​Складання алгоритмічних приписів у навчанні учнів розв'язувати розрахункові задачі з хімії

Складання алгоритмічних приписів у навчанні учнів

розв’язувати розрахункові задачі з хімії

           Використання алгоритмів у навчанні учнів розв’язування розрахункових задач необхідно не тільки тому, що існує велика кількість задач, які доцільно розв’язувати за допомогою алгоритмів, але і тому що навчання таким шляхом розвиває в учнів мислення й інтуїцію. Отже, головне завдання застосування алгоритмів у навчанні полягає в тому, щоб навчити учнів працювати, допомогти їм в оволодінні навчальним матеріалом, забезпечити розвиток мислення, формувати прагнення до самостійних пізнавальних дій.

           Поняття “алгоритм” прийшло в хімію з математики. На відміну від чітко визначеного математичного поняття “алгоритм”, було введене нове поняття “алгоритмічний припис”, або ”припис алгоритмічного типу”. Алгоритмічний припис, на відміну від математичного алгоритму, менш формалізований. Навчання школярів за алгоритмами проводжу як у плані повідомлення готових алгоритмів, так і в плані складання відповідних алгоритмів учнями під керівництвом учителя. Подання учням готових алгоритмів можна обґрунтувати значенням мимовільної пам’яті в навчанні, коли алгоритм може засвоїтися поступово, у результаті багаторазового його застосування. Для розвитку самостійної мислительної діяльності учнів деяка перевага може бути на боці складання ними самими алгоритмів розвязування задач. Застосовувати алгоритми можна у двох випадках. По-перше з метою формування в учнів певних прийомів пізнавальної діяльності (мислення, пам’ять, увагу). Тут вони виступають як предмет спеціального засвоєння, як основна частина змісту навчання. По-друге, для формування практичних умінь та навичок. В цьому випадку алгоритм служить засобом навчання. Можливість і необхідність застосування алгоритмів у навчанні зумовлені не тільки тим, що алгоритмічним шляхом матеріал засвоюється швидше, але також і тим, що учням доводиться розв’язувати багато задач й оволодіння чіткою послідовністю в підході до розв’язання конкретного класу задач допомагає швидше опанувати методи їхнього розв’язання.

             Наведу приклад алгоритмічного припису для розв’язування розрахункових задач за рівнянням хімічної реакції.

 

 

Алгоритмічний припис знаходження маси продукту реакції,

 якщо відома кількість речовини одного з реагентів.

Що потрібно знати:

1. Закон збереження маси речовини: маса речовин, що вступають у хімічну реакцію, дорівнює масі речовин, що утворюються в результаті реакції.

2. Коефіцієнти у рівняннях реакцій співпадають з числовим значенням кількості речовини.

3. Моль – основна одиниця хімії.

 ЗАДАЧА: Обчислити масу води, яка утвориться в результаті взаємодії 0,5 моль алюміній оксиду з достатньою кількістю сульфатної кислоти.

 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ ДІЙ РОЗВ’ЯЗАННЯ

1. Аналізуємо умову задачі і записуємо скорочений запис умови задачі:

Дано: n(AI₂O₃) =0,5 моль

Знайти: m (Н₂О) = ?

Розв’язування:

2. Пишемо та урівнюємо рівняння реакції

AI₂O₃ + 3 H₂SO₄→ AI₂(SO₄)₃ + 3 H₂O

3. Підкреслюємо формули речовин, про які йдеться в умові задачі

 AI₂O₃ + 3 H₂SO₄ → AI₂(SO₄)₃ + 3 H₂O

Однією рискою підкреслюємо речовини, дані в умові задачі, двома рисками – невідомі (які треба обчислити).

4. Під підкресленими формулами пишемо, чому дорівнює кількість речовини за рівнянням реакції. Над підкресленими формулами – обчислену чи зазначену в умові задачі кількість речовини

         n= 0,5 моль                                     m=x г

           AI₂O₃ + 3 H₂SO₄ → AI₂(SO₄)₃ + 3 H₂O

           1моль                                           3 моль

5. Складаємо пропорцію та обчислюємо кількість речовини води

               0,5моль  =  х моль

                1 моль       3 моль            х = 1,5 моль

 

6. Знаходимо М (молярну масу)  речовини, масу якої слід обчислити

 

Mr (H₂O) = 1·2 + 16 = 18

M (H₂O) = 18 г/моль

7. Використовуючи формулу обчислення кількості речовини, знаходимо масу речовини

m (H₂O)= M (H₂O)· n (H₂O)= 18 г/моль · 1,5 моль = 27 г

 

8. Записуємо відповідь.

