Урок: "Решение задач на вывод формул органических веществ»

                                       Интегрированный урок

                       (математика + химия),   

                   11-й класс

 

 Тема:

"Решение задач на вывод формул органических веществ»

Тип урока: комбинированный.

Вид урока: интегрированный.

Задачи:

• Способствовать развитию умений выводить формулы веществ через массовую долю химических элементов, с использованием относительной плотности газов, применяя основное свойство пропорции.
• Способствовать развитию умений работать по алгоритму, развитию навыков самообразования, логического мышления, устной и письменной речи учащихся.
• Формировать целостную систему знаний, воспитывать ответственность при работе в коллективе, исполнительность.

Формы учебной деятельности: коллективная и групповая.

Технические средства и оборудование: мультимедийная презентация, компьютер, мультимедийный экран, периодическая система Д. И. Менделеева, раздаточные листы на печатной основе (задачи, алгоритмы)

План урока:

• Организационный момент;
• Подготовка к усвоению нового учебного материала;
• Усвоение новых знаний;
• Закрепление новых знаний;
• Подведение итогов урока;
• Информация о домашнем задании, инструкция его выполнении.
• Презентация урока

 ХОД УРОКА

I. Организационный момент

II. Подготовка к усвоению нового учебного материала

Сообщение о связи химии с математикою:

Учитель математики: Природа – единое целое, характеризующееся общими процессами и управляемая общими законами. Математические методы (решение систем линейных однородных уравнений, исследование функций и построение графиков) находят широкое применение в таких понятиях химии как протекание химических реакций; при решении химических задач.

Учитель химии сообщает учащимся план урока, цель и задачи:

Учитель химии: Химические процессы – это сложнейшие реакции, которые требуют огромных вычислений. И сегодня на уроке мы предлагаем вам решение химических задач с помощью математики, оформление результатов решения в виде программного продукта: презентации,.

Учитель математики: Для решения задач вспомним,  что такое отношение двух чисел? (Частное двух чисел)

–  Что показывает отношение? (Во сколько раз одно число больше или меньше другого или какую часть одно число составляет от другого)

– Что такое пропорция (Это равенство двух отношений)

Учащийся записывает пропорцию в общем виде на доске:– Как называются члены пропорции? (а и d – крайние, b  и c – средние)

– Сформулируйте основное свойство пропорции (Произведение крайних членов равно произведению средних членов a • d = b • c)

–  Как найти неизвестный член пропорции?

a : x = b : c
 xb = ac
 

Учитель химии: Для решения задач необходимо вспомнить:

– Что такое массовая доля элемента? (Это отношение относительной атомной массы элемента, умноженной на число его атомов в молекуле, к относительной молекулярной массе вещества.)
– Как определить массовую долю элемента?

 (– Как определить количество вещества? или)

– Что такое относительная молекулярная масса? (Относительная молекулярная масса Mr – число, показывающее во сколько раз реальная масса молекулы, выраженная в граммах, больше массы 1/12 части атома элемента углерода, выраженной тоже в граммах.)

– Как определить относительную молекулярную массу углеводорода, зная относительную плотность по водороду или воздуху? (Mr (вещества) = D(H₂) • Mr (H₂)  или Mr (вещества) = D(возд) • Mr (возд)).

Учитель математики: Решим устные упражнения:

• Найти отношение: 0,25 к 0,55; 9,1 к 0,07; 12,3 к 3; 1 кг к 250 г; 0,1 кг к 0,1 г.
• Найти неизвестный член пропорции: 5 : х = 4: 12;
• Определите Мr углеводорода, если  D(возд) = 2,  D(H₂) = 15.
• Определите Mr: СН₃, С₂Н₆, С₂Н₂.
• Определите количество вещества, если известна массовая доля углерода 80%, водорода 20% .

III. Усвоение новых знаний

Учитель химии: Решим задачу на определение молекулярной формулы вещества на основании результатов количественного анализа (массовой доли элементов) и относительной плотности.

Задача 1.

Найдите молекулярную формулу углеводорода, содержание углерода в котором 80%, а водорода – 20%, относительная плотность по водороду равна 15.

