Организация самостоятельной деятельности студентов и учащихся колледжа
книга по естествознанию (11 класс) на тему

ГАОУ СПО «Колледж сервиса города Оренбурга Оренбургской области»

Авторский коллектив:

Т. М. Мальгина

(руководитель группы),

директор, к. п. н., доцент,

заслуженный учитель РФ

О. А. Шипилова, зам. директора по ООД

Р. Р. Зайнутдинов, преподаватель

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

СТУДЕНТОВ ПО ХИМИИ И

ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ

(работа представлялась на конкурс в Региональный центр развития образования Оренбургский области Министерства образования Оренбургской области (в рамках пед. практики))

Оренбург, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Актуальность работы. Самостоятельная работа студентов в настоящее время является неотъемлемой частью учебной деятельности, на которую отводится до 50% учебного времени. Темы самостоятельной работы отражены в программах и календарно-тематических планах (пункт 7.1 ФГОС).

В современных условиях реализации образовательных стандартов третьего поколения необходимо вовлекать всех студентов в самостоятельную деятельность, что является основой настоящего учебного процесса.  В прошлом самостоятельная работа проводилась в течение урока, на которую отводилось 10 - 15 минут и то не на каждом занятии.  Дидактические материалы не имели широкой дифференцированности заданий по уровням сложности и разнообразию учебных заданий. Иногда использовались проектная и реферативная деятельность. В связи с внедрением стандартов третьего поколения самостоятельная деятельность приобретает системный характер и становится одним из слагаемых технологий обучения студентов.

Методики самостоятельной работы со студентами основываются на многочисленных научных работах В. М. Андреевой, М. Г. Гарунова, Е. С. Заир-Бек, П. И. Пидкасистого, А. Н. Ксенофонтовой, А. В. Кирьяковой, П. Е. Кермана, В. А. Никитина – Потанича, В. Г. Рындак, В. П. Тарентей, Е. П. Табаковой, Л. В. Миркуловой, в которых разработаны технологии самостоятельной деятельности студента. В настоящее время актуальным является построение самостоятельной деятельности студента в аудиторное и внеаудиторное время.  

Цели работы.

Образовательная. Создание педагогических условий для самостоятельной деятельности студентов в контексте стандартов третьего поколения для предметов «Химия» и «Естествознание».

Воспитательная. Воспитание у студентов умений самоорганизации, самоконтроля в процессе самостоятельной деятельности, развитие исследовательских качеств личности, культуры работы с научными материалами.    

Научная новизна. Новизна работы определяется созданием педагогических условий для реализации самостоятельной деятельности студента в аудиторное и внеаудиторное учебное время в контексте дифференцированного подхода к обучению студентов колледжа.

 Авторы выражают признательность А. В. Бутримову (начальник отдела профессионального образования ГБУ РЦРО) за методическую помощь в написании курса самостоятельной деятельности по предмету «Химия» и «Естествознание».

1. Педагогические условия реализации самостоятельной деятельности студента в условиях колледжа

В условиях внедрения стандартов третьего поколения изменения претерпели и педагогические условия реализации самостоятельной деятельности студентов «Колледжа сервиса». В настоящее время ученые Н. В. Ипполитова, Н. Стерхова,  Б. В. Куприянов, В. И.  Андреев, В. А. Беликов выделили три основных вида педагогических условий – организационно-педагогические, психолого-педагогические, дидактические условия. Эти условия существуют и в нашем учебном заведении,  поэтому рассмотрим, каким образом происходит реализация самостоятельной деятельности студента на уроках «Химия» и «Естествознание».  

В организационно-педагогических условиях реализации самостоятельной деятельности студента колледжа предусмотрена сконструированная система педагогического процесса, в который заложено от 30 до 50% учебного времени, отведенного на самостоятельную деятельность. Педагогические технологии самостоятельной деятельности предусматривают поэтапное выполнение самостоятельной работы. Самостоятельную деятельность можно представить в виде алгоритма, рисунок 1.  

Каждому шагу работы соответствует содержание и время реализации самостоятельной работы. Первые четыре шага характеризуются подготовительной деятельностью,  студент и преподаватель определяют уровень выполнения самостоятельной работы, методы выполнение работы.  

Уровень самостоятельной работы для студента может определяться им самим или преподавателем на основе данных входной диагностики. Первый уровень заданий - самый простой. Это воспроизведение информации, которую студент прочитал в предложенной литературе и написал в виде краткого реферата. Второй уровень самостоятельной деятельности предполагает выполнения заданий по образцу, например, написание уравнений реакции и расстановка коэффициентов по известной стехиометрической методике.

Первые два уровня оцениваются на оценку «удовлетворительно».

Рисунок 1 – Алгоритм самостоятельной деятельности студента «Колледжа сервиса»    

На третьем уровне происходит конструирование и моделирование информации, студент анализирует информацию и решает задачи расчетного плана. Моделирование заключается в использовании технологий критического мышления, где, применяя прием «Инсёрт» и прием «Мышление под прямым углом» или другие, студент в результате сможет классифицировать информацию и проводить её анализ.  Данный уровень оценивается на оценку «хорошо».

 Четвертый уровень – эвристический. Он наиболее актуальный для нашего учебного заведения, так как на этом уровне происходит реализация связи будущей профессии, которую получит студент, и знаний химии и естествознания.

Пятый уровень предполагает проведение исследования. Исследования в области естествознания и химии может выполнять любой студент.  Уровень его подготовки является не определяющим фактором, главное - это желание студента узнать больше как с профессиональной точки зрения, так и с естественнонаучной точки зрения. За выполнение самостоятельных работ четвертого и пятого уровней осуществляется выставление оценок «хорошо» и «отлично».

На каждом этапе и уровне самостоятельной деятельности студентов проводится консультирование, которое осуществляется в аудиторной и внеаудиторной интерактивной форме. Студенты приходят по графику дополнительных и кружковых занятий на консультации, то есть эти аудиторные занятия происходят через интернет-ресурсы и микроблоги, создаваемые студентами, обучающиеся по профессии «Мастер по обработке цифровой информации».

В рамках психолого-педагогических условий колледжа самостоятельная работа отражается в создании среды для развития личностных качеств студента. Важнейшие качества личности широко рассматриваются в работах  К. К. Платонова, И. П. Иванова, Д. Кеттела, Э. Фромма, З. Фрейда. Эти учёные описывали модели структуры качеств личности. На основе этих моделей в условиях самостоятельной деятельности можно формировать ключевые компетентности личности по видам деятельности – коммуникативная, профессиональная, предметная, трудовая. В основе уровневой и поэтапной деятельности студентов заложены формирующие акценты личности студента – стремление к самоорганизации и самоподготовке, умение презентовать себя, что достигается на последнем этапе самостоятельной деятельности при защите проектов. Умения к самоорганизации учебной деятельности становятся основой при овладении профессиями «Закройщик», «Парикмахер», «Мастер по обработке цифровой информации», «Гостиничный сервис», «Туризм». Все эти профессии и специальности требуют коммуникативных компетенций, что достигается в условиях, когда студенты устно излагают свои  мысли во время консультирования проектов и заданий самостоятельной деятельности. В процессе самостоятельной работы в структуре личности формируются нравственные компетенции, так как знания повышают нравственный потенциал человека. Новообразованием становится продуктивная компетенция – умение создавать собственный интеллектуальный труд, пусть и малого масштаба. В качестве психологического новообразования у студентов образуется профессиональное самоопределение и новое мировоззрение.

В приложении А и Б представлены анкеты, которые мы используем во время входной диагностики для определения уровня возможностей студента осуществлять самостоятельную деятельность. Анкетирование позволяет дифференцированно подойти к самостоятельной работе со студентами колледжа.          

Дидактические условия самостоятельной деятельности в колледже определяются конструированием технологий и методов подбора. Дидактические условия определяются не просто карточками и вопросами, а рабочими тетрадями, брошюрами по самостоятельной работе, видеожурналами и интерактивными методами обучения.  

Представляемый дидактический материал имеет вид системы заданий из пяти уровней, дидактические материалы начинаются с обращения к студенту с целью актуализации самостоятельной деятельности. На каждую тему имеется диагностический материал на основе тестов ЕГЭ.      

2. Дидактические условия реализации самостоятельной деятельности студента колледжа

Обращение к студентам.

Уважаемые студенты! Вы начинаете изучать интересный предмет «Естествознание», в который входят темы, касающиеся химической науки. Самостоятельная работа позволит вам более широко изучить курс естествознания и химии. При изучении вами различных междисциплинарных курсов вы столкнетесь с химическими веществами, которые применяются в вашей профессии. Профессиональные знания всегда опираются на общеобразовательные предметы, поэтому от того, как вы будете приобретать знания по предметам, будет зависеть его будущая профессиональная компетентность.   

Критерии оценок. В каждой теме представлены различные виды работ, которые оценивает преподаватель по критериям, представленным в таблице 1. Студент выбирает сам любой вид работы, соответственно получает оценку, что осуществляется с учетом уровня самостоятельной деятельности.

Таблица 1 – Критерии оценок, выставленных после выполнения работ.

