Люсила Цанкова Емилия Лазарова Нели Гетова Георги Коцев ГЕОГРАФИЯ И ИКОНОМИКА Книга за учителя

Препис

1 Люсила Цанкова Емилия Лазарова Нели Гетова Георги Коцев ГЕОГРАФИЯ И ИКОНОМИКА Книга за учителя

2 Лиляна Боянова Красимир Николов Емилия Тодорова Ивайло Ушагелов ХИМИЯ И ОПАЗВАНЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА Книга за учителя ПРОСВЕТА София 1

3 Лиляна Боянова Йорданова, Красимир Йорданов Николов, Емилия Стефанова Тодорова, Ивайло Стоянов Ушагелов, 2019 г. Антония Михайлова Мечкуева художник на поредицата на корица, 2019 г. Бояна Иванова Павлова художник на графичния дизайн, 2019 г. Вихра Борисова Янчева художник на корицата, 2019 г. Просвета София АД, всички права запазени. ISBN

4 Уважаеми колеги, Настоящите методически насоки отразяват вижданията на нашия авторски колектив за организацията на учебно-възпитателния процес по химия и опазване на околната среда, който е съобразен, от една страна, с Учебната програма по химия и опазване на околната среда за 10. клас (общообразователна подготовка) Приложение 9 на МОН, а от друга, със съставения въз основа на нея учебник. Обща характеристика на учебната програма Тъй като в основата на учебника, както и на организацията на учебния процес стои учебната програма [12], ще се спрем бегло на онези моменти в нея, които се очертават като водещи в обучението и възпитанието на учениците от 10. клас. Учебната програма по химия и опазване на околната среда за 10. клас (общообразователна подготовка) отразява водещите идеи при изучаването на предмета в последния клас от задължителната подготовка на учениците в края на първия гимназиален етап. И именно поради факта, че е финална година на този етап, е важно да се доизгради светогледът на учащите се върху природните науки и технологии, осигуряващи природонаучната грамотност, необходима на младите хора за тяхното образование и реализация в съвременното общество. Какво съдържание задава учебната програма? Преди всичко в този документ на МОН са уточнени изискванията за усвояване на основни знания за химичните процеси за тяхната същност, класификация, скорост, обратимост и свързаното с нея химично равновесие, за топлинните ефекти, които ги съпровождат, за химичните реакции във водни разтвори и приложението им. Определено място е отделено на разтворите, по-точно, на истинските разтвори с обща характеристика на процесите на разтваряне, видовете разтвори и общите свойства, които проявяват. С класификацията на веществата и процесите се цели да се допълнят и най-вече да се обобщят и систематизират знанията, придобити в курса на обучение през първия гимназиален етап. За първи път в курса на обучение се предвижда изучаването на темата Материали, като се подчертава връзката им с веществата и приложението им в практиката. Тук се отбелязва специалното изискване към организацията на учебния процес, което е свързано с формирането на умения за подбор на материали във връзка с потребностите на практиката и качеството на изделията, които се изработват от тях. Естествено, подчертано е мястото в системата знания на новите материали, на композитите и нанокомпозитните материали и тяхното значение. В процесуално отношение изискванията са с акцент на практическа дейност на учениците. Тя включва както лабораторни упражнения, така и разработване на проекти, подготовка за участие в семинари, дискусии, дебати, учебни екскурзии и др. Делът на тази практическа дейност на учениците е увеличен. Според документа на МОН тя следва да заеме не по-малко от 28% от учебното време. Това определя и значително по-големия брой лабораторни занятия в сравнение с по-долните класове. Освен това изискването към характера на работата на учениците в лабораторните занятия, както и в по-долните класове, се свързва с планиране и провеждане на експерименти, обработване и представяне на резултати, съставяне на протоколи. Така учащите се извършват дейност, която се доближава до работата, извършвана от лаборант в химическа лаборатория. Дейността е творческа, в определени случаи и изследователска, формират се умения за обясняване на процеси и явления, разкриват се причинно-следствени връзки и подходи за използване на научни данни и доказателства. 3

5 За подготовката на занятия, в които се представят проекти, провеждат се дискусии и дебати, се изисква учениците да използват различни източници и да извличат полезната информация от тях, да я обработят и да я представят по подходящ начин, да защитят собствената си позиция, като представят доказателства и факти. По същество подобна дейност представлява също елемент на творческа и бихме казали, изследователска работа. За успешното изпълнение на програмата, реализирана като учебен процес, се залага на добрата научна подготовка на учителя, съчетана с прилагането на съвременни форми, методи и подходи при организиране на учебния процес, с активното включване на елементи на изследователския и проблемния подход, с използването на информационно-комуникационните технологии. Тук от особено значение са компетентността, методическият усет и подготовката на учителя, изборът му на стратегия и организация на дейността на учениците, уменията му да ръководи беседата или дискусията, да насочва спора, да извлича правилните заключения и изводи, като подчертава връзките и зависимостите. В програмата се обръща особено внимание на експерименталната страна на химията и във връзка с това се изисква да се използват всички възможности на лабораторния, демонстрационния и домашния експеримент, съчетано с изискванията за планиране на експеримента, обработка на данните и отразяването им в протокол. Специално място е отделено на ключовите компетентности, които курсът по ХООС трябва да съдейства да се изградят у десетокласниците. На първо място, това са математическите компетентности и компетентностите, които се постигат в областта на природните науки и технологии. Те са свързани с: осмисляне на основни понятия и закономерности при изучаване на факторите, влияещи върху скоростта на химичните реакии и върху химичното равновесие; владеене на химичната символика при означаване на вещества и изразяване на химични реакции; изчисляване на молна концентрация и масова част в химични системи; сравняване на данни, разпознаване, моделиране, класифициране, извършване на химични експерименти и др.; съставяне и използване на таблици, схеми, графики, диаграми и извеждане на зависимости; изследване на вещества и процеси, като се спазва техниката за безопасност, анализ на данните, обобщаване на резултатите в изводи и приложението им в практиката; използване на данни за физиологичното действие на веществата; оценяване на екологични проблеми и екологичен риск след анализ на придобита информация; подготовка, участие и защита на позиция при провеждане на дискусии, дебати и други организационни форми. Друга група умения са тези, свързани с подкрепа на устойчивото развитие и здравословния начин на живот. Тук трябва да отбележим оценяването на въздействието на вещества и процеси върху здравето на човека, формирането на отношение и нагласа за природосъобразен начин на живот, разумното използване на природните ресурси, рециклирането на отпадъците, осъзнаването на личната отговорност за опазването на околната среда и др. Отбелязани са и уменията за учене, компетентностите в областта на българския език и дигиталните технологии, социалните и гражданските компетентности. Последните акцентират върху защита на позиция, приемане на чуждо мнение, толерантност и критично отношение и др. [12] 4

6 В програмата са отбелязани областите на междупредметните връзки с учебните предмети от хуманитарния и природонаучния цикъл, използването на които подпомага постигането на поставените цели и в частност, изграждането на определени компетентности. В заключение ще отбележим, че с учебната програма се задават изисквания както за придобиване на нови знания, така и за обобщаване, разширяване и задълбочаване на знанията на учениците за веществата, свойствата на разтворите и химичните процеси, за връзката им с практиката и за активното участие на учащите се в творческия познавателен процес, при използване на възможностите на междупредметни връзки с цел формиране на ценни компетенции. Обща характеристика на учебника Според програмата по химия и опазване на околната среда в 10. клас учениците трябва да придобият основни знания и да формират умения, свързани с: характеристики на химичните процеси с акценти върху енергетичните промени при химичните процеси, скоростта на химичните процеси и химичното равновесие; разтвори и химични реакции във водни разтвори раздел, който включва: свойства на разтворите; водни разтвори на електролити и неелектролити; химични реакции между водни разтвори на електролити и окислително-редукционни процеси в разтвори; класификация на веществата; приложни аспекти на химията в областта на материалите с изучаване на класификацията в следните три групи: метали и сплави, силикатни материали стъкло и керамика, и органични полимерни материали; опазване на околната среда с два акцента: замърсители на въздуха, водата и почвата и човешката дейност и опазването на околната среда. Структурата на учебника за 10. клас съответства на зададената в учебната програма. Първият урок е посветен на понятието химични процеси. Темата има за цел да припомни същността и видовете химични процеси, условията и признаците за протичането им. Реализирали сме го въз основа на познати и изучени процеси и факти. Наред с това сме включили и понятието химична система, използвано и в предишните класове, но по-скоро в контекста на изучавания обект. Разкриването на съдържанието на това понятие е важно, тъй като е основно, особено за природните науки, и се използва при разглеждането на учебното съдържание в следващите раздели. Характеристики на химичните процеси е заглавието на първия раздел. Няколко са водещите понятия. Първото е топлинен ефект на химична реакция. С темата са свързани изучаването на закона на Хес и темата Горива с акценти върху опазването на околната среда и енергийната ефективност. Тъй като понятията енталпия и вътрешна енергия не са предвидени да се изучават на този етап, обясненията при изясняване на топлинния ефект се свързват с количество топлина (количеството топлина, което се отделя или поглъща при протичането на дадена химична реакция), като се подчертават енергетичните промени в системите. Законът на Хес е разгледан като частен случай на всеобщия закон за запазване на енергията. Така се съдейства и за светогледното възпитание на учениците. Второто водещо понятие е скорост на химичните реакции. То е ключово в химичната кинетика. Тук се разглеждат факторите, оказващи влияние на химичните реакции. Самостоятелно място заемат катализата и катализаторите. Отделен е и един час за работа по проекти. Третото основно понятие е химично равновесие. То е характеризирано с постоянството в свойствата на системата и с изравняването на скоростите на правата и обратната 5

7 реакция при постоянни условия. Разгледани са особеностите на химичното равновесие и факторите, които му оказват влияние, и във връзка с тях е въведен принципът на Льо Шателие Браун. В урока са илюстрирани и двата подхода за въвеждане на материала: извеждане на общите закономерности и принципа на Льо Шателие Браун въз основа на експериментални данни и прилагане на принципа при обсъждане на конкретни системи. Като тема, чрез която учениците могат да затвърдят и приложат знанията си от раздела, предлагаме темата Синтез на амоняк работа по проекти. Разтвори и химични реакции във водни разтвори е заглавието на втория раздел. За разлика от предишни учебни програми, в които разтворите се разглеждат на фона на дисперсни системи, в настоящата програма понятието дисперсна система не е включено. Това освобождава авторите на учебници от грешката да разглеждат разтворите като дисперсни системи. [8] Но едновременно с това не е предвидено изучаването на колоиди, което намираме, че е пропуск в настоящата програма. Опорните знания при разглеждането на разтворите са: изясняване на разтварянето като процес, в който се включва разграждането на кристалната решетка, солватация на получените частици и предвижването им в разтвора. За обяснение на същността на разтварянето, разбира се, е добре да се използват енталпийният и ентропийният фактор [8, 9 и др.], но предвиденото ниво на разглеждане не го позволява. Ето защо при изясняването на същността на процеса освен характеристика на взаимодействието между частиците в кристалната решетка с тези на разтворителя, характеристика на енергията на напускането на кристала, на солватацията на частиците и преминаването им в разтвора е добре да се обърне внимание, че при разтварянето на дадено вещество частиците му преминават от по-подредено към по-неподредено състояние, което е по-изгодно за тях. Отделя се внимание и на топлинния ефект на процеса. Трябва да отбележим, че самият процес на разтваряне също не се разглежда достатъчно пълно. Така например почти не става въпрос за разтварянето на газовете. Бегло са припомнени молната концентрация на разтворите и изразяването на състава на разтворите чрез масовата част на разтвореното вещество. Отбелязват се видовете разтвори, факторите, които оказват влияние на процеса, и кривите на разтворимост. При изясняване на свойствата на разтворите парно налягане и свързаните с него температура на топене и температура на кипене, дифузия и осмоза, отново възникват проблеми при обясненията. Тази част от раздела също завършва със занятие, което предвиждаме да протече под формата на работа по проекти на тема Въздухът и водата като разтвори. Тук следва да се обсъдят въздухът и водата като смеси. В изложението на темата сме насочили усилията си към това да поставим учениците в ситуации да преценяват ролята на човешката дейност за замърсяването и опазването на околната среда. В заключение ще отбележим, че много задълбочено изясняване на темите, свързани с разтворите, не е зададено в документа на Министерството. По-скоро изучаването им е предвидено да стане на едно по-описателно, фактологично ниво. В този раздел се разглеждат и химичните реакции във водни разтвори. Логиката на разглеждането на материала е: характеристика на веществата: киселини, основи и соли, и изучаване на химични процеси със и без преход на електрони. Основно понятие във връзка с изучаването на веществата е електролитна дисоциация. Темата е изложена класически характеристика на електролити и неелектролити; механизъм на електролитната дисоциация на вещества с йонен и с молекулен строеж и видове йони. По-нататък вниманието се насочва към електролитите, като се описват свойството електропроводимост, степен на електролитна дисоциация, сила на електролита и водата като слаб електролит. Разглеждането на водата като слаб електролит е особено важно предвид по-късното изясняване на рн на разтворите, както и при изучаването на химичните процеси. 6

8 От електролитите в един урок сме обединили киселини и основи. Основание за това са немалкият брой изучени киселини и основи, чиито свойства са добре познати на учениците. Сега обаче те се характеризират от гледна точка на електролитната им дисоциация. Изясняват се понятията основност при киселините и валентност при основите. Специално място има разкриването на смисъла на рн на разтворите. Акцентът е върху връзката на рн на разтворите и оценката на киселинността (алкалността) на дадена среда. Тук сме предвидили и обсъждането на темата Жизнените процеси и рн на средата. Темата е от особено значение във връзка с характеризирането на киселинно-основните процеси в живите организми и режима на хранене. От електролитите солите са веществата, които системно не са изучавани, макар че успоредно със свойствата на елементите и съединенията, които те образуват, се е натрупал доста фактологически материал. С цел да се обобщят и систематизират занията и да се изучат от позициите на разглеждането им като електролити, те заемат самостоятелно място в учебника. Логиката на изучаването им е: строеж и физични свойства, солите като електролити и във връзка с това видове соли и химични свойства на солите. Бегло сме се спрели и на значението и употребата им. Обобщавайки тези знания, учениците се убеждават в общността на закономерностите, които произтичат от принадлежността на едно вещество към даден клас съединения, и свойствата и отнасянията, които се предопределят от състава и строежа му. Химичните реакции при електролитите се разглеждат в последователност: реакции без преход на електрони и хидролизата като вид процес и реакции с преход на електрони. Йонообменните процеси са представени, като се следва традиционен подход опит, изразяване на протеклите процеси и обяснение на причината за протичането им. И колкото и елементарна да изглежда, това е материя, която бавно и трудно се овладява от учениците. Ето защо сме предвидили и час за затвърдяване. Хидролизата на солите също е една непозната за учениците тема и обикновено ги затруднява. Затова тя присъства самостоятелно, а и лабораторното упражнение към раздела сме посветили на този процес. Разглеждането на окислително-редукционните процеси е предшествано от въвеждане на степен на окисление в следната последователност: дефиниране на величината при съединения с ковалентна и с йонна връзка, нейното означаване и изчисляване. Илюстрирали сме и двата подхода за определяне на степента на окисление на елемент в негово съединение: като алгебричен сбор от степените на окисление на всички атоми в съединението (или сложния йон), който е равен на нула (съответно на заряда на йона), и с използване на структурни формули. Темата Окислително-редукционни процеси е представена в последователността: същност на окислително-редукционните процеси, окислители и редуктори и характеристика на окислителните и редукционните свойства на елементите по периодична таблица. Следващата важна тема е за извеждане на реда на относителната активност на металите и мястото на водорода в този ред. Значението на тази тема, свързано с предвиждането на окси-редукционни процеси и свойства на металите, е добре познато и има утвърдена методика за неговото изучаване. Но при прилагането му в определени случаи учениците срещат затруднения и не се справят със задачи, свързани със свойствата на металите и взаимодействието им с киселини. Темата Електролиза, макар и в по-съкратен вид, сме включили не само за да се затвърдят знанията на учениците за окислително-редукционните процеси, но и от гледна точка на връзката ѝ с практиката. Последователно сме разгледали електролизата на стопилка на сол и електролизата на воден разтвор на сол. Така учениците не само прилагат знанията си за ред на активностите на металите, но и преценяват окислителните и редукционните процеси, които протичат на електродите. Проблемите с нанасянето на метални 7

