Алла Зимина, 04.10.2016 187 0

Методика определения зависимости электропроводности растворов сильных электролитов от концентрации: фрагмент урока и рекомендации учителя


Использование цифровых лабораторий (ЦЛ) приближает исследовательскую деятельность к условиям современного научного изыскания, позволяет «увидеть изнутри» те процессы, которые невозможно зарегистрировать с помощью традиционных подходов к школьным опытам. В качестве примера рассмотрим организацию химического эксперимента в девятом классе, нацеленного на усвоение новых понятий об электролитах, неэлектролитах, электролитической диссоциации, формирование умений составлять уравнения электролитической диссоциации [1, 2, 3] на уроке «Определение зависимости электропроводности растворов сильных электролитов от концентрации».


Обсудить статью
Опубликовать свой материал

На этапе ориентировочной деятельности создаются условия для возникновения проблемной ситуации, проводится количественный эксперимент с помощью датчиков ЦЛ, в ходе которого измеряется электропроводность растворов сильных электролитов от числа капель исследуемых электролитов.

Школьникам предлагается сравнить графики электропроводности растворов хлоридов калия и алюминия и отметить различия. Сопоставляя графики электропроводности, учащиеся отмечают, что электропроводность в растворе хлорида алюминия возрастает быстрее, чем у хлорида калия (рис.1). Этот результат создает проблемную ситуацию. В результате школьники самостоятельно формулируют познавательную проблему: «Почему графики имеют разные углы наклона? Чем это можно объяснить?». Для разрешения проблемы выдвигается гипотеза, что увеличение электропроводности растворов сильных электролитов связано с увеличением концентрации заряженных частиц.

Зависимость электропроводности растворов от числа добавленных капель
1М растворов: 1 — AlCl3; 2 — MgCl2; 3 — КCl

На этапе исполнительской деятельности в форме самостоятельного совместного исследовательского эксперимента в малых группах сотрудничества учащиеся решают проблему, опираясь на имеющиеся знания, определяют число ионов при диссоциации, составляют уравнения диссоциации солей и объясняют сущность наблюдаемых явлений.

При проведении проверочного эксперимента (проверка правильности решения проблемы) по измерению электропроводности хлорида магния (нитрата алюминия, нитрата натрия и др.) учащиеся подтверждают правильные выводы. На этапе контрольно-оценочной деятельности школьники обсуждают результаты количественных экспериментов, полученных всеми группами, сравнивают графики и отвечают на предложенные вопросы.

Таким образом, решается проблема, связанная с объяснением экспериментальных фактов, устанавливается зависимость электропроводности сильных электролитов и числом (концентрацией) ионов, образующихся при диссоциации, что позволяет осознанно подойти к составлению уравнений электролитической диссоциации.

Цели урока

  • Организовать деятельность учащихся по усвоению новых понятий об электролитах, неэлектролитах, электролитической диссоциации.
  • Организовать деятельность учащихся по формированию умений: определять электропроводность растворов электролитов с помощью датчика электропроводности цифровой лаборатории SenseDisc Biochemistry.
  • Установить взаимосвязь между электропроводностью и числом ионов, образующихся при диссоциации.
  • Организовать деятельность учащихся по формированию умений: составлять уравнения электролитической диссоциации.

Оборудование и материалы

Цифровая лаборатория по химии и биологии — SenseDisс Biochemistry, датчик электропроводности; мерные цилиндры на 100 мл; магнитная мешалка (или стеклянная палочка); прибор для определения электропроводности; промывалка; стаканы на 200 мл — 5 штук; бюретка —5 штук; колбы мерные 100 мл — 5 штук; штативы химические; фильтровальная бумага; дистиллированная вода; 1М раствор хлорида калия; 1М раствор хлорида магния; 1М раствор хлорида алюминия; 1М раствор нитрата алюминия; 1М раствор нитрата натрия.

Структура урока

Дидактическая задача

Содержание этапа

Метод, форма

I. Организационные моменты (1 мин)

I

Психологически настроить учащихся на учебную деятельность.

Организация рабочего места, правила ТБ

Проверка наличия тетрадей, рабочих листов к уроку,

наличия оборудования на рабочих местах.

Повторение правил по технике безопасности при работе в кабинете химии

Фронтальная форма

организации работы.

