Валентность, количество вещества и молярная масса: составление формул и расчёты
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока научиться составлять формулы бинарных соединений по валентности и выполнять расчёты количества вещества $n$ и молярной массы $M$ по химическим формулам, решив не менее 3 из 4 заданий самостоятельной работы.
- Сформировать умение определять валентности элементов по условию и использовать правило перекрёстного произведения индексов при составлении формул.
- Научить применять формулы $n=\frac{m}{M}$ и $M=\frac{m}{n}$, а также вычислять молярную массу вещества по относительным атомным массам элементов.
- Развивать навыки смыслового чтения учебного текста, математических вычислений, самопроверки и аргументированного объяснения хода решения.
- Воспитывать аккуратность при работе с химическими формулами, ответственность за результат и интерес к практическому применению химических расчётов.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение количественных расчётов в химии, медицине, экологии и производстве.
- Проявляют познавательный интерес к объяснению состава веществ через химические формулы.
- Принимают ответственность за индивидуальный результат самостоятельной работы.
- Оценивают собственные затруднения без боязни ошибки и выбирают способ их устранения.
Метапредметные
- Извлекают из учебного текста определения валентности, количества вещества и молярной массы.
- Планируют последовательность решения расчётной задачи и проверяют размерность полученного результата.
- Сотрудничают в парах, формулируют вопросы и аргументируют выбор индексов в формуле.
- Используют математические действия с величинами и переводят условие задачи в краткую запись.
Предметные
- Знать смысл понятий «валентность», «количество вещества», «моль», «молярная масса».
- Уметь составлять формулы бинарных соединений по валентностям элементов и сокращать индексы.
- Уметь вычислять молярную массу вещества по формуле и относительным атомным массам.
- Уметь находить количество вещества по массе и молярной массе по формулам $n=\frac{m}{M}$ и $M=\frac{m}{n}$.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный смысл изучения расчётов для понимания состава и свойств веществ.
- Проявляют готовность к самостоятельному выбору уровня задания.
- Формируют установку на аккуратность записи индексов, единиц измерения и ответа.
- Осознают ценность взаимопомощи при обсуждении способов решения.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную цель и составляют алгоритм действий при составлении формулы.
- Распределяют время между этапами самостоятельной работы.
- Осуществляют самопроверку по эталону и находят место ошибки.
- Корректируют решение после сравнения с образцом.
Познавательные УУД
- Сравнивают валентности элементов и устанавливают соотношение индексов.
- Моделируют состав вещества с помощью химических символов и индексов.
- Выделяют известные и неизвестные величины в расчётной задаче.
- Анализируют правдоподобие ответа и соответствие единиц измерения.
Коммуникативные УУД
- Объясняют партнёру, почему в формуле образовались определённые индексы.
- Задают уточняющие вопросы о выборе формулы и последовательности вычислений.
- Распределяют роли в парной игре «Химический конструктор».
- Корректно принимают замечания и формулируют аргументированный ответ.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить на доске или слайде тему, обозначения $n$, $m$, $M$, формулы $n=\frac{m}{M}$ и $M=\frac{m}{n}$, а также краткий алгоритм составления формулы по валентности.
- Распечатать карточки игры «Химический конструктор» с парами элементов и указанными валентностями — по одной на пару.
- Распечатать самостоятельную работу двух вариантов — по одному экземпляру на каждого ученика.
- Подготовить таблицу относительных атомных масс распространённых элементов: H, O, C, N, S, Na, Mg, Al, Cl, Ca, Fe.
- Подготовить карточки трёх цветов для приёма «Светофор» — по одной на ученика.
- Подготовить стикеры для творческого задания и рефлексии — по одному на ученика.
- Вывести на экран или записать на доске задания для актуализации: составить формулы $MgO$, $AlCl_3$, $CaS$.
- Подготовить таймер на 3 минуты для игры и на 7 минут для самостоятельной работы.
- Использовать учебник: учащиеся работают с определениями и примерами по темам валентности, количества вещества и молярной массы без указания страниц.
