21

Введение

Несмотря на прогресс в области наукоемких технологий, успехи в получении новых химических продуктов и композиций с требуемыми свойствами, в настоящее время все отчетливее проявляется отрицательное отношение общества к химии. У хемофобии как социального явления есть объективные причины (загрязнение окружающей среды, техногенные катастрофы), но, пожалуй, в первую очередь она обусловлена недостаточной химической грамотностью населения на всех уровнях: от политиков до домохозяек. В современной концепции химического образования прикладная направленность подчеркивается как важное требование обновления содержания, однако в последние годы обнаруживается стойкая тенденция к ее ослаблению, что, несомненно, приводит к снижению качества усвоения учебного материала учащимися. В школьном обучении химия из экспериментальной науки все больше превращается в сугубо теоретическую, «меловую» дисциплину.

Глава 1. Задачи с практическим содержанием на начальном этапе изучения химии

Объем учебного времени, предназначенного для изучения химии, уменьшается при практически неизменном объеме содержания образования. В основном сокращение происходит за счет уменьшения числа часов, отводимых на практические работы и лабораторные опыты, экскурсии на промышленные предприятия, на решение экспериментальных и расчетных задач. В связи с этим за последние годы качество знаний и умений учащихся по химии на уровне применения снизилось в среднем на 12 %.

Однако сокращение учебного времени далеко не единственная и не самая главная причина ослабления практической направленности обучения. Учащиеся крайне редко получают возможность использовать теоретические знания по химии для объяснения производственных процессов, экологических и биологических явлений, химических процессов, протекающих в организме человека и т. п. Недостаточно используются в учебном процессе задачи производственного и экологического содержания. Вместе с тем усиление практической направленности изучения химии не только расширит кругозор учащихся, усилит воспитательное воздействие на формирование их мировоззрения, повысит уровень знаний, сформирует грамотное поведение в быту, природе, на производстве, но и позволит изменить отношение к химии.

Очевидно, что в преодолении хемофобии и усилении связи химического образования с практикой большое значение имеет начальный этап изучения химии в школе (8-9-й классы). Каковы представления школьников о роли химии в жизни человека и общества? Чтобы выяснить это, было проведено анкетирование более 70 учащихся 8-9-го классов.

Основной областью практического применения химии большинство опрошенных считают промышленность («на химических заводах и фабриках») (72%), медицину («создание лекарств») (56%), быт (22%). Значительно меньше осведомлены учащиеся о применении химии в пищевой промышленности, при изготовлении продуктов питания, в кулинарии (11%), строительстве (11%), сельском хозяйстве («в саду и огороде», «на приусадебном участке») (6%). В среднем учащиеся приводят2-3 области применения, 6% опрошенных не смогли назвать ни одной.

Основным источником информации о применении химии служит учебник (100%). Гораздо меньше учащиеся используют информационный потенциал книг и энциклопедий (11%), телевизионных передач (11%), газет и журналов (17%). Незначительную долю информации они получают от родителей и старших в семье (3%), а также из Интернета (3%). Подавляющее большинство (61%) опрошенных в качестве единственного источника назвали учебник, притом что можно было выбрать несколько вариантов. Полученные знания о практическом применении химии учащиеся обсуждают с родителями (44%), одноклассниками (72%), друзьями (22%).

В целом 88% учащихся написали, что им нравится изучать химию (6% -- не нравится, 6% затруднились ответить). Однако мотивы изучения химии в основном познавательные или учебные: в качестве основной причины своего интереса к химии большинство (67%) отмечают интересные опыты и практические работы, половине опрошенных интересно узнавать новое, некоторым (11%) предмет нравится, потому что его ведет хороший учитель. Лишь 6% опрошенных считают, что знания по химии пригодятся в жизни.

Анкетирование также показало, что учащиеся не умеют осознанно применять полученные знания. На вопрос: «Как часто вы применяете знания по химии в жизни?» -- 56% учащихся ответили «ежедневно», но описать конкретно, каким образом они это делают, смогли только 6% опрошенных.

