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

Автор:

Рубрика: Педагогика

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

Дата публикации: 30.10.2018

Статья просмотрена: 430 раз

Библиографическое описание:

Горяева Т. П. Поэтапное решение задачи повышенной сложности при подготовке к ЕГЭ // Молодой ученый. — 2018. — №43. — С. 52-54. — URL https://moluch.ru/archive/229/53265/ (дата обращения: 23.03.2019).



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, отобранная порция раствора, масса, порция массой, обучающийся, серная кислота, раствор сульфата меди.


Похожие статьи

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Задать вопрос