Количественные отношения в химии

Количественные отношения в химии

ВВЕДЕНИЕ

Значение темы «Количественные отношения в химии» в курсе состоит в том, чтобы углубить знания учащихся о химическом уравнении, показать, что оно отражает не только качественную, но и количественную сторону химических процессов. Изучая тему, учащиеся убедятся в практическом значении знаний о количестве вещества.

Глава 1. Количество вещества. Моль. Молярная масса (грамм-моль)

В воздухе всегда содержится достаточно кислорода для того, чтобы реакция горения метана протекала именно так, как она записана:

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О

Но представим на минуту, что нам надо сконструировать газовую горелку для подводных работ или двигатель космического корабля. Эти устройства должны работать без доступа атмосферного воздуха. Поэтому в таких конструкциях не обойтись без точного подсчета молекул реагентов, поступающих в зону горения (то есть в химическую реакцию).

Например, если в камеру сгорания космического двигателя попадает больше молекул топлива, чем может прореагировать с окислителем, то это ведет к снижению тяги двигателя и к бесполезному расходованию части драгоценного топлива.

Но для начала возьмем не “космическую” реакцию, а что-нибудь попроще. Допустим, мы знаем, что вещества А и Б реагируют между собой с образованием продукта В. Другими словами, нам известно уравнение химической реакции:

А + Б = В

Примером может послужить уже встречавшаяся нам простая реакция:

СаО + Н2О = Са(ОН)2

Остается взять нужные количества А (CaO) и Б (H2O) и провести реакцию. Итак, сколько нужно взвесить А и сколько Б, чтобы реакция прошла до конца и не осталось никаких исходных веществ?

Если мы возьмем одинаковые по весу образцы А и Б, то цели не достигнем - продукт В обязательно будет загрязнен одним из исходных веществ. Почему это произойдет?

Дело в том, что А и Б - разные молекулы и различаются по массе. Значит, в 1 г вещества А - одно количество молекул, а в 1 г вещества Б - другое количество молекул. При реакции между ними обязательно останутся неизрасходованными молекулы одного из исходных веществ.

Для работы химикам удобно брать вещества такими порциями, которые содержали бы одинаковое количество молекул. Допустим, химик взял порцию СаО, в которой содержится N молекул этого вещества. Затем берется некая порция воды, в которой тоже N молекул. Смешав эти две порции реагентов, химик получает порцию продукта, в которой будет тоже ровно N молекул Са(ОН)2:

СаО + Н2О = Са(ОН)2

N молекул СаО, N молекул Н2О, N молекул Са(ОН)2

После окончания реакции не останется ни СаО, ни Н2О, потому что порции реагентов содержали одинаковое число молекул - по N штук.

Легко сосчитать определенное количество яблок, конфет или монеток, но молекулы отсчитывать затруднительно.

Зато это можно сделать путем взвешивания вещества. Допустим, нам известно, что N молекул весят М г. Достаточно взвесить на весах М г этого вещества, чтобы быть уверенным, что мы отмерили N молекул этого вещества. Но как узнать величину М в граммах?

Масса молекул складывается из масс составляющих ее атомов. Относительные атомные массы (атомные веса) элементов мы можем узнать из Периодической таблицы. Атомный вес Са - 40 а.е.м., а атомный вес кислорода - 16 а.е.м. Следовательно, молекулярная масса (молекулярный вес) молекулы СаО составит:

40 а.е.м. (Ca) + 16 а.е.м. (O) = 56 а.е.м. (CaO)

Допустим, мы решили взять для проведения реакции 10 молекул СаО и 10 молекул Н2О. Удобно ли нам будет работать с такими малыми количествами вещества? Разумеется, нет.

Тогда попробуем взвесить на весах по миллиону (1000000) молекул каждого реагента. В принципе, можно сосчитать, сколько весит порция из миллиона молекул СаО. Мы знаем, что 1 а.е.м. = 1,67.10-27 кг (это значение нам встречалось в таблице 2-1 из главы 2).

Перейдем для удобства из килограммов в граммы. В граммах вес 1 а.е.м. будет таким: 1,67.10-24 г. Нетрудно умножить эту величину на 56 (число а.е.м. в молекуле СаО).

Получим:56.(1,67.10-24 г) = 93,5.10-24 г. Теперь умножим массу одной молекулы на число самих молекул (миллион). Мы получим вес (в граммах) порции из миллиона молекул СаО:

93,5.10-24 г? 1 000 000 = 93,5? 10-18 г.

Если вспомнить, что наибольшая точность обычных лабораторных весов составляет 1 мг (это всего лишь 10-3 г), то обнаружится, что и миллион молекул СаО - совсем неудобная “порция” молекул для взвешивания на весах.

Значит, надо выбрать для работы не 1 000 000 молекул, а какую-то другую, более удобную порцию из N молекул. Видимо, это число N должно быть намного больше миллиона молекул.

Другими словами, чтобы перейти от единиц а.е.м. к граммам, достаточно увеличить шкалу измерений в 6.1023 раз!