Усилить практическую направленность школьного курса химии можно посредством использования задач с практическим содержанием. Задачи раскрывают связь качественной и количественной сторон химии, в процессе решения задач уточняются и закрепляются химические понятия, развиваются различные приемы мышления (суждения, умозаключения, доказательства), устраняется формализм знаний. Решение задач способствует воспитанию трудолюбия, целеустремленности, прививает навыки самоконтроля, развивает самостоятельность. Кроме этого, задачи с практическим содержанием могут оказать реальную помощь учителю в развитии и стимулировании познавательной потребности учащихся и интереса к предмету. Они позволяют применить полученные знания «здесь и сейчас» для объяснения явлений, наблюдаемых в жизни, а также для решения некоторых проблем далеких от химии, но привлекательных для учащихся областей жизни и деятельности (история, археология, искусство и т. п.). Такие задания можно использовать на уроке и при проведении внеклассных мероприятий. К составлению задач с практическим содержанием можно привлекать и самих учащихся.

Основные дидактические возможности задач с практическим содержанием:

демонстрация роли практических знаний о веществах и их свойствах в развитии ремесел -- раскрытие секретов древних мастеров в строительстве, живописи, ювелирном деле и т. д.;

ознакомление с веществами и материалами, с которыми учащиеся встречаются в повседневной жизни (лекарства, средства бытовой химии, строительные материалы);

раскрытие химической сущности процессов приготовления пищи и напитков, стирки, чистки предметов домашнего обихода, процессов, происходящих в живых организмах (усвоение пищи, дыхание), принципов действия лекарств;

реализация межпредметных связей (с физикой, биологией, экологией);

знакомство со способами решения жизненно важных проблем -- с получением лекарств, материалов с заданными свойствами, охраной окружающей среды;

ознакомление с нормами использования веществ и материалов, правилами поведения в различных жизненных ситуациях (правила хранения и использования огнеопасных, токсичных веществ; объяснение влияния алкоголя, никотина, наркотиков на организм человека; правила применения бытовых препаратов, поведения при пожарах, ожогах);

* организация профориентации учащихся (формирование знаний о главных отраслях химической промышленности, научных основах химического производства, массовых рабочих профессиях, связанных с химией).

Анализ учебных пособий по химии для общеобразовательной школы показал, что доля задач с практическим содержанием составляет не более 30%. Например, в учебнике для 8-го класса Н.Е. Кузнецовой и др. доля расчетных задач с практическим содержанием составляет всего 0,78% от общего числа приведенных упражнений и задач. Практический характер имеют 13% упражнений. В темах «Химические реакции. Закон сохранения массы и энергии веществ», «Методы химии», «Основные классы неорганических веществ» такие задания практически отсутствуют.

В учебнике О.С. Габриеляна для 8-го класса наибольшее число задач с практическим содержанием приведено в теме «Изменения, происходящие с веществами» (43%), в других темах их существенно меньше, например, в теме «Растворение. Растворы. Свойства электролитов» -- 3%, а в теме «Атомы химических элементов» таких задач нет. В целом в учебнике для 8-го класса около 14% задач и упражнений имеют практический характер, в учебнике для 9-го класса4 -- 26%.

Условия задач с практическим содержанием по разным темам курса химии.

Количество вещества. Молярный объем газа

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

Для уничтожения микробов и бактерий можно использовать диоксид серы, его также применяют в качестве консервирующего средства при сушке чернослива и других фруктов. Вычислите, какой объем займут 1,5 моль диоксида серы (н. у.). (Ответ; V(S02) = 33,6 л.)

3.В прошлом были частыми случаи отравления людей в угольных шахтах угарным газом. Поскольку оксид углерода(П) 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.

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

Соединения химических элементов

4.Углекислый газ С02 неядовит, но при вдыхании его в больших количествах наступает удушье из-за недостатка кислорода.

