close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

№ 1

код для вставкиСкачать
ИЗДАЕТСЯ С 1992 г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ № 01 (864)
h im . 1 s e p te m b e r. ru
Новый подход к
классификации ОВР
Решение
расчетных задач
по химии
– для подготовки к
сдаче ЕГЭ
с. 18, 21
Открытие и первые
исследования молекулы
таксола
Задачи Международной
химической олимпиады
школьников
– для увлеченных химией
w
ww
.1septem
Жесткость воды и способы
ее устранения…
Сложные эфиры, жиры,
углеводы: модульное
обучение
Ситуационные задачи
по химии
с. 28, 39, 48
ru
каби
ном
айте
на с
c. 56
r.
элек
тр
ные
тель ы
и
н
л
допо териал
ма
не те
ч
в Ли
– научно-исследовательская
работа учащихся
– сценарии, разработки уроков
для 8 – 10 классов
версия жур
ая
на
нн
ла
о
с. 8, 13
Исследование
содержания
витамина Р
в различных сортах чая
be
январь
1september.ru
Х ИМИЯ
Подписка на сайте www.1september.ru или по каталогу «Почта России» – 79151 (бумажная версия), 12765 (CD-версия)
2015
м
ы
в
о
!
СН
м
о
д
го
ШКОЛА: ВРЕМЯ РЕФОРМ
ПОДГОТОВКА К ЕГЭ ПО ХИМИИ
О.С.Габриелян
В.Н.Доронькин, В.А.Февралева,
А.Г.Бережная
SOS: СПАСИТЕ НАШУ ХИМИЮ!....... 3
А.А.Журин, Н.А.Заграничная
ДИАГНОСТИКА В ПРОЕКТНОЙ
И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ. Химия.
Метапредметные результаты
обучения ...................................... 54
РЕШЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЗАДАЧ ПО
ХИМИИ ........................................ 21
ЭКЗАМЕНЫ НЕ ЗА ГОРАМИ...
И.П.Филинова
ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
КО ДНЮ РОЖДЕНИЯ...
«ВСЯ МОЯ ЖИЗНЬ ПРОХОДИТ НА
ХИМИЧЕСКОМ ФАКУЛЬТЕТЕ».
К 75-летию Валерия Васильевича
Лунина, академика Российской
академии наук ................................ 6
Х ИМИЯ
январь
2015
Читайте
в номере
ХИМИЯ
Учебно-методический
журнал для учителей химии
и естествознания
И зд а н и е ос нова но в 19 9 2 г.
Выходит один раз в месяц
РЕДАКЦИЯ:
Гл. редактор: О.Г.Блохина
Редакторы: Т.В.Богатова,
О.Р.Валединская
Дизайн: И.Е.Лукьянов
Верстка: С.В.Сухарев
Графика: Д.В.Кардановская
Корректор: Е.Е.Полячек
Набор: М.В.Королева
Фото: фотобанк Shutterstock,
если не указано иное
Журнал распространяется по подписке
Цена свободная
Тираж 10 000 экз.
Тел. редакции: (499) 249-0468
Тел./факс: (499) 249-3138
E-mail: him@1september.ru
http://him.1september.ru
© Химия, 2015. При перепечатке ссылка
на журнал «Химия» обязательна.
Редакция не несет ответственности за содержание
и оформление рекламных объявлений
ПОДПИСНЫЕ ИНДЕКСЫ:
Почта России:
79151 (бумажная версия)
12765 (CD-версия)
ЛЕТОПИСЬ ВАЖНЕЙШИХ ОТКРЫТИЙ
О.Н.Зефирова
ОТКРЫТИЕ И ПЕРВЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ МОЛЕКУЛЫ
ТАКСОЛА ........................................ 8
ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА. СТРОЕНИЕ
АТОМА. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ.
Контрольная работа. 8 класс ........ 25
КОНКУРС «Я ИДУ НА УРОК»
В.П.Артеменко
ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И СПОСОБЫ ЕЕ
УСТРАНЕНИЯ. ЗНАЧЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ
ВОДЫ. Урок-проект. 9 класс ......... 28
ВАШ ПРОФЕССИОНАЛИЗМ
ОЛИМПИАДЫ
О.Д.Сумарокова
В.В.Еремин
КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ
ИЗБРАННЫЕ ЗАДАЧИ 46
МЕЖДУНАРОДНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ
ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ....... 13
ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ.
Модульное обучение на уроках
ДЛЯ САМЫХ СМЕЛЫХ
ХИМИЯ В ШКОЛЕ И ДОМА
Ж.А.Кочкаров
НОВЫЙ ПОДХОД
К КЛАССИФИКАЦИИ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ
РЕАКЦИЙ ..................................... 18
КРОССВОРДЫ
Ответы на кроссворд «Свойства
соединений серы» ........................ 20
Ответы на кроссворд «Русские
ученые-химики» ........................... 20
химии. 10 класс ........................... 39
А.В.Аббакумов
СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ
ПО ХИМИИ. 8 класс ..................... 48
ТВОРЧЕСТВО ЮНЫХ
Д.Потапкин, Е.Ф.Федоров
ИССЛЕДОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ
ВИТАМИНА Р В РАЗЛИЧНЫХ СОРТАХ
ЧАЯ. Научно-исследовательская
работа .......................................... 56
К материалам, помеченным этим символом, есть дополнительные тексты или презентации в вашем
Личном кабинете на сайте www.1september.ru
Облачные технологии от Издательского дома «Первое сентября»
Уважаемые подписчики бумажной версии журнала!
Дополнительные материалы к номеру и электронная версия журнала находятся в вашем Личном кабинете на
сайте www.1september.ru
Для доступа к материалам воспользуйтесь, пожалуйста, кодом доступа, вложенным в этот номер журнала
(№ 1/2015). Срок действия кода с 1 января по 30 июня 2015 года.
Для активации кода:
΢ зайдите на сайт www.1september.ru;
΢ откройте Личный кабинет (зарегистрируйте, если у вас его еще нет);
΢ введите код доступа и выберите свое издание.
Справки: podpiska@1september.ru или через службу поддержки на портале «Первого сентября».
Ш КО Л А : В Р Е М Я Р Е Ф О Р М
ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ
«ПЕРВОЕ СЕНТЯБРЯ»
Главный редактор:
Артем Соловейчик
(генеральный директор)
Коммерческая деятельность:
Константин Шмарковский
(финансовый директор)
Развитие, IT и координация проектов:
Сергей Островский
(исполнительный директор)
Реклама, конференции
и техническое обеспечение
Издательского дома:
Павел Кузнецов
Производство:
Станислав Савельев
Административно-хозяйственное обеспечение:
Андрей Ушков
Педагогический университет:
Валерия Арсланьян
(ректор)
ЖУРНАЛЫ
ИЗДАТЕЛЬСКОГО ДОМА:
Английский язык – гл. ред. А.Громушкина,
Библиотека в школе – гл. ред. О.Громова,
Биология – гл. ред. Н.Иванова,
География – и.о. гл. ред. А.Митрофанов,
Дошкольное образование –
гл. ред. Д.Тюттерин,
Здоровье детей – гл. ред. Н.Семина,
Информатика – гл. ред. С.Островский,
Искусство – гл. ред. О.Волкова,
История – гл. ред. А.Савельев,
Классное руководство и воспитание
школьников – гл. ред. М.Битянова,
Литература – гл. ред. С.Волков,
Математика – гл. ред. Л.Рослова,
Начальная школа – гл. ред. М.Соловейчик,
Немецкий язык – гл. ред. М.Бузоева,
ОБЖ – гл. ред. А.Митрофанов,
Русский язык – гл. ред. Л.Гончар,
Спорт в школе – гл. ред. О.Леонтьева,
Технология – гл. ред. А.Митрофанов,
Управление школой – гл. ред. Е.Рачевский,
Физика – гл. ред. Н.Козлова,
Французский язык – гл. ред. Г.Чесновицкая,
Химия – гл. ред. О.Блохина,
Школа для родителей – гл. ред. Л.Печатникова,
Школьный психолог – гл. ред. М.Чибисова
УЧРЕДИТЕЛЬ:
ООО «Издательский дом
“Первое сентября”»
Зарегистрировано
ПИ № ФС77-58434 от 25.06.14
в Роскомнадзоре
Подписано в печать:
по графику 12.11.14,
фактически 12.11.14
Заказ №
Отпечатано в ОАО «Первая Образцовая типография»
Филиал «Чеховский Печатный Двор»
ул. Полиграфистов, д. 1, Московская область,
г. Чехов, 142300
Сайт: www.chpd.ru, e-mail: sales@chpk.ru
Факс 8(496) 726-54-10, тел. 8(495) 988-63-76
АДРЕС РЕДАКЦИИ
И ИЗДАТЕЛЯ:
ул. Киевская, д. 24,
Москва, 121165
Тел./Факс: (499) 249-3138
Отдел рекламы:
(499) 249-9870
Сайт: 1september.ru
ИЗДАТЕЛЬСКАЯ ПОДПИСКА:
Телефон: (499) 249-4758
E-mail: podpiska@1september.ru
SOS: спасите
нашу химию!
О.С.ГАБРИЕЛЯН, профессор,
заслуженный учитель РФ
Основные образовательные программы, размещенные в
Интернете, вызывают много вопросов как общего, так и
частного плана. В публикуемом материале предлагаются к обсуждению эти вопросы и размышления. Каждому
учителю в отдельности и всем вместе необходимо следовать разумным, прогрессивным идеям реформирования
российской школы и, по возможности, устранять несоответствия этим идеям.
Н
а сайте edu.crowdexpert.ru для общественного обсуждения размещены
примерные основные образовательные программы (ООП) основного
общего образования для конструирования примерных программ по ряду
предметов, в том числе и по химии.
Школы, а следовательно, учителя химии, при разработке своих ООП
должны ориентироваться именно на эти программы.
На указанном сайте размещены и варианты учебного плана основного
общего образования. Все эти варианты предусматривают изучение химии
в основной школе всего лишь на протяжении 4-х часов в неделю: 2 ч – в
8-м классе и 2 ч – в 9-м.
Вызывает обоснованное удивление то, что варианты предлагаемых
ООП являются как бы подзаконным документом, разработанным уже
после утвержденного в законодательном плане ФГОСа. Стандарт не
соответствует своему предназначению, если нуждается в подобном сопроводительном документе. Такой документ должен не сопровождать
стандарт вдогонку ему, а являться его неотъемлемой частью, ведь слово
стандарт (англ. standart) – это образец, эталон, модель, принимаемые за
исходное для сопоставления с ними других подобных объектов. В этом
смысле новый ФГОС значительно уступает образовательному стандарту 2004 г., в котором было четко прописано содержание химического
образования для основной и средней школы на базовом и профильном
уровнях.
Учителя химии приветствовали идею структурно-деятельностного подхода нового ФГОС и логично ожидали, что с введением его в школьную
практику принятый в перестроечный период концентрический подход в
содержании школьного курса химии, при котором знакомство с органическими веществами проводилось в конце 9-го класса, будет заменен на линейное построение курса. Под эти ожидания авторы уже утвержденных
Минобрнауки РФ учебных линий отгрифовали свои учебники. Однако, к
великому удивлению и возмущению учителей, в предлагаемых ООП вновь
предусмотрено возвращение органической химии в основную школу.
Мало того, в содержании этого модуля предлагается расширение объектов
органической химии для основной школы даже в сравнении со стандартом
2004 г. Например, перечень объектов дополнили ацетилен, уголь, химические загрязнения окружающей среды природными источниками углеводородов, стеариновая кислота.
Интересно, за счет какого временного резерва возможно изучение органики? Ведь в школьную практику совсем недавно вошел ОГЭ (ГИА) по
химии, подготовку к которому и необходимо провести на заключительном
3
Х ИМИЯ
январь
2015
Ш КО Л А : В Р Е М Я Р Е Ф О Р М
Н
этапе изучения химии в основной школе. Да и логики в том, чтобы «надкусывать все яблоки» химического содержания, нет, т.к. в старших классах органическая химия, даже на базовом уровне, изучается
как самостоятельный предмет. Тот аргумент, что в
заданиях ОГЭ имеются вопросы (1–2) по органической химии, несостоятелен, ибо это не причина, а
следствие.
В вопросе о том, чтобы исключить концентрическое построение предметов естественно-научного
цикла, с химиками полностью солидарны и биологи.
Так, Т.В.Иванова, зам. директора по науке ИСМО РАО,
д.п.н., пишет: «Общебиологическое содержание в 9-м
классе полностью дублирует содержание 10–11-х
классов. Причины перегрузки девятиклассников состоят в том, что данные содержание и структура не
учитывают особенностей психического и возрастного развития учащихся, общедидактический принцип
доступности… В результате учащиеся вынуждены
механически заучивать ряд сложных для их усвоения
понятий. Концентрическое построение курса себя не
оправдало». Ей вторит Г.С.Калинова, заведующая лабораторией биологии ИСМО РАО: «В документе не
учитываются возрастные и психологические особенности учащихся 14–15-летнего возраста… Программа содержит сложные теоретические знания, которые
не могут быть усвоены учащимися основной школы
и которые раскрываются на старшей ступени обучения».
Очевидно, что предлагаемые ООП рассчитаны на
замену базовых курсов химии, биологии и физики на
интегрированный курс «Естествознание». Однако этот
курс должен включать в себя содержание частных
естественно-научных дисциплин базового уровня.
«Естествознание» обрекает учителей химии на
«вымирание». И это все в век бурного развития современных отраслей химической науки – биотехнологии
и нанотехнологии. Современное высокотехнологическое общество без химии не может состояться! «Силиконовым долинам» и «Сколковским центрам» необходимы специалисты, хорошо знающие наш предмет, а
вырастают они из российской школы.
Можно согласиться с авторами предлагаемой ООП
по вопросу о включении элементов содержания органической химии в основную школу только в одномединственном случае: если начать изучать химию в
основной школе годом ранее, т.е. с 7-го класса. Однако
сопровождающие ООП варианты учебного плана такой возможности не предусматривают.
В короткой и формально написанной пояснительной записке к предложенной по заказу Минобрнауки
РФ ООП утверждается, что программа составлена «на
основе модульного принципа построения учебного материала, не определяет количество часов на изучение
учебного предмета и не ограничивает возможность его
изучения в том или ином классе». Однако уже первое
знакомство с содержанием программы сразу же вызывает до боли знакомое воспоминание о структуре курса Рудзитиса и Фельдмана.
Х ИМИЯ
январь
2015
екоторые частные замечания по содержанию
ООП.
В модуле 1 – «Первоначальные химические понятия» – предусмотрено установление простейшей формулы вещества по массовым долям элементов. Это содержание является новым для традиционной основной
школы. Мы солидарны, что такие расчеты являются
логическим продолжением вычисления массовой доли
химического элемента в соединении, т.е. носят характер целеполагания: учащиеся не просто формально
находят массовые доли элементов в соединении, но и
понимают, для чего это необходимо. Однако, к сожалению, времени для таких расчетов катастрофически
не хватит.
В модуле 2 – «Кислород. Водород» – предусмотрена тема о получении водорода в промышленности. Какие промышленные способы предлагают авторы программы рассматривать на начальном этапе изучения
химии: конверсионные или еще какие-то? Кроме того,
кислород и водород, как известно любому школьнику,
являются неметаллами, а в ООП заявлен отдельный
модуль «Неметаллы» (модуль 9).
В модуле 3 – «Вода. Растворы» – логическая недоговоренность: предлагается тема «Концентрация растворов» и следом «Массовая доля растворенного вещества». Учитель может решить, что родовое понятие
«концентрация растворов» предполагает знакомство с
такими ее видами, как например, молярная.
В модуле 4 – «Основные классы неорганических
соединений» – представляется избыточным получение и применение этих классов в качестве самостоятельного требования программы. Вызывает недоумение пункт «Физические свойства основных классов».
«Физические свойства» как обобщенное понятие для
целого класса неорганических соединений лишено
всякого смысла, ибо всем известно, что каждое вещество обладает своими индивидуальными свойствами
(tкип, tпл , плотность и т.д.). Если авторы ООП имели в
виду такую характеристику вещества, как агрегатное
состояние, то для оксидов требование описать «физические свойства» – правомочно (они при обычных
условиях бывают жидкие, твердые, газообразные), а
для солей – алогично (все они имеют ионное строение и при обычных условиях являются твердыми веществами). Требование к знаниям о получении кислот,
солей и оснований также является избыточным на начальном этапе изучения химии. Преждевременным
является также требование о классификации веществ
на токсичные, горючие и взрывоопасные – для этого
у школьников слишком мало фактического материала.
В модуле 6 – «Строение веществ. Химическая
связь» – преждевременным является понятие о водородной связи. Не рассматриваются понятия «степень
окисления» и «валентность» в сравнении.
В модуле 7 – «Электролитическая диссоциация» –
окислительно-восстановительные реакции потеряли
целеполагание: нет требования к составлению этих реакций методом электронного баланса. Следовательно,
ученику становится непонятно, зачем рассчитываются
степени окисления, если они затем не применяются.
4
S OS : с п а с и те н а шу х и ми ю!
2. Авторы ООП не доработали предлагаемую к
ФГОСу программу, а создали новый документ.
3. Структура всех предлагаемых ООП произвольна,
не унифицирована, не соответствует ФГОСу основного общего образования.
4. Содержание многих программ значительно перегружено и не соответствует количеству часов, отводимых на изучение предмета.
5. В предлагаемых ООП часто встречаются некорректные формулировки.
6. В ряде случаев предлагаемые ООП реализуют
только концентрическое изучение учебных дисциплин, которое доказало свою неэффективность.
В модуле 9 – «Неметаллы» – требования к содержанию носят или слишком общий характер (галогеноводородные кислоты и их соли, оксиды серы, оксиды
азота) или избыточно конкретизированы (серная, сернистая и сероводородная кислоты и их соли, оксиды
углерода(II) и (IV)).
В модуле 10 – «Металлы» – изучение общих свойств
металлов предшествует изучению электрохимического ряда, рассматривается взаимодействие металлов с
кислотами и солями, хотя это требование должно быть
сформулировано как «взаимодействие металлов с растворами кислот и солей». После рассмотрения общих
химических свойств металлов указываются отдельные
группы металлов (щелочные и щелочно-земельные) и
конкретные металлы (алюминий и железо), но не описывается объем требований к ним.
Для расчетной части программа предлагает следующие типы задач:
– нахождение массовой доли химического элемента в соединении;
– установление простейшей формулы вещества по
массовым долям элементов;
– вычисление по химическим уравнениям количества, объема и массы вещества по количеству вещества, массе реагентов или продуктов реакции;
– объемные отношения газов;
– расчет массовой доли вещества.
Однако нет требования о расчетах, связанных с
массой вещества, содержащей определенную массовую долю примесей, хотя именно этот тип задач имеет
большое практическое значение.
Из принятых в школьной практике химического
образования трех видов эксперимента (демонстраций,
лабораторных опытов (работ) и практических работ)
в предлагаемой программе предусмотрено выполнение 23 практических работ. Как известно, практические работы проводятся на заключительном этапе
крупных тем курса и рассчитаны на 1 час, тогда как
лабораторные работы проводятся учениками в процессе изучения нового материала и рассчитаны на 3–5
мин. 23 практические работы несомненно превышают
возможности курса, рассчитанного на 2 часа в неделю! Возможно, авторы программы не видят разницы
между практическими и лабораторными работами.
Последние, т.е. лабораторные работы, в программе вообще не прописаны, так же, как и демонстрации.
ООП по химии нуждается в серьезной переработке
и детальном обосновании концепции этого документа
в основательной пояснительной записке.
Следуя современным требованиям к широкому использованию в практике обучения химии информационных технологий, в ООП необходимо включить перечень цифровых образовательных ресурсов.
Считаем необходимым высказаться в целом по проекту примерных основных общеобразовательных программ.
1. Запоздалое почти на год принятие этого документа,
введение его после проведенного грифования и утверждения Федерального перечня учебников – недопустимо.
Б
езотносительно к предмету данной статьи, но в
критическом плане обсуждения реформирования
школьного образования, проводимого в стране, следует упомянуть и о проблеме аттестации и мониторинга
учебных успехов школьников.
Так, украинская система оценивания школьных
успехов строится на 12-балльной шкале, равно как и в
школах республик Прибалтики, а в школах республик
Закавказья – на 10-балльной шкале. Наряду с положительными эмоциями и фактами, которые принесло объединение России с Крымом и Севастополем, возникли
и некоторые проблемы, связанные с различными государственными стандартами во многих областях общественной жизни, в том числе и в области образования.
В Российской Федерации учебные успехи школьников оцениваются по 3-балльной шкале! И это несмотря на то, что официально в школе «работает» 5-балльная шкала. Но вспомните хотя бы один пример, когда
в качестве итоговой оценки ученику ставили единицу.
Двойку учителю ставить не разрешают почти в официальном порядке. Недаром в учительской общественности бытует мудрость: «Учитель, прежде чем поставить
двойку ученику, подумай – кто ее будет исправлять?»
Такое положение девальвирует роль оценки в обучении (все равно «нарисуете тройку»), вызывает чувство
обиды, несправедливости у тех, кто учится на тройку,
по отношению к тем, кому эту тройку «рисуют». Если
же учитель хочет нивелировать эту несправедливость,
ему приходится поступать по системе «плюс один», т.е.
ставить «четыре» троечнику, «пять» хорошисту. В этом
случае получается несправедливость по отношению к
отличникам, которые заслужили честную «пятерку».
(Как тут не вспомнить возведенную на государственный уровень систему «плюс один» по результатам ЕГЭ
недалекого прошлого, когда более четверти выпускников средних школ получили неудовлетворительные
оценки по русскому языку и математике.)
Принцип преемственности между школьной практикой и итоговой аттестацией нарушен – 3-балльная
система оценивания в школе совершенно не стыкуется
со 100-балльной системой, принятой для ОГЭ и ЕГЭ.
Лучше бы вместо сырых и непродуманных ООП
для спасения естественно-научных предметов не
уменьшали, а увеличивали число учебных часов на
их изучение, а химию ввели бы в практику обучения
с 7-го класса.
