Компетентнісно орієнтовані завдання з хімії (9 клас, теми: «Вода», «Розчини» або «Електролітична дисоціація»)

Тема: Масова частка розчиненої речовини. Приготування розчинів 9 клас.

1. Стимул (контекст)

Під час літніх канікул Максим допомагав бабусі заготовляти консервацію на зиму. Бабуся розповіла, що для приготування правильних квашених огірків дуже важливо витримати точну пропорцію солі. 7% розчин кухонної солі є ідеальним: він ефективно пригнічує життєдіяльність хвороботворних мікроорганізмів та пліснявих грибків, але при цьому абсолютно не перешкоджає корисним процесам молочнокислого бродіння, завдяки яким огірки стають хрусткими та смачними. Бабуся попросила Максима підготувати рівно 1 літр такого розчину, але на кухонних терезах можна зважувати лише у грамах, а воду хлопець збирається відміряти мірним стаканом у мілілітрах.

2. Запитання

1. Обчисліть, яку масу кухонної солі (NaCl) та яку масу і об'єм води потрібно взяти Максиму для приготування 1 літра 7% розчину розсолу.

2. Коротко опишіть послідовність дій для практичного приготування цього розчину в домашніх умовах.

3. Інформація

• Об'єм необхідного розчину (V (розчину): 1 л (або 1000 мл).

• Масова частка солі (w): 7% (або 0,07).

• Густина розчину солі такої концентрації: для розрахунків прийняти рівною приблизно 1,048 г/мл (оскільки розчин солі важчий за чисту воду).

• Густина чистої води (H2O): 1 г/мл (це означає, що маса води в грамах чисельно дорівнює її об'єму в мілілітрах).

• Базові формули:

• Маса розчину дорівнює, як маса розчинника плюс маса розчиненої речовини

• Маса розчиненої речовини (солі) дорівнює, масу солі поділити на масу розчину

• Маса води: m (води) = m(розчину) – m(солі).

4. Критерії оцінювання

Завдання оцінюється максимум у 6 балів (шкалу можна адаптувати під 12-бальну систему оцінювання НУШ за групами результатів):

• 2 бали — Розрахунок маси розчину та солі:

  • Учень правильно перевів об'єм в мілілітри та знайшов масу всього розчину: (Якщо густина розчину не враховувалась і маса розчину прирівняна до 1000 г — знімається 1 бал через неточність у природничо-науковому підході).

  • Правильно обчислено масу солі: (або 70 г, якщо рахували спрощено від 1000 г розчину).

• 2 бали — Розрахунок параметрів води:

  • Правильно визначено масу води. Вказано, що об'єм води відповідає її масі завдяки густині 1 г/мл, тобто потрібно відміряти приблизно 975 мл води.

• 1 бали — Обґрунтування біологічної ролі розчину: учень у висновку чи описі демонструє розуміння того, чому не можна робити розчин «на око» (занадто слабкий розчин призведе до розмноження цвілі та гниття, а занадто концентрований — вб'є молочнокислі бактерії).

• 1 бали — Практичний алгоритм (технологічна компетентність): Логічно та послідовно описано етапи роботи:

1. Зважити на терезах 73,4 г солі.

2. Відміряти мірним посудом близько 975 мл води.

3. Висипати сіль у ємність, додати воду та ретельно перемішати до повного розчинення кристалів.

Тема: Розчини. Обчислення масової частки та маси розчиненої речовини (9 клас)

1. Стимул (контекст)

Перед посадкою насіння томатів на розсаду городники часто проводять його дезінфекцію (знезараження), щоб знищити збудників хвороб на поверхні насінини та покращити схожість. Найкраще для цього підходить 3% розчин пероксиду гідрогену (Н2О2).

Дев'ятикласниця Оля вирішила підготувати насіння помідорів до садіння, використавши свої хімічні знання. Вона з’ясувала, що готового аптечного розчину вдома немає, але в домашній аптечці є гідроперит у таблетках. Оля знає, що гідроперит — це тверда сполука пероксиду гідрогену з карбамідом (сечовиною), яка при розчиненні у воді вивільняє чистий пероксид гідрогену. Дівчинка вирішила приготувати 500 г необхідного 3% розчину самостійно.

2. Запитання

1. Обчисліть, скільки грамів чистого пероксиду гідрогену (Н2О2) має міститися у 500 г 3% розчину.

2. Розрахуйте, скільки цілих таблеток гідропериту (масою 1,75 г кожна) потрібно взяти Олі для приготування цього розчину та яку масу води слід відміряти.

