112942 (Міжпредметні зв’язки на уроках хімії при розв’язуванні хімічних задач)

КУРСОВА РОБОТА

Тема:

"Міжпредметні зв’язки на уроках хімії при розв’язуванні хімічних задач"

2009

ПЛАН РОБОТИ

Вступ

Розділ І.

1.1. Хімічні рівняння та їх типи

1.2. Математичні методи в аналітичній хімії

Розділ ІІ.

2.1. Міжпредметні зв’язки при розв’язуванні хімічних задач

Висновки

Список використаних джерел і літератури

Вступ

Ще в 1741 р. М.В. Ломоносов, в своєму творі «Елементи математичної хімії», писав: «якщо математики із зіставлення небагатьох ліній виводять дуже багато істин, то і для хіміків я не бачу ніякої іншої причини, внаслідок якої вони не могли б вивести більше закономірностей з такої великої кількості наявних дослідів, окрім незнання математики». Пройшло вже більше двохсот років з тих пір, як хімія перестала бути наукою, що лише описує спостереження над перетворенням речовин. Після того, як геніальний М.В. Ломоносов ввів в хімічну практику терези, знання математики стало необхідним для кожного хіміка.

Важливе значення для реалізації навчальної й розвивальної функцій шкільної освіти має навчання фізики, хімії, біології, екології, астрономії, фізичної географії, тому що у змісті цих навчальних дисциплін є відображення тих діалектичних взаємозв'язків, які об'єктивно діють у природі й пізнаються сучасними науками. У різні часові періоди різні науки роблять кожна свій специфічний внесок у розвиток мислення дитини й можуть стати тим плацдармом, на якому раніше формуються ті чи інші сторони більш високих ступенів мислення.

Хімічний аналіз буквально пронизує все наше життя. Його методами проводять скрупульозну перевірку лікарських препаратів. В сільському господарстві з його допомогою визначають кислотність ґрунтів і вміст в них живильних речовин, що дозволяє підібрати оптимальні умови обробки грунту, також оцінюють вміст білка і вологи в різних сортах зерна. Хімічному аналізу піддаються і товари широкого споживання: в зубній пасті контролюють зміст фтору, в маслах – зміст ненасичених з'єднань. В природоохоронній діяльності методи аналітичної хімії застосовують для контролю якості питної води, для визначення змісту шкідливих речовин у відходах і т.д. В судовій практиці з їх допомогою знаходять сліди пороху на руках підозрюваного, аналізують склад фарб, якими написана картина, щоб відрізнити оригінал від підробки. Методи аналізу розрізняються по ступеню складності. Так, в медицині використовуються експрес-тести на вагітність і складні методи аналізу крові на зміст цукру або холестерину, контролю рівня нейромедіаторів при дослідженні мозку in vivo і ін.

З наведених прикладів видно, що всі питання, які вирішує аналітична хімія, можна звести до наступних: що є даною речовиною, з яких компонентів воно полягає, яка їх кількість і розподіл? Щоб відповісти на ці питання, проводять найрізноманітніші хімічні реакції, застосовують широкий спектр хімічних, фізичних, фізико-хімічних, біологічних методів, розробляють нові методи аналізу і удосконалюють вже існуючі. Число методів аналітичної хімії надзвичайно велике і постійно росте.

Аналітична хімія тісно пов'язана з іншими дисциплінами: хімічний аналіз упроваджується в різні області науки, хімік-аналітик користується досягненнями інших розділів хімії, а також математики, фізики, біології і багатьох областей техніки.

Розвиток мислення учнів може здійснюватися лише в процесі активної розумової діяльності з вирішення проблем; саме при навчанні природничо-наукових дисциплін існує принципова можливість організувати продуктивну діяльність такого роду, тому що міжпредметну інтеграцію, що закладена як прийом розумової діяльності, можна розуміти також як систему синтезу й узагальнення при розв'язуванні пізнавальних задач. Розв'язування задач є характерною й водночас специфічною особливістю інтелектуальної діяльності людини.

Природничо-наукові задачі виступають як знакові моделі задачних ситуацій, об’єктами яких є матеріальні системи, явища чи процеси. Такі задачі не можуть бути розв’язаними на основі твердих алгоритмів і допускають значну невизначеність зони пошуку правила розв’язання, що пов’язано зі специфікою природничо-наукових дисциплін. Навчити учнів самостійно переносити знання з одного предмета на інший, що вимагає найвищого рівня їх узагальнення й найбільшої продуктивності й самостійності, і мають на меті навчальні задачі з фізики, хімії, біології, астрономії, тому що умова, зміст і процес розв'язування цих задач інтегрують у собі структурні елементи знань про явища і цілісні об'єкти природи, будову, загальні властивості та закони руху матерії, про склад, будову й властивості речовин.

Для хіміка важливо уміння користуватися математичним апаратом, він повинен уміти вибрати з численних методів і прийомів математики ті, які потрібні для вирішення даної інженерної задачі, і правильно скористатися ними. Але це вимагає, перш за все, знання таких методів і прийомів.

Математика все ширше упроваджується в хімічну практику – математичний аналіз стає невід'ємним засобом хімічної науки і техніки. Очевидна ефективність використання методів вищої математики в практичній діяльності і дати можливість освоїти ці методи. Зрозуміло, що ця мета може бути досягнута тільки шляхом викладання прикладів рішення конкретних задач хімічної техніки.

Розділ І

1.1 Хімічні рівняння та їх типи

Хімічне рівняння – це короткий спосіб опису хімічної реакції. Символи, що позначають речовини, які вступають в реакцію, – знаходяться в лівій частині рівняння, а позначення продуктів реакції – в правій:

- де в дужках вказаний агрегатний стан, Q – тепловий ефект реакції. Це рівняння описує хімічну реакцію між натрієм і хлором з утворенням хлориду натрію (куховарська сіль). Натрій – метал, бурхливо реагуючий з водою, хлор – отруйний газ, але, з'єднуючись один з одним, ці елементи утворюють цілком нешкідливу речовину, необхідну для життя. Це приклад реакцій приєднання.