- Освободить проход между рядами для короткой физкультминутки.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и показать практическую значимость химических расчётов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и говорит: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, что на столе есть тетрадь, ручка и учебник. Сегодня нам предстоит работать как химикам-расчётчикам: составлять формулы и определять, сколько вещества содержится в образце. В конце урока каждый проверит себя в самостоятельной работе." | Проверяют готовность, записывают дату и тему урока. |
2 мин | Учитель показывает карточку с надписью «18 г воды» и спрашивает: "Можно ли по одной только массе понять, сколько частиц воды находится в образце? Как химики связывают массу вещества с его составом?" Учитель принимает версии и объявляет приём «Проблемный вопрос». | Предполагают: "Нужно знать формулу вещества", "Нужно вычислить количество вещества", формулируют вопрос урока. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня мы свяжем три языка химии: валентности помогут составлять формулы, формула покажет состав вещества, а количество вещества и молярная масса позволят выполнить расчёт. Сначала вспомним опорные знания."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: восстановить знания о химических символах, валентности и относительной атомной массе.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает на доске пары «Mg—O», «Al—Cl», «Ca—S» и говорит: "Вспомним, что показывает валентность. Назовите валентности элементов и объясните, какую связь между атомами она характеризует. Не просто называйте число, а сформулируйте смысл." | Отвечают: "Валентность показывает способность атома образовывать определённое число связей"; называют типичные валентности: Mg(II), O(II), Al(III), Cl(I), Ca(II), S(II). |
3 мин | Учитель предлагает приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Сначала самостоятельно определите индексы в формулах трёх соединений, затем обсудите с соседом. На доске пока есть только валентности, поэтому обоснуйте каждую формулу." | Составляют $MgO$, $AlCl_3$, $CaS$, обсуждают правило перекрёстного переноса валентностей и объясняют: "Индексы показывают соотношение атомов в соединении". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, как валентности превращаются в индексы формулы. Теперь выясним, почему одной формулы недостаточно для ответа на вопрос о количестве вещества."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: обнаружить затруднение и совместно сформулировать алгоритм предстоящей работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает: "Даны 18 г воды. Найдите количество вещества воды" и спрашивает: "Какие данные нам уже известны? Что необходимо узнать? Хватит ли знания только относительной молекулярной массы?" Учитель фиксирует на доске слова «масса», «молярная масса», «количество вещества». | Выделяют $m=18$ г, называют неизвестное $n$, предполагают: "Нужно сначала найти молярную массу воды". |
2 мин | Учитель обращается к классу: "Составьте план решения: первый шаг, второй шаг, третий шаг. Как проверить, что результат разумен?" Учитель записывает детские формулировки и уточняет цель: "Научиться составлять формулы и выполнять расчёты по ним." | Формулируют план: записать формулу, вычислить $M$, выбрать формулу, подставить данные, записать единицы и проверить ответ. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Затруднение найдено: нужно перейти от состава вещества к количественному расчёту. Сейчас откроем учебник на нужных определениях и построим общий алгоритм."
Этап 4. Открытие нового знания (9 мин)
Цель этапа: сформировать понимание понятий «моль» и «молярная масса» и вывести алгоритм расчёта.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель просит открыть учебник на материалах о количестве вещества и говорит: "Прочитайте определения моля и молярной массы. Приём называется «Чтение с пометками»: поставьте знак плюс рядом с новым, вопрос рядом с непонятным. Затем найдите, чему равна молярная масса численно." Учитель фиксирует: $n$ измеряется в моль, $M$ — в г/моль. | Читают фрагмент, отмечают новые сведения, формулируют: "Моль — единица количества вещества; молярная масса — масса одного моля вещества". |
3 мин | Учитель показывает на доске: "Для вещества с формулой $H_2O$ молярная масса равна сумме масс атомов: $M(H_2O)=2\cdot1+16=18$ г/моль. Если масса образца 18 г, то $n=\frac{18}{18}=1$ моль. Посмотрите, как формула вещества стала основой расчёта." | Записывают вычисление, проговаривают порядок действий и единицы измерения. |
2 мин | Учитель предлагает творческий мини-вызов: "Представьте, что вы создаёте этикетку для химического реактива. Выберите одно вещество из списка $CO_2$, $NaCl$, $CaCO_3$ и укажите его формулу и молярную массу. Добавьте короткую фразу, зачем покупателю знать массу одного моля." | Выбирают вещество, вычисляют $M$, формулируют фразу: "Молярная масса нужна, чтобы по массе определить количество вещества". |
Запись в тетрадях
- Количество вещества обозначают $n$, единица измерения — моль.
