Сборник творческих заданий по дисциплине «Химия» для всех специальностей на базе основного образования СПО
методическая разработка по теме

Содержание

1 Пояснительная записка                                                                                 5

2 Возможные направления творческой работы                                             6

3 Творческие задания по разделу «Общая и неорганическая химия»         8

3.1 Тема «Введение в неорганическую химию. Основные химические понятия и законы химии»                                                                                              8

3.2 Тема «Основные классы неорганических соединений»                          9

3.3 Тема «Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева»                                                                                                                  12

3.4 Скорость химических реакций                                                                 13

3.5 Металлы                                                                                                      13

4 Творческие задания по разделу «Органическая химия»                           14

5 Задачи химико-экологического содержания по ТРИЗ                               14

6 Список использованных источников                                                           25

1 Пояснительная записка

Сборник творческих заданий по дисциплине «Химия» подготовлен преподавателем Коловой С.Н. для студентов 1 курса ФГОУ СПО АПЭК.

Сборник содержит задачи творческого характера по разделам «Неорганическая химия», «Органическая химия», которые можно активно использовать в процессе аудиторной и внеаудиторной деятельности. В отдельный раздел вынесены задания с элементами ТРИЗ-технологии и задачи с производственным содержанием. Использование задач с производственным содержанием на уроках дает студентам возможность понять применение химических знаний в ситуациях профессионального характера. В сборнике даны примеры таких задач, предложены приемы их решения и ответы. Учитывая степень подготовленности учащихся, преподаватель может дать задачи для самостоятельной работы, либо помочь в составлении плана решения и проверить способность учащегося самостоятельно реализовывать его, либо решить задачу вместе с ним.

Творческие задания в сборнике учитывают интересы и специфику мышления студентов групп гуманитарного профиля и привлекают сведения из области истории, литературы, экономики, а также студентов технического направления, которым полезны задания из области технических дисциплин, связанные с профессиональной деятельностью.

2 Возможные направления творческой работы

Цели изучения каждой дисциплины, в том числе химии, — не только формирование определенного багажа теоретических и фактических знаний, выработка необходимых практических навыков, но и постоянное развитие логического, творческого мышления. Творческое мышление характеризуется способностью к поиску решения в условиях неопределенности. Формирование такой способности особенно актуально для успешных студентов, поскольку, решая, как правило, типовые задачи, они привыкают к тому, что уже в условии сразу просматривается способ решения задачи. Столкнувшись же с ситуацией, когда неясны ни направление поиска, ни нужная глубина решения, ни область знаний, которую необходимо использовать, они нередко пугаются. На эффективность творческого мышления оказывает влияние целый ряд факторов. Один из них — интеллект (хорошая память, устойчивое внимание и логическое мышление). На основании экспериментальных исследований можно утверждать, что у подростков старше 12 лет интеллектуальное развитие завершается, развитие же творческого мышления зависит от условий организации работы. Американские ученые установили, что в условиях соревнования и ограничения во времени творческие способности не проявляются.

Любой творческий процесс имеет этап, на котором доминирует интуитивно-образный строй мышления. Поэтому результативность творческого мышления зависит от того, насколько у студента развита его интуитивно-образная компонента. Немаловажный фактор, определяющий эффективность творческого мышления, — способность к рефлексии. Рефлексия — это осмысление и переосмысление содержания своих действий (интеллектуальная рефлексия), своего состояния и смысла своих действий (личностная рефлексия), смысла действий товарища (коммуникативная рефлексия) в условиях проблемно-конфликтной ситуации, каковой, несомненно, является процесс решения творческой задачи. Творческие задачи можно также рассматривать как средство повышения способности студентов к рефлексии, без которой невозможно достижение высокого качества знаний. По мере накопления числа решенных творческих задач студенты овладевают общими приемами поиска оригинального решения. Кроме того, сам процесс творчества дает его участнику мощный положительный эмоциональный импульс, что усиливает мотивацию учебы. Большое значение также имеет целенаправленное, систематическое ознакомление студентов с основными мыслительными операциями, приемами мышления. Специально подобранные задания могут развивать способность осуществлять мыслительные операции.

Выполнение творческих заданий любого типа предполагает поиск сведений по предложенной теме (самостоятельный или с помощью преподавателя). При наличии огромного массива легкодоступной информации (Интернет) существует опасность "списывания" - в том случае, когда, например, предлагаются рефераты на тривиальные темы. Творческая работа учащихся предполагает творческую работу и педагога (как минимум - изобретательность в формулировании темы, организация таких форм работы, где невозможна компиляция).

Творческая работа учащихся - это их первая научная деятельность. В связи этим полезно вести:

1. поиск информации о химических свойствах, способах получения, применении веществ
2. выявление закономерностей изменения свойств химических объектов (вещество, реакция)
3. анализ наличия информации о химических объектах в доступных источниках,
4. выявление и сопоставление противоречивых сведений

Творческие задания для групп гуманитарного профиля должны учитывать интересы и специфику мышления студентов и привлекать сведения из области истории, литературы, экономики, а для студентов технического направления полезны задания из области технических дисциплин, связанные с профессиональной деятельностью. Несомненно, использование задач с производственным содержанием на уроках дает учащимся возможность понять применение химических знаний в ситуациях профессионального характера. Задачи с производственным содержанием дают широкое поле деятельности по применению проблемного обучения. Проблемные вопросы создают ситуации, побуждающие учащихся к активной мыслительной деятельности, поиску решения, который приводит к осмыслению и проецированию на конкретную профессиональную ситуацию. Большое значение имеют также задания химико-экологического направления. В 2009-2010 учебном году дисциплина «Химия» преподавалась мной только в группе, обучающихся по специальности «Техническое обслуживание и ремонт автомобиля», поэтому данный сборник в большей степени ориентирован на студентов технического направления.

3 Творческие задания по разделу «Общая и неорганическая химия»

3.1 Тема «Введение в неорганическую химию. Основные химические понятия и законы химии»

1 Беседа - дискуссия по теме «Химия в нашей жизни»: обсудить в группе и выразить мнение, привести «за» и «против» химии как науки.

