Из опыта формирования у учащихся понятий «моль», «молярный объём»

            Гданская А.В. учитель химии

                                               МБОУ СОШ УИОП г.Зернограда Ростовской обл.

Из опыта формирования у учащихся понятий «моль», «молярный объём»

         Наша школа - школа с углубленным изучением отдельных предметов. В  10 классе многие ученики выбирают химико-биологический профиль, который ориентирован на углубленное изучение химии.

         Химия является одним из базовых предметов, необходимых для поступления в медицинские учебные заведения и заведения, в которых учащиеся изберут своей специальностью  химию или науки смежные с ней.

Химия - предмет наиболее трудный для восприятия учащимися, так как требует определённого уровня развития образного и логического мышления.

В нашу школу в профильный химико-биологический класс приходят учащиеся из других школ. Готовя учеников к ЕГЭ и ГИА,  убедилась,  что большинству ребят удобнее решать задачи, используя  пропорцию, а понятия «моль» и «молярный объём» они не используют при  решении задач, даже в тех, в  которых обязательно надо было бы их применять (например, задачи  на избыток-недостаток).

Поделюсь опытом  формирования этих понятий у учащихся 8-х классов. Думаю, что предлагаемые методические рекомендации могут быть использованы учителями при подготовке к урокам.

Ко времени изучения вопроса о моле, как мере количества вещества, учащиеся из курса физики уже знают, что в качестве меры количества вещества можно пользоваться мерами массы. Сообщаю учащимся, что в химии массы можно сравнивать между собой только тогда, когда приходится иметь дело с одним и тем же веществом, если же речь идет о разных веществах, то равные массы их могут быть неравноценны в химическом отношении. Например, нельзя сразу сказать, вступит ли в реакцию 1 г магния с 1 г серной кислоты без остатка. Поэтому в химии приходится пользоваться  ещё и другой мерой количества вещества, которая связана с количеством заключённых в этой массе вещества молекул.

 Перед учениками ставлю вопрос: не может ли мерой вещества в химии служить молекула? Обсуждая вопрос, приходим к выводу, что из-за очень малых размеров молекул это невозможно в практических целях. На практике приходится иметь дело с разу с очень большим количеством молекул. Например, если взять 2г водорода, то в нём будет содержаться огромное количество молекул, которое приближенно выражается числом Авогадро равным 6,02 10²³ структурных единиц. Чтобы взять  такое же количество молекул кислорода, требуется не 2г, а в 16 раз больше, т.е. 32г. Если брать количество любого вещества в граммах, численно равное его молекулярной массе, то в нём всегда будет содержаться 6,02 10²³ молекул. Вывод – моль принят в качестве химической меры количества вещества. Затем вместе формулируем  определения понятия «моль» как количества вещества, содержащего 6,02 10²³ молекул.

Для наглядности использую интерактивную доску с заранее приготовленной таблицей, иллюстрирующей соотношение между молекулой и молем. При составлении таблицы вначале записываем формулы веществ, например, водорода, кислорода, воды, оксида углерода (IV), над ними схематически изображаем единичные молекулы, оставив место для значений молекулярных масс. Потом предлагаю учащимся мысленно представить, что взята не одна молекула вещества, например водорода, а огромное количество молекул, при взвешивании которого получилась бы масса 2г, т.е. масса в граммах, численно равная молекулярной массе водорода. Аналогичные рассуждения проводим и для веществ О₂, Н₂О, СО₂. Затем отмечаю, что молярная масса, т.е. масса моля, выраженная в граммах, численно равна молекулярной массе молекулы. Далее  учащиеся самостоятельно определяют массу моля по молекулярной массе.

При объяснении особенно делаю акцент на то, что моль – это количество вещества, содержащее 6,02 10²³ молекул или атомов.

Если вещество состоит из молекул, то 1 моль – это 6,02 10²³ молекул этого вещества.

Например: 1 моль водорода Н₂ – это 6,02 10²³ молекул Н₂

                   1 моль кислорода О₂ – это 6,02 10²³ молекул О₂

                   1 моль воды Н₂О – это 6,02 10²³ молекул Н₂О

Если вещество состоит из атомов, то 1 моль – это 6,02 10²³ атомов этого вещества.

Например:

                    1 моль железа Fe – это 6,02 10²³атомов Fe

                    1 моль серы  S – это  6,02 10²³атомов S

По числу молекул моли всех веществ равны между собой, поэтому  моль является мерой количества вещества в химии. Это одна из основных единиц в химии.

Концентрирую внимание учащихся на то, что при равенстве между собой по числу молекул моли разных веществ не равны по их массе. Масса одного моля называется молярной массой и каждое вещество имеет своё значение молярной массы, характерное только для него. Например, масса одного моля кислорода равна 32г, следовательно, молярная масса составляет 32г на моль, и записывается это так: 32г/моль. Отсюда видно, что молярная масса является величиной производной от моля и массы. На практике, чтобы взять моль какого либо вещества, отвешивают массу вещества, равную его молярной массе.

