Стехиометрические расчеты по теме "Жёсткость воды"

Steiometric calculations on the topic of "Water hardness"

 

Автор: Бадмаева Антонина Борисовна

МБОУ «ЭМГ», Элиста, Республика Калмыкия, Россия

e-mail: ox1genium@yandex.ru

Badmaeva Antonina Borisovna

Elista, Republic Of Kalmykia, Russia

e-mail: ox1genium@yandex.ru 

 

Аннотация: Развитие логического мышления обучающихся является одним из приоритетных направлений работы школы. Технология "Укрупнение дидактических единиц" раскрывает возможности деятельности, познания, реализации и развития способностей обучающихся.

Abstract: The development of the logical thinking of students is one of the priority areas of the school's work. The technology "The consolidation of didactic units" reveals the possibilities of activity, cognition, implementation and development of the abilities of learners.

Ключевые слова: Стехиометрические расчеты, Жёсткость воды, укрупнение дидактических единиц.

Keywords: Stejometric calculations, Water rigidity, consolidation of didactic units.

Тематическая рубрика: Химия и материаловедение.

 

Развитие логического мышления обучающихся является одним из приоритетных направлений работы школы. Технология УДЕ раскрывает возможности деятельности, познания, реализации и развития способностей обучающихся.

Одним из взаимосвязанных подходов к обучению, рассматриваемые в публикации, является обеспечение единства процессов составления и решения задач. Составление и решение обратной задачи выступает простым и удобным критерием развития творческого мышления обучающихся – она «всегда приводит ученика к постановке новых проблем» (П.М. Эрдниев).  

Укрупнение дидактических единиц – это технология обучения, обеспечивающая самовозрастание знаний учащегося благодаря активизации у него подсознательных механизмов переработки информации посредством сближения во времени и пространстве мозга взаимодействующих компонентов доказательной логики и положительных эмоций (П.М. Эрдниев).

П. М. Эрдниев – педагог-новатор, автор научной школы высокоэффективной технологии математического образования укрупнением дидактических единиц (УДЕ), доктор педагогических наук, академик РАО, заслуженный деятель науки РСФСР, Лауреат премии Президента РФ (1998 г.), создал в России свою школу последователей УДЕ (учителя-экспериментаторы, методисты, ученые), автор многочисленных публикаций, монографий и учебных пособий, научный руководитель аспирантов и ученых (20 кандидатских и более 10 докторских диссертаций по проблемам внедрения технологии УДЕ в массовую практику школ и вузов).

Укрупненная дидактическая единица обладает качествами системности и целостности, устойчивостью к сохранению во времени и быстрым проявлением в памяти. Особую актуальность УДЕ приобретает в условиях введения ФГОС. Принципы технологии УДЕ способствуют формированию универсальных учебных действий, ключевых метапредметных компетенций, развитию учебно-познавательных возможностей обучающихся.

Главная особенность укрупнения единицы усвоения – создание условий для постижения богатства связей и переходов между компонентами единого знания.

Укрупненная дидактическая единица определяется не объемом химической информации, а наличием связей при выполнении обратных задач. С точки зрения психологии, составление обратной задачи является гораздо более сложным мыслительным процессом, чем решение готовой задачи, процедура составления которой требует активизации познавательной деятельности обучающихся. Иногда составление и решение обратной задачи становится условием понимания прямой задачи. Таким образом, анализ прямых и обратных задач в их разнообразных соотношениях, определение информационной основы задач, значительно активизирует мыслительную деятельность обучающихся и способствует организации урока на достаточно высоком методическом уровне.

Матрица-обращение позволяет моделировать условия и определить неизвестный вопрос для обратных задач (Б. П. Эрдниев). От числа физических параметров прямой расчетной задачи в основном зависит и число обратных задач. В отличие от общепринятой записи условий задач предлагается строчная запись, внесенная в матрицу. Непременным условием решения обратных задач является составление текста задачи. Совокупность прямой и обратной задач приводит к достижению системности знаний по химии.

