«Использование практико-ориентированных заданий в процессе обучения химии»
методическая разработка по химии (8, 9 класс)

Апастовский муниципальный район

Республика Татарстан

Методическая разработка

«Использование практико-ориентированных заданий

в процессе обучения химии»

Авторы: Хайдарова Милявша Хуснулловна,

учитель химии высшей квалификационной категории

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Апастовская СОШ с углубленным изучением отдельных предметов»

Шайдуллина Гульназ Фаритовна,

учитель химии высшей квалификационной категории

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Кильдуразовская ООШ»

2021 год

Ум заключается не только в знании, 
но и в умении прилагать знания на деле.
Аристотель

Результаты международных исследований (PISA, TIMMS) выявили низкий уровень естественно-научной грамотности российских школьников, не соответствующий основным требованиям, сформулированным ведущими специалистами мира в области школьного естественно-научного образования. Так, испытуемые успешно выполняли задания на воспроизведение знаний, но затруднялись применить их в ситуациях, близких к реальной жизни.

Приходится констатировать, что в обучении химии сложилась практика применения учебных заданий, слабо связанных с повседневной жизнью, вырванных из контекста, содержащих минимальный объем информации. Эти задания имеют низкий мотивирующий потенциал, поскольку никак не связаны с практикой и, следовательно, могут формировать негативное отношение к химии.

Современный процесс обучения должен быть нацелен на формирование умения применять полученные знания в различных ситуациях. А для этого необходимы задания, в которых химическая сторона явления показана не изолированно, а в контексте, во взаимосвязи с другими явлениями и сторонами жизни.

Решение таких задач развивает умения учащихся работать с текстами разных типов, осмысливать и оценивать их, привлекать информацию, которая не содержится в условиях задач, личный практический опыт, формирует умения выдвигать гипотезы, проверять их, воспитывает отношение к химии как элементу общечеловеческой культуры.

Практико-ориентированные задании позволяют ученику последовательно продемонстрировать свои компетенции:

– предметные (химические), позволяющие оценить знания учащихся и понимание ими изученного материала;

– метапредметные, носящие интегративный характер (применимые для решения расчетных задач и объяснения некоторых процессов и явлений);

– ключевые, имеющие надпредметный характер и способствующие применению естественно-научных знаний для разрешения реальных жизненных проблем на основе оценки ситуации.

Вследствие этого такие задании могут стать инструментом для диагностики и оценки компетенций учащихся. Их задания должны быть составлены так, чтобы ученик в процессе работы с информацией мог осваивать интеллектуальные операции: ознакомление → понимание → применение → анализ → синтез → оценка.

Предлагаем практико-ориентированных заданий для курса химии в 8 - 9-х классах.

        8 класса

Тема «Первоначальные химические понятия»

Задание1. Разделение смесей

Из курса химии Вам известны следующие способы разделения смесей: отстаивание, фильтрование, дистилляция (перегонка), действие магнитом, выпаривание, кристаллизация. На рисунках 1–3 представлены примеры использования некоторых из перечисленных способов.

Какие из названных способов разделения смесей можно применить для очищения:

1) поваренной соли от попавших в неё железных опилок;

2) воды от мелких частиц карбоната кальция?

Запишите в таблицу номер рисунка и название соответствующего способа разделения смеси.

Задание 2. Тема «Строение вещества»

В приведённой ниже таблице перечислены характерные свойства веществ, которые имеют молекулярное и ионное строение.

Характерные свойства веществ

Используя данную информацию, определите, какое строение имеют вещества иодоводород  HI и хлорид кальция CaCl2.

Задание 3. Тема «Расчеты по химическим формулам

 и уравнениям реакций»

Задача 1.Установлено, что крапива увеличивает содержание гемоглобина и количество эритроцитов в крови. Поэтому она является хорошим “кровоочистительным” средством и чрезвычайно полезна при самых различных заболеваниях крови; используется также для лечения фурункулов, угрей, лишаев и других кожных заболеваний. Гемоглобин содержится в эритроцитах крови. Это красный пигмент (гем), содержащий железо, в сочетании с протеином. Когда кровь проходит через легкие, к атому железа гема C34H32O4N4Fe присоединяется кислород.

Вопрос: Вычислите относительную молекулярную массу гема. (Ответ: 616.)

Задача 2. Фосфид цинка Zn3P2 весьма ядовит и используется для борьбы с грызунами. Летальная доза для средней серой крысы составляет 20,56 мг, а для мыши - 4,1 мг.

Вопрос: Какое количество мышей и крыс может погибнуть от 0,16 ммоль фосфида цинка? (Ответ: 10 мышей, 2 крысы.)

Задача 3. Для уничтожения микробов и бактерий можно использовать диоксид серы, его также применяют в качестве консервирующего средства при сушке чернослива и других фруктов.

Вопрос: Вычислите, какой объем займут 1,5 моль диоксида серы (н. у.). (Ответ: V(S02) = 33,6 л.)

Задача 4. В прошлом были частыми случаи отравления людей в угольных шахтах угарным газом. Поскольку оксид углерода(II) не имеет запаха, то опасность подступала незаметно. Шахтеры, спускаясь в шахты, брали с собой в качестве своеобразного индикатора канарейку в клетке: канарейки падают в обморок от присутствия в воздухе следов СО.