9 покрития, пречистването на метали чрез електролиза, галванични елементи и акумулатори сме оставили за изучаване под формата на семинар, където в зависимост от района и вида на училището може да се отдели повече или по-малко време. Темата е удобна и за провеждане на екскурзия до промишлен обект след предварително запознаване със същността на всеки от процесите. Както се вижда, първият и вторият раздел в учебника, които са свързани с разкриването на същностни процеси, се нуждаят от особено внимание, тъй като чрез материята се изграждат базисни знания, формират се светоглед и метод на познание и се обясняват процеси, протичащи в природата, в живите организми и в практиката. Третият раздел е Класификация на химичните процеси и на веществата. В действителност подобна класификация е извършвана периодично във всеки от предишните класове. В 10. клас обаче класификацията има за цел да погледне химичните процеси и веществата от птичи поглед, възможно най-системно. За целта сме предвидили 6 учебни часа. Най-напред сме отделили място на Видове химични процеси 2 часа с упражнение. Следващата тема е Класове неорганични вещества също 2 часа, и накрая Класове органични вещества. Така се постига обобщаване на знанията на учениците с прилагане на изучените теории в заключителния задължителен 10. клас. Следващият, четвърти раздел Приложни аспекти на химията в областта на материалите, по същество третира непознато за учениците учебно съдържание. Тук в специален урок Материали се въвежда новото понятие, обсъждат се класификацията и изборът на материали. Става дума и за наноматериалите обект, който е любопитен за учениците и допълва знанията им за вещества и смеси. Чрез този урок се задава и основната структура на раздела. Материалите се разглеждат в три групи: метали и сплави, силикатни материали, органични полимерни материали. Първият от уроците в раздела е Металите и сплавите като материали. Веднага трябва да подчертаем, че тук центровете са няколко. Преди всичко поради това, че се разглеждат само някои метали от Б групите, се налага да се направи характеристика на строежа на атомите на тези елементи. За основа е използван четвърти период. Вторият акцент е понятието сплави разгледано за преобладаващите сплави като твърд разтвор със структура на металите метална кристална решетка и физични свойства, подобни на свойствата на металите, но понякога съществено различаващи се от тях. И разбира се, третият център в урока е характеризирането им като материали. След този въвеждащ урок предвиждаме три часа за изучаване на конкретни, посочени в програмата метали, а именно желязо, мед и цинк. Предлагаме занятията да се проведат на основата на самостоятелна познавателна дейност на учениците, като предварително се подготвят за часовете по поставени от учителя задания. Ние предлагаме и за учителя, и за учениците примерно учебно съдържание в рубриката В помощ на ученика, което те да използват при подготовката на урока. Освен това сме разработили и за двата урока примерни задачи, които преподавателите могат да използват при подготовката на часовете. Предлаганата от нас организация на учебния процес в никакъв случай не трябва да се разглежда като задължителна. Но тъй като учениците имат достатъчно познания как да използват периодичната таблица при изучаването на химичните елементи, а и доста познания от практиката за посочените метали и най-сетне, в изпълнение на заданието в програмата за преобладаващо присъствие на ученика в организирането и провеждането на учебния процес, намираме, че подобна организация е не само възможна, но и напълно по силите на учителите и учениците. В текстовете сме си позволили достатъчно количество информация и за сплавите на тези метали и тяхното използване като материали. Разбира се, че не бива от учениците да се изискват големи подробности, но е полезно да знаят за 8

10 обща култура общите закономерности за приложението на металите и съответстващите им сплави и като познания, които може да са им необходими в практиката. За темата Силикатни материали. Стъкло и керамика сме отделили един учебен час. Тя е сравнително лека и приятна и много близко до всекидневието на хората. Изложена е също в посока на приложната страна на силикатните материали. Чрез частта Полимерни строителни материали се допълват знанията на учениците по органична химия. Освен на понятията високомолекулни съединения, полимери и пластмаси в тази част се обръща внимание и на ползите и вредите, които те причиняват. Обсъждат се проблемите на използването им като материали. Предвиждаме разработеният материал Свят със и без пластмаси да се проведе като дебат. Подробно е разписана организацията на самото занятие. Наред с фактологическия материал поставяме и някои основни въпроси, по които може да се организира дебатът. Следват темите Каучук и Естествени и химични влакна. Опазване на околната среда е последният раздел в учебника. Състои се само от три занятия, които обаче може да се организират и в повече часове, ако са останали от творческия резерв на учителя. Концентрирали сме обсъждането около темата Околната среда и ние под формата на семинар и второто занятие под същата тема като решаване на казуси. Последното занятие е Анализ на води. Предвиждаме то да протече под формата на екскурзия, предшествана от практическа дейност на учащите се на етапа на подготовката на екскурзията. Но подобна организация не е задължителна. И за тази форма на организация на учебния процес сме разписали подробна организация, която, смятаме, ще облекчи учителя при организирането на занятието. В случай че няма подходяща химическа лаборатория в близост до населеното място, темата може да бъде променена, но изискването за запознаване на учениците с анализа на води присъства в учебната програма. Това налага учителят да намери подходяща организация и да запознае учениците (чрез филм или с други екранни средства) със съдържанието на темата. Това има не само образователно, но и възпитателно значение от гледна точка на проблемите за замърсяването на природните водоизточници и икономията на вода. Характеристиката на съдържанието на учебника изисква да отбележим и че при изучаването на темите сме се опитали да търсим приложната страна на темата, връзката на изучавания обект с практиката, значението на веществата и въздействието им върху околната среда и здравето на човека, активната позиция на човека в съхраняването на природата. За да подпомогнем учениците в подготовката им, в учебника сме поместили специални текстове, чрез които поставяме важни според нас акценти в темите. Но разбира се, не бива да се разчита само на тези текстове. Добре е да се използват и вплитат и актуални теми, което прави всеки час уникален. Един час е предвиден за изчислителни задачи, тъй като съдържанието е познато на учениците. Но този материал намира място и при решаването на експериментални задачи, както и в някои упражнения и уроци за обобщения на знанията. С цел доосмисляне и затвърдяване на основни зависимости, към всеки раздел има разработени уроци упражнения. Като правило, в тези часове се систематизират знанията, често се съставят схеми и са включени различни по вид, по степен на сложност и характер задачи. В това число на места са включени и експериментални задачи. Вече бе отбелязано, че лабораторната работа заема значително място в учебната програма. Ние сме разработили към всеки раздел по едно, а на места и повече лабораторни упражнения. Общият им брой е осем. Освен това в редица упражнения предвиждаме наред с решаването на логически задачи учениците да решават и подходящи експериментални. Друга особеност на задачите за лабораторните упражнения е, че те са с една степен на по-високо ниво и като организация, и като задание, и като разнообразие от дейности. 9

11 На места сме оставили учениците да планират в детайли работата си, да набират резултати, да оформят протоколи. Подчертавали сме операциите, които задължително трябва да изпълнят, за да изградят определени умения за експериментална дейност. Разчитаме и на анализа на конкретните резултати. В определени случаи се ползват данни от графики или се извършват пресмятания, за да се вземат определени решения. Авторският колектив предлага в учебника примерни задачи за входящ и изходящ контрол. Към всеки раздел сме представили и изискванията по отношение на знанията и уменията, т.е. какво ученикът трябва да знае и да може след изучаването на дадения материал, така че не само учителят, а и учениците, а при желание и родителите, да могат да се запознаят с тях. Те изцяло са подчинени на уточнените в учебната програма изисквания. Веднага след това е поместен набор от задачи за самоконтрол. 12 от задачите изискват изборен отговор, а останалите (най-често 3) са с отворен отговор. Предложено е точкуване съобразно сложността им, което позволява учениците сами да определят точките си и съответната оценка. От изложеното по-горе личи, че при разработването на учебника авторският колектив като цяло се е съобразил със зададеното ниво на знания, умения и отношения, които учащите се трябва да придобият съобразно учебната програма. В учебника се работи само с уточнените основни понятия, процеси и закономерности, което гарантира зададеното от МОН ниво на изучаване на материала. Основното ни старание е свързано с уточняване на подходите за тяхното въвеждане, познаване и осмисляне. В отделни случаи сме се опитали да използваме познати на учениците от математиката действия и формули. При разработването на уроците сме използвали добрите традиции на нашето училище, личен опит, както и съвременни практики на преподаване на предмета. При разкриването на новия материал при възможност сме се опирали на данните от химичен експеримент най-често демонстрационен, но също така и мисловен или подробно описан и добре илюстриран. Съдържанието на уроците позволява да се прилагат и съчетават традиционни и съвременни форми, методи и подходи при организирането на учебния процес. Едновременно с това съдържанието задава подход на организиране на учебната дейност, който позволява да се използват причинно-следствени връзки, поставяне на ученика в ситуация да анализира и прави заключения, да използва теоретичните си знания при обясняването на конкретни проблеми, задачи или казуси. Освен нивото на лабораторната работа смятаме, че задаваме и друго ниво и разнообразие при провеждането на занятия с активното участие на учениците семинари, представяне на проекти, дискусии, диспути, решаване на казуси, както и учебни екскурзии. Чрез конкретни факти сме се стремили да съдействаме за формирането на критично отношение към замърсяването на околната среда, осъзнаване на необходимостта от разумно използване на природните ресурси и рециклиране на отпадъците, разбиране на личната отговорност за опазването на собственото здраве и природната среда. Заслужават внимание предложените схеми, както и таблиците, които служат за обобщаване и систематизиране на знанията. Илюстративният материал е свързан добре с учебното съдържание и подпомата изясняването му. В края на всеки урок е изведена есенцията на темата в рубриката Запомнете найважното. Поместени са и въпроси и задачи, целящи затвърдяване на новия материал. Езикът и стилът на учебника са леки, текстът е четивен. Илюстриран е с достатъчно снимков материал, примери, схеми и таблици. Маниерът на изложение на съдържанието прави учебника достъпен за учениците. Нивото на разглеждане е съобразено със зададеното в учебната програма. 10

12 Характеристика на електронния вариант на учебника Електронният вариант на учебника включва изцяло книжното тяло. Освен това са поместени допълнителни задачи. Предложени са и клипчета, които учениците могат да разглеждат и анализират по време на самоподготовката си. Те може да бъдат използвани и по време на часа, в различни етапи от урока. Тестовите задачи с изборен отговор са разработени с компютърна оценка и коментар. Допълнителните текстове имат за цел да разширят знанията на учениците, както и да им бъдат в помощ при разработването на проекти. Надяваме се, че повечето от решенията в учебника ще допаднат на учителската колегия. Ще бъдем много благодарни на всекиго, който с конкретни предложения би съдействал за по-нататъшното им подобряване. Предоставяме ви следнитe имейл адреси за комуникация: доц. д-р Лиляна Боянова Красимир Николов Емилия Тодорова Ивайло Ушагелов 11

13 МЕТОДИЧЕСКИ ИДЕИ ЗА НЯКОИ ТЕМИ По-долу ще представим нашето виждане за изучаването на някои от темите, застъпени в курса. Тъй като организацията на: семинарните занятия, работата по проекти, уроците дискусии, диспутите, решаването на казуси, урока екскурзия, е заложена в текстовете на самите уроци, разработени в учебника, те няма да бъдат обект на настоящото изложение. На методиката на организация на уроците упражнения също няма да се спираме, тъй като в тях основното съдържание, което смятаме за полезно да се упражни и затвърди, е представено чрез формулираните задачи, а методиката на организация на този тип занятия е традиционна. Организацията и провеждането на лабораторните упражнения по ХООС в 10. клас протичат както в по-долните класове. Тук обаче степента на самостоятелност на учениците е по-голяма. Тъй като в съставянето на протокола не предвиждаме да присъстват нови елементи, смятаме, че учениците притежават и знания, и опит в оформлението му. Ще акцентираме само на някои моменти в този тип занятия, които, без съмнение, са добре познати, но са важни с оглед организацията на урока. Важен е първият етап от часа. След приемането на класа учителят определя работните места на учениците, по колко ученици ще работят на всяко от тях, изисква да приберат ненужните вещи и да оставят само помощните материали. Тук е добре да уточним, че задачите в учебника са примерни и всеки учител може да включи допълнителни задачи или да намали броя на поместените. По преценка на учителя може да се разработят работни листове с адаптирани за учениците задачи. Задачите трябва да са съобразени с конкретните възможности на учениците и базата в лабораторията (кабинета по химия). Доколкото лабораторната работа е вид упражнение, може да се възложи на учениците предварително, в домашни условия, да се запознаят със задачите и да подготвят протокол, който ще попълнят след изпълнението на всяка задача. Това би облекчило работата по отношение на анализа на задачите и експерименталното им изпълнение в клас. Техническата организация на занятието включва всяка работна група да провери необходимите пособия и химикали и съдовете, в които ще се изхвърлят отпадъците. Следва обсъждане на темата и характера на задачите. Класът се запознава с изискванията по време на изпълнението им. Обръща се внимание на безопасното извършване на опитите. След изпълнението на задачите учителят следи учениците да излеят разтворите на определените места, да почистят и подредят работните си места. Това изискване е не само организационно и подпомага учителя при подготовката на следващия час, но и има възпитателно въздействие по отношение на формирането на навици за трудова дейност и отчитане на проблемите на замърсяване на водата и околната среда. Относно протоколите добре е те да се попълват още в часа и учителят да ги събира веднага. В по-натоварени с експериментална работа часове това може да стане и в началото на следващия час. Ще отбележим само, че всеки протокол трябва да се проверява от учителя ритмично и да получава качествена или количествена оценка. Оценката върху лабораторното занятие включва и техниката на изпълнението на опитите, за която следва да се води бележка за всеки ученик. 12