а) В сообщениях средств массовой информации часто звучит мысль, которую кратко можно сформулировать так: «Все беды от химии». Прокомментируйте

б) Представьте ситуацию: в Алтайском крае в одночасье исчезли все вещества и вещи, которые дает нам химия. Вы группа специальных корреспондентов ТВ-программы. Составьте репортаж об этом событии.

в) Всем известно крылатое выражение: «Математику уж затем учить надо, что она ум в порядок приводит». А для чего нужно учить химию?

г) 6 сентября 1751 г. на собрании Императорской Академии Наук М.В.Ломоносов произнес знаменитое «Слово о пользе химии»:

«…Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие, слушатели. Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде обращаются пред очами нашими успехи ея прилежания. В первые времена от сложения мира принудили человека зной и стужа покрывать свое тело; тогда по первом листвия и кож употреблении домыслился он…приготовлять себе одежды, которые хотя к защищению тела его довольно служили, однако гнушались простою белизною и, пестреющим полям завидуя, подобного великолепия и в прикрытии своего тела икали. Тогда химия, выжимая из трав и из цветов соки, вываривая коренья, растворяя минералы и разные образы их между собою соединяя, желание человеческое исполнять старалась.

Сии химические изобретения не токмо увеселяющие взор наш перемены в одеяниях производят, но и другие склонности наши довольствуют».

Какие еще примеры мог бы привести М.В.Ломоносов, живи он в наше время? Попробуйте продолжить «Слово о пользе Химии».

2 В подавляющем большинстве случаев названия химического элемента и соответствующего простого вещества совпадают. Приведите примеры из повседневной жизни, когда одно и то же слово (например, железо, водород, бром) означает в одном случае химический элемент, а в другом – простое вещество.

3 Составьте речь для учителя химии на первом уроке химии в 8 классе. Ваша задача придумать такие слова, выслушав которые все ученики немедленно начнут читать дополнительную литературу по химии, будут проводить опыты у себя дома и т.д.

4 Предложите, на ваш взгляд, более удачные, чем общепринятые названия нескольких химических элементов. Например, водород - значит “рождающий воду”. С другой стороны, водород является самым распространенным элементом во вселенной. Потому его можно было бы назвать что-то вроде “максикосм” или “космород” и т.д.

5 Перед вами названия рек России: Урал, Сура, Шилка, Онега, Волга, Десна, Истра, Двина, Витим, Мойка, Нева.

Переставьте в каждом из них буквы в любом порядке и замените одну-две буквы так, чтобы в итоге получились названия химических элементов. Рядом напишите их символы. 

6 Известно, что все предметы состоят из атомов и молекул. Опишите вид из окна с точки зрения химической науки. Используйте термины и формулы химических соединений.

7 Найдите подобные примеры из истории науки.

«Жил человек рассеянный…»

Где жил человек рассеянный, мы всe хорошо помним еще с золотой поры детства. А вот его профессию автор бессмертных строк указать забыл, потому что для всех очевидно: человек рассеянный - это ученый. Ничего не поделаешь, за постоянную концентрацию внимания на проблемах науки приходится платить, попадая в забавные житейские истории. Эта черта ученого не раз обыгрывалась в художественных произведениях, достаточно вспомнить симпатичного Жюльеновского Жака Паганеля географа. И среди ученых химиков немало рассеянных людей.

"Добрый знакомый"

Однажды к Роберту Бунзену (1811-1899гг) пришел коллега. Они проговорили часа полтора, и гость уже собрался уходить, как вдруг Бунзен сказал: "Вы себе и представить не можете, до чего слаба моя память. Ведь когда я Вас увидел, я подумал, было что вы - Кекуле? Посетитель в изумлении посмотрел на него и воскликнул: "Но я и есть Кекуле!"

3.2 Тема «Основные классы неорганических соединений»

1 Домашнее задание химико-экологического направления. Представьте в любой, удобной для вас форме, ответы на 3-5 любых вопросов. Оценивается как точность, так и оригинальность формы представления ответов.

1) Что такое кислотные осадки?

2) Какие вещества являются причиной выпадения кислотных осадков?

3) Каковы основные природные и антропогенные источники кислотообразующих выбросов?

4) Какие процессы происходят с оксидами серы и азота при попадании их в атмосферу?

5) К каким последствиям для водной системы приводит выпадение кислотных осадков?

6) Появление ионов каких химических элементов в воде приводит к гибели рыб? Привести уравнения химических реакций.

7) Как влияют кислотные осадки на почву и почвенные микроорганизмы?

8) Как влияют кислотные осадки на численность популяций птиц?

9) Назовите основные способы предотвращения попадания кислотообразующих выбросов в атмосферу и ликвидации последствий закисления окружающей среды?

10) Каким образом выбросы оксида серы(IV) металлургических заводов могут повлиять на численность глухарей, обитающих в лесах? Привести необходимые уравнения химических реакций.

11) На заводе по производству азотных минеральных удобрений, расположенном вблизи реки, произошла крупная авария, в результате которой в окружающую среду попало большое количество оксида азота(IV). К каким последствиям для обитателей водоема это может привести и как их можно предотвратить? Привести необходимые уравнения химических реакций.

12) Почему при подкислении среды водоемов фосфаты, стимулирующие бурное развитие фитопланктона, становятся менее доступными? Приведите уравнения химических реакций. Как скажется гибель фитопланктона на жизнедеятельности других обитателей водоема?

13) Биоаккумуляцию каких веществ в водных организмах вызывает закисление водоемов? Каковы последствия этого процесса для водной экосистемы?

2. Если верить легенде, Черное море получило свое название из-за почернения опускаемых в его пучинах серебряных предметов. Это связано с тем, что на глубине более 200 м морская вода содержит сероводород (продукт жизнедеятельности некоторых микроорганизмов). Наличие сероводорода делает невозможной жизнь морских растений и животных в этой зоне. В последние годы по непонятным причинам сероводород стал медленно подниматься к поверхности воды. Если этот процесс не прекратится, то Черное море станет безжизненным. Предложите способ борьбы с «наступлением сероводорода». Оцените предложенный вами способ с экономической и экологической стороны. В одном из стихотворений К.И. Чуковского есть такие строки: «А лисички взяли спички, к морю синему пошли, море сине зажгли». Реально ли это сделать?

