Билет 24
1.Расчетные задачи по химии, классификация и методические подходы к решению задач.
Исследования проблемы обучения учащихся решению задач показывают, что несформированность умений является следствием следующих причин:
решая задачу, не осознают должным образом свою собственную деятельность, т.е. не понимают сущности задач и хода их решения;
не всегда анализируют содержание задачи, проводят ее осмысление и обоснование;
не вырабатывают общие подходы к решению и не определяют последовательность действий;
часто неправильно используют химический язык, математические действия и обозначение физических величин и др.;
Преодоление этих недостатков является одной из главных целей, который ставит перед собой учитель, приступая к обучению решению расчетных задач.
Роль и место расчетных задач в курсе химии
Химическая учебная задача – это модель проблемной ситуации, решение которой требует от учащихся мыслительных и практических действий на основе знания законов, теорий и методов химии, направленная на закрепление, расширение знаний и развитие химического мышления.
Значение решения задач:
Во-первых, это практическое применение теоретического материала, приложение научных знаний на практике.
Решение задач как средство контроля и самоконтроля развивает навыки самостоятельной работы; помогает определить степень усвоения знаний и умений и их использования на практике; позволяет выявлять пробелы в знаниях и умениях учащихся и разрабатывать тактику их устранения.
Во-вторых, прекрасный способ осуществления межпредметных и курсовых связей, а также связи химической науки с жизнью.
Место задач в курсе химии:
При объяснении нового материала задачи помогают иллюстрировать изучаемую тему конкретным практическим применением, в результате учащиеся более осознанно воспринимают теоретические основы химии.
Решение задач дома способствует привлечению учащихся к самостоятельной работе с использованием не только учебников, но и дополнительной литературы.
С целью контроля и учета знаний лучшим методом также является расчетная задача, т.к. при ее решении можно оценить все качества ученика, начиная от уровня знания теории до умения оформлять решение в тетради.
Классификация задач
Общепризнанной является классификация химических задач на качественные и количественные, которые решаются устным, письменным и экспериментальным способом:
Химические расчетные задачи можно условно разделить на три группы:
Задачи, решаемые с использованием химической формулы вещества или на вывод формулы.
Задачи, для решения которых используют уравнение химической реакции.
Задачи, связанные с растворами веществ.
Простейшие расчетные задачи
I. Задачи, которые решаются без использования уравнений реакций:
Расчеты соотношений масс элементов в веществах.
Расчеты массовой доли элемента в соединении по его формуле.
Расчеты по соотношениям “масса – моль”.
Расчеты по соотношениям “объем – моль”.
Расчеты с использованием относительной плотности газов.
Выведение простейшей формулы вещества.
Выведение истинной формулы вещества.
Расчеты с использованием числа Авогадро.
Задачи, связанные с растворами веществ.
Задачи на смеси.
II. Задачи, решаемые с использованием уравнений химических реакций.
Расчет массы веществ по известной массе другого вещества.
Расчеты по соотношению “масса – моль”.
Расчеты по соотношению “объем – моль”.
Задачи с использованием понятия “избыток”.
Задачи с использованием веществ, одно из которых содержит примеси.
Задачи на выход продукта реакции и на производственные потери.
Задачи на нахождение химической формулы.
Задачи, в которых вещества даны в виде растворов.
Задачи на смеси.
Каждый их этих видов задач включает еще несколько типов задач.
Дидактическая классификация расчетных задач
1. Для усвоения соотношений физических величин:
а) для демонстрации учителем;
б) для самостоятельной работы учащихся.
2. Для усвоения количественных характеристик объектов изучения:
а) по отдельным вопросам темы;
б) по теме в целом;
в) по разделу в целом;
г) по курсу в целом.
3. Для контроля:
а) текущего (опрос);
б) тематического;
в) по разделу;
г) по курсу.
2.Методические основы изучения темы «Окислительно – восстановительные реакции» в курсе среднего (полного) общего образования (профильный уровень).
Одним из трудных вопросов изучения реакций на электронном уровне являются окислительно-восстановительные процессы. Основные понятия этой системы знаний: степень окисления, окисление, восстановление, окислитель, восстановитель, окислительно-восстановительная реакция – сосредоточены в теме « Химическая связь. Строение вещества.» В IX и X классах их изучают и используют в совокупности. Важно определить признак реакций окисления-восстановления. В методической литературе существуют три подхода к его выделению:
По изменению степени окисления.
По переходу электронов от одних частиц или атомов к другим.
По изменению электронной плотности (перераспределение плотности)
Следовательно, как важнейший признак окислительно-восстановительных реакций должно быть выделено наличие окислителя и восстановителя и изменение степени окисления атомов элементов реагирующих веществ. На основе этого признака раскрывается содержание основных понятий и дается их определение.
Окислительно-восстановительная реакция – это процесс, в ходе которого происходит изменение степени окисления элементов вследствие полного или частичного смещения электронов 9или переноса радикалов). Поэтому окисление сопровождается увеличением, а восстановление – уменьшением степени окисления. Число смещаемых электронов и направление смещения легко определить вычитанием конечной степени окисления из исходной.
Сформированное понятие об окислительно-восстановительных реакциях необходимо ввести в общую систему знаний о химическом процессе. Необходимость оперировать понятием «окислительно-восстановительная реакция» требует формирования у учащихся умений применять язык химии. Обобщенным будет умение полностью составить уравнение конкретной реакции. Многие учащиеся не справляются с этой задачей. Известные трудности формирования этого умения обусловлены его сложной структурой. Чтобы облегчить его формирование, необходимо следующее:
А) предварительная поэтапная отработка элементарных операций;
Б) постепенное их усложнение и «свертывание»;
В) применение системы усложняющихся упражнений на определение степени окисления, на распознавание процессов окисления и восстановления, на подсчет числа электронов и лишь затем на расстановку коэффициентов;
Г) использование алгоритмического предписания как некоторый ориентир действий при расстановке коэффициентов.