14 Начален преговор За начален преговор сме предвидили 2 часа, единият от които е за входящ контрол. Темите са, както следва: 1. Химични процеси 2. Тестови задачи за входящ тест (самоконтрол) Характеристики на химичните процеси Разделът включва следните теми: 1. Топлинен ефект на химични реакции 2. Закон на Хес 3. Енергетични промени при химичните процеси (упражнение) 4. Горива (семинар) 5. Скорост на химичните процеси 6. Фактори, влияещи върху скоростта на химичните процеси 7. Скорост на химичните процеси (упражнение) 8. Катализа. Катализатори 9. Значение на катализаторите (работа по проекти) 10. Фактори, влияещи върху скоростта на химичните процеси (лабораторно упражнение) 11. Химично равновесие 12. Фактори, влияещи върху химичното равновесие 13. Химично равновесие (лабораторно упражнение) 14. Химично равновесие (упражнение) 15. Синтез на амоняк (работа по проекти) 16. Химични процеси (самоконтрол) ТОПЛИНЕН ЕФЕКТ НА ХИМИЧНИ РЕАКЦИИ Цели на урока: Да се въведат понятията: топлинен ефект на химични реакции, екзотермични и ендотермични реакции, термохимични уравнения, топлина на образуване и топлина на изгаряне. Учениците да разберат, че при екзотермичните реакции термодинамичните системи стават енергетично по-бедни, и обратно, при ендотермичните реакции стават енергетично по-богати. Чрез обясненията на топлинния ефект на химичните реакции да се съдейства за развитие на мисленето и светогледа на учениците; понятието топлина на изгаряне да сe обвържe с калоричността на хранителните вещества и горивата. Дидактически средства: опити тлеещо въгленче в кислородна среда ( youtube.com/watch?v=cxlygmvgrqy), енергетични диаграми на екзотермични и ендотермични процеси, модели, илюстриращи дефинирането на топлина на образуване и топлина на изгаряне. Ход на урока: Урокът може да започне с кратка беседа, в която да се припомни същността на химичните процеси, както и условията и признаците на химичните реакции. За да се премине към опита с тлеещо въгленче, се коментира реакцията, която се използва като качествена за доказване на кислород. При изпълнението на опита, преди да се внесе тлеещото въгленче в цилиндър (чаша), пълна с кислород, се проверява органолептично колко топла е чашата, и след опита отново се проверява. Преценяват се промените и се обсъжда при какви условия протича взаимодействието на С и О 2 и какви са признаците за протичането на реакцията. Анализира се и друг процес разлагането на СаСО 3, както 13

15 и условията, при които протича процесът в практиката. Обръща се внимание, че в първия случай при реакцията се отделя топлина, а при втория се поглъща. Последователно се въвеждат понятията топлинен ефект, екзотермичен и ендотермичен процес, как се отбелязват, и мерните единици. Естествено се преминава към изразяване на химичните процеси. Записват се уравненията на реакциите на горене на въгленчето и на разлагане на варовика и се анализират особеностите на термохимичните уравнения (в тези уравнения се отбелязва и топлинният ефект, а след формулата на веществото се изписва и неговото състояние твърдо (тв), газообразно (г) или течно (т), както и алотропната форма, ако има такава). Обяснява се необходимостта от подобни означения и се въвежда понятието термохимични уравнения. Едва сега се поставя въпросът за енергетичните промени на системите при екзотермичните и ендотермичните процеси. Тук е удобно да се използват енергетичните диаграми. Особено важно е да се подчертае, че при екзотермичните реакции продуктите на реакциите са по-бедни на енергия и са по-стабилни, докато при ендотермичните процеси, обратно продуктите са по-богати на енергия и затова са по-нестабилни. Подходящи примери са свързването на водорода и кислорода до вода за екзотермична реакция, и свързването на азота и кислорода до азотен оксид при гръмотевични бури, съединение, което лесно се окислява до азотен диоксид при атмосферни условия. Практиката показва, че може би най-трудни за учениците са понятията, свързани с топлинните ефекти за 1 mol вещество (при стандартни условия t = 25 C, p = Pa) топлина на образуване и топлина на изгаряне, въпреки че въвеждането им е дефинитивно. За целта е добре те да се упражнят с повече примери. Във връзка с това сме разработили модели, чрез които по-лесно се схваща съдържанието на съответното понятие. Добре е топлината на изгаряне да се обвърже с калоричността на горивата и храните. 14 ЗАКОН НА ХЕС Цели на урока: Учениците да схванат, че топлинният ефект на химичната реакция не зависи от характера и последователността на пътищата, през които тя преминава, а само от началното и крайното състояние на системата; да използват връзката между топлинния ефект на реакцията и топлините на образуване на изходните вещества и реакционните продукти; да разглеждат закона на Хес като частен случай на закона за запазване на енергията, което подпомага светогледното възпитание на учениците. Дидактически средства: енергетични диаграми на химични процеси, протичащи по ръзличен път. Ход на урока: След като се припомнят новите понятия, свързани с топлинния ефект на химичните процеси, и се решат подходящи примери с цел затвърдяване на знанията, пред учениците се поставя задачата да определят топлинния ефект на окисляването на въглерода до въглероден оксид задача, която експериментално не може да бъде решена. Под формата на беседа учениците, разсъждавайки, търсят път за определяне на количеството топлина на реакцията С СО. Посочва се, че този процес е един етап от окислението на въглерода до въглероден диоксид. Вниманието се насочва към двата пътя, по които може да стане окислението на въглерода до въглероден диоксид, единият от които включва химична реакция, чийто топлинен ефект се търси. Използва се енергетична диаграма, на която са изобразени двата пътя, през които може да се мине. Естествено е зак лючението, че отделената топлина на процеса С СО може да се определи, като от Q(C СО 2 ) се извади Q(CО СО 2 ), т.е. с помощта на енергетичната диаграма и разсъждения върху нея може да се стигне до самия закон. Подчертава се, че и за двата

16 пътя на процеса началното и крайното състояние на системата е едно и също. Дефинира се самият закон. Следващият момент от урока е дефиниране на следствието от закона на Хес, което дава връзката между топлинния ефект на реакцията и топлините на образуване на изходните вещества и реакционните продукти. Учебното съдържание тук се въвежда въз основа на конкретен пример. В учебника е използвано горенето на ацетилена пълното му окисление до въглероден диоксид и вода. Уточнява се правилото. Добре е веднага да се приложи върху няколко примера, за да се затвърдят знанията на учениците и се осмисли съдържанието на зависимостта. Следва сравняване на същността на закона на Хес със закона за запазване на енергията и отново се подчертава неговата универсалност. Тук вариантите на урока може да бъдат различни. СКОРОСТ НА ХИМИЧНИТЕ ПРОЦЕСИ Цели на урока: Учениците да разширят познанията си за химичните процеси, като се запознаят с кинетичната им характеристика. Като използват знанията си по физика, както и на основата на примери от биологията и практиката, да дефинират скоростта на химичните процеси като средна скорост (изменението на концентрацията на кое да е от участващите вещества за единица време) и мерната ѝ единица (mol/l.s); да се съдейства за светогледното възпитание на учениците. Дидактически средства: химични опити на мигновено протичащи рекции (например йонообменни и реакции, които протичат с по-малка скорост, като взаимодействие между метал и киселина); графика за изменение на концентрацията на изходно вещество (реакционен продукт) с времето и обсъждане на понятието средна скорост. Ход на урока: Темата може да се въведе на основата на примери от живота за химични процеси, които протичат с различна скорост: много бавно протичащи (овъгляването на дървата, образуването на нефта, на медната патина, на пещерите, на пещерните образувания в тях и др.), процеси, които протичат с измерима скорост, и мигновено протичащи, например с взрив. В хода на това обсъждане следва да се използват и знанията по физика за скорост на движение или на разпространение на светлината и др. Може да се използват и знания от областта на биологията, например за пулса на човек, чрез който се измерва сърдечният ритъм. Преходът към дефиниране на скорост на химичните реакции е добре да започне с експерименти, например с реакциите: получаване на утайка и взаимодействие на метал с киселина. След изпълнението на опитите трябва да се обсъдят процесите от гледна точка на бързината, с която се извършват, какви са условията, при които протичат, както и коя е причината (при първата реация протичането ѝ се свежда само до прегрупиране, а при втората трябва да се разкъсат връзки в металната кристална решетка, да стане обмен на електрони между метала и водородния йон и накрая йонът да премине в разтвора, а водородните атоми, след като образуват молекули, да се отделят от системата). Сега се въвежда понятието скорост на химичната реакция. Коментира се, че характеризирането на скоростта на даден химичен процес може да се обвърже с количеството на веществото, което се образува или се изразходва. За въвеждане на съдържанието скорост на химичната реакция, по-скоро, средна скорост на химичната реакция, е разумно да се потърси аналогия с въвеждането на средна скорост на движение, изучена и добре позната на учениците от курса по физика. Определят се величините, между които ще се търси зависимост, а именно изменението на количеството вещество (молната концентрация) с времето. За извеждане на зависимостта е добре да се използва класическият пример реакцията I 2 + Н 2 2 НI. Като се използват схемите за гра- 15

17 фичните зависимости на изменение на концентрацията на НI, както и на Н 2, се извежда средната скорост на процеса и се обединяват знаците ± пред отношението. Извежда се и измерителната единица mol/l.s. 16 ФАКТОРИ, ВЛИЯЕЩИ ВЪРХУ СКОРОСТТА НА ХИМИЧНИТЕ ПРОЦЕСИ Цели на урока: Учениците да разширят и задълбочат познанията си за същността на химичните процеси, както и за влиянието на природата на реагиращите вещества, на изменението на концентрацията на реагиращите вещества и на температурата на системата върху скоростта на протичането им. Да описват качествено влиянието на температурата и концентрацията на взаимодействащите вещества върху скоростта на химичните процеси. Дидактически средства: химични опити на реакции, протичащи с различна скорост, на реакция, при която изходните вещества са с различна концентрация, и на реакции, протичащи при различна температура. Ход на урока: Добре е урокът да започне с актуализираща беседа върху скорост на химичните реакции, след което плавно да се премине към проблемния въпрос: Възможно ли е да се управлява скоростта на химичните процеси, т.е. да ускоряваме протичането на желаните реакции и да потискаме протичането на нежеланите?. В отговор на този въпрос е добре да се обсъди протичането на една реакция, в която реагиращите вещества са газове, например I 2 и Н 2. Вниманието на учениците се насочва към необходимото условие, че за протичането на всяка реакция е необходимо частиците да се сблъскат. Веднага обаче следва заключението, че не всеки удар води до протичане на реакция, защото в противен случай взаимодействията би трябвало да протичат с взрив. Очевидно е, че само някои от ударите водят до образуване на нови вещества. Това са т.нар. ефективни удари. За да се коментира кои от ударите са ефективни, вниманието се насочва към кинетичната характеристика на процеса. Припомня се, че молекулите на газовете се движат с различна скорост, съответно притежават различна кинетична енергия. При дадена температура броят на молекулите с най-ниска и с най-висока кинетична енергия е сравнително малък. Преобладават молекули със средна стойност на кинетичната енергия. Обяснява се и фактът, че за да се извърши химично взаимодействие, молекулите трябва да притежават определен минимум енергия. Прието е тези от тях, които притежават енергия над достатъчната за протичането на всяка конкретна реакция, да се наричат активни молекули. Именно активните молекули участват в химичното взаимодействие, а ударите между тях се означават като ефективни. След това вниманието на учениците се насочва към влиянието на природата на веществата върху скоростта на химичните реакции. За въвеждането на това съдържание е целесъобразно да се извършат два паралелни опита, например взаимодействие на Na с Н 2 О и на Са с Н 2 О (или взаимодействие на метал с киселина, например взаимодействие на Zn със H 2 SO 4 и на Na със H 2 SO 4 ). При подготовката на опитите се подчертават еднаквите условия, при които се поставят двете системи еднаква температура и еднакви количества от веществата. Отчитат се различните скорости, с които протичат реакциите. Следват разсъждения и обяснения, свързани с различната реактивоспособност на веществата, произтичаща от тяхната природа. Следващият фактор влияние на концентрацията на реагиращите вещества върху скоростта на химичната реакция, може да се въведе чрез следните два подхода. Първият от тях предполага теоретично да се обсъди въпросът за броя на активните частици на

18 реагиращите вещества в по-разредени и в по-концентрирани разтвори. С увеличаване на концентрацията на реагиращите вещества нараства броят на частиците в дадения обем, в т.ч. и на активните частици. Това съответно води до увеличаване на ефективните удари, т.е. до увеличаване на скоростта на реакцията. Това твърдение следва да бъде потвърдено експериментално. Извършват се паралелни опити, например взаимодействие на Zn със H 2 SO 4 с различна концентрация. При изпълнението им трябва да се обърне внимание, че цинковите зърна са почти еднакви по размер и външен вид, а прибавеният разтвор на H 2 SO 4 е в равен обем, но е с различна концентрация единият например е 10 пъти по-разреден. Сравняват се скоростите на реакциите в двете системи. Вторият подход е тъкмо обратният най-напред се извършват опитите, а след това се обсъждат резултатите и причините за различните скорости. За разкриване на влиянието на температурата върху скоростта на химичните реакции може да се подходи по аналогични начини: или от експеримента към анализ и изводи, или изграждане на теоретичен модел и експерименталната му проверка. Учениците сами могат да стигнат до заключението, че с повишаването на температурата нараства енергията на частиците, съответно броят на активните частици и оттам и броят на ефективните удари. Влиянието на температурата върху скоростта на химичните реакции може да се изведе и като се съобщи най-напред правилото, установено от Вант Хоф, че с повишаването на температурата с 10 о С скоростта на химичните процеси нараства от 2 до 4 пъти. След въвеждането на това правило следва да се обсъди защо с повишаването на температурата скоростта на реакциите расте. Това заключение се проверява експериментално, например с реакцията между Zn и H 2 SO 4, като се следи за сходство в условията в двата опита: в две епруветки се поставят еднакви по размери и вид цинкови зърна и се прибавя еднакъв обем на сярна киселина с една и съща концентрация. Едната епруветка се оставя за сравнение, а втората се загрява. Учебното съдържание е добре да се илюстрира с графичната зависимост между скоростта на реакцията и температурата (фиг. 2 на с. 30). След като се обсъдят факторите за изменение на скоростта на химичните реакции, е целесъобразно да се потърси практическото значение на изучените зависимости. КАТАЛИЗА. КАТАЛИЗАТОРИ Цели на урока: Да се допълнят знанията на учениците върху същността на химичните процеси, както и да се въведат понятията катализа и катализатори и тяхната роля за промяната на скоростта на реакциите. Учениците да могат да описват влиянието на катализаторите върху скоростта на химичните процеси, както и да описват качествено влиянието на концентрацията на катализатора (при хомогенна катализа) и на повърхността на катализатора (при хетерогенна катализа) върху скоростта на процеса. Да се въведат понятията положителна и отрицателна катализа, биокатализа ( ензимна катализа ), както и инхибитор, активатор ( промотор ). Във връзка с видовете катализа според вида на системата да се въведат понятията хомогенна и хетерогенна катализа и да се посочи от какво се влияе скоростта при хомогенно- и хетерогеннокаталитичните процеси. Дидактически средства: химични опити разлагане на Н 2 О 2 без участие на катализатор, в присъствие на MnO 2 и на FeCl 3. Ход на урока: След кратко въведение с цел припомняне на понятието скорост на химичните реакции и обсъждане на факторите, които оказват влияние върху скоростта, се преминава към въвеждането на новата тема. За целта може да се използва исторически 2. Книга за учителя по химия за 10. клас Л. Боянова и др. 17

