Вычисления по химическим формулам. Массовая доля химического элемента
Цели и задачи
- Цель: к концу урока научиться вычислять относительную молекулярную массу вещества и массовую долю химического элемента в соединении по химической формуле, выражая результат в долях и процентах.
- Сформировать умение определять состав вещества по химической формуле и правильно использовать относительные атомные массы элементов.
- Научиться выполнять вычисления по алгоритму: определить число атомов, найти сумму относительных атомных масс, составить отношение и вычислить массовую долю.
- Развивать умение анализировать условие задачи, выбирать способ решения, работать с таблицей относительных атомных масс и проверять результат.
- Воспитывать аккуратность при записи химических формул, ответственность за результат и интерес к применению химических расчётов в химии и естественно-научных профессиях.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение количественных расчётов для понимания состава веществ и свойств химических соединений.
- Проявляют познавательный интерес к решению химических задач и готовность самостоятельно выбирать уровень задания.
- Понимают важность точности, последовательности и самопроверки при выполнении расчётов.
- Формируют ответственное отношение к совместной фронтальной работе и уважение к обоснованным ответам одноклассников.
Метапредметные
- Извлекают информацию из химической формулы, таблицы относительных атомных масс и электронного задания.
- Планируют решение по предложенному алгоритму, фиксируют промежуточные вычисления и проверяют соответствие результата условию.
- Сравнивают решения, выявляют ошибки в подсчёте атомов и выборе знаменателя.
- Формулируют выводы устно и письменно, используют математические действия с отношениями, дробями и процентами.
- Работают с ЭОР и ИКТ для визуализации алгоритма и оперативной проверки ответа.
Предметные
- Знать определение массовой доли химического элемента в сложном веществе.
- Уметь вычислять относительную молекулярную массу вещества по химической формуле.
- Уметь определять массовое отношение элементов и массовую долю элемента в соединении.
- Уметь выражать массовую долю в виде десятичной дроби и процента.
- Уметь решать задачи по формулам H₂SO₄, CuSO₄, Fe₂O₃, HNO₃ и другим формулам, используя данные источника.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осознают смысл изучаемого алгоритма как способа количественно описать состав вещества.
- Определяют личный уровень готовности к вычислениям и выбирают посильный уровень самостоятельного задания.
- Проявляют познавательную инициативу при объяснении способов решения.
- Оценивают собственный вклад в фронтальную работу класса.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель урока и принимают последовательность действий для её достижения.
- Планируют вычисление по химической формуле, соблюдая порядок операций.
- Сверяют решение с эталоном, находят и исправляют ошибки.
- Оценивают результат по критериям: правильность формулы, вычислений, единиц и вывода.
Познавательные УУД
- Выделяют индексы и определяют число атомов каждого элемента в формуле.
- Суммируют относительные атомные массы и строят математическую модель массовой доли.
- Сравнивают массовую долю одного элемента в разных соединениях.
- Преобразуют информацию из текста задачи в запись «дано — решение — ответ».
- Используют электронную таблицу или интерактивное задание для проверки вычислений.
Коммуникативные УУД
- Формулируют полный устный ответ с объяснением каждого шага.
- Работают во фронтальном режиме: предлагают вычисление, аргументируют ответ, корректируют его после обсуждения.
- Задают уточняющие вопросы о числах атомов, знаменателе и переводе доли в проценты.
- Соблюдают правила уважительного обсуждения различных способов решения.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию или интерактивную доску с определением массовой доли, формулами и пошаговым алгоритмом вычисления.
- Вывести на экран таблицу относительных атомных масс, необходимые для урока значения: H — 1, S — 32, O — 16, Cu — 64, Fe — 56, N — 14.
- Подготовить ЭОР с интерактивными заданиями на выбор формулы, подсчёт атомов и проверку ответа; заранее проверить его работу без подключения к сети.
- Распечатать карточки трёх уровней сложности: по одной карточке на каждого ученика, всего 15 экземпляров при работе класса из 15 человек.
- Подготовить мини-листы «Алгоритм вычисления массовой доли» по одному на парту и отдельный эталон для самопроверки.
- Записать на доске тему урока и формулы $M_r=\sum A_r(элементов)$ и $w(элемента)=\frac{A_r(элемента)\cdot число\ атомов}{M_r(вещества)}$.
- Подготовить проектор, компьютер, интерактивную доску, таймер и маркеры для фронтальной фиксации ответов.
- Подготовить стикеры трёх цветов для рефлексии «Светофор» и небольшие листы для билета на выход.
