Проект - Цифровой лабораторный эксперимент (26.03.11)
методическая разработка по теме

Южное окружное управление образования г. Москвы

КОНКУРСНАЯ РАБОТА

Тема: « Разработка элективного курса для старших классов (10-11 класс) «Цифровой лабораторный эксперимент».

Сусанова Тамара Дмитриевна ГОУ СОШ № 866

Разрешаю публикацию разработки  

2. Введение

Цели курса: углубление знаний учащихся по теме « Химические реакции»;

                       предоставление возможности учащимся удовлетворить интересы в области                                    химии при проведении цифрового лабораторного эксперимента.

Что содержит:  данный элективный курс посвящён рассмотрению вопросов, связанных с особенностями протекания химических реакций. Обращается внимание на вопросы углубления знаний о возможных критериях протекания химических реакций в заданном направлении при использовании таких понятий как энтальпия, энтропия, энергия Гиббса, потенциал. Это даёт возможность применения данных критериев в стандартных и нестандартных условиях. При проведении цифровых лабораторных экспериментов учащиеся приобретают умения и навыки: по определению температуры, давления, теплового эффекта химической реакции; наблюдают за зависимостью давления газа от его температуры; влиянием изменяющегося объёма газа на давление в системе; знакомятся с условиями плавления и кристаллизации веществ; наблюдают за процессами растворения веществ в воде и делают выводы о возможностях протекания этих реакций, а также о их тепловом эффекте, т.е. учатся предсказывать и определять количественные результаты . Школьники приобретают навыки титрования, закрепляют знания о видах концентрации и её расчётах, учатся готовить растворы разных видов ( молярные, с определённой процентной концентрацией ), определять реакцию среды, используя такие понятия как рН и рОН , предсказывать их. Рассматриваются и вопросы, связанные с процессами окисления и восстановления, влияние катализатора на скорость протекания химических реакций. При выполнении данных работ учащиеся учатся работать с графиками.

Какие результаты ожидаются

     Данный элективный курс должен помочь формированию систематического подхода к рассмотрению химических процессов.

    Учащиеся должны уметь предсказывать возможность протекания одной или другой химической реакции, понимать условия их протекания и видеть от чего зависит скорость реакции.

     Важно их понимание практической направленности производимых опытов.

    Школьники должны развить умения и навыки использования химических веществ и приборов при проведении эксперимента, по соблюдению правил обращения с химическими соединениями.

     Они должны научиться решать расчётные задачи на разные виды концентрации; производить расчёты по термохимическим уравнениям; сравнивать тепловые эффекты различных реакций; производить вычисления по газовым законам; определять реакцию среды, используя рН и рОН.

      Необходимо, чтобы учащиеся понимали сущность процесса катализа и необходимость использования катализатора в химических процессах, как веществ ускоряющих реакции.

      Понимание процессов окисления и восстановления, что такое окислитель и восстановитель, составление окислительно- восстановительных реакций по схеме электронного баланса – вот что также должно быть понято учащимися.

       Все эти знания и умения школьников помогут им при изучении данной темы в школьном курсе, дадут возможность более глубоко рассмотреть эту тему и подготовиться к олимпиаде, сдаче ЕГЭ, поступлению в ВУЗ, сориентируют при выборе профессии, заложат практические умения и навыки экспериментальной работы, научат правилам безопасного обращения с химическими веществами и оборудованием.

1.Тематический план элективного курса «Химические реакции».

Курс расcчитан на 17 часов ( 1час в неделю )

для профильного класса    в 10 — 11 классе.

Самостоятельная работа

1. Проработка материалов по учебнику.
2. Подготовка к лабораторной  работе.  
3. Оформление отчёта по лабораторной работе.
4.  Решение дополнительных расчётных задач.

1. Тема 1.1 Классификация реакций по тепловому эффекту — эндотермические.

Работа 9.4. Растворение нитрата аммония в воде.

Требования к знаниям:                                                                                                                                                

-   сущность эндотермического процесса как реакции с поглощением тепла;

-   измерительная посуда и её назначение;

-   сравнение температуры в колбе с температурой окружающей среды.