19 подход, като се съобщи за приноса на големия руски химик органик Н. Д. Зелински, чието внимание е насочено към един от основните проблеми, стоящи пред химици, физици и биолози по това време, а именно търсенето на ефективни методи за въздействие върху химичните процеси с цел управляване на тези процеси в промишлеността и в живите организми. Вниманието на учениците се насочва към катализата. Понятието катализатор може да се въведе, като се изхожда от химичния експеримент. Както вече бе посочено, лесно изпълним и безопасен опит е разлагането на Н 2 О 2. Опитът може да бъде изпълнен в цилиндър (за по-добра видимост и безопасност) или в голяма епруветка. Учителят трябва да съобрази какво количество Н 2 О 2 да постави първоначално (ако е епруветка не повече от 4 5 ml). Тъй като разлагането на Н 2 О 2 без катализатор е незабележимо, може да се направи една контролна проба предварително, за да се образуват мехурчета кислород по стените. Целесъобразно е за катализатор да се използва най-напред FeCl 3, тъй като системата е прозрачна, макар и жълто оцветена, и промените са по-видими. Наблюдава се и бурно отделяне на кислород. След време се наблюдава успокояване на отделянето на газ и разтворът придобива характерния за FeCl 3 жълт цвят. Към края на процеса към жълто оцветения разтвор отново прибавяме Н 2 О 2. Отново се наблюдава бурно отделяне на газ (О 2 ). След приключване на процеса разтворът в цилиндъра отново придобива жълт цвят. Обръща се внимание, че с прибавянето на FeCl 3 скоростта на разлагане на Н 2 О 2 се увеличава, но в края на процеса неговото количество видимо не се изменя. Въвежда се определението за катализатор и за явлението катализа. След това се преминава към въвеждане на видовете катализатори. Целесъобразно е с опита да се въведе понятието положителен катализатор и да се посочат и други примери, като диванадиевия пентаоксид (V 2 O 5 ), който се използва при окислението на серния диоксид, гъбестото желязо (Fe) при синтеза на амоняк и платина (Pt), паладий (Pd) и др. Като пример за отрицателен катализатор може да се използва фосфорната киселина (Н 3 PO 4 ), която забавя разлагането на Н 2 О 2. Намираме за уместно да се въведе понятието биокатализа, или ензимна катализа, въпреки че това понятие не е включено в учебната програма. От една страна, то е било предмет на изучаване по биология и не е непознато за учениците, а от друга, е важно да се познава и от гледна точка на практиката. Тук може да се дадат примери на химични процеси, изучени в курса по органична химия. Централно място в урока заема характеризирането на видовете катализа според вида на системата хомогенна или хетерогенна катализа. За характеризирането на хомогенната катализа трябва отново да се върнем на опита за разлагане на Н 2 О 2 в присъствие на FeCl 3. Този път е добре да се направят паралелни опити: към 2 3 ml кислородна вода се прибавят 2 3 капки разтвор на FeCl 3 с молна концентрация с(fecl 3 ) = 0,1 mol/l в едната епруветка, а в другата същото количество от катализатора с с(fecl 3 ) = 1 mol/l. Наблюдава се, че във втората епруветка скоростта на разлагането на водородния пероксид е по-висока. Прави се изводът, че скоростта на процеса при хомогенната катализа се влияе от концентрацията на катализатора, което означава, че при изразяването на скоростта на хомогенно-каталитичен процес освен концентрацията на реагиращите вещества трябва да се включи и концентрацията на катализатора. След това се характеризира хетерогенната катализа, като отново се опираме на опит разлагане на Н 2 О 2 в присъствие на MnO 2. И тук опитите са два в едната епруветка към Н 2 О 2 се прибавя MnO 2 на гранули, а в другата прахообразен. Като се опираме на опитните данни, се прави изводът, че скоростта на хетерогеннокаталитичните процеси е правопропорционална на повърхността на катализатора. Подчертава се, че при хетерогенната катализа катализаторът не участва в реакцията с цялата си повърхност, а само с определени центрове, най-често от ръбове, пукнатини и др. Те се наричат активни 18

20 центрове. Действието им се свързва със способността да задържат молекулите на реагиращите вещества. В резултат на тях връзките в реагиращите молекули се разхлабват, молекулите стават по-активни, което е причина за образуването на новите вещества. Добре е урокът да завърши с оценка на значението на катализата за промишлеността и живота, като се възложат и задачи на учениците във връзка със следващия урок работа по проекти. ХИМИЧНО РАВНОВЕСИЕ Цели на урока: Да се разширят знанията на учениците за химичните процеси в посока на обратимост. Да се въведат понятията обратими и необратими химични реакции и химично равновесие. Учениците да описват състоянието на равновесие при обратими химични процеси. Да се развива светогледното възпитание чрез формиране на знание за единство на противоположни процеси, протичащи в една система. Дидактически средства: химични опити взаимодействие на метал с киселина за необратим процес и термична дисоциация на амониев хлорид (NH 4 Cl) за обратим процес; графики, илюстриращи достигане на равновесната концентрация на НI за системата I 2 Н 2 НI при изходни вещества I 2 и Н 2 и изходно вещество НI; графика на изменение на скоростта на правата и на обратната реакция с времето от началото на реакцията до състоянието на химично равновесие. Ход на урока: В началото на часа е добре да се припомни скорост на химичните процеси и факторите, които ѝ оказват влияние. С помощта на два опита взаимодействие на цинк и солна киселина и термична дисоциация на амониев хлорид, учениците се насочват към характеризиране на химичните процеси по отношение на тяхната обратимост: като обратими се дефинират такива процеси, при които крайните продукти на реакцията могат да взаимодействат и да се получат изходните вещества, а като необратими такива, при които това не е възможно. Обяснява се, че двете противоположни реакции при обратимите химични процеси се записват с едно уравнение и се свързват с две противоположни стрелки. Още тук може да се коментира какво показва едната и какво втората стрелка, както и фактът, че те присъстват в уравнението вместо традиционната стрелка и следователно може да се очаква, че процесите се извършват в двете посоки неограничено дълго време. Условно означената от ляво надясно химична реакция се нарича права, а от дясно наляво обратна. Акцентира се, че при обратимите процеси практически не е възможно изходните вещества да се превърнат изцяло в реакционни продукти. Следват обяснение и дефиниране на състоянието на химично равновесие. За целта се използва графичната зависимост, която отчита изменението на скоростта на правата и на обратната реакция. Обсъжда се, че в момента на смесване концентрациите на водорода и йода са най-големи, следователно и началната скорост (v 1 ) на взаимодействието на веществата е максимална. С течение на времето обаче поради изразходване на изходните вещества концентрациите им постепенно намаляват, а с това намалява и скоростта на реакцията синтез на HI. След това се обсъжда обратният процес разлагането на йодоводорода. В момента на смесване на изходните вещества (водород и йод) концентрацията на йодоводорода е 0, затова и началната скорост (v 2 ) на разлагането му е 0. С течение на времето концентрацията на йодоводорода нараства, с което нараства и скоростта на разлагането му. Настъпва момент, в който за единица време количеството йодоводород, което се е образувало, е равно на това, което се е разложило. Настъпва състояние, в което концентрациите на йода, водорода и йодоводорода не се променят състояние, което се дефинира като химично равновесие. Дава се определение за химично равновесие. Важ но 19

21 е учениците да се убедят, че химичното равновесие е състояние, характерно за обратимите химични процеси, че се характеризира с постоянство в свойствата на системата неопределено дълго време поради изравняване на скоростите на правата и обратната реакция при постоянна температура. Особеностите на химичното равновесие се дискутират на основата на същия пример. Макар че външни промени в системата не се наблюдават, реакцията на образуване на йодоводород и на разлагането му продължават да се извършват. Прави се извод, че химичното равновесие е едно динамично състояние. Като се използва същата графика, се стига и до извода, че състоянието на равновесие не зависи от началното и крайното състояние на системата, а само от условията, при които тя се намира. 20 ФАКТОРИ, ВЛИЯЕЩИ ВЪРХУ ХИМИЧНОТО РАВНОВЕСИЕ Цели на урока: Да се разширят познанията на учениците за химичното равновесие, като се изучат факторите, които му оказват влияние, а именно влиянието на концентрацията на веществата, общото налягане над системата и температурата. Да се дефинира принципът на Льо Шателие Браун. Да се изгради подход при подбор на оптимални условия с цел получаване на максимален добив, като се използват и знанията за принципа на Льо Шателие Браун. Дидактически средства: химичен опит естерификация на етилов алкохол с оцетна киселина, влиянието на температурата върху равновесния процес 2 NO 2(г) N 2 O 4 (г) + Q и описание на експерименти за влиянието на общото налягане върху равновесния процес 2 NO 2(г) N 2 O 4 (г) + Q. Ход на урока: Най-често изучаването на факторите, които влияят върху състоянието на химичното равновесие, се прави въз основа на принципа на Льо Шателие Браун. Ние обаче ви предлагаме да изучите с учениците влиянието на трите фактора, като използвате данни от експерименти, на тяхната основа да изведете принципа на Льо Шателие Браун и след дефинирането му да изследвате същите системи. Затова по-долу ще опишем този методически подход. С цел изследване на влиянието на концентрацията на веществата върху химичното равновесие е целесъобразно да се опрете на опита естерификация на етилов алкохол с оцентна киселина. Опитът е познат на учениците от 9. клас, но е добре да се повтори и да се подчертае какви условия трябва да се спазват, за да се получи етиловият естер на оцетната киселина. При анализа се изхожда от факта, че естерификацията на етиловия алкохол е обратим процес. Следователно при определени условия в даден момент се установява химично равновесие. И в състоянието на равновесие да се добави още оцетна киселина. Това води до увеличаване на нейната концентрация, а следователно и до нарастване на скоростта на правата реакция, тъй като скоростта на химичната реакция е правопропорционална на произведението от молните концентрации на реагиращите вещества. Подчертава се, че в резултат на взаимодействието ѝ с етиловия алкохол концентрацията на СН 3 СООН намалява. Това продължава, докато се стигне до ново равновесно състояние. Добре е този анализ на системата да се направи и по отношение на още едно вещество. В случая най-подходяща е водата намаляване на количеството ѝ чрез прибавяне на хигроскопичната концентрирана сярна киселина. В този случай намалява скоростта на хидролизата на етиловия естер, т.е. на обратната реакция системата предприема мерки да се противопостави на външното въздействие до установяването на ново равновесно състояние в системата. Тук въз основа на направения анализ и обобщаване на данните от експеримента се прави заключението, че при промяна на концентрацията

22 на някое от веществата при постоянна температура в система с установено химично равновесие то се нарушава, като протича процес, с който се намалява външното въздействие до установяването на новото равновесно състояние. Химичният процес, който може да се използва за установяването на влиянието на общото налягане, е газовата равновесна система: 2 NO 2(г) N 2 O 4 (г) + Q, която е свързана с промяна на обема на системата от 2 mol вещество се получава 1 mol продукт. Трябва да се опише външният вид на газовете: NO 2 е червено-кафяв, а N 2 O 4 безцветен. Учениците се поставят в ситуация да решат определен проблем: като се запазва постоянна температурата на затворената равновесна система 2 NO 2(г) N 2 O 4 (г), обемът на газа да се свие, т.е. да се повиши налягането. Опитът показва, че сместа избледнява, което означава, че равновесието се е нарушило, предимствено е протекъл процес на образуване на N 2 O 4(г), с което системата се противопоставя на външното въздействие. Обратно, когато се увеличава обемът на изолираната система, общото налягане над газа намалява и протича процес на образуване на NO 2(г), и по този начин системата повишава налягането си. Очевидно промяната на общото налягане над една равновесна газова система, при която броят молове се променя, води до нарушаване на равновесното състояние и предимствено протича процес, с който системата се противопоставя на приложеното въздействие до установяването на ново равновесно състояние. Третият фактор влиянието на температурата върху равновесното състояние, е целесъобразно да се изследва със същия пример: 2 NO 2(г) N 2 O 4 (г) + Q. И тук се подхожда опитно. Опитът може да се направи като демонстрационен, като в колбичка с шлифована запушалка се затвори азотен диоксид. Необходими са и две чаши: в едната вода с лед, а в другата вряла вода. Най-напред колбичката се поставя в съд с лед. Наблюдава се постепенно избледняване на цвета. Получава се безцветно вещество N 2 O 4. Когато се потопи колбичката в съд с гореща вода, се наблюдава, че цветът на сместа придобива отново червено-кафяв цвят. От опита се заключава, че при понижаване на температурата с предимство протича процес на образуване на N 2 O 4, а това е екзотермичната реакция, което обяснява защо цветът в колбата изсветлява така системата се противопоставя на оказаното външно въздействие. Коментира се и процесът, който протича с предимство при повишаване на температурата. Прави се изводът, че при промяна на температурата на една равновесна затворена система равновесното състояние се нарушава, като до установяването на новото равновесно състояние протича процесът, с който системата се противопоставя на външното въздействие. Сравняват се изводите от трите опита и се формулира принципът на Льо Шателие Браун. Тук може да се разкаже за двамата учени. С цел да се затвърдят зависимостите, е целесъобразно върху същите примери да се проведе мисловно изследване. Прави се заключението, че чрез принципа на Льо Шателие Браун може да се обясняват или предсказват промените в равновесни системи, ако се променят външните условия, при които се намира равновесната система. Много важен е изводът, че в практиката обратимите процеси при химическите производства може да се контролират, като се подберат оптимални условия за процесите с цел получаване на максимален добив от продукти при минимално изразходване на ресурси. На тази основа се предвижда разглеждането на следващата тема Синтез на амоняк работа по проекти. Разтвори и химични реакции във водни разтвори Разделът включва следните теми: 16. Разтвори 17. Концентрация на разтворите. Разтворимост 21

23 18. Задачи върху концентрация на разтворите (упражнение) 19. Свойства на разтворите. Парно налягане 20. Свойства на разтворите. Дифузия и осмоза 21. Експериментални задачи върху разтвори (лабораторно упражнение) 22. Въздухът и водата като разтвори (работа по проекти) 23. Свойства на разтворите (упражнение) Разтвори (самоконтрол) 24. Електролитна дисоциация 25. Особености на електролитната дисоциация. Водата като електролит 26. Киселини и основи 27. Определяне на рн на разтвори (лабораторно упражнение) 28. Жизнените процеси и рн на средата (работа по проекти) 29. Соли 30. Химични реакции между водни разтвори на електролити 31. Йонообменни реакции (упражнение) 32. Експериментални задачи върху йонообменни процеси (лабораторно упражнение) 33. Хидролиза на соли 34. Хидролиза на соли (лабораторно упражнение) 35. Разтвори на електролити (обобщение) Разтвори на електролити и химични реакции между тях (самоконтрол) 36. Степен на окисление 37. Окислително-редукционни процеси 38. Окислително-редукционни процеси (упражнение) 39. Активност на металите 40. Изследване на относителната активност на метали (лабораторно упражнение) 41. Електролиза 42. Окислително-редукционните процеси в практиката (семинар) 43. Химични реакции с преход на електрони (обобщение) Окислително-редукционните процеси в разтвори на електролити (самоконтрол) 22 РАЗТВОРИ Цели на урока: Учениците да могат да описват разтварянето на веществата във вода. Да се въведат понятията, свързани с компонентите на един разтвор: разтворител, разтворено вещество, със същността на разтварянето: хидрати, солвати и хидратация, солватация, както и трите етапа на разтварянето: разграждане на кристалната решетка, солватация и преминаването на солватите в разтвора; кристализацията като процес, обратен на разтварянето; топлинният ефект при разтварянето. Чрез обясненията на процесите да се съдейства за светогледното възпитание на учениците. Дидактически средства: опити разтваряне на захар, на натриева основа и на амониев хлорид, олио във вода и олио в бензин; таблица за топлинен ефект при разтварянето на някои вещества. Ход на урока: Урокът може да започне с примери за разтвори, срещащи се в природата и в практиката на човека, както и тяхното значение. Първият въпрос от урока е за определяне на състава на разтворите. Това може да стане чрез опита разтваряне на захар. Коментира се съставът на системата: захарта е разтвореното вещество, а водата разтворителят. Сравняват се количествата на разтво-