 

II. Актуализация знаний (5 мин)

 

 Актуализировать учебные знания и умения, мыслительные операции, необходимые для восприятия нового материала.

1. Актуализация знаний о значении электролитов, их роли в жизни и технике.

2. Повторение понятий: электролиты и неэлектролиты,

3. Мотивация учащихся на изучение нового материала

Учитель организует деятельность учащихся по актуализации знаний учащихся, предлагает ответить на вопросы:

  1. Что такое электролитическая диссоциация?
  2. Дайте определение электролитам и неэлектролитам.
  3. Почему растворы электролитов обладают проводимостью?
  4. Вопрос: лампочка прибора для испытания веществ на электрическую проводимость не загорится при погружении электродов в водный раствор

 а) этилового спирта, б) хлорида калия;

 в) хлорида магния; г) хлорида алюминия

Ученики отвечают на вопросы учителя.

Учитель предлагает проверить электропроводность хлоридов калия, магния и алюминия.

Фронтальная работа.

 Беседа.

Совместная деятельность учитель- ученик

Презентация POWER POINT

III. Целеполагание (5 минут)

 

Подведение учащихся к определению дидактической цели урока.

1.Формулировка целей и задач урока: установить зависимость электропроводности сильных электролитов и числом (концентрацией) ионов, образующихся при диссоциации,

2. Обсуждение понятий: электрическое сопротивление, электропроводность. актуализировать известные учащимся из курса физики сведения об электрическом сопротивлении (R), единицах его измерения — омах (Ом). Также следует ввести понятие о физической величине, обратной сопротивлению, — электропроводности (электрической проводимости), которая, соответственно, измеряется в Ом–1 или сименсах (См).

 

Учитель демонстрирует электропроводность в предложенных растворах с помощью прибора для проверки на электропроводность.

Возникает проблемный вопрос: свечение лампочки в растворах электролитов одинаково, однако, предложенные электролиты состоят из разного количества ионов и при диссоциации могут образовывать разное число ионов. Существуют ли методы количественного определения электропроводности?

Учащиеся совместно с учителем формулирую цель: необходимо установить зависимость электропроводности электролитов и числом ионов, образующихся при диссоциации.

 

Учитель демонстрирует ЦЛ SenseDisc Biochemistry, датчик электропроводности. Обсуждает с учащимися понятия: электрическое сопротивление, удельная электропроводность, единицы измерения электропроводности.

Электрической проводимостью (электропроводностью) называют способность вещества проводить электрический ток. В качестве количественной меры способности раствора электролита проводить электрический ток используют обычно удельную электропроводность κ (каппа):

где R — электрическое сопротивление проводника (Ом), длина которого l (м) и площадь поперечного сечения S2). Таким образом, единица измерения удельной электропроводности — , однако, в химии используют величину  (сименс на сантиметр).

 

Фронтальная работа.

 Беседа

 Проблемный метод

 

Совместная деятельность учитель- ученик

Презентация POWER POINT

IV Изучение нового материала (10 минут)

 

 

Обеспечить восприятие,

осмысление первичного запоминания знаний и способов действий, связей и отношений в объекте изучения.

  1. Сформировать представление о методе измерения электропроводности.
  2. Формировать метод познания: умения наблюдать и описывать наблюдения.
  3. Формировать умения делать выводы и объяснять результаты опытов и наблюдений на основе имеющихся знаний

Задачи: а) измерить электропроводность разбавленных водных растворов сильных электролитов;

б) установить взаимосвязь между электропроводностью и числом ионов, образующихся при диссоциации;

в) проанализировать графики зависимости электропроводности растворов солей от числа капель электролитов.

Учитель проводит демонстрационный количественный эксперимент с помощью датчика ЦЛ, в ходе которого измеряется электропроводность раствора сильного электролита хлорида калия от числа капель.

График демонстрируются с помощью проектора на экране в режиме реального времени. Затем проводится аналогичный демонстрационный эксперимент по измерению электропроводности хлорида алюминия.

Школьникам предлагается сравнить графики электропроводности растворов хлоридов калия и алюминия и отметить различия. Сопоставляя графики электропроводности, сравнивая угловые коэффициенты, учащиеся отмечают, что электропроводность в растворе хлорида алюминия возрастает быстрее (угловой коэффициент 0,9), чем у хлорида калия (угловой коэффициент 0,5).