Вопрос: Вычислите, какой объем (н. у.) займут 0,5 моль СО; 56 г СО. (Ответ:11,2л; 44,8л.)

Тема «Водород»

Задание 4.

А. Водород – самый легкий газ, легче воздуха в 14,5 раза. Теплопроводность водорода примерно семь раз выше теплопроводности воздуха.

Б. В первой половине прошлого века в разных странах было построено много летательных аппаратов- дирижаблей. Дирижабли – это управляемые аэростаты с сигарообразной оболочкой, наполненной водородом. Большой объем водорода в оболочке обеспечивал высокую грузоподъемность этих воздушных кораблей. Крупнейшие пассажирские дирижабли 30-х годов 20 века могли перевозить на большие расстояния до 100 человек.  На этих летательных аппаратах были даже комфортабельные каюты, рестораны, душевые и т.д. Дирижабли совершали регулярные рейсы из Европы в Америку. Однако 6 мая 1937 г. крупнейший в мире пассажирский дирижабль «Гинденбург», прилетевший из Германии в Нью –Джерси (США), взорвался и рухнул на землю.

 Вопросы:

1.Почему водород обладает высокой теплопроводностью? (Ответ: как самые легкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа, поэтому быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому)

2.На каких свойствах водорода была основана работа дирижаблей?

3.Что могло быть причиной гибели дирижабля?

4.Какие меры предосторожности необходимо было соблюдать?

В. Водород как топливо занимает лидирующую позицию среди прочих альтернативных источников энергии. Первый этап становление водородной энергетики- это применение в качестве моторного топлива. На водороде массой 10 кг автомобиль может проехать столько же, сколько на 30 кг бензина. При этом требуемое количество газообразного водорода занимает объем 800 л, а для его хранения требуется резервуар массой 1500 кг. Сжиженный водород массой 10 кг помещается в баллоне массой 80 кг емкостью 160 л. Для работы электродвигателя на водородном топливе необходимы мощные аккумуляторные батареи, которые имеют внушительные габариты.

Вопросы:

1.Если преимущества у водородного топлива по сравнению с бензином? Ответ обоснуйте.

2.При каких условиях можно перевести водород в жидкое состояние?

3.В чем, на ваш взгляд, заключается проблемы развития водородной энергетики?

Тема «Кислород»

Задание 5.

А. В составе приземного воздуха в хвойных лесах обнаруживается большое количество различных терпеноидов (альфа и бетапинены, камфен, дельта-3-карен, лимонен, терпинолен и др.), которые участвуют в процессах окисления и фотоокисления (особенно в жаркие летние дни) и приводят к повышенному содержанию в воздухе озона и аэроионов, поэтому в хвойных лесах дышится легко. Такой воздух благотворно действует на легочных больных, но противопоказан при астме и гипертонической болезни.

Задания:

1.Составьте уравнение химической реакции образования озона из кислорода.

2. Сравните физические свойства аллотропных модификаций кислорода.

Б. Этот французский химик не только открыл кислород и определил его химическую природу, но и первым использовал латинское название «оксигениум» – «кислотообразующий». Он дал название и другому элементу – азоту. Этот человек сочетал в себе качества блестящего ученого-энциклопедиста и расчетливого финансиста, известного своей деятельностью в «Генеральном откупе» (акционерном обществе по сбору налогов). Непомерно высокие налоги вызывали недовольство простых людей. Недовольство переросло в настоящую ненависть, которая вылилась в расправу над откупщиками. Седьмого мая 1794 г. Революционный трибунал приговорил к смертной казни 28 человек «как зачинщиков или соучастников заговора, стремившихся содействовать успеху врагов Франции путем вымогательств и незаконных поборов с французского народа». Вечером 8 мая приговор был приведен в исполнение...

Вопросы:

1. Назовите имя великого ученого.

 2.Еще какие открытия ученого вам известны.

(Ответ:Антуан Лоран Лавуазье (1743– 1794))

В. Годы жизни этого ученого – с 1733 по 1804. Он был богословом, философом и химиком, а главное – занимал очень независимую позицию по отношению к англиканской церкви, поэтому жизнь его была крайне беспокойной. Кроме всего прочего, этот «честнейший еретик» симпатизировал французской революции. Будучи одним из образованнейших людей своего времени (он знал не только французский, итальянский и арабский, но даже халдейский язык) и выдающимся химиком, он открыл кислород, монооксид азота, монооксид углерода и диоксид серы. В Бирмингеме, где он жил в годовщину штурма Бастилии, начались гонения на тех, кого подозревали в сочувствии к республиканской Франции. Дом, лаборатория, книги и рукописи ученого были сожжены, а ему самому пришлось бежать в Лондон, а потом выехать в Америку. Там он и провел последние десять лет своей жизни.

Вопросы:

1.Назовите имя этого химика.

2. Опыты этого химика по получению кислорода.

(Ответ: Джозеф Пристли (1733– 1804))

Задание 6. Тема «Вода. Растворы. Массовая доля растворенного вещества»

Задача 1. Первым кровезаменителем, которым воспользовались хирурги еще в 1960-х гг., был 0,85%-ный водный раствор хлорида натрия.  

Вычислите количество вещества хлорида натрия, необходимого для получения 550,6 г раствора, массовая доля соли в котором 0,85%. (Ответ: (NaCl) = 0,08 моль.)