3. Інформація

• Маса кінцевого розчину (розчину) 500 г.

• Необхідна масова частка пероксиду гідрогену (масова частка Н2О2 3% (або 0,03).

• Маса однієї таблетки гідропериту (Н2О2) 1,75 г.

• Вміст діючої речовини: Масова частка пероксиду гідрогену в гідропериті за стандартами фармакопеї становить приблизно 35% (або 0,35).

• Густина води (Н2О) 1 г/мл.

• Формули для розрахунку:

  • Маса розчиненої речовини: m{речовини} = m розчину помножити на масову частку

  • Маса чистого гідропериту: m (гідропериту) = m (H2O2) \w пероксиду гідрогену

  • Маса води: m (води) = m (розчину) – m(гідропериту)

4. Результати (критерії) оцінювання

Завдання розраховане на комплексну перевірку математичних, хімічних та практичних компетентностей (максимум — 6 балів):

• 2 бали — Розрахунок маси речовини та гідропериту:

  • Учень правильно обчислив масу чистого пероксиду гідрогену.

  • Учень правильно знайшов загальну масу гідропериту, враховуючи його 35%-й вміст.

• 2 бали — Розрахунок кількості таблеток та води:

  • Правильно визначено кількість таблеток. Оскільки таблетки зазвичай використовують цілими, учень робить логічне математичне округлення: Олі знадобиться 24,5 або 25 таблеток (1 бал).

  • Обчислено масу (об'єм) води. (1 бал).

• 2 бали — Практично-технологічна компетентність:

  • Учень чітко описує послідовність приготування: відміряти потрібну кількість таблеток, ретельно розтовкти їх для швидшого розчинення, відміряти мірним циліндром або зважити ~457 мл води кімнатної температури та повністю розчинити порошок у воді.

Якщо вам потрібно внести зміни до умови — наприклад, змінити масову частку пероксиду гідрогену в гідропериті на теоретичну хімічну (36,2%) або додати правила безпеки при роботі з окисниками.

2.Тема «Досліджуємо хімічні реакції в розчинах»

Ось розроблене компетентнісно орієнтоване завдання з хімії (для 9 класу, тема «Електролітична дисоціація»), побудоване чітко за вказаною структурою.

1. Стимул (Мотиваційний контекст)

Під час підготовки до шкільної наукової виставки Максим вирішив продемонструвати дослід із провідності струму. Він знає, що чиста вода і чистий бензин не проводять електричний струм. Проте, коли він розчинив газуватий гідроген хлорид у воді, прилад показав наявність струму (лампочка загорілася). Коли ж він розчинив той самий у бензині, лампочка залишилася вимкненою. Максим розгубився, адже в обох склянках міститься одна і та сама речовина — гідроген хлорид. Поможіть Максиму науково пояснити цей феномен для відвідувачів виставки.

2. Задачна формула (Що потрібно зробити)

• Проаналізуйте надану інформацію про природу хімічних зв'язків та взаємодію речовин.

• Поясніть, чому розчин гідроген хлориду у воді проводить електричний струм, а розчин у бензині — ні.

• Змоделюйте (запишіть) хімічний процес, який відбувається у водному розчині, за допомогою рівняння реакції.

3. Інформація (Джерела для виконання)

• Факт 1: Електричний струм у розчинах — це напрямлений рух вільних заряджених частинок (іонів). Процес розпаду речовини на іони під дією молекул розчинника називається електролітичною дисоціацією.

• Факт 2: Молекула HCl має ковалентний сильнополярний зв'язок. Вода Н2О є класичним полярним розчинником (диполем). Бензин є сумішшю рідких вуглеводнів (наприклад, гексану С6Н114 або октану С8Н18, які є неполярними сполуками.

4. Критерії оцінювання (Максимум — 6 балів)

• 2 бали: Обґрунтовано роль розчинника. Учень чітко вказав, що вода — полярний розчинник, який здатний розривати ковалентний зв'язок у молекулі НCL утворенням іонів, а бензин — неполярний розчинник, тому молекули HCl у ньому залишаються в молекулярній (недисоційованій) формі.

• 2 бали: Сформульовано висновок про електропровідність. Пояснено, що струм проводиться лише за наявності вільних іонів HCL у воді, які відсутні в бензиновому розчині.

• 2 бали: Хімічна грамотність. Правильно записано рівняння електролітичної дисоціації гідроген хлориду у воді.