Требования к умениям:

-  рассчитывать удельную теплоту реакции, контролировать измерения температуры раствора;

- определять измерения температуры в процессе реакции и время необходимое для достижения конечного значения температуры;

-   определять тип реакции;

-   изучать влияния добавления воды или увеличения окружающей температуры на процесс растворения;

-   производить расчёты по формуле удельной теплоты реакции.

Сущность эндотермических реакций. Умение следить за изменением температуры в процессе растворения кристаллов соли в воде. Вычисление теплового эффекта реакции и удельной теплоты реакции.

Выдвижение предположений относительно изменения температуры раствора при растворении в воде разных количеств соли.

Кривые графика температур.

Тема 1.2. Классификация реакций по тепловому эффекту — экзотермические.

Работа 9.15. Тепловой эффект горения топлива.

Требования к знаниям:

-   сущность метода сравнения между собой тепловых эффектов горения различных видов топлива;

-   умения определять выделяющееся тепло;

-   подсчёт энергии, потраченной на нагрев известного количества воды при сжигании различных видов топлива;

-   умения пользоваться формулой количества теплоты;

-   рассчитывать эффективность нагревателя в каждом эксперименте, удельную теплоту сгорания 1 г топлива.

Требования к умениям:

-   пользоваться необходимыми формулами;

-   производить наблюдения и сравнивать кривые графиков;

-   определять тепловой эффект горения разных видов топлива.

Сущность определения теплового эффекта реакции. Способы вычисления тепла выделяющегося при горении. Измерительная посуда и приборы, их назначение при определении теплового эффекта реакции. Кривые графиков теплоты сгорания топлива.

Тема 1.3. Закон Г.И. Гесса и следствия из него.

Работа 9.8. Газовые законы. Зависимость давления воздуха от его температуры.

Требования к знаниям:

1. сущность закона Г.И. Гесса и следствий из него;
2. понятия об энтропии, энергии Гиббса;
3. условия протекания реакций в зависимости от изменения энергии и энтропии;
4. расчёты по закону Гесса;
5. знания закона Шарля о давлении газа при постоянном объёме;
6. измерительной посуды и её назначению.

Требования к умениям:

1. производить расчеты энтропии, энергии Гиббса, давления массы газа при постоянном объёме;
2. сравнивать характер изменения давления и температуры газа;
3. наблюдать зависимость давления от температуры;
4. объяснять зависимость температуры и давления от времени, а также от объёма воды в колбе.

Сущность закона Гесса и следствий из него. Вычисления энтропии, энергии Гиббса. Определение давления при постоянном и переменном объёме воды в колбе. Зависимость давления данной массы газа от температуры. Измерительная посуда, её назначение при изучении данной зависимости. Сравнение исходного графика с полученным в эксперименте.

Тема 1.4. Вероятность протекания химических реакций.

Работа 9.12. Плавление и кристаллизация.

Требования к знаниям:

1. сущность процессов кристаллизации и плавления как перехода веществ из жидкого состояния в твёрдое и из твёрдого в жидкое;
2. температура плавления или кристаллизации;
3. измерительная посуда и её назначение;
4. сравнение температуры замерзания и плавления воды и сравнение их друг с другом.

Требования к умениям:

1. работа с приборами при проведении опытов;
2. следить за изменением температуры воды в процессе отвердевания-плавления;
3. определять температуру замерзания и плавления воды;
4. наблюдать изменения кинетической и потенциальной энергии воды в ходе эксперимента;
5. сравнивать графики кристаллизации и плавления воды.

Сущность кристаллизации и плавления воды. Температура плавления или кристаллизации. Температура замерзания и плавления воды, и их сравнение. Определение температуры замерзания и плавления воды. Зависимость кинетической и потенциальной энергий друг от друга. Измерительная посуда и её назначение при определении температур кристаллизации и плавления. Кривые кристаллизации и плавления.

Тема 1.5. Газовые законы.