- Подобрать в учебнике материал по теме и заранее отметить определения, образцы вычислений для H₂SO₄ и задания на массовые доли элементов.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и показать практический смысл вычисления состава вещества.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и проверяет готовность: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, наличие тетради, ручки, учебника и калькулятора или черновика. Сегодня нам понадобятся внимательность и аккуратная запись промежуточных действий. Откройте учебник на теме урока, а на доске найдите формулу H₂SO₄." | Проверяют принадлежности, открывают материал по теме, находят формулу серной кислоты и называют элементы: "Водород, сера, кислород". |
2 мин | Учитель показывает на экране изображение формулы H₂SO₄ и задаёт проблемный вопрос: "Можно ли по одной химической формуле определить, какого элемента в веществе больше по массе? Почему двух атомов водорода может оказаться меньше по массе, чем одного атома серы? Сегодня мы найдём способ ответить на этот вопрос численно." | Формулируют предположения: "Нужно учитывать относительные атомные массы и число атомов"; записывают тему урока. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Формула сообщает не только качественный состав вещества, но и число атомов каждого элемента. Теперь вспомним, как по формуле получить общую относительную массу вещества."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: актуализировать понятия относительной атомной массы, индекса и относительной молекулярной массы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель организует фронтальный опрос: "Что показывает индекс в химической формуле? Сколько атомов каждого элемента содержится в H₂SO₄? Что происходит, если индекс не написан?" Учитель фиксирует ответы на доске и просит одного ученика объяснить запись без индекса. | Отвечают: "Индекс показывает число атомов элемента"; "В H₂SO₄ два атома водорода, один атом серы и четыре атома кислорода"; "Если индекса нет, атом один". |
3 мин | Учитель выводит формулу вычисления: "Чтобы найти относительную молекулярную массу, умножаем относительную атомную массу каждого элемента на число его атомов и складываем результаты. Рассчитаем вместе: $M_r(H_2SO_4)=2\cdot1+1\cdot32+4\cdot16$. Не пропускайте множитель 1 у серы." | В тетрадях выполняют вычисление и проговаривают: "$M_r(H_2SO_4)=2+32+64=98$". |
Запись в тетрадях
$M_r(H_2SO_4)=2\cdot1+32+4\cdot16=98$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы определили общую относительную массу серной кислоты. Но для ответа на вопрос о доле элемента нужно сравнить массу именно этого элемента с общей массой вещества. Сформулируем новый способ вычисления."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Цель этапа: вывести понятие массовой доли элемента и принять алгоритм решения задачи.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на экране условие: "Вычислите массовые доли элементов в серной кислоте H₂SO₄" и задаёт вопросы: "Что нам уже известно? Что нужно найти? С какой общей величиной будем сравнивать массу каждого элемента?" | Определяют: известна формула и относительные атомные массы; найти нужно доли H, S и O; сравнивать нужно с относительной молекулярной массой вещества. |
2 мин | Учитель формулирует определение: "Массовая доля химического элемента в сложном веществе показывает, какая доля от всей массы сложного вещества приходится на массу этого элемента. Запишем обозначение $w$ и составим план: найти $M_r$, найти массу атомов элемента в формуле, разделить на $M_r$, при необходимости умножить на 100 процентов." | Записывают определение и предлагают цель урока: "Научиться вычислять массовую долю элемента по химической формуле и выражать её в процентах". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Цель определена, а теперь проверим алгоритм на полном примере. Я буду выполнять действия на доске, а вы — объяснять, почему каждое из них необходимо."
Этап 4. Открытие нового знания. Алгоритм на примере H₂SO₄ (9 мин)
Цель этапа: совместно вывести и применить алгоритм вычисления массовых долей элементов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует на экране схему из четырёх шагов: "Шаг 1 — вычисляем $M_r$; шаг 2 — определяем массу атомов выбранного элемента; шаг 3 — делим её на $M_r$; шаг 4 — переводим долю в проценты. Для водорода в H₂SO₄ масса атомов равна $2\cdot1=2$. Для серы — $32$, для кислорода — $4\cdot16=64$." | Переписывают алгоритм, подчёркивают индексы в формуле, называют массы атомов: "Водород — 2, сера — 32, кислород — 64". |
3 мин | Учитель решает первый случай: "Массовая доля водорода равна отношению массы атомов водорода к массе всей серной кислоты: $w(H)=\frac{2}{98}=0,0204$, или $2,04\%$. Обратите внимание: доля меньше единицы, процент получается после умножения на 100%." | Записывают вычисление, объясняют переход: "$0,0204\cdot100\%=2,04\%$". |
3 мин | Учитель предлагает закончить два вычисления фронтально: "Теперь по тому же алгоритму найдём доли серы и кислорода. Сначала назовите числитель, затем выполните деление и округлите результат до сотых процента." | Выполняют на доске и в тетрадях: $w(S)=\frac{32}{98}=0,3265=32,65\%$; $w(O)=\frac{64}{98}=0,6531=65,31\%$. Формулируют проверку: "Сумма примерно равна 100%". |
Запись в тетрадях
$w(H)=\frac{2\cdot1}{98}=0,0204=2,04\%$; $w(S)=\frac{32}{98}=0,3265=32,65\%$; $w(O)=\frac{4\cdot16}{98}=0,6531=65,31\%$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Алгоритм работает одинаково для любого элемента: меняется только числитель, а знаменателем остаётся относительная молекулярная масса всего вещества. Сейчас проверим, насколько уверенно вы умеете применять его к другим формулам."