Підкажіть, чи потрібно додати до цього завдання візуальну схему (наприклад, зображення молекул-диполів води навколо HCl, чи варто адаптувати критерії під конкретну 12-бальну систему оцінювання?

Компетентнісно орієнтоване завдання з хімії (9 класу, теми «Вода», «Розчини» або «Електролітична дисоціація»), побудоване за класичною чотири компонентною структурою.

1. Стимул (Мотиваційний контекст)

Під час уроку безпеки життєдіяльності вчитель наголосив, що категорично заборонено торкатися електроприладів мокрими руками, оскільки побутова вода з-під крана або колодязя є добрим провідником електричного струму. Водночас у кабінеті хімії для приготування розчинів використовують дистильовану воду, яка струм не проводить. Оленка замислилася: хіба колодязна вода і дистильована вода — це не одна і та сама хімічна речовина Н2О? Допоможіть Оленці розібратися в хімічній природі цього явища та пояснити різницю між цими видами води.

2. Задачна формула (Що потрібно зробити)

• Поясніть, чим відрізняється хімічний склад дистильованої води від колодязної або артезіанської.

• Обґрунтуйте, наявність яких саме частинок у колодязній воді зумовлює її здатність проводити електричний струм.

• Запропонуйте простий домашній або лабораторний спосіб (крім вимірювання струму), яким можна довести наявність розчинених домішок у природній воді.

3. Інформація (Джерела для виконання)

• Таблиця: Порівняльна характеристика різних типів води

• Наукова довідка: Електричний струм у рідинах може виникати лише тоді, коли в них є вільні заряджені частинки — іони (позитивно та негативно заряджені). Самі по собі молекули води Н2О є електронейтральними і струм практично не проводять. Коли солі розчиняються у воді, вони розпадаються на рухливі іони.

4. Критерії оцінювання (Максимум — 6 балів)

• 2 бали: Пояснення різниці у складі. Учень чітко зазначив, що дистильована вода містить лише молекули Н2О, а колодязна/артезіанська — це природний розчин, який містить розчинені мінеральні солі.

• 2 бали: Обґрунтування електропровідності. Учень правильно вказав, що солі в колодязній воді перебувають у вигляді вільних іонів (заряджених частинок), які й переносять електричний заряд. У дистильованій воді таких іонів немає, тому вона є діелектриком.

• 2 бали: Практична пропозиція. Запропоновано логічний метод перевірки (наприклад, випарювання кількох крапель води на склі: від колодязної залишиться білий накип/наліт солей, а після дистильованої скло залишиться чистим).

Якщо ви плануєте використовувати це завдання для контрольної чи самостійної роботи, я можу:

• Адаптувати критерії під 12-бальну систему оцінювання.

• Додати до блоку «Інформація» конкретні назви іонів.
  
  
  

Тема 3. Досліджуємо органічні речовини

Компетентнісно орієнтоване завдання: «Секрети фруктового соку»

1. Стимул (Контекст)

Олена вирішила підкоригувати свій раціон і зменшити споживання швидких вуглеводів. Прочитавши статтю про здорове харчування, вона дізналася, що виноградний, яблучний та грейпфрутовий соки містять різну кількість природного цукру — глюкози. Щоб перевірити, який із соків найменш солодкий і містить мінімум глюкози, Олена вирішила провести домашнє хімічне дослідження за допомогою набору «Юний хімік», де є розчини купрум(II) сульфату та натрій гідроксиду.

2. Інформаційне джерело

• Довідка з хімії: Глюкоза С6Н12О6 є альдегідоспиртом. Наявність кількох гідроксильних груп (-ОН) дозволяє їй реагувати з купрум(II) гідроксидом без нагрівання, утворюючи яскраво-синій розчин. Оскільки глюкоза також містить альдегідну групу (-СНО), при нагріванні цієї суміші відбувається окиснення, в результаті чого утворюється цегляно-червоний осад купрум(І) оксиду.

• Рецепт приготування реагенту: Свіжоосаджений купрум(II) гідроксид утворюється при взаємодії натрій гідроксиду з купрум(II) сульфатом.

• Інтенсивність реакції: Чим вища концентрація глюкози в розчині, тим швидше та помітніше під час нагрівання змінюється колір від блакитного/зеленого (через надлишок соку) до жовтого і, зрештою, насиченого цегляно-червоного.

3. Завдання

1. Алгоритм дослідження: Складіть чітку покрокову інструкцію для Олени, як їй правильно добути необхідний реагент та провести якісну реакцію на глюкозу в трьох зразках соку.