5
Х ИМИЯ
январь
2015
КО Д Н Ю Р О Ж Д Е Н И Я …
К 75-ЛЕТИЮ ВАЛЕРИЯ ВАСИЛЬЕВИЧА ЛУНИНА, АКАДЕМИКА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
«Вся моя жизнь проходит
на химическом факультете»
О
сенью 1953 г. 13-летний паренек Валерий Лунин в селе
Красный Рог под Брянском услышал льющуюся из черной тарелки репродуктора светлую песню о
журавлях, которые видят: «...на Ленинских горках, где раньше деревьев был цвет, построен высокий
и гордый Московский университет». С тех пор Валерий всегда был
уверен, что учиться будет именно
в МГУ имени М.В.Ломоносова на
химическом факультете. Осуществлению этой мечты не помешали
первые серьезные препятствия на
пути к науке: отсутствие паспорта (в то время деревенским жителям паспорт был не
положен), первая, неудачная, попытка поступления на
химфак (подвела «тройка» по ненавистному немецкому языку). Паспорт В.Лунину был выправлен после
дружеского разговора двух фронтовиков – начальника
отделения милиции и Василия Поликарповича – отца
Валерия. А следствием неудачной попытки поступления на химфак МГУ в 1956 г. стал год работы Валерия
линейным надсмотрщиком линий радиофикации Истринского района Подмосковья. В шесть утра будущий
академик включал радиоузел и отправлялся лазить по
столбам, исправляя неполадки в радиосети, а по вечерам ездил в Москву на подготовительные курсы.
В 1957 г. В.В.Лунин стал студентом. Страстное
стремление к химии дало свои результаты уже на первом курсе. По поручению академика А.А.Баландина
Лунин осуществил синтез оксалата ниобия очень высокой чистоты. Работа была признана лучшей на курсе, а Валерий был удостоен чести пить чай с академиками Виктором Ивановичем Спицыным и Алексеем
Александровичем Баландиным. Казалось бы, впереди
открывается светлая и широкая дорога в науку. Судьба,
однако, распорядилась иначе – учеба Лунина в МГУ
неоднократно прерывалась.
Первый раз пришлось уходить в академический
отпуск после несчастного случая на субботнике при
строительстве кинотеатра «Прогресс» около метро
«Университет». Второй академический отпуск – после работы студенческого отряда на целине осенью
1958 г. По неосторожности водителя грузовика, нагруженного сеном, студентов, расположившихся на
верхушке стога, сбросило на повороте как пушинку.
Х ИМИЯ
январь
2015
http://ru.wikipedia.org/
Следующей причиной перерыва
в несколько лет стал лозунг, выдвинутый Н.С.Хрущевым: «Коммунизм – это Советская власть
плюс электрификация, плюс химизация всей страны». Молодежь
призывалась на стройки Большой
химии.
Память о послевоенной жизни в землянке и учебе при свете
керосиновой лампы не оставила
Валерия Лунина равнодушным к
этому призыву. Он поднял студентов своего второго курса: «Мы не
заслужили такой чести – учиться
в таком прекрасном университете,
ничего не сделав для Родины». Призыв был подхвачен,
но вмешались родители однокурсников. Ехать согласился только еще один студент. Итогом вдохновенного поступка стала работа плотником-опалубщиком на
комсомольской стройке ГРЭС в селе Назарово в 350 км
от Красноярска и участие в первом слете строителей
Сибири и Дальнего Востока.
Карьеру студентов-химиков как строителей прервал военкомат. Товарищ, приехавший вместе с Валерием, вернулся в Москву, а В.В.Лунин три года отдал
службе в Советской армии. Сделал он это сознательно:
его старший брат Иван Лунин в 17 лет ушел на фронт
добровольцем и погиб под Могилевом. Валерий решил, что теперь его очередь исполнять воинский долг.
Через год, окончив Казанскую школу младших авиационных специалистов, он был направлен в Горьковскую область.
Здесь Валерию Лунину определенно повезло. Как
механик по электрооборудованию, сержант Лунин обслуживал самолет дважды Героя Советского Союза
генерал-полковника Евгения Михайловича Савицкого
(отца летчицы-космонавта Светланы Савицкой). Целеустремленность сержанта, его стремление учиться вызвали у генерала желание помочь возвращению Валерия Лунина в Московский университет. На последнем
году армейской службы в 1963 г. генерал Савицкий
способствовал его досрочной демобилизации.
По ходатайству химического факультета ректор
МГУ академик И.Г.Петровский написал письмо министру обороны СССР маршалу Р.Я.Малиновскому
с просьбой о досрочной демобилизации «студента В.В.Лунина, выполнившего свой долг перед
6
« Вс я м о я жиз н ь п р о хо д и т н а х и м и ч е с ко м ф а кул ьтете»
Н
отечеством». Маршал просьбу академика уважил, но
из армии не отпускали, т.к. случился небезызвестный
Карибский кризис и в войсках была объявлена повышенная боевая готовность. Вмешательство генерала
Савицкого помогло благополучному возвращению выполнившего свой воинский долг солдата в ряды студенчества. Построили полк, зачитали приказ, и командир эскадрильи поручил отвезти Лунина на автомобиле до порога химфака.
а примере своей судьбы Лунин знает, как нелегок путь школьника к научному Олимпу. Поэтому «львиную долю» своей энергии, организаторских
способностей и времени Валерий Васильевич постоянно отдает школьному образованию и поиску ребят,
способных к химической науке. Рамки журнальной публикации не позволяют подробно перечислить заслуги Лунина в области образования. Приведем лишь несколько примеров.
Трижды, в 1996, 2007 и 2013 гг., академик
В.В.Лунин в качестве президента принимал и проводил в Москве Всемирную олимпиаду школьников по
химии. Его гигантскими усилиями сохранилась и проводится каждый год Менделеевская олимпиада школьников по химии. Во времена Советского Союза в ней
участвовали все республики СССР. В первые годы после распада СССР она трансформировалась в химическую Менделеевскую олимпиаду стран СНГ и Балтии.
Теперь в Международной Менделеевской олимпиаде
школьников по химии, кроме стран СНГ и Балтии,
участвуют представители Болгарии, Венгрии, Македонии, Румынии, Турции. В последние годы присоединились Саудовская Аравия и Кувейт. За годы проведения
Международной Менделеевской олимпиады химфак
МГУ окончили (как правило, с красными дипломами)
около 300 участников этих олимпиад.
Благодаря настойчивости и организаторскому умению Лунина, в феврале 2012 г. в МГУ состоялся Первый съезд учителей химии России. Участие в съезде
приняло более 1200 учителей и педагогов средних
школ и высших учебных заведений.
За работу в области образования Валерий Васильевич одним из первых был удостоен премии Президента Российской Федерации в области образования. Заслуги в научной области также неоднократно оценены
и отмечены. В 2005 г. академику В.В.Лунину вручена
премия имени академика А.А.Баландина «Выдающиеся ученые России»; в 2007 г. за вклад в развитие новаторских работ по катализу – премия имени академика
В.Н.Ипатьева. Трижды Лунин был награжден орденами России. Первым получен орден «За заслуги перед
Отечеством», чей девиз «Польза, Честь и Слава» очень
точно характеризует научную и общественную деятельность Валерия Васильевича. Второе высокое признание заслуг – «Орден Почета». Он вручается только тому, кто уже имеет правительственную награду.
Третья награда – «Орден Дружбы» (прежде назывался «Орден Дружбы народов») справедливо оценивает
международную деятельность Лунина по созданию
всемирного братства химиков и высокого престижа
отечественной химии.
П
ять лет продолжается обучение студентов в Московском университете. Валерий Васильевич Лунин, поступив на химфак в 1957 г., окончил МГУ в
1967 г., практически вдвое превысив этот срок. Но никогда он не считал время, на которое прерывалась его
учеба, потраченным впустую. В интервью газете «Московская правда» (8 февраля 2010 г.) академик Лунин
сказал: «...ни тогда, ни позже не воспринимал то время
как потерянное, я многому научился, многое увидел.
И университет меня не забывал, мы переписывались
с преподавателями... Стройки, как и армия, подарили
мне много друзей, которыми очень дорожу». Кажется,
судьба намеренно проверяла Валерия Лунина на прочность, чтобы убедиться в его пригодности для будущей активной политической, общественной и научной
деятельности.
Первая научная ступень Валерия Васильевича – лаборант на хоздоговорной работе. Однако его любовь
и страсть к химической науке, упорство и труд были
через несколько лет по достоинству оценены: в 1972 г.
Лунин стал кандидатом химических наук, а в 1982 г.
защитил докторскую диссертацию. Так Валерий Васильевич Лунин состоялся как ученый. Несмотря на
шесть лет разрыва в учебе, он первым из всех сокурсников стал доктором химических наук. Работая к тому
времени на кафедре химии нефти и органического
катализа и продолжая дело своих учителей академика А.А.Баландина и профессора А.Ф.Платэ, Лунин
открыл для себя и глубоко исследовал новую область
катализа на основе гидридов переходных металлов.
Наступили 1990-е годы, началась перестройка,
впервые в Советском Союзе прошли демократические выборы. От коллектива Московского университета по округу № 1 Ленинского района Москвы в
народные депутаты были избраны профессора МГУ:
А.М.Емельянов – народным депутатом СССР, а
В.В.Лунин – народным депутатом РСФСР. С 1990 по
1993 гг. на общественных началах исполнял Валерий
Васильевич обязанности народного избранника.
В этот же период произошли существенные изменения в научном статусе Лунина. В 1991 г. его избрали
членом-корреспондентом АН СССР, а в 1992 г. – деканом химического факультета МГУ. С этого момента и
по сей день «вся моя жизнь проходит на химическом
факультете», – сказал в одном из интервью декан химфака МГУ академик РАН (избран в 2000 г.) Валерий
Васильевич Лунин.
Научная и педагогическая общественность,
многочисленные друзья и ученики на родине и
за ее пределами от всей души желают Валерию
Васильевичу Лунину доброго здоровья и дальнейшей плодотворной работы на благо России!
7
Х ИМИЯ
январь
2015
Л Е ТО П И С Ь В А Ж Н Е Й Ш И Х ОТ К Р Ы Т И Й
Открытие и первые
исследования молекулы таксола
О.Н.ЗЕФИРОВА
Во второй половине XX в. из природных источников – экстрактов коры и
листьев некоторых видов тисса – было выделено химическое соединение таксол (паклитаксел), которое в настоящее время широко используется в медицине в качестве противоопухолевого препарата. Сложная
и необычная структура таксола, а также высокая эффективность и уникальный механизм его противоопухолевого действия стимулировали
появление огромного количества работ (химических, фармакологических и медицинских) по изучению этой удивительной молекулы.
Р
астения семейства тиссовых занимают особое
место в истории по нескольким причинам. Вопервых, во многих древних европейских преданиях
темные и мрачноватые на вид тиссовые деревья считались символом долголетия из-за их крайне медленного роста – они могут расти несколько сотен лет. Вовторых, это растение издавна было окружено ореолом
таинственности, поскольку его часто выращивали в
церковных садах. В Древнем Египте из тисса делали
саркофаги, а в средние века его древесина была излюбленным материалом для изготовления луков.
Ядовитое действие листьев и ягод тисса также было
известно с глубокой древности. Так, в VI книге записок римского императора Гая Юлия Цезаря «О Галльской войне» описан следующий эпизод: «Царь другой
половины страны эбуронов – Катуволк, участник восстания Амбиорига, по своему преклонному возрасту
не мог выносить тяготы войны и бегства, и, всячески
проклиная Амбиорига … отравился ягодами тисса, который в большом количестве водится в Галлии и в Германии» [1]. Любопытно, что и почти два тысячелетия
спустя в романе известной писательницы XX столетия
А.Кристи «Карман, полный ржи» выварка из ягод и
листьев тисса фигурирует в качестве отравляющего
средства.
В первой половине XX в. исследователи стали серьезно заниматься изучением структур веществ, выделенных из экстрактов (спиртовых или эфирных растворов) листьев тиссовых деревьев. Такие вещества
получили название таксаны по латинскому названию
этих растений Taxus. В начале 1960-х гг. в трех исследовательских группах под руководством Б.Литгоу,
К.Наканиши и С.Уэо были определены структуры
таксанов, выделенных из европейского ягодного тисса
Taxus baccata (рис. 1).
Однако таксол был обнаружен несколько позже, а
основная заслуга в его открытии принадлежит американскому ученому М.Е.Уоллу.
Х ИМИЯ
январь
2015
Рис. 1. Ветка тисса ягодного
Е
ще в 1940-х гг. Уолл начал свои работы в области
фитохимии – химии растений. В своих воспоминаниях он писал, что интерес к этой области науки
возник у него в студенческие годы благодаря лабораторной задаче по биохимии. В ходе этой работы требовалось выделять пигменты (красящие вещества) из
растений, и красота их ярко-зеленых и ярко-желтых
экстрактов произвели на молодого человека неизгладимое впечатление [2]. В течение 20 лет Уолл проработал в Восточной региональной исследовательской
лаборатории департамента сельского хозяйства США,
занимаясь выделением самых разнообразных химических веществ из растений, и со временем составил
огромную коллекцию растительных экстрактов.
В 1955 г. Национальный институт рака США объявил Государственную программу химиотерапии рака,
целью которой было открытие и разработка новых
противоопухолевых препаратов на основе соединений, выделенных из природных веществ различного
происхождения. Одним из инициаторов этой программы был Дж.Л.Хартвелл, который в 1957 г. передал Уоллу коллекцию из 1000 спиртовых экстрактов растений
для изучения противоопухолевой активности.
8
О тк ры тие и п е р в ы е и ссл е д о ва н и я м ол е кул ы та ксол а
вичное тестирование выявило способность некоторых
экстрактов из этого растения проявлять токсичность
по отношению к клеткам редкого вида опухолей – носоглоточной карциномы. Из всех исследовательских
групп только группа Уолла интересовалась подобным
видом противоопухолевой активности.
Первые образцы частей тисса широколистного прибыли в лабораторию Уолла в 1964 г., и тогда же под его
руководством и при участии его сотрудника М.С.Уани
начались работы по испытанию неочищенных экстрактов тисса на противоопухолевую активность. После проведения многочисленных тестов было показано, что эти экстракты очень активны против клеток
распространенных видов рака – лейкемий и меланом.
Более того, в экспериментах in vivo во многих случаях было продемонстрировано заметное увеличение
продолжительности жизни лабораторных животных.
Впоследствии это явилось одним из определяющих
критериев при продвижении таксола на клинические
испытания. В письме Хартвеллу от 15 апреля 1966 г.
Уолл, упоминая об удачных результатах тестов, написал следующее: «В настоящее время все усилия нашей
группы направлены на это растение (Taxus brevifolia)… Я считаю его одним из самых важных образцов,
которые были у нас в последнее время» [см. 2].
В ходе исследования этих образцов в 1958 г. было
найдено вещество, впоследствии названное камптотецином (рис. 2), которое проявило сильную противораковую активность. Это обстоятельство полностью
изменило всю дальнейшую научную карьеру Уолла:
в 1960 г. он перешел в Трайэнгл институт (Research
Triangle Institute) и стал заниматься исключительно
исследованиями физиологической активности природных веществ, особенно интересуясь их противоопухолевыми свойствами.
Рис. 2. Камптотецин – вещество с противоопухолевой активностью (тормозит процесс удвоения ДНК). Получено из древесины китайского дерева Camptotheca accuminata (дерева счастья)
В 1960-х гг. сбор и изучение веществ растительного происхождения, проводимые под руководством
Хартвелла в рамках вышеуказанной Государственной
программы, стали более интенсивными. Только в августе 1962 г. ботаник Департамента сельского хозяйства США А.С.Барклэй с тремя ассистентами собрали
650 растительных образцов в штатах Калифорния, Вашингтон и Орегон, включая кору, иглы, листья и плоды
тисса широколистного – Taxus brevifolia (рис. 3), произрастающего преимущественно на тихоокеанском
побережье Америки. Экстракты этого конкретного
вида тисса никогда не исследовались, и полученные
образцы были отправлены на первичное исследование в Национальный институт рака, а некоторое время
спустя Хартвелл переслал их Уоллу.
Хотя в то время Национальный институт рака сотрудничал с тремя научными институтами, тот факт,
что Хартвелл послал образцы тисса широколистного
именно Уоллу, не был случайным. Дело в том, что пер-
П
араллельно в лаборатории Уолла развивались работы по выделению действующего начала экстрактов широколистного тисса в индивидуальном
виде. После нескольких неудачных попыток был разработан очень трудоемкий метод, позволяющий не
вносить изменения в неизвестную еще тогда структуру
интересующего ученых химического вещества. Благодаря применению этого метода в конце 1966 – начале
1967 гг. из 12 кг сухой коры и древесины было выделено 0,5 г очищенного таксола (выход составил около
0,004 %), тогда же были определены некоторые его физико-химические характеристики.
Результаты работ по выделению таксола были
опубликованы в 1967 г. в сборнике тезисов докладов
153-го Национального конгресса Американского химического общества. В этом сборнике впервые упоминается название – таксол, данное Уоллом новому веществу (суффикс -ол появился в названии, поскольку
уже тогда было очевидно, что в структуре этого соединения содержатся гидроксильные группы).
Сразу же после получения очищенного образца
таксола начались работы по установлению его структуры. Первые попытки вырастить кристаллы этого соединения или его производных, пригодные для
рентгеноструктурного анализа, не увенчались успехом. Тогда было принято решение определять структуру таксола по фрагментам. Вещество расщепили
обработкой метиловым спиртом в присутствии основания, а полученные соединения модифицировали, закристаллизовали и установили их строение методом
Рис. 3. Ветка тисса
широколистного
9
Х ИМИЯ
январь
2015
Л Е ТО П И С Ь В А Ж Н Е Й Ш И Х ОТ К Р Ы Т И Й
рентгеноструктурного анализа. После этих и некоторых дополнительных исследований работа по установлению структуры таксола была завершена (рис. 4), а
ее результаты опубликованы в ставшей классической
статье Уолла и Уани в «Журнале Американского химического общества» [3].
а
Рис. 5. Для получения одной–двух терапевтических доз таксола
(около 300 мг) требуется кора целого тиссового дерева. Сейчас
таксол получают полусинтетическим путем из листьев специально выращиваемых кустарников широколистного тиcса
том на рис. 4, а). Этот аналог в больших количествах
содержится в листьях и ветках различных видов тисса,
что делает необязательным губительный для деревьев
сбор коры.
Другая причина сдерживания развития химии
таксола заключалась в отсутствии знания механизма
его действия. Более того, долгое время ученые были
убеждены, что это действие аналогично таковому для
уже известных к тому моменту противораковых препаратов растительного происхождения – винкристина,
винбластина и колхицина. Эти соединения связываются с клеточным белком тубулином и препятствуют его
полимеризации до длинных полых структур, называемых микротрубочками, которые играют важную роль в
процессе клеточного деления.
Интерес к таксолу существенно возрос лишь после
того, как в 1979 г. С.Хорвиц из Медицинского центра
имени А.Эйнштейна (США) сообщила об уникальном
механизме противоопухолевой активности этого соединения [4]. В экспериментах по добавлению таксола в
культуру быстро делящихся раковых клеток С.Хорвиц
обнаружила в них необычные «связки», или «пучки»
микротрубочек (рис. 6). Это означало, что таксол, в
отличие от известных противораковых препаратов, не
препятствовал формированию микротрубочек, а наоборот, стимулировал их образование и сборку в своеобразные пучки. Такое действие также приводило к
остановке процесса деления и в дальнейшем к гибели
опухолевых клеток.
б
Рис. 4. Молекула таксола: а – структурная формула (большая
часть атомов водорода не показана); б – шаростержневая модель
Н
ачиная с этого момента в истории таксола произошло удивительное – дальнейшие исследования
его химии и биологической активности приостановились почти на десятилетие. Существовало по меньшей
мере две причины для такого перерыва. Во-первых,
развитие химии таксола сдерживалось из-за соображений экологической безопасности, т.к. для его получения требовалась вырубка огромного количества дикорастущих тиссовых деревьев (рис. 5). Необходимость
переработки более десяти тонн сухой коры широколистного тисса для выделения 1 кг таксола приводила к угрозе истребления этого вида растений, а также
некоторых видов птиц, гнездящихся только на таких
деревьях.
Отметим, что позже – в конце 1980-х – начале 1990-х гг. –
указанная проблема была частично решена, т.к. был
разработан полусинтетический способ получения таксола из его аналога, не содержащего боковой цепи при
тринадцатом атоме углерода (обозначена розовым цве-
Х ИМИЯ
январь
2015
Рис. 6. Для нормального протекания процесса деления клеток
важен как процесс полимеризации белка тубулина (обозначен
зеленым и синим шариками) до микротрубочек, так и обратный процесс их деполимеризации до свободного тубулина.
Этот обратный процесс и блокирует таксол
10
О тк ры тие и п е р в ы е и ссл е д о ва н и я м ол е кул ы та ксол а
званием «Исследователи Государственного университета Флориды выигрывают гонку за полный синтез таксола», которое вскоре появилось в средствах массовой
информации [5]. Строго говоря, приоритет Р.Холтона не
вызывает сомнений, однако вопросы приоритета в данном случае не слишком важны, поскольку обе группы
придерживались абсолютно разных стратегий синтеза.
Холтон использовал «линейный» подход, последовательно присоединяя фрагменты молекулы таксола, в то
время как Николао использовал «конвергентную стратегию», в которой два фрагмента таксанового ядра синтезировали по отдельности и затем соединяли.
Вскоре после публикации первых работ появились
сообщения о нескольких полных синтезах таксола, сделанных в других исследовательских группах. Выполнение каждой из описанных синтетических схем требует
огромных затрат времени, кроме того, выход продукта
в них не превышает 5 %. Разработка указанных методов имеет скорее теоретический интерес и не решает
проблемы синтеза таксола как лекарственного препарата – для этих целей его по-прежнему получают полусинтетическим методом из природных источников, что
делает таксол чрезвычайно дорогим лекарством.
Тем не менее, разработка схем полных синтезов
таксола сыграла важную роль в создании методов
синтеза широкого круга его аналогов. К настоящему
моменту получено огромное число таких соединений,
но в клиническую практику вошел только таксотер,
структурно очень похожий на сам таксол.
В настоящее время интерес ученых сосредоточен
на синтезе водорастворимых производных таксола, а
также на поиске его аналогов с меньшей общей токсичностью для организма. Кроме того, ведутся работы
по созданию структурно упрощенных аналогов таксола, чтобы сделать доступным синтетическое получение потенциального лекарства. Однако эти задачи
будут решаться в будущем. И как показывает история
развития исследований молекулы таксола, путь к их
решению, вероятно, будет тернист, как, впрочем, и
другие пути поиска средств для лечения злокачественных новообразований. Но, несмотря на это, открытая
Уоллом необыкновенная молекула таксола будет привлекать внимание химиков, занимающихся созданием
лекарств, в течение еще многих и многих лет.
Сразу после установления механизма действия
таксола начались его расширенные предклинические
испытания, в ходе которых была доказана его высокая
активность против экспериментальных опухолей мышей, а также против раковых опухолей человека, пересаженных экспериментальным животным.
Поскольку таксол практически нерастворим в воде,
был подобран растворитель для его внутривенного
введения – полиоксиэтилированное касторовое масло.
Обнадеживающие результаты предклинических исследований явились основанием для проведения клинических испытаний таксола. Эти
испытания начались в 1983 г. и закончились только к середине 1990-х гг.
