Важнейшие понятия и законы химии

The most important concepts and laws of chemistry

 

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: Законы химии, укрупнение дидактических единиц.

Keywords: laws of chemistry, 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.

Важнейшие понятия и законы химии

Протекание химических реакций связаны с частицами (атом, молекула, электрон, атомные и молекулярные ионы, радикалы).

Типовые расчетные задачи в химии составлены с применением интенсивных (массовая доля, плотность, давление, температура) и экстенсивных (количество вещества, объем, масса) физико-химических параметров и констант (абсолютная атомная масса, абсолютная молекулярная масса, относительная атомная масса, относительная молекулярная масса, молярная масса, молярный объем, постоянная Авогадро).

Работу над задачей нецелесообразно завершать только получением ответа к ней, надо приемом обращения составлять и решать в сравнении с исходной (прямой) задачей новую, обратную задачу, извлекая тем самым дополнительную информацию, заключающуюся в связях между величинами решенной исходной задачи (П. М. Эрдниев). 

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 составления обратных задач является ее текстовая часть. Матричное предъявление условий  прямых и обратных задач способствует организации процесса решения расчетных задач.

Постоянная Авогадро 

Задача 1. Вычислите число атомов и молекул в 6,72 л (н. у.) озона.

Матрица 1. Постоянная Авогадро.

№	V(O3), л	N(O3)	N(O)
1	6,72
2		1,806 ∙ 1023
3			5,418 ∙1023

 Обратные задачи:

Задача 1. Вычислите число атомов в 6,72 л (н. у.) озона, если число молекул в данном объеме составляет 1,806 ∙1023.

Задача 2. Вычислите число молекул в 6,72 л (н. у.) озона, если число атомов в данном объеме составляет 5,418 ∙ 1023.

Задача 3. Вычислите абсолютную массу молекулы газа, если масса 17,92 л газа (н. у.) равна 38,4 г.

Матрица 2. Постоянная Авогадро.

№	V(газа), л	m(газа), г	m(молекулы), г
1	17,92	38,4
2	17,92		7,9734 ∙ 10-23
3		38,4	7,9734 ∙ 10-23

 Обратные задачи:

Задача 1. Вычислите массу 17,92 л газа (н. у.), если абсолютная масса молекулы газа равна 7,9734 ∙ 10-23 г.

Задача 2. Вычислите объем газа (н. у.) массой 38,4 г, если абсолютная масса молекулы газа равна 7,9734 ∙ 10-23 г.

Задача 3. Масса 17,92 л газа (н. у.) равна 38,4 г. Вычислите молярную массу газа и абсолютную массу молекулы газа.

Матрица 3. Постоянная Авогадро.

№	V(газа), л	m(газа), г	m(молекулы), г	М(газа), г/моль
1	17,92	38,4
2	17,92		7,9734∙ 10-23
3		38,4	7,9734 ∙ 10-23

 Обратные задачи:

Задача 1. Вычислите массу газа объемом 17,92 л (н. у.) и молярную массу газа. Масса молекулы равна 7,9734 ∙10-23 г.

Задача 2. Вычислите объем газа (н. у.) массой 38,4 г и молярную массу газа. Масса молекулы равна 7,9734 ∙10-23 г.

 Задача 3. Вычислите массу нитрида магния, содержащего общее число атомов, как в пентаоксиде диазота массой 2,16 г.

Матрица 4. Постоянная Авогадро.

№	m(N2O5), г	Nобщ.(атомов)	m(Mg3N2), г
1	2,16
2		8,428 ∙ 1022
3			2,8

Обратные задачи:

Задача 1. Вычислите массу нитрида магния и пентаоксида диазота, содержащие по 8,428 ∙ 1022 общее число атомов. 

Задача 2. Вычислите массу пентаоксида диазота, содержащего общее число атомов, как в нитриде магния массой 2,8 г.

Задача 3. Вычислите число электронов, атомов кремния и водорода в моносилане объемом 56 мл (н. у.).

Матрица 5. Постоянная Авогадро.

