Интегрированный урок (математика + химия), 10-й класс (2 часа). "Решение задач на вывод формул органических веществ"
методическая разработка по алгебре (10 класс) на тему

Интегрированный урок (математика + химия), 10-й класс (2 часа). "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.

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, статьи, веб-сайта и т.д.

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:  или a : b = c : d

– 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 (Приложение 1).

1. Внимательно прочитайте условие задачи и кратко запишите его

Дано:

 (C) = 80%
 (Н) = 20%
D (H2) = 15
_____________
Mr (СхНy) – ?

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 (СхНy) = 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:Решение задачи вторым способом.

2-й способ решения (способ пропорции).

На каждой парте алгоритм решения задачи (Приложение 2).

1. Внимательно прочитайте условие задачи и кратко запишите его

Дано:

 (Н) = 20%
D (H2) = 15
______________
Mr (СхНy) – ?

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 (СхНy) = 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: Решение задачи третьим способом.

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

На каждой парте алгоритм решения задачи (Приложение 3).

1. Внимательно прочитайте условие задачи и кратко запишите его

Дано:

 (C) = 80%
 (Н) = 20%
D (H2) = 15
____________
Mr (СхНy) – ?

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:

4-й способ (по 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 • , где С – целое , b – часть от целого,  – 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:

5-й способ (математический)

1. По относительной плотности вычисляем относительную молекулярную массу вещества:

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

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

12х + у = 30.

3. Общая формула углеводорода – СхH2х+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

Учитель химии:

IV. Закрепление новых знаний (работа по группам)

На каждой парте листы с задачами (Приложение 4).

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).

Учитель математики:

V. Подведение итогов

Выводы о проделанной работе: знания некоторых разделов математики необходимы для умения решать задачи по химии.

Учитель химии:

VI. Домашнее задние

Каждой группе оформить решение задач в виде презентаций, статьи.

Приложение 1. 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).

Приложение 2. 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).

Приложение 3. Алгоритм решения задачи

Задача 1.

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

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

Приложение 4.

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.