6? 1023 а.е.м. = 1 г

Число N = 6.1023 является как бы переводным коэффициентом из шкалы а.е.м. в шкалу граммов. Например, молекулярный вес CaO составляет 56 а.е.м. Взвесив на весах 56 г оксида кальция СаО, мы тем самым "отсчитали" 6.1023 молекул СаО. Чтобы теперь "отсчитать" для нашей реакции точно такое же количество молекул Н2О, следует взвесить на весах ровно 18 г воды:

1+1 а.е.м (вес двух атомов Н) + 16 а.е.м. (вес одного атома О) = 18 а.е.м. (H2O)

18 а.е.м. .6.1023 = 18 г.

Понятно, что взвесив 18 г воды, мы тем самым берем нужные нам 6.1023 молекул воды.

Смешав точно 56 г СаО и 18 г Н2О, мы смешиваем порции молекул, в которых число молекул CaO и H2O абсолютно одинаково. Тем самым мы обеспечиваем полное протекание реакции. В продукте реакции - Са(ОН)2 - не должно остаться непрореагировавших молекул CaO и H2O.

Такие порции из 6.1023 структурных единиц вещества (атомов, молекул, ионов) называются МОЛЕМ вещества. Таким образом, МОЛЬ - это мера количества вещества. Более точное, не округленное количество частиц вещества в 1 моле составляет 6,022045.1023 частиц. С точностью до второго знака после запятой (6,02.1023) эту величину нужно хорошенько запомнить.

МОЛЬ - это КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА, равное 6,02.1023 структурных единиц данного вещества - молекул (если вещество состоит из молекул), атомов (если это атомарное вещество), ионов (если вещество является ионным соединением).

Примеры:

1 моль(1М) воды = 6.1023 молекул Н2О,

1 моль (1 М) железа = 6.1023 атомов Fe,

1 моль (1 М) хлора = 6.1023 молекул Cl2,

1 моль (1 М) ионов хлора Cl- = 6.1023 ионов Cl-.

1 моль (1 М) электронов е- = 6.1023 электронов е-.

Теперь мы имеем удобную единицу количества вещества моль, с помощью которой легко отмерять равные порции молекул или атомов простым взвешиванием.

Разумеется, если мы увеличим или уменьшим взятое нами количество воды (18 г) и оксида кальция (56 г) в одинаковое количество раз, то и порции реагирующих молекул уменьшатся или возрастут во столько же раз.

Допустим, 1,8 г воды полностью прореагируют с 5,6 г СаО, а 180 г Н2О тоже без остатка прореагируют с 560 г СаО. Другими словами 0,1 моль воды прореагирует с 0,1 моль СаО, а 10 моль воды прореагируют с 10 моль СаО и т.д.

Как мы видим, масса одного моля какого-нибудь вещества (в граммах) числено совпадает с молекулярным или атомным весом этого вещества (в а.е.м). Это очень удобно для химических расчетов.

Например, молекулярный вес метана CH4 составляет (12 + 4) = 16 а.е.м. Тогда для реакции горения метана:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

справедливо, что из 1 моля метана получаются 2 моля воды и что из 16 г метана получается 2? 18 = 36 г воды.

Масса одного моля вещества называется МОЛЯРНОЙ МАССОЙ. Она бозначается буквой М и имеет размерность г/моль. Количество молей вещества n находят из отношения массы m этого вещества (г) к его молярной массе М (г/моль).

Число молей в m г вещества, например для H2O составляет: n = m/18, для Na - m/23 и так далее.

И наоборот, массу вещества определяют как произведение молярной массы на количество вещества: m = n?M.

Например, масса 0,1 моля Na составляет 0,1 моль?23 г/моль = 2,3 г.

Молярная масса всегда совпадает с молекулярным весом (или атомным весом - если вещество состоит не из молекул, а из атомов). В таблице 5-1 для иллюстрации приведены молярные массы М для нескольких веществ разного строения, состоящих либо из молекул, либо только из атомов.

Молярная масса М - постоянная величина для каждого конкретного вещества. Без неё не обойтись при вычислении количества молей (n). Однако в дальнейшем для нас основным рабочим инструментом будет именно МОЛЬ вещества.

Термины “моль” и “молекула” отдаленно связаны между собой. Моль происходит от латинского moles, что означает количество, счетное множество, а также масса. Термин “молекула” является уменьшительной формой этого слова и означает “маленькая масса”. Таким образом моль - это такое количество вещества, которое можно считать “большой массой”, состоящей из 6,02? 1023 “маленьких масс”.

Глава 2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ОТНОШЕНИЯ В ХИМИИ

В процессе изучения нового материала необходимо обратить внимание, во-первых, на повторение и закрепление знаний о характерных свойствах соединений химических элементов и во-вторых, на подготовку к восприятию периодического закона. Это две важные учебные задачи темы, кроме тех, которые связаны с формированием умений учащихся проводить расчеты по химическим формулам и уравнениям. При решении первой задачи нужно при обучении расчетам широко и постоянно использовать сведения о составе и свойствах оксидов, оснований, кислот, производить требуемые вычисления по формулам и уравнениям характерных для них реакций. Это поможет решить и вторую задачу, позволит сохранить и упрочить знания и умения, необходимые для осознанного восприятия периодического закона.