3 Рассказ-задача «Известен с глубокой древности»

Со времен Гомера известен этот оксид – бесцветный газ с резким запахом. Одиссей, хитроумный герой Троянской войны, окуривал им помещение, в котором сражался, и в конце концов победил женихов Пенелопы. Плиний Старший, римский историк (23-79 гг. н. э.), тоже упоминал в своих сочинениях о газообразном оксиде, который уничтожает инфекцию и вредных насекомых. Тот же оксид стал причиной смерти Плиния во время извержения Везувия в 79 г.н.э. В наши дни это соединение выбрасывается в атмосферу с дымом тепловых электростанций и металлургических заводов и является причиной «кислотных дождей». Когда «газ Одиссея» смешивают с влажным сероводородом, выделяется сера, а пероксид водорода в водном растворе превращает его в сильную кислоту. Что это за газ?

4 Рассказ-задача «Сухой и холодный»

Чтобы получить этот оксид в твердом виде достаточно взять его жидком состоянии и… вылить прямо в бумажный пакет. Получится белый порошок, с которым хорошо знакомы  уличные продавцы мороженного. Этот оксид честно служит людям: его хорошо знают те, кто хотя бы однажды пользовался огнетушителем или пил газированную воду. А голландский ученый Ян Баптист ван Гельмонт в 1620 г. назвал этот оксид «лесным духом». Что это за вещество?

5 Ученые изобрели аппарат для получения кислорода из воды. Аппарат запущен в широкое производство. Спрогнозируйте возможные изменения в природе.

6 В настоящее время большое внимание уделяется разработке безотходных и экологически чистых технологий с низкой энергоемкостью. Исходя из этих требований, предложите схему получения важного азотного удобрения – аммиачной селитры. В качестве исходных соединений можно использовать любые встречающиеся в природе вещества.

7 На склад фирмы были привезены мешки с мелом и жженой известью. Во время перевозки этикетки с некоторых мешков были утеряны. Как установить, какие вещества находятся в мешках?

8 В сказке «Хрустальный лак П.П. Бажов рассказывает о замечательном лаке, которым нижнетагильские мастера покрывали расписные железные подносы: «А лак такой, что через него все до капельки видно, и станет та рисовка либо картинка как влитая в железо. Ни жаром, ни морозом ее не берет. Коли случится, какую домашнюю кислоту на поднос пролить, либо вино всплеснуть – вреда подносу нет… Паяльную кислоту, клей, железо к железу крепят, и ту, сказывают, доброго мастера подносы выдерживали. Ну, конечно, ежели царской водкой либо купоросным маслом капнуть – дырка будет. Тут не заспоришь, потому как против них не то что лак, а чугун и железо выстоять не могут». Как видите, мастеровые Урала еще в прошлом веке с кислотами «на ты» Объясните, о каких химических соединениях ведет речь рассказчик.

9 Напишите мини-сочинения: "Кислоты вокруг нас», "Практическое значение кислот и оснований".

10 По описанию догадайтесь о каком веществе идет речь.

«Образуется при молочно-кислом брожении сахаристых веществ под действием бактерий (при квашении капусты, созревании сыра). Применяется в производстве лекарственных средств, пластификаторов, при протравном крашении». (Молочная кислота)

«Очень известная особа. Родоначальница огромного семейства Сульфатов и Гидросульфатов. Тучна, масляниста, имеет большую плотность. Страдает пристрастием к воде и даже отнимает ее от других, готова принимать ее в любых количествах, но начинает злиться, шипеть и плеваться, если кто-то насильно в нее вольет воду. В больших количествах ее не способен вынести никто! Агрессивна и неуживчива, вытесняет некоторые вещества из их привычных соединений. Обожает стряпать самые разнообразные соли. Из-за скверного характера недоброжелатели в ее присутствии чернеют и обугливаются». (Серная кислота).

11 Нужный оттенок краске очень часто придают смешиванием различных пигментов. Однако здесь, если не учесть химической природы компонентов, можно ошибиться, например, смешение литопона и свинцовых белил, одинаковых по цвету, дает... черную массу. Объясните, почему.

12 «Своя опора». Составьте авторский опорный конспект всей изученной темы. Дайте ему творческое название, представьте его в группе.

3.3 Тема «Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева»

Для активизации познавательной деятельности на уроке можно использовать различные методические приемы. Самый эффективный способ — организация дидактических игр. Дидактические игры целесообразны прежде всего при изучении тем, которые недостаточно обеспечены химическим экспериментом. Тема «Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева» требует запоминания множества новых понятий, включения абстрактного мышления учащихся. Чтобы помочь преодолеть трудности, можно использовать различные дидактические игры, головоломки, ребусы.

1 Химические ребусы

Порядок составления ребусов.

1) Если перед рисунком или после него стоит запятая, то от названия отбрасывают букву в начале или в конце слова, если две запятые, то две буквы.

2) Если рисунок «вверх ногами», то его читают справа налево.

3) Если под картинкой цифры, то читать следует только те буквы в слове, которые соответствуют этим цифрам. Если над рисунком стоят зачеркнутые цифры, то буквы, соответствующие им, не читают.

4)  Если две буквы написаны в третьей, то они читаются последовательно.

Такие задания вызывают интерес к предмету, делают процесс заучивания необременительным и даже приятным и вносят разнообразие в учебный процесс.

2 Игра «Добавьте букву»

Цель: выучить (повторить) названия химических элементов.

Правила: написаны слова, к ним нужно добавить букву или слог в начале или в конце слова так, чтобы образовалось название химического элемента. Например, бар — барий, ром — бром, хром, род — водород, кислород, углерод, желе — железо, лото — золото, маг — магний, три — натрий, ребро — серебро.

