Поэтапное решение задачи повышенной сложности при подготовке к ЕГЭ | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 13 марта, печатный экземпляр отправим 17 марта.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Педагогика

Опубликовано в Молодой учёный №43 (229) октябрь 2018 г.

Дата публикации: 30.10.2018

Статья просмотрена: 3186 раз

Библиографическое описание:

Горяева, Т. П. Поэтапное решение задачи повышенной сложности при подготовке к ЕГЭ / Т. П. Горяева. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 43 (229). — С. 52-54. — URL: https://moluch.ru/archive/229/53265/ (дата обращения: 02.03.2021).



Подготовка обучающихся к ЕГЭ — сложный и многогранный процесс, его компоненты: мотивация, психологическая готовность к экзамену и формирование высокого уровня предметных результатов образования за счет использования системно-деятельностного подхода. Сущность системно-деятельностного подхода проявляется в формировании личности воспитанника и продвижении его в развитии не тогда, когда он воспринимает знания в готовом виде, а в процессе его собственной деятельности, направленной на «открытие нового знания». Для предмета химии «открытие нового знания» в процессе его собственной деятельности — это, прежде всего практическая деятельность — постановка цели, проведение эксперимента и формулирование выводов. В специфике ЕГЭ задача № 34 оказалась «твердым орешком». При изучении темы «Металлы» обучающиеся осваивают теоретические вопросы электролиза расплавов и растворов, при этом тестовые вопросы на электролиз не вызывают затруднений, а задача на электролиз раствора для многих обучающихся оказалась сложной. Какой прием применить, чтобы обучающиеся поняли решение задачи не в результате объяснения учителя, а в процессе собственной деятельности? Когда теория пройдена и усвоена, можно приступить к решению задачи практическим способом. Такой подход можно использовать в классах с углубленным изучением предмета, на элективных курсах, при подготовке к ЕГЭ по химии.

Цель работы состоит в применении поэтапного подхода к решению задачи при помощи эксперимента, обучающиеся отрабатывают умения приготовления растворов, закрепляют знания об электролизе, повторяют закон Фарадея, получают навыки решения задач повышенной сложности.

Для этого можно использовать технологию работы в группах. Класс делят на 5 групп. Каждой из них выдается в начале занятия одна и та же задача. Для начала ее выполнения каждую группу обеспечивают необходимым оборудованием и реактивами для проведения опыта.

Оборудование иреактивы: U-образная трубка с одним патрубком, графитовые электроды; прибор питания постоянным напряжением 6 В, мультиметр, электронные весы; лучина; 2 пипетки; безводный сульфат меди(II); 20 %-ный гидроксид натрия, дистиллированная вода.

Задача

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 25 г 16 %-ного раствора сульфата меди(II). После того как на аноде выделилось 56 мл (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 4,92 г. Вычислите массу 20 %-ого раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди.

Учитель и обучающиеся составляют план решения, для чего разбивают условие задачи на 3 составные части.

1часть: Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 25 г 16 %-ного раствора сульфата меди(II). После того как на аноде выделилось 56 мл (н.у.) газа, процесс остановили.

2 часть: Из полученного раствора отобрали порцию массой 4,92 г

3 часть: Вычислите массу 20 %-ого раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди.

Приступаем крешению 1 части задачи:

1 этап — теоретическая часть.

Обучающиеся обсуждают происходящий процесс — электролиз расплава или раствора. Какой металл образует соль — активный, средней активности или малоактивный. Какой анион в составе соли — бескислородный или кислородсодержащий. В зависимости от этого предполагают процессы, происходящие на катоде и аноде. Записывают уравнение реакции электролиза для предложенной задачи. Делают предварительные расчеты для приготовления раствора соли из условия задачи. По закону Фарадея рассчитывают силу тока, при заданном времени протекания процесса.

Рассуждения обучающихся: сульфат меди образован катионами меди, которая находится в ряду активности после водорода. Кислотный остаток от кислородсодержащей кислоты. Значит, продуктами электролиза будут являться свободный металл медь, кислота и кислород. Уравнение реакции электролиза:

2CuSO4 + 2H2O = 2Cu↓ + 2H2SO4 + O2

Рассчитаем массу исходного безводного сульфата меди(II) и массу воды для приготовления раствора.