В Италии находится пещера, в которой человек стоя может находиться длительное время, а забежавшая туда собака задыхается и гибнет. Объясните это явление. (Ответ. Примерно до пояса человека пещера заполнена С02, который тяжелее воздуха. Поскольку голова человека находится в воздушном слое, то он не ощущает никаких неудобств. Собака же при меньшей высоте оказывается в атмосфере С02 и поэтому задыхается.)

Состав смесей веществ

Косметическая пудра -- великолепный адсорбент влаги, ее водопоглощающая способность обеспечивается входящими в состав рисовым крахмалом, стеаратом цинка, оксидами цинка и титана. Определите массу оксида цинка, который необходимо взять для получения 1 кг пудры, если массовая доля его составляет 0,01%. (Ответ: (ZnO) = 0,1 г.)

Массовая доля фосфора составляет примерно 1% от массы тела человека. Рассчитайте массу фосфора в вашем организме. В каком количестве плавленого сыра с массовой долей фосфора 0,8% содержится такая же масса его, как в вашем организме?

«Серебряные» монеты изготавливают из нейзильбера. Этот сплав состоит из меди, никеля и цинка. Определите массу никеля в монете массой 1 г, если монету отлили из сплава с массовой долей никеля 20%. (Ответ: w(Ni) = 0,2 г.)

Споровые грибы (боровики, подосиновики и подберезовики) накапливают бром.

Массовая доля брома в этих грибах примерно 1,4 * 10~3 %. Рассчитайте, какая масса брома содержится в 1 т таких грибов. (Ответ: т(Вг) = 14 г.)

Массовая доля вещества в растворе

9.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.)

10.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.)

Изменения, происходящие с веществами. Расчеты по химическим уравнениям

Растительные масла получают из семян масличных культур с последующим извлечением остатков масла из жмыха с помощью растворителей (бензин, четыреххлористый углерод CCI4). Какой способ разделения растительного масла и растворителя можно предложить, зная, что температура кипения растворителя намного ниже, чем у масла? (Ответ: перегонка.)

Бороться с кариесом можно, укрепляя минеральную эмаль зуба (состав ее близок к составу минерала гидроксиапатита). Для этого в зубную пасту вводят соединения фтора, при этом гидроксиапатит Са5ОН(Р04)3 переходит в менее растворимый в кислотах фтор-апатит Ca5F(P04)3 по реакции:

Сколько граммов зубной пасты с массовой долей фторида натрия 0,1% необходимо для перевода 1,36 мг гидроксиапатита во фторапатит? (Ответ: 0,11 г.)

13.Питьевая сода (гидрокарбонат натрия), применяющаяся в кулинарии и пищевой промышленности, при нагревании разлагается, и за счет выделения газа тесто разрыхляется. Какой объем углекислого газа (н. у.) выделится при разложении 8,4 г гидрокарбоната натрия? Какое количество карбоната натрия при этом образуется? (Ответ: V(C02) = 1,12 л, w(Na2C03) = 5,3 г.)

Растворение. Растворы

Морскую воду используют для получения брома. После частичного испарения воды через полученный рассол пропускают хлор. Затем бром извлекают с помощью водяного пара, отделяют, перегоняют и сушат. Сколько литров воды из Мертвого моря, содержание бромид-ионов в которой 5 г/л, потребуется для получения 160 г брома? (Ответ: 32 л.)

Один из важных способов получения поваренной соли -- извлечение ее из морской воды. Во время прилива вода попадает через фильтры на специальные противни, с которых ее испаряют, в результате чего выкристаллизовывается хлорид натрия. Но в морской воде содержатся не только ионы Na* и СГ, но и ионы Mg2+, Са2+, Br, SO^" и др., поэтому процесс испарения воды важно завершить прежде, чем начнут кристаллизоваться другие, более растворимые соли (например, соли магния, имеющие горький вкус). До какого объема можно упарить 100 л морской воды, содержащей 1,3 г/л сульфата магния, если его растворимость 420 г/л при 20 X? (Ответ: до 0,31 л.)