заключением о высокой эффективности противоопухолевого действия
препарата и достоверном увеличении продолжительности жизни пациентов, получавших соответствующую терапию. В 1998 г. таксол был
разрешен для лечения опухолевых
Рис. 7. Лекарзаболеваний как самостоятельный
ственный препалекарственный препарат (рис. 7).
рат «Таксол»
О
ткрытие уникального механизма действия таксола и обнадеживающие данные по его противораковой активности стимулировали развитие работ по
синтезу его молекулы. Подобные попытки были предприняты еще в 1980-х гг., однако чрезвычайно сложная структура, содержащая помимо полициклической
системы также большое количество асимметрических
атомов углерода, оставалась недоступной для полного синтеза.
Только в конце 1993 – начале 1994 гг. две исследовательские группы практически одновременно – с разницей лишь в несколько недель – успешно завершили
многолетние усилия по полному синтезу молекулы
таксола. При этом между двумя группами даже возникли разногласия по поводу первенства в этой работе.
Дело в том, что группа профессора Р.Холтона из Государственного университета Флориды закончила синтез 9 декабря 1993 г., и 21 декабря соответствующие
статьи были получены редакцией «Журнала Американского химического общества». Однако статьи были
приняты к публикации только 7 февраля 1994 г., а 23
февраля появились в выпуске этого журнала. Другой
полный синтез таксола был завершен 15 января 1994 г.
группой профессора К.С.Николао в Скриппсовском
исследовательском институте (Калифорния). Их статья, посланная через несколько дней в журнал Nature,
была принята к публикации уже 31 января и вышла в
номере этого журнала от 17 февраля, т.е. раньше, чем
статья Холтона и его сотрудников.
Зная о готовящейся публикации Николао и не желая
терять заслуженный приоритет, 8 февраля 1994 г. Университет Флориды сделал заявление для прессы под на-
Монро Е. УОЛЛ (Monroe E. Wall) – американский
химик, под руководством которого была определена
структура и исследована противоопухолевая активность молекулы таксола. Родился в 1916 г., получил образование в Университете Рутгерса в Новом Брунсвике
(Rutgers University, New Brunswick), там же защитил
кандидатскую диссертацию. В 1941 г. стал работать в
Исследовательской лаборатории Восточного региона (Eastern Regional Research Laboratory) Департамента
сельского хозяйства США в Филадельфии. В 1941–
1960-х гг. занимался в основном химией стероидов.
В конце 1950-х гг. выделил камптотецин – вещество, обладающее противоопухолевой активностью.
11
Х ИМИЯ
январь
2015
Л Е ТО П И С Ь В А Ж Н Е Й Ш И Х ОТ К Р Ы Т И Й
Мансукх С. УАНИ (Mansukh C. Wani) родился в
Нандурбаре (Махараштра, Индия). В 1943 г. поступил в
Бомбейский университет, где в 1947 г. получил степень
бакалавра, а в 1950 г. – степень магистра по органической химии. В 1958 г. переехал в США, где выполнил
кандидатскую диссертацию в Университете Блумингтона
(Индиана), которую защитил в 1962 г. В том же году
после краткосрочной стажировки в Университете
Висконсина поступил в Исследовательский Трайэнгл институт, где работает и в настоящее время.
Основные научные исследования посвящены выделению и изучению биологически активных веществ
из природных источников. Участвовал в исследованиях
таксола и камптотецина, проводимых под руководством
М. Уолла.
Иллюстрации предоставлены автором статьи.
Рис. 8. М.Уани (слева) и М.Уолл (справа) в своей лаборатории
ЛИТЕРАТУРА
1. Цезарь Гай Юлий. Записки о Галльской войне,
о гражданской войне, об Александрийской войне, об
Африканской войне. М.-Л.: АН СССР, 1948, с. 133.
2. Wall M.E. Camptothecin and taxol: from discovery
to clinic. Med Res. Rev., 1998, v. 18, № 5, p. 299–314.
3. Wani M.C., Taylor H.L., Wall M.E., Coggon P.,
McPhail A.T. Plant antitumor agents VI. Isolation and
structure of taxol, a novel antileukemic and antitumor
agent from Taxus brevifolia. J. Am. Chem. Soc., 1971,
v. 93, № 9, p. 2325–2327.
4. Schiff P.B., Fant J., Horwitz S.B. Promotion of microtubule assembly in vitro by taxol. Nature, 1979, v. 277,
№ 3, p. 665–667.
5. Borman S. Total synthesis of anticancer agent taxol
achieved by two different routes. Chem. & Eng. News.,
1994, v. 72, № 8, p. 32–34.
6. Nicolaou K.C., Dai W.-M., Guy R.K. Chemistry
and Biology of Taxol. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1994,
v. 33, № 1, p. 15–44.
В 1960 г. Уолл перешел в Исследовательский Трайэнгл институт (Research Triangle Institute), где основал
научно-исследовательскую группу, в которой к 1983 г.
работало 180 химиков. В 1971–1983 гг. исполнял
обязанности заведующего Отделением химии и наук
о жизни в этом институте. Параллельно преподавал в
университете Северной Каролины, был консультантом
в Национальном институте рака и других организациях.
Скончался 6 июля 2002 г.
Основные научные исследования Уолла посвящены
комплексному изучению природных веществ – с точки
зрения органической химии, биохимии, фармакологии
и, в особенности, медицинской (лекарственной) химии
с целью разработки потенциальных лекарств. Уолл внес
значительный вклад в исследование механизмов лекарственной зависимости, в изучение стероидов, метаболизма лекарств, но основную известность получили его
работы по поиску химических соединений для химиотерапии опухолевых заболеваний, главным образом открытие таксола.
Х ИМИЯ
январь
2015
12
ОЛИМПИАДЫ
Избранные задачи 46
Международной химической
олимпиады школьников
В.В.ЕРЕМИН,
профессор химического
факультета МГУ
В этом номере обсуждаются еще две задачи с прошедшей летом 2014 г.
Международной химической олимпиады. Комплексным соединениям,
их строению, взаимному влиянию лигандов и другим вопросам посвящена первая задача. Вторая – на расчеты кислотно-основного равновесия в воде в условиях наличия конкурирующих реакций. Краткие
комментарии к задачам выделены курсивом.
2. Некоторые из ранее предлагавшихся структур
аниона соли Цейзе приведены ниже:
З А Д А Ч А 2. СОЛЬ ЦЕЙЗЕ
Хорошая, не особенно сложная качественная задача на строение и химические свойства комплексов
переходных металлов. В задаче подробно рассматриваются структурные аспекты (симметрия комплексов) и влияние лигандов на реакционную способность
комплексов.
1. Одним из первых синтезированных металлоорганических соединений была соль Цейзе
K[PtCl3C2H4]. Профессор Цейзе получил это соединение в 1827 г. в результате реакции PtCl4 с
кипящим этанолом и последующим добавлением
хлорида калия (метод 1). Соль Цейзе можно также
получить при кипячении смеси K2[PtCl6] с этанолом
(метод 2). Коммерческий реактив обычно получают
с помощью реакции K2[PtCl4] с этиленом (метод 3).
1а. Для каждого из вышеупомянутых методов запишите уравнения реакций, расставьте коэффициенты. Известно, что в методах 1 и 2 для получения
1 моля соли Цейзе необходимо по 2 моля этанола.
1b. В масс-спектре аниона [PtCl3C2H4]– присутствует группа пиков с массовыми числами 325–337
и различными интенсивностями. Рассчитайте массовое число аниона, состоящего только из наиболее
распространенных в природе изотопов, используя
следующие данные (табл. 1).
В структурах Z1, Z2 и Z5 оба атома углерода лежат в плоскости квадрата, обозначенного пунктиром.
(Считайте, что все структуры конформационно устойчивы и лиганды в них не могут меняться местами.)
Данные ЯМР-спектроскопии позволяют прийти
к выводу, что соль Цейзе имеет структуру Z4. В таблице ниже (табл. 2) для каждой из структур Z1–Z5
укажите, сколько структурно неэквивалентных атомов водорода и углерода они содержат.
Таблица 2
Структура
Таблица 1
Изотоп
Содержание
изотопа в
природе, %
192
78
196
37
195
198
35
12
13
1
Pt194
78 Pt 78 Pt 78 Pt 78 Pt17 Cl 17 Cl 6 C 6 C 1 H
Число структурно
неэквивалентных
атомов водорода
Число структурно
неэквивалентных
атомов углерода
Z1
Z2
Z3
0,8
32,9 33,8 25,3 7,2 75,8 24,2 98,9 1,1 99,99
Z4
Z5
3. Для реакций замещения в плоскоквадратных комплексах платины(II) можно составить ряд
13
Х ИМИЯ
январь
2015
ОЛИМПИАДЫ
1b. Наиболее распространенные изотопы: 195Pt,
Cl, 12C, 1H. Массовое число аниона [PtCl3C2H4]– с этими изотопами:
лигандов в соответствии с тем, насколько они способствуют замещению лигандов в трансположении к ним
(так называемое трансвлияние). Этот ряд имеет вид:
35
A = 195 + 3æ35 + 2æ12 + 4 = 328.
CO, CN–, C2H4 > PR3, H– > CH3−, C6H5−, I–, SCN– >
> Br– > Cl– > Py > NH3 > OH–, H2O.
2. Число эквивалентных атомов определяется симметрией молекулы или ее фрагмента. В структурах
Z1–Z3 атомы углерода – разные, например в Z1 и Z2
один из них находится ближе к атому Pt, чем другой, а
в Z3 один атом углерода находится в плоскости атомов
хлора, а другой нет. В то же время,
структуры Z4 и Z5 имеют плоскость симметрии, проходящую
через середину связи C–C, поэтому оба углерода эквивалентны и в
этих молекулах – только один тип
атомов С.
Теперь рассмотрим атомы водорода. В структурах Z1 и Z3 атомы
углерода разные, но при каждом
из них оба водорода в группах CH2
одинаковы, т.е. всего – два типа
атомов H. В Z2 – тоже два типа: один в CH, другой – в
CH3. В структуре Z4 фрагмент CH2–CH2 симметричен
относительно двух плоскостей: одной, проходящей
через атом Pt и три атома Cl, а другой – проходящей
через C–Pt–C; поэтому все четыре атома H эквивалентны, в Z4 – всего один тип H. Наконец, в Z5 оба углерода эквивалентны, но водороды при каждом из них –
разные: один атом H – ближе к атому Cl, находящемуся
над плоскостью, обозначенной пунктиром, а другой –
дальше от него. Получается два типа атомов H.
Заполненная таблица (табл. 2) числа структурно
неэквивалентных атомов имеет вид.
Таблица 2
Число структурно
Число структурно
Струкнеэквивалентных
неэквивалентных
тура
атомов водорода
атомов углерода
Z1
2
2
Z2
2
2
Z3
2
2
Z4
1
1
Z5
2
1
Чем левее в данном ряду расположен лиганд,
тем более сильным трансвлиянием он обладает.
Ниже приведены некоторые реакции с участием
соли Цейзе и комплекса [Pt2Cl4(C2H4)2] (схема).
Схема
3а. Изобразите структуру вещества A, если известно, что молекула этого комплекса имеет центр
симметрии и не содержит связей Pt–Pt и мостиковых алкенов.
3b. Изобразите структуры веществ B, C, D, E,
F и G.
3с. Укажите, какой(ие) фактор(ы) способствует
образованию D и F. Выберите для каждого вещества один или несколько вариантов:
i) выделение газа;
ii) образование жидкости;
iii) трансвлияние;
iv) хелатный эффект.
Решение
1а. В методе 1 происходит восстановление Pt(IV)
этанолом до Pt(II), часть этанола при этом окисляется
до альдегида, а другая часть в обезвоженном виде входит в состав комплекса:
PtCl4 + 2C2H5OH + KCl ®
® K[PtCl3C2H4] + CH3CHO + 2HCl + H2O.
3a. В комплексе A атомы Pt могут быть связаны
между собой только через мостиковые атомы Cl, других связей между ними не может быть по условию.
Этилен как лиганд обладает сильным трансвлиянием,
поэтому мостиковые атомы находятся от него в трансположении. Структура комплекса A, полученного из
соли Цейзе со структурой Z4, имеет вид:
Аналогичная окислительно-восстановительная реакция происходит и в методе 2:
K2[PtCl6] + 2C2H5OH ®
® K[PtCl3C2H4] + CH3CHO + KCl + 2HCl + H2O.
А в методе 3 исходное вещество уже содержит Pt(II),
поэтому степени окисления не меняются, а происходит
замещение одного лиганда (Cl) на другой (C2H4):
K2[PtCl4] + C2H4 ® K[PtCl3C2H4] + KCl.
Х ИМИЯ
январь
2015
(двойная черта обозначает молекулу этилена).
14
Избра нн ы е з адачи 4 6 Ме ж д у н а р о д н о й х и м и ч е с ко й ол и м п и а ды ...
3b. В реакциях образования B и C из соли Цейзе
происходит замещение хлорид-иона на амин. Этилен
проявляет значительно более сильное трансвлияние,
чем Cl–, поэтому замещение происходит в трансположении относительно C2H4:
При образовании F из A не образуется ни газа, ни
жидкости. Зато проявляется трансвлияние этилена
(один из атомов азота в H2NCH2CH2NH2 находится в
трансположении относительно C2H4), а входящий во
внутреннюю сферу бидентатный лиганд дает хелатный эффект и обеспечивает дополнительную устойчивость образующемуся комплексу.
П р а в и л ь н ы е о т в е т ы – iii, iv.
З А Д А Ч А 3. КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ РАВНОВЕСИЕ
При образовании D этилен замещается на фенилэтилен:
В ВОДЕ
В этой задаче используются громоздкие, но прямолинейные расчеты конкурирующих химических равновесий в растворах – типичные для задач по аналитической химии. Интересный результат получается
при ответе на вопрос 3 о бесконечном разбавлении.
Подход к решению остальных вопросов – стандартный: решается система уравнений, составленных из
выражений для констант равновесия, с учетом материального баланса и условия электронейтральности.
Творческий момент в задаче связан с выбором адекватных приближений, позволяющих упростить расчеты равновесных концентраций.
который, как и этилен, обладает сильным трансвлиянием, поэтому последующее замещение Cl– на пиридин (Py) с образованием E происходит в трансположении относительно двойной связи C=C:
В растворе Х содержатся две слабые одноосновные кислоты: HA (константа диссоциации
KHA = 1,74æ10–7) и HB (константа диссоциации
KHB = 1,34æ10–7). Значение рН в растворе X равно
3,75.
1. На титрование 100 мл раствора X необходимо затратить 100 мл 0,220 M раствора NaOH. Рассчитайте общую (аналитическую) концентрацию (в
мольæл–1) каждой из кислот в растворе X. При решении, если необходимо, используйте обоснованные приближения.
Ион калия уходит из внешней сферы, сопровождая
замещаемый хлорид-ион.
При образовании F из A два хлорид-иона из трех
замещаются на один бидентатный лиганд во внутренней сфере, при этом один хлорид-ион остается во
внешней сфере:
[KW = 1,00æ10–14 при 298 К.]
2. Рассчитайте pH раствора Y, содержащего
6,00æ10–2 M соли NaA и 4,00æ10–2 M соли NaB.
3. При добавлении большого количества воды
к раствору X образуется очень разбавленный раствор, в котором общая (аналитическая) концентрация кислот близка к нулю. Рассчитайте степень
диссоциации (в %) каждой из кислот в полученном
бесконечно разбавленном растворе.
4. К раствору Y добавили буфер и получили раствор Z с pH = 10,0. Рассчитайте растворимость (в
мольæл–1) гидроксида M(OH)2 в растворе Z с учетом
того, что анионы A– и B– образуют комплексы с катионом M2+.
Наконец, в структуре G оба лиганда C2H4 находятся
в трансположении относительно друг друга, опять-таки из-за трансвлияния этилена:
3c. При замещении C2H4 на C6H5CH=CH2 выделяется газ, жидкость не образуется, трансвлияние не проявляется, т.к. все три оставшихся лиганда одинаковы
между собой, хелатного эффекта нет, поскольку все
лиганды – монодентатные и образуют только по одной
связи с центральным атомом. Поэтому единственная
движущая сила реакции образования D из соли Цейзе – выделение газа (решающим оказывается энтропийный фактор). П р а в и л ь н ы й о т в е т – i.
M(OH)2 L M2+ + 2OH–, ПР = 3,1æ10–12.
M2+ + A– L [MA]+, K1 = 2,1æ103;
[MA]+ + A– L [MA2], K2 = 5,0æ102.
M2+ + B– L [MB]+, K'1 = 6,2æ103;
15
Х ИМИЯ
январь
2015
ОЛИМПИАДЫ
[H+] имеет порядок 10–4M, а константы диссоциации – 10–7, т.е. KHA, KHB << [H+], поэтому в знаменателе
константами можно пренебречь. В результате получаем первое уравнение для нахождения исходных концентраций с(HA) и c(HB):
[MB]+ + B– L [MB2], K'2 = 3,3æ102.
Cчитайте, что объем раствора Z равен объему
исходного раствора Y.
Решение
1. Расчет состава раствора осложнен тем, что приходится рассматривать конкурирующую диссоциацию
кислот с сопоставимыми константами равновесия:
K HA ⋅ c(HA) K HB ⋅ c(HB)
+
= [H+],
[H+ ]
[H+ ]
1,74æ10–7æс(HA) + 1,34æ10–7æc(HB) = (10–3,75)2,
или
1,74æc(HA) + 1,34æс(HB) = 10–0,5 = 0,316.
HA L H+ + A–,
KHA =
[H+ ][A − ]
= 1,74æ10–7;
[HA]
Второе уравнение для нахождения концентраций
следует из уравнений реакций нейтрализации:
HB L H+ + B–,
HA + NaOH ® NaA + H2O,
[H+ ][B− ]
= 1,34æ10–7.
KHB =
[HB]
HB + NaOH ® NaB + H2O.
Запишем уравнения закона сохранения массы:
Поскольку объемы раствора X и раствора щелочи
равны (по 100 мл), концентрации также должны быть
равны:
с(HA) = [HA] + [A–],
с(HB) = [HB] + [B–]
c(HA) + c(HB) = c(NaOH) = 0,220М.
(c – исходная (аналитическая) концентрация кислоты).
С их помощью можно выразить концентрации анионов через начальные концентрации кислот:
[HA] =
Решая систему двух уравнений, находим:
c(HA) = 0,053М, c(HB) = 0,167М.
[H+ ] –
[A ],
K HA
Ответ. c(HA) = 0,053М, c(HB) = 0,167М.
[H+ ] –
с(HA) = [A ] +
[A ],
K HA
–
2. При рассмотрении конкурирующего гидролиза в
растворе Y используется тот же подход, что и в п. 1 для
раствора X. Запишем уравнения гидролиза и выражения для констант гидролиза Kh:
c(HA)
K ⋅ c(HA)
= HA
.
[H+ ]
K HA + [H+ ]
1+
K HA
[A–] =
A– + H2O L HA + OH–,
Аналогично,
K HB ⋅ c(HB)
c(HB)
.
=
+
K HB + [H+ ]
[H ]
1+
K HB
Подставим эти выражения в условие электронейтральности раствора: сумма концентраций всех отрицательных зарядов равна общей концентрации положительных зарядов:
[B–] =
K h,A − =
= 5,75æ10–8;
B– + H2O L HB + OH–,
K h,B− =
[A–] + [B–] + [OH–] = [H+].
[HB][OH − ] [H+ ][OH − ] 1,00 ⋅ 10
=
=
=
[B− ]
K HB
1,34 ⋅10 −7
−14
= 7,46æ10–8.
При pH = 3,75 концентрацией ионов OH–, образующихся при диссоциации воды, можно пренебречь
(первое приближение):
Х ИМИЯ
[HA][OH − ] [H+ ][OH − ] 1,00 ⋅10 −14
=
=
=
K HA
[A − ]
1,74 ⋅10 −7
Из уравнений гидролиза следует, что
[A–] + [B–] = [H+],
[OH–] = [HA] + [HB]
K HA ⋅ c(HA) K HB ⋅ c(HB)
+
= [H+].
K HA + [H+ ]
K HB + [H+ ]
(образованием OH– при диссоциации воды пренебрегаем).
январь
2015
16
Избра нн ы е з адачи 4 6 Ме ж д у н а р о д н о й х и м и ч е с ко й ол и м п и а ды ...
Для расчета равновесных концентраций кислот используем уравнения материального баланса:
В очень разбавленном растворе [H+] = 10–7. Подставляя это значение в последние уравнения и решая
их относительно α и b, находим:
[HA] + [A–] = с(NaA) = 6,00æ10–2 М,
[HB] + [B–] = с(NaB) = 4,00æ10–2 М.
α = 1,74 / 2,74 = 0,635; b = 1,34 / 2,34 = 0,573.
Подставим в них концентрации анионов, выраженные через константы гидролиза:
[HA] +
откуда
Ответ. Степень диссоциации HA – 63,5 %;
степень диссоциации HB – 57,3 %.
[HA][OH ]
= 6,00æ10–2,
K h,A −
−
K h,A − ⋅ 6,00 ⋅10 −2
[HA] =
K h,A − + [OH]−
4. Обозначим растворимость M(OH)2 в моль/л
буквой s. Растворившийся в воде M(OH)2 полностью
диссоциирует, а образовавшийся катион M2+ вступает
в реакции комплексообразования с анионами A– и B–.
Запишем уравнение материального баланса по металлу M:
.
Аналогично,
[HB] =
K h,B− 4,00 ⋅10 −2
K h,B− + [OH]−
[H+ ][B− ] [H ]β
=
= 1,34æ10–7.
1−β
[HB]
+
KHB =
s = [M2+] + [MA+] + [MA2] + [MB+] + [MB2].
.
Концентрацию свободных катионов находим по
произведению растворимости:
Среда в растворе – щелочная, т.е. [OH–] >> 10–7M,
тогда как константы гидролиза имеют порядок 10–8, поэтому константами в знаменателе можно пренебречь
по сравнению с [OH–]. Получаем окончательное уравнение для расчета концентрации гидроксид-ионов:
[M2+] =
ПР
3,1 ⋅10 −12
=
= 3,1æ10–4M.
− 2
[OH ]
(10 −4 )2
[OH–]2 = 6,43æ10–9;
При pH = 10 гидролизом анионов A– и B– можно
пренебречь, поэтому 0,0600М соли NaA в таком растворе находятся только в виде свободного аниона A– и
его комплексов с M2+:
[OH–] = 8,02æ10–5М.
c(NaA) = 6,00æ10–2 М = [A–] + [MA+] + 2[MA2].
Предположение о том, что [OH–] >> K h,A − , K h,B− ,
оказалось оправданным.
Ответ. [OH–] = 8,02æ10–5М.