24 реното вещество и разтворителя и се уточнява, че е прието от тези два компонента на разтвора това, което е в по-малко количество, да се нарича разтворено вещество, а разтворителят е веществото, което при образуването на разтвора запазва състоянието си. Когато двете вещества, образуващи разтвора, са в едно и също състояние, за разтворител се приема това от тях, което е в по-голямо количество. Характеристиката на състава на разтворите изисква да се отбележи и видът на частиците атоми, молекули или йони. Следващият момент от урока е разкриване на същността на разтварянето. Това е най-отговорната част в урока. По същество зададеното от МОН ниво на изучаване на материала не позволява да се включат понятията ентропия и енталпия. Ето защо е важно да се потърси подход за разкриване на същността на разтварянето като процес и правилното му разбиране, без да се използват понятията, но като се разкрие ефектът им. Опитът разтваряне на захар във вода ще служи като основа за разсъжденията. Коментира се строежът на кристал захар вещество с подредени полярни молекули в рамките на кристалната решетка. Захарните молекули се намират в едно много подредено състояние. Между тях действат сили на взаимодействие на привличане, когато са на много малки разстояния, и на отблъскване. Водата е течност, също с молекулен строеж полярни молекули. В рамките на течността те се намират в по-неподредено състояние. Когато водата и захарта дойдат в контакт, водните молекули обграждат кристала. Появяват се сили на взаимодействие между молекулите на захарта и тези на водата, но от друга страна, молекулите на захарта се привличат в кристалната решетка благодарение на силите на междумолекулно взаимодействие. Захарните молекули, разположени на повърхността на кристала, я напускат, подпомагани от топлинното движение и привличани от водните молекули, които ги обграждат. Образуват се нетрайни групировки с непостоянен състав. Въвеждат се понятията хидрати, солвати и съответно хидратация, солватация. При обяснението на разтварянето е добре да се подчертае, че напускайки кристала, захарните молекули преминават в по-неподредено състояние, което е по-благоприятно за тях. Преходът от ред към безредие (хаос) е основна природна закономерност. Всички природни процеси следват този ред всяко подреждане е обречено да изчезне с установяване на безпорядък (втори принцип на термодинамиката) пише проф. Б. Тошев в Мисконцепциите в училищния курс по химия. Образуваните хидрати напускат пространството около кристала и преминават в обема на разтвора. Молекулите на захарта равномерно се разпределят между молекулите на водата. Това състояние е по-близко до безредието състояние с по-голяма степен на свобода. В рамките на характеризирането на процеса следва да се въведе и кристализацията като процес, обратен на разтварянето. Последният момент от урока е характеристиката на топлинния ефект на разтварянето. Тук е добре да се направят два паралелни опита: разтваряне на натриева основа и на амониев хлорид. В единия случай при разтварянето се отделя топлина, а в другия се поглъща. Обяснението се свързва със самия процес на разтваряне, който е единство основно на процесите на разграждане на кристалната решетка и на хидратация на откъсналите се частици. При първия от тях се преодоляват силите на привличане между частиците на разтварящото се вещество. Процесът е свързан с изразходване на енергия (-Q 1 ). Образуването на солватите (хидратите) е екзотермичен процес. При него се отделя енергия и има положителен топлинен ефект (+Q 2 ). Сборът от топлинните ефекти: (-Q 1 ) и (+Q 2 ), определя топлинния ефект на разтварянето. Топлинният ефект на дифузията е незначителен и не се взема под внимание. В края на урока се допълва, че разтварянето е процес, който зависи от природата на веществата, образуващи разтвора. 23

25 24 СВОЙСТВА НА РАЗТВОРИТЕ. ПАРНО НАЛЯГАНЕ Цели на урока: Да се въведат понятията парно налягане и наситени пàри. Да се характеризира парното налягане на чист разтворител и на разтвор. Да се въведат понятията температура на топене и температура на кипене. Да се характеризират температурата на топене и температурата на кипене на чист разтворител и на разтвор. Учениците да могат да свързват изменението в парното налягане, температурата на топене и на кипене с концентрацията на частиците на разтвореното вещество, да описват и обясняват парното налягане, температурата на топене и на кипене като общи свойства на разтворите, да разкриват причинно-следствени връзки. Дидактически средства: опити, свързани с температурата на топене и на кипене на чист разтворител и на разтвори; илюстрации на опитни постановки; графична зависимост за изменение на парното налягане на разтвори спрямо чист разтворител, за изменение на температурата на кипене на разтвор спрямо чист разтворител и за изменение на температурата на замръзване на разтвори спрямо чист разтворител. Ход на урока: Разкриването на същността на парното налягане е една от основните задачи в урока. Целесъобразно е това да се направи, като се използва предложената в учебника опитна постановка разглежда се затворен съд, запълнен наполовина с дестилирана вода. Съдът се държи при постоянна температура. Нека първоначално над повърхността на водата (в газовата среда) да няма никакви молекули (измереното с манометър налягане на пàрите е 0). След време се установява, че то расте. Кои са причините? Разглежда се слоят от молекули на водата, които се намират на повърхността. Между тях действат сили на привличане и на отблъскване. Когато са на по-малко разстояние, силите на отблъскване са по-големи. Част от молекулите на повърхността на течността преминават в газова фаза над течността, т.е. от едно по-подредено състояние в течността в по-неподредено състояние преход от ред към безредие (хаос), което е по-изгодно за тях. Течността се изпарява. Изпарението става от повърхността на течността и единственото обяснение, което може да се даде на този ендотермичен процес, е с действието на ентропийния фактор молекулата от повърхността на течността напуска течността, за да има свободата, която ѝ дават пàрите да се движи свободно и хаотично, да се намира на различни места в обема, който ѝ е предоставен, да има променящи се във всеки момент скорости и кинетични енергии (тези промени са резултат от непрекъснатите срещи удари на въпросната молекула с други молекули в пàрите) Б. Тошев, Мисконцепциите в училищния курс по химия Изпарение на разтвори. Заедно с това обаче част от изпарилите се молекули, които се намират близо до повърхността на течността, се захващат от нея и отново се връщат в течността. Настъпва процес на кондензация. Коментират се двата процеса изпарение и кондензация. Първоначално процесът на изпарение преобладава над процеса кондензация, докато настъпи изравняване на двете скорости. Настъпва състояние на динамично равновесие между течността и пàрите над нея. Въвеждат се определенията за наситени пàри за дадена температура (тези пàри, които при дадена температура са в динамично равновесие с течността) и парно налягане (налягането, което упражняват върху течността наситените пàри). След това се обсъжда как се променя парното налягане на водата, т.е. на чистото вещество, когато в него се разтвори твърдо нелетливо вещество. Коментира се, че повърхността на разтвора е заета от два вида частици от тези на водата (разтворителя) и на разтвореното нелетливо вещество. Плътността на такъв разтвор е по-голяма и част от водните молекули участват в хидратацията на молекулите на разтвореното вещество. Очевидно при същата температура в състояние на равновесие над разтвора ще

26 има по-малко молекули вода в сравнение със същата постановка с чистия разтворител. Поради тази причина парното налягане на разтвора при същата температура е по-ниско от това на чистия разтворител. Знанията се разширяват в посока, че колкото концентрацията на разтвореното вещество е по-голяма, толкова парното нарягане при дадената температура е по-ниско. Следва важният извод, че понижението на парното налягане на разтвора зависи от концентрацията на разтвореното вещество. Следващото понятие, което трябва да се въведе, е температура на кипене, т.е. имаме постоянни две системи на чистия разтворител и на даден разтвор на нелетливо вещество. При повишаване на температурата на чистия разтворител нараства разстоянието между молекулите, отслабват силите на привличане между тях, което води до нарастване на количеството на пàрите над течността, т.е. повишава се налягането на наситените пàри. Ако продължаваме загряването, парното налягане продължава да се повишава, докато парното налягане над течността се изравни с външното налягане. Тогава започва бурен процес на отделяне на молекули от целия обем на течността и тя започва да кипи. Подобни разсъждения се правят и ако загряваме разтвор на нелетливо вещество. Когато загряваме разтвора, постепенно нараства и парното налягане, но при температурата на кипене на чистия разтворител все още парното налягане над разтвора е по-ниско от външното. За да се достигне до стойността на външното налягане, е необходимо температурата да се повиши още повече. Ето защо разтворите кипят при по-високи температури от тези на чистия разтворител. И колкото концентрацията на разтвора е по-голяма, толкова температурата на кипене на разтвора е по-висока. Като се следват подобни разсъждения, се въвежда понятието температура на топене и на замръзване. Чистото вещество замръзва, когато достигне до парното налягане над твърдата фаза. Разтворите, които имат по-ниско парно налягане от това на чистия разтворител, достигат парното налягане над твърдата фаза на разтворителя при по-ниска температура. При това колкото концентрацията на разтвора е по-голяма, толкова понижението на температурата на замръзване е по-голяма. В края на часа е желателно обсъдените зависимости да се обвържат с практиката да се обясни защо заледените пътища се пръскат с луга, защо в охладителната система на двигателите с вътрешно горене се използва антифриз, и др. Всъщност подобни примери може да се използват и в началото на урока за повишаване на мотивацията на учениците при изучаване на темата. СВОЙСТВА НА РАЗТВОРИТЕ. ДИФУЗИЯ И ОСМОЗА Цели на урока: Да се въведат понятията дифузия, осмоза и осмотично налягане. Учениците да могат да описват процесите дифузия и осмоза по схема, да свързват процесите със значението им за организмите и с практическото им приложение. Дидактически средства: илюстрации на опитни постановки; опит на дифузия на разтвор на меден сулфат, над който е наслоена дестилирана вода; опитна постановка за осмоза според възможностите на кабинета по химия. Ход на урока: Дифузията е явление, което е познато на учениците от часовете по физика. Ето защо опитната постановка е по-разбираема, както и описването на самото явление. Добре е все пак явлението да се изучи въз основа на опита на дифузия на разтвор на син камък или на калиев перманганат в наслоен над чист разтворител чиста вода. Опитната постановка се подготвя предварително, тъй като процесът изисква по-дълго време, за да се види добре размиването на двете течности. При анализирането на процеса е целесъобразно да се използват знанията по физика и биология. Коментира се, че частиците, които се намират в системата и йоните на солта, и молекулите на водата в разтвора 25

27 се намират в непрекъснато топлинно движение, което е причина да се движат свободно в двете посоки в посока чистия разтворител и разтвора. Така постепенно граничната повърхност, която не представлява преграда, се размива и този процес продължава до изравняване на концентрацията в целия обем на системата, като това изравняване на концентрацията на разтвора не се нуждае от външна намеса. Дава се дефиниция на дифузия и се подчертава, че същото явление се наблюдава и при контакт на разтвори на едни и същи вещества, но с различна концентрация на разтвореното вещество. Подчертава се, че дифузията се извършва от местата с по-висока концентрация към местата с по-ниска концентрация. Обръща се внимание, че скоростта на дифузията се увеличава при повишаване на температурата. Тази част от урока е добре да завърши с описване на приложенето на дифузията в практиката, жизнените процеси и замърсяване и опазването на околната среда. Осмозата е другото явление с важно биологично значение. И сега се изхожда от опитната постановка, като се подчертава, че тя е сходна на тази на дифузията. Но тук между разтвора и чистото вещество е поставена полупропусклива преграда, в случая двата разтвора са разделени с животинска ципа, целофан или някакво неорганично вещество, което пропуска само молекулите на водата (разтворителя). През такава преграда не могат да преминат молекулите на захарта. Проследява се, че първоначално водни молекулите преминават предимно в посока към захарния разтвор, като след известно време се установява, че обемът на захарния разтвор се е увеличил. Това продължава до спирането на нарастването му. Едновременно с това се обсъжда и преминаването на водните молекули в двете посоки през полупропускливата преграда с изравнени скорости. Тук възниква въпросът коя е причината процесът да спре. Установава се, че нивото на захарния разтвор се повишава, при което се образува стълб течност. Този стълб упражнява налягане върху полупропускливата преграда и възпрепятства преминаването на водните молекули през нея. Когато броят на молекулите, които преминават през полупропускливата преграда в двете посоки, се изравни, настъпва състояние на равновесие. Именно това налягане, което е необходимо да спре осмозата, се нарича осмотично. То е количествена характеристика на осмозата. След като е изяснено явлението, както и след опитната постановка, учениците сами могат да обяснят устройството на осмометъра. Въвежда се понятието изотонични разтвори разтвори с еднаква концентрация, които имат еднакви осмотични налягания. Обсъжда се осмозата в практиката и жизнените процеси на човек. 26 ЕЛЕКТРОЛИТНА ДИСОЦИАЦИЯ Цели на урока: Да се въведат понятията електролити и неелектролити, електролитна дисоциация, видове йони. Учениците да различават електролитите и неелектролитите по строеж и свойства, да описват електролитната дисоциация на съединения във воден разтвор. Дидактически средства: опити изследване на електропроводимостта на натриев хлорид (NaCl), меден сулфат (CuSO 4 ) и захар. Схеми за механизъм на електролитната дисоциация на вещества с йонен строеж (NaCl) и с молекулен строеж, имащи силно полярни ковалентни връзки (НCl). Ход на урока: Урокът може да започне, като се припомнят общите свойства на разтворите, свързани с парното налягане, температурата на кипене, температурата на замръзване, дифузията и осмозата, като се подчертава, че те зависят от концентрацията на разтвореното вещество. Тук може да се покажат и данни, които сочат, че водните разтво-

28 ри на солите, киселините и основите не се подчиняват на установените закономерности за разредените молекулни разтвори. Поставя се проблемът: Коя е причината за по-особените свойства на разтворите на тези класове съединения?. В търсенето на отговор на въпроса се предлага да се изследва електропроводимостта на няколко вещества такива с молекулен и с йонен строеж, а именно натриев хлорид (NaCl), меден сулфат (CuSO 4 ), захар и вода. Тук се използват апаратчетата за електропроводимост, като се подготвят по 4 чашки със съответните кристални вещества и с водните им разтвори. В таблица се отбелязват резултатите от опитите. Установява се, че веществата с молекулен строеж не провеждат електричен ток, а тези с йонен строеж провеждат, но само когато са във воден разтвор. Тук се въвеждат понятията електролити и неелектролити, наименования, дадени им от английския физик и химик Майкъл Фарадей. Веднага можете да се върнете към проблема, поставен в началото на часа, и да доуточните, че всъщност отклоненията в общите свойства на разтворите са характерни именно за електролитите. Тук се поставя нов проблем: Коя е причината в част от разтворите да протича електричен ток, т.е. те да са електропроводими?. Съобщава се, че отговор на този въпрос е бил даден още през 1887 г. от Сванте Арениус, и се прави преход към изясняване на механизма на електролитната дисоциация. Най-напред се припомня строежът на кристалната решетка на NaCl и след това се обяснява разграждането ѝ под действието на молекулите на разтворителя. Тук се следва същият подход, който вече е използван при разкриването на същността на разтварянето. Стига се до заключението, че свободно движещите се частици в разтвора на NaCl са хидратираните Na + и Cl. Процесът се изразява с уравнение на дисоциация. Обсъжда се, че от 1 mol NaCl се получават 2 mol йони. Така разтворът изглежда два пъти по-концентриран, което обяснява отклоненията в общите свойства на разтвора на солта. Електролитната дисоциация на вещества с молекулен строеж се разглежда, като се използва дисоциацията на хлороводород. Обръща се внимание на допълнителната поляризация на молекулата и превръщането на атомите в йони, тяхната хидратация и дифузия в разтвора. Процесът се изразява с уравнение. Обобщават се двата случая на дисоциация и се дава определение на процеса. Въз основа на конкретни примери се характеризират йоните като катиони и аниони и като прости и сложни йони. ОСОБЕНОСТИ НА ЕЛЕКТРОЛИТНАТА ДИСОЦИАЦИЯ. ВОДАТА КАТО ЕЛЕКТРОЛИТ Цели на урока: Да се въведат понятията степен на електролитна дисоциация, силни и слаби електролити. Учениците да различават силни и слаби електролити според степента на електролитна дисоциация; да характеризират електролитната дисоциация при слабите електролити като обратим процес; да описват строежа на водата и да я характеризират като слаб електролит. Дидактически средства: опити изследване на електропроводимостта на разтвори на NaCl и CH 3 COOH (с еднаква молна концентрация и еднакъв обем); схематично представяне на електропроводимостта на силни и слаби електролити и неелектролити; таблица с данни за степента на електролитна дисоциация; моделно представяне на електропроводимостта и на строежа на водата. Ход на урока: В началото на часа е добре учениците да си припомнят същността на електролитната дисоциация, както и да обосноват защо електролитите показват отклонения в общите свойства на разтворите. След това вниманието им се насочва отново към 27