Самостоятельная деятельность студентов по химии

2.1.Тема 1: Материя. Виды материи. Возможность существования жизни без материи. (2 час)

Цель: формирование общих компетенций, которые позволяют создать материалистическое мировоззрение.

Методические рекомендации по уровням самостоятельной деятельности студента и задание.

Задание первый уровень самостоятельной деятельности:

      Воспроизведите информацию и ответьте кратко на вопросы.

Информация. «Материя и ее движение»[7]. Химия относится к числу естественных наук, изучающих окружающий нас мир со всем богатством его форм и многообразием происходящих в нем явлений. Вся природа, весь мир объективно существуют вне зависимости от сознания человека. Мир материален и все существующее представляет собой различные виды движущейся материи, которая всегда находится в состоянии нёпрерывного движения, изменения, развития. Движение, как постоянное изменение, присуще материи в целом и каждой мельчайшей ее частице. Формы движения материи разнообразны. Нагревание и охлаждение тел, излучение света, электрический ток, химические превращения — все это различные формы движения материи. Одни формы движения материи могут переходить в другие. Так механическое движение переходит в тепловое, тепловое в химическое, химическое в электрическое и т. д. Эти переходы свидетельствуют о единстве и непрерывной связи качественно различных форм движения.

     При всех разнообразных переходах одних форм движения в другие точно соблюдается основной закон природы — закон вечности материи и ее движения. Этот закон распространяется на все формы ее движения; ни один вид материи и ни одна форма движения не могут быть получены из ничего и превращены в ничто. Это положение подтверждено всем многовековым опытом науки.

        Отдельные формы движения материи изучаются различными науками: физикой, химией, биологией и другими. Общие же законы развития природы рассматриваются в курсе естествознания.

Вопросы:

1. Объясните термин «материя»?

2. О каких формах движения материи вы узнали?

3. Существует ли нематериальный мир?

Задание второй уровень самостоятельной деятельности:

      Выполнить работу по образцу. Студенту необходимо собрать текстовые материалы по теме: «Материя. Виды материи. Возможность существования жизни без материи». Основываясь на собранных текстовых материалах, студенты колледжа составляют рефераты, пишут сочинения по указанной теме.

Структура реферата:

- обложка (где указывается тема, автор работы, номер группы, текст работы);

- содержание (состоит из введения и пунктов, подпунктов или параграфов);

- введение, в котором расписываются цели и задачи описываемого материала.

- основной текст, где материал делится автором на пункты, подпункты или главы, параграфы, подпараграфы;

 - выводы;

- список литературы (не более 10 источников).

Структура сочинения:

- введение;

          - основная часть. В основной части сочинения должно быть рассуждение по теме. Рассуждение опирается на выбранную профессию, то есть каждая тема должна быть профориентирована.

Задание третьего уровня самостоятельной деятельности:

     Моделирование информации. Постройте простейшую словесную материю, описывающую атом, электрон. Зарисуйте эти модели в виде кластера.

        Предварительно изучите термин «кластер», «граф». Примените эти термины для описания материального мира вашей будущей профессии. Составление проекта.

Задание четвертого уровня самостоятельной деятельности:

        Эвристический уровень – творческое изучение проблемы,  создание новых подходов к решению проблем. В соответствии с вашей профессией укажите виды движения материи в вашей профессиональной деятельности. Составьте схемы технологических процессов вашей профессии, где применяются знания о различных формах движения материи. Предполагается проектная деятельность.

        Предварительно изучите по словарям и поисковым интернет системам термин «технология», «технологическая схема» в различных науках.  

       Задание пятого уровня самостоятельной деятельности:

       На данном уровне провидится исследование по теме в контексте темы. Провести анализ термина «материя» с философской позиции, естественнонаучной, теологической. Исследование оформить в виде реферата с указанием различных точек зрения на проблему строение материального мира.    

Литература:

Срок сдачи: две календарные недели после выдачи задания.

Средства диагностики проведенной самостоятельной работы:

1. Письменные ответы на вопросы преподавателя.

2. Тесты ЕГЭ для диагностики темы  «Материя. Виды материи. Возможность существования жизни без материи»:

А1.    Число электронов в ионе Са2+ равно

1. 18        3)  22
2. 20        4)  40

А2.    Среди элементов второй группы максимальный радиус атома имеет

1. бериллий        3)  кадмий
2. барий        4)  цинк

A3.    Верны ли следующие суждения о кальции и его соединениях?

А. Кальций относится к щелочным металлам Б. Оксид кальция относится к амфотерным оксидам

1. верно только А
2. верно только Б
3. верны оба суждения
4. оба суждения неверны

А4.    Соединения с ионной связью расположены в ряду:

1. F2, KC1, N02, NH3
2. NH4C1, LiBr, CaO, BaF2
3. CaF2, CaS04, H20, NH4F
4. NaN03, HF, NF3, ZnO

А5.     Электронная   конфигурация   Is2   соответствует частице

1. Н        3) Н-
2. Н+        4) Не2+

А 6.    Среди элементов четвертого периода максимальный радиус атома имеет

1. медь        3) никель
2. калий        4) криптон

А7.   Верны ли следующие суждения о железе и его соединениях?

А. Железо находится в VIIIA группе. Б. Наиболее типичная степень окисления железа +8.

1. верно только А
2. верно только Б
3. верны оба суждения
4. оба суждения неверны

А8.    Веществом с ковалентной полярной связью является

1. водород
2. бром
3. кислород
4. вода

А9. Степень окисления +2,  а валентность IV атом углерода имеет в соединении

I) СО        3)  НСООН

8) С02        4) СН2С12

А10.  Ионную кристаллическую решётку имеет

1. бромид калия
2. бром
3.  калий

4)  бромоводород

Таблица 1 – Эталоны ответов:

  2.2.Тема 2: «Атомное, молекулярное учение древнего мира о строении материи». (1 час)

Цель: формирование общих компетенций у студентов. Познание строения мира в свете атомно-молекулярного учения М.В. Ломоносова.

Методические рекомендации. Студенту необходимо собрать текстовые материалы по теме «Атомное, молекулярное учение древнего мира». Текстовые материалы собираются по различным сайтам интернета, которые будут определены современными поисковыми системами. Материал собирается в электронном виде или в виде презентации.

Задание первого уровня  самостоятельной деятельности:

       Напишите электронный реферат по теме, опираясь на методические рекомендации; следует обратить внимание студентов на работы русских ученых в области строения материи: М.В. Ломоносова, Д.И. Менделеева, Н.Н. Семёнова.

Задание второго уровня самостоятельной деятельности:

      Создайте  презентацию по теме с элементами анализа материала и подготовить текст реферата.

Задание третьего уровня самостоятельной деятельности:

       Оформите материалы электронного реферата и презентации. Подготовьте устный доклад по темам материала. Студент должен уметь рассуждать по данной теме: «Атомное, молекулярное учение древнего мира». 

Рекомендации по структуре электронного реферата:

 - обложка (где указывается  тема, автор работы, номер группы, текст работы);

- содержание (состоит из введения и пунктов, подпунктов или параграфов);

- введение, в котором расписываются цели и задачи описываемого материала.

- основной текст, где материал делится автором на пункты, подпункты или главы, параграфы, подпараграфы;

 - выводы;

- список литературы (не более 10 источников).  

Структура презентации:

- введение;

          - основная часть. В основной части должно быть рассуждение по теме, рассуждение опирается на выбранную профессию, то есть каждая тема должна быть профориентирована.  

Электронный реферат размещается в микроблоге студента.

Задание четвертого уровня самостоятельной деятельности:

Выпишите основные термины, изученные в теме «Атомно-молекулярное учение». Составьте кроссворд (не менее 20 вопросов). Раздайте данный кроссворд своим товарищам по группе и выявите знания студентов по данной теме.

Задание пятого уровня самостоятельной деятельности:

Напишите проект (исследование) о роли ученых России в становлении атомно-молекулярного учения. Подберите статьи современных философов, изучающих строение атома и вселенной как философскую категорию. Оформите материал в виде статьи для участия в студенческой конференции.  

Литература:

Срок сдачи: две календарные недели после выдачи задания.

Средства диагностики проведенной самостоятельной работы:

1. Ответы на вопросы преподавателя.

2. Написание ответов на вопросы.  

3. Тесты группы А из ЕГЭ (выполняются для самодиагностики):

А1.    Одинаковую электронную конфигурацию имеют
частицы        

1. С1 и Аг
2. Сl- и Аг
3. Сl- и F-
4. Na+ и Аг

А2.    Наименьшим атомным радиусом обладает

1. фтор        3)  иод
2. неон        4)  ксенон

A3.    Верны ли следующие суждения об алюминии? А. Атом   алюминия   в   основном   состоянии  содержит 3 неспаренных электрона. Б. Алюминий образует амфотерный оксид.

1. верно только А
2. верно только Б
3. верны оба суждения
4. оба суждения неверны

Таблица 2 – Эталоны ответов:

2.3.Тема 3 (состоит из трех подтем): «Атом, периодический закон Д.И. Менделеева».

           3.1. «Строение атома».

           3.2 «Атом – сложная частица».