При изучении темы нужно продолжать развивать умения учащихся применять знания из курсов математики в физики. С точки зрения межпредметных связей важную роль играет понятие «величина», потому что это понятие применяется в нескольких школьных предметах. Понятие «величина» начинает формироваться у учащихся еще в начальной школе. Впоследствии им становится ясно, что для изучения окружающего мира недостаточно лишь наблюдать и описывать предметы и явления, а важно характеризовать их количественно, т. е. какими-либо величинами. Всякая
физическая величина -- это определенная характеристика тела или
явления, которая может быть измерена. Например, свойству инертности тела соответствует величина, называемая массой, свойству
пространственной протяженности соответствует величина, называемая длиной.

Школьники усваивают, что одно и то же свойство объектов отражается однородными величинами, которые отличаются числовыми значениями (например, 5 г, 10 г, 20 г). Их можно сравнить, складывать, вычитать, умножать, делить. Разные свойства объектов и разные стороны явлений выражаются разнородными величинами, например, масса (5 г) и объем (10 л), длина (150 км) и время (5 ч). Их нельзя сравнивать, складывать и вычитать, но можно делить (находить отношение) и умножать. В этом случае получают новые величины, которые будут производными.

При изучении физики у учащихся формируется важное в мировоззренческом отношении представление о том, что тесно взаимосвязаны как свойства объектов, так и величины, характеризующие эти свойства. Связи (зависимости) между величинами выражаются с помощью физических формул; например: р = ~ (плотность равна отношению массы к объему). Одновременно учащиеся приобретают знания об измерении величин и умения это делать: устанавливать массу тел, измерять длину, определять объем жидкостей, находить плотность вещества, определяя массу и объем его порции и вычисляя их отношение. Измерить величину -- это значит сравнить ее с другой принятой за единицу.

При изучении математики учащиеся знакомятся с понятиями
«отношение» и «пропорция» (равенство двух отношений). Им из-
вестно, что такое процент (сотая доля от числа). Они решают за-
дачи на нахождение части (доли) от числа, выражая результат
простыми или десятичными дробями (а также в процентах). Все
эти знания и умения учащиеся приобретают в младших и средних
классах. Благодаря им облегчается процесс усвоения тех же и
связанных с ними понятий курса химии, если их правильно ис-
пользовать.

Для развития учащихся необходимо при решении задач, указанных в программе, формировать у них умения самостоятельно применять знания и способы действий; Достичь этого возможно при подборе и решении с учащимися задач определенной емкости, из которых возможно составлять задания нарастающей трудности.

Емкость задачи определяется числом используемых при решении элементов знаний, или способов действий. Задачи можно классифицировать на простые (для решения необходимо применить один элемент знаний или одно действие) и сложные (требуется несколько элементов знаний или несколько действий).

Простая качественная задача Ml. Определите, в каком из двух сосудов, один из которых заполнен черным порошком, а другой белым, находится оксид меди (II)?

Простая расчетная задача № 2. Какова масса сульфида железа (II), образованного при реакции 5,6 г железа с ЗД г серы?-

Сложная качественная задача № 3. В двух, сосудах без этикеток находятся: в одном оксид меди (II), в другом оксид фосфора (V). Докажите химическим способом, где какое вещество находится.

Сложная расчетная задача № С Каковы массы серы и железа, затраченные на получение 8,8 т сульфида железа?

По отношению друг к другу задачи № 2 и 4 являются прямой
и "обратной. Обратные задачи необходимо предлагать учащимся
составлять самостоятельно.

Сложные задачи по способам действия можно--распределить на сложные составные и комбинированные. Сложные составные задачи решают в два и более действий, выполняемых в любом порядке. Комбинированные задачи также решают в два и более действий, но эти действия взаимосвязаны между собой, нельзя решить второе действие, не выполнив первого.

Сложная задача № 5. Каков объем (в л) смеси газов: 2 моль водорода и 1 моль кислорода? Газы измерены при нормальных условиях.

Учащихся необходимо обучать более краткому, рациональному способу решения и оформления хода решения.

Комбинированная задача. Определите массу углекислого газа, взятого объемом 448 л (при н.. у.).

Задача может быть решена двумя способами.

1-й способ: 1) Сколько молей составляет углекислый газ объемом 448 л?

Наблюдения за ходом решения задач учащимися, пояснения и обоснования ими своих действий, допускаемые ошибки в работе-- все это поможет учителю получить информацию о характере умственной деятельности школьников, решить, какие задания необходимо включать в последующие самостоятельные работы для класса или отдельных учащихся.