 Задача 2. Вычислите массу сульфата цинка, который необходим для получения 10 г раствора глазных капель, применяемых при лечении конъюнктивита, если известно, что массовая доля соли в растворе 0,25%. (Ответ: m(ZnS04) = 0,025 г.)

Задача 3. В середине марта, т.е. за месяц до посева, начинают готовить семена огурцов. Их подвешивают для прогревания над батареей. Затем на 10 мин. помещают в раствор поваренной соли NaCl с массовой долей 0,05 или 5%. Для посева отбирают лишь потонувшие семена, всплывшие выбрасывают. Кстати, обработка раствором соли не только помогает отобрать полноценные семена, но и удаляет с их поверхности возбудителей заболеваний. Как приготовить  80 г такого раствора.

Задача 4. В реанимацию попадают больные, потерявшие много крови. В этих случаях используют 0,85%-й раствор поваренной соли (ϸ= 1 г/мл), который называется физиологическим раствором. Представьте, что вы медсестра реанимационного отделения и должны срочно приготовить 800 мл такого раствора. Как вы приготовили бы такой раствор? (Ответ: растворить 6,8 г соли в 793 мл воды.)

Задача 5. Фармацевту необходимо приготовить 5%-ный раствор иода, который используют для обработки ран. Какой объем раствора он может приготовить из 10 г кристаллического иода, если плотность раствора должна быть 0,950г/мл?

Вопросы:

1.Какую формулу имеет кристаллический иод?

2.Что это такое растворы? Как их приготовить?

Задание 7. Тема: «Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева в свете строения атома»

А. Даны два химических элемента: А и Б. Известно, что в атоме элемента А содержится 12 протонов, а в атоме элемента Б – 17 электронов.

Вопросы:

1. Используя Периодическую систему химических элементов Д.И. Менделеева, определите химические элементы А и Б.

2.Укажите номер периода и номер группы в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, в которых расположен каждый элемент.

3. Установите, металлом или неметаллом являются простые вещества, образованные этими химическими элементами. Напишите их формулы.

4. Составьте формулы высших оксидов, которые образуют элементы А и Б.

Б. Даны два химических элемента: А и Б. Известно, что в атоме элемента А содержится 11 электронов, а в атоме элемента Б – 15 протонов.

Вопросы:

1.Используя Периодическую систему химических элементов Д.И. Менделеева, определите химические элементы А и Б.

2.Укажите номер периода и номер группы в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, в которых расположен каждый элемент.

3. Установите, металлом или неметаллом являются простые вещества, образованные этими химическими элементами.

4. Составьте формулы высших оксидов, которые образуют элементы А и Б. К каким классам оксидов относятся эти оксиды и назовите их.

Задание 8. Тема: «Классификация неорганических веществ»

А. Имеется следующий перечень химических веществ: иод, хлор, вода, гидроксид кальция, фосфорная кислота, иодид натрия, хлорид натрия, ортофосфат кальция.

Вопросы:

1.Напишите химические формулы каждого из указанных веществ и укажите какому классу веществ они относятся.

Иод – _________. Хлор – ____________. Вода – _______. Хлорид натрия –___________. Гидроксид кальция – ________________. Фосфорная кислота – _____________________. Иодид натрия – _________________. Фосфат кальция – ________________________.

2.Какое из веществ, упоминаемых в перечне, соответствует следующему описанию: «Чёрно-серые кристаллы с металлическим блеском; при нагревании образуют фиолетовые пары с резким запахом»?

3.Из приведённого перечня веществ выберите любое одно соединение, состоящее из атомов трех химических элементов. Вычислите массовую долю кислорода в этом соединении.

4. Вычислите массу 0,25 моль ортофосфата кальция.

5. Напишите уравнение реакции между основанием и кислотой, предложенных в этом списке.  Определите тип этой реакции по числу и составу исходных и образующихся веществ.

Б. Имеется следующий перечень химических веществ: железо, хлор, хлорид железа(III), сульфит натрия, серная кислота, сульфат натрия, оксид серы(IV), вода.

Вопросы:

1.Напишите химические формулы каждого из указанных веществ и классифицируйте их.

Железо – _______. Хлор – ________. Хлорид железа(III) – _____________________. Сульфит натрия – ___________________. Серная кислота – ________________________. Оксид серы(IV) – ___________________. Сульфат натрия – _________. Вода – ________.

2.Какое из веществ, упоминаемых в перечне, соответствует следующему описанию: «Ядовитый газ жёлто-зелёного цвета с резким удушающим запахом»?

3.Из приведённого перечня веществ выберите соединение, содержащее атомы водорода (кроме воды). Запишите его химическую формулу и укажите, к какому классу веществ оно относится.

4.Из приведённого перечня веществ выберите любое одно соединение, состоящее из атомов трех  элементов. Вычислите массовую долю кислорода в этом соединении.

5.Вычислите массу 0,6 моль оксида серы (IV).

6. Напишите уравнение реакции между сильной  кислотой и солью слабой кислоты, из предложенного перечня. Укажите тип реакции по числу и составу исходных и образующихся веществ.