Відомі також хімічні реакції:

• заміщення, обміну, розкладання та інші;

• реакції можуть бути оборотні, іонні, окислювально-відновні, ядерні;

• залежно від принципу класифікації реакцій: по формальній ознаці, по механізму реакцій, по термодинамічних або кінетичних параметрах і т.д.

Реакції приєднання X + У ? XY

Приклади:

Число атомів даного елемента в лівій частині рівняння рівно числу цих атомів в правій частині, іншими словами, речовина в ході хімічної реакції не виникає з нічого і не знищується. Хімічна реакція, в якій виділяється тепло, наприклад реакція (1), називається екзотермічною, а реакція, яка протікає тільки при підводі тепла ззовні, наприклад реакція (2), – ендотермічної. Майже всі хімічні реакції супроводяться виділенням або поглинанням тепла, але в рівняннях це часто не указують, якщо тільки не розглядаються термодинамічні аспекти процесу.

Реакції заміщення:

або

Приклади:

В реакції (4) металевий цинк заміщає водень в соляній кислоті. В реакції (5) мідь заміщає срібло в нітраті срібла. В реакції (6) хлор заміщає бром в броміді кальцію.

Реакції обміну (подвійного заміщення):

XY + UV ? XV + UY

Приклади:

Реакція (7) – типовий приклад кислотно-основної реакції (реакції нейтралізації), продуктами якої є сіль і вода. В реакції (8) в результаті взаємодії іона барія Ba2+, що належить нітрату барія Ba(NO3)2, з сульфат-іоном сірчаної кислоти утворюється осад сульфату барія BaSO₄. В реакціях (7) і (8) реагуючі речовини обмінюються катіонами.

Реакції розкладання (розщеплювання):

Приклади:

В реакції (9) сині кристали гідратованого сульфату міді розкладаються при нагріванні, при цьому гідратна вода перетворюється на пару. Реакція (10) протікає при відносно невисокій температурі у присутності каталізатора – діоксиду марганцю. Каталізатор прискорює хімічну реакцію, залишаючись при цьому незмінним. Реакція (11) застосовується в промисловості: вапняк (карбонат кальцію CaCO₃) при інтенсивному нагріванні розкладається, утворюючи негашене вапно (оксид кальцію CaO) – важливу складову частину цементу.

Оборотні реакції:

або

Стрілки в прямому і зворотному напрямах указують, що продукти реакції взаємодіють з утворенням початкових реагентів, іншими словами, реакція йде в обох напрямах. Систему, в якій протікає оборотна реакція, можна уподібнити двом водоймищам, сполученим вузькою протокою, в яких мешкають два або декілька видів риб. Риби безперешкодно перепливають з одного водоймища в іншій, так що врешті-решт кожне водоймище виявляється заселеним змішаною популяцією постійного складу. Це і є стан рівноваги.

Приклади:

Кількості початкових речовин і продуктів реакції сильно залежать від тиску, температури і концентрації реагуючих речовин.

Іонні реакції. Хімічні рівняння можна записувати з вказівкою заряду початкових речовин і продуктів реакції (+, –, 0 означають позитивний, негативний і нульовий електричні заряди відповідно; їх поміщають вгорі праворуч від символу хімічного елемента).

Члени рівняння в правій і лівій його частинах, відповідаючі групам атомів однакового складу, несучих однаковий заряд, можна скорочувати, як це прийнято в рівняннях алгебри:

Іон срібла Ag+ несе один позитивний заряд; отже, на кожний атом міді, створюючий двохзарядний позитивний іон, повинне доводитися два іони срібла, оскільки суми зарядів в лівій і правій частинах рівнянь повинні бути однаковий. Після скорочення однакових членів в обох частинах рівняння одержуємо рівняння (16), яке виражає хімічні перетворення, що відбулися в реакції. Приведені вище рівняння – це три різні способи представлення однієї і тієї ж хімічної реакції: її молекулярна форма, повна і скорочена іонні форми.

Ядерні реакції. Ядерні реакції можна віднести до хімічних лише вельми умовно, оскільки в них елемент перетворюється на ізотоп того ж елемента або інший елемент. Іноді якась частина речовини в ядерній реакції зникає, і цей процес супроводжується тим, що вивільняється величезної кількості енергії; такі процеси відбуваються при вибуху атомної бомби або в ядерному реакторі. Звичайно в рівняннях ядерних реакцій фігурують нейтрони ( ), протони ( ), електрони ( ) ?-частицы ( ) ?-лучи ( ) і позитрони ( ). Верхній лівий індекс позначає масу частинки, а нижній лівий – її заряд. Приведемо рівняння типових ядерних реакцій:

Суми верхніх індексів в лівій і правій частинах рівняння повинні бути однаковими; те ж саме відноситься до нижніх індексів. Може показатися, що маса речовини в ході ядерних реакцій (17)–(19) не змінюється. Насправді ж унаслідок взаємодії елементарних частинок в ядрі і зміни їх маси спокою у продуктів маса може виявитися трохи менше ніж у початкових речовин. Саме із зникненням цієї незначної кількості речовини, яка перетворюється на енергію згідно рівнянню Ейнштейна Е = mc2, і зв'язана руйнівна сила ядерного вибуху. Протікаюча при цьому реакція описується рівнянням (19). В рівнянні (17) ((криптон ) випускає нейтрон з утворенням ізотопу з тим же атомним номером (36), але масою, меншою на одиницю.