           3.3 «Периодический закон Д.И. Менделеева в свете учения строения атома» (4 час - работа с текстом учебника).

Цель: формирование общекультурных компетенций студента. Изучение представленных тем по учебникам, самостоятельный разбор материалов, подготовка заданий с решениями.

Методические рекомендации. 

            Студенту необходимо собрать текстовые материалы по темам:

       1. «Строение атома и Периодический закон Д.И. Менделеева. Атом – сложная частица»

       2. «Ядро (протоны и нейтроны) и электронная оболочка». «Изотопы - в профессиональной деятельности».

       3. «Строение электронных оболочек атомов элементов малых периодов. Особенности строения электронных оболочек атомов элементов больших периодов (переходных элементов)».  «Понятие об орбиталях. s-, р- и d-орбиталях».

       Текстовые материалы внимательно прочитываются. При чтении текста учебника по данным темам выписываются незнакомые слова. На компьютере набираются неизвестные термины, далее термины определяются через «вики» интернет системы. Студенты проводят сравнение определений терминов по учебнику и из «вики» энциклопедий.

 Задание первого уровня самостоятельной деятельности:

           Прочитайте тексты учебника по перечисленным темам, оформите в тетрадь материал по плану:

1. Выпишите термины и понятия темы.

2. Найдите ключевые выражения из двух слов;

3. Выделите абзацы текста, определите названия.

4. По выделенным абзацам опишите материал темы.

5. Запомните формулы. Найдите логику в формулах.

6. Напишите выводы.  

При изучении темы «Строение атома и периодический закон Д.И. Менделеева»  студентам необходимо обратить особое внимание на огромную теоретическую роль периодического закона при изучении строения атома. В теме «Ядро и электронная оболочка» необходимо выполнить задания:

 1) Постройте электронные конфигурации атомов различных групп и периодов.

 2) Ответьте на вопрос: «Какие закономерности вы обнаружили в строении электронных оболочек периодов и групп?».

Задание второго уровня самостоятельной деятельности: 

        1)  Разберите темы по предложенному плану.  

        2) Отразите прочитанный материал в виде схем.

        Вы уже знаете, что состояние электронов можно описать набором четырех квантовых чисел, но для объяснения строения электронных оболочек атомов нужно знать еще три следующих положения:

1) принцип Паули,

2) принцип наименьшей энергии,

3) правила Гунда.

         Руководствуясь данными принципами и квантовыми числами, выполните  задание:

      3) Составьте электронные конфигурации атомов 10 химических элементов.

Справочный материал [6]: Принцип Паули. В 1925 г. швейцарский физик В. Паули установил правило, названное впоследствии принципом Паули (или запретом Паули):

       В атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковы.

         Хотя бы одно из квантовых чисел п, L, ml и тs должно обязательно отличаться. Так, электроны с одинаковыми квантовыми числами n, l и ml должны обязательно различаться проекцией спина. Поэтому в атоме могут быть лишь два электрона с одинаковыми п, I и ml: один с ms = - 1/2, другой с тs = + 1/2.. Напротив, если проекции спина двух электронов одинаковы, должно отличаться одно из квантовых чисел п, l  или тs.

         Зная принцип Паули, посмотрим теперь, сколько же электронов в атоме может находиться на определенной «орбите» с главным квантовым числом п. Первой «орбите» соответствует n=1. Тогда l = 0, ml = 0 и ms может иметь произвольные значения: +1/2 или – 1/2. Мы видим, что, если n = 1, таких электронов может быть только два.

В общем случае при любом заданном значении n электроны прежде всего отличаются побочным квантовым числом l, принимающим значения от 0 до n-1. При заданных n и l может быть (2L + 1) электронов с разными значениями магнитного квантового числа ml Это число должно быть удвоено, так как заданным значениям n, L и ms соответствуют два разных значения проекции спина.

Следовательно, максимальное число электронов с одинаковым квантовым числом n  выражается суммой

      Отсюда ясно, почему на первом энергетическом уровне может быть не больше 2 электронов, на втором — 8, на третьем — 18 и т. д.

       Рассмотрим, например, атом водорода 1Н. В атоме водорода 1Н имеется один электрон, и спин этого электрона может быть направлен произвольно (т. е. ms = +1/2 или ms = - 1/2), и электрон находится в s-состоянии на первом энергетическом уровне с n = 1 (напомним еще раз, что первый энергетический уровень состоит из одного подуровня - 1s, второй энергетический уровень — из двух подуровней - 2s и 2р, третий - из трех подуровней — 3s, Зр, 3d и т. д.). Подуровень, в свою очередь, делится на квантовые ячейки (энергетические состояния, определяемые числом возможных значений ml т. е. 2L + 1). Ячейку принято графически изображать прямоугольником, направление спина электрона — стрелками.

      Поэтому состояние электрона в атоме водорода 1Н можно представить как 1s1, или, что то же самое,

В атоме гелия 2Не квантовые числа n = 1, L = 0 и ml = 0 одинаковы для обоих его электронов, а квантовое число тs отличается. Проекции спина электронов гелия могут быть ms = + 1/2 и ms = - 1/2. Строение электронной оболочки атома гелия 2Не можно представить как Is2 или, что то же самое,

1s

Изобразим строение электронных оболочек пяти атомов элементов второго периода периодической таблицы Менделеева:

To, что электронные оболочки 6С, 7N и 80 должны быть заполнены именно так, заранее не очевидно. Приведенное расположение спинов определяется так называемым правилом Гунда (впервые сформулировано в 1927 г. немецким физиком Ф. Гундом).

Правило Гунда. При данном, значении L (т. е. в пределах определенного подуровня) электроны располагаются таким образом, чтобы суммарный спин был  максимальным.

Если, например, в трех р-ячейках атома азота необходимо распределить три электрона, то они будут располагаться каждый в отдельной ячейке, т. е. размещаться на трех разных р-орбиталях:

В этом случае суммарный спин равен 3/2, поскольку его проекция равна

ms = + - 1/2 + 1/2 + 1/2 = 3/2. Эти же три электрона не могут быть расположены таким образом:

потому что тогда проекция суммарного спина ms =+1/2 –1/2+1/2=1/2. По этой причине именно так, как приведено выше, расположены электроны в атомах углерода, азота и кислорода.

Рассмотрим теперь электронную конфигурацию атома четвертого периода 19К. Первые 18 электронов заполняют следующие орбитали: ls22s22p63s23p6. Казалось бы, что девятнадцатый электрон атома калия 19К должен попасть на подуровень 3d, которому соответствуют п = 3 и L = 2. Однако на самом деле валентный электрон атома калия располагается на орбитали 4s. Дальнейшее заполнение оболочек после 18-го элемента происходит не в такой последовательности, как в двух первых периодах. Электроны в атомах располагаются в соответствии с принципом Паули и правилом Гунда, но так, чтобы их энергия была наименьшей.

Принцип наименьшей энергии (наибольший вклад в разработку этого принципа внес советский ученый В. М. Клечковский) — в атоме каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальной (что отвечает наибольшей его связи с ядром).

Энергия электрона в основном определяется главным квантовым числом п и побочным квантовым числом L, поэтому сначала заполняются те подуровни, для которых сумма значений квантовых чисел п и L является наименьшей. Например, энергия электрона на подуровне 4s меньше,  чем  на  подуровне  3d, так  как  в  первом  случае n + L = 4+0 = 4, а во втором n + L = 3 + 2 = 5; на подуровне 5s (п + l = 5 + 0 = 5) энергия меньше, чем на 4d { (п + l = 4 + 2 = 6); на 5р (п + l = 5 + 1 = 6) энергия меньше, чем на 4f (п + l = 4 + 3 = 7) и т. д.

Именно В. М. Клечковский впервые в 1961 г. сформулировал общее положение, гласящее, что электрон занимает в основном состоянии уровень не с минимально возможным значением п, а с наименьшим значением суммы п + l.

         В том случае, когда для двух подуровней суммы значений n и l равны, сначала идет заполнение подуровня с меньшим значением п. Например, на подуровнях 3d, 4р, 5s сумма значений п и l равна 5. В этом случае происходит сначала заполнение подуровней с меньшими значениями п, т. е. 3d-4p-5s и т. д. В периодической системе элементов Менделеева последовательность заполнения электронами уровней и подуровней выглядит в последовательности, которая изображена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема заполнения электронами энергетических уровней и подуровней.

   Принцип наименьшей энергии справедлив только для основных состояний атома. В возбужденных состояниях электроны могут находиться на любых орбиталях атомов, если при этом не нарушается принцип Паули.

Задание третьего уровня самостоятельной деятельности:

      1) Изучив справочный материал второго уровня самостоятельной деятельности, составьте презентацию, в которой отразите правила заполнения электронами квантовых ячеек атомов.

      2) Установите связь строения атома с положением химических элементов в периодической системе Д. И. Менделеева.  

Задание четвертого уровня самостоятельной деятельности:

      Известно, что в 1869 году (год открытия периодического закона) информация о строении атома была фрагментарной.

   1) Почему после грандиозных физических открытий 20-го века в области строения атома не произошло разрушения периодического закона. В чем гениальность работ Д.И. Менделеева?