 Відповідь: m(H₂O)=27 г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алгоритмічний припис розв’язування задач на обчислення

 масової частки елементів у речовині.

Що потрібно знати:

1. Формула речовини – умовний запис речовини за допомогою хімічних символів та індексів – відображає її якісний та кількісний склад.

2. Масова частка елемента у складній сполуці визначається як відношення маси даного елемента до маси речовини і може бути виражена у частках від одиниці або у відсотках.

3. Відносна молекулярна маса речовини.

4. У простій речовині масова частка елемента дорівнює 100%.

5. Сума масових часток всіх елементів у складній речовині складає 100%.

 ЗАДАЧА: Природний газ складається в основному з газу метану. Обчислити масову частку Карбону та Гідрогену у метані СН₄.

 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ ДІЙ РОЗВ’ЯЗАННЯ

1. Аналізуємо умову задачі і записуємо скорочений запис умови задачі:

Дано: СН₄

Знайти: w (C) = ?

              w (Н) = ?

Розв’язування:

2. У задачі мова йде про масову частку хімічних елементів, тож записуємо формулу:

W (E) = m (E) / m (сполуки) • 100%

Оскільки в умові задачі не вказано маси речовини, розглянемо одну її молекулу. Записуємо формулу для обчислення масової частки елемента через відносну атомну масу елемента і відносну молекулярну масу сполуки з урахуванням кількості атомів кожного елемента у речовині:

W (E) = n Ar (E) / Mr (сполуки) • 100%

 

3. Для використання цієї формули в задачі, необхідно обчислити відносну молекулярну масу метану.

       Мr(CH₄) = Ar(C) + 4 Ar (H) = 12 + 4•1 = 12 + 4 = 16

 

4. Підставляємо отримані дані та обчислюємо масову частку Карбону в метані:

W(C)= 1• Ar(C) / Mr(CH₄) •100% = 1• 12 / 16 •100% = 75%

5. Для обчислення масової частки Гідрогену можна скористатися такою ж формулою, зауваживши, що у складі молекули міститься 4 атоми Гідрогену, або врахувати, що задана сполука є бінарною і шуканий результат отримати відніманням частки Карбону в сполуці від 100%:

Перший спосіб.

W(Н)= 4• Ar(Н) / Mr (CH₄) •100% = 4• 1 / 16 •100% = 4 / 16 •100% = 25%

Другий спосіб.

W(Н)= 100% - W(C) = 100% - 75% = 25%

 

6. Записуємо відповідь:

Відповідь: W(C)= 75%,W(Н) = 25%.

 

ЗАДАЧА: Кальцій карбонат, з якого складається крейда, має формулу СаСО₃. Обчислити масові частки Кальцію, Карбону та Оксигену у цій сполуці.

 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ ДІЙ РОЗВ’ЯЗАННЯ

1. Аналізуємо умову задачі і записуємо скорочений запис умови задачі:

Дано: СаСО₃

Знайти: w (Cа) = ?

              w (С) = ?

              w (О) = ?

Розв’язування:

2. У задачі мова йде про масову частку хімічних елементів, тож записуємо формулу:

W (E) = m (E) / m (сполуки) • 100%

Оскільки в умові задачі не вказано маси речовини, розглянемо одну її молекулу. Записуємо формулу для обчислення масової частки елемента через відносну атомну масу елемента і відносну молекулярну масу сполуки з урахуванням кількості атомів кожного елемента у речовині:

W (E) = n Ar (E) / Mr (сполуки) • 100%

 

3. Для використання цієї формули в задачі, необхідно обчислити відносну молекулярну масу кальцій карбонату.