Контекстные задания для 9 класса по темам

 «Неметаллы и их соединения»

Тема: «Галогены»

Задание 1. Хлор

А. Первым боевым отравляющим веществом был хлор. Германия применила его 22 апреля 1915 года в долине реки Ипр против французской дивизии. Только в один этот день было отравлено 15 тысяч человек, из которых 5 тысяч погибли.

Б. Согласно ГОСТу 2874-54 после 30-минутного контакта хлора с водой при выходе воды из очистных сооружений в ней должно быть остаточного хлора не более 0,5мг/л и не менее 0,3мг/л, в наиболее отдаленных точках водозабора – не менее 0,1мг/л.

Вопросы:

1.Если бы французы знали химические свойства хлора, как они могли бы предотвратить столь масштабные отравления?

2.Предложите способ защиты от отравления хлором с помощью веществ и материалов, имеющихся практически в каждом доме.

3.Почему хлор можно применять и как боевое отравляющее вещество, и с целью обеззараживания воды?

4.Как в домашних условиях уменьшить содержание хлора в водопроводной воде? Почему вы предлагаете этот способ?

5.Почему снижается концентрация хлора в отдаленных точках водозабора?

6.Рассчитайте объем хлора (н.у.), который необходимо растворить в резервуаре с водой объемом 6000м3 для достижения концентрации хлора 0,5мг/л.

7.Составьте уравнение химической реакции, протекающей при растворении хлора в воде.

8.Что произойдет, если раствор, содержащий хлор, подвергнуть облучению светом? Составьте соответствующее уравнение химической реакции.

9.Составьте уравнение реакции хлора с водным раствором гидроксида натрия, протекающей при комнатной температуре.

Задание 2. Иод

А. С иодом мы знакомы с раннего детства. Это его 10% спиртовой раствор, который обладает дезинфицирующим свойством.  Иод – редкий элемент, его среднее содержание в земной коре составляет около 0,00001%. Вместе с тем с помощью современных методов анализа можно обнаружить присутствие хотя бы незначительных следов иода в воде, почве, растениях, организмах животных. В буровых водах 0,005% иода. Морские водоросли накапливают иод. «Иод вездесущий» писал о нем академик А.Е.Ферсман.

Б. Особую роль иод играет в жизни животных и человека. Добавление небольших доз иода в корм скоту увеличивает удой молока у коров, ускоряет рост шерсти у овец, повышает яйценоскость кур. Иод входит в состав гормона щитовидной железы человека.

Вопросы:

1.Почему академик А.Е.Ферсман назвал его вездесущим?

2.Как решается проблема нехватки иода в питьевой воде?

3.Как получают иод в промышленных масштабах? Составьте уравнение реакции получения иода.

4.Какие пищевые продукты содержат много иода?

5.Где в технике используются иодиды металлов? Объясните работу иодной лампы, напишите уравнения реакций.

В. Ежедневный прием небольших доз соединений йода помогает избавиться от зоба. Морские губки, морская капуста богаты йодом. Поэтому в Китае и Японии больных зобом издавна лечат золой морских губок.

Задача. Вычислите, сколько граммов морской капусты необходимо съедать ежесуточно для того, чтобы восполнить суточную потребность (800 мг) организма в йоде. В 100 г морской капусты содержание йода составляет 250 мг. (Ответ: 320 г в сутки.)   

Тема: «Сера и его соединения»

Задание 3. Сернистый газ

А. Оксид серы (IV) или сернистый газ – бесцветный газ с резким удушливым запахом. Этот газ убивает микроорганизмов. Его используют в качестве консервирующего средства при производстве из свежих фруктов сиропов и сухих фруктов.

Б. Оксид серы (IV) образуется при сжигании серы, при обжиге сульфидов металлов на металлургических предприятиях. Сернистый газ попадает в атмосферу и служит источником образования кислотных дождей. В 1994 году западноевропейские страны подписали соглашение, по которому они обязаны сократить выбросы сернистого газа.

Вопросы:

1. Какие предприятия являются источником сернистого газа в атмосферу? Напишите уравнения реакций образования сернистого газа из серы и сульфидов металлов.

2. Какой вред наносят кислотные дожди? Почему разрушаются скульптуры и здания в городах? Напишите уравнение реакции, которая приводит к разрушению карбонатных построений.

3. Предложите еще способы применения сернистого газа и его производных.

Задание 4. Сероводород

А. 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.

Вопросы:

1. Почему опасно повышение концентрации сероводорода в воде? Предложите способ борьбы с «наступлением сероводорода».

2.Оцените предложенный вами способ с экономической и экологической стороны.

3.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?

Б. А.С.Пушкин «Тогда услышал я, о, диво, запах скверный

     Как будто тухлое разбилось яйцо

     Иль карантинный страж курил жаровней серной.

     Я, нос себе, сжав, отворотил лицо…»

Вопросы:

1.О каких соединениях серы написано в стихотворении А.С. Пушкина?

2.Какими физическими свойствами обладают эти соединения серы?

3. Почему тухлое яйцо пахнет сероводородом?

Задание 5. Серная кислота

Серная кислота-тяжелая маслянистая жидкость, крайне гигроскопична. Она поглощает влагу с большим выделением теплоты. В продажу поступает 98% серная кислота. Нет кислоты, которая была бы нужнее и применялась бы чаще, чем серная. Она необходима для получения синтетических волокон, удобрений, красителей, взрывчатых веществ, медикаментов, ядохимикатов, моющих средств. В промышленности серную кислоту используют для осушки газов, а из нефти с ее помощью удаляют примеси. В больших количествах серную кислоту используют в свинцовых аккумуляторах в качестве электролита.