Умение применять химические задачи, как и любое другое умение, формируется в процессе упражнений. Опыт учителей и анализ качества знаний учащихся показывает, то большинство обучаемых приобретает умение решать типовые задачи по химии лишь после 16--20 упражнений. Следовательно, необходимо разобрать 2--.3 задачи для уяснения способа решения, а затем на нескольких уроках решить 4---6 аналогичных задач и примерно столько же предложить для домашнего задания. При изучении последующих тем в целях развития умения нужно предложить учащимся еще (3--8 сложных или комбинированных задач. Важно осуществлять переход от простых задач к сложным и комбинированным, чередовать прямые и обратные, расчетные и качественные задачи, рекомендовать учащимся составлять свои варианты задач.

На изучение темы «Количественные отношения» отводится по программе 11ч: 1. Количество вещества. Моль -- единица, коли-, чества вещества. Постоянная Авогадро. 2. Молярная масса. 3. Молярный объем .газообразных веществ. Закон Авогадро. 4. Относительная плотность газов. 5. Объемные отношения газов при химических реакциях. 6. Вычисления по химическим уравнениям. 7. Тепловой эффект химической реакции. Реакции экзо- и эндотермические. Термохимические уравнения. 8. Закон сохранения и превращения энергии при химических реакциях. 9. Расчеты по термохимическим уравнениям. 10. Решение задач. 11. Контрольная работа.

КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА. МОЛЬ-ЕДИНИЦА КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА. ПОСТОЯННАЯ АВОГАДРО. МОЛЯРНАЯ МАССА

Изучение материала о физической величине «количеств вещества», обозначаемой буквой v (ню) или я, не будет трудным для учащихся, если предварительно напомнить об известных им положениях. Одно из них заключается в том, что многие свойства объекта (тела, вещества, явления) характеризуются определенными величинами. Например, размер любой порции вещества можно характеризовать массой, объемом. Однако для химии важно еще характеризовать ту или иную порцию числом частиц, составляющих вещество. Величина, характеризующая размер данной порции вещества числом определенных структурных частиц, получила название «количество вещества». Единицей этой величины является моль. Порция вещества размером 1 моль представляет собой примерно 6* 1023 частиц (атомов, молекул и других составляющих данное вещество). Это, по существу, и все, что должны понять и усвоить учащиеся. Таких знаний достаточно, чтобы характеризовать предлагаемые порции веществ числам молей и числом структурных частиц. Например, можно предложить учащимся устно выполнись ряд упражнений:

1. Имеется серная кислота количеством 2 моль (произносится: «два моля). Сколько молекул серной кислоты в этой порции?

2: Какое количество вещества составляют: а-) 3-1023 атомов
ceры; б) 12-1023 атомов серы?

Что больше по количеству вещества: а) 2 моль воды или 3 мель кислорода; б) 4 моль углекислого паза или 3 моль водорода; в) 12-ГО23 атомов углерода или 6* 1023 молекул серной кислоты?

В какой порции серы и во сколько раз больше атомов серы: а) 1 моль и 0,5 моль; б) 4 моль и 1 моль; в) 0,5 моль и 0,25 моль?

После того как учащиеся получат представление о количестве вещества и единице этой физической величины, можно дать определение моля. Следует отметить, что нахождение числа Авогадро осуществлено разными способами, на всегда значение его приблизительно 6-1023.

Оформление хода решения задач может быть различным.

Пример. Сколько молекул содержится в воде количеством вещества 5 моль?

Известно, что 1 моль воды составляют 6- 1023 молекул, а 5 моль составят в 5 раз больше, т. е. 30* 1023 молекул.



Понятие молярной массы можно дать учащимся, обсуждая вопрос о практическом, измерении количества вещества. Нет таких приборов, которые позволили бы «отсчитывать» определенное число частиц вещества и определять число молей. Практически удобно судить о размере порции вещества по его массе, которую определяют с помощью весов. Масса, и количество, вещества -- величины, зависящие друг от друга. Если знать» как зависят, друг от друга эти величины, можно по одной из них узнавать другую, и наоборот. Чтобы понять зависимость массы и количества вещества, можно рассмотреть пример. Как, узнать массу 6- 1023 молекул серной кислоты, т. е. массу ее порции в 1 моль? Известно, что массу молекулы H2SC4 можно выразить в а.е,м. Она равна 98 а.е.м. Из курса VII класса учащиеся знают, и о том, что 1 а.е.м. меньше, чем. 1. г примерно в 6- 1Q23 раз. Поэтому вместо 1 а.е.м. можно записать г, а вместо 98 а.е.м. будет ---- г; суммарную массу всех молекул H2S04, составляющих I моль, можно вычислить путем умножения числового значения массы одной молекулы на

число Авогадро (6-1023):

При изучении темы «Количественные отношения в химии» и учителя и учащиеся испытывают определенные трудности, которые прежде всего связаны с тем, что тема насыщена новыми для школьников понятиями.

Перераспределение материала по курсу VHI класса позволит в некоторой степени разрешить эти сложности. Методически, вполне оправдано изучение молярного объема газа при нормальных условиях, закона Авогадро, относительной плотности газов и объемных, отношений газов при химических реакциях провести при рассмотрении свойств галогенов.