Этап 5. Первичное закрепление с использованием ЭОР и ИКТ (7 мин)
Цель этапа: закрепить различие между относительной молекулярной массой, массовым отношением и массовой долей.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель запускает на интерактивной доске ЭОР с заданием на соответствие: "Соотнесите формулу и массовое отношение элементов. Для H₂SO₄ сначала назовите произведения 2·1, 1·32 и 4·16. Затем уберите общий множитель, если он есть." | По очереди выбирают ответы в ЭОР и объясняют: "Для H₂SO₄ массовое отношение H:S:O равно 2:32:64, после деления на 2 — 1:16:32". |
2 мин | Учитель показывает задание: "Вычислите $M_r(CuSO_4)$, используя значения Cu — 64, S — 32, O — 16. Запишите все множители, связанные с индексами." | Работают фронтально: "$M_r(CuSO_4)=64+32+4\cdot16=160$". |
2 мин | Учитель предлагает ЭОР-тест: "Выберите верное утверждение: массовая доля элемента равна отношению массы элемента к массе вещества; сумма массовых долей элементов примерно равна 100%; знаменателем всегда служит масса выбранного элемента." Обсуждает последний вариант как ошибочный. | Выбирают первые два утверждения, объясняют ошибку: "Знаменателем является масса всего вещества, то есть $M_r$ соединения". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы научились считать общую массу вещества и долю отдельного элемента. Теперь каждый самостоятельно выберет карточку и покажет полный ход решения, а не только итоговое число."
Этап 6. Самостоятельная работа с дифференциацией и самопроверкой (10 мин)
Цель этапа: диагностировать самостоятельное владение алгоритмом на заданиях трёх уровней сложности.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней: "Выберите уровень, на котором сможете показать точное решение. Базовый уровень обязателен, средний требует двух массовых долей, продвинутый включает анализ состава или обратную задачу. Записывайте формулу, вычисление $M_r$, числитель, дробь, процент и ответ." | Выбирают карточку, подписывают её и знакомятся с критериями проверки. |
6 мин | Учитель наблюдает, задаёт уточняющие вопросы: "Какой индекс относится к кислороду? Что является знаменателем? Почему в числителе появился множитель 3? Проверяйте, не потеряли ли вы единицу у элемента без индекса." Учитель не сообщает ответ, а направляет к алгоритму. | Решают выбранное задание. Базовый уровень: находят $M_r(Fe_2O_3)$ и массовые доли Fe и O. Средний уровень: находят массовые доли элементов в $HNO_3$. Продвинутый уровень: сравнивают массовую долю серы в $SO_2$ и $SO_3$ и делают вывод. |
3 мин | Учитель выводит на экран эталоны: "$M_r(Fe_2O_3)=2\cdot56+3\cdot16=160$; $w(Fe)=\frac{112}{160}=70\%$; $w(O)=\frac{48}{160}=30\%$. Для $HNO_3$: $M_r=1+14+3\cdot16=63$, $w(N)=\frac{14}{63}\approx22,22\%$." Для продвинутого задания сообщает: "$w(S)$ в $SO_2=\frac{32}{64}=50\%$, в $SO_3=\frac{32}{80}=40\%$." | Сверяют каждую строку с эталоном, выделяют место ошибки, исправляют вычисления другим цветом и ставят себе отметку по критериям. |
Эталон решения
Для $Fe_2O_3$: 1) определяем число атомов: 2 Fe и 3 O; 2) $M_r=2\cdot56+3\cdot16=160$; 3) масса Fe в формуле $2\cdot56=112$, масса O — $3\cdot16=48$; 4) $w(Fe)=112/160=0,70=70\%$, $w(O)=48/160=0,30=30\%$; 5) проверка: $70\%+30\%=100\%$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что главное затруднение возникает не в делении, а в правильном чтении индексов и выборе числителя. Исправьте последнюю неточность, если она есть, и сформулируйте, какое правило поможет не повторить её."