Вопросы:

1.Какое правило надо помнить при приготовлении раствора серной кислоты?

2.Необходимо приготовить 5л электролита с массовой долей серной кислоты 36% (плотность раствора 1,27г/мл). Сколько потребуется 98% раствора кислоты и воды для приготовления электролита?

3.Какие меры необходимо предпринять, если кислота попала на кожу?

4.Как называется свойство серной кислоты поглощать влагу?

Тема: «Подгруппа азота»

Задание 6.

А. В 1819 г. в безводной пустыне Атакама на севере Чили нашли на поверхности почвы бесцветное кристаллическое вещество с примесями хлорида и сульфата натрия, а также сульфата магния. Это вещество назвали «чилийской селитрой». В Индии также обнаружили сходное по виду и составу вещество, получившее имя «индийской селитры». Позднее в Норвегии геологи наткнулись на залежи бесцветного кристаллического  минерала, похожего на первые два. Ему дали название «норвежская селитра».

В России до XIX в. селитру получали, закладывая в ямы различные отходы, бытовой мусор, растительные остатки и навоз. После выдерживания в ямах в течение двух-трех лет водой извлекали из перегноя растворимые вещества и выпаривали раствор до кристаллов сухого остатка – так называемого «ямчуга».

Вопросы:

1. Что это были за соединения? Напишите их формулы.

2. Составьте уравнения диссоциации этих веществ.

3. Их применение.

Задание 7.  Яды и отравления.

А. По официальной версии, Наполеон умер от рака желудка. Спустя 140лет учёные пришли к выводу, что скорее всего, он был отравлен ядовитыми соединениями элемента Х. Вероятно, Наполеону длительное время подмешивали в пищу вещество состава Х2O3 в малых дозах.

Б. 17 декабря 1016 г. Князь Феликс Юсупов с сообщниками пытался отравить Григория Распутина, который пользовался неограниченным влиянием на семью последнего российского императора и которого считают одной из самых одиозных фигур российской истории. Для этого заговорщики добавили яд Y   в пирожные. Однако яд не подействовал, и Распутин был убит11 выстрелами. Проведенный анализ позволил определить состав яда.  Он состоял из калия (60%), углерода (18,46%) и азота (21,54%).

Вопросы:

1.Установите элемент Х, если известно. Что его массовая доля в оксиде составляет 75,7%.

2.К металлам или неметаллам относится простое вещество, образованное элементом Х?

3.Выведите формулу вещества Y, которым пытались отравить Распутина.

Задание 8. Теннисные мячи. 

Знаете ли вы, что теннисные мячи не надувают? В них входят специальные вещества – «вздуватели». Эти вещества при нагревании разлагаются с образованием газообразных продуктов. В заготовки теннисного мяча, которые имеют вид полусфер и предварительно смазаны клеем, кладут таблетки, содержащие смесь нитрата натрия и хлорида аммония. Склеенные половинки мяча помещают в форму для вулканизации и нагревают.

Вопросы:

1. Составьте уравнение реакции нитрата натрия с хлоридом аммония.

2.Рассчитайте массу таблетки, состоящей из стехиометрической смеси нитрата натрия и хлорида аммония, которую нужно поместить в мяч объёмом 162 мл для достижения внутри мяча давления1,2 атм при 25OС. 

Задание 9. Синтез аммиака

А. Синтез аммиака-основной процесс современной технологии связывания азота. Такой синтез был осуществлен известным немецким химиком Фрицем Габером в 1908 году. Оказалось, при высоких давлении и температуре в присутствии катализатора (соединения железа) азот вступает в реакцию с водородом, в результате чего образуется аммиак:

N2 +3H2↔2NH3.

Б. Закономерности влияния давления и температуры на смещение равновесия в реакции были определены опираясь на принцип Ле Шателье: на любое внешнее воздействие система оказывает противодействие.

Вопросы:

1.Охарактеризуйте химическую реакцию по всем известным вам признакам классификации.

2.Подберите оптимальные условия для проведения синтеза аммиака: давление, температура, катализаторы.

3.Перечислите основные технологические принципы производства аммиака.

Задание 10. Фосфор

А. На боковую поверхность коробка спички наносят красный фосфор вместе с тонко измельченным стеклом и клеем. В состав спичечной головки входят хлорат калия и сера. При трении спичечной головки о боковую поверхность коробки образуется смесь красного фосфора и бертолетовой соли. В результате между ними происходит воспламенение. Спичка горит.

Вопросы:

1.Напишите уравнения реакций, происходящих при горении спички. 2.Анализируйте окислительно-восстановительные реакции методом электронного баланса.

3. Перечислите аллотропные модификации фосфора. Области их применения.

Б. Химический элемент фосфор образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca5(PO4)3F, фосфорит Ca3(PO4)2 и другие. Фосфор содержится во всех частях зеленых растений, еще больше его в плодах и семенах. Содержится в тканях животных организмов, входит в состав белков, нуклеиновых кислот, является элементом жизни (его особенно много в коре головного мозга). Академик Ферсман назвал этот элемент «элементом мысли».