Таким образом, основные понятия первой темы курса VIII класса, которые должны быть усвоены примерно на 8; уроках, следующие: количество вещества, моль, число Авогадро, молярная масса, экзо- и эндотермические; реакции, тепловой эффект химической реакции, термохимические уравнения. Кроме тоге, учащиеся знакомятся с законом сохранения и превращения энергии при химических реакциях.

В результате изучения темы «Количественные отношения в химии» учащиеся должны приобрести следующие первоначальные умения:1) вычислять массу определенного количества вещества; 2) вычислять по химическим уравнениям массы веществ по известному количеству вещества, одного из вступающих в реакцию или получающихся в результате ее; 3) проводить расчеты по термохимическим уравнений.

Основная мысль, которую должны усвоить учащиеся, знакомясь с понятием количества вещества, состоит в том, что любую порцию, вещества можно характеризовать различными величинами, т. е. с различных сторон: массой (как мерой инертности), количеством вещества (численностью структурных единиц -- атомов, молекул и т. п.) и др. Эти характеристики взаимосвязаны через молярную массу вещества. Поскольку

массы является то, что величина ее численно равна относительной атомной или молекулярной массе вещества. Зная это, учащиеся могут легко определить количество вещества по известной его массе и наоборот по массе определить количество вещества.



Основное внимание при этом следует обращать; на постоянство отношения количеств реагирующих, веществ.

Очень важно показать учащимся, что масса вещества, взятого количеством 1 Моль, численно равна его относительной атомной
или молекулярной массе, а затем сопоставить соответствующие величины, используя табл., 1.

Все эти величины учащиеся могут считать данными условия любой задачи.

При обучении учащихся решению задач важно обращать внимание на- общий метод их решения, например составление и решение пропорций, которые учителю или учащимся представляются наиболее рациональным. Следует поощрять учащихся, которые нашли и обосновали иной способ решения, обсуждать различные варианты поиска ответа на вопрос одной и той же задачи. Так, даже яри использовании метода пропорций решения задач могут отличаться в зависимости от того, какими данными воспользовались учащиеся.

Рассмотрим пути решения конкретной задачи.

Задача. Какая масса кислорода необходима для полного взаимодействия с магнием, масса которого 2.4 г? Какова масса образующегося при реакции оксида?

Условие задачи может быть записано учащимися по-разному. В зависимости от требований учителя их можно либо сгруппировать в виде отдельной: записи, либо ввести данные в уравнение реакции:



При любой записи условия задачи учащимся потребуется записать уравнение происходящей реакции. При этом под формулами веществ они .могут отметить всевозможные данные, так как этим определяются различные подходы к решению

Понятно, что требовать от учащихся записей всех этих данных нецелесообразно, так как решить задачу можно, используя либо
значения молярных масс, либо количеств веществ, и т. п.

Рассмотрим несколько вариантов решения этой задачи.

Вариант I.

Определить массы вступающего в реакцию кислорода и образующегося оксида. Магния можно, рассчитав количества веществ, участвующих в ре акции. По уравнению реакции на каждые 2 моль магния приходится 1 моль кислорода и образуется 2 моль оксида магния. По условию задачи в реакцию вступает 0,1 моль магния

Используя полученные значения количеств веществ и зная значения молярных масс можно вычислить массы соответствующих веществ:

Вариант II.

Задача может быть решена в исходя из масс реагирующих веществ.

Запишем данные задачи над уравнением реакция, а под уравнением --вычисленные значения масс веществ.

Не следует требовать от учащихся соблюдения обязательного шаблона в оформлении хода решения задачи. Важно, чтобы учащиеся понимали содержание задачи, умели, провести ее анализ и правильно решить.

Ход решения во многом упрощается, если «переход» от количества вещества, выражаемого в уравнении реакции коэффициентом перед формулой вещества, к массе учащиеся будут осуществлять в уме, а не тратить время на запись физических формул связи величии. Такие действия учащихся особенно необходимо поощрять после того, как изучены связи между величинами.

При изучении термохимических уравнений важно обратить внимание учащихся на то, что значение теплового эффекта находится в прямой пропорциональной зависимости от количества веществ, принимающих участие в реакции.

По термохимическому уравнению реакции горения графита равнении теплота выделится при сжигании графита количеством вещества 1 моль. Если графита взять больше или меньше, то и теплоты выделится соответственно больше или меньше. При понимании этого факта учащиеся легко справятся с задачами на термохимические расчеты. Им можно предложить также самостоятельно придумать и решить подобные задачи.

На изучение темы «Галогены» можно отвести 11 уроков, распределив материал в следующем порядке:

1. Положение галогенов в периодической, системе элементов. Строение атомов элементов. 2. Строение простых веществ. Физические и химические свойства хлора (взаимодействие с металлами, водородом, водой). 3. Молярный объем газов при нормальных условиях. Закон Авогадро. 4. Относительная плотность газов. 5. Хлороводород, его свойства. Получение хлороводорода. 6. Объемные отношения газов при химических реакциях. 7. Соляная кислота, ее свойства. 8. Качественная реакция на соляную кислоту и хлориды. Применение соляной кислоты.