Последние две концентрации можно выразить через [A–], используя константы комплексообразования:
[OH–] =
K h,A − ⋅ 6,00 ⋅10 −2
[OH − ]
+
K h,B− ⋅ 4,00 ⋅10 −2
[OH − ]
;
K1 =
3. Самый интересный вопрос в этой задаче. Казалось бы, из принципа Ле Шателье следует, что при бесконечном разбавлении степень диссоциации должна
стремиться к 1, однако на самом деле этот предел при
разбавлении оказывается меньше 1.
Обозначим степень диссоциации первой кислоты
α, второй – b, тогда:
[MA + ]
,
[M2+ ][A − ]
[MA+] = K1[M2+][A–] = 2,1æ103æ3,1æ10–4[A–] = 0,651[A–];
K2 =
[MA 2 ]
,
[MA + ][A − ]
[MA2] = K2[MA+][A–] = 5,0æ102æ0,651[A–][A–] =
= 325,5[A–]2.
[A–] = αс(HA),
[HA] = с(HA) – [A–] = (1–α)с(HA);
Подставляя эти концентрации в уравнение материального баланса по А, находим:
[B–] = bc(HB),
6,00æ10–2М = [A–] + 0,651[A–] + 2æ325,5[A–]2,
[HB] = c(HA) – [B–] = (1–b)c(HB).
откуда
Подставляем эти значения в выражения для констант равновесия:
KHA =
[MA+] = 0,651[A–] = 5,48æ10–3М,
[H ][A ] [H ]α
=
= 1,74æ10–7,
1− α
[HA]
+
−
[A–] = 8,42æ10–3М,
+
[MA2] = 325,5[A–]2 = 2,31æ10–2М.
17
Х ИМИЯ
январь
2015
ОЛИМПИАДЫ
Проведем совершенно аналогичные расчеты с анионом B–:
4,00æ10–2М = [B–] + 1,922[B–] + 2æ634,3[B–]2,
откуда
с(NaB) = 4,00æ10 М = [B ] + [MB ] + 2[MB2].
[MB+ ]
,
K'1 =
[M2+ ][B− ]
–2
–
+
[MB+] = 1,922[A–] = 8,80æ10–3М,
[MB2] = 634,3[B–]2 = 1,33æ10–2М.
[MB+] = K'1[M2+][B–] = 6,2æ103æ3,1æ10–4[B–] =
= 1,922[B–] ;
K'2 =
[B–] = 4,58æ10–3М,
Теперь у нас есть все концентрации для того, чтобы
рассчитать растворимость M(OH)2:
[MB+ ]
,
[MB+ ][B− ]
s = 3,1æ10–4 + 5,48æ10–3 + 2,31æ10–2 + 8,80æ10–3 +
+ 1,33æ10–2 = 0,051М.
[MB2] = K '2[MB+][B–] = 3,3æ102æ1,922[B–][B–] =
= 634,3[B–]2.
Ответ. 0,051М.
ДЛЯ САМЫХ СМЕЛЫХ
Новый подход к классификации
окислительно-восстановительных
реакций
Ж.А.КОЧКАРОВ,
профессор Кабардино-Балкарского
государственного университета,
г. Нальчик,
Кабардино-Балкарская республика
На любом экзамене по химии, будь то ЕГЭ или дополнительные вступительные испытания в вузе, обязательно
присутствуют окислительно-восстановительные реакции
(ОВР). В публикуемом материале рассмотрены ОВР, называемые конмутацией и дисмутацией (сопропорционирование и диспропорционирование).
Материал будет полезен учителям для проведения уроков
в профильных классах, а также ученикам, выбравшим
химию своей дальнейшей специальностью.
Схема 1
Классификация окислительно-восстановительных
реакций
По традиционной классификации все окислительно-восстановительные реакции делятся на три
типа: межмолекулярные, внутримолекулярные и реакции диспропорционирования (дисмутация).
В соответствии с предложенной нами классификацией все окислительно-восстановительные реакции
можно разделить на межмолекулярные и внутримолекулярные, а реакции диспропорционирования (дисмутация) и сопропорционирования (конмутация) входят в
состав двух выделенных типов и являются их частными случаями (схема 1).
Конмутация (сопропорционирование) – это
окислительно-восстановительная реакция, в ходе
которой степени окисления атомных частиц одного
химического элемента выравниваются.
В соответствии с предложенной классификацией
конмутация может быть как межмолекулярной, так и
внутримолекулярной (cхема 2, см. с. 19).
Х ИМИЯ
январь
2015
18
Н о в ы й п о д хо д к кл а сси ф и ка ци и ...
Схема 2
Внутримолекулярная (а) и межмолекулярная (б)
конмутация
HCl + HClO L Cl2 + H2O,
вос-ль
ок-ль
−1
0
+1
0
Cl – 1e = Cl
Cl + 1e = Cl
1
1;
5KI + KIO3 + 3H2SO4 = 3I2 + 3K2SO4 + 3H2O,
вос-ль
ок-ль
−1
0
+5
0
I – 1e = I
5
I + 5e = I
3MnSO4 + 2KMnO4 + 2H2O =
В реакциях внутримолекулярной конмутации
(cхема 2, а) выравнивание степеней окисления происходит за счет переноса электронов между атомами,
входящими в состав одной молекулярной частицы вещества, например:
вос-ль
0
+3
0
N – 3e = N
+1
+5
+1
N – 4e = N
N + 4e = N
1;
−3
0
+3
0
N + 3e = N
1
0
S + 4e = S
+2
0
вос-ль
1.
2
3;
ок-ль
−1
0
+1
0
H – 1e = H
H + 1e = H
1
1.
Дисмутация (диспропорционирование) – это
окислительно-восстановительная реакция, в ходе
которой окисляются и восстанавливаются атомы одного и того же химического элемента, находящиеся
в промежуточной степени окисления.
Реакция диспропорционирования может быть как
внутримолекулярной, так и межмолекулярной (схема 3).
Схема 3
1
1;
Внутримолекулярная (а) и межмолекулярная (б)
дисмутация
ок-ль
+4
2;
NaH + H2O = NaOH + H2,
2H2S + SO2 = 3S + 2H2O,
S – 2e = S
0
2N + 4e = N2
ок-ль
N – 3e = N
3
ок-ль
−3
2N – 6e = N2
NH4Cl + KNO2 = KCl + N2 + 2H2O,
0
+4
4NH3 + 6NO = 5N2 + 6H2O,
В реакциях межмолекулярной конмутации (схема 2, б) выравнивание степеней окисления происходит
за счет переноса электронов между атомами, входящими в состав молекулярных частиц различных реагирующих веществ.
Примеры:
−2
+7
вос-ль
−3
вос-ль
+4
Mn + 3e = Mn
NH4NO3 = N2О + 2H2O,
вос-ль
+2
Mn – 2e = Mn
1
N + 3e = N
ок-ль
= 2KHSO4 + 5MnO2 + H2SO4,
NH4NO2 = N2 + 2H2O,
−3
1;
2
1;
2Naa 2S + Na 2SO3 + 3H2SO4 = 3S + 3Na2SO4 + 3H2O,
вос-ль
ок-ль
−2
0
+4
0
S – 2e = S
S + 4e = S
2
1;
19
Х ИМИЯ
январь
2015
ДЛЯ САМЫХ СМЕЛЫХ
В реакциях внутримолекулярной дисмутации
(схема 3, а) перенос электронов происходит между
атомами одного химического элемента в промежуточной степени окисления, входящими в состав одного и
того же вещества.
SnCl 2 + SnCl 2 = Sn + SnCl4,
вос-ль
0
−1
Cl + 1e = Cl
0
+1
Cl – 1e = Cl
+2
0
0
−3
0
+1
P + 3e = P
ок-ль
1
0
1;
0
−2
−1
0
1
1;
0
+1
+2
Cu + 1e = Cu
солеобразователь
ок-ль
+1
−2
+2
+6
2Cu + S – 10e = 2Cu + S
1
Cu – 1e = Cu
1.
= 10NO2 + CuSO4 + Cu(NO3)2 + 6H2O,
Cu2O = Cu + CuO,
+1
−1
В реакциях межмолекулярного окисления-восстановления без конмутации и дисмутации перенос
электронов происходит между атомами разных элементов различных реагирующих веществ, например:
Cu 2S + 10HNO3 (р-р) + 2HNO3 (р-р) =
вос-ль
S – 1e = S
1
Можно сказать, что реакции конмутации противоположны реакциям дисмутации.
FeS2 = FeS + S,
S + 1e = S
+2
2C + 2e = 2C
3;
−1
1;
вос-ль
C – 2e = C
1
P – 1e = P
1
CaO + 2C + C = CaC2 + CO,
P4 + 3NaOH + 3H2O = PH3 + 3NaH2PO2,
+5
+4
N + 1e = N
1.
10.
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2,
+7
Примеры:
+7
+6
+4
Mn + Mn + 4e = Mn + Mn
−2
NO2 + NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O,
+4
+3
+4
+5
N – 1e = N
1;
+5
−1
+5
+7
Cl – 2e = Cl
ОТВЕТЫ НА КРОССВОРД
«СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ СЕРЫ»
(См. № 12, 2014 г.)
1. SO3; 2. H2SO4; 3. NaOH; 4. SO2; 5. S; 6. H2O.
1
3;
ОТВЕТЫ НА КРОССВОРД
«РУССКИЕ УЧЕНЫЕ-ХИМИКИ»
(См. № 12, 2014 г.)
1. Лебедев. 2. Бородин. 3. Морозов. 4. Аносов.
5. Зинин. 6. Бекетов. 7. Зелинский. 8. Бутлеров.
9. Менделеев.
По диагонали: Ломоносов.
HNO2 + 2HNO2 = 2NO + HNO3 + H2O,
вос-ль
ок-ль
+3
+2
+3
+5
N + 1e = N
N – 2e = N
2015
1.
К Р О С С В О РД Ы
вос-ль
Cl + 6e = Cl
1
1
KClO3 + 3KClO3 = KCl + 3KClO4,
ок-ль
0
2O – 4e = O2
вос-ль
N + 1e = N
1
В реакциях внутримолекулярного окислениявосстановления без дисмутации и конмутации перенос электронов происходит между атомными частицами различных химических элементов, входящими в
состав одного вещества, например:
В реакциях межмолекулярной дисмутации (схема 3, б) перенос электронов происходит между разными молекулярными частицами одного вещества, в
результате чего атомы одного и того же химического
элемента в промежуточной степени окисления являются и окислителями, и восстановителями.
январь
+4
Sn + 2e = Sn
Cl2 + 2KOH (р-р) = KCl + KClO + H2O (на холоду),
Х ИМИЯ
+2
Sn – 2e = Sn
Примеры:
ок-ль
ок-ль
2
1;
20
П ОД ГОТО В КА К Е Г Э П О Х И М И И
Решение расчетных задач
по химии
В.Н.ДОРОНЬКИН,
В.А.ФЕВРАЛЕВА,
Ростовский государственный
университет путей сообщения,
А.Г.БЕРЕЖНАЯ,
Южный федеральный университет,
г. Ростов-на-Дону
Задачи на «выход продукта реакции» иногда вызывают затруднения у школьников. Самое главное – напомнить им,
что теоретически рассчитанные количество вещества, масса или объем всегда больше количества вещества, массы,
объема, полученных в реальности.
Продолжение. См. также № 11, 12/2014
Содержание
I. Типовые расчеты.
1. Теоретические расчеты по
химическим уравнениям.
2. Решение задач на «чистые» вещества и «избыток–недостаток».
3. Решение задач на «выход
продукта реакции».
II. Комплексные задачи.
3. Решение задач «на выход
продукта реакции»
Прочтите рассказ.
Пример 13. «У меня было 5 кг
клубники. Я попросил у мамы
5 кг сахара, сложил все в кастрюлю и поставил варить варенье.
Пока варенье варилось, я приготовил 10 литровых банок для его
хранения, однако использовать
пришлось только 8 баночек, в
которые поместили 8 кг варенья. Почему? Как оценить мою
работу?»
Дано:
m(клубники) = 5 кг,
m(сахара) = 5 кг,
m(варенья) = 8 кг.
Формализуем текст рассказа,
проанализируем его и введем некоторые новые понятия.
По аналогии с понятием «коэффициент полезного действия»,
применяемым в физике для характеристики процессов преобразования и использования энергии, в
химии применяют понятие «выход
продукта реакции по отношению
Содержание
Обозначение
Значение
Пояснение
5+5=
= 10 кг
Рассчитал, теоретически
вычислил
mтеор
mпракт
Я хотел получить
варенье
Я сложил в баночки
8 кг
Выделено,
получено
Испарилась вода,
попробовал варенье,
осталось на стенках
кастрюли, разлил по
столу и т.п.
2 кг
Потерянное количество
продукта реакции, потери
mпотерь
80 %
(8æ100/10)
Отношение практически
полученного количества к
теоретически рассчитанному, выход продукта реакции в процентах к теоретически рассчитанному
h
Качество работы
(коэффициент полезного действия)
к теоретическому» и обозначают
его буквой h – «эта». Употребляют
и более краткие формы описания
этого понятия: «выход продукта
реакции», «выход продукта», «выход реакции», «реакция протекает
с … выходом» и тому подобные
сокращения.
Очевидно, что
h=
mпрактическая
mтеоретически вычисленная
вычисленна
=
mпракт
mтеор
.
Для газообразных веществ по
аналогии вводится формула:
h=
Vпракт
Vтеор
,
Поскольку масса и объем вещества связаны с количеством ве-
21
практически
щества, то можно ввести формулу
для выхода продукта реакции с
использованием количества вещества:
h=
νпракт
νтеор
,
где nпракт – практически полученное количество вещества, nтеор –
вычисленное по уравнению реакции теоретически возможное
количество вещества.
Пример 14. При восстановлении 48 г оксида железа(III)
избытком угарного газа (оксид
углерода(II)) было получено
28,56 г железа. Определите выход
продукта реакции в процентах к
теоретическому.
Х ИМИЯ
январь
2015
П ОД ГОТО В КА К Е Г Э П О Х И М И И
Дано:
m(Fe2O3) = 48 г,
mпракт(Fe) = 28,56 г.
h(Fe) – ?
Основные формулы:
n = m(в-ва) / M(в-ва),
h = mпракт / mтеор.
Анализ условия
Для расчетов с учетом выхода
(коэффициента полезного действия процесса) h необходимо
знать массу практически полученного вещества и массу вещества, которая могла бы получиться, если бы процесс протекал
в соответствии с теоретическим
расчетом (со 100%-м выходом).
В условии написано «было
получено 28,56 г железа», т.е.
28,56 г – практически полученная масса вещества. Для решения
задачи необходимо по уравнению
реакции рассчитать теоретически
возможное количество вещества и
массу железа.
Логика (план) решения задачи
1) Составить уравнение реакции.
2) Установить логическую связь:
необходимо рассчитать количество Fe, расчет производим по
Fe2O3. Для проведения расчета
требуется вычислить количество
вещества Fe2O3.
3) Провести теоретический расчет по уравнению реакции: по количеству Fe2O3 найти теоретически возможные количество и массу железа (mтеор).
4) Осложнение: рассчитать выход железа по отношению к теоретическому (коэффициент полезного действия реакции).
Поэтапное осуществление
составленного плана
решения задачи
1) Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2.
2) Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2.
M(Fe2O3) = 160 г/моль.
n(Fe2O3) = 48/160 = 0,3 моль.
Х ИМИЯ
январь
2015
3) Теоретический расчет по
уравнению реакции:
0,3 моль
x
Fe2O3 + 3СО = 2Fe + 3СО2,
2 моль
1 моль
x = 0,3æ2 / 1 = 0,6 моль Fe.
m = næM,
M(Fe) = 56 г/моль,
mтеор(Fe) = 0,6æ56 = 33,6 г.
4) h(Fe) = 28,56/33,6 = 0,85,
или 85 %.
Ответ. Выход продукта
реакции – 85 %.
С о в е т. При решении задач
«на выход реакции» рекомендуем составлять пропорции, а не
пользоваться формулами для вычисления h. Использование пропорций позволяет уменьшить возможность совершения ошибки,
вызванной неправильным определением «практической» и «теоретической» масс. Необходимо
помнить: по уравнению реакции
производятся только теоретические расчеты с «чистыми» веществами!
33,6 г – 100 % (по уравнению
всегда 100%-й выход)
28,56 г – x %;
x = 28,56æ100/33,6 = 85 %.
Пример 15. Какая масса аммиачной селитры может быть
получена из 2,24 м3 (при н.у.)
аммиака и необходимого количества азотной кислоты, если
выход продукта реакции составляет 95 %?
Дано:
V(NH3) =
= 2,24 м3 =
= 2240 л,
h(NH4NO3) =
= 95 %,
или 0,95.
mпракт(NH4NO3 ) – ?
Анализ условия
Для проведения расчетов с учетом «выхода продукта реакции»
необходимо знать, какое количество и масса вещества могли бы
быть получены (mтеор). В условии
сказано «может быть получена из
…, если выход реакции составляет
95 %», следовательно, необходимо
будет найти практически полученную массу вещества (mпракт) из теоретически рассчитанной по уравнению реакции массе вещества.
Логика решения задачи
1) Составить уравнение реакции.
2) Установить логическую связь:
необходимо рассчитать количество NH4NO3, расчет производим
по NH3. Для проведения расчета
требуется вычислить количество
вещества NH3.
3) Провести теоретический
расчет по уравнению реакции: по
количеству NH3 рассчитываем теоретически возможные количество
вещества и массу NH4NO3 (mтеор).
4) Осложнение: рассчитать
практически полученную массу
NH4NO3 по известному выходу
продукта реакции (коэффициенту
полезного действия реакции).
Поэтапное осуществление
составленного плана
решения задачи
1) NH3 + HNO3 = NH4NO3.
2) NH3 + HNO3 = NH4 NO3 .
n(NH3) = 2240/22,4 = 100 моль.
3) Теоретический расчет по
уравнению реакции:
100 моль
x моль
1 моль
1 моль
NH3 + HNO3 = NH4 NO3 ,
x = (100æ1) / 1 = 100 моль NH4NO3.
Основные формулы:
n = V / VM,
h = mпракт / mтеор.
22
M(NH4NO3) = 80 г/моль,
mтеор(NH4NO3) = 100æ80 = 8000 г.
Ре ше н и е ра сч ет н ы х з а да ч п о х и ми и
4) Составляем пропорцию:
8000 г – 100 % (расчет по уравнению всегда со 100%-м выходом),
x г – 95 %,
количеству вещества SO2 рассчитываем необходимые количества
вещества и массу ZnS (mтеор).
x = 8000æ95/100 = 7600 г = 7,6 кг.
Поэтапное осуществление
составленного плана
решения задачи
Ответ. mпракт(NH4NO3) = 7,6 кг.
1) 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2.
Пример 16. Какую массу
сульфида цинка ZnS требуется
подвергнуть обжигу для того,
чтобы получить 4,48 м3 (при
н.у.) оксида серы(IV), если выход реакции составляет 90 %?
Дано:
Vпракт(SO2) = 4,48 м3 =
= 4480 л,
h(SO2) = 90 %,
или 0,9.
m(ZnS) – ?
Основные формулы
n = V / VM,
n = m(в-ва) / M(в-ва),
h = mпракт / mтеор.
Анализ условия
Для расчетов с учетом выхода
(коэффициента полезного действия процесса) h необходимо
знать массу (или объем) практически полученного вещества и массу
(объем) вещества, которая могла
бы получиться, если бы процесс
протекал в соответствии с теоретическим расчетом.
В условии написано «для того,
чтобы получить 4,48 м3 оксида
серы(IV), если выход составляет
90 %», т.е. 4,48 м3 – практически
получаемый объем вещества, а
10 % продукта реакции были потеряны.
Логика решения задачи
1) Составить уравнение реакции.
2) Установить логическую связь:
необходимо рассчитать количество
ZnS, расчет производим по SO2.
Для проведения расчета требуется
вычислить теоретически необходимое количество вещества SO2.
3) Провести расчет по уравнению реакции: по теоретическому
2) 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 .
Рассчитываем теоретическое
количество вещества SO2.
Составляем пропорцию:
4,48 м3 – 90 %,
x м3 – 100 %.
x = 4480æ100/90 = 4977,8 л (теоретически).
n = V/VM;
nтеор(SO2) = 4977,8/22,4 »
» 222,22 моль.
3) Расчет по уравнению реакции:
x моль
222,22 моль
2ZnS + 3O2 = 2SO2 + 2ZnO,
2 моль
2 моль
x = (222,22æ2)/2 = 222,22 моль ZnS.
M(ZnS) = 97 г/моль,
m(ZnS) = 222,22æ97 = 21 555,34 г »
» 21,56 кг.
Ответ. m(ZnS) = 21,56 кг.
Пример 17. Какой объем
96%-го раствора спирта плотностью 0,8 г/мл можно приготовить из продукта гидратации
2,24 м3 этилена (при н.у.), если
реакция протекает с 10%-м выходом?
Дано:
V(C2H4) = 2,24 м3 =
= 2240 л,
h(С2H5OH) = 10 %,
или 0,1,
ω(С2H5OH) = 96 %,
или 0,96,
r(р-ра С2H5OH) =
= 0,8 г/мл.
23
V(р-ра
С2H5OH) – ?
Основные формулы:
n = V / VM,
n = m(в-ва) / M(в-ва),
h = mпракт / mтеор,
ω = m(в-ва) / m(р-ра),
r = m / V.
Анализ условия
Для расчетов с учетом выхода
(коэффициента полезного действия процесса) h необходимо
знать массу (или объем) практически полученного вещества и массу
(объем) вещества, которая могла
бы получиться, если бы процесс
протекал в соответствии с теоретическим расчетом.
Логика решения задачи
1) Составить уравнение реакции.
2) Установить
логическую
связь: необходимо рассчитать количество C2H5OH, расчет производим по этилену C2H4. Для проведения расчета требуется вычислить
количество вещества C2H4.
3) Провести
теоретический
расчет по уравнению реакции: по
количеству C2H4 рассчитать теоретически возможное количество
вещества и массу C2H5OH (mтеор).
4) Осложнения:
а) вычислить массу C2H5OH,
которая была получена практически;
б) вычислить массу и объем
раствора спирта.
Поэтапное осуществление
составленного плана
решения задачи
1) C2H4 + H2O = C2H5OH.
2) C2H4 + H2O = C2H5OH .
n(C2H4) = 2240 / 22,4 =
= 100 моль.
3) Теоретический расчет:
100 моль
x моль
1 моль
1 моль
C 2H4 + H2O = C 2H5OH ,
x = (100æ1)/1 = 100 моль C2H5OH.
M(C2H5OH) = 46 г/моль,
mтеор(С2H5OH) = 100æ46 = 4600 г.