     2) Объясните, почему существует фраза «Открытие периодического закона сравнимо с открытием новой эры в химии и мировой науке».

     3) Напишите сочинение-рассуждение.      

Задание пятого уровня самостоятельной деятельности:

     Прочитайте вопросы. По вопросам сформулируйте тему проекта. Тему проекта обсудите с преподавателем. При изучении темы проекта найдите профессиональное применение указанных химических элементов в веществах, которые используются в вашей профессии.  

Вопросы:

1. Сколько неспаренных электронов содержат невозбужденные атомы В, S, As, Cr?

2. Какие элементы могут проявлять как металлические, так и неметаллические свойства? Приведите не менее трех примеров.

3. Как изменяются неметаллические свойства элементов в периодах периодической системы? Приведите конкретные примеры соединений элементов, подтверждающие эти свойства.

4. В атоме, какого элемента — лития или цезия — связь валентного электрона с ядром сильнее? Объясните почему.

5. Разработка графических схем текстового материала.  

Литература:

Срок сдачи: одна календарная недели после выдачи задания.

Решить тесты группы А:

А1. Электронная конфигурация соответствует 1s22s22p2 частице

1) O2-                                                         3) C2+

2) O2+                                    4) C2- 

А 2. Наименьшим атомным радиусом обладает

1. алюминий        3)  натрий
2. аргон        4)  магний

A3. Верны ли следующие суждения о цинке и его соединениях?

А. Атом цинка в основном состоянии не содержит неспаренных электронов.

Б. Цинк образует основный оксид.

1. верно только А
2. верно только Б
3. верны оба суждения.
4. оба суждения неверны

А4.    Водородная связь реализуется

1. в молекуле водорода
2. в молекуле воды
3. между молекулами водорода
4. между молекулами воды

Таблица 3 – Эталоны ответов:

2.4.Тема 4. «Периодический закон Дмитрия Ивановича Менделеева, свойства веществ». (2 часа)

Цель: формирование компетенций в сфере теоретических основ знаний и научно-исследовательской деятельности студента.

Методические рекомендации:

      1) Студенту необходимо собрать текстовые материалы по теме «Периодический закон Дмитрия Ивановича Менделеева.»

      2) Основываясь на собранных текстовых материалах, студенты колледжа составляют рефераты либо пишут сочинения по указанной теме.

Задание первого уровня самостоятельной деятельности:

      Напишите реферат по указанной структуре по теме «Периодический закон Дмитрия Ивановича Менделеева» и подготовьте устное сообщение.

Структура реферата:

 - обложка (где указывается  тема, автор работы, номер группы, текст работы);

- содержание (состоит из введения и пунктов, подпунктов или параграфов);

- введение, в котором расписываются цели и задачи описываемого материала.

- основной текст, где материал делится автором на пункты, подпункты или главы, параграфы, подпараграфы. В основной части студентам необходимо рассмотреть вопрос шире, чем он изучается на занятиях. Указать, что периодический закон, открывает новую эру в химии – эру современной химии. Студентам необходимо познакомиться с биографией величайшего химика Д.И. Менделеева.  

 - выводы;

- список литературы (не более 10 источников).

Структура сочинения:

- введение;

          - основная часть. В основной части должно быть рассуждение по теме. Рассуждение опирается на выбранную профессию, то есть каждая тема должна быть профориентирована.  

Задание второго уровня самостоятельной деятельности:

     Напишите полные ответы на вопросы и оформите их в виде реферата:

 1. Сколько неспаренных электронов содержат невозбужденные атомы В, S, As, Cr?

2. Какие элементы могут проявлять как металлические, так и неметаллические свойства? Приведите не менее трех примеров.

3. Как изменяются неметаллические свойства элементов в периодах периодической системы? Приведите конкретные примеры соединений элементов, подтверждающие эти свойства.

4. В атоме какого элемента — лития или цезия — связь валентного электрона с ядром сильнее? Объясните почему.

5. Почему в группы лантаноидов и актиноидов входит по 14 элементов?

6. Какие общие свойства имеют элементы Мп и С1, находящиеся в одной группе периодической системы?

7. Каков состав ядер изотопов 12С и 13С, 14N и 15N?

8. Изотоп 210Ро, излучающий а-частицы, используется в смеси с бериллием в нейтронных источниках. Через какое время интенсивность таких источников уменьшится в 32 раза? Период полураспада 210Ро равен 138 дням.

9. Изотоп 137Cs имеет период полураспада 29,7 лет. 1 г этого изотопа прореагировал со взрывом с избытком воды. Каков период полураспада цезия в образовавшемся соединении? Ответ обоснуйте.

Задание третьего уровня самостоятельной деятельности:

       1)  Составьте общую модель – таблицу значения периодического закона Д. И. Менделеева для естествознания в целом и других наук.

Рисунок 3 – Периодический закон в системе наук естествознания и философии.

2) Опишите, какое значение имеет периодический закон для развития физики, химии, биологии. Материал представьте  в виде схемы, которую студент составляет самостоятельно. 

Задание четвертого уровня самостоятельной деятельности:

          1) Пользуясь поисковыми системами интернета, соберите материал о распространенности химических элементов во Вселенной и объясните, какое значение имеет периодический закон для освоения новых миров и планет Вселенной.

          2) Материал оформите в виде реферата и презентации, подготовьте сообщение по итогам разработанного материала.   

Задание пятого уровня самостоятельной деятельности:

          1) Самостоятельно изучите тему «Ядро атома и радиоактивные превращения».

          2) Ответьте на вопрос: «Существует ли взаимосвязь между темами «Ядро атома и радиоактивные превращения» и «Ядро атома и радиоактивные превращения»?.

          3) Напишите примеры ядерных превращений веществ.

          4) Объясните значение явления радиоактивности в вашей профессии, где эти вещества могут находиться, откуда мигрировать из окружающей среды.

           5) Оформите материал в виде проекта с иллюстрациями и презентацией.      

Литература:

Срок сдачи: две календарные недели после выдачи задания.

Средства диагностики проведенной самостоятельной работы:

  Выполнение диагностических тестов ЕГЭ из части группы А:

А1.  Электронная конфигурация ls22s22p6 отвечает

1. атому фтора        3)  атому натрия
2. фторид-иону        4)  сульфид-иону

А2.  Кислотные свойства в ряду высших оксидов углерода — кремния — фосфора

1. возрастают
2. ослабевают
3. сначала возрастают, затем ослабевают
4. сначала ослабевают, затем возрастают

Таблица 4 - Эталоны ответов:

2.5.Тема 5. «Теория электролитической диссоциации» (1 час)

Цель: формирование компетенций в сфере теоретических основ знаний применимых в будущей профессиональной деятельности.

Методические рекомендации.

         Выполнение самостоятельной работы можно проводить в трех направлениях: написание уравнений диссоциации; написание рефератов; написание сочинения или рассказа (профессиональная история), применяя знания по теории электролитической диссоциации.

Задание первого уровня самостоятельной деятельности:        

     Напишите уравнения электролитической диссоциации для десяти растворимых солей, которые в водном растворителе диссоциируют на катионы и анионы. Уравнения записываются в тетрадь. Для выполнения задания необходимо прочитать справочный материал к теме.

Справочный материал.[6] Электролиты и электролитическая диссоциация

Известно, что существуют две основные причины прохождения электрического тока через проводники: либо за счет движения электронов в электрическом поле, либо за счет движения ионов. Электронная проводимость присуща, прежде всего, металлам.

Ионная проводимость присуща многим химическим соединениям, обладающим ионным строением, например солям в твердом или расплавленном состояниях, а также многим водным и неводным растворам. В связи с этим все вещества принято условно делить по их поведению в растворах на две категории: а) вещества, растворы которых обладают ионной проводимостью (электролиты); б) вещества, растворы которых не обладают ионной проводимостью (неэлектролиты). К электролитам относится большинство неорганических кислот, оснований и солей. К неэлектролитам относятся многие органические соединения, например спирты, углеводы.

Оказалось, что, кроме хорошей электропроводности, растворы электролитов обладают более низкими значениями давления пара растворителя и температуры плавления и более высокими температурами кипения по сравнению с соответствующими значениями для чистого растворителя или для раствора неэлектролита в этом же растворителе. Для объяснения этих свойств шведский ученый С. Аррениус в 1887 г. предложил теорию электролитической диссоциации.

Под электролитической диссоциацией понимается распад молекул электролита в растворе с образованием положительно и отрицательно заряженных ионов — катионов и анионов. Например, молекула уксусной кислоты может диссоциировать в водном растворе следующим образом:

Процесс диссоциации во всех случаях является обратимым, поэтому при написании уравнений реакции диссоциации необходимо применять знак обратимости. Различные электролиты, согласно теории Аррениуса, диссоциируют на ионы в различной степени. Полнота распада зависит от природы электролита, его концентрации, природы растворителя, температуры.

Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации. Константа диссоциации. Одним из важнейших понятий теории электролитической диссоциации Аррениуса является понятие о степени диссоциации.