- Молярная масса $M$ — масса одного моля вещества, единица измерения — г/моль.
- $M$ вещества вычисляют как сумму относительных атомных масс с учётом индексов.
- Основные формулы: $n=\frac{m}{M}$, $M=\frac{m}{n}$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы установили: сначала читаем формулу и находим молярную массу, затем выбираем формулу расчёта. Проверим этот алгоритм в игре и научимся быстро объяснять каждый индекс."
Этап 5. Первичное закрепление. Игра «Химический конструктор» и физкультминутка (7 мин)
Цель этапа: закрепить составление формул и вычисление молярной массы в парной деятельности.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель раздаёт парам карточки и объясняет игру: "На каждой карточке указаны элементы и их валентности. За 3 минуты составьте формулу, назовите вещество условно и вычислите молярную массу. Побеждает не самая быстрая пара, а та, которая сможет объяснить решение без пропущенных шагов." Карточка: Al(III) и O(II). | Составляют $Al_2O_3$, вычисляют $M=2\cdot27+3\cdot16=102$ г/моль, один представитель пары объясняет правило перекрёстного переноса. |
1 мин | Учитель проводит физкультминутку: "Отложите ручки. На вдохе поднимите руки, на выдохе опустите. Покажите руками валентность: один палец — I, два — II, три — III. Выполним три спокойных наклона и возвращаемся к работе." | Выполняют движения, показывают валентности пальцами, восстанавливают рабочую позу. |
2 мин | Учитель показывает эталон и спрашивает: "Почему формула $AlO_2$ неверна? Что нужно сделать с индексами? Сравните с эталоном и поставьте себе знак плюс за каждый правильный шаг." | Отвечают: "Индексы должны уравнять валентности; правильная формула $Al_2O_3$"; проводят самопроверку. |
Эталон решения
Для $Al(III)$ и $O(II)$ наименьшее общее кратное валентностей равно 6. Нужно взять 2 атома алюминия и 3 атома кислорода, поэтому формула $Al_2O_3$. Молярная масса: $M(Al_2O_3)=2\cdot27+3\cdot16=54+48=102$ г/моль.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Формула должна быть не только записана, но и обоснована валентностями, а молярная масса — вычислена с учётом всех индексов. Теперь каждый самостоятельно проверит, умеет ли применять алгоритм."
Этап 6. Самостоятельная работа «Количество вещества и молярная масса» (10 мин)
Цель этапа: диагностировать индивидуальное освоение составления формул и расчётов количества вещества.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель раздаёт два варианта самостоятельной работы и говорит: "Работаем индивидуально. Записывайте формулу, вычисления, единицы и ответ. Если закончили раньше, проверьте молярную массу по каждому индексу. Пользоваться можно таблицей относительных атомных масс." | Получают вариант, записывают фамилию, читают условия и распределяют время. |
7 мин | Учитель предлагает задания: "Вариант 1: 1) составьте формулу соединения кальция с хлором; 2) найдите $M(CO_2)$; 3) вычислите количество вещества в 36 г воды. Вариант 2: 1) составьте формулу соединения магния с азотом; 2) найдите $M(NaCl)$; 3) вычислите количество вещества в 44 г углекислого газа." Учитель наблюдает, не подсказывая решение. | Решают индивидуально: составляют $CaCl_2$ или $Mg_3N_2$, вычисляют молярные массы, применяют $n=\frac{m}{M}$, записывают ответы с единицами. |
2 мин | Учитель выводит эталон: "Проверьте не только число, но и ход решения. Если ошибка найдена, зачеркните один неверный шаг и рядом кратко напишите, что нужно исправить: формулу, индекс, арифметику или единицу." | Сверяют решения, отмечают место ошибки, исправляют её цветной ручкой или делают пометку для разбора. |
Эталон решения
Вариант 1: $Ca(II)$ и $Cl(I)$ дают $CaCl_2$. Для воды $M(H_2O)=2\cdot1+16=18$ г/моль; $n=\frac{36}{18}=2$ моль. Вариант 2: $Mg(II)$ и $N(III)$ дают $Mg_3N_2$. Для $NaCl$: $M=23+35{,}5=58{,}5$ г/моль. Для $CO_2$: $M=12+2\cdot16=44$ г/моль; $n=\frac{44}{44}=1$ моль.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, на каком шаге возникает ошибка. На следующем этапе мы не будем просто называть оценки: вы определите, какой способ помог вам решить задачу и что ещё нужно потренировать."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (7 мин)