3 Такие характеристики атома, как заряд ядра, энергия ионизации, связаны между собой определенными закономерностями, о которых Вам нужно рассказать первокласснику. Причем не просто рассказать, а рассказать так, чтобы он понял, о чем идет речь. Запишите свой рассказ. Сделайте к рассказу иллюстрации.

4 Известно, что все химические элементы располагаются в периодической системе в определённой зависимости, и, исходя из этого, вполне можно предугадать свойства ещё не известных элементов. Почувствуйте себя в роли юного учёного и представьте, что вы открыли новый химический элемент и изучили его свойства. Дайте ему название и попробуйте разместить его в периодической системе, опираясь на полученные данные.

3.4 Скорость химических реакций

1 Придумайте конструкцию прибора, с помощью которого можно было бы показать, что скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ. Составьте подробную инструкцию по пользованию прибором, изобразите схему прибора.

3.5 Металлы

1 Многие физические свойства металлов можно объяснить наличием в них металлической связи. Подумайте, как, имея две стеклянные пластины и воду, можно построить модель для объяснения высокой механической прочности  и пластичности металлов.

2 В цилиндр с водой налили ртуть и керосин, а затем опустили медную гирьку и кусочек натрия. Нарисуйте, как распределятся эти вещества в цилиндре.

3 Для маленьких детей любой металл – «железо». Как бы вы объяснили малышу, что металлы бывают разными и что их нельзя называть одним словом «железо»? Нарисуйте схему опыта, которым можно сопроводить Ваше объяснение.

4 Предположите, что произойдет на Земле, если исчезнет железо.

5 Придумайте конструкцию прибора для демонстрации ряда напряжений металлов и составьте инструкцию к нему, изобразите схему прибора.

6 Опишите роль железа в жизнедеятельности организма человека в жанре репортажа

7 Составьте расчетную задачу, взяв за основу любое из химических свойств цинка. Чтобы усложнить условие задачи, используйте понятие о массовой доле растворенного вещества или о массовой доле выхода продукта. Обменяйте составленными задачами с соседом по парте и решите их.

8 В природных водах железо присутствует в виде гидрокарбоната железа (II). Как используя этот факт, можно объяснить, что накипь на стенках чайника никогда не бывает белого цвета? При необходимости напишите уравнения реакций.

9 Для имитации золотых изделий раньше применяли «голландский металл» - сплав меди с цинком. Как отличить вещь, сделанную из такого сплава, от золотой вещи? В уравнениях реакций расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

4 Творческие задания по разделу «Органическая химия»

1 Почти на всех нефтепромыслах раньше горели огненные факелы - жгли попутный газ. С одной стороны, он пожаро- и взрывоопасен, его необходимо было куда-то удалить, с другой - его было мало, и строить специальные газопроводы не было никакого смысла. Предложите выгодный способ транспортировки попутного газа.

2 В Вашем распоряжении есть вода, этанол и любое лабораторное оборудование. Придумайте прибор, с помощью которого можно не только доказать образование водородной связи, но и показать, что она довольно прочная. Изобразите схему прибора, составьте инструкцию к прибору.

3 Представьте ответ на любой из вопросов в произвольной форме (презентация, доклад, буклет и т.д.), дополнив его интересной информацией.

а) Что такое соляровое масло? Является ли оно жиром?

б) Что более «калорийно» - условное топливо (его теплотворная способность 29500 кДж/кг) или жир?

в) Православной церковью установлено около 200 постных дней в году, в том числе и все среды и пятницы. В эти дни исключались из пищи продукты животного происхождения, в том числе и жиры. Что такое постное масло? Постное мясо? Постный сахар?

г) Какова связь между жирными кислотами и жирами?

д) Является ли жиром подсолнечное масло?

е) Напишите уравнения реакций гидрирования и гидролиза жира, в состав которого входят пальмитиновая, олеиновая и стеариновая кислоты.

ж) Как экспериментально определить старое растительное масло?

4 Натуральный мед содержит глюкозу и фруктозу. Предложите способ получения искусственного меда.

5 Прочтите советы автомобилистам, придумайте свои советы по этим ситуациям или приведите другие примеры.

А) Прежде чем искрасить металлическую поверхность смочите ее раствором уксусной кислоты и высушите. После этого краска лучше пристанет и будет прочнее держаться.

Б) Скорая помощь при появлении течи радиатора водяного охлаждения: засыпьте в радиатор несколько ложек сукой горчицы, она образует коллоидный раствор, который заполнит отверстие.

В) Эпоксидным клеем на определенное время можно восстановить сорванную резьбу у болта. Для этого очищенный болт покрывают слоем клея, затем тонким слоем какой-нибудь смазки, ввертывают болт в гайку и дают затвердеть.

Г) Один из способов удаления нагара: чистый нафталин всыпать в неполный бензобак и выехать на шоссе. Когда бензин в баке будет на исходе, нагара в двигателе не останется. Это мероприятие стоит проводить не чаще, чем через 15-20 тыс. км пробега.

5 Задачи химико-экологического содержания по ТРИЗ

Задачи можно использовать на уроках разными целями. Например, с такими:

1. подобрать интересные примеры и решать задачи, чтобы оживить урок.
2. проводить уроки со сквозными темами.
3. познакомиться с механизмами решения  изобретательских задач и проводить занятия по ТРИЗ − темам.
4. совместно со студентами искать новые решения задач, создавать свои задачи, видоизменять классификацию задач.
5. выявлять закономерности при решении задач, например, выявить, какой общий прием применен при решении задач.
6. многие задачи можно формулировать по-разному − в виде исследовательской или изобретательской задачи.

Задача 1 Какое предприятие загрязняет воздух?