29 електропроводимостта на разтворите на веществата. С помощта на модел се обяснява коя е причината електролитите да проявяват това свойство. Тук се въвеждат и понятията катион и анион. За да се въведе понятието степен на електролитна дисоциация, отново се прибягва към експеримента изследва се електропроводимостта на разтвори на NaCl и CH 3 COOH (разтворите са с еднаква молна концентрация и еднакъв обем). Обсъждат се опитните резултати. И тъй като електропроводимостта зависи от количеството вещество йони в единица обем от разтвора, очевидно в изследваните разтвори, които са с еднаква молна концентрация и еднакъв обем, количеството на йоните е различно. Този извод може да се обясни с факта, че докато при NaCl цялото разтворено количество вещество от солта се е дисоциирало на йони, при оцетната киселина само малка част от молекулите ѝ са се разпаднали до йони. Тук се въвежда величината степен на електролитна дисоциация, за да се характеризира в каква степен един електролит се е дисоциирал до йони. Съобщава се как се означава, какво представлява и какви стойности приема. Въз основа на примери се въвеждат понятията силни и слаби електролити. С помощта на таблични данни за степента на електролитна дисоциация се характеризират някои от по-често използваните електролити. Важен център в урока е характеризирането на водата като слаб електролит. Като се използват знанията на учениците за химична връзка, се обяснява строежът на молекулата, характеризират се междумолекулните взаимодействия и водородната връзка. Подчертава се, че и двата водородни атома в една молекула вода се привличат от кислородни атоми на други две молекули вода посредством неподелените електронни двойки при кислородните атоми. Така всяка молекула вода образува четири водородни връзки. За илюстрация на този важен момент е добре да се използва модел, сходен с показания на фиг. 3 на с. 80. В резултат на това разглеждане се прави извод за електролитната дисоциация на водата. Водата се характеризира като много слаб електролит. Съобщава се, че е установено, че при стайна температура с(н + ) = mol/l. Концентрацията на ОН е също с(он ) = mol/l. Тази малка стойност на молната концентрация на йоните е причината водата да не провежда електричен ток. 28 КИСЕЛИНИ И ОСНОВИ Цели на урока: Учениците да разграничават видове електролити (основи, киселини и соли) според вида на йоните, които се получават при електролитната им дисоциация. Да обобщят и задълбочат знанията си за киселини и основи, като обясняват киселинността и основността на водните разтвори с концентрацията на водородните и хидроксидните йони в тях и ги свързват със стойността на рн. Да оценяват значението на киселинността и основността на водните разтвори за протичането на жизнени процеси. Дидактически средства: опити изследване на киселинността на водните разтвори на киселини и основи; опити, с които се актуализират техни свойства; схеми за общи химични свойства на киселини и основи, изследване на рн на разтвори. Ход на урока: Подходящо въведение за урока е актуализираща беседа върху електролитна дисоциация, сила на електролитите и водата като електролит. Добре е да се изрази електролитната дисоциация на силни и слаби електролити, на киселини, основи и соли, учениците да коментират силата на електролитите по зададени стойности на степен на дисоциация. След това последователно се разглеждат киселините и основите. Характеризира се строежът на чистите вещества, а оттам техни физични свойства. Коментира се промяната на цвета на лакмуса и се изразява електролитната дисоциация. Във връзка

30 с дисоциацията се въвеждат понятията основност при киселините и валентност при основите. Характеризират се общите химични свойства, както и специфични свойства, които проявяват. Тук е добре знанията да се обобщят и с помощта на таблица. След като се разгледат киселините и основите, е добре отново да се припомни, че водата е слаб електролит, и да се изрази нейната електролитна дисоциация. С тази беседа и самостоятелна работа вниманието лесно ще се насочи към проблема за водороден показател. Коментира се, че при дисоциацията на 1 mol вода при t = 25 С, с(н + ) е равна на с(он ) и е равна на 10 7 mol/l. Тъй като величината йонно произведение не е въвеждана, като факт се съобщава, че е установено, че произведението от молната концентрация на водородните катиони и молната концентрация на хидроксидните аниони при дисоциацията на водата е постоянна величина и се бележи с К Н2О. K H2O = с(н + ).с(он ). Изчислява се K H2O = 10 7 mol/l.10 7 mol/l = mol/l. Припомня се, че от концентрацията на водородните и на хидроксидните йони в даден разтвор зависи неговият характер записва се: когато с(н + ) = с(он ), разтворът е неутрален, когато с(н + ) > с(он ), разтворът е киселинен, например когато с(н + ) е 10 6 mol/l, 10 5 mol/l, 10 3 mol/l, когато с(н + ) < с(он ) разтворът е основен (алкален), т.е. с(н + ) е 10 8 mol/l, 10 9 mol/l, mol/l. И понеже, за да може да се сравняват различни разтвори, трябва да се работи с еднакви величини, за такава величина е избрана тяхната киселинност, което означава, че се сравнява количеството на водородните йони. Отбелязва се, че стойностите на с(н + ) са много малки величини, например с(н + ) = 10 6 mol/l означава, че с(н + ) = 0, mol/l, а да се работи с толкова малки числа, е неудобно. Затова се използва отрицателният десетичен логаритъм от концентрацията на водородните йони. Тогава се записва рн = lgc(h + ) и се изчислява рн за подбран от учителя ред, например при: с(н + ) = 10 1, 10 2, , 10 6, 10 7, 10 8, 10 9, 10 10, 10 12, lgc(h + ) = 1, 2,... 5, 6, 7, 8, 9, 10,... 12, 13. Това е величината рн, която учениците са изучавали в 7. клас. Така киселините имат рн < 7, а основите рн > 7. Припомнят се индикаторите, с които се отчита киселинността на разтворите, и как се работи с тях. Накрая се обсъжда значението на познаването на киселинността и основността на водните разтвори за протичането на жизнените процеси, както и за процеси, протичащи в природата и практиката на човека. ХИМИЧНИ РЕАКЦИИ МЕЖДУ ВОДНИ РАЗТВОРИ НА ЕЛЕКТРОЛИТИ Цели на урока: Учениците да разбират причината за протичането на йонообменните реакции, както и защо химичните реакции между водни разтвори на електролити протичат мигновено. Да се въведат понятията пълно и съкратено йонно уравнение. Учениците да дават примери за реакции между водни разтвори на електролити, при които се получава утайка, газ (въглероден диоксид, амоняк) или слаб електролит. Да изразяват реакции между водни разтвори на електролити със съкратени йонни уравнения, да се запознаят с таблицата за разтворимост и да прогнозират взаимодействия между разтвори на електролити, като я използват. Дидактически средства: опити взаимодействие между воден разтвор на калиев хлорид (KCl) и сребърен нитрат (AgNO 3 ); между воден разтвор на динатриев сулфид (Na 2 S) и разтвор на сярна киселина (Н 2 SO 4 ); между воден разтвор на натриева основа (NaOH) и разтвор на солна киселина (HCl); табло таблица на разтворимост. Ход на урока: Методиката на преподаване на темата е добре позната на колегията и затова няма да се спираме подробно на нея. Ще отбележим само последователността при 29

31 организацията на урока: извършва се химичен експеримант, отбелязват се продуктите, които се получават; химичните процеси се записват с молекулно уравнение, след това се въвежда пълното йонно уравнение, въз основа на което се извежда и съкратеното йонно уравнение. Подчертава се, че съкратеното йонно уравнение отразява причината за протичането на даден йонообменен процес. Обобщава се и се прави заключение. Накрая йонообменните реакции се характеризират и като обратими процеси, при които обратната реакция протича с незначителна скорост. Може да се постави и проблемът: Как може да се прецени възможността за протичане на химични реакции между водни разтвори на електролити?. В отговора се отбелязват неразтворимите вещества, веществата в газообразно състояние или слабите електролити. Въвежда се таблицата за разтворимост, описват се нейното устройство и работата с нея. Следват примери и самостоятелна работа на учениците. 30 СТЕПЕН НА ОКИСЛЕНИЕ Цели на урока: Учениците да схванат, че за свойствата на химичните съединения е от значение не толкова броят на химичните връзки между атомите, а зарядът, който те придобиват в съединението. Да се въведе понятието степен на окисление като величина, която характеризира състоянието на атомите на елементите в химичните съединения. Учениците да схващат степента на окисление на химичните елементи като условна величина. Да могат да определят степените на окисление на химични елементи по правила. Дидактически средства: опит взаимодействие между хлороводород (НCl) и амоняк (NН 3 ); модели на молекули. Ход на урока: Урокът може да започне с припомняне на понятието валентност и определяне на валентността на елементите в няколко съединения, например в сярна киселина, амоняк и хлороводород. С цел създаване на ситуация на проблемност се демонстрира опит: взаимодействие на хлороводород и амоняк, и се обсъжда образуването на амониевия йон (NН 4+ ). Разсъждава се каква е валентността на азота според определението в NН 4 Cl. Изтъкват се противоречията между броя на валентните връзки и заряда, който има атомът на азота. Вниманието се насочва и към друг пример валентността на химичните елементи в йонните съединения (например NаCl). Въвежда се понятието степен на окисление с цел да се характеризира състоянието на химичните елементи в дадено съединение. Коментира се какво е съдържанието на понятието при съединения с ковалентна полярна връзка и условния му характер. Въвежда се и съдържанието на понятието при съединения с йонна връзка. Вторият важен център в урока е информацията, свързана с означаване и определяне на степента на окисление. Подходът тук е информативен. Като се използват подходящи примери, се уточнява, че степента на окисление може да бъде цяло положително или отрицателно число, нула или дробно число. С помощта на табло се въвежда означаването: с + или и цифра, записани над знака на химичния елемент. Добре е таблата да включват и примери за означаване на валентност и да останат закачени в кабинета през следващите часове, за да могат учениците да се опират на тях при решаването на задачи. Усвояването на тази информация е важно, тъй като често учениците грешат, като записват степента на окисление на мястото, на което се означава валентността на елемента. Често не правят разлика между валентност и степен на окисление. След тази характеристика се описват последователно и двата подхода за определяне на степента на окисление на даден елемент. Първият от тях се опира на твърдението, че алгебричният сбор от степените на окисление на всички атоми в едно съединение е равен

32 на нула. За да могат да прилагат правилото, учениците трябва да знаят още, че в простите вещества степента на окисление на атомите винаги е нула; елементите от I A, II A и III A група от периодичната таблица имат степен на окисление постоянна, положителна и равна на номера на групата; водородът има винаги степен на окисление +1 с изключение в металните хидриди, където степента на окисление е 1; кислородът има винаги степен на окисление 2 с изключение в пероксидите, където степента на окисление на кислорода е 1, а в кислородния дифлуорид (OF 2 ) елементът проявява +2 степен на окисление. Обяснява се правилото, че алгебричният сбор от степените на окисление на всички атоми в едно съединение е равен на нула, и се прилага върху конкретни примери. В този случай степента на окисление на някой от елементите може да се получи дробно число. Вторият подход е свързан с изчисляване на степента на окисление въз основа на структурните формули на съединенията. Този подход може да се използва, ако се познава строежът на молекулата. Последователността от действия при прилагането на този подход е: чрез стрелка се означава изтеглената обща електронната двойка, която излиза от химичен елемент, който има по-малка електроотрицателност, и е насочена към елемент с по-голяма електроотрицателност. Пресмята се сборът от броя начала на стрелките или броя краища на стрелките. Сборът от началата на стрелките определя положителната степен на окисление на даден елемент, а сборът от краищата на стрелките отрицателната степен на окисление. Този подход е целесъобразно да се използва, когато е необходимо да се определят степените на окисление на всеки от атомите на елементите, които са различни в зависимост от начина на свързване в молекулата. ОКИСЛИТЕЛНО-РЕДУКЦИОННИ ПРОЦЕСИ Цели на урока: Да се въведат понятията окислително-редукционен процес, окислител и редуктор. Учениците да разбират причината за протичането на окислително-редукционните процеси като химични реакции, които протичат с промяна в степента на окисление на атомите или йоните; да разпознават окислително-редукционни процеси по наличието на електронен преход; да определят окислител и редуктор в примери на окислително-редукционни процеси; да изразяват ОРП с електронно-йонни уравнения. Дидактически средства: опити горене на Mg; взаимодействие между воден разтвор на калиев бромид (KBr) и хлорна вода (Cl 2 ); схематично представяне на окислители и редуктори и на изменение на окислителната и редукционната способност на елементите по периодичната таблица. Ход на урока: Тъй като понятието степен на окисление е водещо при изучаването на окислително-редукционните процеси, е разумно в началото на часа да се припомни неговото съдържание, да се подчертаят условният му характер и подходите за пресмятането му. Знанията следва да се затвърдят въз основа и на няколко примера. Към новата тема може да се подходи с помощта на експеримент, например окисление на метал (горене на Mg). Опитът е ефектен, лесен е за изпълнение, уравнението също се съставя леко и е удобно да се използва за основа на въвеждане на понятието окислително-редукционен процес. Обсъжда се какви промени са претърпели атомите на магнезия и на кислорода. Отбелязва се, че в химичното съединение магнезиев оксид степента на окисление на магнезия се е променила от 0 в +2, а на кислорода от 0 в 2. Прави се извод, че магнезият е повишил степента си на окисление, а кислородът я е понижил. Химичната реакция е протекла с пренос на електрони от магнезия към кислорода. Отбелязва се, че този вид химични процеси се наричат окислително-редукционни, за които именно 31

33 промяната на степента на окисление на елементите е характерна особеност. Въвежда се как се означава посоката, в която се пренасят електроните със стрелка, над която се записва броят на пренесените електрони. Въвежда се и още един начин за записване на окислително-редукционните процеси с електронно-йонни уравнения. Втори опит, който е разумно да бъде направен, е взаимодействие между воден разтвор на калиев бромид (KBr) и хлорна вода (Cl 2 ). Опитът е не само лесен за изпълнение, но и позволява да се затвърди току-що въведеното ново понятие и да се разшири разбирането на този вид процеси, а именно, че електрони могат да отдават и приемат не само атоми, но и йони. Като се използват същите примери, може да се въведат и понятията окислител и редуктор. Подходяща схема е показаната на с. 111, фиг. 3. С цел да се пренесат знанията върху изучени химични процеси и елементи, се характеризира промяната на окислителните и редукционните свойства на елементите в периодичната таблица по периоди и по групи. Тези знания, въведени като изменение на активността на елементите в периодичната таблица, са познати на учениците. Сега знанията само се задълбочават и обобщават още веднъж. 32 АКТИВНОСТ НА МЕТАЛИТЕ Цели на урока: Да се въведе понятието ред на относителната активност на металите. Учениците да разширят знанията за окислително-редукционни процеси чрез въвеждане на реда на относителната активност на металите; да определят окислител и редуктор в примери на окислително-редукционни процеси, протичащи в разтвор; да предвиждат възможни взаимодействия на метали с разтвори на соли и разредени киселини, като използват реда на относителната активност на металите. Дидактически средства: паралелни опити взаимодействие между метала мед и воден разтвор на сребърен нитрат и между сребро и разтвор на меден сулфат; цинкова пластинка или железен пирон, потопени в разтвор на меден сулфат и медна тел в разтвор на цинкова или желязна сол; взаимодействие на солна киселина с метали, например мед, магнезий и цинк; табло с РОА на металите. Ход на урока: В началото на урока е добре да се направи затвърдяване на окислително-редукционни процеси, окислители и редуктори, след което вниманието на учениците да се насочи към окислително-редукционните процеси, които протичат в разтвори на електролити. Коментира се, че тези процеси са широко разпространени в природата и често се налага да се определи дали ще протече даден окислително-редукционен процес между метал и воден разтвор на електролит, киселина или сол. От изученото учениците могат да направят извода, че металите проявяват различна редукционна активност, че алкалните метали проявяват силно изразени редукционни свойства. Но когато трябва да се преценят редукционните свойства на други метали, често това е трудно. Съобщава се, че за да се определи дали може да протече взаимодействие между метал и електролит, се използва т.нар. ред на относителната активност на металите. Съобщава се, че част от реда ще бъде изведена въз основа на данни от проведени опити. Тук подходът е традиционен извършват се паралелни опити, записват се уравненията, изразява се посоката на прехода на електрони и се прави извод за редукционната активност на двойката метали. И така с предвидените по-горе или подбраните от учителя опити се съставя РОА на металите. Може да се направят и други, подбрани от учителя, реакции. Може да се използва и обратният подход: първоначално се съставя редът, а впоследствие чрез опит се проверява неговата достоверност.