Этот результат создает проблемную ситуацию.

В результате школьники самостоятельно формулируют познавательную проблему: «Почему графики имеют разные углы наклона?

Чем это можно объяснить?» Для разрешения проблемы выдвигается гипотеза, что увеличение электропроводности растворов сильных электролитов связано с увеличением концентрации заряженных частиц, т. к. при диссоциации хлорида калия образуется два моль ионов, а при диссоциации хлорида алюминия — четыре моль ионов.

Учитель предлагает ответить на вопрос: предположите, каким будет наклон графика 1М раствора сульфата алюминия? Учащиеся предполагают, что угол наклона будет еще больше, так ка при диссоциации образуется пять моль ионов.

 

Фронтальная работа.

Беседа.

Проблемный метод

Совместная деятельность учитель-ученик

Презентация POWER POINT

Работа с ЦЛ - SenseDisс Biochemistr и датчиком электропроводности

V. Совершенствование знаний, умений, навыков (12 минут)

 

 

Фиксация полученных знаний при решении задач

1.Сформировать умения определять электропроводность с помощью датчика электропроводности.

2. Составлять графики зависимости электропроводности от числа капель.

3.Формировать умения делать выводы и объяснять результаты опытов и наблюдений на основе имеющихся знаний.

4. Формировать умения

выявлять причинно-следственные связи.

 

 

Школьникам предлагается провести лабораторные опыты и измерить электропроводность в растворах хлорида магния (группа 1) и нитрата алюминия (группа 2) и ответить на поставленные вопросы (см. рабочий лист у уроку):

Задание 1. Измерьте значения электропроводности в растворах

электролитов

Задание 2. Данные занесите в таблицу.

Задание 3. Рассчитайте угловой коэффициент (тангенс угла наклона)

Задание 4. Постройте графики зависимости значений электропроводности растворов от числа капель исследуемых электролитов и рассчитайте угловые коэффициенты.

Задание 5. Напишите уравнения диссоциации исследуемых электролитов. Определите, какое количество ионов образуется при диссоциации 1 моль каждого электролита.

Ученики выполняют лабораторные опыты в группах, фиксируют данные, заносят в таблицу рабочего листа и строят графики на миллиметровой бумаге. Отвечают на поставленные вопросы и заносят ответы в рабочие листы.

 

Лабораторные опыты учащихся.

Парная работа и индивидуальная

Частично-поисковый метод.

 

Совместная деятельность учитель-ученик

Презентация POWER POINT

Работа с ЦЛ - SenseDisс Biochemistr и датчиком электропроводности

VI. Рефлексия (10 минут)

 

 

 

Соотнесение поставленных задач с достигнутым результатом.

1.Закрепление знаний, коррекция, рефлексия.

 2. Формировать умения делать выводы и объяснять результаты опытов и наблюдений на основе имеющихся знаний.

3.Формировать умения

выявлять причинно-следственные связи.

4. Формировать умения объяснять экспериментальные факты и формулировать выводы.

 

На этапе контрольно-оценочной деятельности школьники обсуждают результаты количественных экспериментов, полученных всеми группами.

 

Учащиеся строят графики на доске, сравнивают и анализируют графики. Делают выводы, что угловой коэффициент графика электропроводности хлорида магния (образующего при диссоциации 3 моль ионов) относится к угловому коэффициенту графика электропроводности нитрата алюминия (образующего 4 моль ионов) относится как 3 к 4.

 

Ученики отвечают на поставленные вопросы и пишут уравнения электролитической диссоциации.

1.При полной диссоциации 1 моль нитрата цинка образуется:

а) 3 моль катионов цинка и 1 моль нитрат-ионов;

б)1 моль катионов цинка и 3 моль нитрат-ионов;

в)2 моль катионов цинка и 3 моль нитрат-ионов

г)1 моль катионов цинка и 2 моль нитрат-ионов

2. Наибольшее значение электропроводности можно ожидать, если добавить 7 капель 1М раствора:

а) хлорида калия

б) хлорида аммония

 в) хлорида магния

г) фосфата натрия?