При изучении этой темы учащиеся должны научиться вычислять: I) объемы газов (при нормальных условиях); 2) относительную плотность газов; 3) объемы газов по известному количеству одного из вступающих в реакцию или получающихся в результате ее веществ (на основе химических реакций); 4) объемные отношения газов по химическим уравнениям.

Объяснение понятия «молярный объем» можно провести аналогично объяснению понятия «молярная масса». Как всякая молярная величина, молярный объем представляет собой отношение. В данном случае отношение объема газа, измеренного при нормальных условиях, к соответствующему количеству вещества данного газа Vm=* ~. Учащимся важно показать, почему объемы газов сравнивают при одинаковых (а частности, при нормальных) условиях. Основываясь на званиях из курса физики, учащиеся отмечают, что молекулы газов, двигаясь беспорядочно, находятся друг от друга на расстояниях (в среднем), значительно превышающих их собственные размеры. В результате внешние воздействия на газ (увеличение давления в температуры) изменяют его объем.

Для нахождения молярного объема газов необходимо знать количество вещества в данном объеме газа. Поскольку прямыми измерениями сделать это трудно, то можно расчитать молярный объем, зная плотность тела н его молярную массу:



Из курса физики учащимся известно, что плотностью вещества называют отношение его массы к объему. К данному уроку целесообразно подготовить табл2, в которой указаны плотности и молярные массы некоторых газов.

На основе данных учащимся можно предложить рассчитать молярные объемы некоторых газов и на этом основании подвести их к выводу, что молярные, объемы газов приблизительно равны 22,4 л/моль (при нормальных условиях).

Затем учащиеся самостоятельно решают задачи, в которых» потребуется вычислить объемы газов, взятых в равных количествах. Полученные ответы дадут основу для вывода закона Авогадро.

При формировании понятия «относительная плотность газов» необходимо также опираться на. знания учащихся из курса физики.масс, т. е.

.

 Молярные же массы легко определить, зная химические формулы газов. Поэтому последнее отношение используют чаще, чем отношение плотностей газов.

На основании относительной плотности газов можно производить различного, рода расчеты, и в частности определять относительную молекулярную массу газа.

После этих объяснений необходимо показать учащимся ход решения соответствующих задач.

Глава 3. Методические разработки по теме: Количество вещества, моль, молярная масса и молярный объем

Тема: Количество вещества. Моль

Химия - это наука о веществах. А как измерять вещества? В каких единицах? В молекулах, из которых состоят вещества, но сделать это очень сложно. В граммах, килограммах или миллиграммах, но так измеряют массу. А что если объединить массу, которую измеряют на весах и число молекул вещества, возможно ли это?

а) H-водород

Ан= 1а.е.м.

1а.е.м = 1,66*10-24г

Возьмем 1г водорода и подсчитаем количество атомов водорода в этой массе (предложите это сделать ученикам с помощью калькулятора).

Nн= 1г / (1,66*10-24) г = 6,02*1023

б) O-кислород

Ао= 16а.е.м = 16*1.67* 10-24 г

No= 16г / (16 *1.66 * 10-24) г =6,02 * 1023

в) C-углерод

Ас= 12а.е.м = 12*1.67*10-24 г

Nc= 12г / (12* 1.66*10-24) г = 6,02*1023

Сделаем вывод: если мы возьмем такую массу вещества,  которая  равна атомной массе по величине, но взята в граммах, то там будет всегда (для любого вещества) 6.02 *1023 атомов этого вещества.

H2O - вода

= 18 а.е.м.

= 18г / (18* 1.66*10-24) г  =6,02*1023 молекул воды и т.д.

Nа = 6,02*1023  - число  или постоянная  Авогадро.

Моль - количество вещества, в котором содержится 6,02 *1023 молекул, атомов  или  ионов, т.е. структурных единиц.

Бывает моль молекул, моль атомов, моль ионов.

, где

n - число молей,(число молей часто обозначают - ню),

N - число атомов или молекул,

Nа = постоянная Авогадро.

Кмоль = 103моль, ммоль = 10-3моль.

Показать портрет  Амедео Авогадро  на мультимедийной установке и кратко рассказать о нем, или поручить ученику подготовить небольшой доклад о жизни учёного.

Урок 2.

Тема « Молярная масса вещества»

Чему же равна масса 1 моля  вещества? ( Вывод учащиеся часто могут сделать сами.)

Масса одного моля вещества равна его молекулярной массе, но выражена в граммах. Масса одного моля вещества называется  молярной массой и обозначается - M.

Формулы:

, где

М - молярная масса, n - число молей, m - масса вещества.

Масса моля измеряется в г/моль, масса  кмоля измеряется в кг/кмоль, масса  ммоля измеряется в мг/моль.