Х ИМИЯ
январь
2015
П ОД ГОТО В КА К Е Г Э П О Х И М И И
4) а) Вычисляем практически
полученную массу спирта:
4600 г – 100 %
x г – 10 %;
mпракт(C2H5OH) = 0,1æ4600 = 460 г.
б) m(р-ра C2H5OH) = 460/0,96 =
= 479,2 г.
V(р-ра) = 479,2/0,8 »
» 598,96 мл » 599 мл.
Ответ. V(р-ра C2H5OH) = 599 мл.
Для закрепления навыков.
Решение задач
«на выход реакции»
1. При гидратации 22,4 г оксида
кальция получено 26,64 г гидроксида кальция. Определите выход
реакции в процентах от теоретически возможного.
Решение
1) CaO + H2O = Ca(OH)2 .
2) n(CaO) = 0,4 моль.
3) nтеор(Ca(OH)2) = 0,4 моль,
mтеор(Ca(OH)2) = 29,6 г;
h(Ca(OH)2) = 0,9, или 90 %.
Ответ. Выход реакции 90 %.
2. При электролизе 1110 г расплавленного хлорида кальция было
получено 300 г металлического
кальция. Вычислите выход реакции
в процентах к теоретически возможному.
Решение
1) CaCl 2 = Ca + Cl2.
2) n(CaCl2) = 10 моль.
nтеор(Ca) = 10 моль;
mтеор(Ca) = 400 г;
h(Ca) = 0,75, или 75 %.
Ответ. Выход реакции 75 %.
3. При обжиге 1,5 кг известняка CaCO3, содержащего 10 % примесей, выход CO2 составил 95 %.
Какое количество CO2 было получено?
Х ИМИЯ
январь
2015
Решение
1) CaCO3 = CaO + CO2 .
2) m(чист. CaCO3) = 1350 г;
n(CaCO3) = 13,5 моль.
3) nтеор(CO2) = 13,5 моль;
nпракт(CO2) = 12,825 моль;
Vпракт(CO2) = 287,28 л ≈ 287,3 л.
Ответ. Vпракт(CO2) = 287,3 л.
4. Для получения аммиачной
селитры (с выходом 90 %) использовался азот объемом 89,6 л (при
н.у.), кислород, водород и вода.
Рассчитайте массу полученного удобрения.
Решение
Получение NH3:
N2 + 3H2 = 2NH3.
Получение HNO3 из NH3:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O,
2NO + O2 = 2NO2,
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3.
Получение NH4NO3:
NH3 + HNO3 = NH4NO3.
Если умножить некоторые
уравнения на соответствующие
множители и все уравнения сложить, то получится схема для расчета:
N2 + 3Н2 + 2O2 ®
® NH4 NO3 + Н2О.
n(N2) = 4 моль,
nтеор(NH4NO3) = 4 моль;
mтеор(NH4NO3) = 320 г;
mпракт(NH4NO3) = 288 г.
Ответ. mпракт(NH4NO3) = 288 г.
24
5. К 1 кг раствора серной кислоты с массовой долей 49 % добавили концентрированный нашатырный спирт. Сколько граммов сульфата аммония было получено, если
потери составляют 10 %?
Решение
1) H2SO
SO4 + 2NH4OH =
H4 )2SO4 + 2H2O.
= (NH
2) m(чист. H2SO4) = 490 г;
n(H2SO4) = 5 моль.
3) nтеор((NH4)2SO4) = 5 моль;
mтеор((NH4)2SO4) = 660 г;
mпракт((NH4)2SO4) = 594 г.
Ответ. mпракт((NH4)2SO4) = 594 г.
6. 0,2 кг медно-цинкового сплава, содержащего 65 % цинка, обработали избытком соляной кислоты. Найдите объем выделившегося
газа, если потери составили 8 %.
Решение
1) Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑.
2) m(чист. Zn) = 130 г;
n(Zn) = 2 моль.
3) nтеор(H2) = 2 моль;
Vтеор(H2) = 44,8 л;
Vпракт(H2) = 41,216 ≈ 41,2 л.
Ответ. Vпракт(H2) = 41,216 ≈
≈ 41,2 л.
7. Какую массу серной кислоты необходимо ввести в реакцию с
аммиаком, чтобы получить 63,36 г
сульфата аммония с выходом
80 %?
Решение
H4 )2SO4 .
1) H2SO
SO4 + 2NH3 = (NH
2) mтеор((NH4)2SO4) = 79,2 г;
n((NH4)2SO4) = 0,6 моль.
3) n(H2SO4) = 0,6 моль;
m(H2SO4) = 58,8 г.
Ответ. m(H2SO4) = 58,8 г.
Ре ше н и е ра сч ет н ы х з а да ч п о х и ми и
8. При взаимодействии оксида
серы(IV) с раствором гидроксида натрия получен сульфит натрия
массой 567 г; выход продукта реакции составил 75 %. Какой объем
сернистого ангидрида был использован? Какую массу он имеет?
Решение
1) SO2 + 2NaOH = Na 2SO3 .
2) mтеор(Na2SO3) = 756 г;
n(Na2SO3) = 6 моль.
3) n(SO2) = 6 моль;
V(SO2) = 134,4 л;
m(SO2) = 384 г.
Ответ. V(SO2) = 134,4 л;
m(SO2) = 384 г.
2) mтеор(NH3) = 42,5 г;
n(NH3) = 2,5 моль.
3) n(N2) = 1,25 моль;
V(N2) = 28 л;
m(N2) = 35 г.
Ответ. V(N2) = 28 л;
m(N2) = 35 г.
10. Какой объем раствора ортофосфорной кислоты с массовой
концентрацией 70 % (плотность
1,52 г/мл) необходим для получения 1,056 кг гидрофосфата аммония, если выход продукта реакции
составляет 80 %?
Решение
H4 )2HPO4 .
PO4 + 2NH3 = (NH
1) H2PO
9. Определите объем (н.у.) и
массу азота, израсходованного при
синтезе аммиака, если получено
8,5 г продукта реакции, что составляет 20 % от теоретически возможного количества.
2) mтеор((NH4)2HPO4) = 1320 г;
n((NH4)2HPO4) = 10 моль.
3) n(H3PO4) = 10 моль;
m(чист. H3PO4) = 980 г;
m(р-ра H3PO4) = 1400 г;
Решение
1) N2 + 3H2 = 2NH3 .
Vр-ра(H3PO4) ≈ 921,1 мл.
Ответ. Vр-ра(H3PO4) ≈ 921,1 мл.
11. При нейтрализации аммиаком раствора серной кислоты
был получен 1 л раствора (плотность – 1,115 г/мл) средней соли,
содержащего 20 % соли, с выходом 95 %. Рассчитайте количество
вещества, массу и объем (н.у.) использованного аммиака.
Решение
H4 )2SO4 .
1) 2NH3 + H2SO4 = (NH
2) m((чист. (NH4)2SO4) = 223 г;
mтеор((NH4)2SO4) ≈ 234,7 г;
n((NH4)2SO4) ≈ 1,78 моль.
3) n(NH3) = 3,56 моль;
m(NH3) = 60,52 г;
V(NH3) = 79,744 л ≈ 79,7 л.
Ответ. n(NH3) = 3,56 моль;
m(NH3) = 60,52 г;
V(NH3) = 79,7 л.
Э КЗ А М Е Н Ы Н Е З А ГО РА М И …
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА. 8 КЛАСС
Периодический закон и периодическая система
химических элементов Д.И.Менделеева.
Строение атома. Химическая связь
И.П.ФИЛИНОВА,
учитель химии
средней школы № 172,
п. Архара, Амурская обл.
ВАРИАНТ 1
Часть 1.
Внимательно прочитайте каждое задание (А1–А10) и из 4-х
предложенных вариантов ответов
выберите один правильный.
А1.
Укажите элемент, простое вещество которого является металлом.
а) Хлор;
б) сера;
в) азот;
г) натрий.
А2.
Элемент, имеющий свойства,
сходные со свойствами фтора, – это:
Одной из форм проверки знаний учащихся является тестирование. Контрольная работа, составленная в виде теста, не
только готовит ребят к грядущим экзаменам, но также помогает учителю быстро осуществить проверку ответов.
а) литий;
б) сера;
в) бром;
г) азот.
А3.
Амфотерным оксидом является:
а) Na2O;
б) Al2O3;
в) P2O5;
г) CO2.
А4.
В малом периоде находится:
а) железо;
б) магний;
в) олово;
г) титан.
А5.
В побочной подгруппе находится:
25
а) калий;
б) неон;
в) углерод; г) золото.
А6.
Элемент, проявляющий наибольшие неметаллические свойства, – это:
а) азот;
б) сера;
в) кислород; г) фосфор.
А7.
Высший оксид состава RO3 образует:
а) бром;
б) сера;
в) азот;
г) кремний.
Х ИМИЯ
январь
2015
Э КЗ А М Е Н Ы Н Е З А ГО РА М И …
А8.
Основание, формула которого
R(ОН)3, характерно для:
а) лития;
б) кальция;
в) магния; г) алюминия.
А9.
Числа протонов, нейтронов и
электронов в ядре атома 31Р равны
соответственно:
а) 15, 16 и 31; б) 15, 31 и 15;
в) 15, 16 и 15; г) 15, 15 и 16.
А10.
Атом кремния имеет следующее распределение электронов по
энергетическим уровням:
а) 2е, 8е, 6е; б) 2е, 8е, 4е;
в) 1е, 9е, 4е; г) 2е, 6е, 8е.
Часть 2.
При выполнении заданий В1–
В4 к каждому элементу первого
столбца подберите соответствующий элемент из второго столбца.
Выбранные цифры запишите под
соответствующими буквами в таблице. Цифры в ответе могут повторяться.
В1.
Установите соответствие между химическим элементом и его
электронной формулой.
Химический
Электронная
элемент
формула
А) Натрий.
1) 1s22s22p2.
Б) Углерод. 2) 1s22s22p63s23p1.
В) Cера.
3) 1s22s22p63s23p4.
4) 1s22s22p63s1.
5) 1s22s22p63s23p6.
А
Б
В
В2.
Установите соответствие между химическим элементом и электронным семейством, к которому
он относится.
Химический
Электронное
элемент
семейство
А) Алюминий.
1) s-элемент.
Б) Фосфор.
2) p-элемент.
В) Водород.
Г) Углерод.
Д) Магний.
А
Б
В
Х ИМИЯ
январь
2015
Г
Д
В3.
Установите соответствие между веществом и степенью окисления серы в нем.
Вещество
Степень
окисления
1) –2.
2) 0.
3) +2.
4) +4.
5) +6.
6) +7.
А) SO2.
Б) H2S.
В) H2SO4.
Г) S.
Д) SO3.
А
Б
В
Г
Д
В4.
Установите соответствие между веществом и типом химической
связи в нем:
Вещество
Тип химический
связи
1) Ионная.
2) Ковалентная
неполярная.
3) Ковалентная
полярная.
А) CaCl2.
Б) H2.
В) H2S.
Г) NaOH.
А
Б
В
Г
Часть 3.
Выполняя задание С1, дайте
полный развернутый ответ с необходимыми расчетами.
С1.
Относительная молекулярная
масса высшего оксида элемента
III группы равна 188. Определите
данный химический элемент.
ВАРИАНТ 2
Часть 1.
Внимательно прочитайте каждое задание (А1–А10) и из 4-х
предложенных вариантов ответов
выберите один правильный.
А1.
Укажите элемент, простое вещество которого является неметаллом.
а) Литий;
б) фосфор;
в) магний; г) никель.
26
А2.
Элемент, имеющий свойства,
сходные со свойствами натрия, –
это:
а) цезий;
б) хлор;
в) кремний; г) азот.
А3.
Амфотерным гидроксидом является:
а) LiOН;
б) Zn(OH)2;
в) Ba(OH)2; г) NaOH.
А4.
В большом периоде находится:
а) железо;
б) натрий;
в) гелий;
г) углерод.
А5.
В главной подгруппе находится:
а) медь;
б) хром;
в) ртуть;
г) олово.
А6.
Элемент, проявляющий наибольшие металлические свойства, –это:
а) калий;
б) кальций;
в) стронций; г) рубидий.
А7.
Высший оксид состава R2O образует:
а) азот;
б) сера;
в) литий;
г) углерод.
А8.
Кислота, формула которой
H2RО4, характерна для:
а) серы;
б) азота;
в) углерода; г) хлора.
А9.
Числа протонов, нейтронов и
электронов в ядре атома 27Al равны соответственно:
а) 13, 14 и 27; б) 13, 27 и 13;
в) 13, 13 и 14; г) 13, 14 и 13.
А10.
Атом хлора имеет следующее
распределение электронов по
энергетическим уровням:
а) 2е, 8е, 6е; б) 2е, 8е, 8е;
в) 1е, 9е, 7е; г) 2е, 8е, 7е.
Часть 2.
При выполнении заданий В1–В4
к каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго столбца. Выбранные
цифры запишите под соответствующими буквами в таблице. Цифры в
ответе могут повторяться.
В1.
Установите соответствие между химическим элементом и его
электронной формулой.
Перио д ич е с ки й з а ко н и п е р и о д и ч е с ка я си стема...
Химический
элемент
А) Кремний.
Б) Литий.
В) Аргон.
А
Электронная
формула
1) 1s22s1.
2) 1s22s22p63s23p6.
3) 1s22s22p63s23p4.
4) 1s22s22p4.
5) 1s22s22p63s23p2.
Б
В
В2.
Установите соответствие между химическим элементом и электронным семейством, к которому
он относится:
Химический
Электронное
элемент
семейство
А) Азот.
1) s-элемент.
Б) Неон.
2) p-элемент.
В) Хлор.
Г) Натрий.
Д) Кальций.
А
Б
В
Г
Д
В3.
Установите соответствие между веществом и степенью окисления хлора в нем:
Вещество Степень окисления
А) HCl.
1) –1.
Б) HClO3. 2) 0.
В) Сl2.
3) +1.
Г) AlСl3.
4) +3.
Д) Cl2O7.
5) +5.
6) +7.
А
Б
В
Г
Д
В4.
Установите соответствие между веществом и типом химической
связи в нем:
Вещество
Тип химический
связи
А) Cl2.
1) Ионная.
Б) H2O.
2) Ковалентная
В) NH3.
неполярная.
Г) NaBr.
3) Ковалентная
полярная.
А
Б
В
Г
Часть 3.
Выполняя задание С1, дайте
полный развернутый ответ с необходимыми расчетами.
С1.
Относительная молекулярная
масса высшего оксида элемента
VI группы равна 127. Определите
данный химический элемент.
Рекомендации по оцениванию
работы
Каждое правильно выполненное задание части 1 оценивается
1 баллом, при условии, если обведен только один номер верного
ответа. Если обведены два и более
ответов, в том числе правильный,
то ответ не засчитывается.
Задание с кратким ответом: за
полный правильный ответ – 2 балла, за неполный правильный ответ – 1 балл, за неверный ответ (или
при его отсутствии) – 0 баллов.
Задание части 3 оценивается в
зависимости от полноты и правильности ответа (за правильно выполненное задание С1 – 3 балла).
Таким образом, максимальное
количество баллов, полученное
учащимся за данную работу, составляет 21 балл.
ВыполнеКоличество
Оценние рабобаллов
ка
ты, %
Менее 7
Менее 33
«2»
7–12
33 – 57
«3»
13–18
62 – 86
«4»
19–21
90 – 100
«5»
В3
В4
41525
1231
Часть 3. Элементы ответа задания С1.
(Допускаются иные формулировки ответа, не искажающие
его смысла.)
Формула высшего оксида элемента III группы – R2O3.
Пусть Аr(R) = x г/моль, тогда:
2x + 16æ3 = 188,
2x + 48 = 188,
2x =188 – 48,
2x = 140,
x = 70 г/моль, следовательно,
это – галлий.
Ответ. Ga.
Вариант 2
Часть 1. Задания с выбором
ответа.
№ задания
Ответ
А1
б
А2
а
А3
б
А4
а
А5
г
А6
г
А7
в
А8
а
А9
г
А10
г
Часть 2. Задания с кратким ответом.
№ задания
Ответ
В1
512
В2
22211
В3
15216
В4
2331
Ответы
Вариант 1
Часть 1. Задания с выбором
ответа.
№ задания
Ответ
А1
г
А2
в
А3
б
А4
б
А5
г
А6
в
А7
б
А8
г
А9
в
А10
б
Часть 3. Элементы ответа задания С1.
(Допускаются иные формулировки ответа, не искажающие
его смысла.)
Формула высшего оксида элемента VI группы – RO3.
Пусть Аr(R) = x г/моль, тогда:
x + 16æ3 = 127,
x + 48 = 127,
x =127 – 48,
x = 79 г/моль,
следовательно, это – селен.
Ответ. Se.
Часть 2. Задания с кратким ответом.
№ задания
Ответ
В1
413
В2
22121
ЛИТЕРАТУРА
Рябов М.А. Сборник задач и
упражнений по химии. 8 класс. К
учебнику Г.Е.Рудзитиса, Ф.Г.Фельдмана «Химия. 8 класс». М.: Экзамен, 2010.
27
Х ИМИЯ
январь
2015
КО Н КУ Р С
«Я
ИДУ НА УРОК»
УРОК-ПРОЕКТ · 9 КЛАСС
Жесткость воды и способы
ее устранения. Значение
жесткости воды
В.П.АРТЕМЕНКО,
учитель химии
и биологии
средней школы № 28,
г. Белгород
Как скучную и сложную тему сделать интересной, понятной и запоминающейся? Как включить в работу весь класс и при этом
предоставить каждому то задание, которое ему по силам? Предлагаемая разработка отвечает на эти вопросы на примере урока,
посвященного жесткости воды.
Материал сопровождается презентацией, размещенной
на сайте www.1september.ru в вашем Личном кабинете.
Цели урока.
Образовательная: сформировать представления о
составе природных вод, жесткости воды и способах ее
устранения; отработать навыки составления химических реакций, лежащих в основе устранения жесткости воды.
Развивающая: развивать познавательный интерес к
предметам, изучаемым в школе, на основе межпредметных связей и путем усиления практической направленности знаний, формировать целостное восприятие
явлений, происходящих в природе, в быту, производстве; развивать умение обобщать и применять полученные метапредметные знания и умения, исследовательские и коммуникативные навыки; развивать умение анализировать результаты опытов и устанавливать
причинно-следственные связи, делать выводы.
Воспитательная: формировать понимание химической стороны явлений окружающего мира, роли этих
явлений в жизни человека; cпособствовать формированию умения работать в группе, ответственности за
выполнение своей части исследования, объективной
оценки деятельности членов группы и самооценки,
Методы обучения. ИКТ, групповой метод, проектный метод, химический эксперимент, метод исследования, рассказ, фронтальный опрос, индивидуальная
работа по карте урока.
Оборудование и реактивы. Компьютеры с доступом в Интернет, мультимедийный проектор, индивидуальные карты урока, карты с заданиями для групповой работы; спиртовка, пробирки, держатели для
пробирок, пипетки, кисточки для рисования, упаковки
от порошка «Calgon» и других стиральных порошков; раствор мыла, дистиллированная вода, растворы:
СаCl2, MgSO4, Ca(HCO3)2, Са(ОН)2; Na2CO3 (крист).
Х ИМИЯ
январь
2015
ХОД УРОКА
I. Актуализация знаний, выяснение темы
и задач урока
Вступительное слово учителя.
Учитель. Вода, пожалуй, самое важное вещество
на Земле. Вода бывает «живая» и «мертвая», легкая и
тяжелая, целебная, минеральная – очень разная. В мире
нет вещества, которое было бы слабее и нежнее воды,
но она может разрушить самый твердый предмет.
Вода – красота всей природы. Она может быстро
бежать и медленно струиться, реветь водопадом и
молчать айсбергом, замирать капельками росы. Завораживать и вдохновлять, грозить девятым валом и
ласково плескаться. Сегодня на уроке мы поговорим о
самой обычной воде, которая течет из крана на кухне и
в ванной, о воде из речки и пруда. Но сначала вспомним,
что мы уже знаем об этом удивительном веществе?
Мозговой штурм.
В о п р о с 1. Какую часть поверхности Земли занимает вода?
(71 %.)
В о п р о с 2. Каковы общие запасы воды?
(1360 млн км3, 97,4 % океаны, моря.
Доля пресной воды – 2,6 %.)
В о п р о с 3. Где сосредоточены эти запасы?
(Океаны, моря, ледяные массивы на Южном
и Северном полюсах, снег, грунтовые воды.)
В о п р о с 4. В каких физических состояниях
встречается вода?
(В твердом, жидком, газообразном.)
В о п р о с 5. Входит ли вода в состав атмосферы?
(Атмосфера содержит около 12 тыс. км3
воды в виде пара.)
28
Жестко ст ь в о ды и с п о с о бы е е уст ра н е н и я . З н а ч е н и е же ст ко ст и в оды
нами группы, а по окончании работы представите
остальным группам отчет, сопровождающийся созданными вами слайдами презентации. Их мы объединим в презентацию под названием «Все о жесткости
воды», которая и станет совместным продуктом нашего проекта.
В о п р о с 6. К какому классу химических веществ
относится вода?
(К оксидам.)
В о п р о с 7. Почему без воды невозможно существование жизни?
(Большинство химических реакций, обеспечивающих обменные и гидролизные процессы
в организме, протекают в водной среде.)
В о п р о с 8. Почему вода является «универсальным растворителем»?
(Молекула воды полярна, что способствует
активной диссоциации электролитов на ионы
при растворении их в воде.)
II. Изучение нового материала
Учитель. Вода, как вечная странница, совершая
круговорот, поднимается высоко над поверхностью
земли, выпадает вместе с осадками, проникает глубоко под землю. И на протяжении всего путешествия
она поглощает множество различных солей, содержащихся в почвах и горных породах. Такую воду, насыщенную солями, принято называть «жесткой». Как
вы думаете, влияют ли растворенные водой соли на ее
свойства? Давайте заполним небольшую таблицу, которая позволит нам определить задачи сегодняшнего
урока (табл. 1, см. приложение).
В процессе заполнения таблицы определяются
главные задачи урока. Более узкие задачи учащимся
предлагается решить во внеурочное время.
Учитель.
Итак, сегодня мы поговорим о том,
· какая вода называется жесткой,
· от чего зависит жесткость воды,
· какие виды жесткости воды различают,
· как на практике понизить жесткость воды,
· как жесткая вода влияет на организм человека,
· какой вред приносит жесткая вода в быту и на
производстве,
· имеет ли жесткость воды какое-либо полезное
значение,
· почему «Calgon» и другие моющие средства понижают жесткость воды,
· какие средства можно использовать в целях
экономии, для сохранения нагревательных элементов
стиральных машин и улучшения качества стирки.
Как бы вы могли кратко сформулировать тему
урока?
Учащиеся формулируют тему: «Жесткость воды и
способы ее устранения. Значение жесткости воды».