Этап 7. Рефлексия, подведение итогов и домашнее задание (7 мин)
Цель этапа: осознать освоенный алгоритм, выявить затруднения и определить содержание домашней работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит рефлексию «Светофор»: "Поднимите зелёный стикер, если можете самостоятельно вычислить массовую долю по формуле; жёлтый — если нужен образец; красный — если пока трудно определить числитель или знаменатель. Один-два ученика поясните свой выбор." | Поднимают стикеры, формулируют: "Я умею находить $M_r$, но иногда ошибаюсь при переводе в проценты" или "Мне нужно ещё раз потренироваться на индексах". |
2 мин | Учитель предлагает билет на выход: "За одну минуту ответьте письменно: 1) что показывает массовая доля элемента; 2) какой алгоритм решения вы запомнили; 3) почему сумма массовых долей элементов примерно равна 100%?" | Заполняют билет на выход тремя краткими ответами и сдают его при выходе. |
3 мин | Учитель объясняет домашнее задание: "Выберите уровень, но сначала проверьте, что понимаете обязательный алгоритм. В каждом решении должны быть химическая формула, $M_r$, вычисление массы выбранного элемента, дробь или процент и вывод. Используйте материал учебника по теме и не переписывайте только ответы." | Записывают выбранный уровень и контрольные вопросы, задают уточняющие вопросы по формату записи. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня мы связали химическую формулу с количественным составом вещества: научились находить относительную молекулярную массу и массовую долю элемента. По билетам на выход я определю, кому на следующем уроке понадобится дополнительный образец. Проверьте принадлежности и сдайте листы."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены все действия выбранного задания, правильно определены индексы и $M_r$, массовые доли выражены в долях и процентах, приведён содержательный вывод и выполнена проверка суммы долей.
- «4» — алгоритм выбран правильно, но допущена одна вычислительная ошибка или неточность округления, не повлиявшая на понимание способа решения.
- «3» — правильно записана формула и начаты вычисления, но допущены две ошибки в подсчёте атомов, знаменателе или переводе доли в проценты; решение требует коррекции по эталону.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что показывает массовая доля химического элемента в сложном веществе? | Проверка понимания определения и смысла отношения. |
Какой шаг алгоритма оказался для вас самым важным или самым трудным? | Выявление точек затруднения в последовательности решения. |
Почему в знаменателе стоит относительная молекулярная масса всего вещества? | Проверка понимания математической модели массовой доли. |
Как вы проверили правильность своего ответа? | Выявление сформированности навыка самоконтроля. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы научились читать химическую формулу количественно: учитывать индексы, вычислять относительную молекулярную массу и находить массовую долю элемента. Самая частая ошибка — забыть индекс или принять массу выбранного элемента за массу всего вещества. Проверяйте решение по алгоритму и по сумме массовых долей. На следующем уроке мы продолжим использовать количественный состав соединений и рассмотрим более сложные расчёты по химическим формулам.»
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Выполнить 3 задачи по образцу с H₂SO₄: вычислить относительную молекулярную массу и массовые доли указанных элементов в формулах CuSO₄, Fe₂O₃ и HNO₃. В каждом решении записать все промежуточные действия. | Закрепляет чтение индексов и базовый алгоритм; при проверке смотреть на правильность $M_r$, числителя и перевода доли в проценты. |
Средний (повышающий) | Выполнить 4 задачи на вычисление массовых долей элементов в предложенных учителем формулах, включая две формулы с индексами у нескольких элементов. Для каждого вещества выполнить проверку суммы долей. | Формирует устойчивое применение алгоритма и навык самоконтроля; при проверке смотреть на полноту вывода и разумность округления. |
Продвинутый (дополнительный) | Решить 2 задачи: сравнить массовую долю серы в SO₂ и SO₃; по массовым долям натрия 29,1%, серы 40,51% и кислорода 30,38% объяснить, как можно установить простейшую формулу вещества. | Развивает анализ, сравнение и применение обратного способа рассуждения; при проверке оценивать обоснование, а не только конечную формулу. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Как найти $M_r$ по формуле? Что является числителем и знаменателем при вычислении $w$? Как перевести долю, записанную десятичной дробью, в проценты? Какая проверка помогает обнаружить ошибку?»