ω = m (исх. CuSO4): mр-ра; m (исх. CuSO4) = ω ∙ mр-ра

m (.исх CuSO4) = 0,16 ∙ 25 г = 4 г

m (H2O) = 25 г — 4 г = 21 г

n (.исх CuSO4) = 4 г: 160г/моль = 0,025 моль

Рассчитаем силу тока, для того чтобы на аноде выделилось 56 мл кислорода. Пусть время, за которое нам надо окончить процесс электролиза 5 минут (300 секунд). Используем закон Фарадея:

m =MЭ∙I ∙τ/F; I = V∙F/VЭ∙τ, где VЭ — эквивалентный объем газа.

Эквивалентный объем кислорода VЭ при нормальных условиях равен

VЭ = 22,4 ∙8/32 = 5,6 л/моль

I = 0,056 ∙ 96500/5,6 ∙ 300 = 3,22 А

Рассчитаем количество вещества выделяющегося кислорода:

n(O2) = 0,056 л: 22,4 л/моль = 0,0025 моль

2 этап — практическая часть.

Обучающиеся готовят заданную массу раствора соли определенной концентрации, и подвергают ее электролизу в течение 5 минут. Определение газообразного вещества осуществляют с помощью зажженной лучины.

3 этап работы — анализ проведенного эксперимента.

Обучающиеся делают вывод о причинах уменьшения массы раствора.

На основании этого вывода продолжают теоретические расчеты.

По известному количеству вещества кислорода можно посчитать количество вещества безводного сульфата меди, вступившего в реакцию (используя уравнение реакции):

n (прореаг. CuSO4) = 2 ∙ n (O2) = 2 ∙ 0,0025 моль = 0,005 моль

Можно рассчитать количество вещества безводного сульфата меди, оставшегося в растворе после реакции:

n (ост. CuSO4) = n (.исх CuSO4) — n (прореаг. CuSO4) = 0,025 моль — 0,005 моль = 0,02 моль

В водном растворе после электролиза содержится серная кислота. Количество вещества серной кислоты тоже рассчитываем по уравнению реакции:

n (H2SO4) = 2 ∙ n(O2) = 2 ∙ 0,0025 моль = 0,005 моль

Найдем массу оставшегося раствора после электролиза. В конечный раствор не будут входить массы кислорода и масса выделившейся меди. Вычисляем массы кислорода и меди:

m (O2) = n (O2) ∙ M (O2) =0,0025 моль ∙ 32 г/моль = 0,08 г

n (Cu) = 2 ∙ n (O2) = 2 ∙ 0,0025 моль = 0,005 моль

m (Cu) = n (Cu) ∙ M (Cu) = 0,005 моль ∙ 64 г/моль = 0,32 г

m (конечного раствора) = m (исходного раствора) — m (O2) — m (Cu)

m (конечного раствора) = 25 г — 0,08 г — 0,32 г = 24,6 г

Приступаем крешению 2 части задачи:

1 этап — теоретическая часть.Обучающиеся делают выводы о качественной составляющей порции массой 4,92 г. Онианализируют условие 2 части задачи и рассчитывают, что 4,92 г является 1/5 частью от массы начального раствора (4,92: 24,6 = 1: 5) и делают предположения о том, из каких веществ состоит порция массой 4,92 г.

2 этап — практическая часть.Обучающиеся отбирают порцию вещества 5г пипеткой путем взвешивания (учитывают массу емкости, в которой взвешивают).

3 этап работы — анализ проведенного эксперимента. Обучающиеся делают теоретические расчеты о количестве каждого вещества в порции. Поскольку отобрали 1/5 часть раствора, следовательно, отобрали 1/5 моль сульфата меди(II) и 1/5 моль серной кислоты. После электролиза раствор содержал 0,02 моль CuSO4 и 0,005 моль H2SO4. Можно найти количества веществ CuSO4 и H2SO4 в отобранной порции:

n (CuSO4 в порции) = 0,02 моль: 5 = 0,004 моль

n (H2SO4 в порции) = 0,005 моль: 5 = 0,001 моль

Приступаем крешению 3 части задачи:

1 этап — теоретическая часть. Обучающиеся делают предположения о том, что гидроксид натрия будет реагировать с двумя составляющими в порции 4,92 г — с сульфатом меди, оставшимся после электролиза и серной кислотой, образовавшейся в результате электролиза.