Заполнить таблицу (таблицы раздаются).

Урок  3.

Тема: Молярный объем газов

Решим задачу. Определите объем воды,  масса которой при нормальных условиях 180 г.

Дано:

m (H2O) = 180г	V(H2O) =  = 180 мл
(H2O) = 1 г/мл V(H2O) =?

Т.е. объем жидких и твердых тел считаем через плотность.

Но, при расчёте объёма газов не обязательно знать плотность. Почему?

Итальянский ученый Авогадро определил, что в равных объемах различных газов  при одинаковых условиях (давлении, температуре) содержится одинаковое число молекул - это утверждение называется законом Авогадро.

Т.е. если при равных условиях V(H2) =V(O2) , то n(H2) =n(O2), и наоборот  если при равных условиях n(H2) =n(O2) то и объемы этих газов будут одинаковы. А моль вещества всегда содержит одно и тоже число молекул 6,02 *1023 .

Делаем вывод - при одинаковых условиях моли газов должны занимать один и тот же объем.

При нормальных условиях (t=0, P=101,3 кПа. или 760 мм рт. ст.) моли любых газов занимают одинаковый объем. Этот объем называется молярным.

Vm=22,4 л/моль

1кмоль занимает объём -22,4 м3/кмоль, 1ммоль занимает объем -22,4 мл/ммоль.

Пример 1. (Решается на доске):

Дано:	Решение:
n(H2) = 10 моль V(H2)-?

Пример 2. (Можно предложить решить ученикам):

Дано:	Решение:
m(H2)=20г V(H2)=?

Предложить учащимся заполнить таблицу.

Вещество	Число молекул N = n  Na	Масса вещества m = M  n	Число молей n  =	Молярная масса M= (можно определить по ПСХЭ)	Объем V=Vm n
CO2		264г
N2	120,4*1023
Cu		192г
Сl2					112м3

Урок №2. "Количество вещества"

Цели:

Изучить физическую величину - количество вещества, единицу измерения количества вещества - моль, а также число Авогадро.

Научить учащихся пользоваться этими понятиями, применять их при решении расчетных задач.

Продолжать развивать и совершенствовать знания учащихся о таких понятиях как атом, химический элемент, металл, неметалл, химическая связь, типы и механизмы образования химической связи, химическая формула, вещество.

Задачи:

Способствовать формированию мировоззренческих представлений учащихся о взаимосвязи разных свойств явлений окружающего мира.

Развивать умение учащихся устанавливать причинно-следственные связи, а также наблюдать, обобщать и делать выводы.

Оборудование:

Химические вещества: Fe, S, H2O, CuSO4 количеством вещества 1 моль;

Кодоскоп и кодопозитивы.

Ход урока

Организационный момент.

Актуализация знаний и подготовка к восприятию.

Учитель: Эпиграфом сегодняшнего урока будет отрывок из поэмы М.Алигер “Ленинские горы”:

О, физика - наука из наук!

Все впереди!

Как мало за плечами!

Пусть химия нам будет вместо рук.

Пусть станет математика очами.

Не разлучайте этих трех сестер

Познания всего в подлунном мире,

Тогда лишь будет ум и глаз остер

И знанье человеческое шире.

Эти строки раскрывают связь химии с другими естественными науками, причем об этом говорил ещё М.В. Ломоносов более двух веков назад, актуальной является эта мысль и сейчас. Из уроков физики и математики вы узнали, что для изучения окружающего мира недостаточно только наблюдать и описывать явления и предметы, необходимо их характеризовать также количественно. Из курса физики известно определение физической величины: физическая величина - это определенная характеристика тела или явления, которая может быть измерена. Так свойству инертности тела соответствует масса, свойству пространственной протяженности - длина.

Приступая к изучению количественной характеристики веществ в химии, мы будем опираться на ранее приобретенные вами знания и умения. Сегодня на уроке познакомимся с физической величиной - количество вещества.

Наша цель не только изучить, но и научиться использовать эту величину в расчетах.

После изучения темы “Строение атома”, нами было дано определение химии как науки об элементах. Но на самом деле химики работают с веществами. Вещество - это реальная форма существования химического элемента.

Учитель: Что такое вещество?

Учащиеся: Вещество - это совокупность определенных частиц (атомов, молекул, ионов).

Учитель: Как вещества классифицируют по составу?

Учащиеся: Вещества по составу разделяют на простые и сложные.

Индивидуальные задания у доски:

1 ученик. Составьте схему образования ковалентной неполярной связи в молекулах йода - J2. Какими физическими свойствами обладает данное вещество? Почему?

2 ученик. Составьте схему образования ковалентной неполярной связи в молекулах кислорода - О2. Какими физическими свойствами обладает данное вещество? Почему?