(Задача 38, в Сборнике задач и упражнений по методике изобретательства / сост. Г.С. Альтшуллер – Баку: Гянджлик, 1970, с. 24)

Заметка в техническом журнале: “Засорение атмосферного воздуха отходами промышленных предприятий превратилось в проблему. Запретительные постановления властей выполняются плохо, ибо установка надежных фильтров обходится весьма дорого. Не помогает и угроза больших штрафов: обнаружить, какая именно труба является источником загрязнений, особенно если они бесцветны, практически невозможно. Чтобы поймать нерадивых промышленников, американские инженеры, следящие за чистотой воздуха, применили хитрый прием. Заметив в воздухе непорядок, они выпускают из разных мест множество небольших воздушных шаров, наполненных гелием, и наносят на городской план направление их полета. Так выявляются воздушные течения. Последующий анализ позволяет точно установить, в каком квартале находится виновник”.

Этот способ слишком громоздок. Найдите лучшую идею с помощью Алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ).

Задача 2 Очистка сточной воды глиной

(Задача 3, инженера В.К. Фомина из Перми, 1980 г. // Сб. Решения изобретательских задач на ЭВМ / сост. В.А. Михайлов. – Чебоксары: ЧувГУ, 1995, с. 13-14.)

Сточные воды очищают от масел и смол, вводя в них крупинки сухой глины. Потом глина набухает в воде, плохо отстаивается, быстро забивает фильтры. Можно бы использовать для улучшения разделения глины и воды центрифуги, но воды надо чистить много – поэтому все эти способы неэффективны.

Как обеспечить быструю очистку большого объема сточной воды от глины?

Задача 3 Испарение нефти

(Задача 1.8 подобрана ГС Альтшуллером (1980), сб. Как решаются изобретательские задачи (КРИЗ), сост. Михайлов ВА, Чебоксары: ЦНТИ, 1992, с. 53)

В резервуарах для хранения нефти имеются потери из-за ее испарения. Известен способ хранения, по которому поверхность нефти закрывают плавающими экранами. Испарение резко уменьшается, если зазор между экраном и стенкой мал. Но стенка деформируется под действием меняющейся нагрузки и мешает свободному движению экрана. При большом зазоре экран двигается свободно, но нефть сильно испаряется. Как быть?

Задача 4 Камера для испытаний

(Задача 3.18 /ГС Альтшуллер (1980), сб. КРИЗ – ЦНТИ, 1992, с. 59)

Имеется установка для испытаний длительного действия кислот на образцы (кубики) сплавов. Это герметичная металлическая камера, на дно ее ставят кубики и наливают агрессивную жидкость, создают в камере необходимые температуру и давление. Кислота (жидкость) действует на кубики, потеря массы или повреждения поверхности характеризуют устойчивость образцов сплава. Но кислота действует также на стенки камеры, вызывая их коррозию и разрушение. Приходится изготавливать камеру с применением благородных металлов, что очень дорого… Как быть?

Задача 5 Как заглушить трубу с отверстием?

(Задача 3.22 /ГС Альтшуллер (1980), сб. КРИЗ – ЦНТИ, 1992, с. 60)

Для временного перекрывания трубы с отверстием вводят в это отверстие под давлением быстротвердеющий полимерный состав для образования пробки-заглушки трубы. Этот состав, будучи жидким, до затвердевания успевает растечься вдоль трубы – нужно подавать много состава и пробка получается слишком длинной, потом ее трудно извлекать из трубы. Как быть?

Задача 6 Горение масла при закалке деталей

(Задача 3.25 /БЛ Злотин (1980), сб. КРИЗ – ЦНТИ, 1992, с. 61)

При закалке стальных деталей раскаленные детали краном быстро и плавно опускают в ванну с маслом. Масло кипит (тем самым быстро охлаждая и закаляя деталь), пары его соприкасаются с раскаленной верхней частью детали и горят, они горят сильно коптящим пламенем, пачкая сажей окружающие стены и оборудование цеха.

Как избавиться от этого вредного загрязнения?

Задача 7 Удлинение срока действия клея

(Задача 5.14 /ВА Михайлов (1985), сб. КРИЗ – ЦНТИ, 1992, с. 103)

При монтаже печатных плат используют многокомпонентный клей типа эпоксидного – смешивают до 4-х компонент (и одна из них тончайший порошек, образующий взвесь), длительность приготовления клея 30-40 мин., рабочее время после этого 45 мин. Потом клей застывает, фактическое его использование составляет 15%.

Как уменьшить расход клея в 5-6 раз?

Задача 8 Пузырьки газа в защитном лаке

(Задача 5.16 /ГС Альтшуллер (1989), сб. КРИЗ – ЦНТИ, 1992, с. 103)

Для предохранения платы с радиодеталями от климатических воздействий ее покрывают лаком, разбавленным легколетучим растворителем. При просушке лакового покрытия из платы выделяются микропузырьки газов и паров, которые прокалывают еще не просохшую пленку лака. В местах прокола при использовании платы происходит ее разрушение. Для предупреждения таких проколов сушку ведут в вакуумной камере, но такой способ сложен и дорого стоит.

Предложите более эффективное решение?

Задача 9 Сварка золотой цепочки

(Задача 5.17 /БЛ Злотин, СС Литвин (1980), сб. КРИЗ – ЦНТИ, 1992, с. 103)

Золотые цепочки изготавливают в две стадии: золотую проволоку превращают в цепь из звеньев с помощью высокопроизводительного автомата, затем нужно сварить все стыки в звеньях, звеньев много, размеры их малы – 1 м цепочки весит 1г. Сваривать вручную неэффективно.

Как произвести сварку быстро и эффективно?

Задача 10 Озонная коррозия силовых электрокабелей

(Задача 5.38 /ЮП Саламатов (1989), сб. КРИЗ - ЦНТИ, 1992, с. 109)

В сильных электромагнитных полях в воздухе вокруг силовых кабелей и других электрических устройств образуется озон. Озон воздействует (окисляет), разрушает полимерные оболочки-диэлектрики.

Как бороться с озонной коррозией?