Учитель. Прежде чем приступить к изучению нового материала, мы разделимся на следующие группы
по интересам: «Теоретики», «Химики», «Геологи»,
«Медики», «Эксперты», «Инженеры-технологи».
Каждая группа выберет себе ученика – руководителя.
Он будет координировать работу всех участников.
Вы получите задания, распределите их между чле-
Задания для группы
«Теоретики»
1) Пользуясь учебником и интернет-источниками, например:
http://www.vodainfo.com/ru/
about_water/types_water/hardsoft_
water.html;
http://interesko.info/podrobneepro-zhyostkost-vody/,
сформулируйте определение жесткости воды, составьте схему классификации видов жесткости (см. приложение).
2) Сформулируйте определения временной (карбонатной), постоянной (некарбонатной) и общей жесткости воды. Заполните столбцы, выделенные желтым
цветом, в таблице (табл. 2).
3) Изучите материал об измерении жесткости воды.
Ответьте не вопрос: в каких единицах измеряется
жесткость воды?
4) Отчет проиллюстрируйте несколькими слайдами, используя программу PowerPoint и свои навыки по
информатике.
Задания для группы «Химики»
1) Пользуясь учебником (авторы – Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.)
и дополнительной литературой,
изучите различные способы устранения временной, постоянной и
общей жесткости воды.
2) Перед проведением опыта
повторите правила техники безопасности. Проведите опыт по устранению временной жесткости воды, используя термический метод.
Для этого возьмите 3 пробирки (с дистиллированной
29
Х ИМИЯ
январь
2015
КО Н КУ Р С
«Я
ИДУ НА УРОК»
Таблица 2
Характеристика жесткости воды
Состав жесткой воды
Катионы
Ca2+, Mg2+
Ca2+, Mg2+
Анионы
HCO3
Cl–,
SO
Ca2+, Mg2+
24
HCO-3 ,
Cl ,
–
SO24
Вид жесткости
воды
Способ
устранения
Уравнения реакций
t
Кипячение
Са(НСО3)2 = CаСО3¯ + СО2↑ + Н2О
Добавление
известковой воды
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3¯ + 2Н2О,
Mg(НСО3)2 + 2Са(ОН)2 =
= Mg(ОН)2¯ + 2СаСО3¯ + 2Н2О
Добавление соды
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 = CaCO3¯ + 2NaHCO3
Обработка ионнообменной смолой
а) Катионный обмен:
2RH + Ca2+ = R2Ca + 2H+;
б) анионный обмен:
2ROH + SO2= R2SO4 + 2OH–
4
(R – сложный органический радикал)
Некарбонатная
(постоянная)
Добавление соды
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3¯ + Na2SO4,
MgCl2 + Na2CO3 = MgCO3¯ + 2NaCl
Общая
Добавление соды.
Обработка ионнообменной смолой
См. уравнения выше
Карбонатная
(временная)
П р и м е ч а н и е. Данная таблица здесь напечатана в готовом виде, ученикам предлагаются только названия ее граф.
ки № 6 и № 7, которые содержат растворы смеси гидрокарбоната и хлорида кальция. В одну из пробирок
добавьте немного кристаллического карбоната натрия
(соды). В каждую пробирку добавьте с помощью пипетки по нескольку капель мыльного раствора. Пробирки хорошо встряхните. Сравните высоту мыльной
пены после добавления соды. Напишите соответствующие уравнения реакций в полном и ионном видах.
Заполните соответствующие графы (зеленого цвета)
табл. 2.
5) Отчет проиллюстрируйте несколькими слайдами, используя программу PowerPoint и свои навыки по
информатике.
водой № 1 и с раствором гидрокарбоната кальция –
карбонатной водой № 2 и № 3). Прокипятите пробирку № 2 в течение нескольких минут. Осторожно слейте
воду до осадка на дне. В каждую пробирку добавьте с
помощью пипетки по нескольку капель мыльного раствора и встряхивайте в течение 1 мин. Что вы наблюдаете? Как изменилась высота мыльной пены после
кипячения? Сделайте вывод и напишите соответствующее уравнение реакции в полном и ионном видах.
Заполните соответствующие графы (зеленого цвета)
табл. 2.
(Табл. 2 размещена на «Индивидуальной карте учащегося», см. приложение.)
3) Проведите опыт по устранению постоянной
жесткости воды путем добавления соды. Для этого
возьмите пробирки № 4 и № 5, которые содержат раствор сульфата магния. В одну из пробирок добавьте
немного кристаллического карбоната натрия (соды).
В каждую пробирку добавьте с помощью пипетки по
нескольку капель мыльного раствора и встряхивайте
в течение 1 мин. Что вы наблюдаете? Как изменилась
высота мыльной пены после добавления соды? Сделайте вывод и напишите соответствующее уравнение
реакции в полном и ионном видах. Заполните соответствующие графы (зеленого цвета) табл. 2.
4) Проведите опыт по устранению общей жесткости воды, используя соду. Для этого возьмите пробир-
Х ИМИЯ
январь
2015
Задания для группы «Медики»
1) Пользуясь интернет-источниками, например:
а)http://www.nauchforum.ru/node/
2444;
б) http://sistemyochistkivody.ru/
zhestkaya-voda.html,
изучите материал о влиянии жесткой и мягкой воды на организм человека.
2) Предложите способы умягчения воды в бытовых
условиях, используя следующий источник: http://www.
bwt.ru/useful-info/?ELEMENT_ID=894.
30
Жестко ст ь в о ды и с п о с о бы е е уст ра н е н и я . З н а ч е н и е же ст ко ст и в оды
3) Отчет проиллюстрируйте несколькими слайдами, используя программу PowerPoint и свои навыки по
информатике.
б) http://krasna-devica.ru/article/1553-nakip-vstiralnoi-mashine,
ответьте на вопросы.
· Что является наиболее частой причиной поломки
стиральных машин?
· Какие вещества растворяют накипь?
· Какие средства в быту используются для устранения накипи?
· Как предотвратить появление накипи в стиральных машинах?
5) Используя пачки от порошка «Calgon» и стиральных порошков, изучите их состав. Ответьте на вопросы.
· Какие вещества входят в состав порошка «Calgon»?
· Сравните состав стиральных порошков с составом «Calgon». Что общего?
· Стоит ли добавлять специальные умягчители при
стирке качественным стиральным порошком?
· Какие еще вещества можно использовать для
снижения жесткости воды, чтобы сэкономить деньги
на дорогостоящих средствах?
6) Отчет проиллюстрируйте несколькими слайдами, используя программу PowerPoint и свои навыки по
информатике.
Задания для группы
«Инженеры-технологи»
1) Пользуясь интернет-источниками, например:
а) http://sistemyochistkivody.ru/
zhestkaya-voda.html,
б) http://www.postroj-dom.ru/
vodosnabjenie/141-jostkostumiagchenie-vody.html;
в) http://m9dom.narod.ru/woda.
html,
изучите материал о влиянии жесткой воды на бытовую
технику, коммуникации и промышленные производства.
2) Предложите наиболее современные методы
умягчения воды для бытовых и промышленных нужд.
3) Отчет иллюстрируйте несколькими слайдами,
используя программу PowerPoint и свои навыки по
информатике.
Задания для группы
«Эксперты»
1) Перед проведением экспериЗадания для группы «Геологи»
мента повторите правила техники
1) Пользуясь Интернет-источбезопасности. Возьмите пробирниками, например:
ку с водой временной жесткости
а) http://www.bestreferat.ru/
(5 мл). Устраните жесткость с помощью мыла (0,5 г),
referat-61153.html;
добавляя его кисточкой и взбивая пену в течение
б) http://www.pifos.ru/news/
1 мин. Измерьте линейкой высоту пены в пробирке.
peshhery_i_gruntovye_vody_
Что представляет собой беловатый налет на кисточке
obrazovanie_peshher_i_gruntovykh_
и каков его химический состав?
vod/2010-01-07-189,
2) Во второй пробе воды (5 мл) с временной жестизучите материал о причинах возкостью устраните жесткость, добавив стирального поникновения жесткости в природрошка (0,5 г). Взбивайте пену 1 мин. Появляется ли на
ной воде.
кисточке налет? Сравните объем полученной пены в
2) Ответьте на вопрос: «Существует ли какой-либо
двух опытах и сделайте вывод, каким моющим средположительный аспект в процессе образования и факством – мылом или стиральным порошком – лучше
те существования жесткой воды?»
пользоваться в быту? Ответ обоснуйте.
3) Отчет проиллюстрируйте несколькими слайда3) Повторите аналогичные опыты с образцами
ми, используя программу PowerPoint и свои навыки по
воды с постоянной жесткостью. В первую пробирку
информатике.
добавьте мыло, во вторую – поТаблица 3
рошок (по 0,5 г). На основании
Экспертная оценка эффективности моющих средств
опытов сделайте вывод, каким
Объем
Вид
Моющее
Высота
Вывод об
моющим средством – мылом или
№
воды,
жесткости
средство
пены,
эффективности
порошком – лучше пользоваться в
опыта
мл
воды
(0,5 г)
cм
моющих средств
быту для стирки. Ответ обоснуйте. Результаты всех опытов офор1
5
Временная
Мыло
мите в виде таблицы (табл. 3).
2
5
Временная
Порошок
4) Пользуясь Интернет-источниками, например:
3
5
Постоянная Мыло
а) http://www.elremont.ru/stirm/
4
5
Постоянная Порошок
st_eng/steng_exp0.php;
31
Х ИМИЯ
январь
2015
КО Н КУ Р С
«Я
ИДУ НА УРОК»
Нормы жесткости воды в России и мире сильно
отличаются друг от друга. В России разрешена вода,
жесткость которой не превышает порог в 7 мг-экв/л.
Жесткость воды классифицируется таким образом:
· мягкая вода – до 3 мг-экв/л;
· вода средней жесткости – от 3 до 6 мг-экв/л;
· жесткая вода – более 6 мг-экв/л;
· очень жесткая вода – более 9 мг-экв/л.
Те же показатели в Европе не могут быть больше
1,2 мг-экв/л. Это значит, что европейцы пьют мягкую
воду, жесткость которой почти в шесть раз меньше
установленной в России.
III. Отчеты групп обучающихся о проведенных
исследованиях
Учитель. Ребята! Каждая группа закончила свои
исследования и готова предоставить отчеты о проделанной работе. Во время отчетов, используя индивидуальные карты учащихся (см. приложение), каждый из вас должен сделать краткий конспект по изучаемой теме.
Отчет группы «Теоретики»
Жесткость воды – это свойство воды (не мылиться, давать накипь в паровых котлах), связанное с содержанием растворимых в ней соединений кальция и
магния, гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов. Существует три типа жесткости: временная, постоянная и
общая (схема). Обусловлено это различие типом анионов, которые присутствуют в растворе в качестве противовеса катионам кальция и магния.
Отчет группы «Химики»
Чтобы избавиться от временной жесткости, необходимо просто вскипятить воду. При нагревании
гидрокарбонатные анионы разрушаются, и образующиеся карбонат-анионы вступают в реакцию с катионами и образуют с ними очень мало растворимые соли,
которые выпадают в осадок.
Временная жесткость связана с присутствием в
воде, наряду с катионами Ca2+ , Mg2+ и Fe2+, гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов ( HCO-3 ).
Постоянная жесткость (или некарбонатная) возникает, если в растворе присутствуют сульфаты, хлориды, нитраты и другие cоли кальция и магния, которые хорошо растворимы и так просто не удаляются.
Общая жесткость определяется как суммарное содержание всех солей кальция и магния в воде.
а) Ca(HCO3)2 = СаСО3¯ + СО2↑ + Н2О,
Ca2+ + 2HCO-3 = СаСО3¯ + СО2↑ + Н2О;
б) 2Mg(HCO3)2 = Мg2(ОН)2СО3¯ + 3СО2↑ + Н2О,
Схема
2Mg2+ + 4HCO-3 = Мg2(ОН)2СО3¯ +3СО2↑ + Н2О.
Вывод, подтвержденный химическим экспериментом: высота и устойчивость мыльной пены наиболее
ярко выражены в пробирке № 1 (с дистиллированной
водой). В пробирке № 2 (после удаления жесткости
кипячением) высота и устойчивость мыльной пены
незначительно меньше по сравнению с дистиллированной водой, а в пробирке № 3 (жесткая вода) данные
показатели резко снижены, наблюдается образование
мыльных хлопьев.
Х ИМИЯ
январь
2015
32
Жестко ст ь в о ды и с п о с о бы е е уст ра н е н и я . З н а ч е н и е же ст ко ст и в оды
падают хлопья. В пробирке № 7 (после добавления
соды) мыльный раствор дает высокую пену, хлопья
отсутствуют. Для устранения общей жесткости можно
также использовать гашеную известь.
Отчет группы «Медики»
Вода, являясь жизненно необходимым веществом
для живых организмов в целом и человека в частности,
все же может оказывать пагубное влияние.
Высокая жесткость ухудшает органолептические
свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения.
В жесткой воде плохо развариваются продукты питания, т.к. катионы Ca2+ и Мg2+ с белками пищи образуют
нерастворимые соединения. В такой воде плохо завариваются чай, кофе. Постоянное употребление жесткой воды может привести к расслаблению желудка и
отложению солей в организме человека. В результате
этого образуются камни в почках (мочекаменная болезнь).
Избавиться от постоянной жесткости воды можно
путем добавления к ней соды.
а) CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3¯ + Na2SO4,
+
CO32- = CaCO3¯ +2Na+ + SO2Ca2+ + SO24 + 2Na +
4 ,
Ca2+ + CO32- = CaCO3¯;
б) MgCl2 + Na2CO3 = MgCO3¯ + 2NaCl,
Mg2+ + 2Cl– + 2Na+ + CO32- = MgCO3¯ +2Na+ + 2Cl–,
Mg2+ + CO32- = MgCO3¯.
Вывод, подтвержденный химическим экспериментом: высота и устойчивость мыльной пены наиболее
ярко выражены в пробирке № 4 (с добавлением соды).
В пробирке № 5 высота и устойчивость мыльной пены
значительно меньше по сравнению с образцом № 4,
наблюдается образование нерастворимых хлопьев.
Мягкая (дистиллированная) вода, т.е. вода с ничтожно малыми примесями инородных веществ и
минеральных солей, используется в основном для медицинских или исследовательских целей в различных
лечебно-оздоровительных программах и процедурах
для вывода из организма шлаков. Частое употребление
мягкой воды может привести к тому, что из организма
начнут вымываться и полезные микроэлементы: кальций, магний, калий. Прежде всего это опасно для костей, крепость которых зависит от наличия кальция и
микроэлементов, обеспечивающих нормальную работу нашего организма. В регионах, где вода отличается
мягкостью, т.е. пониженным содержанием минеральных примесей, ученые отмечают рост числа сердечнососудистых заболеваний. Там же, где вода более жесткая, ситуация с заболеваниями сердца обстоит гораздо
лучше – подобные случаи регистрируются нечасто.
Кроме того, жесткость воды оказывает влияние и
на уровень заболеваний кариесом – чем больше минеральных веществ, тем реже обращения к стоматологам. Также установлено, что в связи с низким уровнем
Общую жесткость воды также можно устранить
добавлением в нее соды.
Вывод, подтвержденный химическим экспериментом: в пробирке № 6 (вода с общей жесткостью)
наблюдается небольшая высота мыльной пены, вы-
33
Х ИМИЯ
январь
2015
КО Н КУ Р С
«Я
ИДУ НА УРОК»
минерализации мягкая вода обладает неудовлетворительными органолептическими свойствами и оказывает неблагоприятное воздействие на водно-солевой
обмен и функциональное состояние гипофиз-адреналиновой системы, регулирующей основные обменные
процессы в организме.
При постоянном употреблении дистиллированной
воды у пациентов отмечен также ряд изменений со
стороны электролитного обмена – повышение концентрации хлоридов, калия и натрия в крови и усиленное
их выведение с мочой.
При взаимодействии солей жесткости с моющими
веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни)
происходит образование «мыльных шлаков» в виде
пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания
остается в виде налета на человеческой коже, на волосах (неприятное чувство «жестких» волос хорошо
известно многим). Главным отрицательным воздействием этих шлаков на человека является то, что они
разрушают естественную жировую пленку, которой
всегда покрыта нормальная кожа, и забивают ее поры.
Существует множество способов снизить жесткость воды в домашних условиях.
Кипячение. Чтобы умягчить воду, нужно прокипятить ее на протяжении 45–60 мин. Затем воду охлаждают и дают ей отстояться в течении нескольких
часов, чтобы выпал осадок. Этот метод удаляет только
ряд карбонатов, придавая воде некоторую мягкость,
но не удаляет активные соединения кальция, магния
и железа.
Смягчение воды миндальными отрубями. Миндальные отруби получают из семян сладкого миндаля.
После прессования их и удаления миндального масла остаются жмыхи, представляющие собой толстые
плиты или круги. Впоследствии они перемалываются
на мельнице для получения не очень тонкого порошка, который используется, для косметических целей и
умягчения воды. Рецепт довольно простой: 1 столовая
ложка на 1 стакан воды.
Торфование. В воду можно поместить верховой
торф, завернутый в полотняный мешочек, или произвести фильтрование через самодельный фильтр умягчения воды с уложенным слоем торфа. Торф может
использоваться только несколько раз, после этого он
заменяется следующей порцией. Количество применяемого торфа зависит от его качества и исходных
свойств воды. Эффективный результат получится при
большом количестве торфа.
Вымораживание. В пластиковый сосуд наливается вода и помещается в морозильник. После замерзания двух третей объема оставшаяся жидкость сливается – незамерзшая вода и есть раствор солей, который
обладает более низкой температурой замерзания. Изо
льда после оттаивания получится талая, достаточно
мягкая вода.
Х ИМИЯ
январь
2015
Отчет группы «Инженеры-технологи»
Жесткость серьезно мешает при использовании
воды и в домашнем хозяйстве, и в промышленности.
Вред, наносимый жесткой водой технике и предметам быта, заключается в следующем.
1. Мыльные средства из-за наличия большого количества солей в воде крайне плохо пенятся и отмывают
загрязнения. Поэтому количество порошков, средств,
предназначенных для мытья посуды и прочей бытовой
химии, приходится резко увеличивать.
2. Кроме плохого вспенивания мыльных средств,
из-за контакта жесткой воды с ними образуются разводы и твердый налет на сантехнике и поверхности
посуды, т.к. выпадает солевой осадок. Такой налет тяжело отмывается с посуды, а также негативно влияет
на сантехнику, постепенно разрушая ее поверхности.
3. В процессе нагревания воды в электроприборах
соли не просто выпадают в осадок, а кристаллизуются
и выпадают в виде накипи. Именно накипь является
основной причиной быстрой поломки водонагревательных приборов.
4. Жесткая вода оставляет пятна, разводы и грязные налеты на свежевыстиранных вещах, цвет тускнеет, принты и рисунки становятся серыми. Избавиться
от этих пятен очень сложно, и на это требуются повышенные затраты моющих средств. Ткань, постиранная
в жесткой воде, становится грубой и неэластичной, потому что соли забивают в ней все свободное пространство. Уменьшается прочность одежды и белья.
34
Жестко ст ь в о ды и с п о с о бы е е уст ра н е н и я . З н а ч е н и е же ст ко ст и в оды
получается практически дистиллированная вода. На
этом методе очистки основано действие фильтров обратного осмоса. Достоинством такого метода можно
считать то, что вода смягчается максимально и при
этом очищается практически от всех видов загрязнения.
3) Магнитный метод умягчения воды. Этот метод основан на воздействии на воду магнитным полем
постоянных магнитов, которое изменяет физические
свойства протекающей через него жесткой воды. Силикаты, соли магния и кальция в результате магнитного воздействия теряют способность откладываться в
виде твердых отложений или накипи на стенках и нагревательных элементах, и удаляются потоком воды в
виде шлака или накапливаются в специальных отстойниках, откуда удаляются. После магнитной обработки
вода сама разрыхляет и удаляет ранее отложившуюся
накипь.
4) Электромагнитный метод умягчения воды –
новый метод умягчения жесткой воды, основанный
на воздействии на воду электромагнитными волнами
определенной частоты, которые генерирует специальный прибор на основе микропроцессора. В результате
электромагнитного воздействия ионы кальция и магния теряют способность образовывать осадок и накипь и, находясь во взвешенном состоянии, удаляются
из системы вместе с водой в канализацию. Этот метод
позволяет не только предотвращать появление накипи и осадка в системах водоснабжения или отопления
дома, но и удалять наслоения солей жесткости, образованные раньше.
Вредное воздействие воды с повышенной жесткостью на коммуникации.
1. Соли жесткости выпадают в осадок или кристаллизуются, образуя на поверхности коммуникационных путей и крупных приборов и установок накипь.
Последняя истончает стенки коммуникаций, впоследствии полностью разрушая их.
2. Обилие солей жесткости, выпадающих в осадок,
или накипь, приводит к частым выходам из строя крупных водонагревательных установок типа бойлеров.
3. В системах оборотного водоснабжения образующиеся накипные отложения, водные камни и шлам
из солей уменьшают проходимость труб. При этом
падает теплоотдача, падает напор воды, уменьшается
количество воды в радиаторах, закупориваются входы
и выходы воды из домов, что может привести к полному закупориванию коммуникационных сетей. Все это
увеличивает энергозатраты.
Наиболее современные способы снижения жесткости воды заключаются в применении фильтров с
различными системами умягчения природной воды.
1) Ионно-обменный метод умягчения воды основан на том, что вода фильтруется через специальные материалы, в которых происходит обмен ионов,
входящих в их состав (чаще всего – натрия), на ионы
жесткости (чаще всего – кальция или магния). В качестве ионообменных материалов используют специальные мелкозернистые смолы (AMBERLITE SR 1L,
AMBERJET 1200 Na или др.). В процессе ионного обмена запас необходимых ионов в таких смолах постоянно снижается, и для их восстановления проводят замену. Преимуществом метода ионного обмена можно
считать возможность обеспечить достаточно большую
производительность и высокую степень умягчения
воды.
Отчет группы «Эксперты»
В ходе проведенных экспериментов было выяснено, что мыло и стиральный порошок способны снижать жесткость воды. Причина в том, что ионы двухвалентных металлов реагируют со стеаратом натрия,
из которого состоит мыло. При этом образуются нерастворимые стеараты:
2C17H35COONa + MCl2 ® (C17H35COO)2M¯ + 2NaCl.
2) Мембранный метод умягчения воды основан
на «продавливании» жесткой воды с помощью избыточного давления 3–4 атм через полупроницаемую
мембрану. Такая мембрана пропускает только молекулы воды, а все соли, любые минеральные и органические примеси задерживает. В результате на выходе
35
Х ИМИЯ
январь
2015
КО Н КУ Р С
«Я
ИДУ НА УРОК»
Именно они образуют хлопья и налет на кисточке в опыте, и мыло расходуется при этом бесполезно.