34 Следващият момент от урока е определяне на мястото на водорода. Тук може да се използва вторият подход: да се провери с опити дали правилно е определено мястото на елемента водород в РОА. С цел затвърдяване на материала и разкриване на практическото значение е добре в края на часа да се решат и няколко задачи, свързани с практиката. ЕЛЕКТРОЛИЗА Цели на урока: Да разглеждат електролизата като окислително-редукционен процес и като един от методите за получаване на редица важни за индустрията вещества. Да задълбочат познанията си за окислително-редукционните процеси, като направят характеристика на процеси, протичащи на катода (редукция) и на анода (окисление); с помощта на реда на относителната активност на елементите да преценят кои йони ще се отелектризират, когато се проведе електролиза на воден разтвор. Дидактически средства: опити взаимодействие на мед с хлор (Cl 2 ) и електролиза на меден дихлорид; схема на електролизен процес на стопилка и на воден разтвор; РОА. Ход на урока: Урокът е добре да започне с беседа върху окислително-редукционни процеси, характеризиране на процесите на окисление и редукция. Обсъждането може да се направи въз основа на резултатите от опита взаимодействие между мед и хлор. Задължително трябва да се коментират условията, при които се извършва взаимодействието, както и че процесът протича с отделяне на голямо количество топлина. Тук се поставя проблемът може ли да протече обратният процес на разлагане на медния дихлорид. Коментира се, че от отделеното голямо количество топлина може да се направи изводът, че разлагането не е спонтанно протичащ процес. Но ако се създадат подходящи условия, хлоридният йон може да отдаде един електрон, а медният йон да приеме два електрона, т.е. може да протече и обратната реакция. Тези условия са поставяне на стопилката под действието на постоянен електричен ток. Тъй като в училищни условия експериментът електролиза на стопилка на меден дихлорид няма условия да се реализира, тази част от учебното съдържание следва да се разкрие чрез анализ на опитната постановка, представена схематично. Важно е да се подчертае, че медният дихлорид е йонно-кристално вещество. При стапяне йоните се движат хаотично в системата. Когато обаче се пропусне постоянен електричен ток, движението на йоните става насочено. Медните йони се отправят към катода, а хлоридните към анода. Обяснява се, че на катода йоните приемат електрони и се превръщат в атоми, които полепват по електрода, а на анода хлоридните йони отдават електрони и се отделят под формата на газа хлор. Записват се уравненията на процесите на катода и на анода и се характеризират съответно като редукция и окисление. Знанията се обобщават и се извежда определението за електролиза на стопилка. Електролизата на разтвор на меден дихлорид може да се разгледа, като се изхожда от опита. Анализира се преди опита какви йони има в разтвора и как се движат те. Усложнението за учениците идва от факта, че има два вида положителни и два вида отрицателни йони. За да се определи кои процеси протичат на електродите след включването на постоянен електричен ток, се използват РОА на металите, както и този на неметалите. Чрез опита се потвърждава направеното предположение. Тук може да се използва и клипче, което се намира на адрес: В края на часа се обсъжда значението на процеса за практиката. Поставят се задачи и за подготовка на следващо занятие, в което ще се разгледат други окислително-редукционни процеси, свързани с получаване и пречистване на метали, нанасяне на метални покрития, галванични елементи, батерии и акумулатори и др. 3. Книга за учителя по химия за 10. клас Л. Боянова и др. 33

35 Класификация на химичните процеси и на веществата Този раздел има за основна цел учениците да обобщят и систематизират знанията си, придобити в курса на обучение. Разделът се състои от три двойки уроци със сходна структура. В първия от всяка двойка урокът е разработен като обобщение. Информацията е изложена главно под формата на таблици. Избрали сме този подход, тъй като е най-икономичен и учениците могат да направят лесно справка и да си припомнят материала. Освен това дава възможност за сравнения. Във втория от уроците сме фиксирали основни въпроси, които е полезно да се обсъдят, както и набор от задачи. Всъщност въпросите и задачите трябва да се разглеждат като примерни. Всеки учител може да ги промени или замени в съответствие с конкретните условия. В края на раздела сме включили и набор задачи за самоконтрол. Относно методиката на провеждане на занятията можем да препоръчаме учителят да изисква учениците да прегледат вкъщи съответното съдържание, за да могат да участват по-активно в клас. Като организационна форма смятаме за подходяща беседата. Въпросите е добре да са насочени не само към актуализация на знанията, а и към сравнения, систематизация и към практиката. Относно експерименталната част в уроците ще отбележим, че тя може да присъства по-сериозно в часовете за упражнения. За тези часове може да се разработят и работни листове съобразно индивидуалните възможности на учениците. Методиката на организация на занятията се подчинява на общите закономерности на занятията за обобщаване на знанията и за упражнение. Темите, включени в раздела, са: 44. Класификация на химичните процеси (обобщение) 45. Класификация на химичните процеси (упражнение) 46. Класове неорганични вещества (обобщение) 47. Класификация на неорганични вещества (упражнение) 48. Класове органични съединения (обобщение) 49. Класификация на органичните вещества (упражнение) Класификация на химичните процеси и на веществата (самоконтрол) Материали Основната идея на раздела е да се покажат някои съвременни приложни аспекти на химията в областта на материалите. Всъщност в този раздел учениците за първи път се запознават с термина материали, въпреки че въпроси, свързани с приложението на веществата, те са обсъждали при изучаването им. Включеният в раздела материал дава информация за съдържанието на понятието материали и тяхната класификация. Авторите на програмата са включили и от трите вида материали: метали и сплави, силикатни материали и полимери и влакна. Тези видове са характеризирани както от химична гледна точка, така и от гледна точка на използването на веществата в практиката. В частта Метали и сплави приложните аспекти се разглеждат въз основа на три метала, които са зададени в програмата желязо, мед и цинк. Тези метали са елементи от Б групите и това дава възможност да се включат знания за преходните метали. Идеята на МОН за по-сериозното участие на учениците в изучаването на учебното съдържание може да се реализира именно при запознаването с тези елементи като материали. 34

36 Преди всичко учениците имат изграден алгоритъм за изучаване на химичните елементи, който може да се приложи. Освен това много от свойствата им са познати, защото пряко или косвено са били обект на внимание. Така че тези теми може да се реализират под формата на самостоятелна работа. Преди изучаването на елемента учениците трябва да се запознаят с информацията, която е включена в учебника в рубриката В помощ на ученика. В учебния час учителят може да използва предложената в учебника организация на урока, но може да приложи и други решения, например да състави работни листове, с които учениците да работят, или да проведе семинарно занятие, да организира екскурзия, дебат и др. Силикатните материали са представени със стъкло и керамика състав, строеж и свойства, и разбира се, приложение. Полимерните материали изискват разширяване на съдържанието на понятията високомолекулни съединения, полимери, пластмаси, както и запознаване със свойствата и употребата на каучука и влакната. Темите са за нови знания и методиката на изучаване на химията на веществата не е нова. Особеното, което сме се опитали да внесем, е по-пространната информация за приложението им. Темите, включени в раздела, са: 50. Металите и сплавите като материали Желязо. Сплави и съединения на желязото ( В помощ на ученика ) 51. Желязо. Сплави и съединения на желязото (семинар) Мед. Сплави и съединения на медта ( В помощ на ученика ) Цинк. Сплави и съединения на цинка ( В помощ на ученика ) 52. Цинк. Сплави и съединения на цинка (упражнение) 53. Металите и сплавите като материали (обобщение) 54. Силикатни материали. Стъкло и керамика 55. Полимери 56. Пластмаси 57. Свят със или без пластмаси (дебат) 58. Каучук 59. Естествени и химични влакна 60. Експериментални задачи върху химични влакна (лабораторно упражнение) Приложни аспекти на химията в областта на материалите (самоконтрол) Опазване на околната среда Това е най-малкият по обем раздел в учебника. В действителност в учебника информацията по проблема е твърде богата. Почти във всеки от предишните раздели в учебника има предвидени по едно или повече занятия, в които се обсъждат важни въпроси, свързани с химическата същност на обекта на разглеждане, например при Химични процеси се изучават Горива, Значение на катализаторите и Производство на амоняк. И в трите теми не само се затвърдяват знанията за топлинен ефект на химичните реакции, скорост и химично равновесие, но и се обсъждат въпроси, свързани с икономия на енергия, оптимални условия и др. В раздела Материали се обсъжда темата Свят със или без пластмаси, която е сериозно свързана с проблема за здравното образование и възпитание. В този смисъл трите теми, разработени в този раздел, трябва да се разглеждат като обобщение, възможност за израз на отношение, защита на лична позиция. Тук има 35

37 възможност да се реализират изискванията на програмата, свързани с формирането на умения за обясняване на процеси и явления, разкриване на причинно-следствени връзки и използване на научни данни и доказателства. Методиката на организация е заложена в изложението на темите, а и възможностите за избор са големи. Ние предлагаме като организационни форми семинарната форма, решаването на казуси и учебната екскурзия като форми, изискващи по-висока степен на изградени умения за формиране и отстояване на позиция. Организацията на занятието може да бъде и друга. Важна е идеята учениците да се поставят в ситуация да решават проблеми, да изразяват собствени виждания, да защитават позиции. Темите в раздела са: 63. Околната среда и ние (семинар) 64. Околната среда и ние (решаване на казуси) 65. Анализ на води (учебна екскурзия) Вещества, материали и химични процеси. Задачи за изходно ниво (самоконтрол) 36

38 ПРИМЕРНИ ТЕСТОВИ ЗАДАЧИ ТЕСТОВИ ЗАДАЧИ ЗА ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ВХОДНО НИВО Задачи с избираем отговор 1. Кое от уравненията НЕ е на химичен процес? А) n CH 2 =CH 2 ( CH 2 CH 2 ) n t Б) 2 СН 4 С 2 Н Н В) 92 U 90 Th 2He Г) C 2 H 6 + Br 2 C 2 H 5 Br + HBr 2. Кое от уравненията изразява хетерогенна реакция? А) HNO 3 + KOH KNO 3 + H 2 O Б) Fe + S FeS В) СН О 2 СО Н 2 О Г) 2 Al + 6 HCl 2 AlCl H 2 3. Посочете уравнението, което изразява химичен синтез. А) Са + 2 Н ОН Са(ОН) 2 + H 2 Б) SO KOH K 2 SO 4 + H 2 O В) AlCl NaOH Al(OH) NaCl Г) BаО + SО 3 BаSО 4 4. Кой от изразените процеси НЕ е дисоциация? А) H 2 СО 3 2 H + + СО 3 2 Б) 2 HCl H 2 + Cl 2 В) СН 3 СООН Н + + СН 3 СОО Г) НNO 3 H + + NO 3 5. Кое уравнение изразява нeутрализация на азотната киселина? А) HNO 3 H+ NO 3 Б) HNO 3 + КOH КNO 3 + H 2 O В) CuO + 2 HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + H 2 O Г) H 2 SO КOH К 2 SO H 2 O 6. С кое уравнение е изразено свойство на основите? А) СаО + H 2 O Са(ОН) 2 Б) 2 Na + 2 H 2 O 2 NaОН + H 2 В) NаОН Nа + + ОН Г) НCl H + + Cl 7. Кой от процесите НЕ отразява свойство на киселините? А) H 2 + Cl 2 2 HCl Б) 2 НNO 3 + Ca(OH) 2 Ca(NO 3 ) H 2 O В) AgNO 3 + HCl AgCl + HNO 3 Г) CН 3 СООН Н + + CН 3 СОО 37

39 8. Коя химична реакция протича с поглъщане на топлина? А) N 2 + O 2 2 NO Q Б) С 2 Н О 2 2 СО Н 2 О + Q t, p В) N H 2 2 NH 3 + Q Г) 2 CО + О 2 2 CО 2 + Q 9. Кой от процесите е естерификация? ензими А) въглехидрати C 2 H 5 OH + CO 2 Б) HCOOH H + + НCOO ензими, 30 О С В) CH 3 CH 2 OH + O 2 CH 3 COOH + H 2 O к. H 2 SO 4 Г) CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O 10. Посочете уравнението, с което е изразен хидролизен процес. Н + А) C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 Б) СН 2 =СН 2 + Н ОН СН 3 СН 2 OH В) SО 2 + H 2 О H 2 SО 3 Г) NH 3 + H 2 О NH 4 OH 11. Посочете ГРЕШНОТО уравнение. А) C 2 H 6 + Cl 2 C 2 H 5 Cl + HCl Б) CH 2 =CH 2 + Br 2 CH 2 =CHBr + HBr В) Na 2 SO 4 + BaCl 2 BaSO NaCl Г) НBr + AgNO 3 AgBr + НNO Кой от посочените преходи НЕ е възможен? А) C 2 H 4 C 2 H 5 Cl C 2 H 5 OH Б) C 2 H 2 CH 3 CHO CH 3 COOH В) C 2 H 2 HCHO HCOOH Г) CH 4 C 2 H 2 C 6 H 6 Задачи с отворен отговор 13. В три епруветки има безцветни водни разтвори на калиева основа, солна киселина и сярна киселина. Разпознайте веществата, като използвате универсален индикатор и подходящи качествени реакции. Изразете процесите с химични уравнения. 14. Дадени са разтвори на FeCl 3, KMnO 4 и конц. HNO 3, с които може да се открият веществата, отбелязани в таблицата. Запишете ги на правилното място в нея. Попълнете и останалата липсваща информация. 38