Один из важных способов получения поваренной соли -- извлечение ее из морской воды. Во время прилива вода попадает через фильтры на специальные противни, с которых ее испаряют, в результате чего выкристаллизовывается хлорид натрия. Затем нагревание прекращают, а кристаллы выгружают лопатами. Определите массу хлорида натрия, который выпадет в осадок после упаривания 1000 л морской воды до 5 л, если содержание хлорида натрия 10,70 г/л, а растворимость NaCl -- 355 г/л при 20°С. (Ответ: m(NaCl) = 8,955 кг.)

17.У некоторых черепах и морских птиц имеется специальная железа для опреснения морской воды, поступающей в организм, и для выведения солей из крови. Соли в виде крепкого рассола (55 г/л) выделяются из организма: у черепах -- из глаз, а у птиц -- с кончика носа. Определите массу солей, которые содержатся в 10 мл выделяющегося рассола. (Ответ: 0,55 г.)

Электролитическая диссоциация веществ. Реакции ионного обмена

Карбонат кальция входит в состав зубных паст. Его готовят химическим взаимодействием карбоната натрия и какой-либо растворимой соли кальция. Напишите уравнение этой реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде.

Иодид серебра используют для уничтожения градовых облаков. Мелкие кристаллы этой соли, попадая в облако, служат центрами кристаллизации воды, и вместо крупных градин на землю выпадает мелкая снежная крупа или дождь. Напишите молекулярное, полное ионное и сокращенное ионное уравнения реакции получения иодида серебра взаимодействием двух солей.

Поверхность свежеосажденного сульфата бария принимают за эталон белизны. Например, с ним сравнивают белизну фарфора. По приведенному краткому ионному уравнению получения сульфата бария составьте два молекулярных:

21.В древности ювелиры Самарканда и Бухары умели делать выпуклые знаки на жемчужинах и перламутре химическим способом. Для этого они воском наносили знак или надпись на жемчужину, а затем помещали ее в крепкий раствор уксуса и выдерживали несколько дней. Покрытые воском участки были защищены, а непокрытые растворялись. Используя таблицу растворимости, из предложенных кислот (HF, H2S03, HN03, Н3РО4) выберите ту, которой можно заменить уксусную в этом процессе. Ответ аргументируйте. Запишите уравнение химической реакции, зная, что жемчуг на 86% состоит из карбоната кальция.

Для улучшения внешнего вида жемчужин их помещают в раствор кислоты. Верхний потускневший или поцарапанный слой растворяется, и открывается свежий, блестящий слой. Предложите кислоту для осуществления этого процесса. Запишите уравнение химической реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде, зная, что жемчуг на 86% состоит из карбоната кальция.

Антидоты -- лекарства, применяемые при лечении отравлений. Они обезвреживают яды посредством прямого химического взаимодействия с ними в организме или устраняют последствия воздействия яда на биологические структуры. Например, глауберова соль Na2S04 * 10Н2О и английская соль MgS04 * 7Н20 давно используются как антидоты при отравлении солями бария. Запишите уравнения протекающих реакций в сокращенном ионном виде.

Нитрат серебра в виде карандашей (ляпис) применяют для прижигания бородавок. Разбавленные растворы (0,1-0,25%) используют как вяжущее и противомикробное средство для примочек.

Глава 2. Занимательные задачи по химии

Ответ. V(СО2) = 1,56 м3 - такой объем углекислого газа поглотят выбеленные стены помещения.

Задача 11. Побывав на Урале у деда - малахитовых дел мастера, Никита привез красивый зелено-голубой порошок (малахитовую пыль). На занятиях в кружке по химии все решили попробовать получить из него оксид меди. В процессе нагревания мальчик случайно чихнул, и из выпарной чашки вылетела половина содержимого. Однако черный порошок оксида меди Никита все же получил в количестве 2 г.