 

Жесткость  воды обусловливается содержанием веществ, образованных двухзарядными катионами металлов Ca2+, Mg2+, Fe2+. 

Опыт 1. Способность раствора мыла образовывать устойчивую пену в воде разной жесткости. Даны образцы воды разной жесткости (дистиллированная, минеральная, прокипяченная, водопроводная). Сравните жесткость воды и скорость образования устойчивой пены.

Опыт 2. Определение анионов в различных образцах воды.

Даны образцы воды водопроводной и родниковой (прокипяченная). С помощью реактивов установите, какими солями обусловлена постоянная жесткость воды? Напишите уравнения реакций.

Составление и решение обратных задач:

Определение молярных масс эквивалентов солей, обусловливающих жесткость воды:

М(Ca(HCO3)2) = 162,11/2 = 81,05 мг/моль, М(Mg(HCO3)2) = 146,34/2 = 73,17 мг/моль, М(CaCl2) = 55,49 мг/моль, М(MgCl2) = 47,60 мг/моль.

Задача 1. Вычислите общую жесткость воды, если в 0,5 л воды содержится 32,40 мг гидрокарбоната кальция, 5,84 мг гидрокарбоната магния, 22,20 мг хлорида кальция и 19,0 мг хлорида магния. О какой жесткости природной воды идет речь в задаче?

Решение. Ж общ.=32,40/81,05 · 0,5 + 5,84/73,17 · 0,5 + 22,20/55,49 · 0,5 + 19,0/47,60 · 0,5 = 0,80 + 0,16 + 0,8 + 0,8 = 2,56 ммоль/л.

 Обратные задачи:

Задача 2. В природной воде с общей жесткостью 2,56 ммоль/л в 0,5 л содержится 22,20 мг хлорида кальция, 5,84 мг гидрокарбоната магния, 32,40 мг гидрокарбоната кальция. Рассчитайте массу хлорида магния. 

Задача 3. В природной воде с общей жесткостью 2,56 ммоль/л в 0,5 л содержится 19,0 мг хлорида магния, 5,84 мг гидрокарбоната магния, 32,40 мг гидрокарбоната кальция. Рассчитайте массу хлорида кальция. 

Задача 4. В природной воде с общей жесткостью 2,56 ммоль/л в 0,5 л содержится 22,20 мг хлорида кальция,19,0 мг хлорида магния, 32,40 мг гидрокарбоната кальция. Рассчитайте массу гидрокарбоната магния. 

Задача 5. В природной воде с общей жесткостью 2,56 ммоль/л в 0,5 л содержится 22,20 мг хлорида кальция,19,0 мг хлорида магния, 5,84 мг гидрокарбоната магния. Рассчитайте массу гидрокарбоната кальция. 

Решение.

х/81,05 · 0,5 + 5,84/73,17 · 0,5 + 22,20/55,49 · 0,5 + 19,0/47,60 · 0,5 = 0,80 + 0,16 + 0,8 + 0,8 = 2,56, х = 32,40 мг. 

Задача 6. Определите объем природной воды с общей жесткостью 2,56 ммоль/л, содержащей 22,20 мг хлорида кальция,19,0 мг хлорида магния, 5,84 мг гидрокарбоната магния и 32,40 мг гидрокарбоната кальция.  

Решение. 32,4/81,05 · x + 5,84/73,17 · x + 22,20/55,49 · x+ 19,0/47,60 · x = 0,80 + 0,16 + 0,8 + 0,8 = 2,56, x = 0,5 л. 

Матрица 1. Жесткость воды.