40 Химично съединение фенол етен белтък Химична формула Реактив за откриване Наблюдаван признак 15. Изразете с химични уравнения преходите в схемата. CO 2 CH 4 C H C H C H OH бензен полиетилен Отговори: 1 В, 2 Г, 3 Г, 4 Б, 5 Б, 6 В, 7 А, 8 А, 9 Г, 10 А, 11 Б, 12 В. Химични процеси Задачи с избираем отговор 1. За топлиния ефект на реакцията е вярно, че: А) не зависи от състоянието на реагиращите вещества Б) зависи от алотропните форми на участващите вещества В) се променя в присъствие на катализатор Г) е температурата, при която се извършва реакцията 2. В кое термохимично уравнение посоченият топлинен ефект е топлина на изгаряне на веществото? А) N 2(г) + O 2(г) 2 NO (г) 180,8kJ Б) S (тв) + O 2(г) SO 2(г) kj В) C 2 Н 5 OН (т) + 3 O 2(г) 2 CO 2(г) + 3 H 2 O (г) kj E A Г) 2 CН 4(г) + 3 O 2(г) 2 CO (г) + 4 H 2 O (г) kj AB 3. Като използвате схемата на фиг. 1, определете стойността на топлинния ефект (Q) на превръщането: AB 2 AB. А) 283kJ Q Б) +283kJ В) +566 kj Г) 141,5kJ AB 2 Фиг В кое термохимично уравнение посоченият топлинен ефект НЕ е топлина на образуване на веществото? А) ½ N 2(г) + ½ O 2(г) NO (г) Q Б) 4 Al (тв) + 3 O 2(г) 2 Al 2 O 3(тв) + Q В) C (тв) + ½ O 2(г) CO (г) + Q Г) S (тв) + O 2(г) SO 2(г) + Q 393,5kJ 110,5kJ 39

41 5. Кой от изразите за средната скорост на реакцията: 2 C (тв) + O 2(г) 2 CO (г), е верен? А) v ср (O 2 ) = с(o 2 ) t Б) v ср (C) = с(c) t В) v ср (О 2 ) = с(о 2 ) t Г) v ср (CО) = с(cо) t 6. Скоростта на химичната реакция при един необратим процес НЕ се променя при: А) увеличаване на концентрацията на реагиращо вещество Б) намаляване на концентрацията на продукта В) промяна на температурата на системата Г) добавяне на катализатор в системата 7. Даден е хетерогенно каталитичният процес: 2 H2 O 2 2 H 2 O + O 2. При кои външни въздействия (1, 2, 3, 4) ще нарасне скоростта на реакцията? Посочете вярната комбинация от фактори. 1) намаляване на концентрацията на H 2 O 2 2) увеличаване на концентрацията на H 2 O 2 3) раздробяване на MnO 2 4) ако MnO 2 е на гранули А) 1, 3 Б) 1, 4 В) 2, 4 Г) 2, 3 8. В коя комбинация от изброените характеристики (1, 2, 3, 4), са посочени такива, които се отнасят за химичното равновесие? 1) Концентрацията на всички участващи в процеса вещества се запазва постоянна за неопределено време. 2) Концентрацията на всички участващи в процеса вещества е равна на изходната им концентрация. 3) Изравняват се скоростите на правата и обратната реакция. 4) Концентрацията на всички участващи в процеса вещества остава равна за неопределено време. А) 1, 3 Б) 3, 4 В) 2, 3, 4 Г) 1, 2, 4 9. Процесът: CaCO 3 CaO + CO 2 Q, е в състояние на равновесие. Обратната реакция ще протече с по-голяма скорост, ако се: А) увеличи количеството на калциевия карбонат Б) увеличи количеството на калциевия оксид В) намали концентрацията на СO 2 Г) понижи температурата на системата MnO 2 40

42 10. В коя от равновесните системи, ако се понижи налягането, равновесието ще се наруши и с по-голяма скорост ще протече обратната реакция? А) 2 SO 2(г) + O 2(г) 2 SO 3(г) Б) Н 2(г) + S (тв) Н 2 S (г) В) 2 С (тв) + Н 2(г) С 2 Н 2(г) Г) Н 2 + I 2(г) 2 НI (г) 11. Кое от твърденията за ензимите НЕ е вярно? А) Активността им се запазва при много висока температура. Б) Много са чувствителни. В) Действието им се влияе от рн на средата. Г) Могат да ускорят само един процес. Задачи с отворен отговор 12. Топлинният ефект на разлагането на нишадъра по реакцията: NH 4 Cl (г) NН 3(г) + HCl (г) Q, е 177 kj. Изчислете топлината на образуване на NН 4 Cl, ако се знае, че топлините на образуване на Q(NН 3 ) = 46,2 kj/mol, а Q(HCl) = 91,8 kj/mol. 13. Процесът: СO 2(г) + C (тв) 2 СО (г) Q, е в състояние на химично равновесие. Какви промени ще настъпят в системата, ако: а) системата се охлади; б) въглеродният оксид се отстрани от системата? Обосновете отговорите си. Ni 14. Даден е равновесният процес: С 2 H 4(г) + Н 2(г) С 2 Н 6(г). Посочете какви промени ще настъпят, ако се увеличи: а) количеството на Ni; б) повърхността на Ni. 15. Един от методите за получаване на сярната киселина в практиката е контактният. При него серният диоксид се окислява върху повърхността на катализатор V 2 O 5, след което полученият серен триоксид се поглъща от концентрирана сярна киселина. Обосновете технологичния режим за синтез на серен триоксид по контактния метод: непрекъснато подаване на реакционна смес и отвеждане на серния триоксид от реакционната система, температура С, налягане обикновено, и катализатор диванадиев пентаоксид. Отговори: 1 Б, 2 В, 3 А, 4 Б, 5 А, 6 Б, 7 Г, 8 А, 9 Г, 10 А, 11 А. Разтвори Задачи с избираем отговор 1. Големината на частиците на разтвореното вещество при истинските разтвори е: А) над 100 nm Б) равна на 100 nm В) между 1 и 100 nm Г) под 1 nm 41

43 2. Истинските разтвори са: А) хомогенни системи Б) хетерогенни системи В) изолирани системи Г) нестабилни системи 3. Посочете вярното твърдение. А) Разтворимостта на повечето твърди вещества не зависи от температурата. Б) Разтворимостта на газовете не зависи от налягането. В) Разтворимостта на веществата при дадена температура не зависи от концентрацията. Г) Разтворимостта на едно вещество се измерва с грамовете разтворено вещество в 100 g разтворител при 20 С. 4. Като използвате температурните криви на разтворимост, определете коя сол е най-малко разтворима във вода при 20 С. А) NaCl Б) NH 4 Br В) KClO 3 Г) Pb(NO 3 ) Кой от дадените примери НЕ е истински разтвор? А) минерална вода Б) дестилирана вода В) воден разтвор на сода каустик Г) разтвор на син камък 6. Парното налягане на воден разтвор на син камък: А) не се различава от това на чистия разтворител Б) понякога е различно от това на чистия разтворител В) е по-ниско от това на чистия разтворител Г) е по-високо от това на чистия разтворител 7. Дадени са разтвори на захар с различна молна концентрация. Кой от тях има най-високо парно налягане? А) 0,05 mol/l Б) 0,5 mol/l В) 1 mol/l Г) 2 mol/l 8. Разтвор на глюкоза е с молна концентрация c(c 6 H 12 O 6 ) = 3 mol/l. Кой от получените от него разтвори замръзва при най-висока температура? А) 2 пъти по-разреденият Б) 2 пъти по-концентрираният В) 3 пъти по-разреденият Г) 3 пъти по-концентрираният

44 9. Дадени са водни разтвори на NaCl с молни концентрации: c 1 = 0,5 mol/l и c 2 = 2,5 mol/l. Посочете вярното твърдение. Разтвор с концентрация c 1 има: А) по-висока температура на кипене от тази на водата Б) по-висока температура на кипене от тази на разтвора с концентрация c 2 В) по-висока температура на замръзване от тази на водата Г) по-ниска температура на замръзване от тази на разтвора с концентрация c Посочете вярното твърдение. А) Осмозата води до изравняване на концентрацията на разтвореното вещество във всички точки на системата. Б) Разтвори, които имат различно осмотично налягане, се наричат изотонични. В) При осмозата през полупропускливата преграда преминават само молекули на разтвореното вещество. Г) Налягането, което е необходимо да спре осмозата, се нарича осмотично налягане. 11. Посочете ГРЕШНОТО твърдение. А) Процесът дифузия протича до изравняване на концентрацията на разтвореното вещество в целия обем на системата. Б) Скоростта на дифузия се увеличава при повишаване на температурата. В) Дифузията е процес на спонтанно насочено движение на частиците на разтвори от места с по-ниска към места с по-висока концентрация. Г) При дифузията изравняването на концентрацията на разтвора не се нуждае от външна намеса. Задачи с отворен отговор 12. От кривите на разтворимост, дадени в задача 4: а) отчетете разтворимостта на CdSeO 4 при посочените в таблицата температури и резултатите запишете в таблицата; t, С 20 С 40 С 60 С m(cdseo 4 )/100 g вода б) направете извод за топлинния ефект на разтваряне на CdSeO 4 и обяснете твърдението си; в) изчислете масовата част на CdSeO 4 в разтвор, получен от 324 g вода и 76 g от дадената сол. 13. Пресметнете колко грама натриева основа трябва да се разтворят, за да се получи разтвор с молна концентрация c(naoh) = 0,1 mol/l и обем на разтвора 500 ml. 14. Ученик добавил няколко капки синя боя към водата в стъклена колба (фиг. 1). След известно време установил, че целият обем на течността в съда има син цвят. Кой процес е причина за наблюдавания ефект? Съставете кратък текст, с който да опишете как протича процесът, като използвате изображението. Отговори: 1 Г, 2 А, 3 Г, 4 В, 5 Б, 6 В, 7 А, 8 В, 9 А, 10 Г, 11 В, 12 19%, 13 2 g NaOH. Фиг. 1 43

45 44 Химични реакции във водни разтвори Задачи с избираем отговор 1. В кой от редовете всички записани формули са на неелектролити? А) NaOH, HCl, H 2 SO 4, NaNO 3 Б) NaOH, C 2 H 5 OH, H 2 O, HCl В) C 6 H 12 O 6, C 2 H 5 OH, C 12 H 22 O 11, CH 3 COCH 3 Г) C 2 H 5 OH, C 6 H 5 OH, CH 3 COOH, CH 3 COCH 3 2. В кой ред електролитната дисоциация е изразена ГРЕШНО? А) CH 3 COOH CH 3 COO + H + Б) C 6 H 5 OH C 6 H OH В) H 2 SO 4 2 H + + SO 4 2 Г) NaCl Na + + Cl 3. Посочете реда, в който всички означени вещества са киселини според теорията за електролитната дисоциация. А) Ca(OH) 2, КОН, Ba(OH) 2 Б) H 2 SO 4, HNO 3, CH 3 COOH В) H 2 SO 4, H 2 CO 3, C 2 H 5 OH Г) H 2 SO 4, C 2 H 5 OH, CH 3 COOH 4. Колко е стойността на степента на електролитна дисоциация и какъв е видът на електролита, ако в разтвора му на всеки 30 разтворени молекули 18 са дисоциирани до йони? А) a = 60%, силен електролит Б) a 20%, среден електролит В) a = 0,6%, слаб електролит Г) a 2%, слаб електролит 5. Посочете реда, в който водните разтвори на всички електролити променят цвета на лакмуса в син. А) NaCl, NaNO 3, NaOH Б) КОН, K 2 S, Na 2 CO 3 В) Na 2 CO 3, NaOH, C 2 H 5 OH Г) HCl, HNO 3, CuCl 2 6. В коя комбинация кислородът НЕ проявява една и съща степен на окисление? А) Ca(OH) 2, BaO 2, Na 2 O Б) CaO, HClO, H 2 O В) CO 2, N 2 O 5, HClO Г) NaOH, Cl 2 O 7, Ca(OH) 2 7. Мишо изследвал химичните отнасяния на различни вещества. Към четири епруветки вода прибавил: 1) NaCl 2) CuCl 2 3) K 4) C 2 H 5 OH

46 При добавянето на кое вещество ще протече процес на хидролиза? А) само на 2 Б) само на 3 В) на 1 и 2 Г) на 3 и 4 8. Кое от твърденията е вярно? А) Редукторът отдава електрони и повишава степента си на окисление. Б) Редукторът приема електрони и понижава степента си на окисление. В) Окислителят отдава електрони и повишава степента си на окисление. Г) Окислителят отдава електрони и понижава степента си на окисление. 9. Коя от частиците в химична реакция може да е само окислител? А) Al 3+ Б) H 2 В) Al Г) S 10. Между коя двойка вещества ще протече окислително-редукционен процес? А) ZnSO 4 + NaOH Б) BaCl 2 + Na 2 SO 4 В) SO 3 + H 2 O Г) Zn + CuSO В коя комбинация всички процеси са окислително-редукционни? А) корозия, хидролиза на сол, електролиза Б) електролиза, дисоциация, дишане В) горене, дисоциация, фотосинтеза Г) фотографски процеси, процеси в акумулатора, фотосинтеза 12. В железен съд може да се съхранява разтвор на: А) CuSO 4 Б) ZnSO 4 В) разредена H 2 SO 4 Г) разредена HCl Задачи с отворен отговор 13. Кои от реакциите между двойките вещества са възможни? Обосновете се. Преценете вида на възможните процеси и ги изразете с подходящи уравнения. а) КОН + CuSO 4 б) ZnCl 2 + NaNO 3 в) Al + AgNO 3 г) ZnCl 2 + H 2 O 14. В две епруветки се съдържат безцветни водни разтвори на AgNO 3 и Na 2 S. Как ще разпознаете разтворите на солите с всяко от следните вещества: HCl и Cu? Изразете химичните процеси с уравнения. Обосновете се. Помощ: Попълнете таблицата и отразете в нея какво трябва да наблюдавате, ако проведете изследването опитно. 45

47 Изследван разтвор Изследване чрез: HCl Cu AgNO 3 Na 2 S 15. Определете вида на процеса, представен на фиг. 1. Опишете промените, които се извършват с CuBr 2. Запишете с уравнения процесите, които протичат на катода и на анода. 46 Отговори: 1 В, 2 Б, 3 Б, 4 А, 5 Б, 6 А, 7 А, 8 А, 9 А, 10 Г, 11 Г, 12 Б. Материали Задачи с избираем отговор 1. Подберете подходящите понятия, с които се получават верни твърдения. а) свойства; б) полимери; в) метали и сплави; г) материали; д) влакна; е) силикатни материали. А) За изработването на изделия с желани... се използват определени.... Б) Групата на неорганичните материали включва... и.... В) В групата на органичните материали попадат... и Посочете ГРЕШНОТО твърдение. А) Преходните метали обхващат елементите от 3. (ІІІ Б) до 12. (ІІ Б) група. Б) При преходните метали слоят, разположен под външния, се изгражда до 18 електрона. В) В периодичната таблица преходните метали се намират вдясно от линията B At. Г) Най-често преходните метали проявяват променлива степен на окисление. 3. Посочете от какъв материал трябва да са направени цистерни, с които да се пренася концентрираната азотна киселина (HNO 3 ). А) желязо (Fe) Б) мед (Cu) В) цинк (Zn) Г) олово (Pb). 4. Посочете кое от веществата е биополимер. А) полипропилен В) синтетични влакна Б) нуклеинови киселини Г) целулоид Фиг. 1