В состав стирального порошка входят полифосфаты,
которые понижают жесткость воды за счет образования прочных, но растворимых в воде соединений с
ионами магния и кальция. Высота пены в пробирках
со стиральным порошком больше, следовательно, он
устраняет жесткость эффективнее и является более
экономичным (табл. 3).
Наиболее частой причиной поломки стиральных
машин является образование на тэнах накипи, которая
в основном состоит из нерастворимых солей кальция и
магния. Удалить накипь можно с помощью кислот (соляной, уксусной, лимонной). Но использовать кислоты
нужно очень аккуратно, т.к. они разрушают резиновые
и металлические детали стиральных машин. Предот-
Отчет группы «Геологи»
Вода способна станоЭкспертная оценка эффективности моющих средств
виться жесткой или мягкой
Вывод об
благодаря такому планетарОбъем
Вид
Моющее
эффективности
ному явлению, как кругово№
Высота
воды,
жесткости
средство
моющих средств
рот воды в природе. Четыре
опыта
пены, см
мл
воды
(0,5 г)
(по 5-ти балльной процесса: испарение, коншкале)
денсация, выпадение осадков и сток вод – постоянно
1
5
Временная
Мыло
4
3
то делают воду жесткой,
2
5
Временная
Порошок
6
5
то опять превращают ее в
мягкую. Круговорот воды в
3
5
Постоянная
Мыло
3,5
2
природе вызван переходом
4
5
Постоянная
Порошок
5,5
4
воды из твердого агрегатного состояния в жидкое и парообразное. Огромные количества воды переносятся
вратить появление накипи от жесткой воды можно с
из одних районов в другие, при этом вода растворяет
помощью специальных средств типа «Calgon», котои переносит большие количества веществ, формируя
рые часто рекламируют по ТV как средство для смягрельеф земной поверхности.
чения воды с целью предотвращения образования
Углекислый газ атмосферы взаимодействует с воизвесткового налета на деталях стиральной машины.
дой, образуя угольную кислоту:
При этом 1 кг этого средства стоит примерно 200 рублей. Если вы стираете минимум два раза в неделю, то,
CO2 + H2O = H2CO3.
учитывая расход средства, за двенадцать месяцев придется выложить около двух с половиной тысяч.
Когда вода проходит через известковые скалы и
Изучив состав порошка «Calgon» и нескольких
слои
почвы, угольная кислота растворяет карбонаты
наиболее распространенных стиральных порошков,
кальция,
магния. Труднорастворимые карбонаты премы выяснили, что в их составе встречаются одинавращаются
в хорошо растворимые гидрокарбонаты:
ковые соединения: умягчители воды, триполифосфат, сода. Это значит, что, пользуясь качественными
CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2,
стиральными порошками известных фирм, не нужно
добавлять при стирке специальные средства для сникоторые и являются причиной временной жесткости
жения жесткости воды, т.к. они уже входят в состав
природной воды.
порошков. При пользовании стиральными порошками
Источником ионов Са2+ и Mg2+ могут служить также
эконом-класса несложно изготовить в домашних усломикробиологические процессы, протекающие в почвах
виях смесь из триполифосфата и соды из продающихна площади водосбора, в донных отложениях, а также
ся на любой «оптовой базе» компонентов. Такой самосточные воды различных предприятий. Жесткость придельный «Калгон» обойдется примерно в 50 рублей
родных вод может варьироваться в довольно широких
(в 4 раза дешевле готового «Calgon»), что поможет
пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается
жесткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон
значительно сэкономить, предотвратить появление надождей, а также в период таяния снега и льда.
кипи и улучшить качество стирки.
Таблица 3
Х ИМИЯ
январь
2015
36
Жестко ст ь в о ды и с п о с о бы е е уст ра н е н и я . З н а ч е н и е же ст ко ст и в оды
циево-магниевые воды влияют на белковый, жировой,
углеводный обмены. Их применяют при хронических
воспалениях желудка, кишечника и печени, язвенной
болезни, ожирении и сахарном диабете.
Положительным аспектом существования жестких
вод является существование пещер, в которых геологи встречаются с красивейшими известковыми образованьями – свешивающимися со сводов сталактитами и растущими вверх сталагмитами. С точки зрения
химии, причина возникновения этих удивительных
творений природы – это жесткость подземных вод.
Сталактиты растут там, где жесткая вода, насыщенная
бикарбонатом кальция, просачивается через отверстия
в своде пещеры. Капля за каплей набегают, вода испаряется, на потолке остается мизерное количество
карбоната кальция – так постепенно растет сталактит.
Падающие на пол капли тоже, частично испаряясь,
оставляют там небольшой осадок карбоната кальция,
который постепенно вырастает в столбик сталагмита.
IV. Подведение итогов, рефлексия
(прием «Незаконченное предложение»)
Учитель. Ребята! Наш урок-проект завершен.
Материал, который мы сегодня изучали, для нас, жителей Белгородской области, обладающей огромными
запасами мела, и, как следствие, водой с повышенной
жесткостью, особенно актуален. Я благодарю вас
за работу на уроке! Все группы не просто отлично
справились с заданиями, а подошли к ним творчески,
креативно. Совместно мы создали яркую, интересную презентацию «Все о жесткости воды». А теперь
я попрошу вас поделиться впечатлениями об уроке и о
ваших успехах.
Обсуждение с учащимися вариантов окончания
предложений из пункта № 15 «Индивидуальной карты
урока», выставление оценок.
V. Домашнее задание
Учебник: Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия.
Органическая химия. 9 класс, § 41; ответить на вопросы, упр. 13, 14, задачи 3, 4 (с. 125).
* * *
Если останется немного времени, можно познакомить учащихся с рубрикой «Интересные факты о
жесткости воды», и предложить к следующему уроку
найти новую информацию, чтобы пополнить данную
рубрику.
å Появлением понятия «жесткость» мы обязаны
стирке. Давным-давно женщины обнаружили интересный феномен: после стирки в разных водоемах одна и та
же одежда бывает разной на ощупь. Все дело в том, что
волокна ткани вбирают в себя растворенные в воде соли:
чем больше солей, тем жестче становится ткань. Соответственно, воду с высоким содержанием солей стали
называть жесткой, с низким их содержанием – мягкой.
Другим положительным аспектом является существование минеральных вод. Минеральная вода – это
вода из природного источника с сохраненным первоначальным составом минеральных веществ. Минеральные воды образуются на большой глубине в
недрах земли. Проходя через горные породы, атмосферная влага растворяет и выщелачивает различные
химические вещества. Минеральные (лечебные) воды
подразделяются на питьевые лечебные и лечебно-столовые воды, а также воды, имеющие бальнеологическое (наружное) назначение. Гидрокарбонатно-каль-
37
Х ИМИЯ
январь
2015
КО Н КУ Р С
«Я
ИДУ НА УРОК»
6. Схема «Виды жесткости воды».
å Всем известно, что волосы лучше мыть мягкой
водой, а для этого лучше всего подходит как раз размороженная вода, дождевая или кипяченая. Понятно,
что такое количество жидкости трудно сразу приготовить в обычных бытовых условиях (если только вы не
в бане). Поэтому лучшим выходом будет добавление в
воду немного уксуса, особенно натурального яблочного. Делать это надо в конце мытья головы – добавлять
уксус в воду для ополаскивания волос.
å Самая жесткая природная вода — это вода морская. Общее среднее содержание солей в Мировом
океане составляет 35 г на 1 литр.
å Самая мягкая природная вода — это дождевая и
талая, содержание солей в них близко к нулю.
å Самая мягкая искусственная вода — дистиллированная.
å Некоторые природные источники содержат растворенные в воде катионы K+, Na+, Са2+, Mg2+, а также
HCO-3 и другие, т.е. необходимые
анионы Cl–, SO24 ,
организму минеральные соли, содержание которых
превышает 1 г/л; такие воды называют минеральными,
равно как и их источники.
7.
Состав жесткой воды
Вид жесткости
Катио- Аниоводы
ны
ны
ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ
http://all-about-water.ru/hard-water.php;
http://www.pandia.ru/text/77/269/63190.php;
http://sistemyochistkivody.ru/zhestkaya-voda.htm
ПРИЛОЖЕНИЕ
Индивидуальная карта учащегося
1. Фамилия, имя …………………………………… .
2. Класс ……………… .
3. Тема урока .............................................................. .
4. Заполните таблицу.
Таблица 1
Задачи урока
Что хотел бы узнать
нового?
5. Определение жесткости воды ...............................
..................................................................................... .
Х ИМИЯ
январь
2015
Способ
устранения
Уравнения
реакций
8. Единицы измерения жесткости воды: …………
………………………………………………………….. .
9. Влияние жесткой воды на организм человека:
…………………………………………………………. .
10. Основные способы смягчения жесткой
воды в домашних условиях: ……………………
………………………………………………………….. .
11. Влияние жесткой воды на бытовые приборы, коммуникации и промышленное производство:
…………………………………………………………. .
12. Вывод об эффективности моющих средств в
жесткой воде: ..……………………………………….…
………………………………………….................... .
13. Основные причины образования в природе
жесткой воды: …………………………………………
………………………………………..…….................... .
14. Полезное значение жесткой воды: ……………
……………………………………..…………………… .
15. Рефлексия. Продолжите незаконченные предложения.
Сегодня я узнал ……………………………………
…………………………………………………….... .
Особенно интересным было то, что ………………
……............................................................................ .
Трудным мне показалось то, что ……………………
…….....…………………………………………....... .
В группе я выполнял задание ………………….........
..................................................................................... .
Я понял, что …………………………........................
..................................................................................... .
Теперь я могу ……………………………....…….... .
У меня получилось ………………............................ .
Меня удивило, что …………....…………………... .
Урок дал мне для жизни ………….......................... .
Мне захотелось ……………………….................... .
По моему мнению, урок-проект – это возможность
……………................................................................. .
Я оцениваю свою работу на уроке на «…….».
16. Домашнее задание. § 41, ответить на вопросы,
упр. 13, 14, задачи 3, 4 (с. 125).
ЛИТЕРАТУРА
Шпаусус З. Путешествие в мир химии. М.: Просвещение, 1967; Харлампович Г.Д. и др. Многоликая
химия. М.: Просвещение, 1992; Хомченко Г.П. Учебник химии. М.: Новая волна, 1996; Рудзитис Г.Е.,
Фельдман Ф.Г. Химия. Органическая химия. 9 класс:
Учебник для общеобразовательных учреждений. М.:
Просвещение, 2010.
Что я знаю о жесткой
воде?
Таблица 2
Характеристика жесткости воды
38
ВАШ ПРОФЕССИОНАЛИЗМ
МОДУЛЬНОЕ ОБУЧЕНИЕ НА УРОКАХ ХИМИИ. 10 КЛАСС
Кислородсодержащие
органические соединения
К кислородсодержащим органическим соединениям относятся такие биологически важные вещества, как жиры и углеводы. Изучению их свойств посвящен материал, публикуемый
в этом номере журнала.
О.Д.СУМАРОКОВА,
учитель химии,
п. Двинской,
Холмогорский р-н,
Архангельская обл.
См.также № 7–8, 10/2014
Рекомендации по выполнению заданий. Индивидуальная работа.
Задания
1. (10 баллов.) Напишите уравнения реакций уксусной кислоты со следующими веществами: а) цинком;
б) оксидом кальция; в) силикатом натрия; г) гидроксидом натрия; д) этиловым спиртом.
Назовите продукты реакций.
2. (12 баллов.) Напишите уравнения реакций муравьиной кислоты со следующими веществами: а) кальцием; б) оксидом магния; в) силикатом натрия; г) гидроксидом натрия; д) этиловым спиртом; е) оксидом
серебра.
Назовите продукты реакций.
Содержание
Введение.
Кислородсодержащие органические соединения. 10 класс
Спирты.
Отдельные представители спиртов.
Фенолы.
Альдегиды и кетоны.
Карбоновые кислоты.
Химические свойства карбоновых кислот.
Сложные эфиры. Жиры. Мыла.
Углеводы. Моносахариды.
Углеводы. Дисахариды. Полисахариды.
Вещества и их свойства. 11 класс
Металлы.
Неметаллы.
Кислоты.
Основания.
УЭ-2 (5 мин.)
Цель. Изучить строение сложных эфиров, их получение, распространение в природе, применение.
Рекомендации по выполнению заданий. Индивидуальная работа; учебник: с. 92.
Задания
1. (1 балл.) Дайте определение сложных эфиров, запишите их общую формулу.
2. (1 балл.) С помощью какой реакции получают
сложные эфиры?
(2 балла.) Пользуясь уравнением реакции в общем
виде, запишите реакцию этерификации между метиловым спиртом и уксусной кислотой (с. 90, последняя
реакция).
3. (1 балл.) Как называется реакция, обратная реакции этерификации?
4. (1 балл.) Где сложные эфиры распространены в
природе? (C. 93, рис. 57.)
(1 балл.) Попытайтесь дать название сложному
эфиру, который содержится в ананасе. (C. 93.)
5. (1 балл.) Что такое воск? (C. 93–94.)
6. (2 балла.) Применение сложных эфиров (с. 94,
рис. 58).
Литература: Габриелян О.С. Химия. 10 класс (базовый уровень). М.: Дрофа, 2009.
Далее в тексте задания повышенной сложности,
выделенные курсивом, выполняются по желанию.
СЛОЖНЫЕ
ЭФИРЫ.
ЖИРЫ. МЫЛА
УЭ-0 (2 мин.)
Тема урока. Сложные эфиры. Жиры. Мыла.
Цель. Углубить имеющиеся знания о сложных
эфирах. Познакомиться с жирами – представителями
сложных эфиров, изучить их строение, свойства, нахождение в природе. Познакомиться с мылами, которые получают из жиров, сравнить их с синтетическими моющими средствами.
Рекомендации по выполнению заданий. Запишите
тему урока; прочитайте цель урока.
УЭ-1. Входной контроль (5 мин.)
Цель. Проверить уровень усвоения темы «Химические свойства карбоновых кислот».
39
Х ИМИЯ
январь
2015
ВАШ ПРОФЕССИОНАЛИЗМ
Рекомендации по выполнению заданий. Перед лабораторной работой расскажите учителю правила техники безопасности.
6. (1 балл.) Какие химические свойства характерны
для жидких жиров за счет двойной связи в радикале?
(2 балла.) Опираясь на напечатанную в учебнике
реакцию гидрирования, напишите аналогичную реакцию для жира, в состав которого входит остаток
линолевой кислоты.
(1 балл.) Какой продукт питания получают с помощью данной реакции?
7. (1 балл.) Какая химическая реакция характерна
для всех жиров?
(2 балла.) Опираясь на реакцию в учебнике, напишите аналогичную реакцию для жира, в состав которого
входит остаток пальмитиновой кислоты. (С. 97.)
(1 балл.) В каком случае гидролиз протекает необратимо?
Рис. 57. Сложные эфиры в природе
УЭ-4 (13 мин.)
Цель. Узнать, что такое мыло с точки зрения химии, познакомиться с видами мыл, их очищающим
действием, с плюсами и минусами синтетических моющих средств (СМС).
Рекомендации по выполнению заданий. Учебник:
с. 97–99.
Задания
1. (1 балл.) Определение мыл. (C. 97, первый абзац.)
2. (1 балл.) Почему гидролиз жиров в щелочной
среде называется омылением жиров?
3. (1 балл.) Чем отличаются твердые и жидкие
мыла?
4. (1 балл.) Какое мыло (по агрегатному состоянию)
получается при гидролизе по реакции, приведенной в
учебнике?
(2 балла.) Напишите аналогичную реакцию для получения жидкого мыла.
5. (2 балла.) Очищающее действие мыл (рис. 61, 62).
Рис. 58. Применение сложных эфиров: 1 – лекарственные
средства; 2,3 – парфюмерия и косметика; 4 – синтетические
и искусственные волокна; 5 – лаки; 6 – производство напитков
и кондитерских изделий
УЭ-3 (12 мин.)
Цель. Изучить строение жиров, их виды, физические и химические свойства, применение.
Рекомендации по выполнению заданий. Учебник:
с. 94–95.
Задания
1. (2 балла.) Прочитайте определение жиров, запишите общую формулу жиров.
(2 балла.) На общей формуле жиров обведите и
укажите остаток от глицерина и остатки от карбоновых кислот.
2. (2 балла.) Остатки каких карбоновых кислот входят в состав жиров? (С. 95–96.)
3. (4 балла.) Составьте схему по видам жиров (в зависимости от углеводородного радикала и от природного происхождения, агрегатного состояния). Укажите
исключения. (С. 96.)
4. (1 балл.) Какие жиры называются маслами?
5. (2 балла.) Выполните л а б о р а т о р н у ю р аб о т у № 10 (задания 1, 3, с. 177.)
Х ИМИЯ
январь
2015
Рис. 61. Модель
молекулы
стеарата натрия
Рис. 62. Эмульгирование масла
в воде в присутствии мыла
40
Кис ло род со д е р жа щ и е о р га н и ч е с ки е со е д и нени я
Контрольный лист
Тема «Сложные эфиры. Жиры. Мыла»
6. (2 балла.) Какие ионы содержит жесткая вода?
Запишите реакцию, в которую вступает мыло в жесткой воде.
7. (2 балла.) Выполните л а б о р а т о р н у ю
р а б о т у № 11 (задание 2, с. 178). (Соблюдать ТБ!)
8. (2 балла.) Составить схему: плюсы и минусы
СМС.
УЭ-1. Входной контроль
1. Уравнения реакций уксусной кислоты с различными веществами.
а) 2СН3СООН + Zn ® (СН3СОО)2Zn + H2↑, ацетат
цинка;
б) 2СН3СООН + СaO ® (СН3СОО)2Сa + H2O, ацетат кальция;
в) 2СН3СООН + Na2SiO3 ® 2СН3СООNa + H2SO3,
ацетат натрия;
г) СН3СООН + NaОН ® СН3СООNa + H2O, ацетат
натрия;
д) СН3СООН + НОС2Н5 L СН3СООС2Н5 + Н2О,
этиловый эфир уксусной кислоты. (10 баллов.)
УЭ-5. Выходной контроль (5 мин.)
Цель. Проверка понимания и осмысления новых
знаний.
Рекомендации по выполнению заданий. Индивидуальная работа.
Задания
Внимание! Задания 2, 3, 4, 5 содержат более одного правильного варианта ответа, необходимо перечислить все!
1. (2 балла.) Жиры – это:
а) многоатомные спирты;
б) сложные эфиры
в) карбоновые кислоты.
2. (3 балла.) Из каких исходных веществ получаются молекулы животных жиров?
а) Глицерин; б) этанол; в) пальмитиновая кислота;
г) стеариновая кислота; д) линолевая кислота.
3. (3 балла.) Какие вещества могут образовываться
при гидролизе растительных масел?
а) Линолевая кислота;
б) глицерин;
в) муравьиная кислота;
г) олеиновая кислота;
д) стеариновая кислота;
е) этанол.
4. (2 балла.) Какие реакции характерны для животных жиров?
а) Водный гидролиз;
б) гидрирование;
в) присоединение;
г) омыление.
5. (3 балла.) Для получения каких продуктов используются жиры?
а) Мыло;
б) пластмассы;
в) духи;
г) глицерин;
д) маргарин.
2. Уравнения реакций муравьиной кислоты с различными веществами.
а) 2НСООН + Са ® (НСОО)2Са + H2↑, формиат
кальция;
б) НСООН + МgО ® (НСОО)2Mg + H2О, формиат
магния;
в) 2НСООН + Na2SiO3 ® 2НСООNa + H2SiO3, формиат натрия;
г) НСООН + NaОН ® НСООNa + H2O, формиат
натрия;
д) НСООН + НОС2Н5 L НСООС2Н5 + Н2О, этиловый эфир муравьиной кислоты;
+ 2Ag,
е) НСООН + Ag2O ®
угольная кислота. (12 баллов.)
УЭ-2
1. Проверьте по учебнику определение сложных
эфиров и их общую формулу. (1 балл.)
2. Cложные эфиры получают с помощью реакции
этерификации. (1 балл.)


→ СН СООСН + Н О.
СН3СООН + НОСН3 ←

3
3
2
(2 балла.)
3. Реакция, обратная этерификации, – это реакция
гидролиза. (1 балл.)
4. В природе сложные эфиры находятся в ягодах,
плодах, фруктах. (1 балл.)
Название сложного эфира, который содержится в ананасе, – бутиловый эфир бутановой кислоты.
(1 балл.)
5. Что такое воск? Проверьте по учебнику. (1 балл.)
6. Применение сложных эфиров. Проверьте по
учебнику (рис. 58). (2 балла.)
УЭ-6 (3 мин.)
Цель. Осуществить самооценку работы на уроке.
Проверьте правильность выполнения вашей работы
по контрольному листу. Сосчитайте общее количество
баллов и поставьте оценку.
0–25 баллов – «2»;
26–51 балл – «3»;
52–60 баллов – «4»;
61–80 баллов – «5».
УЭ-3
1. Определение жиров и общую формулу жиров
проверьте по учебнику. (2 балла.)
41
Х ИМИЯ
январь
2015
ВАШ ПРОФЕССИОНАЛИЗМ
4. В учебнике приведена реакция гидролиза с образованием твердого мыла. (1 балл.)
Аналогичная реакция для получения жидкого мыла:
H2C −ΟH
H2C −Ο − CΟR
|
|
HC −Ο − CΟR + 3KOH L HC −ΟH + 3RCOOK.
|
|
H2C −Ο − CΟR
H2C −ΟH
(2 балла.)
2. В состав жиров входят остатки высших карбоновых кислот. (2 балла.)
3. Схема «Виды жиров». (4 балла.)
(2 балла.)
5. Очищающее действие мыла проверьте по учебнику. (2 балла.)
6. Жесткая вода содержит ионы кальция и магния.
Реакция, в которую вступает мыло в жесткой воде:
2С17Н35СОО– + Са2+ ® (С17Н35СОО)2Са¯. (2 балла.)
7. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а. (2 балла.)
8. Составить схему: плюсы и минусы СМС (2 балла.)
4. Растительные жиры называются маслами.
(1 балл.)
5. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а . (2 балла.)
6. Для жидких жиров характерны реакции присоединения (гидрирование) за счет двойной связи в радикале. (1 балл.)
H2C −Ο − CΟC17H31
|
HC −Ο − CΟC17H31
|
H2C −Ο − CΟC17H31
+ 3H2 L
H2C −Ο − CΟC17H33
|
HC −Ο − CΟC17H33
|
H2C −Ο − CΟC17H33 .
(2 балла.)
С помощью подобной реакции гидрирования растительных жиров получают маргарин. (1 балл.)
7. Для всех видов жиров характерна реакция гидролиза. (1 балл.)