В. Фосфин-летучее водородное соединение фосфора. Это газ с запахом тухлой рыбы. Он очень ядовит, действует на нервную систему, нарушает обмен веществ. Длительное вдыхание фосфина при концентрации 10мг/м3 приводит к летальному исходу. Он легко воспламеняется в воздухе, образуя эффект «ночных блуждающих огней» в местах разложения органических останков.

Вопросы:

1. Напишите уравнение реакции воспламенения фосфина в воздухе.
2. Составьте уравнение реакции взаимодействия фосфина с горячим раствором концентрированной азотной кислоты.
3. Ортофосфат кальция извлекают из фосфоритов и используют для получения белого фосфора. Его прокаливают коксом и песком. Составьте уравнение этой реакции.

Тема « Подгруппа углерода»

Задание 7. Аллотропия углерода

А. Алмаз-бесцветное прозрачное, сильно преломляющее свет вещество, самый твердый из всех минералов, служит эталоном твердости (по шкале Мооса его твердость равна 10). Не проводит электрический ток. Имеет очень высокую температуру плавления (3700-4000°С, в зависимости от давления).

Б. Графит-твердое непрозрачное темно-серое вещество с металлическим блеском. Жирный на ощупь. Мягкий (твердость по шкале Мооса 1), легко расслаивается на отдельные мельчайшие пластинки. В отличии от алмаза обладает электропроводностью. Имеет высокую температуру плавления. Алмаз и графит - это аллотропные модификации углерода.

Вопросы:

1.Дайте объяснение явлению аллотропии. Приведите примеры.

2.Почему алмаз и графит сильно отличаются по физическим свойствам?

3.Какого типа кристаллическая решетка алмаза и графита? Чем отличаются эти решетки по строению?

4.Другие аллотропные модификации углерода. Почему углерод может образовать множество аллотропных модификаций?

В. 5 октября 2010 г. В Стокгольме были названы имена лауреатов Нобелевской премии по физике за 2010 г. Самую престижную из премий получили два выходца из России - Константин Новосёлов и Андрей Гейм за эксперименты с графеном. Графен представляет собой одинарный слой атомов углерода. Соединенных между собой в структуру, напоминающую пчелиные соты.

        Для получения графена плоские куски графита помещают между липкими лентами (скотч) и расщепляют раз за разом. Создавая достаточно тонкие слои (среди многих пленок могут попадаться однослойные и двухслойные, которые и представляют интерес).

Ожидается, что графен:

- заменит кремний в микросхемах. Чипы на его основе станут легче, производительнее, стабильнее в работе, будут потреблять меньше энергии и рассеивать меньше тепла;

- придет на смену тяжёлым медным проводам в космонавтике и авиации;

- будет использован при создании гибких сенсорных дисплеев и солнечных батарей;

- найдет применение в качестве сенсора для обнаружения отдельных молекул.

К тому же графен по прочности превосходит все известные материалы. Гамак, выполненный из графена, не видим глазом, но сможет выдержать четырёхкилограммового кота.

Вопросы:

1.Обладает ли графен электропроводностью?

2.Горит ли графен? Если да, то составьте уравнение химической реакции горения графена.

3.Можно ли использовать графен при создании полупроводниковых материалов?

4.Какова гибридизация атомов углерода в графене?

5.Имеются ли в графене делокализованные связи?

6.Назовите аллотропные модификации углерода, где атомы углерода находятся в состоянии sp3-гибридизации?

Г. В.Ф.Одоевский «Мороз Иванович»: «Между тем Рукодельница воротится, воду процедит, в кувшин нальет, да ещё какая затейница: коли вода нечиста, так свернет лист бумаги, наложит в неё угольков да песку крупного насыплет, вставит ту бумагу в кувшин да нальет в нее воды. А вода-то, знай, проходит сквозь песок да сквозь уголья и капает в кувшин чистая, словно хрустальная».  

Вопросы:

1.Назовите метод очистки воды от примесей.  

2.Зачем Рукодельница брала угольки?

Задание 8. Соединения углерода

А. Многие люди любят париться в бане. Однако в русской бане не исключена угроза отравления угарным газом.  Признаки отравления им детально описаны: сначала сильное головокружение, необыкновенная бледность лица, у некоторых бывает рвота, потом глубокий обморок, а при продолжительном воздействии газа - летальный исход. Чтобы избежать этой опасности, необходимо придерживаться следующих правил: когда баня истоплена и уже достаточно прогрета, надо тщательно перемешать угли в топке. Чтобы не осталось даже маленький тлеющей головешки. Большие тлеющие головешки следуют убрать и погасить в ведре.  Из поддувала печки также нужно всё выгрести, так как там могут находиться долго тлеющие угли.

Вопросы:

1.Выведите формулу угарного газа, если известно, что он относится к оксидам, а массовая доля углерода в нем составляет 42.86%.

2. Почему человек отравляется угарным газом? Какую помощь надо оказать человеку который отравился угарным газом.

Б. Углекислый газ СО2 не ядовит, но при вдыхании его в больших количествах наступает удушье из-за недостатка кислорода. В Италии находится «Собачья пещера», в которой человек стоя может находиться длительное время, а забежавшая туда собака задыхается и гибнет.  

Задания:

1.Составьте молекулярную, электронную и структурную формулы углекислого газа.