Работа 9.9. Влияние изменения объёма на давление воздуха.

Требования к знаниям: 

1. сущность закона Бойля-Мариотта о зависимости объёма газа определённой массы при постоянной температуре от давления;
2. измерительная посуда и её назначение;
3. отличие газов от жидкостей и твёрдых тел по способности сжиматься;
4. произведение расчётов между объёмом и давлением газа в плотно закрытой колбе;
5. составление графика по разным количествам замеров;
6. зависимость объёма и давления газа от температуры.

Требования к умениям:

1. производить расчёты по формулам;
2. выяснение влияния изменений объёма на давление у газов;
3. сравнивать кривые графиков, находить сходства и различия;
4. проводить эксперименты при другой температуре воздуха.

Сущность закона Бойля-Мариотта. Вычисления по формулам. Зависимость объёма газа от давления. Изменения объёма газов при изменении температур. Измерительная посуда и её назначение. Кривые зависимости объёмов газа от давления и температур.

Тема 1.6. Классификации реакций по использованию катализатора.

Работа 9.7. Химический катализ. Разложение пероксида водорода в присутствии оксида марганца (IV).

Требования к знаниям:

1. сущность процесса катализа;
2. понятие о катализаторе как веществе ускоряющем реакцию;
3. сохранение массы катализатора при химической реакции (на 1 этапе вступление в реакцию, а на 2 — регенерация);
4. разноообразие катализаторов;
5. каталитические реакции.

Требования к умениям:

1. отличать каталитические реакции от некаталитических;
2. объяснять зависимость скоростей реакции от наличия катализатора;
3. влияние на скорость реакции количества катализатора;
4. сравнение эффективности различных катализаторов;
5. сравнивать влияние на скорость реакции разные концентрации катализаторов;
6. определение зависимости скорости каталитической реакции от температуры.

Сущность катализатора. Многообразие катализаторов. Увеличение скорости реакций под действием катализаторов. Измерительная посуда и её назначение в каталитических реакциях. Кривые зависимости скорости каталитических реакций от разности давлений и изменения температуры.

Тема 1.7. Классификация реакций по числу и составу реагирующих и образующихся веществ.

Работа 9.1. Реакции нейтрализации. Реакция гидроксида натрия с соляной кислотой.

Требования к знаниям:

1. сущность титриметрического метода; метод кислотно-основного титрования;
2. измерительная посуда и её назначение;
3. способы выражения концентрации в титриметрическом анализе и приготовление стандартных растворов;
4. изменение рН и рОН образующихся растворов с помощью индикаторов;

Требования к умениям:

1. выражать концентрацию раствора различными способами;
2. готовить стандартные растворы;
3. производить замеры изменения температуры и рН образующихся растворов.

Сущность титриметрического анализа. Способы выражения концентрации в титриметрическом анализе. Вычисления в титриметрическом анализе.

Титрование, титрованные растворы. Измерительная посуда, её назначение в титриметрическом анализе.

Метод кислотно-основного титрования, его сущность. Индикаторы и принцип их выбора, интервал перехода окраски индикатора, показатель титрования. Кривые титрования.

Тема 1.8. Классификация реакций по изменению степеней окисления элементов.

Работа 9.2. Окислительно-восстановительные реакции. Реакция хлорида меди с алюминием.

Требования к знаниям: 

1. сущность окислительно-восстановительных реакций; понятия об окислителе и восстановителе, процессах окисления и восстановления;
2. степень окисления;
3. изменения температуры в процессе окислительно-восстановительных реакций;
4. составление окислительно-восстановительных реакций.

Требования  к умениям:

1. определять степени окисления;
2. находить окислитель и восстановитель;
3. определять процессы окисления и восстановления;
4. составлять окислительно-восстановительные реакции методом электронного баланса;
5. рассчитывать удельную теплоту реакции по формуле.

Сущность окислительно-восстановительных реакций. Определение окислителя и восстановителя(процессов окисления и восстановления). Вычисления теплоты реакции. Составление окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса. Кривые графика зависимости времени реакции от изменения температуры.