Учитель: Простые вещества по свойствам делят на металлы и неметаллы. Дайте общую характеристику физическим свойствам неметаллов исходя из их строения. (В процессе беседы учащиеся дают характеристику свойствам неметаллов, затем заслушиваются индивидуальные ответы учащихся)

Учитель: Дайте общую характеристику физическим свойствам металлов исходя из их строения. В чем причина электропроводности и пластичности металлов? (Вопрос разбирается с учащимися класса)

Задание классу: (проецируется через кодоскоп)

Выберите самые электропроводные металлы:

· золото;

· серебро;

· натрий;

· железо;

· медь;

· марганец;

· алюминий;

· магний.

Учитель: Кроме простых веществ существуют также сложные вещества. Какие типы химических связей характерны для сложных веществ?

Учащиеся класса выполняют самостоятельную работу по вариантам с самопроверкой.

Работа демонстрируется через кодоскоп.

· вариант. Для вещества с химической формулой NaJ определите тип химической связи и выпишите из нижеперечисленных формулы веществ с аналогичным типом связи: H2, PH3, MgCl2, Br2, CaO.

· вариант. Для вещества с химической формулой H2O определите тип химической связи и выпишите из нижеперечисленных формулы веществ с аналогичным типом связи: Cl2, CaF2, SO3, N2, H2S.

После выполнения письменной работы подводится итог характеристики вещества с качественной стороны и приводятся слова американского ученого Лайнуса Полинга: “Зная типы связей в молекулах любого вещества, можно объяснить его структуру и важнейшие свойства”.

Изучение нового материала.

Учитель:

В начале урока мы выяснили, что любую порцию вещества можно характеризовать разными величинами - массой, объемом. Однако для химии важно характеризовать ту или иную порцию численностью частиц, составляющих вещество. Величина, характеризующая размер данной порции вещества числом структурных частиц, называется количеством вещества. Обозначается буквой греческого алфавита v (ню) или n. Как любая величина количество вещества имеет единицу измерения. Единицей количества вещества является моль.

Учитель читает шуточное стихотворение (“Занимательная химия” Аликберова Л.)

Расскажу сегодня, что ли,

О зловредной роли моли.

Моль съедает шерсть и мех -

Просто паника у всех….

Ну а в химии - изволь!

Есть другое слово “моль”

Прост, как небо и трава,

Моль любого вещества.

Но трудна его дорога:

В моле так частичек много!

1 моль вещества равен количеству вещества, содержащему столько структурных частиц данного вещества, сколько атомов содержится в 12 г. изотопа углерода 12С, а именно 6 x 1023. Величину 6 x 1023 называют постоянной Авогадро и обозначают NA, по имени ученого, который впервые использовал эту величину. Размерность её вытекает из формулы:

N 1

NA = --- = ------ или моль -1.

n моль

Конечно, взять 12 г углерода и посчитать атомы мы не можем, нет таких приборов, которые позволяли бы вести подсчет атомов. Но мы можем поступить другим образом. Атомы имеют массу, которая измеряется в а.е.м. 1 а.е.м. = 0,166 x 10-23г.

Считаем, во сколько раз 1г >1а.е.м.

1г 1г

------ = --------------- = 6,02 x 1023

1 а.е.м 0,166 x 10-23г

Следовательно, 1а.е.м. x 6,02 x 1023 = 1г.

Таким образом: ma (C) = 12а.е.м. (12 x 1а.е.м.),

тогда масса порции: 6,02 x 1023 атомов 12С x 12а.е.м. = 12г.

Следует вывод: 12 г изотопа углерода 12С содержат примерно 6 x 1023 атомов.

Учитель демонстрирует образцы веществ количеством вещества 1 моль: Fe, S, H2O, CuSO4.

Значит, зная количество вещества в молях можно определить число структурных частиц вещества и наоборот.

Подводится итог изучения данной темы - все количественные расчеты можно делать очень быстро, если использовать физическую величину - количество вещества.

Рефлексивно-оценочный этап.

Учащиеся выполняют в устной форме следующие упражнения:

1. Имеется 3 моль азотной кислоты. Сколько молекул азотной кислоты в этой порции?

2. Какое количество вещества составляют

а) 3 x 1023 атомов серы;

б)12 x 1023атомов серы?

3) В какой порции углекислого газа и во сколько раз больше молекул?

а) 1 моль и 0,5 моль;

б) 0,5 моль и 0,25 моль?

Учитель читает стихотворение (“Занимательная химия” Аликберова Л.):

Маша маме говорит,

Что из шкафа моль летит

“Как спасти нам вещи наши?”

Отвечает мама Маше:

“Есть такой аэрозоль,

Убивает моли моль!”

Маша химию учила,

Так что маме возразила:

“Что-то это многовато -

Целый моль врагов крылатых!”

Задание: Рассчитайте массу 1 моль моли, если масса каждой бабочки 0,01 г.

Учитель: Целью сегодняшнего урока было не только изучить физическую величину количество вещества, но и научиться применять её при решении расчетных задач, пользуясь производными расчётными формулами. Цель урока достигнута.

После этого учащиеся выражают своё эмоциональное отношение к уроку и оценивают свою активность по пятибалльной системе (на столах имеются карточки).