Задача 11Очистка воды осаждением гидрооксидов металлов

(Задача 5.46 /МВ Толстова, ВА Михайлов (1980), сб. КРИЗ - ЦНТИ, 1992, с. 110)

Для очистки воды от растворимых соединений фосфора (а также от фенола. солей тяжелых металлов и пр.) смешивают ее с осадком гидрооксида железа(3). Мелкие частицы гидкооксидов железа или алюминия хорошо захватывают (удаляют из раствора) фосфаты, но потом трудно такие осадки, насыщенные водой, от воды. Эти осадки плохо фильтруются (быстро забивают, "заиливают" фильтры), медленно отстаиваются, легко взмучиваются при сливе воды после отстаивания. В последнем случае происходит "вторичное" загрязнение воды.

Как улучшить отделение осадков мелких частиц гидрооксидов?

Задача 12 Способы очистки поверхности моря от нефти

 (Задача 1 / сб. Решения творческих экологических задач.- сост. ВА Михайлов и др.- (РТЭЗ), Чебоксары: Изд. Чуваш. ун-та, 1999, с. 22)

Способов уничтожения разлитой в море нефти придумано много. Можно, например, обработать нефтяную пленку, чтобы она рассеялась и осела на дно. Однако, абсорбенты для нефти дороги и токсичны. Кроме того, нефть со временем от них освобождается, всплывает или проникает в грунтовые воды. Добавляют в нефть магнитный порошок - это позволяет при помощи магнита собрать разлившуюся нефть. При этом усложняется оборудование.

При обработке нефтяной пленки абсорбентами нефть перестает растекаться по поверхности моря, но абсорбенты дороги, ядовиты, со временем они выделяют нефть обратно в воду.

Необходимо применять недорогие и доступные материалы для очистки поверхности моря от пленки нефти, не усложняя оборудования.

Задача 13 Способ обеззараживания питьевой воды

(Задача 2 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 23)

Удобнее всего обеззараживать воду хлором. А доставлять этот яд в баллонах или бочках приходится издалека. Везти хлор за тысячи километров от завода-поставщика хлопотно. Складировать баллоны с отравой на станциях нельзя без соблюдения жестких норм техники безопасности. Применять хлорирование в сельских и малонаселенных районах стало практически невозможно.

Таким образом, если для обеззараживания воды применяют хлор, то происходит необходимая очистка воды от вредных примесей, но хлор - сильный яд и возникают проблемы его складирования и хранения. Как быть?

Задача 14 Чистое ли небо над котельной?

(Задача 3 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 23)

Этот вопрос важен и с экономической, и с экологической точек зрения. Дым - это зеркало процесса сгорания топлива в топке котла. Если над высокой трубой светлая, прозрачная дымка, то все в порядке. Клубы черного дыма указывают на неблагополучие - это частицы несгоревшего топлива вылетают из топки котла. Конечно, можно периодически выходить и, подняв голову в небо, смотреть, какого цвета дым валит из трубы. Но желательно знать об этом на рабочем месте оператора.

Хорошо бы, чтобы дым сигнализировал оператору о наличии несгоревших частиц топлива. Как быть?

Задача 15 Метан и молния

(Задача 4 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 24)

Метан (СН4) извечный спутник подземной добычи угля. С воздухом газ образует весьма взрывоопасную смесь. Дегазационные установки, которые отсасывают в атмосферу эту смесь, оканчиваются надземными трубами, так называемыми свечами. А если в шлейф такой свечи попадет молния? Возникнет пожар. Как быть?

Задача 16 Запах в воздухе остатков нефти

(Задача 8 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 25)

После удаления разлитых нефтепродуктов, бензина, керосина остается неприятный запах. Небольшие помещения можно проветрить. А что делать с огромными площадями? Как избавиться от неприятного запаха?

Задача 17 Способ транспортировки попутного газа

 (Зад. 10 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 25)

Почти на всех нефтепромыслах раньше горели огненные факелы - жгли попутный газ. С одной стороны, он пожаро- и взрывоопасен, его необходимо было куда-то удалить, с другой - его было мало, и строить специальные газопроводы не было никакого смысла.

Предложите выгодный способ транспортировки попутного газа

Задача18 Как контролировать метан в шахтах?

(Задача 14 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 26)

Существует множество приборов для контроля содержания взрывоопасного метана (СН4) в атмосфере шахт и горных выработок. Начиная от живых канареек, кончая замысловатыми электронными устройствами, реагирующими на изменение электро- и теплопроводности воздуха, на вариации его химического состава и т.д. Беда, однако в том, что на упомянутые параметры существенно влияют запыленность и колебания температуры и влаги, неизбежные в шахтах. В результате надежность приборов падает, нередки ложные тревоги.

Предложите способы контроля содержания метана в шахтах. Как быть?

Задача 19 Как обезопасить опасные пилюли?

(Задача 16 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 26)

Повышенная доза сильнодействующего лекарства может оказаться опасной для жизни человека. Хорошо бы, чтобы лекарство исключало опасность, не допускало таких случаев (пусть даже сознательного применения повышенных доз).

Как это сделать?

Задача 20 Защита рыб от взрыва

(Задача 19 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 27)

При проведении взрывных работ под водой, например, при сносе запруды, неизбежно гибнут рыбы. Главная причина - мощный акустический удар. Предложите несколько простых технических способов для уменьшения вреда, наносимого рыбам при взрыве.

Задача 21 Контроль трещин в трубопроводе

(Задача 20 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 27)

Бесконечная нить газопровода пересекает огромные пространства. Время от времени в трубе образуются микротрещины. Их важно быстро обнаружить. Строить дорогостоящие поисковые системы с многими тысячами датчиков? Нельзя ли сделать так, чтобы природа сама подсказывала места утечки газа?

Задача 22 Очистка трубок теплообменника

(Задача 25 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 44)

Для конденсации пара на ТЭЦ применяют трубки, по которым прогоняется вода из природных водоемов. Трубки загрязняются и забиваются осадком. Решили вводить в воду эластичные пористые шарики. Шарики водой проталкиваются по всей системе и прочищают ее. Если загрязненность особенно велика - применяют шары с абразивной поверхностью. Но вместе с грязью шарики сдирают защитную оксидную пленку на их поверхности. Трубы начинают корродировать. Можно добавить в воду ингибиторы коррозии, но расход воды огромен, нужно много ингибитора, а это дорого. Как быть?