1-й способ решения (соотношение атомов).

На каждой парте алгоритм решения задачи.

 

Алгоритм решения задачи

Задача 1.

Найдите молекулярную формулу углеводорода, содержание углерода в котором 80%, а водорода – 20%, относительная плотность по водороду равна 15.

 

1 – й способ решения (соотношение атомов).

Алгоритм решения задачи

1. 1. Внимательно прочитайте условие задачи и кратко запишите его простейшую формулу

 

2. Определите соотношение атомов в молекуле, разделив массовые доли каждого из элементов на их относительные атомные массы.

3. Установите соотношение атомов

4. Определите относительную молекулярную массу углеводорода

5. Установите, во сколько раз истинная относительная молекулярная масса углеводорода больше относительной молекулярной массы простейшей его молекулы

6. Напишите истинную формулу углеводорода, увеличив число атомов каждого элемента

7. Запишите ответ

 

Решение:

1. Внимательно прочитайте условие задачи и кратко запишите его

Дано:

D (H₂) = 15
_____________
Mr (С_хН_y) – ?

2. Определите соотношение атомов в молекуле, разделив массовые доли каждого из элементов на их относительные атомные массы (учитель математики)

3. Установите соотношение атомов

4. Напишите простейшую формулу (учитель химии)

Учитывая соотношение можно записать – СН₃

5. Определите относительную молекулярную массу углеводорода

Mr (CH₃) = 15
Mr (С_хН_y) = D H₂ • Mr H₂ = 15 • 2 = 30

6. Установите, во сколько раз истинная относительная молекулярная масса углеводорода больше относительной молекулярной массы простейшей его молекулы

7. Напишите истинную формулу углеводорода, увеличив число атомов каждого элемента в 2 раза СН₃ – С₂Н₆

8. Запишите ответ

Ответ: молекулярная формула углеводорода – С₂Н₆ (этан).

Учитель математики:

Мы можем решить эту задачу вторым способом способом пропорции.

На каждой парте алгоритм решения задачи).

Алгоритм решения задачи

 

Задача 1.

 

Найдите молекулярную формулу углеводорода, содержание углерода в котором 80%, а водорода – 20%, относительная плотность по водороду равна 15.

 

2 – й способ решения (способ пропорции).

1. Внимательно прочитайте условие задачи и кратко запишите его

D (H₂) = 15
______________
Mr (С_хН_y) – ?

2. Определите массу водорода, содержащегося в веществе (составьте на основании логического рассуждения пропорцию и решите ее)
Процентное содержание элементов в веществе есть не что иное, как отношение массы атомов данного элемента к массе атомов второго элемента и т.д., т.е.
На 80 мас.ч. углерода приходится 20 мас.ч. водорода.
А на 1 моль атомов углерода, масса которого m(C) = 12 г (М(С) = 12 г/моль), приходится х г водорода.

Составьте пропорцию:

80 : 12 = 20 : х,

Это составляет 3 моль атомов водорода (М (Н) = 1 г/моль).

3. Установите соотношение атомов элементов в молекуле данного вещества, приведя их значения к целым числам n (C) : n (H) = 1 : 3

4. Напишите простейшую формулу вещества и рассчитайте по ней относительную молекулярную массу СН₃

Mr (CH3) = 15

5. Определите истинную относительную молекулярную массу Mr (С_хН_y) = D H₂ • Mr H₂ = 15 • 2 = 30

6. Установите, во сколько раз истинная относительная молекулярная масса углеводорода больше относительной молекулярной массы простейшей его молекулы

7. Напишите истинную формулу углеводорода, увеличив число атомов каждого элемента в 2 раза СН₃ – С₂Н₆

8. Напишите ответ

Ответ: молекулярная формула вещества С₂Н₆ – этан.

Учитель химии: Существует и третий способ решения подобных задач.

3-й способ решения (по формуле расчета массовой доли элемента в веществе)

На каждой парте алгоритм решения задачи

 

Задача 1.

Найдите молекулярную формулу углеводорода, содержание углерода в котором 80%, а водорода – 20%, относительная плотность по водороду равна 15.