 Мr(СаСО₃) = Ar(Cа) + Ar(C) + 3 Ar (О) = 40 + 12 +3•16 = 40+12+48 = 100

4. Оскільки відносна молекулярна маса сполуки дорівнює 100, не має потреби у застосуванні формули. Знаючи, що сума масових часток елементів у складній речовині складає 100%, можна відразу записати:

    W(Cа) =  75%

    W(C) = 12%

    W(О) = 48%

5. Пропонується учням переконатися у правильності отриманих результатів.

W(Са) =  Ar(Са) / Mr (СаСО₃) •100% = 40 / 100 •100% = 40%

           W(C)=  Ar(C) / Mr (СаСО₃) •100% = 12 / 100 •100% = 12%

W(О) = 3 Ar(О) / Mr (СаСО₃) •100% = 48 / 100 •100% = 48%

 

6. Записуємо відповідь:

Відповідь: W(Cа)= 40%,W(С) = 12%. W(О)= 48%.

 

 

 

 

 

 

 

 

Алгоритмічний припис розв’язування задач на об’ємні співвідношення газів у хімічних реакціях.

Що потрібно знати:

1. Закон збереження маси речовини: маса речовин, що вступають у хімічну реакцію, дорівнює масі речовин, що утворюються в результаті реакції.

2. Закон об’ємних співвідношень газів  y хімічних реакціях: об’єми газів, що вступають у хімічну реакцію і утворюються в результаті цієї реакції, співвідносяться між собою як невеликі цілі числа. Ці числа є коефіцієнтами хімічної реакції.    .

3. Нерідко при розв’язуванні такого типу задач потрібні знання об’ємного вмісту кисню у повітрі – 21%.

 ЗАДАЧА: Який об’єм повітря витратиться на згоряння 17 л етану?

 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ ДІЙ РОЗВ’ЯЗАННЯ

1. Аналізуємо умову задачі і записуємо скорочений запис умови задачі:

Дано: v (C₂H₆) = 17 л

Знайти: v (повітря) = ?

Розв’язування:

2. Пишемо та урівнюємо рівняння реакції

2 C₂H₆ + 7 O₂→ 4СO₂ + 6H₂O

3. Підкреслюємо формули речовин, про які йдеться в умові задачі

                         2 C₂H₆ + 7 O₂ → 4СO₂ + 6H₂O

Однією рискою підкреслюємо речовини, дані в умові задачі, двома рисками – невідомі (які треба обчислити).

4. Проаналізувавши, які речовини вступають в реакцію і утворюються в результаті реакції, а саме: етан і кисень повітря – газоподібні реагенти, вуглекислий газ і водяна пара – газоподібні продукти реакції, приходимо до висновку про можливість застосування закону об’ємних співвідношень газів. Записуємо цей закон для речовин задачі, числові значення яких відомі та треба обчислити:

               V (C₂H₆)  =  2 

               V (O₂)          7           

5. Складаємо пропорцію та обчислюємо об’єм кисню, який вступає в хімічну реакцію:

                   17 л      =  2 

                V (O₂)         7            х = 17 л • 7 / 2 = 59,5 л

 

6. Знаходимо об’єм повітря, яке витратиться під час згоряння такої кількості етану:

                   59,5 л кисню   складає 21 %

                     х л повітря        -         100 %

 

х = 59,5 л • 100 % / 21% = 283,3 л

 

7. Записуємо відповідь.

 Відповідь: v (повітря) = 283,3 л 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алгоритмічний припис розв’язування задач на виведення хімічних формул органічних речовин за продуктами їх згоряння

Що потрібно знати:

1. Закон збереження маси речовини: маса речовин, що вступають у хімічну реакцію, дорівнює масі речовин, що утворюються в результаті реакції (для урівнювання рівнянь хімічних реакцій).

2. Коефіцієнти у рівняннях реакцій співпадають з числовим значенням кількості речовини.

3. Моль – основна одиниця хімії.

4. За нормальних умов 1 моль будь-якого газу займає об’єм 22,4 л.

5. Відносна густина одного газу за іншим (D) – число, яку показує у скільки разів даний газ важчий за порівнювальний (об’єми газів однакові).