№	V(SiH4), мл	N(Si)	N(H)	N()
1	56
2		1,505 ∙ 1022
3			6,02 ∙ 1022
4				7,525 ∙ 1022

 Обратные задачи:

Задача 1. В каком объеме моносилана (н. у.) содержится 1,505 ∙ 1022 атомов кремния? Вычислите число атомов водорода и число электронов.

Задача 2. В каком объеме моносилана (н. у.) содержится 6,02 ∙ 1022 атомов водорода? Вычислите число атомов кремния и число электронов.

Задача 3. В каком объеме моносилана (н. у.) содержится 7,525 ∙ 1022 число электронов? Вычислите число атомов кремния и водорода.

 

Строение атома

Задача 1. Определите число протонов, нейтронов и электронов в следующих нуклидах: 16O, 17O, 18O. Как называются нуклиды?

Матрица 1. Нуклиды.

	р	n
16O	8	8	8
17О    О	8	9	8
18О	8	10	8

 

Задача 1. Определите заряд ядра, число нейтронов и массовое число для следующих нуклидов: 16O, 17О, 18О. Как называются такие нуклиды?

Матрица 1. Изотопы.

	Z	N	A
16O	8	8	16
17О    О	8	9	17
18О	8	10	18

 

Задача 1. Определите число протонов, нейтронов и электронов в следующих нуклидах: 40Ar, 40K, 40Ca.

Матрица 1. Нуклиды.

	р	n
40Ar	18	22	18
40K	19	21	19
40Ca	20	20	20

Задача 1. Определите заряд ядра, число нейтронов и массовое число для следующих нуклидов: 40Ar, 40K, 40Ca . Как называются такие нуклиды?

Матрица 1. Изобары.

	Z	N	А
40Ar	18	22	40
40K	19	21	40
40Ca	20	20	40

 

Задача 1. Определите число протонов, нейтронов и электронов в следующих нуклидах: 13С, 14С, 14N, 16O.

Матрица 1. Нуклиды.

	р	n
13С	6	7	6
14С	6	8	6
14N	7	7	7
16O	8	8	8

 

Задача 1. Определите заряд ядра, число нейтронов и массовое число для следующих нуклидов: 13С, 14С, 14N, 16O. Как называются такие нуклиды? 

Матрица 1. Изотоны. Изобары.

	Z	N	А
13С	6	7	13
14С	6	8	14
14N	7	7	14
16O	8	8	16

 

Задача 1. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержат частицы: а) сульфит-ион; б) молекула SO3; в) гидросульфит-ион?

Матрица 1. Элементарные частицы.

	р	n
SO32-	40	40	42
SO3	40	40	40
НSO3-	41	40	42

 

Задача 1. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержат частицы: а) cульфид-ион S2-; б) катион кальция Са2+; в) атом аргона? Как называются такие частицы?

Матрица 1. Изоэлектронные частицы.

	р	n
S2-	16	16	18
Са2+	20	20	18
Ar	18	2	18

 

Матрица 1. Свободные радикалы.

		неспаренный	электронная формула	химическая формула
Н∙	1	1	Н : Н	Н2
Cl∙	17	1	Cl : Cl	Cl2
∙NO2	23	1	O2N : NO2	N2O4

 

Средняя относительная атомная масса элемента

Задача 1. В природных соединениях кремния встречаются изотопы 28Si, 29Si и 30Si по массе соответственно: 94,55%, 2,35% и 3,10%. Вычислите среднюю относительную атомную массу элемента кремния.

Матрица 1. Средняя относительная атомная масса элемента.

№	ω(28Si), %	ω(29Si), %	ω(30Si), %	Аr(14Si)
1	94,55	2,35	3,10
2	94,55	2,35		28,0855
3	94,55		3,10	28,0855
4		2,35	3,10	28,0855

 

Решение.

Аr(14Si) = 0,9455 ∙ 28 ∙ 1,66057 ∙ 10-24 + 0,0235 ∙29 ∙ 1,66057 ∙ 10-24 + 0,0310 ∙ 30 ∙ 1,66057 ∙ 10-24/1,66057 ∙ 10-24, Аr(14Si) = 28,0855.