При изучении систематики элементов в VIII и IX классах знания учащихся об окислительно-восстановительных реакциях и соответствующих им умениях углубляются, расширяются, совершенствуются. Здесь они знакомятся с конкретными окислителями и восстановителями и их реакциями, рассматривают изменения окислительных и восстановительных свойств элементов и их соединений в подгруппах, познают частную зависимость окислительной и восстановительной функций от степени окисления. Усвоение конкретных реакций совершенствует навык составления уравнений.
Качественно новый этап в изучении окислительно-восстановительных реакций – теория электролитов. Внимание учащихся направлено на познание особенностей их протекания в растворах. Здесь важно познакомить их с новым видом окислителей и восстановителей – ионами, выявить и раскрыть закономерности протекания таких реакций в водных растворах. Именно они должны здесь стать главным предметом обсуждения.
В процессе окислительно-восстановительной реакции восстановитель отдаёт электроны, то есть окисляется; окислитель присоединяет электроны, то есть восстанавливается. Причём любая окислительно-восстановительная реакция представляет собой единство двух противоположных превращений — окисления и восстановления, происходящих одновременно и без отрыва одного от другого.
Окисление
Окисление - процесс отдачи электронов, с увеличением степени окисления.
При окисле́нии вещества в результате отдачи электронов увеличивается его степень окисления. Атомы окисляемого вещества, называются донорами электронов, а атомы окислителя — акцепторами электронов.
В некоторых случаях при окислении молекула исходного вещества может стать нестабильной и распасться на более стабильные и более мелкие составные части (см. Свободные радикалы). При этом некоторые из атомов получившихся молекул имеют более высокую степень окисления, чем те же атомы в исходной молекуле.
Окислитель, принимая электроны, приобретает восстановительные свойства, превращаясь в сопряжённый восстановитель:
окислитель + e− ↔ сопряжённый восстановитель.
[править]
Восстановление
Восстановле́нием называется процесс присоединения электронов атомом вещества, при этом его степень окисления понижается.
При восстановлении атомы или ионы присоединяют электроны. При этом происходит понижение степени окисления элемента. Примеры: восстановление оксидов металлов до свободных металлов при помощи водорода, углерода, других веществ; восстановление органических кислот в альдегиды и спирты; гидрогенизация жиров и др.
Восстановитель, отдавая электроны, приобретает окислительные свойства, превращаясь в сопряжённый окислитель:
восстановитель — e− ↔ сопряжённый окислитель.
Несвязанный, свободный электрон является сильнейшим восстановителем.
[править]
Виды окислительно-восстановительных реакций
Межмолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах разных веществ, например:
Н2S + Cl2 → S + 2HCl
Внутримолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах одного и того же вещества, например:
NH4NO3 → N2O + 2H2O
Диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление) — реакции, в которых атомы с промежуточной степенью окисления превращаются в эквимолярную смесь атомов с более высокой и более низкой степенями окисления, например:
Cl2 + H2O → HClO + HCl
Репропорционирование (контрпропорционирование) — реакции, в которых из двух различных степеней окисления одного и того же элемента получается одна степень окисления, например:
NH4NO3 → N2O + 2H2O
Окислительно-восстановительная реакция между водородом и фтором
Разделяется на две полуреакции:
1) Окисление:
2) Восстановление:
Окисление, восстановление
В окислительно-восстановительных реакциях электроны от одних атомов, молекул или ионов переходят к другим. Процесс отдачи электронов — окисление. При окислении степень окисления повышается:
Процесс присоединения электронов — восстановление. При восстановлении степень окисления понижается:
Атомы или ионы, которые в данной реакции присоединяют электроны являются окислителями, а которые отдают электроны — восстановителями.
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ
Степень окисления
Степень окисления - это условный заряд атома в молекуле, вычисленный в предположении, что молекула состоит из ионов и в целом электронейтральна.
Наиболее электроотрицательные элементы в соединении имеют отрицательные степени окисления, а атомы элементов с меньшей электроотрицательностью - положительные.
Степень окисления - формальное понятие; в ряде случаев степень окисления не совпадает с валентностью.
Атомы или ионы, которые в данной реакции присоединяют электроны являются окислителями, а которые отдают электроны - восстановителями.
Окислительно-восстановительные свойства вещества и степени окисления входящих в него атомов
Соединения, содержащие атомы элементов с максимальной степенью окисления, могут быть только окислителями за счет этих атомов, т.к. они уже отдали все свои валентные электроны и способны только принимать электроны. Максимальная степень окисления атома элемента равна номеру группы в периодической таблице, к которой относится данный элемент. Соединения, содержащие атомы элементов с минимальной степенью окисления могут служить только восстановителями, поскольку они способны лишь отдавать электроны, потому, что внешний энергетический уровень у таких атомов завершен восемью электронами. Минимальная степень окисления у атомов металлов равна 0, для неметаллов - (n–8) (где n- номер группы в периодической системе). Соединения, содержащие атомы элементов с промежуточной степенью окисления, могут быть и окислителями и восстановителями, в зависимости от партнера, с которым взаимодействуют и от условий реакции.
Билет 16