Задача 23 Способ очистки пляжей

(Задача 26 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 46)

В пору летнего сезона отдыхающие заражают песок пляжей болезнетворными бактериями - особенно стафилококком и стрептококком, а также грибками, опасность инфекционных заболеваний возрастает. Однако применять сильные дезинфицирующие вещества на пляже опасно. Как быть? Дезинфекция удалит микробы, но отравит окружающую среду. Если не дезинфицировать, то окружающая среда не пострадает, но микробы уцелеют, будут распространяться заболевания.

Задача 24 Фумигант и люди

(Задача 27 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 48)

Бромистый метил широко применяют для уничтожения вредных насекомых в хранилищах зерна - это широко распространенный фумигант. Но он имеет следующие недостатки: токсичен для людей и сорбируется на поверхностях тары, зерна, помещений. Поэтому с его применением связано противоречие: для более быстрого и надежного уничтожения насекомых надо использовать этот фумигант при высоких его содержаниях, а чтобы быстро проветрить помещение после обработки, надо содержание фумиганта понизить.

Как можно понизить содержание фумиганта, чтобы не страдали люди?

Задача 25 Заслон от цементной пыли

(Задача 30 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 55)

На бетонных заводах и на окружающих их территориях всегда полно цементной пыли, несмотря на десятки работающих фильтров. Применяемые тканые фильтрующие рукава быстро забиваются цементной пылью, перестают пропускать воздух. Замена таких рукавов - дело хлопотливое и пыльное. Как быть?

Задача 26 Оживление артезианского колодца

(Задача 31 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 58)

Артезианский колодец служит в полную силу не больше 15 лет: закупориваются фильтры, засоряется большая окружающая их часть водоносных пластов, зарастают ржавчиной трубы. Скважину можно оживить соляной кислотой. Она хорошо растворяет железистые, карбонатные соединения, которые откладываются на арматуре из подземных вод. А кислота - вещь опасная. Нужны емкости из кислотостойких материалов, это сложно и экономически невыгодно.

Как уничтожить отложения, закупорившие фильтр и окружающий грунт?

Задача 27 Поможем микроорганизмам

(Задача 34 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 58)

Не слишком загрязненная вода способна к самоочищению. Важную роль в этом процессе играют водные микроорганизмы, способные окислить нефтепродукты. Иногда для очистки воды от органических загрязнений в нее вводят специально выращенные дрожжевые бактерии. Но вводить в воду “чистые” микроорганизмы очень неудобно: они распределяются по поверхности неравномерно, уносятся ветром. Как быть?

Задача 28 Как разгрузить смерзшийся груз?

(Задача 36 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 59)

Значительную часть года (в северных районах до 9-10 месяцев) перевозки нефти, мазута и дизельного топлива производятся при низкой температуре (ниже нуля). С понижением температуры резко возрастает вязкость нефти и нефтепродуктов, при минус 30-40оС консистенция напоминает студень или сливочное масло. Слить и выкачать насосом такие нефтепродукты невозможно, приходится разогревать. Применяют перегретый водяной пар, но часть влаги попадает в топливо, и его качество снижается. Как быть?

Задача29 Очистка выхлопных газов автомобилей

(Задача 50/сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 93)

Половину загрязнений воздуха в городах составляют выхлопные газы автомобилей: это углеводороды, окись углерода(2), оксиды свинца и др. Основная их часть - продукты неполного сгорания бензина. Известен дорогой метод досжигания их на платиновых катализаторах. Из-за дороговизны этот метод редко применяется. У метода досжигания есть и еще один недостаток: выделяемая при этом теплота не используется для увеличения мощности бензинового двигателя – тепло рассеивается. Как быть?

Задача 30 Течь из автоцистерны

(Задача 52/ (Колчин Н.И.) /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 93)

Под автоцистерной на шасси автомобиля помещен поддон, куда поступает вытекающий из автоцистерны радиоактивный раствор. Эта жидкость внешне неотличима от обычной воды. Шофер лишен возможности при движении контролировать емкость и поддон. Как ему определять наличие течи?

Задача 31 Камера для твердых отходов

(Задача 53 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 94)

Твердые радиоактивные отходы (ветошь, металлические обрезки, дерево, пластмассу) засыпают в камеры. В камерах возникают пустоты и неплотности, что нежелательно - хранилище отходов является дорогим, нужно полнее использовать его объем. Как быть?

Задача 32 Птицы и нефтяное пятно

(Задача 62 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 95)

Морские птицы иногда садятся на нефтяные пятна и мараются, случается, и погибают. Как уберечь птиц от посадки на нефтяное пятно? Как сделать, чтобы нефтяные пятна сами отпугивали морских птиц? Какие ресурсы и природные явления можно привлечь на пользу защиты птиц?

Задача 33 Паразитам - смерть!

(Задача 63 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 96)

В 1991 году в ряде районов США вдруг с неожиданной быстротой начала распространяться очень редкая инфекция - болезнь Лайма. Многолетние охранные нормы, благотворно повлиявшие на фауну, привели к росту числа мышей. Только среди них раньше и замечалась эта болезнь. Это привело к размножению клещей - переносчиков болезни. А благодаря массовому распространению туризма клещи стали чаще кусать людей. Придумайте метод борьбы с клещами, который полностью удовлетворил бы общество защиты животных. Хорошо бы, чтобы мыши сами уничтожили клещей.

Задача34 Кладбища для отходов

(Задача 65 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 96)

Для уничтожения токсичных отходов производства часто используются могильники и отстойники. Однако некоторые химические соединения, особо токсичные и стойкие, и через много лет проникают в почву и грунтовые воды. Как быть?

Задача 35Топливо с водой

(Задача 67 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 96)

Жидкое топливо, верхний слой которого содержит больше 2-3% воды, не горит. Приходится этот слой сливать, но обводненные остатки невозможно ни сжечь, ни уничтожить. Как быть?