 Обратные задачи:

Задача 1. В природных соединениях кремния встречаются изотопы 94,55% 28Si, 2,35% 29Si и 30Si по массе. Вычислите долю кремния с массовым числом 30 и среднюю относительную атомную массу элемента кремния.

Решение.

28,0855 = 0,9455 ∙ 28 ∙ 1,66057 ∙ 10-24 + 0,0235 ∙ 29 ∙ 1,66057 ∙ 10-24 + х ∙ 30 ∙ 1,66057 ∙ 10-24/1,66057 ∙ 10-24, х = 0,0310 или 3,10%.

Задача 2. В природных соединениях кремния встречаются изотопы 94,55% 28Si, 29Si и 3,10% 30Si по массе. Вычислите долю кремния с массовым числом 29 и среднюю относительную атомную массу элемента кремния.

Задача 3. В природных соединениях кремния встречаются изотопы 28Si, 2,35% 29Si и 3,10% 30Si по массе. Вычислите долю кремния с массовым числом 28, если средняя относительная атомная масса элемента кремния равна 28,0855.

 

Средняя молярная масса смеси

Задача 1. Дан следующий объемный состав воздуха: 20,95% кислорода, 78,09% азота, 0,933% аргона, 0,03% углекислого газа. Вычислите среднюю молярную массу воздуха.

Закон Авогадро: при одинаковых условиях в равных объемах любых газов содержится равное число частиц.

Матрица 1. Средняя молярная масса смеси.

№	φ(О2), %	φ(N2), %	φ(Ar), %	φ(CO2), %	М ср. (возд.)
1	20,95	78,09	0,933	0,03
2	20,95	78,09	0,933		28,98
3	20,95	78,09		0,03	28,98
4	20,95		0,933	0,03	28,98
5		78,09	0,933	0,03	28,98

Решение.

М ср. (возд.) = (0,2095 ∙ 32 + 0,7809 ∙ 28 + 0,00933 ∙ 40 + 0,0003 ∙ 44)/(0,2095 + 0,7809 + 0,00933 + 0,0003) = 28,98 г/моль.

В 1 моль воздуха: 0,2095 моль кислорода, 0,7809 моль азота, 0,00933 моль аргона и 0,0003 моль углекислого газа.

Обратные задачи:

Задача 1. Вычислите объемную долю углекислого газа в воздухе, если объемные доли кислорода, азота и аргона равны соответственно: 20,95%, 78,09%, 0,933%, а средняя молярная масса воздуха составляет 28,98 г/моль.

Решение.

28,98 = (0,2095 ∙ 32 + 0,7809 ∙ 28 + 0,00933 ∙ 40 + х ∙ 44)/(0,2095 + 0,7809 + 0,00933 + х), х = 0,0003 или 0,03%. 

Задача 2. Вычислите объемную долю аргона в воздухе, если объемные доли кислорода, азота и углекислого газа равны соответственно: 20,95%, 78,09%, 0,03%, а средняя молярная масса воздуха составляет 28,98 г/моль.

Решение.

28,98 = (0,2095 ∙ 32 + 0,7809 ∙ 28 + х ∙ 40 + 0,0003 ∙ 44)/(0,2095 + 0,7809 + х + 0,0003), х = 0,00933 или 0,933%. 

Задача 3. Вычислите объемную долю азота в воздухе, если объемные доли кислорода, аргона и углекислого газа равны соответственно: 20,95%, 0,933%, 0,03%, а средняя молярная масса воздуха составляет 28,98 г/моль.

Решение.

28,98 = (0,2095 ∙ 32 + х ∙ 28 + 0,00933 ∙ 40 + 0,0003 ∙ 44)/(0,2095 + х + 0,00933+ 0,0003), х = 0,7809 или 78,09%. 

Задача 4. Вычислите объемную долю кислорода в воздухе, если объемные доли азота, аргона и углекислого газа равны соответственно: 78,09%, 0,933%, 0,03%, а средняя молярная масса воздуха составляет 28,98 г/моль.

Решение.

28,98 = (х ∙ 32 + 0,7809 ∙ 28 + 0,00933 ∙ 40 + 0,0003 ∙ 44)/(х + 0,7809 + 0,00933+ 0,0003), х = 0,2095 или 20,95%. 

 

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.