 ЗАДАЧА: В результаті згоряння органічної сполуки масою 29 г утворився карбон (ІУ) оксид масою 88 г і вода масою 45 г. Відносна густина пари речовини за киснем дорівнює 1,813. Визначити молекулярну формулу речовини.

 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ ДІЙ РОЗВ’ЯЗАННЯ

1. Аналізуємо умову задачі і записуємо скорочений запис умови задачі:

Дано: m (C_xH_у) = 29 г

m (CO₂) = 88г

m (H₂O) = 45 г

D_O2(C_xH_y) = 1,813

Знайти: C_xH_у  = ?

Розв’язування:

2. Для розвязування цієї задачі нам буде наобхідне числове значення відносної молекулярної маси невідомої органічної сполуки. Тож насамперед обчислимо Мr(C_xH_у) скориставшись формулою відносної густини одного газу за іншим.

D_O2(C_xH_y) = Мr(C_xH_у)/ Мr(О₂) = Мr(C_xH_у)/ 32 =1,813

Розв’язавши рівняння, отримуємо       Мr(C_xH_у) = 58

3.  Записуємо  рівняння реакції горіння органічної сполуки – при цьому завжди утворюється вуглекислий газ і вода (за умови достатньої кількості кисню)

C_хH_у +  O₂→ СO₂ + H₂O

4. Наступним кроком є обчислення числових значень кількості речовини органічної сполуки, вуглекислого газу та води, які беруть участь у хімічній реакції та приведення цих значень до найпростіших цілих чисел. Ці числа є коефіцієнтами нашої реакції.

n (C_хH_у)= m (C_хH_у)/ M (C_хH_у)= 29 г / 58г/ моль = 0,5 моль

n (CО₂)= m (CО₂)/ M (CО₂)= 88 г / 44г/ моль = 2 моль

     n (H₂О)= m (H₂О)/ M (H₂О)= 45 г / 18 г/ моль = 2,5 моль

Привівши до цілих чисел, отримаємо такі значення кількості речовин:

C_хH_у                                                           CО₂                                                      H₂О

0,5 моль                                                2 моль                           2,5 моль

   1                                           4                                      5

5. Записуємо та урівнюємо рівняння реакції, вписавши отримані числа як коефіцієнти в рівнянні реакції

1 C_хH_у +  O₂→ 4 СO₂ +5 H₂O

6. Проаналізувавши, кількість кожного атома до реакції та після реакції, знаходимо значення Х та У, розв’язавши рівняння з одним невідомим:

Для атома Карбону             1х = 4,     х = 4

Для атома Гідрогену        1у = 10,    у = 10

7. Виводимо формулу сполуки  - С₄Н₁₀

Для перевірки правильності отриманого результату обчислюємо відносну молекулярну масу виведеної органічної речовини за формулою

   Мr (С₄Н₁₀) = 4Ar (C) + 10 Ar (H) = 4•12 + 10•1 = 48 + 10 = 58

 

8. Записуємо рівняння хімічної реакції горіння сполуки С₄Н₁₀

2 C₄H₁₀ + 13 O₂→ 8 СO₂ +10 H₂O

 

9. Записуємо відповідь.

 Відповідь: С₄Н₁₀ – бутан.

 

 

 

           Розроблені алгоритмічні приписи використовуються на різних етапах процесу засвоєння знань. Наприклад, на етапі закріпленні нового матеріалу з алгоритмічними приписами працює весь клас. Спостереження за учнями показали, що учні з високим рівнем навчальних досягнень використовують алгоритмічні приписи при розв’язуванні лише кількох розрахункових задач, на далі ж потреби їх використання не відчувається. Учні з достатнім і середнім рівнем навчальних досягнень звертаються до алгоритмічних приписів частіше. Учні з початковим рівнем навчальних досягнень постійно працюють з алгоритмічними приписами – не лише під час виконання тренувальних вправ, а й при написанні самостійних і контрольних  робіт.

             Як показують результати формуючого експерименту, використання алгоритмічних приписів у навчанні учнів розв’язувати розрахункові задачі з хімії формують в них уміння і навички до зазначеного виду діяльності, за рахунок наведених у алгоритмі послідовностей  виконання дій та допомоги вчителя, створюється ситуація успіху та з’являється упевненість і бажання вчитися, працювати самостійно.