Задача 36 Барабан для нефти

 (Задача 69 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 97)

Для очистки моря от нефти было предложено использовать барабан из множества алюминиевых дисков. Между парой дисков смонтированы планки. Нефть налипает на диски, планка срезает с них тонкий слой нефти, и она стекает в резервуар. Но не вся нефть налипает, поскольку силы смачиваемости не так велики (точнее, налипает мономолекулярный слой). Как быть, как увеличить силу адгезии нефти?

Задача 37 Нефть из мусора

(Задача 70 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 97)

В бытовом мусоре много органических веществ - остатки пищи, тряпки, пластмасса, бумага... Нефть тоже состоит из органики. Если мусор попробовать измельчить и нагреть до 350оС под давлением в присутствии катализаторов, то органика разлагается до тяжелых углеводородов, а они по своим энергетическим характеристикам не уступают нефти, но вдвое дешевле. Из 10 тонн таких отходов получается до 4 тонн нефти. Впрочем неясно, что делать с остальными шестью тоннами?

Задача 38 Сбор нефтепродуктов с поверхности воды

(Зад.78 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 99)

Акватории морских и речных портов, места стоянки судов зачастую загрязняются нефтяным топливом. Особенно остро проблема сбора нефтепродуктов с поверхности воды встает в случаях аварий танкеров. Один из путей ликвидации загрязнений - высыпание на нефтяное пятно легких материалов, впитывающих нефть (пенька, гранулы пористых материалов, древесные опилки). Но трудно собрать эти материалы и отжать из них топливо в специальные емкости, чтобы вновь потом использовать эти пористые материалы. Как быть?

Задача 39 Сжигание нефтяной пленки

 (Задача 79 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 99)

Поскольку нефтепродукты горючи, очистку от них водной поверхности можно было бы проводить путем сжигания нефтяной пленки. Способ, конечно, неэкономичен, связан с потерей топлива, но охрана природы, сохранение морской и прибрежной фауны и флоры важнее, чем экономия нефти. Но поджигать можно только относительно толстый слой плавающей на поверхности воды нефти. Если пленка тонкая, поджечь ее не удается. Предложите способ сжигания тонких пленок нефтепродуктов на поверхности воды.

Задача 40 Сточные воды и фильтры

(Задача 80 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 99)

Часто сточные воды приходится очищать от взвешенных коллоидных частиц. Это обычно делается путем фильтрования. Но размер коллоидных частичек очень мал, и они плохо и медленно фильтруются, при этом забиваются отверстия фильтров. Как быть?

[Лисичкин ГВ, Бетанелли ВИ. Химики изобретают.-М.: Просвещение, 1990. С. 33].

Задача 41 Спасение от углекислоты

(Задача 100 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 105)

Японцы предлагают спастись от СО2, вымораживая его из дымовых газов, закачивая через трубу в океан на глубину 3 км. На этой глубине удельный вес СО2 становится больше, чем у воды, к тому же СО2 образует с водой твердые клатраты.

Железистый песок предложен для извлечения СО2 из дымовых газов. 1г песка поглощает 400 мл СО2, переводя углерод в метан, т.е из СО2 и паров воды получают топливо.

Предложен способ снижения выбросов СО2 в атмосферу - создать рукотворные месторождения углекислого газа и использовать его по мере надобности. Для этого надо закачать СО2 в глубокие водоносные горизонты. Какие здесь противоречия?

Задача 42 Очистка дорог ото льда

(Задача 105 /сб. РТЭЗ 1999, Изд. ЧувГУ, с. 107)

Предложена новая соль (вместо поваренной соли) против обледенения дорог. Это смесь ацетатов кальция и магния. Она в 20 раз дороже каменной соли, но снижает коррозию корпусов автомобилей и других металлических конструкций в 5-10 раз. За 15 лет англичане собираются сэкономить на этом 0,8 млрд. фунтов стерлингов. Новая соль безвредна, к тому же ацетат разлагается в почве до воды и углекислого газа. Реки и озера спасаются от засоления. Какой использован прием разрешения противоречий, какой химический эффект?

6 Список использованных источников

1 Степин Б. Д., Аликберова Л. Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии/ М.; Дрофа, 2002.

2 Гузеев В.В. Познавательная самостоятельностьучащихся и возможности еѐ проявления в образовательной технологии // Химия в школе. – 2004. №3. – с.16-22

3 Г.С. Альтшуллер Маленькие необъятные миры: Стандарты на решение изобретательских задач / сб. Нить в лабиринте – Петрозаводск, Карелия, 1988, с. 165-230.

4 Ю.П. Саламатов Подвиги на молекулярном уровне: Химия помогает решать трудные изобретательские задачи / сб. Нить в лабиринте – Петрозаводск, 1988, с. 95-163

5 Сборник творческих задач по биологии, экологии и ТРИЗ / сост. В.И. Тимохов – СПб, ТОО ТРИЗ-Шанс, 1996, 105 с.

6 Решения творческих экологических задач: с использованием химических эффектов и ТРИЗ / сост. В.А. Михайлов и др. – Чебоксары: Изд. ЧувГУ, 1999, 160 с.

7 Г.В. Лисичкин, В.И. Бетанели Химики изобретают – М.: Просвещение, 1990, 112 с.

8 В.А. Михайлов Как решаются изобретательские задачи (Сто задач по ТРИЗ) – Чебоксары: ЦНТИ, 1992, 160 с.

9 База творческих задач: http://www.trizland.ru/topics.php

10 Разборы решений задач: http://www.trizland.ru/trizba.php?id=35

Содержание

1 Возможные направления творческой работы

2 Творческие задания по разделу «Общая и неорганическая химия»

2.1 Тема «Введение в неорганическую химию. Основные химические понятия и законы химии»

2.2 Тема «Основные классы неорганических соединений»

2.3 Тема «Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева»

2.4 Скорость химических реакций

2.5 Металлы

3 Творческие задания по разделу «Органическая химия»

4 Задачи химико-экологического содержания по ТРИЗ

5 Список использованных источников