в воде с массовой долей СН₃СООН 40% (ρ=1,05г/см³) следует добавить к 150 г раствора уксусного ангидрида в уксусной кислоте с массовой долей (СН₃СО)₂О 50%, чтобы получить 25% раствор уксусного ангидрида?

Решение:

w((CH₃CO)₂O) = 50% р-р уксусной кислоты

m((CH₃CO)₂O) = 75г m = x г

ρ = 1,05 г/см³

р-р уксусного ангидрида + w(H₂O) = 60%

m = 150 г m(H₂O) = 0,6 x

n(H₂O) = 0,0333x

w(CH₃COOН) = 50% w(CH₃COOН) = 40%m(CH₃COOН) = 75 г m(CH₃COOН) = 0,4x

(CH₃CO)₂O + H₂O → 2CH₃COOН

n=0,0333x n=0,0667x Н₂О

М=18 г/моль М=60 г/моль

(CH₃CO)₂O

m (CH₃COOН)_образ.= 4 х (г)

m (CH₃COOН)_общ.= 75 + 0,4x + 4x = 75 + 4,4х (г)

m (р-ра)_общ. = 150 + х (г)

w(CH₃COOН)_общ.= 75%

w((CH₃CO)₂O) = 25%

р-р уксусного ангидрида

m (в-ва)= w× m (р-ра)

75 + 4,4х = 0,75×(150 + х)

3,65 х = 37,5

х = 10,274 – масса раствора CH₃COOН; V(р-ра) = m/ρ = 10,274 / 1,05 = 9,78 см³

Ответ: V((CH₃CO)₂O)_р-ра = 9,78 см³

Приложение 9. Приём ассоциативного моделирования

Задача 6: Сколько различных дипептидов может образоваться при взаимодействии двух аминокислот: цистеина и триптофана.

При образовании дипептида важна последовательность соединения аминокислотных остатков между собой, можно решить задачу даже не зная формул приведенных в условии аминокислот

Решение:

1) Обозначим аминокислоты соответственно буквами А и Б (или Ц и Т), определим возможные варианты последовательностей их соединения в пары:

А-А, А-Б, Б-Б, Б-А

2) Вместо буквенных обозначений представим аминокислоты в виде кубиков разного цвета, фигур разной формы, васильков и ромашек, игрушечных “зайчиков” и “мишек” и т.п.

Методика “проективных расстановок”: две аминокислоты – цистеин и триптофан изображают соответственно мальчики и девочки. Они в разном порядке образуют пары. Возможные варианты: мальчик- мальчик, девочка- девочка, мальчик - девочка, девочка – мальчик

Ответ: 4 дипептида

Задача 7: При взаимодействии терефталевой кислоты с этиленгликолем (избыток) образуется высокомолекулярное соединение, в котором число остатков первого мономера на один меньше, чем второго. К моменту, когда прореагировало 1,705 г этиленгликоля, образовалась вода массой 0,945 г. Укажите среднее число остатков терефталевой кислоты в молекуле ВМС.

Главное в решении этой задачи – правильно расставить коэффициенты в уравнении реакции сополиконденсации: О О

|| ||

(n+1) НО – СН₂ – СН₂ – ОН + n НО – С – – С – ОН →

этиленгликоль

О О терефталевая кислота

|| ||

→Н –(О – СН₂ – СН₂ – О – С – – С)_n – О– СН₂ – СН₂ – ОН + 2n H₂O

Не все ребята понимают, почему коэффициенты именно такие. Вводим буквенные обозначения мономеров – Э и Т. Предположим, n = 4, составим формулу продукта реакции: Э-Т-Э-Т-Э-Т-Э-Т-Э, вода выделяется в местах взаимодействия гидроксогрупп друг с другом (обозначены «-»), легко найти число молекул воды – 8, т.е. 2n. Дальнейшее решение сводится к составлению и решению пропорции: n(Э) = 1,705 ÷ 62 =0,0275 моль,

n(Н₂О) = 0,945 ÷ 18 = 0,0525 моль

; 0,0275 ×2n = 0,0525n + 0,0525; n = 21

Ответ: n(С₈Н₆О₄)= 21

Приложение 10. Задачи с несформулированным вопросом:

Задача 8. При взаимодействии 9,84 г оксида железа (III) и оксида углерода (II) получается 5,73 г железа и выделяется углекислый газ.

Возможные вопросы: Чему равен выход продукта реакции? (задача на выход) Какой объём СО затрачен на восстановление? (задача на избыток-недостаток) Какой объём СО₂ выделился? Какой минимальный объём известковой воды необходим для поглощения выделившегося углекислого газа?

Задача 9. Железную пластинку массой 8 г выдержали в 250 г раствора сульфата меди (II) cw=15%, после чего масса пластинки составила 8,77 г.

Возможные вопросы: Какая масса меди выделилась на пластинке? Найдите массовую долю сульфата меди (или сульфата железа) в растворе после реакции? Какая масса 20% раствора гидроксида натрия необходима для осаждения из полученного раствора всех ионов меди и железа?

Задача 10. При гидролизе образца некоторого ненасыщенного жира образовалось 50,6 г глицерина и высшая карбоновая кислота. Такой же образец жира может присоединить 36,96 дм³ (н.у.) водорода.

Возможные вопросы: Установите молекулярную формулу жира. Сколько двойных связей содержит молекула жира? Какая масса жира подверглась гидролизу? Какая масса воды потребуется для гидролиза? Какая масса 5% бромной воды может прореагировать с данным жиром? Какая масса 20% раствора гидроксида калия потребуется для нейтрализации образовавшейся кислоты?

Приложение 11. Приём сокращения деятельностных операций

Задача 11. Смесь массой 0,752 г, состоящую из FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ нагревали в токе водорода да прекращения изменения массы. Было получено 0,56 г твёрдого остатка. Смесь такого же состава массой 1,504 г полностью растворили в соляной кислоте массой 27,0 г с массовой долей НСl 7,3%. При этом образовалась только одна соль. Укажите максимальную массу (мг ) железа, которое можно дополнительно растворить в полученном растворе.

Решение: Составим схему задачи и напишем под веществами данные из условия:

(расчёты проводим в указанном порядке, фиксируем только результаты)

FeO 1 моль 2 моль

Fe₂O₃ → Fe → FeCl₂

Fe₃O₄ + 2 HCl

m₁ = 0,752 г m = 0,56 г m_р-ра= 27,0 г

m₂ = 1,504 г 1) n₁ = 0,01 w_в-ва = 0,073

1) 2) n₂ = 0,02 3) m _в-ва = 1,971 г

Масса второго образца в 2 раза больше, значит 4) n _в-ва = 0,054 моль

и железа в нём в 2 раза больше, т.е. 0,02 моль. 5) n _{прореаг.} = 0,04 моль

6) n _{оставш..} = 0,014 моль

С избытком HCl (n = 0,014 моль) прореагирует в 2 раза меньше железа, т.е.

7) n = 0,007 моль

8) m = 0,392 г = 392 мг

Ответ: m(Fe) = 392 мг