Степенью диссоциации а называется отношение числа молекул, распавшихся на ионы ( n'), к общему числу растворенных молекул (n):

Из этого выражения очевидно, что а может изменяться от 0 (диссоциации нет) до 1 (полная диссоциация). Степень диссоциации часто выражают в процентах. Степень диссоциации электролита может быть определена только экспериментальным путем, например по измерению температуры замерзания раствора, по электропроводности раствора и т. д.

В зависимости от степени диссоциации различают электролиты сильные и слабые. Электролиты со степенью диссоциации больше 30% обычно называют сильными, со степенью диссоциации от 3 до 30% — средними, менее 3% — слабыми электролитами.

К сильным электролитам относятся почти все соли, некоторые кислоты (НС1, HBr, HI, HN03, HC104, H2S04(paзб.)) и некоторые основания (LiOH, NaOH, КОН, Са(ОН)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2). К слабым электролитам относится большинство кислот (особенно органических) и оснований.

Степень диссоциации как сильных, так и слабых электролитов зависит от концентрации раствора (степень диссоциации тем выше, чем более разбавлен раствор). Более точной характеристикой диссоциации электролита является константа диссоциации, которая от концентрации раствора не зависит.

Выражение для константы диссоциации можно получить, если записать уравнение реакции диссоциации электролита АК в общем виде:

АК↔  А- +К+.                                           (1)

Поскольку диссоциация является обратимым равновесным процессом, то к реакции (1) применим закон действующих масс, и можно определить константу равновесия как

   K = [A-] [K+]                                          (2)

    [АК]      '        

где К — константа диссоциации, которая зависит от температуры и природы электролита и растворителя, но не зависит от концентрации электролита.

В таблице 2 представлены численные значения констант равновесия для некоторых химических реакций. Диапазон констант равновесия для разных реакций очень большой — от 10-16 до 10-15.

Таблица 2 – Константы равновесий для некоторых реакций электролитов

Например, высокое значение К для реакции

Ситв + 2Аg+водн ↔Си2+водн + 2Agr тв                                          (3)

означает, что если в раствор, содержащий ионы серебра Ag+, внести металлическую медь, то в момент достижения равновесия концентрация ионов меди [Си2+] намного больше, чем квадрат концентрации ионов серебра [Ag+]2. Напротив, низкое значение К в реакции

AgI↔Ag+ + I-                                             (4)

говорит о том, что к моменту достижения равновесия растворилось ничтожно малое количество иодида серебра AgI.

Задание второго уровня самостоятельной деятельности:  

       Основываясь на собранных текстовых справочных материалах, составьте рефераты или напишите сочинение.

Структура реферата:

 - обложка (где указывается тема, автор работы, номер группы, текст работы);

- содержание (состоит из введения и пунктов, подпунктов или параграфов);

- введение, в котором расписываются цели и задачи описываемого материала.

- основной текст, где материал делится автором на пункты, подпункты или главы, параграфы, подпараграфы. В основной части студентам необходимо рассмотреть вопрос шире, чем он изучается на занятиях. Студенты должны внимательно изучить положения теории электролитической диссоциации. На основе этого материла студенты описывают явления диссоциации веществ, которые встречаются в профессиональной деятельности.  

 - выводы;

- список литературы (не более 10 источников).

Структура сочинения:

- введение;

          - основная часть. В основной части должно быть рассуждение по теме. Рассуждение опирается на выбранную профессию, то есть каждая тема должна быть профориентирована.  

Задание третьего уровня самостоятельной деятельности:

    Ответьте на предложенные ниже вопросы в форме реферата, составьте презентацию, подготовьте устное сообщение.

Вопросы:

1. Какие вещества называются электролитами? Приведите примеры электролитов?

2. Какие вещества называются неэлектролитами?

3. Какие учёные работали над созданием теории электролитической диссоциации? (особенно обратите внимание на работы русских ученых: Ивана Алексеевича  Каблукова, Дмитрия Ивановича Менделеева (теория растворов)).  

4. Что означает термин «ассоциация» и «диссоциация»?

5. Сформулируйте и объясните своими словами положения теории электролитической диссоциации?

2. Написание уравнений реакций электролитической диссоциации для веществ: серная кислота (в одну ступень), хлорид магния, соляная кислота.

3.Написание химических рассказов по теме: «Теория электролитической диссоциации».  

Задания четвертого уровня самостоятельной деятельности:

     Внимательно изучите таблицу 2, где отражены ионные уравнения диссоциации, объясните значение этой таблицы. Ответ постарайтесь найти через поисковые системы интернета. Попробуйте составить расчетные формулы констант диссоциации с использование пакета программ Excel.

Задания пятого уровня самостоятельной деятельности:

    1. Разработайте проект «Применение растворов солей в моей будущей профессии» с учетом вашей будущей профессиональной деятельности.

    2. Создайте презентацию.

    3. Отметьте роль электролитов и неэлектролитов для вашей профессии.

    4. Ответьте на вопрос: «Какие растворы применяются в качеств продуктов питания, лекарств, средств гигиены и защиты растений от вредителей?»

Литература:

Срок сдачи: две календарные недели после выдачи задания.

2.6.Тема 6. «Вычисление массовой доли веществ» (1 час)

Цель: формирование общих компетенций в области приобретения умений решать задачи по химии с учётом профессиональной направленности.

Методические рекомендации.

          Тема «Вычисление массовой доли веществ» является расчетной, что позволит применить знания по химии на практике.  

Расчеты проводят по формуле:

где W% - массовая доля вещества в процентах;

m (масса растворенного вещества);

m (масса раствора)- складываемая из массы воды и растворяемого вещества;

Задание первого уровня самостоятельной деятельности:  

1) Напишите реферат, сочинение или рассказ (профессиональная история), применения знаний по вычислению массовой доли веществ.

2)  Напишите уравнения электролитической диссоциации. Подберите  десять  растворимых солей, которые в водном растворе диссоциируют на катионы и анионы. Уравнения запишите в тетрадь.

3) Основываясь на собранных текстовых материалах, составьте рефераты, либо напишите сочинение.

Структура реферата:

 - обложка (где указывается  тема, автор работы, номер группы, текст работы);

- содержание (состоит из введения и пунктов, подпунктов или параграфов);

- введения, в котором расписываются цели и задачи описываемого материала.

- основной текст, где материал делится автором на пункты, подпункты или главы, параграфы, подпараграфы. В основной части можно описать, где в вашей будущей профессии будут применятся процентные концентрации веществ.  

 - выводов;

- списка литературы, не более 5 источников.

Структура сочинение:

- введение;

          - основная часть. В основной части должно быть рассуждение по теме, рассуждение опирается на выбранную профессию, то есть каждая тема должна быть профориентирована.  

Задание второго уровня самостоятельной деятельности:

         Напишите ответы на вопросы и выполните задания.

1) Вопросы:

1. Что означает термин «растворы»?

2. Как вычислить массу раствора?

3. Как вычислить массу растворенного вещества?

2)  Задания:

 1. Напишите формулы, выражающие концентрации веществ.  

 2. Составьте презентацию по способом расчета концентраций веществ.

Задание третьего уровня самостоятельной деятельности:

        Решите задачи.

Задачи:

Решите задачи [4]:

1. Какую массу имеет раствор объемом 1 л, если его
ρ=1,22 г/мл, а wв=20%? Какая масса растворенного вещества содержится в этом растворе? Ответ:  1,220 и 0,244 кг,

2. Серная кислота какой массы содержится в растворе, для которого w(H2S04)=72%, если он взят: а) массой 1 кг, б) объемом 1 л? Ответ: а) 720 г; б) 1180,8 г.

3. Какова масса: а) НС1 в растворе объемом 750 мл, если w (HC1)=10%; б) NaOH в растворе объемом 200 мл, если w (NaOH)=28%? Ответ: а) 82,50 г НС1 б) 73,36 г NaOH.

4. Гидроксид натрия какой массы потребуется для
приготовления раствора объемом 1л, в котором массовая
доля NaOH составляет 12%? Ответ: 136,44 г.

5. Чему равна масса безводного сульфата железа (II), который содержится в растворе (ρ = 1,10 г/мл) объемом 800 мл, где его массовая доля равна 10%. Ответ: 88,0 г.

6. Какой массы КОН и какого объема воду надо взять для приготовления растворов, в которых массовая доля КОН составляла бы 12%: а) массой 500 г, б) объемом 500 мл? Ответ: а) 60 г и 440 мл; б) 66 г и 484 мл.

7. Чему равны массы хлорида бария безводного и кристаллогидрата ВаС12-2Н20, которые надо взять для приготовления раствора (ρ = 1,072 г/мл) объемом 1,5 л, в котором w (ВаС12)=8%? Какой объем воды потребуется в том и другом случае? Ответ: 128,64 г и 1480 мл; 150,9 г и 1457 мл.

8. Какие массы безводного сульфата меди и медного купороса потребуются для приготовления раствора (ρ = 1,084 г/мл) объемом 1 л, для которого w(CuS04)=8%? Ответ: 86,72 г;  135,50 г.

9. Кристаллогидрат Na2S04·10H2O какой массы и вода какого объема потребуются для приготовления раствора Na2S04 (p = 1,091 г/мл) объемом 1,2 л, в котором его массовая доля составляет 10%? Ответ: 297 г и 1012 мл.