Цель этапа: осознать результат урока, выявить индивидуальные затруднения и выбрать посильный вариант домашней работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает приём «Светофор»: "Поднимите зелёную карточку, если можете самостоятельно составить формулу и найти молярную массу; жёлтую — если нужен ещё один пример; красную — если пока не получается. Объясните соседу один шаг, который у вас стал понятнее." | Поднимают карточки, формулируют: "Я умею находить $M$ по формуле", "Мне трудно выбирать индексы", обсуждают способ исправления. |
2 мин | Учитель организует «Билет на выход»: "На стикере напишите: 1) формулу для соединения Al и S; 2) чему равна $M(H_2O)$; 3) один вопрос, который остался." | Записывают $Al_2S_3$, $M(H_2O)=18$ г/моль и личный вопрос, прикрепляют стикер к доске. |
2 мин | Учитель говорит: "Выберите уровень домашней работы по результату самостоятельной. Обязательный уровень выполняют все; повышающий и дополнительный выбирают те, кто готов усложнить задачу." | Записывают выбранный уровень и уточняют условия задания. |
Домашнее задание объявляется по таблице ниже. Учитель завершает: "Спасибо за серьёзную работу. Сегодня вы научились видеть за химической формулой не набор символов, а количественную модель вещества."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены все три задания самостоятельной работы, формулы составлены с правильными индексами, молярные массы и количество вещества вычислены с единицами измерения.
- «4» — верно выполнены два задания из трёх, либо допущена одна вычислительная ошибка при правильной формуле и последовательности решения.
- «3» — верно выполнено не менее одного задания, понятны отдельные шаги алгоритма, но есть ошибки в индексах, молярной массе или выборе формулы.
- Ниже базового уровня — работа требует доработки по алгоритму составления формул и расчёта $n=\frac{m}{M}$.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какой шаг алгоритма составления формулы стал понятен? | Выявление осознанности действий при работе с валентностью. |
Как вы находили молярную массу вещества? | Проверка понимания связи индексов формулы и расчёта $M$. |
На каком этапе самостоятельной работы возникло затруднение? | Выявление точки затруднения: формула, арифметика, единицы или выбор зависимости. |
Какое задание вы готовы выбрать дома: базовое, повышающее или дополнительное? Почему? | Оценка самоопределения и готовности к посильной учебной нагрузке. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы связали валентность, химическую формулу, молярную массу и количество вещества в единый алгоритм. Помните: самая частая ошибка возникает, когда индекс не учитывают при вычислении молярной массы или забывают единицы измерения. Если вы нашли такую ошибку, это не неудача, а ориентир для тренировки. На следующем уроке мы продолжим расчёты по химическим формулам и рассмотрим более сложные цепочки вычислений."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить формулы четырёх бинарных соединений по заданным валентностям и вычислить молярную массу двух веществ из разобранного перечня. | Закрепляет составление формул и учёт индексов при вычислении $M$; проверять правильность индексов и единицы г/моль. |
Средний (повышающий) | Решить 3 задачи: найти молярную массу по формуле, количество вещества по заданной массе и массу по заданным $n$ и $M$; оформить краткую запись, формулу, вычисления и ответ. | Формирует умение выбирать зависимость между $m$, $n$ и $M$; проверять соответствие единиц и реалистичность ответа. |
Продвинутый (дополнительный) | Создать мини-этикетку химического вещества: указать формулу, валентности элементов, молярную массу и рассчитать количество вещества в выбранной массе. Добавить 2–3 предложения о применении вещества. | Развивает творческое применение знаний и объяснение химических расчётов в жизненном или профессиональном контексте. |