Учитель уточняет: гидроксид меди не способен образовываться в кислой среде, т.е сначала должна быть нейтрализована вся кислота, и только после этого сульфат меди будет реагировать с гидроксидом натрия.

Обучающиеся записывают 2 уравнения реакции:

H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O (I)

CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4 (II)

Находят количество вещества безводного гидроксида натрия для этих двух реакций.

n (NaOH) (I) = 2 ∙ n (H2SO4 в порции) = 2 ∙ 0,001 моль = 0,002 моль

n (NaOH) (II) = 2 ∙ n (CuSO4 в порции) = 2 ∙ 0,004 моль = 0,008 моль

n (NaOH всего) = 0,002 моль + 0,008 моль = 0,01 моль

m (NaOH всего) = 0,01 моль ∙ 40 г/моль = 0,4 г

Затем рассчитывают массу 20 %-ого раствора гидроксида натрия.

m (раствора NaOH) = m (NaOH всего): ω (NaOH) = 0,4 г: 0,2 = 2 г

2 этап — практическая часть. Обучающиеся отбирают пипеткой 2 г 20 %-ого раствора гидроксида натрия (учитывают массу пустого химического стакана) и приливают его к порции массой 4,92 г.

3 этап работы — анализ проведенного эксперимента.

Обучающиеся делают выводы по наблюдениям о появлении осадка синего цвета. Затем делают общий вывод по решению данной задачи.

С целью закрепления усвоенного способа деятельности, учитель предлагает каждой группе решить подобные задачи, например:

Задача для 1 группы:

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 282 г 40 %-ного раствора нитрата меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 32 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 140 г 40 %-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щелочи в полученном растворе.

Задача для 2 группы:

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 340 г 20 %-ного раствора нитрата серебра. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 79, 44 г. Вычислите массу 10 %-ного раствора хлорида натрия, необходимого для полного осаждения ионов серебра из отобранной порции раствора.

Задача для 3 группы:

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 312 г 15 %-ного раствора хлорида натрия. После того как на катоде выделилось 6,72 л (н.у.) газа, процесс остановили и отобрали порцию полученного раствора массой 58,02 г. Вычислите массу 20 %-ного раствора сульфата меди(II), необходимого для полного осаждения гидроксид-ионов из отобранной порции раствора.

Задача для 4 группы:

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 360 г 18,75 %-ного раствора хлорида меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили и отобрали порцию полученного раствора массой 22,2 г. Вычислите массу 20 %-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из отобранной порции раствора.

Задача для 5 группы:

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 500 г 16 %-ного раствора сульфата меди(II). После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 53 г 10 %-ного раствора карбоната натрия. Определите массовую долю сульфата меди(II) в полученном растворе.

Таким образом, использование поэтапного решения задач и обязательное закрепление способа действия обеспечивает формирование у обучающихся навыков и предметных результатов образования, необходимых для успешного выполнения заданий ЕГЭ.

Основные термины (генерируются автоматически): моль, полученный раствор, проведение электролиза, раствор гидроксида натрия, масса, обучающийся, отобранная порция раствора, порция массой, раствор сульфата меди, серная кислота.


Похожие статьи

Использование количественного анализа на внеурочных занятиях...

Затем по каплям добавляется раствор индикатора (хромогена черного) до появления хорошо заметной, но не очень темной вино- красной окраски; В бюретку заливается 0,05 н. раствор комплексона III полученный в колбе раствор титруется до перехода вино-красной окраски в...

Похожие статьи

Использование количественного анализа на внеурочных занятиях...

Затем по каплям добавляется раствор индикатора (хромогена черного) до появления хорошо заметной, но не очень темной вино- красной окраски; В бюретку заливается 0,05 н. раствор комплексона III полученный в колбе раствор титруется до перехода вино-красной окраски в...

Задать вопрос