10. После упаривания 10%-ного раствора NaOH объемом 6 л его масса стала равной 1420 г. Найдите массовую долю NaOH в полученном растворе. Ответ: 47,1%.

11. Какой массы иод и какой объем этилового спирта (р=0,8 г/мл) надо взять для приготовления раствора, в котором (w (12)=5%? Ответ: на 1 г иода 23,8 мл спирта.

Задание четвертого уровня самостоятельной деятельности:

     Для выполнения заданий четвертого уровня необходимо решить все задачи из предыдущих заданий. Решив задачи, выполните задания:

1. Используя программные средства  Excel, составьте расчетные формулы, которые позволят при изменении данных быстро получать результаты вычислений (для задач 1, 2, 3).  
2. Составьте презентацию по применению программных средств  Excel для расчета концентраций веществ в растворах.

Задание пятого уровня самостоятельной деятельности:

1) Найдите  через интернет - ресурсы методы решения задач по теме «Способы выражения концентраций веществ».  

2) Составьте список ссылок на сайты, где представлены материалы по решению задач по химии. Список сайтов оформите  по форме:

3) Найдите самые оригинальные методы решения задач. Уровень оригинальности определяется студентом.

4) Оформите материал в электронном носителе и на бумаге в форме проекта.

Литература:

Срок сдачи: две календарные недели после выдачи задания.

2.7.Тема 7. Написание гидротированных и сольватированных ионов и использование их в профессиональной деятельности. (1 час)

Цель: формирование компетенций в сфере теоретических основ знаний, применимых в будущей профессиональной деятельности.

Методические рекомендации. Для выполнения самостоятельной работы необходимо ознакомиться со справочными материалами и выполнить задания в соответствии с уровнем подготовки студентов.  

Задания первого уровня самостоятельной деятельности:

         Работа с текстом справочного материала:

1. Сделайте записи в тетради.
2. Составьте глоссарий терминов.
3. Выпишите непонятные термины, на дополнительных занятиях проконсультируйтесь у преподавателя по неизвестной терминологии.  
4. Основываясь на собранные текстовые материалы, составьте рефераты либо напишите сочинение по указанной теме.

Любой реферат должен состоять из:

 - обложки (где указывается - тема, автор работы, группа, написания работы);

- содержания (состоит из введения и пунктов, подпунктов или параграфы);

- введения, в котором расписываются цели и задачи описываемого материала.

- основного текста, где материал делится автором на пункт, подпункты или главы, параграфы, подпараграфы. В основной части можно описать, где в вашей будущей профессии будут применятся знания о сольватации.  

 - выводов;

- списка литературы, не более 5 источников.

Сочинение должно состоять из:

- введения;

          - основной части, в основной части должно быть рассуждение по теме, рассуждение опирается на выбранную профессию. То есть каждая тема должна быть профориентирована.  

Справочный материал [7].   Гидраты и кристаллогидраты. Большинство веществ, находящихся в кристаллическом состоянии, растворяются в жидкостях с поглощением теплоты. Однако при растворении в воде гидроксида натрия, карбоната калия, безводного сульфата меди и многих других веществ происходит заметное повышение температуры. Выделяется теплота также при растворении в воде некоторых жидкостей и всех газов.

Количество теплоты, поглощающейся (или выделяющейся) при растворении одного моля вещества, называется теплотой растворения этого вещества.

 Теплота растворения имеет отрицательное значение, если при растворении теплота поглощается, и положительное — при выделении теплоты. Например, теплота растворения нитрата аммония равна —26,4 кДж/моль, гидроксида калия +55,6 кДж/моль и т. д. (Значения теплот растворения изменяются в зависимости от количества взятого растворителя и температуры, при которой происходит растворение. При веденные величины относятся к температуре 18—20 °С и большому количеству воды (1 моль растворяемого вещества на 200—800 молей воды).

Процесс растворения сопровождается значительным возрастанием энтропии системы, так как в результате равномерного распределения частиц одного вещества в другом резко увеличивается число микросостояний системы. Поэтому, несмотря на эндотермичность растворения большинства кристаллов, изменение энергии Гиббса системы при. растворении отрицательно и процесс протекает самопроизвольно.

При растворении кристаллов происходит их разрушение, что требует затраты энергии. Поэтому растворение должно было бы сопровождаться поглощением теплоты. Если же наблюдается обратный эффект, то это показывает, что одновременно с растворением происходит какое-то взаимодействие между растворителем и растворенным веществом, при котором выделяется в виде теплоты больше энергии, чем ее расходуется на разрушение кристаллической решетки.

  Действительно, в настоящее время установлено, что при растворении многих веществ их молекулы  (или ионы)  связываются с молекулами растворителя, образуя соединения, называемые сольватами (от латинского solvere — растворять); этот процесс называется сольватацией. В частном случае, когда растворителем является вода, эти соединения называются гидратами, а самый процесс их образования — гидратацией.

        В зависимости от природы растворенного вещества, сольваты могут образовываться различными путями. Так, при растворении веществ с ионной структурой молекулы растворителя удерживаются около иона силами электростатического притяжения. В этом случае говорят о ион-дипольном взаимодействии. Кроме того, может иметь место донорно-акцепторное взаимодействие. Здесь ионы растворенного вещества обычно выступают в Качестве акцепторов, а молекулы растворителя — в качестве доноров электронных пар. Ясно, что в таком взаимодействии могут участвовать растворители, молекулы которых обладают неподеленными электронными парами (например, вода, аммиак). Гидраты, образующиеся в результате донорно-акцепторного взаимодействия, представляют собой частный случай комплексных соединений.

           При растворении веществ с молекулярной структурой сольваты образуются вследствие диполь-дипольного взаимодействия. Диполи растворенного вещества могут быть при этом постоянными (у веществ с полярными молекулами) или наведенными (у веществ с неполярными молекулами).

            Предположение о существовании в водных растворах гидратов было высказано и обосновано в восьмидесятых годах XIX века Менделеевым, который считал, что растворение — не только физический, но и химический процесс, что вещества, растворяющиеся в воде, образуют с ней соединения. Об этом свидетельствует прежде всего изучение теплот растворения.

Подтверждением химизма процесса растворения является и тот факт, что многие вещества выделяются из водных растворов в виде кристаллов, содержащих так называемую кристаллизационную воду (см. ниже), причем на каждую молекулу растворенного вещества приходится определенное число молекул воды. «Это, — писал Менделеев, — дает повод думать, что и в самих растворах имеются такие же или подобные им соединения растворенных тел с растворителем, только в жидком (и отчасти разложенном) виде».

Гидраты, как правило, нестойкие соединения, во многих случаях разлагающиеся уже при выпаривании растворов. Но иногда гидраты, настолько прочны, что при выделении растворенного вещества из раствора вода входит в состав его кристаллов. Вещества, в кристаллы которых входят молекулы воды, называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них вода — кристаллизационной.

Состав кристаллогидратов принято изображать формулами, показывающими, какое количество кристаллизационной воды содержит кристаллогидрат. Например, кристаллогидрат сульфата меди (медный купорос), содержащий на. один моль CuSO4 пять молей воды, изображается формулой CuS04·5H20; кристаллогидрат сульфата натрия (глауберова соль)—формулой Na2SO4·10H2O.

Прочность связи между веществом и кристаллизационной водой в кристаллогидратах различна. Многие из них теряют кристаллизационную воду уже при комнатной температуре. Так, прозрачные кристаллы соды (Na2C03· 10H2O) легко «выветриваются», — теряя кристаллизационную воду, становятся тусклыми и постепенно рассыпаются в порошок. Для обезвоживания других кристаллогидратов требуется довольно сильное нагревание.

Процесс образования гидратов протекает с выделением теплоты. При растворении вещества, подвергающегося гидратации, общий тепловой эффект складывается из теплового эффекта собственно растворения и теплового эффекта гидратации. Поскольку первый из этих процессов эндотермичен, а второй экзотермичен, то общий тепловой эффект процесса растворения, равный алгебраической сумме тепловых эффектов отдельных процессов, может быть как положительным, так и отрицательным.

Задание второго уровня самостоятельной деятельности:

Ответьте на вопросы:

1.Что означает термин «кристаллогидрат»?

2. Объясните значение термина «кристаллизационная вода».

3. С какими кристаллогидратами вы встречались в своей жизни и практической профессиональной деятельности?

        Ответы на вопросы оформите в виде презентации. При составлении презентации используйте материалы интернета.  

Задание третьего уровня самостоятельной деятельности:

1. Напишите формулы сольватов и гидратов солей, катионы которых представлены элементами первой и второй группы периодической системы.

2. Напишите формулы аквокомплексов солей тяжелых металлов?

3. Подберите интернет материал по сольватам и гидратам различных солей.

4. Оформите материал в виде реферата.  

Задание четвертого уровня самостоятельной деятельности:

      Составьте кроссворд из 15 вопросов по терминам, которые отражены в справочном материале.

Задание пятого уровня самостоятельной деятельности:

        Напишите проект на тему «Практическое применение кристаллогидратов в  технике и быту»  с учетом вашей будущей профессии. Защите проект.