2. Ознаки реакції: Опишіть, які візуальні зміни (колір, осад) Олена спостерігатиме на кожному етапі експерименту: а) одразу після додавання соку до реагенту; б) після обережного нагрівання пробірки.

3. Аналіз результатів: Відомо, що середня масова частка глюкози у виноградному соку становить ~8%, в яблучному — ~2,5%, а в грейпфрутовому — ~2%. У якій із трьох пробірок Олена зафіксує найшвидшу появу рясного цегляно-червоного осаду? Сік якого фрукта ви порадите Олені для дієтичного харчування на основі цих даних?

4. Критерії оцінювання (для вчителя / самоперевірки)

Компетентнісно орієнтоване завдання: «Лабораторія чистоти: домашнє миловаріння».

1. Стимул (Контекст)

Максим вирішив приготувати для своєї родини натуральне екологічне тверде мило без синтетичних ПАР та консервантів. У старій кулінарній книзі він знайшов класичний рецепт, який базується на реакції гідролізу (омилення) жирів лугом. Для експерименту хлопець придбав соняшникову олію, а як луг обрав твердий натрій гідроксид (NaOH). Проте в інструкції наголошувалося: якщо додати замало лугу — мило буде занадто жирним і швидко зіпсується, а якщо забагато — готове мило роз'їдатиме шкіру рук. Максим зрозумів, що йому потрібні точні хімічні розрахунки та знання технології безпеки.

2. Інформаційне джерело

• Хімізм процесу: Тверде мило є сумішшю натрієвих солей вищих жирних кислот. Спрощене рівняння реакції омилення тригліцериду соняшникової олії (на прикладі триолеїну) лугом.
  
  

• Довідковий показник омилення: Для повної нейтралізації соняшникової олії потрібно рівно масою 0,135 г чистого твердого (NaOH).

• Поняття «пережиру» (Superfatted soap): Щоб мило гарантовано не містило залишків вільного лугу і лагідно очищало шкіру, миловари завжди закладають у рецепт на 5% менше лугу, ніж потрібно за теоретичним розрахунком (це називається надлишком жиру або пережиром).

• Інформація про розчинність: Натрій гідроксид при розчиненні у воді виділяє величезну кількість теплоти (розчин сильно розігрівається аж до закипання).

3. Завдання

1. Математичний розрахунок рецепта: Максим узяв для варки 200 г соняшникової олії.

   • Обчисліть теоретичну масу (NaOH), необхідну для повного омилення цієї кількості олії.

   • Розрахуйте точну масу лугу, яку потрібно зважити Максиму з урахуванням 5% пережиру (зменште теоретичну масу лугу на 5%).

2. Алгоритм приготування розчину та безпека: Під час змішування компонентів Максим замислився, як правильно приготувати лужний розчин. Опишіть правила безпеки під час роботи з твердим (NaOH) та його розчином. Сформулюйте золоте правило миловара: що саме і куди треба всипати/вливати — «луг у воду» чи «воду в луг»? Обґрунтуйте відповідь з погляду фізико-хімічних властивостей розчинення.

3. Експериментальний контроль якості: Після завершення процесу варки мильну масу розлили у форми, і вона застигла. За допомогою якого доступного індикатора Максим може перевірити в домашніх умовах, чи безпечне його мило для шкіри і чи не містить воно вільного лугу? Яким має бути колір чи показник цього індикатора?

4. Критерії оцінювання

Якщо ви бажаєте, ми можемо розширити це завдання. Напишіть, чи варто додати сюди:

• Розрахунок необхідного об'єму води для розчинення лугу (зазвичай беруть 33% від маси олії)?

• Опис різниці між твердим (натрієвим) та рідким (калієвим) милом?

• Варіант цього ж завдання, але на основі готової дитячої або спеціальної мильної основи (для молодших класів)?

Тема 4 Узагальнюємо результати навчальної діяльності

Компетентнісно орієнтовано завдання, присвячене способам одержання сульфур(IV) оксиду, розроблене відповідно до вашої структури та сучасних вимог НУШ.

Компетентнісно орієнтовано завдання: «Дилема еколога: промислові та лабораторні секрети сульфур(IV) оксиду».

1. Стимул (Контекст)

Під час практики на хімічному підприємстві студент-еколог Назар отримав завдання: проаналізувати різні джерела та методи отримання сульфур(IV) оксиду SO2. Цей газ є критично важливою сировиною для масштабного виробництва сульфатної кислоти, але водночас він є небезпечним забруднювачем повітря (викликає кислотні дощі). Назару необхідно чітко розмежувати, які реакції підходять для багатотоннажного добування цього газу на заводі, які — для швидкого та безпечного отримання кількох мілілітрів у шкільній лабораторії, а які процеси є небажаним побічним наслідком людської діяльності.