2.Определите относительную плотность углекислого газа по воздуху.

3.Обоснуйте, почему углекислый газ в «Собачьей пещере» скапливается внизу?

4.Составить схему «Физические и химические свойства оксида углерода(IV)».

В. Задача. Какой объем (н.у.) углекислого газа заполнит помещение кухни, если Петя в отсутствие родителей решил прокалить на газе 700 г толченого мела (основной компонент мела карбонат кальция), в котором 2% примесей? (Так он решил проверить правдивость утверждения своего учителя химии о необходимости постоянного проветривания помещения, где проводится такой опыт).

Задание: Что произойдет, если Петя не откроет форточку? Ответ подтвердите расчетом.

Г. Большой популярностью среди туристов пользуются сталактитовые пещеры в горах Кавказа и Крыма, среди которых есть не пройденные до конца. Известняковые пещеры-лабиринты Крыма служили партизанам убежищем в период Великой отечественной войны. Реакция превращении карбоната в бикарбонат обратима, поэтому на потолке известняковой пещеры из капли воды, насыщенной гидрокарбонатом кальция, выделяется диоксид углерода, и прежде чем капля успеет упасть вниз, часть растворенного гидрокарбоната превращается в твердый карбонат. Так зарождаются свисающие вниз сосульки сталактитов. Из воды, капающей со сталактита, на полу пещеры тоже осаждается карбонат кальция, и с течением времени навстречу свисающей сосульке поднимается такой же столб снизу – сталагмит.

Задания:

1.Запищите химические формулы веществ: гидрокарбонат кальция, карбонат кальция, диоксид углерода.

2. Составьте схемы превращения веществ, о которых говорится в задаче.

3. Определите тип каждой химической реакции.

4. Сделайте вывод о свойствах взаимопревращений солей угольной кислоты, их растворимости.

5.Сделайте сообщение о распространении солей угольной кислоты в природе.

Тема «Металлы»

Задание1. Соединения щелочных металлов.

А. 17дека6ря1916г. князь Феликс Юсупов с сообщниками пытался отравить Григория Распутина, который пользовался неограниченным влиянием на семью последнего российского императора и которого считают одной из самых одиозных фигур российской истории. Для этого заговорщики до6авили яд Х в пирожные. Однако яд не подействовал и Распутин 6ыл убит 11 выстрелами. Проведённый анализ позволил определить состав яда. Он состоял из калия (60'/'), углерода (18,46%) и азота (21,54%).

Вопросы:

1.Выведите формулу вещества Х, которым пытались отравить Распутина. 2.Назовите это вещество. К какому классу веществ оно относится?

Б. В Англии в последние десятилетия наблюдается снижение смертности от болезней сосудов головного мозга. Это связано с увеличением потребления свежих фруктов и овощей. В свежих овощах и фруктах всегда много калия и мало натрия. Натрий задерживает воду в организме, повышая артериальное давление, а калий, напротив, способствует его снижению. Вот почему увеличение потребления овощей, фруктов, в частности яблок, можно рассматривать как существенную меру предупреждения болезней сосудов головного мозга.

Вопросы:

1.Составьте уравнения электролитической диссоциации хлорида калия, хлорида натрия. Нарисуйте электронные конфигурации катионов натрия и калия.

2.Какова биологическая роль катионов натрия и калия в живом организме7

Задание 2. Металлы II группы A подгруппы.

А. У жителей южных районов спазмы кровеносных сосудов происходят реже, чем у северян. Врачи связывают это с содержанием в организме магния, т.к. известно, что внутривенные и внутримышечные вливания растворов солей магния снимают спазмы и судороги. В организм человека магний поступает с овощами и фруктами. Особенно богаты им абрикосы, персики и цветная капуста.

Вопросы:

1.Составьте уравнения электролитической диссоциации хлорида магния. 2.Нарисуйте электронную конфигурацию катиона магния.

3.Подготовьте сообщение о биологической роли магния.

Б. Задача.  Какой объем (н.у.) углекислого газа поглотят стены только что выбеленной квартиры, если на побелку затрачено ведро известкового молока? Для его приготовления к 4 кг негашеной извести (оксида кальция) прилили 5 л (кг) воды, процедили, отбросили 100 г мелких камешков, затем добавили еще 6 л воды и хорошо все перемешали. Полученной массой выбелили стены. Решите задачу. (Ответ.: V(СО2) = 1,56 м3 - такой объем углекислого газа поглотят выбеленные стены помещения)

Задание 3. Амфотерные металлы

В одном из технических колледжей Лондона во время конкурсного экзамена на должность лаборанта претендентам предложили, пользуясь химическими методами, отличить друг от друга внешне очень похожие пластинки из бериллия и магния. Гранулы этих металлов легко сгорали на воздухе, реагировали с разбавленными кислотами-серной, соляной, азотной. Победителем конкурса оказался тот из соискателей должности, который использовал для выполнения задания концентрированный раствор щелочи и фтороводородную кислоту.

Вопросы:

1.Объясните, какие свойства металлов использовал для выполнения задания победитель конкурса.

2.Составьте уравнение этой реакции.

3.Как называется свойство металлов взаимодействовать и с кислотами, и с щелочами?  Приведите примеры таким металлам.