1. Внимательно прочитайте условие задачи и кратко запишите его

Дано:

D (H₂) = 15
____________
Mr (С_хН_y) – ?

2. Запишите формулы расчета массовой доли элемента вещества.;

Mr = 2 ^. D H2;

3. Все данные внесите в формулу

4. Установите соотношение атомов

n(C) : n(H) = 2 : 6

5. Напишите формулу вещества С₂Н₆

6. Запишите ответ

Ответ: молекулярная формула вещества С₂Н₆ – этан.

Учитель химии: Эту задачу можно решить используя ещё один способ - нахождению доли части от целого.

1. Mr = 2 • D H2
Mr = 2 • 15 = 30

2. По относительной молекулярной массе (целое) и массовой доле элемента в веществе (доля части от целого) найдите массу элемента в веществе (часть от целого):
b = C • массовая доля части.
На долю углерода приходится: 30 • 0,8 = 24
На долю водорода приходится: 30 • 0,2 = 6

3. Число атомов элементов в молекуле газообразного вещества определяют как частное от деления полученных чисел на относительные атомные массы соответствующих элементов:

n (C) = 24 : 12 = 2
n (Н) = 6 : 1 = 1

4. Установите соотношение атомов n(C) : n(H) = 2 : 6

5. Запишите формулу вещества С₂Н₆

6. Запишите ответ

Ответ: молекулярная формула вещества С₂Н₆ – этан.

Учитель математики: Я хочу предложить вам ещё один математический способ решения подобных задач

1. По относительной плотности вычисляем относительную молекулярную массу вещества:

Mr (CH₃) = 15
Mr (С_хН_y) = D H₂ • Mr H₂ = 15 • 2 = 30

2. Предположим, что углеводород имеет формулу С_хН_у, тогда, подставим относительные атомные массы элементов, получим:

12х + у = 30.

3. Общая формула углеводорода – С_хH_2х+2.

Для углеводородов значение у будет равно или меньше (в случае непредельных углеводородов) значения 2х + 2:

4. Из уравнения находим значение у = 30 – 12х, подставляем его в неравенство и получаем:

Если х = 2, то у = 2 ? 2 + 2 = 6.
Если х >2.

Например, если х = 3, то 12х + у = 36 + у > 30, что не соответствует уравнению 12х + у = 30.

у = 30 – 12х
12х + 2х + 2 = 30
14х = 30 – 2
14х = 28
х = 28 : 14
х = 2, тогда
если х = 2, то 2х + 2 = 2 ^. 2 + 2 = 6.

5. Формула углеводорода: С₂Н₆

IV. Закрепление новых знаний

 (работа по группам)

На каждой парте листы с задачами.

Задачи для самостоятельного решения дома.

 

1. В углеводороде массовая доля углерода равна 84%. Относительная плотность паров углеводорода по воздуху равна 3,45. Определите эмпирическую формулу углеводорода.
2. Массовая доля углерода  в углеводороде равна 85,71%, водорода – 14,29%. Относительная плотность углеводорода по азоту равна 1. Выведите  молекулярную формулу углеводорода, напишите его структурную формулу.
3. Массовая доля водорода в углеводороде 7,7%. Молярная масса углеводорода 78 г/моль. Выведите формулу вещества.
4. В углеводороде массовые доли углерода и водорода соответственно равны 82,76 и 17,24%. Относительная плотность углеводорода по воздуху равна 2,0. выведите его молекулярную формулу.
5. Относительная плотность алкана по воздуху равна 1,52. Выведите его молекулярную формулу.

1 группа – решение задачи 1 способом (соотношение атомов).
2 группа – решение задачи 2 способом (способ пропорции).
3 группа – решение задачи 3 способом (по формуле расчета массовой доли элемента в веществе).
4 группа – решение задачи 4 способом (по нахождению доли части от целого).
5 группа – решение задачи 5 способом (математический).

V. Подведение итогов

Учитель химии:

Химия тесно связана с математикой. Сегодня на уроке мы познакомились, как  знания некоторых разделов математики необходимы для умения решать задачи по химии.

VI. Домашнее задние Каждой группе оформить решение задач в виде презентаций, статьи.