№	V(H2O), л	m  Ca(HCO3)2, мг	m  Mg(HCO3)2, мг	m (CaCl2), мг	m ( MgCl2), мг	Ж общ., ммоль/л
1	0,5	32,40	5,84	22,20	19,0
2	0,5	32,40	5,84	22,20		2,56
3	0,5	32,40	5,84		19,0	2,56
4	0,5	32,40		22,20	19,0	2,56
5	0,5		5,84	22,20	19,0	2,56
6		32,40	5,84	22,20	19,0	2,56

 

Задача 2.Рассчитайте молярную концентрацию катионов магния в жесткой воде (ионы кальция отсутствуют), если при обработке избытком соды 2,25 л такой воды выпало 1,278 г осадка гидроксокарбоната магния. О какой жесткости воды идет речь? Способ её устранения.

Решение. 

2MgSO4 + H2O + 2Na2CO3 = Mg2CO3(OH)2↓ + CO2↑ + 2Na2SO4

m(Mg2CO3(OH)2) → ν(Mg2CO3(OH)2) → ν(MgSO4) → ν(Mg2+) → c(Mg2+). 

Матрица 2. Жесткость воды.

№	V(жесткой воды), л	m(Mg2CO3(OH)2), г	c(Mg2+), моль/л
1	2,25	1,278
2	2,25		0,008                                                                          0,008
3		1.      1,278                                      1,278	0,008

 Обратные задачи:

Задача 2. Жесткую воду (ионы кальция отсутствуют) объемом

2,25 л с молярной концентрацией катионов магния 0,008 моль/л обработали избытком соды. Вычислите массу выпавшего осадка. 

Решение. 

c(Mg2+) → ν(Mg2+) → ν(MgSO4) → ν(Mg2CO3(OH)2) → m(Mg2CO3(OH)2). 

Задача 3. Какой объем жесткой воды (ионы кальция отсутствуют) с молярной концентрацией катионов магния 0,008 моль/л обработали избытком соды. В результате реакции выпал осадок массой 1,278 г. 

Решение. 

 ν(Mg2CO3(OH)2) → ν(MgSO4) → ν(Mg2+) → V(жесткой воды).

Задача 3. Жесткость некоторых природных источников воды обусловливается только гидрокарбонатом железа (II). При кипячении 0,5 л воды в осадок выпадает 8 мг карбоната железа (II). Чему равна жесткость воды? О какой жесткости воды идет речь?

Решение.

Fe(HCO3)2 = FeСO3↓ + CO2↑ + H2O       Жвр = 0,276 ммоль/л.

Матрица 3. Жесткость воды.

№	V(жесткой воды), л	m(FeCO3), мг	Жвр, ммоль/л
1	0,5	8
2	0,5		0,28                                                                            0,276
3		2.      1,278                                        8	0,276

 

Мастер-класс           

1. Присутствие в воде каких солей вызывает временную жесткость? Использование какого осадителя приведет к умягчению воды? Приведите уравнения реакций.

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 = CaMg(CO3)2↓ + 2H2O

4Fe(HCO3)2 + 8Ca(OH)2 + O2 = 4FeO(OH)↓ + 8CaCO3↓ + 10H2O 

Матрица 4. Жесткость воды.

Матрица (вариант ответа)

 

Литература:

1. Кузьменко Н. Е, Еремин В. В. 2500 задач по химии для школьников и поступающих в вуз. – М.: Оникс 21 век. Мир и образование, 2002.

2.Лидин Р. А, Аликберова Л. Ю. Химия. Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы. – М.:Аст-Пресс школа, 2007.

3. Пузаков С. А., Попков В. А. Пособие по химии для поступающих в вузы. – М.: 2001.

4. Эрдниев П. М, Эрдниев Б. П. Укрупнение дидактических единиц в обучении математике. – М.: «Просвещение», 1986.

5. Эрдниев Б. П. Матрицы в обучении. – Элиста: Калмыцкий университет, 1990 .

6. Эрдниев П. М. Укрупнение дидактических единиц как технология обучения (часть І,II). – М.: «Просвещение», 1992.