3. По графикам зависимости электропроводности от числа капель (см. рис. 1) , определите, формулы электролитов (хлорид калия, магния, алюминия).

Рис. 1. Графики зависимости электропроводности электролитов от числа капель.

Учащиеся сравнивают графики и отвечают на предложенные вопросы, формулируют выводы: при диссоциации электролита происходит увеличение числа заряженных частиц в растворе, что приводит к возрастанию электропроводности. Причем, чем больше концентрация ионов, тем выше электропроводность. Учитывая диссоциацию солей:

MeCl → Me+ +Cl образуются две частицы;

MeCl2 → Me2+ + 2Cl образуются три частицы;

MeCl3 → Me3+ + 3Cl образуются четыре частицы;

Т.о. увеличение концентрации ионов в 1М растворах приводит к увеличению электропроводности.

 

Совместная деятельность учитель-ученик.

 

 

Проверка ответов на вопросы.

 

Метод упражнений.

 

 

 

Домашнее задание (1 мин)

 

Согласовать домашнее задание.

  1. Напишите уравнения электролитической диссоциации: оксида фосфора, серной кислоты, кремниевой кислоты, гидроксида кальция, сульфата алюминия.
  2. При диссоциации каких веществ образуются гидроксид анионы: гидроксид натрия, фосфорная кислота, гидроксид алюминия. Приведите уравнения диссоциации.
  3. Приведите примеры двух веществ, при диссоциации которых образуются нитрат ионы.

 

Таким образом, решается проблема, связанная с объяснением экспериментальных фактов, устанавливается зависимость электропроводности сильных электролитов и числом (концентрацией) ионов, образующихся при диссоциации, что позволяет осознанно подойти к составлению уравнений электролитической диссоциации.

Использование цифровых лабораторий на уроке для получения количественных характеристик исследуемого явления и их интерпретация позволяет достичь более глубокого и осмысленного понимания изучаемых теоретических представлений.

Безусловно, цифровые лаборатории имеют существенные преимущества по сравнению с традиционными средствами обучения. Помимо уже рассмотренных выше, необходимо отметить следующие возможности, которые получает учитель, организующий познавательную деятельность школьников с использованием ЦЛ:

  • визуализация данных повышает наглядность химического эксперимента, делает его более понятным, позволяет ученикам-исследователям скорее прийти к правильному решению;
  • фиксация малых изменений, неочевидных в традиционном эксперименте, повышает качество учебного исследования;
  • неоднократное повторение измерений позволяет ученикам выявить научный факт и соотнести его с изучаемой теорией.

Использование ЦЛ на уроке для получения количественных характеристик исследуемого явления и их интерпретация позволяет достичь более глубокого и осмысленного понимания изучаемых теоретических представлений.

Список литературы

  1. Учебное пособие. Использование цифровых лабораторий при обучении химии с средней школе/ авторский коллектив П.И.Беспалов, М.В.
  2. Дорофеев, Д.М.Жилин, А.И.Зимина, П.А.Оржековский. -М.: БИНОМ. Лаборатория Знаний, 2014. -229 с.
  3. Зимина А.И., Дорофеев М.В. Изучение теории электролитической диссоциации с использованием датчика электропроводности. // Актуальные проблемы химического образования: II Всероссийская научно-методическая конференция. Сборник материалов. — М.: МАКС Пресс, 2011. С. 88 – 91.
  4. Holmquist D.D., Randall J., Volz D.L. Conductivity of Solutions: The Effect of Concentration. // Chemistry with Vernier. P. 13 – 16. Доступно на сайте http://www.vernier.com

Кратко об авторе:

Зимина Алла ИвановнаЗимина Алла Ивановна — учитель химии, ГБОУ ШКОЛА №1287, кандидат педагогических наук, почетный работник образования г. Москвы; лауреат конкурса Грант Москвы в сфере образования; победитель конкурса лучших учителей в рамках национального проекта «Образование».
Фото предоставлены автором.



Комментировать Поделиться Разместить на своем сайте
Вы можете разместить на своём сайте анонс статьи со ссылкой на её полный текст
Ошибка в тексте?
Нашли ошибку в тексте? Выделите её и нажмите Ctrl + Enter

Есть мнение? Оставьте свой комментарий:
avatar

Комментарии: