Дипломная (вкр): Роль современного урока химии в формировании научного мировоззрения учащихся

5,486·10-4 - относительная электронная масса.

Рассчитаем массовую долю электронов в молекуле протия:

Массовая доля электронов в молекуле дейтерия:

Масса электрона в

 г;

масса электрона в  :

Массовая доля электронов в смеси газов будет рассчитываться по формуле:

Или

Из последнего уравнения находим ω=0,48. Вычислим молярную долю в смеси:

 = 0,65.

Молярная масса смеси газов:

Или

Ответ: 2,7 г/моль; 0,65 (мольная доля).

Как вариант развития предлагаемого направления могут быть разработаны задачи, требующие расчета массовых долей нейтронов или протонов в веществе. Идея конструкции условия задачи та же: по мере роста порядкового номера химического элемента массовая доля протонов падает, а нейтронов повышается.

Другое направление - развитие заданий, основа которых состоит в расчете дефекта массы по уравнению Эйнштейна E = mc2. Понятно, что здесь должны рассматриваться ядерные реакции и зависимость энергии упаковки нуклонов от массового числа нуклида. Последняя информация доступна, она может быть найдена в соответствующих справочниках. Шаг в этом направлении сделан в [30].

Пример 2.2.2. Рассчитайте точное значение атомной единицы массы на основе значений масс протона, нейтрона, электрона и энергии упаковки нуклонов в ядро углерода-12. Сравните полученную величину с точным значением: 1 а.е.м. = 1,66056.10-27 кг. Какая величина не учтена нами при вычислениях?

Решение:

По определению

Это табличное значение.

Для того, чтобы решить эту задачу необходимы некоторые справочные данные, такие как:

Масса протона: mp = 1,672622·10-27 кг;

Масса нейтрона: mn = 1,674927·10-27 кг;

Масса электрона: me = 9,10938·10-31 кг.

Масса атома углерода без учета дефекта массы:

Энергия упаковки нуклонов в ядро атома углерода приблизительно равна:

Полная энергия упаковки в ядре атома углерода равна:

Дефекты массы ядра:

Масса атома углерода с учетом дефекта массы:

Отсюда можем найти 1а.е.м.:

Это несколько больше табличного значения. Причинами этого служат:

Приближенное значение энергии упаковки нуклонов;

Не учтено, что при соединении 6e- с ядрами тоже происходит дефект массы.

Ответ: 1,66086·10-27кг.

В школьном курсе физики изучается понятие теплоемкости вещества. Есть на эту тему и некоторое количество физических задач. Однако школьная химия этим понятием не пользуется. Для развития межпредметных связей есть возможность и целесообразность включения этого понятия и в химические задачи. В этом направлении тоже сделан один шаг [31].

Удельная теплоемкость - физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить телу для того, чтобы изменить его температуру на 10С, при том, что масса этого тела 1 кг.

Пример 3.2.3. Растворимость бромата серебра AgBrO3 (в г на 100 г воды) в интервале температур от 5 - 800С подчиняется уравнению:

. (2.3.)

К насыщенному раствору AgBrO3, массой m1 = 1кг, взятому при температуре t1 = 800C прибавили чистого льда массой m2 = 100 г и температурой t2 = 00C. Будет ли образовываться осадок AgBrO3 после выравнивания температуры? Теплоемкостью сосуда, где проводится опыт, пренебречь.

Решение:

Рассчитываем массу AgBrO3 в растворе.

Подставляя в уравнение (2.3.) температуру раствора найдем его растворимость: S1 = 0,93 (г на 100 г воды). Отсюда находим содержание растворенного вещества в исходном растворе по уравнению .

Составим уравнение теплового баланса для данной системы:

учтем, что tл = 00С и решим уравнение относительно tx, получаем:

По формуле (2.3.) находим растворимость AgBrO3 при данной температуре. Sx = 0,641 (г на 100 г воды). Тогда mx’ = 7,05 (г).

Заключаем, что m’1 > m’x. Следовательно, осадок выпадет.

Ответ: осадок выпадет.

Пример 2.2.4. Растворимость карбоната лития Li2CO3 (в г на 100 г воды) в интервале температур от 0 - 750С подчиняется уравнению

                             (2.4)

К насыщенному раствору Li2CO3, масса которого равна m1=500 г взятому при температуре t1 = 700C прибавили чистого льда массой m2 = 100 г и температурой t2 = 00C. Будет ли образовываться осадок Li2CO3 после выравнивания температуры? Теплоемкостью сосуда, где проводится опыт, пренебречь.

Решение аналогичное примеру 3.3.

Ответ: осадок выпадет.

Пример 2.2.5. Растворимость гидроксида кальция Ca(OH)2 (в г на 100 г воды) в интервале температур от 15 - 800С подчиняется уравнению:

                                (2.5.)

К насыщенному раствору, масса которого равна m1=700 г, взятому при температуре t1 = 800C прибавили чистого льда массой m2 = 50 г и температурой t2 = 00C. Возможно ли образование осадка Ca(OH)2 после выравнивания температуры? Теплоемкостью сосуда, где проводится опыт, пренебречь.

Решение аналогичное примеру 3.3.

Ответ: осадок выпадет.

Немалые возможности может дать «Электролиз водных растворов и расплавов», тем более что в школьном курсе эта тема представлена слабо. Варианты развития темы: вывод формулы вещества, подвергнувшегося электролизу; расчеты масс веществ образовавшихся (разложившихся) при электролизе, если на аноде или катоде протекало сразу две реакции.

Пример 2.2.6. Синтез Кольбе - это анодное окисление аниона карбоновой кислоты на инертном материале, в результате чего образуется предельный углеводород; например,

CH3COO- ® C2H6­ + 2CO2­ + 2e-.

Раствор ацетата натрия подвергли электролизу током 2 А в течение 4 час. На инертном аноде выделилось смесь газов объем, которой при р = 1 бар и t = 30оС, составил 4,25 л. Какая часть анодного заряда затрачена на окисление воды?

Решение:

Общее количество вещества газов:

= pV/RT = 0,169 моль.

Электрический заряд, участвующий в электролизе:

= It = 2,88.104 Кл.

Помимо синтеза Кольбе, на аноде протекало окисление воды:

H2O → O2­ + 4H+ + 4e-.

Пусть на этот процесс затрачено х Кл, тогда на синтез Кольбе будет израсходовано (2,88·104 - х) Кл. Перейдем от электрических зарядов к количеству вещества e-, поделив заряды на постоянную Фарадея:

υ1 = x/F моль

и

υ2 = (2,88·104 - х)/F моль.

Из стехиометрии анодных процессов следует, что

υ(О2) = 1/4υ1 = x/4F моль,

υ(С2Н6) +υ(СО2) = 3/2υ2 = 3. (2,88·104 - х)/2F моль.

Уравнение на х: /4F + 3. (2,88·104 - х)/2F = 0,169,

откуда х = 2,15.104 Кл.

Искомая величина:/Q = 0,75.

Ответ: 75 %.

.3 Развитие демонстрационного эксперимента

Широкие возможности для развития школьного демонстрационного эксперимента предоставляет электрический ток. С его помощью можно:

а) Получать в микроколичествах простые вещества: водород, кислород, хлор, бром, йод, некоторые металлы;

б) Наблюдать миграцию окрашенных ионов в тонких слоях растворов электролитов или на фильтровальной бумаге, смоченной «фоновым» раствором;

в) Используя универсальную индикаторную бумагу, демонстрировать реакцию нейтрализации кислоты щелочью;

г) При целенаправленной встрече определенных ионов наблюдать ряд цветных реакций;

е) Показывать отличие вещества-электролита от неэлектролита, сильного электролита от слабого (по электропроводности);

ж) Демонстрировать изменение рН прикатодной и прианодной областей раствора электролита в процессе его электролиза.

Фоточувствительный слой черно-белой негативной фотопленки может стать удобным материалом для демонстрации:

а) Зависимости скорости химической реакции от концентрации реагента (на примере процесса проявления или фиксирования фотослоя);

б) Зависимости скорости реакции от температуры (на примере тех же процессов);

в) Влияние кислотности среды на скорость реакции (на примере проявления фотослоя).

Порошковая сера, добавленная в реакционную среду «металл/ кислота», может дать информацию о том, какой водород выделяется при саморастворении металла: атомарный или молекулярный (по запаху).

.4 Интерпретация некоторых положений химии

Развитие темы «Почему «царская водка» растворяет золото». Хорошо известно, что компоненты «царской водки» - НСl и НNO3 - на него не действуют. Основа развития - окислительная способность ионов NO3- и комплексообразование ионов Au3+ c ионами Сl-.

Развитие темы «Растворение металлов в азотной кислоте». Можно сделать попытку интерпретировать восстановление азотной кислоты до NO2, NO, N2O, N2, NH3,… на основе коррозионных диаграмм. Глубина восстановления HNO3 будет тем больше, чем ниже потенциал саморастворения металла. На основе этого принципа, быть может, удастся объяснить связь природы металла, концентрации кислоты и температуры с продуктами восстановления азотной кислоты. Есть основания предполагать, что при определенных условиях азотная кислота может окислять металл ионами водорода.

Развитие темы «Влияние температуры на скорость реакции». Основа развития - распределение Максвелла-Больцмана для скоростей молекул идеального газа. С повышением температуры доля «горячих» молекул быстро растет, что способствует ускорению химического процесса.

Развитие темы (с привлечением эксперимента) «Растворение меди в соляной кислоте». Медь растворяется в «дымящей» HCl, хотя в ряду напряжений металлов она расположена за водородом. Основа интерпретации - комплексообразование ионов Cu+ с ионами Сl-.

Заключение

В ходе данной работы были разработаны методические рекомендации, использование которых, в школьном курсе химии, способствует более полному представлению у учащихся химии как науки. Предполагается что предоставленные научно-методические идеи способствуют профессиональной ориентации школьного поколения.

Предложены задачи нового класса, применение которых помогает решить проблему межпредметных связей. Разработанный класс задач рекомендуется использовать при обучении в профильных классах или для индивидуального обучения учащимся с повышенным интересом к химии.

При отсутствии химического эксперимента на уроках химии знания учащихся могут приобрести формальный оттенок - резко падает интерес к предмету. Предложенные в работе демонстрационные эксперименты являются простыми в аппаратурном оформлении и безопасными, могут быть использованы в широком спектре тем.

В работе предложены интерпретации некоторых положений в химии с целью возбуждения интереса у учащихся к химической науке. Данные методики можно использовать в проблемном обучении.

Список литературы

Габрусева Н.И. Примерные программы вступительных испытаний в высшие учебные заведения Российской Федерации / Н.И. Габрусева, С.В. Суматохин. - М.: Минобразования РФ, 2000. - 247 с.

Лунин В.В. Профессиональная ориентация школьника / В.В. Лунин, Н.Е. Кузьменко, В.В. Еремин [и др.] // Химия в школе - 1995. - № 2. - С. 76-80.

Шуртаков К.П. Мировоззрение и методы его формирования. / К.П. Шуртаков. - Казань, 1989. - С 36.

Иванов В.П. Мировоззренческая культура личности (философские проблемы формирования) / В.П. Иванов. - Киев: Наукова думка, 1986. - С.292.

Кукушкина Е.И. Мировоззрение, понятие, практика / Е.И. Кукушкина, Е.Б. Логунова - М., 1989. - 235 с.

Зотов Ю.Б. Организация современного урока / Ю.Б. Зотов, П.И. Пидкасистый. - М., 1984. - 167 с.

Дьяченко В. К. Организационная структура учебного процесса и его развитие / В.К. Дьяченко. - М.,1989. - 304 с.

Бургин М.С. Инновации и новизна в педагогике / М.С. Бургин // Журн. Педагогика. М.,1998. - № 1. - С. 46-54.

Хуторской А. В. Педагогическая инновация: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по педагогической специальности / А. В. Хуторской. - М. : Академия, 2008. - 256 с.

Капранова В. А. Центры педагогических инноваций за рубежом: опыт и направления деятельности / В. А. Капранова // Педагогические инновации: традиции, опыт, перспективы : материалы II Международной научнопрактической конференции, Витебск, 12-13 мая 2011 г. - редкол.: Н. А. Ракова (отв. ред.) [и др.]. - Витебск: УО «ВГУ им. П. М. Машерова», 2011. - С. 241-243.

Поляков С.Ф. В поисках педагогической инноватики / С.Ф Поляков. - М., 1989. - 369 с.

Сластенин В.А. Педагогика: инновационная деятельность / В.А Сластенин, Л.С. Подымова - М., 1997. - 349 с.

Юсуфбекова Н.Р. Общие основы педагогических инноваций: опыт разработки теории инновационного процесса в образовании / Н.Р Юсуфбекова. - М., 1991. - 223 с.

Гессен С.И. Основы педагогики. Введение в прикладную философию / С.И. Гессен. - М. : Школа Пресс, 1995. - 448 с.

Мычко Д.И. Инновационные подходы к обучению в химическом образовании / Д.И. Мычко // Журн. Хiмiя. - 2011. - № 9. - С. 30-37.

Шаповаленко, С.Г. Методика обучения в восьмилетней и средней школе / С.Г. Шаповаленко. - М. : Учпедгиз, 1963. - 668 с.

Дынич В.И. Обучающей исследовательский принцип в системе многоуровнего университетского образования / В.И. Дынич [и др.] // Вышэйшая школа, 1997. - С. 38-46.

Ломоносов М. В. Сочинения: в 2 т. / М. В. Ломоносов. - М., 1951. - Т. 2 : Сочинения. - С. 351.

Лавуазье, А. Л. Предварительные рассуждения из «начального учебника химии» / А. Л. Лавуазье // Успехи химии. - 1943. - Т. 12, № 5. - С. 359-367.