Какую массу малахита (СuOH)2CO3 взял Никита изначально, если в нем содержится 5% примесей?

Дано:

m(СuO) = 2 г,

(примесей) = 5%.

Найти:

m(малахита).

Решение

х/222 = 2/160, х = 2,8 г 100%-го (СuOH)2CO3;

m(малахита) = 2,8*100(%)/95(%) = 2,9 г.

Поскольку Никита половину малахита высыпал, то результат нужно увеличить в два раза.

Изначальная масса малахита: 2,9*2 = 5,8 г.

Ответ. 5,8 г малахита взял изначально Никита.

Задача 12. Какой объем (н.у.) углекислого газа попадет в вытяжной шкаф, если при прокаливании 20 г малахита Никита наденет противопыльную маску? Примесей в малахите содержится 5%.

Дано:

m(малахита) = 20 г,

(примесей) = 5%.

Найти:

V(CO2).

Решение

m(100%-го (СuOH)2CO3) = 20*95(%)/100(%) = 19 г;

19/222 = х/22,4, х = 1,9 л CO2.

Ответ. V(CO2) =1,9 л - такой объем углекислого газа попадет в вытяжной шкаф, а надетая маска на химический процесс не повлияет.

Задача 13. Какую массу 96%-го этилового спирта С2Н5ОН подвергнет Алексей сжиганию в спиртовке при получении кислорода из марганцовки, если в течение опыта спиртовка выделяет 800 мл (н.у.) углекислого газа? А сколько граммов спирта раздаст учитель в классе 27 ученикам, которые проведут такой опыт?

Дано:

(С2Н5ОН) = 96%,

V(СO2) = 0,8 л,

N = 27 человек.

Найти:

m(С2Н5ОН).

Решение

m(96%-го С2Н5ОН) = 0,8*100(%)/96(%) = 0,83 г.

На этот опыт 27 учеников израсходуют спирта: 27*0,83 = 22,5 г.

Ответ. Алексей сожжет 0,83 г, а учитель раздаст в классе для проведения опыта 22,5 г 96%-го этилового спирта.

Литература

Борисов И.Н. «Методика преподавания химии в школе» - М. :Учпедгиз, 1956.-462с.

Дранишникова Л.И. «Об организации исследовательской деятельности одаренных школьников» //Химия в школе.-2008.-№4.-С.2-5.

3. Шилина Л.Я. «О развитии образного мышления учащихся» //Химия в школе.-2008.-№8.-С. 22-25.

Гаркунов В.П. Совершенствование методов обучения химии в средней школе. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена, 1974. - 136 с.

Кирюшкин Д.М. «Методы обучения химии в средней школе. Пособие для учителей» - М.: Просвещение, 1968-143с.

Макареня А.А, Обухов В.Л. «Методология химии. Пособие для учителя»- М.: Просвещение, 1985.-160с.

«Сборник научно методических статей по химии»: Вып.П.- М.: Изд-во МПИ, 1989.- 144с.

Сорокин В.В. «Методика обучения химии на основе деятельностной теории учения»- М.: Изд-во МГУ, 1992.-221с.

«Совершенствование содержания и методов обучения химии в средней школе»-под ред. Герцена Л.А., Л.ЛГПИ, 1983.-120с.

Ожерельев Д.И. «Формирование научного мировоззрения учащихся при изучении химии» - М.: Высшая школа, 1982.-168с.

Чернобельская Г.М. «Основы методики обучения химии: Учеб.пособие для пед.ин-тов по спец.№2122 «Химия».М.: Просвещение, 1987.-256с.

Куимова O.K. «Исследование как метод изучения нового материала»//Химия в школе.-2001.-№1.-С. 26-28.

Немерещенко Л.В., Чайка A.M. Актуальная тема: Организация проектной деятельности.// Химия в школе.-2005.- №5.- С. 2-5.

Грабецкий А.А. «Использование средств обучения по химии» - М.: Просвещение, 1988.-160с.