     Литература:

Срок сдачи: две календарные недели после выдачи задания.

Средства диагностики проведенной самостоятельной работы:

1. Решение задач.

2. Тесты ЕГЭ по теме гидролиз и процессы в растворах. Задания группы B:

 В1. Установите соответствие между названием соли и средой ее водного раствора.

НАЗВАНИЕ                                  СРЕДА

СОЛИ                                           РАСТВОРА

A)  гидросульфид калия               1)  нейтральная

Б) гидросульфит натрия               2)  кислая

B)  ортофосфат калия                  3)  щелочная

Г)  хлорид хрома (III)

B2. Установите соответствие между названием coли и средой ее водного раствора.

НАЗВАНИЕ СОЛИ                                 СРЕДА РАСТВОРА          

A)  гидрокарбонат калия                  1) нейтральная

Б) гидрофосфат натрия                     2) кислая

B)  ортофосфат цезия                        3) щелочная

Г) дигидрофосфат натрия

Таблица 4 – Эталоны ответов на тесты группы Б:

2.8.Тема 8.  Решение задач. Неорганические и органические классы веществ.

        Методические рекомендации. Методические материалы представлены решенными задачами по различным классам веществ. Студенту необходимо ознакомиться с решенными задачами. Постарайтесь разобраться в решениях задач. При возникновении затруднений при разборе решений обратитесь к преподавателю. В справочных материалах представлены качественные и количественные задачи определения веществ.  

       Справочные материалы.

Задача №1. Определить массу оксида магния, которая образуется при разложении 168г. карбоната магния.

Ответ: m(MgO)=80 г.

Задача №2. Определите с помощью характерных реакций каждое из трех предложенных неорганических веществ:

А) азотная кислота;

Б) гидроксид натрия;

В) хлорид алюминия.

Решение:

Задача №3. Вычислите массу сульфата меди (II) если в реакцию с серной кислотой вступило 0,8 моль оксида меди (II).

Задача №4. Определите с помощью характерных реакций каждое из трех предложенных органических веществ:

А) пропионовая кислота;

Б) белок;

В) крахмал.

Решение:

Задача №5. Какой объем хлора понадобится для реакции взаимодействия с этиленом, чтобы получить 46 литров дихлорэтана при н.у.

Ответ: объем хлора 46 литров

Опыт №1. Проведите реакции, подтверждающие характерные химические свойства кислот.

Решение:

Задача №6. Определить массу карбоната кальция, которая образуется при взаимодействии 5 моль оксида кальция с углекислым газом.

Опыт и задача №2. Получите гидроксид аммония, по уравнению реакции, определите массы хлорида аммония и гидроксида натрия, который необходим для получения 20 г гидроксида аммония.

Ответ: m(NaOH) = 22,85 г., m(NH4Cl)=28,8 г.

Задача №7. Какая масса нитрата калия получится, если к 11,2 г гидроксида калия добавили 13 г. азотной кислоты.

Опыт №3. Проведите реакции, подтверждающие химические свойства уксусной кислоты.

Решение:

Задача №8. Выведите молекулярную формулу углеводорода, содержащего 82,75% углерода и 17,25% водорода. Относительная плотность паров этого вещества по воздуху равна 2.

Задача №9. При сгорании 3,6 г. углеводорода образовалось 11г. оксида углерода (IV) и 5,4 г. воды. Относительная плотность паров этого вещества по водороду равна 36. Определите молекулярную формулу этого вещества.

Опыт №4. Проведите реакции, подтверждающие качественный состав сульфата меди(II).

Решение:

Задача №10. Определите количество вещества кремния полученного восстановлением 24г. оксида кремния (IV) алюминием, массовая доля примесей в котором 4%.

Опыт №5. Испытайте лакмусом растворы солей CuSO4 и K2CO3. Объясните результаты наблюдений.

Задача №11. К 150 г. 10% раствора нитрата серебра прибавили раствор хлорида натрия. Вычислите массу образовавшегося осадка.

Опыт №6. Получите амфотерный гидроксид цинка и проведите реакции, характеризующие его свойства.

Задача №12. Какой объем водорода, который образовался при взаимодействии 60г. цинка с соляной кислотой (при н.у.).

Опыт №7. Определите принадлежность глицерина к классу многоатомных спиртов.

Решение:

Приготовим раствор гидроксида меди (II), который прибавим к глицерину, в результате образуется комплексное соединение фиолетового цвета:

1. CuSO4 + 2NaOH→ Cu(OH)2↓(осадок голубого цвета) + Na2SO4 

Задача №13. При полном сжигании 42 литров метана (н.у.) выделилось 1674 кДж теплоты. Определите тепловой эффект химической реакции.

Задача №14. Определите с помощью характерных реакций каждое из трех предложенных неорганических веществ:

А) Хлорид железа (III);

Б) Хлорид алюминия;

В) Сульфат меди (II).

                                                Решение:

Опыт №8. Проведите реакции, подтверждающие качественны состав сульфата цинка.

                                              Решение:

Опыт №9. Осуществите превращение

CuSO4 Cu(OH)2CuO.

Решение:

1. CuSO4+ 2NaOH→ Cu(OH)2↓+Na2 SO4

2. Cu(OH)2 =CuO+ H2O (при нагревании).

Задача №15. При бромировании бензола получили 251,1 г. бромбензола, что составляет 80% от теоретического выхода. Вычислите массу бензола, вступившего в реакцию.

Опыт №10. Получите аммиак и проведите реакции, характеризующие его свойства.

Решение:

Аммиак (газообразное веществ) можно получить при нагревании хлорида аммония и кристаллов гидроксида натрия, выделяющийся аммиак изменяет цвет розовой лакмусовой бумаги на фиолетовый, что подтверждает основные свойства аммиака.

          Реакция получения аммиака:

NH4Cl + NaOH = NH3↑+ NaCl+H2O.

После ознакомления со справочными материалами преступаем к выполнению заданий, состоящие из задач.

Задачи первого уровня самостоятельной деятельности:

Ответьте на вопросы:

1. Что означает термин «задача»?

2. Чем отличаются качественные и количественные задачи? (найти примеры из дополнительной литературы или интернета)

3. Объясните, почему возможны различные способы решения химических задач?

Ответы представьте письменно.

Задачи второго уровня самостоятельной деятельности:

Выполните задания:

1. Выпишите формулы, по которым были решены задачи.

2. На примерах двух решенных задач составьте алгоритм действий при её выполнении.

3. Предложите альтернативный способ решения двух решенных задач.

Задачи третьего уровня самостоятельной деятельности:

Выполните задания:

1. Найдите в интернете сайты, где предлагаются задачи с решениями, оформите ссылки в виде:

2. В задачах, которые решены в интернете, подставьте другие данные и решите эти задачи. Сделайте вывод о правильности решенной задачи.  

Задание четвертого уровня самостоятельной деятельности:

Задачи необходимо представить с решениями.

Задачи:

1.  К 416 г 10% -ного раствора хлорида бария прилили избыток 14% -ного раствора соды. Осадок отфильтровали. Когда к фильтрату прибавили 438 г 5% -ного раствора соляной кислоты, выделение газа прекратилось. Определите массу раствора соды. Ответ: 378, 6 грамм.

2.  К 100 мл 10,6%-ного раствора хлорида кальция (плотность 1,05 г/мл) добавлено 30 мл 38,55%-ного раствора карбоната натрия (плотность 1,10 г/мл). Определите массовые доли соединений, содержащихся в растворе после отделения осадка. Ответ: 1, 6 % карбоната натрия; 9,1% хлорида натрия.

3. Рассчитайте массовые доли веществ в растворе, образовавшемся при действии 25 мл 20% -ной соляной кислоты (плотность 1,1 г/мл) на 4 г сульфида железа (II). Ответ: 7, 31% соляной кислоты; 19, 29% хлорида железа (II)

4. 300 г 5% -ного раствора гидроксида натрия нейтрализовали 8% -ной соляной кислотой. Какую массу воды нужно удалить из этого раствора, чтобы получить 20% -ный раствор поваренной соли? Ответ: 361,4 г.- воды.

Задания пятого уровня самостоятельной деятельности.

       Задачи, которые представлены на пятом уровне, относятся к олимпиадным задач или задачам группы «С» Единого Государственного Экзамена.

Задачи[1],[2]:

1.  К 50 г 6%-ного раствора стеарата калия добавили 20 г 1% -ного раствора серной кислоты. Будет ли выделяться газ при добавлении карбоната натрия к отделенному водному раствору? Ответ подтвердите расчетами. Ответ: Не будет.

2.  Какой объем 10% -ного раствора гидроксида калия (плотность 1,09 г/мл) потребуется для нейтрализации смеси, состоящей из 1 г уксусной кислоты и 1 г муравьиной кислоты? Ответ: 19,7 мл раствора гидроксида калия

3.  При окислении 400 г водного раствора муравьиной кислоты аммиачным раствором оксида серебра образовалось 8,64 г осадка. Вычислите массовую долю кислоты в исходном растворе. Ответ: 0,46% - муравьиной кислоты.