2. Інформаційне джерело

• Довідкова таблиця «Хімічні процеси за участю сполук Сульфуру»:

• Фізичні властивості (SO2): Безбарвний газ із різким задушливим запахом (запах сірника, що горить), важчий за повітря, добре розчинний у воді (утворює слабку та нестійку сульфітну кислоту).

3. Завдання

1. Групування та класифікація: Використовуючи «Інформаційне джерело», випишіть номери процесів (1, 2, 3, 4) та розподіліть їх за трьома категоріями:

   • А) Промисловий спосіб одержання (економічно вигідний для заводів).

   • Б) Лабораторні способи одержання (оптимальні для хімічного експерименту).

   • В) Антропогенне (техногенне) джерело забруднення довкілля.

2. Хімічний синтаксис: Запишіть молекулярні рівняння реакцій для процесів №1 та №2. Для промислового процесу №1 доберіть коефіцієнти методом електронного балансу.

3. Експериментальне моделювання та безпека: Назар вирішив зібрати сульфур(IV) оксид у лабораторії методом витіснення повітря. Зважаючи на фізичні властивості газу, підкажіть Олені:

   • Як саме потрібно тримати пробірку-приймач (догори дном чи догори отвором)?

   • Який простий тест (наприклад, за допомогою вологого індикаторного папірця) допоможе перевірити, що пробірка вже повністю заповнилася газом?

   • Якого головного правила безпеки слід дотримуватися під час роботи з SO2?

4. Критерії оцінювання

Компетентнісно орієнтоване завдання з хімії, яке розкриває взаємозв’язок між класами неорганічних сполук (генетичний зв'язок) через практичний контекст утилізації промислових відходів. Завдання побудоване за класичною чотирикомпонентною структурою.

Компетентнісно орієнтоване завдання: «Екологічний стартап: перетворення відходів на цінну сировину»

1. Стимул (Контекст)

Підприємство з переробки вторинних металів накопичило велику кількість відходів у вигляді дрібної мідної стружки, забрудненої залишками технічного заліза. Молодий інженер-хімік Андрій запропонував стартап-проєкт: замість того, щоб утилізувати суміш як сміття, розділити її та добути високоякісний мінеральний пігмент — купрум(II) гідроксид, який має попит у виробництві художніх фарб та засобів захисту рослин. Для реалізації задуму Андрію необхідно вибудувати чіткий хімічний ланцюжок, перетворивши чистий метал на сіль, а вже з неї одержати нерозчинну основу.

2. Інформаційне джерело

• Генетичний зв'язок неорганічних речовин: мідь, оксид міді, гідроксид міді.

Властивості міді та її сполук:

1. Мідь (Cu) — малоактивний метал. Вона не реагує з розбавленими кислотами ((HCl), але при нагріванні на повітрі легко окиснюється киснем, утворюючи чорний порошок купрум(II) оксиду (CuO).

2. Оксиди малоактивних металів не взаємодіють із водою безпосередньо. Щоб одержати гідроксид, оксид спочатку розчиняють у придатній кислоті (наприклад, сульфатній H2SO4, перетворюючи його на розчинну сіль.

3. Нерозчинні основи (такі як (Cu(OH)2) добувають виключно шляхом взаємодії розчинної солі металу з лугом (наприклад, (NaOH) або (KOH).

3. Завдання

1. Хімічне проєктування (Генетичний ланцюжок): Складіть схему (ланцюжок перетворень) для проєкту Андрія, починаючи від металічної міді (Cu) і завершуючи цільовим продуктом — купрум(II) гідроксидом (Cu(OH)2).

2. Синтаксис реакцій: Запишіть молекулярні рівняння реакцій для кожного етапу запропонованої схеми. Для останньої стадії (осадження пігменту) додатково запишіть скорочене йонно-молекулярне рівняння.

3. Обґрунтування та технологічна логіка:

   • Поясніть, чому Андрій спочатку прожарив суміш металів на повітрі, а не спробував одразу розчинити мідь у розбавленій сульфатній кислоті.

   • Як за допомогою розбавленої хлоридної кислоти (HCl) можна було б легко очистити мідну стружку від домішок заліза ще до початку окиснення? (Зважте на положення металів у ряду активності).

4. Критерії оцінювання (відповідно до груп результатів НУШ)