3. Формы и содержание текущего, промежуточного и итогового контроля.

       Текущий контроль знаний учащихся осуществляется путём устного собеседования при допуске к выполнению лабораторных работ, защиты отчётов по ним, путем опроса в начале практических занятий и решения задач у доски.

       Промежуточный контроль знаний учащихся осуществляется путем проведения тестов, включающих вопросы и задания по отработанным разделам.

       Итоговый контроль знаний, умений и навыков учащихся осуществляется на зачете, который проводится в конце учебного года.

Примеры вопросов к зачёту:

1.Рассмотрите реакцию, отвечающую уравнениям:

2NO2(г)=2NO(г)+O2(г)

Используя справочные данные, рассчитайте значение энтропии данной реакции. Будет ли данная реакция протекать самопроизвольно в стандартных условиях?

2.Рассмотрите равновесие:

C(т)+СО2(г)↔2СО(г); ∆Н°›0.

Как сместится химическое равновесие, если в системе:

а) температура повышается (р = const); б) давление падает (Т=const)? Увеличится ли выход продукта при одновременном изменении температуры и давления? Ответ обоснуйте.

3.Рассчитаейте рН раствора фтороводородной кислоты (0,001 моль/л). Как изменится рН и степень протолиза фтороводородной кислоты, если данный раствор: а) нагреть; б) разбавить водой в 2 раза; в) добавить к нему фторид натрия (0,1 моль/л)? Дайте обоснованные ответы.

4.Рассчитайте водородный показатель раствора, приготовленного смешиванием 200 мл моль 0,1 М раствора хлороводорода и 100 мл 0,2 М раствора гидроксида бария с последующим разбавлением водой до объёма 10 л.

Примерная тематика творческих работ

1.Диссоциация или протолиз? Сравнительная характеристика 2 теорий.

2.От термохимии растворения к технологии перекристаллизации. Вещества, применяемые в повседневной жизни.

3.Электронная теория кислот и оснований.

4.Зависимость энергии Гиббса от температуры.

5.Энтальпия и энтропия вещества: зависимость от температуры.

4.Перечень литературы и средств обучения

  1.1. Литература

1. Основная

1.  Петрухин О.М. Аналитическая химия. Химические методы анализа.-М: Химия, 1993.

2. Мягковский С.А. Аналитическая химия.-Минск: Гос. ун-т. 1991.

3. Барсукова З.А.  Аналитическая химия. М., Высш. Шк.,1990.

4.Леенсон И.А. Химические реакции: тепловой эффект, равновесие, скорость.- М.:Астрель,2002.

5.Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Химия для школьников старших классов и поступающих в вузы. Теоретические основы. Вопросы. Задачи. Тесты – М.: Дрофа, 2004.

6. Лидин Р.А., Якимова Е.Е., Вотинова Н.А. Химия. 10-11 кл. Учебное пособие. – М.: Дрофа, 2000

3. Дополнительная литература

1.  Клещев Н.Ф., Алферов Е.А., Базалей Н.В. и др. Задачник по аналитической химии.-

М: Химия,1993.

2.  Ярославцев А.А. Сборник задач и управлний по аналитической химии. М:-Химия, 1993.

3.   Логинов Н.Я., Воскресенский А.Г., Солодкин И.С. Аналитическая химия.

М: Просвещение, 1979.

4.2 Средства обучения

1.  Золотова В.И., Смотракова М.В. Растворы. Способы выражения концентрации растворов. Методические указания  к изучению раздела аналитическая химия. Воронеж 1999г

2.  Золотова В.И. Гравиметрический анализ. Методические указания к лабораторным работам по аналитической химии. Воронеж 1997г.

4. Смотракова М.В. Кислотно-основное титрование. Методические указания к лабораторным работам по аналитической химии. Воронеж 2002г.

5. Смотракова М.В. Окислительно-восстановительное титрование. Методические указания к лабораторным работам по аналитической химии. Воронеж 2002г.