Хочется отметить, что если наряду  с понятием «моль»  изучается понятие «молярная масса», то материал урока приобретает большую логическую завершенность и, что особенно важно, предупреждает вопросы учащихся о наименовании величин при решении примеров после §15 (учебник О.С. Габриелян, химия 8 кл).

Например: сколько молей воды содержит 45г воды?

Рассуждаем: каждые 18г воды составляют 1 моль воды, т.е. молярная масса воды 18г/моль. Значит в 45г воды содержится 45г : 18г/моль = 2,5 моль воды.

Затем записываем формулу  n = m/M, которой в дальнейшем будем пользоваться при решении задач.

На следующем уроке даю понятие молярного объёма газов и изучаю закон Авогадро. На  уроке провожу самостоятельную работу, закрепляю и совершенствую полученные ранее знания, развиваю творческое мышление учащихся. Здесь же создаю проблемную ситуацию и осуществляю исследовательский подход к изучению молярных объёмов разных веществ.   

  На экран доски вывожу таблицу, которая здесь представлена уже в заполненном виде и предлагаю учащимся занести её в рабочую тетрадь. У доски поочерёдно работают учащиеся, которые записывают в таблицу формулы названных учителем веществ и др. данные (см. табл.1). Часть данных ученики находят лабораторным путём. После определения молярных масс воды, хлорида натрия, сульфата натрия они на рычажных весах отвешивают по одному молю каждого вещества и измеряют их объёмы мерным цилиндром в см³ . Затем вещества помещаются в химические стаканы,  сравнивают молярные объёмы воды, хлорида и сульфата натрия и строят диаграмму

                                                                                                          Таблица 1

Агрегатное состояние вещества	Формула вещества	Число молекул	Молярная масса	Молярный объём	Сравнительная диаграмма молярных объёмов	Плот ность
Жидкость Твёрдое Твёрдое Газ Газ Газ	H2O NaCl Na2 SO4 SO2 CO2 O2	6∙1023 6∙1023 6∙1023 6∙1023 6∙1023 6∙1023	18г/моль 58,5г/моль 142 г/моль 64 г/моль 44 г/моль 32 г/моль	18см3/моль 55см3/моль 120 см3/моль 22,4л/моль 22,4л/моль 22,4л/моль		2,86г/л 1,97г/л 1,43г/л

            Работая с таблицей, многие учащиеся видят закономерность и делают

вывод: веществу с большей молекулярной массой соответствует больший

молярный объём. Далее учащимся ставится задача определения и сравнения между собой молярных объёмов газообразных веществ SO_2, CO_2, O_2. По аналогии с твёрдыми и жидкими веществами учащиеся высказывают предположение, что наименьший молярный объём  будет иметь кислород. Для проверки предположения предлагаю вычислить молярные объёмы газов зная молярную массу и плотность. Во всех случаях получаем значение 22,4л/моль. Учащиеся обнаруживают противоречие между полученными результатами и заранее сделанным предположением. Возникает проблемная ситуация. В процессе беседы  вспомнив атомно-молекулярное  учение,  подвожу учащихся к выводу, что молярный объём газов, в отличие от жидкостей и твёрдых веществ, зависит не от размера молекул, а от расстояний между молекулами и что эти расстояния при одинаковых внешних условиях у всех газов равны, поэтому и молярные объёмы различных газов тоже равны. Обращаю внимание учащихся на  данные таблицы (объёмы молей веществ) и предлагаю изобразить в тетради в виде разных квадратов объёмы молей  приведенных в ней веществ:

     H₂O          NaCl         Na₂SO₄             SO₂                   CO₂                      O₂

Сравнивая и сопоставляя столбцы таблицы, учащиеся  приходят к выводу, что одинаковое число молекул различных газов при одинаковых условиях занимает одинаковый объём и, наоборот, в равных объёмах различных газов при одинаковых внешних условиях  содержится одинаковое число молекул. Формулируется закон Авогадро. Затем записываем формулу  n = V/V_m . Зная молярный объём газа  V_m , можно рассчитать объём  V любого количества n и любой массы m  газа:

V = Vm • n

                                               V = Vm • m/M

          В заключение подчёркиваю, что молярный объём, так же как и молярная масса, является величиной производной, отнесенной к одному молю, поэтому число 22,4  получает наименование  л/моль.

Правильность этого наименования  подтверждаю решением задачи: какой  объём (н.у.)  займёт 0,5 моль кислорода?  Записываем формулу

V = Vm • n и вычисляем V = 22,4 л/моль • 0,5 моль = 11,2 л.

При решении задач используются знания и навыки, приобретённые учащимися в результате изучения физики, и тем самым реализуются  межпредметные связи физики и химии.

           Мой опыт показывает, что изучение описанного материала способствует более осмысленному и прочному усвоению учащимися понятий «моль» и «молярный объём».