4.Напишите уравнения реакций взаимодействия этих металлов с кислотами соляной и азотной. Анализируйте эти реакции методом электронного баланса. Обратите внимание, какие частицы являются окислителями.

Задание 4. Сплавы золота.

В настоящее время в качестве материала для изготовления ювелирных украшений нередко используют белое золото. Белое золото 585- й пробы-это сплав, состоящий из трех металлов (массовая доля золота 58,5%, серебра- 26 %, остальное палладий).

Вопросы:

1.Рассчитайте массу чистого золота, содержащегося в обручальном кольце ручной работы из белого золота 585-й пробы, где массовая доля золота 58,5%, украшенного 23 бриллиантами общей массой 0,23 карата. Масса кольца3,8 г. (1 карат = 0.2 г.)

2.Атомов какого химического элемента больше всего в сплаве белого золота, а какого меньше всего? Ответ подтвердите расчётами.

3.Какие ещё металлы могут входить в состав сплавов золота, используемых для изготовления ювелирных изделий?

Задание 5. Свинец

Свинец используется многие тысячелетия, поскольку он широко распространён, легко добывается и обрабатывается. Он очень ковкий и легко плавится. Выплавка свинца была первым из известных человеку металлургических процессов. Благодаря своей плотной кристаллической упаковке и большой атомной массе служит защитой от радиоактивного излучения. Окисление свинца получают оксид свинца, который используют для производства свинцовых стекол. Оксид свинца – амфотерный оксид, при реакции с азотной кислотой получается нитрат свинца. Это вещество очень токсично и сфера его применения сильно ограничена техникой безопасности.

Вопросы:

1. Составьте молекулярное уравнение реакции окисления свинца описанной в тексте. При каких условиях идет данная реакция?

2.Составьте молекулярное уравнение реакции оксида свинца и азотной кислоты. Как определить прошла ли реакция? Составьте полное и сокращённое ионное уравнения этой реакции.

3.Как определить, катионы свинца в растворе нитрата свинца?

Задание 6. Тема: «Защита окружающей среды и нанохимия»

Известно, что значительный ущерб окружающей среде и здоровью человека наносит выхлопные газы автомобилей. Так, в выхлопах двигателя внутреннего сгорания (ДВС) были обнаружены: угарный газ-СО, циклические ароматические углеводороды, оксид азота (II)-NO.

Структура выброса автомобилями вредных веществ

Бензин 1 т ДВС: 1. СО-  180-300 кг

                             2. СН- 25-25 кг

                             3. NО- 20-40 кг

Для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу используют устройства каталитического окисления выхлопных газов автомобилей, при изготовлении которых может быть применена платина. Платина позволяет превратить оксид углерода (II) в оксид углерода (IV). Особенно эффективно каталитическое действие платины, находящейся в виде наночастиц.

        Физические свойства многих веществ зависят от размеров образца. Так, температура плавления частиц золота размером 5-10 нм на сотни градусов ниже температуры плавления куска золото объемом 1 см куб. наночастицы вещества часто обладают свойствами, которых вообще нет у образцов этих веществ, имеющих обычные размеры. Известно, например, что золото и серебро весьма инертны в химическом отношении. Однако наночастицы серебра и золото не только очень хорошие катализаторы химических реакций (ускоряют их протекание), но и непосредственно участвуют в химических реакций.

Вопросы:

1.Рассчитайте диапазон масс вредных примесей, образующихся при сжигании полного бака (40л) бензина марки А-92 (плотность бензина 0,75 г/см3).

2.Сколько наночастиц состава Рt20 можно получить из 3,5см3 (плотность платины составляет 21,45 г/см3)?

3.Известно, что серебро не вступает в реакцию с соляной кислотой. Однако образец серебра, состоящий из наночастиц, реагирует с ней с выделением водорода. Составьте уравнение химической реакции.

4.Активность наночастиц магния настолько велика, что материал, состоящий из таких частиц, соединяется с метаном. Предложите структурную формулу продукта такой химической реакции. Если известно, что 1 моль атомарного магния вступает в реакцию с 1 моль метана.

Задание 7. Тема: «Коррозия металлов»

А. По Черному морю издревле проходили важнейшие морские пути, связывавшие Европу с Азией. В черноморских глубинах до сих пор  без изменений сохраняются не только сами останки затонувших кораблей, но и все товары, перевозимые ими (металлы, золото не окисляются и не подвергаются коррозии, дерево, ткани не стареют и не разрушаются).    Но, как только корабли поднимают на поверхность, их корпуса очень быстро покрываются ржавчиной и разрушаются.                                      

Б. В 20-е гг. XX в. по заказу одного американского миллионера была построена роскошная яхта «Зов моря». Для обшивки корпуса яхты использовался сплав никеля с медью (монель - сплав), другие детали корпуса были изготовлены из специальных нержавеющих сталей. Еще до выхода в открытое море яхта полностью вышла из строя. Ученые считают, что в обоих случаях причиной произошедших событий были окислительно-восстановительные процессы. 

Вопросы:

1.Объясните, почему на морской глубине скорость коррозии незначительна.

2.Опишите причины возникновения коррозии в предложенных ситуациях. Почему яхта так быстро вышла из строя?

3.Напишите необходимые уравнения химических реакций и процессов,

4.Определите тип коррозии и предложите способы защиты.