4.  37 г неизвестной предельной одноосновной органической кислоты нейтрализовали водным раствором гидрокарбоната натрия. При пропускании выделившегося газа через известковую воду было получено 50 г осадка. Какая кислота была взята и каков объем выделившегося газа (н. у.)? Ответ: пропановая кислота, углекислый газ 11,2 литра.

5.  При сплавлении натриевой соли одноосновной органической кислоты с гидроксидом натрия выделилось 11,2 л (н. у.) газообразного органического соединения, которое при нормальных условиях имеет плотность 1,965 г/л. Определите, сколько граммов соли вступило в реакцию и какой газ выделился. Ответ: 55 грамм натриевая соль бутановой кислоты, пропан.  

Литература:

1. Медведев, Ю.Н. ЕГЭ 2013. Химия. Типовые тестовые задания / Ю.Н. Медведев. –М .: Издательство «Экзамен», 2013. -159, с.ISBN 978-5-377-05522-8.    

2. Хомченко Г.П. Сборник задач по химии для поступающих в вузы (с решениями) – М.: «Экзамен»-2012.

2.9.Тема 9. Составление рефератов и презентаций по химии

Цель работ: формирование умений проводить исследовательскую работу по обобщению прочитанного материала

Методические рекомендации. Составление рефератов и презентаций является одной из форм обобщения тематических материалов, что играет огромное  значение для умения представить свой материал.

       В таблице 3 представлены темы, по которым необходимо составить рефераты и презентации.

     Рефераты и презентации могут иметь различный уровень сложности и по-разному оцениваются преподавателем. Для этого студент сам выбирает уровень деятельности, то есть уровень выбора реферативного и презентационного задания.

Задание первого уровня самостоятельной деятельности:

Выполните задания по темам таблицы 3:

1. Соберите общие сведения по теме и оформите в виде реферата.

2. Общие сведения представьте в виде презентации.

Задание второго уровня самостоятельной деятельности:

1. Соберите сведения по применению указанных веществ и процессов в вашей будущей профессии и оформите материал в виде реферата.

2. Материалы реферата представьте  в виде презентации.

Задание третьего уровня самостоятельной деятельности:

     1. Собранный материал из различных источников по темам представьте на устной защите на одном из занятий.  

    2. Посетите высшие учебные заведения в рамках предметных недель для получения консультации по данным темам у ученых Оренбургского университетского учебного округа.  

Задание четвертого уровня самостоятельной деятельности:

     Подготовленный материалы презентации и реферата представляются на студенческой научной конференции в колледже имени А. С. Макаренко.

Задание пятого уровня самостоятельной деятельности:

     На основе материалов рефератов и презентаций напишите тезисы для представления выбранной вами темы на всероссийских конференциях.

Литература по химии для студентов и преподавателя

Приложение А – Тест № 1 на оценку способностей к саморазвитию, самообразованию студента

1.  За что Вас ценят Ваши  друзья?

а)  За то, что преданный и верный друг.

б)  Сильный и  готов в   трудную   минуту   за них постоять.

в)   Эрудированный,  интересный  собеседник.

2.  На основе сравнительной самооценки выберите, какая характеристика  Вам  более всего   подходит?

а)  Целеустремленный

б)  Трудолюбивый.

в)  Отзывчивый.

3.  Как Вы относитесь к идее ведения личного ежедневника, к планированию своей работы на год, месяц,   ближайшую   неделю,   день?

а) Думаю, что чаще всего это пустая трата   времени.

б)  Я пытался   это   делать,  но  не  регулярно.

в)  Положительно,   так   как   я   давно   это   делаю.

4.  Что Вам больше  всего мешает профессионально самосовершенствоваться, лучше учиться?

а)  Нет   достаточно   времени.

б)  Нет   подходящей   литературы   и   условий.

в)  Не  всегда хватает  силы воли  и  настойчивости.

5.  Каковы   типичные  причины  Ваших ошибок и промахов?

а)  Невнимательный.

б)  Переоцениваю   свои   способности.

в)  Точно   не  знаю.

6.  На основе сравнительной самооценки выберите, какая характеристика Вам более всего подходит?

а)  Настойчивый.

б)   Усидчивый.

в)   Доброжелательный.

7.  На основе сравнительной оценки выберите, какая характеристика Вам более всего подходит?

а)  Решительный.

б)  Любознательный.

в)  Справедливый.

8.  На  основе   сравнительной   самооценки   выберите, какая характеристика Вам более всего   подходит?

а)  Генератор идей.

б)  Критик.

в)  Организатор.

9.  На   основе   сравнительной   самооценки   выберите, какие качества у Вас развиты в большей степени?

а)  Сила воли.

б)  Память.

в)  Обязательность.

10.   Что чаще всего Вы делаете, когда   у   Вас появляется свободное время?

а)  Занимаюсь любимым делом, у меня есть хобби.

б)  Читаю художественную литературу.

в)  Провожу время с друзьями, либо в кругу семьи.

11.   Что из ниже приведенных сфер для Вас в последнее время представляет познавательный интерес?

а)  Научная фантастика.

б)  Религия.

в)  Психология.

12.   Кем бы Вы могли себя максимально реализовать?

а)  Спортсменом.                                                           

б)  Ученым.

в)  Художником.

13.  Каким   чаще   всего   считают   или   считали   Вас учителя?

б)  Трудолюбивым.

а) Сообразительным.

в)  Дисциплинированным. 

14.   Какой   из   трех   принципов   Вам   ближе   всего  и которого Вы придерживаетесь чаще всего?

а)  Живи и наслаждайся жизнью.

б)  Жить, чтобы больше знать и уметь.

в)  Жизнь прожить — не поле перейти.

15.   Кто ближе всего к Вашему идеалу?

а)  Человек здоровый, сильный духом.

б)  Человек, много знающий и умеющий.

в)  Человек независимый и уверенный в себе.

16.  Удастся ли Вам в жизни добиться того, о чем Вы мечтаете, в профессиональном и личном плане?

а)  Думаю, что да.

б)  Скорее всего да.                                                       

в)  Как повезет.

17.  Какие фильмы Вам больше всего нравятся?

а)  Приключенческо-романтические.

б)  Комедийно-развлекательные.

в)  Философские.

18.  Представьте   себе,  что  Вы   заработали   несколько миллионов. Куда бы Вы предпочли их истратить?

а)  Путешествовал бы и посмотрел мир.

б) Поехал   бы   учиться  за границу   или   вложил деньги в любимое дело.

в)  Купил бы коттедж с бассейном, мебель, шикарную машину и жил бы в свое удовольствие.

Ваши ответы на вопросы теста оцениваются следующим образом:

По результатам тестирования Вы можете определить уровень Ваших способностей к саморазвитию и самообразованию.

Приложение Б – Тест № 2 на самооценку способностей к творческой самореализации студента

1.  Есть ли область, вид деятельности, в которой вы уже достигли значительно больших успехов, чем ваши сверстники? (да, нет).

2.  Способны ли вы долго и упорно трудиться, добиваясь намеченной цели во что бы то ни стало? (да,   нет).

3.  Характерно ли для вас то, что значительную часть своего свободного времени вы стремились посвятить своему любимому делу? (да, нет).

4.  Стремитесь ли вы изучать биографии особо талантливых людей в той сфере, которая представляет для   вас интерес?   (да,  нет).                                               

5.  Свойственно ли вам стремление быть лидером хоть в каких-то видах деятельности? (да, нет).

6.  Характерно ли для вас повышенное стремление к личной свободе действий, увлечений? (да, нет).

7.  Характерна ли для вас повышенная заинтересованность, увлеченность чем-либо по сравнению с вашими   сверстниками?   (да,  нет).

8.  Характерна ли для вас повышенная критичность суждений в какой-либо области по сравнению с вашими  сверстниками?   (да,   нет).

9.  Были ли у вас в последний год ситуации, чтобы вы испытывали радость победы, успеха, участвуя в олимпиаде, конкурсе, выставке своих творческих работ, конкурируя со своими сверстниками? (да, нет).

10.  Есть ли увлечение, вид деятельности, в которой вы стремитесь максимально полно реализовать свои  идеи,  замыслы?  (да, нет).

11.  Характерно ли для вас чувство юмора, оптимизма?   (да,   нет).

12.  Характерно ли для вас, чтобы главную ответственность за решение какого-либо вопроса вы брали на  себя? (да,  нет).

13.  Можно ли сказать, что вы более эрудированный, начитанный в какой-то области по сравнению с вашими   сверстниками?   (да,   нет).

14.  Способны ли вы решать задачи, выполнение которых требует много сил и времени? (да, нет).

15.  Можно ли вас назвать человеком решительным?   (да,  нет).

16.  Можно ли вас назвать человеком энергичным и   напористым?   (да,  нет).

17.  Часто ли вам удается проявить находчивость и предприимчивость в решении своих жизненно важных задач?  (да,   нет).

18.  Знаете ли вы точно, в какой сфере творческой деятельности вы можете себя реализовать? (да, нет).

Каждый ответ «да» оценивается баллом «1», «нет» — 0.

По результатам самооценки вы должны подсчитать, сколько баллов вы набрали и определить уровень ваших способностей к творческой самореализации.