H2C −ΟH
H2C −Ο − CΟC15H31
|
|
HC −Ο − CΟC15H31 + 3H2O L HC −ΟH + 3C15H31COOH.
|
|
H2C −Ο − CΟC15H31
H2C −ΟH
(2 балла.)
УЭ-4
1. Мыла – соли высших карбоновых кислот.
(1 балл.)
2. Гидролиз жиров в щелочной среде называется
омылением, потому что при этом образуются соли
высших карбоновых кислот – мыла. (1 балл.)
3. Твердые мыла – это соли натрия, жидкие – соли
калия. (1 балл.)
январь
2015
УГЛЕВОДЫ. МОНОСАХАРИДЫ
УЭ-0 (2 мин.)
Тема урока. «Углеводороды. Моносахариды»
Цель. Познакомиться со свойствами и применением углеводов (как класса веществ) и отдельных представителей (глюкоза, фруктоза)*.
Рекомендации по выполнению задания. Запишите
тему, сформулируйте цель урока и запишите ее в тетрадь.
Гидролиз в щелочной среде протекает необратимо.
Х ИМИЯ
УЭ-5. Выходной контроль
1. Жиры – это сложные эфиры. Правильный ответ – б. (2 балла.)
2. Молекулы животных жиров получаются при реакции глицерина с пальмитиновой и стеариновой кислотами. Правильный ответ – а, в, г. (3 балла.)
3. При гидролизе растительных масел могут образовываться линолевая кислота, глицерин, олеиновая
кислота. Правильный ответ – а, б, г. (3 балла.)
4. Для животных жиров характерны водный гидролиз и омыление. Правильный ответ – а, г. (2 балла.)
5. Жиры используются для получения следующих
продуктов: мыло; глицерин; маргарин. Правильный
ответ – а, г, д. (3 балла.)
* Цель урока выделена фиолетовым цветом потому, что ее
формулируют сами учащиеся – в раздаточном материале здесь
пустое место. – Прим. ред.
42
Кис ло род со д е р жа щ и е о р га н и ч е с ки е со е д и нени я
УЭ-1 (4 мин.).
Углеводы
Цель. Получить общее представление об углеводах,
их нахождении в природе.
Рекомендации по выполнению заданий. Парная работа; с. 100–102.
Задания
1. Прочитайте материал, внимательно изучите
рис. 64 и 65.
Схема 1
УЭ-3 (4 мин.).
Моносахариды
Цель. Познакомиться с классами моносахаридов
(пентозы, гексозы).
Рекомендации по выполнению заданий. Учебник:
с. 103.
Задания
1. (2 балла.) Запишите формулы пентоз: рибозы, дезоксирибозы.
2. (3 балла.) Запишите, в состав каких веществ они
входят.
3. (1 балл.) Запишите схему обмена веществ и энергии в клетке.
4. (2 балла.) Запишите формулы гексоз: глюкозы и
фруктозы.
Рис. 64. Растения – крахмалоносы: 1 – батат; 2 – рис; 3 – пшеница; 4 – земляная груша (топинамбур); 5 – кукуруза; 6 – картофель
УЭ-4 (20 мин.).
Глюкоза
Цель. Изучить строение, свойства, нахождение и
применение важнейшего представителя гексоз – глюкозы.
Рекомендации по выполнению заданий. Парная работа; учебник с. 104–108.
Задания
1. (1 балл.) Запишите молекулярную формулу глюкозы.
2. (2 балла.) Нахождение в природе.
3. (3 балла.) Физические свойства.
4. (1 балл.) Запишите структурную формулу глюкозы. (2 балла.) Обведите гидроксильные группы и альдегидную группу. Глюкоза – это альдегидоспирт.
5. Химические свойства.
Рекомендации по выполнению заданий. Вспомните
качественные реакции на многоатомные спирты (учебник: с. 73) и альдегиды (с. 82–83).
а) Сходные с многоатомными спиртами (глицерином) за счет групп –ОН.
· (1 балл.) Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 12,
задание 1, с. 178.
(1 балл.) Запишите, что наблюдаете.
(2 балла.) Запишите уравнение реакции.
б) За счет альдегидной группы. Реакции окисления.
· Реакция с гидроксидом меди(II).
Рис. 65. Углеводы в жизни человека: 1–3 – продукты питания;
4, 5 – волокна и ткани (хлопчатобумажные 4, льняные 5);
6 – изделия из древесины; 7, 8 – бумага и изделия из нее
2. (2 балла.) Запишите общую формулу углеводов.
Подумайте, почему они так называются.
УЭ-2 (4 мин.).
Классификация углеводов
Цель. Узнать классы углеводов и признак их классификации.
Рекомендации по выполнению задания. Парная работа. Если не сможете объяснить, ищите ответы дальше в параграфе.
Задание
Проанализируйте схему 1 на с. 103. Объясните
(устно), почему такие названия: моносахариды (пентозы, гексозы), дисахариды, полисахариды.
43
Х ИМИЯ
январь
2015
ВАШ ПРОФЕССИОНАЛИЗМ
(1 балл.) Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 12,
задание 2, с. 178.
(1 балл.) Запишите, что наблюдаете.
(3 балла.) Запишите уравнение реакции, подпишите продукт реакции.
· Реакция «серебряного зеркала».
(1 балл.) Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 12, задание 3, с. 178.
(1 балл.) Запишите, что наблюдаете.
(3 балла.) Запишите уравнение реакции, подпишите продукт реакции.
в) За счет альдегидной группы. Реакции восстановления.
(2 балла.) Запишите уравнение реакции гидрирования, подпишите продукт.
г) (4 балла.) Запишите реакцию брожения глюкозы.
6. Применение.
Рекомендации по выполнению заданий. Индивидуальная работа: прочитать текст, рассмотреть рис. 68.
УЭ-7 (3 мин.)
Цель. Осуществить самооценку работы на уроке.
Задание
Проверьте правильность выполнения вашей работы по контрольному листу. Сосчитайте общее количество баллов и поставьте оценку.
0 – 22 баллов – «2»;
23 – 45 баллов – «3»;
46 – 61 баллов – «4»;
62 – 71 балл – «5».
Контрольный лист
Тема «Углеводы. Моносахариды»
УЭ-1
Общая формула углеводов – Сn(H2O)n.
Они так называются потому, что состоят из углерода, водорода и кислорода, а соотношение Н : О = 2 : 1,
как в воде. (2 балла.)
УЭ-3
1. Формулы рибозы и дезоксирибозы – С5Н10О5;
С5Н10О4. (2 балла.)
2. Они входят в состав ДНК, РНК, АТФ. (3 балла.)
3. Схема обмена веществ и энергии в клетке:
ассимиляция

→ АТФ + Н2О.
АДФ + Н3РО4 + 40 кДж диссимиляция
(1 балл.)
4. Глюкоза – С6Н12О6; фруктоза – С6Н12О6. (2 балла.)
Рис. 68. Применение глюкозы: 1 – производство витамина С
(аскорбиновой кислоты); 2, 3 – пищевая промышленность;
4 – получение сорбита
УЭ-4
1. Молекулярная формула глюкозы – С6Н12О6.
(1 балл.)
2. В природе находится в винограде, ягодах, фруктах. (2 балла.)
3. Физические свойства: глюкоза – белое, твердое,
сладкое, растворимое в воде вещество. (3 балла.)
· (1 балл.) Какая реакция используется для получения этилового спирта?
· (1 балл.) Какая реакция используется для получения сорбита?
УЭ-5 (3 мин.).
Фруктоза
Цель. Познакомиться с изомером глюкозы – фруктозой.
Рекомендации по выполнению заданий. Индивидуальная работа.
Задания
· (1 балл.) Запишите молекулярную формулу.
· (1 балл.) Запишите структурную формулу.
· (2 балла.) Почему это кетоспирт? Обведите
кетонную группу (карбонил) и гидроксильные группы.
4.
(1–3 балла.)
5. Химические свойства.
а) За счет групп –ОН.
· Л а б о р а т о р н а я р а б о т а (1 балл.)
Наблюдали темно-синее окрашивание раствора.
(1 балл.)
Уравнение реакции:
УЭ-6. Выходной контроль (5 мин.)
Цель. Проверка понимания и осмысления новых
знаний.
Рекомендации по выполнению заданий. Учебник,
с. 109: № 2 (3 балла), № 3 (3 балла), № 4 (2 балла), № 5
(3 балла) и № 6 (3 балла) уравнениями реакций не подтверждать; № 9 (14 баллов). Индивидуальная работа.
Х ИМИЯ
январь
2015
(2 балла.)
44
Кис ло род со д е р жа щ и е о р га н и ч е с ки е со е д и нени я
б) За счет альдегидной группы. Реакции окисления.
· Л а б о р а т о р н а я р а б о т а (1 балл).
Наблюдали осадок кирпичного цвета. (1 балл.)
Уравнение реакции:
УЭ-6. Выходной контроль
№ 2. Моносахариды, дисахариды, полисахариды.
(3 балла.)
№ 3. Моносахариды не подвергаются гидролизу,
бывают пентозы и гексозы. (3 балла.)
№ 4. Признаки для всех – отношение к гидролизу;
признаки для моносахаридов – число атомов углерода.
(2 балла.)
№ 5. Глюкоза имеет два типа функциональных
групп: пять гидроксильных и альдегидную. (2 балла.)
№ 6. Брожение, гидрирование. (2 балла.)
CH2 − CH − CH − CH − CH − CHO + 2Cu(OH)2 ®
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
® CH2 − CH − CH − CH − CH − COOH + 2H2O + Сu2O.
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
(3 балла.)
глюконовая кислота
№ 9. а) 6СО2 + 6Н2О ® С6Н12О6 + 6О2;
· Л а б о р а т о р н а я р а б о т а (реакция «серебряного зеркала»). (1 балл.)
Наблюдали черный осадок. (1 балл.)
Уравнение реакции:
С6Н12О6 + Н2 ® С6Н14О6;
б) CH2 − CH − CH − CH − CH − CHO + Ag2O ®
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
CH2 − CH − CH − CH − CH − CHO + Ag2O ®
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
® CH2 − CH − CH − CH − CH − COOH + 2Ag;
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
2 CH2 − CH − CH − CH − CH − COOH + 2Na ®
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
® CH2 − CH − CH − CH − CH − COOH + 2Ag.
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
(3 балла.)
глюконовая кислота
® 2 CH2 − CH − CH − CH − CH − COONa + H2;
в) Реакции восстановления (за счет альдегидной
группы).
Уравнение реакции гидрирования:
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
в) С6Н12О6 ® 2С2Н5ОН + 2СО2;
CH2 − CH − CH − CH − CH − CHO + H2 ®
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
С6Н12О6 ® 2С3Н6О3;
С2Н5ОН ® С2Н4 + Н2О. (14 баллов.)
® CH2 − CH − CH − CH − CH − CH2 . (2 балла.)
|
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH OH
ДИСАХАРИДЫ. ПОЛИСАХАРИДЫ
УЭ-0 (2 мин.)
Тема урока. Дисахариды. Полисахариды.
Цель. Изучить состав и свойства наиболее важных
дисахаридов и полисахаридов, их применение.
Рекомендации по выполнению задания. Запишите
тему. Прочитайте цель урока.
сорбит
г) Реакции брожения проверить по учебнику
(c. 106, 107). (4 балла.)
6. Применение.
· Для получения этилового спирта используется
реакция спиртового брожения. (1 балл.)
· Для получения сорбита используется реакция гидрирования. (1 балл.)
УЭ-1. Входной контроль (5 мин.)
Цель. Проверить уровень усвоения темы «Углеводы. Моносахариды».
Рекомендации по выполнению заданий. Индивидуальная работа.
Задания
1. (5 баллов.) Установите соответствие.
Название класса
Формула
А) Спирты.
1) RСНО.
Б) Фенолы.
2) С6Н5ОН.
В) Альдегиды.
3) RОН.
Г) Карбоновые кислоты.
4) RСООН.
Д) Углеводы.
5) Сn(H2O)m.
УЭ-5
Молекулярная формула фруктозы – С6Н12О6.
(1 балл.)
Структурная формула:
(1–3 балла.)
45
Х ИМИЯ
январь
2015
ВАШ ПРОФЕССИОНАЛИЗМ
2. (4 балла.) Установите соответствие между названием углевода и его формулой.
Название
Формула
А) Глюкоза.
1) С5Н10О5.
Б) Фруктоза.
2) С6Н12О6.
В) Рибоза.
3) С5Н10О4.
Г) Дезоксирибоза.
Окончание табл.
№
п/п
3
4
5
3. (3 балла.) Запишите структурную формулу глюкозы. К каким классам веществ она относится?
4. (3 балла.) Запишите структурную формулу фруктозы. К каким классам веществ она относится?
5. (4–8 баллов.) С какими веществами из перечисленных реагирует глюкоза:
а) Cu(OH)2; б) H2O; в) Ag2O; г) Mg; д) H2.
Напишите реакцию «серебряного зеркала» и реакцию, в которой получается сорбит.
6. (2–4 балла.) Какие виды реакций брожения характерны для глюкозы?
Запишите уравнение одной из них.
6
7
8
9
10
УЭ-3 (20 мин.).
Полисахариды
Цель. Изучить полисахариды. Сравнить крахмал и
целлюлозу по различным признакам.
Рекомендации по выполнению заданий. Парная работа; учебник с. 112–115.
Задание
(20 баллов.) Заполните сравнительную таблицу.
1
2
Х ИМИЯ
Параметр
Происхождение: в чем содержатся (подсказка: с. 101,
последний абзац)
Формула полисахарида
январь
2015
Крахмал
Какой мономер образуется
при гидролизе?
Из какого вещества образуются?
В ходе какой реакции образуются?
Значение степени полимеризации (больше, меньше)
Пространственное расположение молекул
Качественная реакция с
йодом (л а б о р а т о р н а я
р а б о т а № 13, с. 179)
Роль в растительной клетке
Применение
Целлюлоза
УЭ-4. Выходной контроль (5 мин.)
Цель. Проверка понимания и осмысления новых
знаний.
Рекомендации по выполнению заданий. Индивидуальная работа.
Задания
1. (7 баллов.) Установите соответствие.
Название
Группа углеводов
А) Глюкоза.
1) Моносахарид.
Б) Сахароза.
2) Дисахарид.
В) Крахмал.
3) Полисахарид.
Г) Целлюлоза.
Д) Мальтоза.
Е) Лактоза.
Ж) Рибоза.
2. (1 балл.) Гидролизу не подвергаются:
а) глюкоза; б) сахароза; в) крахмал; г) целлюлоза.
3. (1 балл.) Реакция, обратная синтезу полисахаридов, – это реакция:
а) поликонденсации; б) гидролиза; в) гидратации.
4. (1 балл.) Реактив на крахмал:
а) Сu(ОН)2; б) Аg2О; в) I2.
5. (1 балл.) Денатурат получают в результате гидролиза:
а) глюкозы; б) сахарозы; в) крахмала; г) целлюлозы.
УЭ-2 (10 мин.).
Дисахариды
Цель. Изучить дисахариды; их представителей; химические свойства, получение.
Рекомендации по выполнению заданий. Учебник:
схема 1, с. 103; с. 110, первый абзац.
Задания
1. (4 балла.) Запишите молекулярную формулу трех
изомеров дисахаридов и их названия.
2. Выясните по учебнику причину, почему их называют дисахаридами.
3. (1 балл.) Какая реакция характерна для дисахаридов, которой не было у моносахаридов?
4. (1 балл.) Запишите реакцию гидролиза для сахарозы. (Подсказка: это реакция, обратная реакции синтеза сахарозы.)
5. (3 балла.) Как сахарозу получают в промышленности?
№
п/п
Параметр
Крахмал
УЭ-5 (3 мин.)
Цель. Осуществить самооценку работы на уроке.
Проверьте правильность выполнения вашей работы
по контрольному листу. Сосчитайте общее количество
баллов и поставьте оценку.
0–21 балл – «2»;
22–43 балла – «3»;
44–58 баллов – «4»;
59–67 баллов – «5».
Таблица
Целлюлоза
46
Кис ло род со д е р жа щ и е о р га н и ч е с ки е со е д и нени я
Контрольный лист
Тема «Дисахариды. Полисахариды»
5. Сахарозу получают в промышленности из сока
сахарного тростника, сахарной свеклы, земляной груши. (3 балла.)
УЭ-1. Входной контроль
1. Правильный ответ: А-3, Б-2, В-1, Г-4, Д-5. (5 баллов.)
2. Правильный ответ: А-2, Б-2, В-1, Г-3. (4 балла.)
УЭ-3 (20 баллов).
Полисахариды
3. CH2 − CH − CH − CH − CH − CHO ; классы – альде|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
1
гиды и многоатомные спирты. (3 балла.)
4.
2
; классы – кетоны, мно-
3
гоатомные спирты. (3 балла.)
4
5. (4–8 баллов.) Глюкоза реагирует c Cu(OH)2, Ag2O,
H2; правильный ответ: а, в, д. (4 балла.)
Реакция «серебряного зеркала»:
5
CH2 − CH − CH − CH − CH − CHO + Ag2O ®
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
6
® CH2 − CH − CH − CH − CH − COOH + 2Ag;
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
7
Реакция, в которой получается сорбит:
8
CH2 − CH − CH − CH − CH − CHO + H2 ®
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH
9
Формула полисахарида
Какой мономер
образуется при
гидролизе?
Из какого вещества образуются?
В ходе какой
реакции образуются?
Значение степени полимеризации (больше, меньше)
Пространственное расположение
молекул
Качественная
реакция с йодом
Роль в растительной клетке
Применение
® CH2 − CH − CH − CH − CH − CH2 . (4 балла.)
|
|
|
|
|
|
OH OH OH OH OH OH
10
6. Для глюкозы характерны реакции молочнокислого спиртового брожения. (2 балла.)
Уравнения реакций:
С6Н12О6 ® 2С2Н5ОН + 2СО2 (спиртовое);
Крахмал
Картофель,
пшеница,
рис, кукуруза,
рожь и др.
(С6Н10О5)n
(С6Н10О5)n
Глюкоза
Глюкоза
Глюкоза
Глюкоза
Поликонденсация
Поликонденсация
Меньше
Больше
Линейное и
разветвленное
Только линейное
Синее окрашивание
Запасное
питательное
вещество
Патока,
пищевой и
медицинский
спирт, выпечка кондитерских изделий
–
Структурная, строительная
Вата, марля, пластмассы,
фотопленка, клей,
порох, искусственное волокно, бумага,
технический спирт
УЭ-4. Выходной контроль
1. Установить соответствие. Правильный ответ:
А-1, Б-2, В-3, Г-3, Д-2, Е-2, Ж-1. (7 баллов.)
2. Гидролизу не подвергается глюкоза. Правильный
ответ – а. (1 балл.)
3. Реакция, обратная синтезу полисахаридов, – гидролиз. Правильный ответ – б. (1 балл.)
4. Реактив на крахмал – йод. Правильный ответ – в.
(1 балл.)
5. Денатурат получают в результате гидролиза целлюлозы. Правильный ответ – г. (1 балл.)
С6Н12О6 ® 2С3Н6О3 (молочнокислое). (2 балла.)
УЭ-2.
Дисахариды
1. С12Н22О11; сахароза, лактоза, мальтоза. (4 балла.)
3. Для дисахаридов, в отличие от моносахаридов,
характерна реакция гидролиза. (1 балл.)
4. Реакция гидролиза для сахарозы:
SO
С12Н22О11 + Н2О H
→ ® 2С6Н12О6. (1 балл.)
2
Параметр
Происхождение: в чем содержатся
Таблица
Целлюлоза
Древесина,
лен, хлопок
4
47
Х ИМИЯ
январь
2015
Х И М И Я В Ш КО Л Е И Д О М А
8 КЛАСС
Ситуационные задачи
по химии
А.В.АББАКУМОВ,
учитель химии,
г. Благовещенск,
Амурская обл.
Ситуационные задачи, обсуждаемые в публикуемом материале, помогут
заинтересовать учащихся, приступивших к изучению химии. Кроме
того, они будут способствовать развитию умений добывать информацию из книг и Интернета, обсуждать полученную информацию в группе, обобщать факты, делать выводы, представлять полученные результаты и многое другое.
не хватает, а это уже – экономическая безопасность
страны.
Требования Федерального стандарта второго поколения к изучению предмета «химия» предусматривают:
1) формирование первоначальных систематизированных представлений о веществах, их превращениях
и практическом применении, овладение понятийным
аппаратом и символическим языком химии;
2) осознание объективной значимости основ химической науки как области современного естествознания, восприятие химических превращений неорганических и органических веществ как основы многих
явлений живой и неживой природы, углубление представлений о материальном единстве мира;
3) овладение основами химической грамотности –
способностью анализировать и объективно оценивать
жизненные ситуации, связанные с химией, навыками
безопасного обращения с веществами, используемыми
в повседневной жизни; умением анализировать и планировать экологически безопасное поведение в целях
сохранения здоровья и окружающей среды;
4) формирование умений устанавливать связи между реально наблюдаемыми химическими явлениями и
процессами, происходящими в микромире, объяснять
причины многообразия веществ, понимать зависимость их свойств от состава и строения, а также зависимость применения веществ от их свойств;
5) приобретение опыта использования различных
методов изучения веществ, в том числе и наблюдение
за их превращениями при проведении несложных химических экспериментов с использованием лабораторного оборудования и приборов;
6) формирование представлений о значении химической науки в решении современных экологических
проблем, в предотвращении техногенных и экологических катастроф.
Таким образом, по всему Стандарту основной
нитью проходит мысль об обучении практическому
Содержание
Введение.
Разработка ситуационной задачи и правила
работы с ней.
Литература.
8 класс.
Атомы химических элементов.
Простые вещества и их свойства.
Соединения химических элементов.
Изменения, происходящие с химическими
веществами.
Растворы. Растворение.
9 класс.
Металлы.
Неметаллы.
10 класс.
Углеводороды.
Кислородсодержащие органические соединения.
Азотсодержащие органические соединения.
Биологически активные вещества.
Искусственные и синтетические полимеры.
11 класс.
Строение вещества.
Химические реакции.
Вещества и их свойства.
ВВЕДЕНИЕ
Предмет «химия» начинают изучать в восьмом
классе. Он требует от школьников хорошо развитого
логического мышления, умения работать с абстрактными понятиями. Однако этого-то как раз и не хватает.
В результате химия, которая лежит в основе подготовки кадров технических специальностей, сегодня оказывается маловостребованным, трудным предметом.
Ведь недаром статистика, показывающая количество
учащихся, выбравших для сдачи ЕГЭ тот или иной
предмет, регулярно размещает химию на одном из последних мест. Следовательно, кадров для подготовки
специалистов химической отрасли промышленности
Х ИМИЯ
январь
2015
48
С и туа ц и о н н ы е з а да ч и п о х ими и
применению знаний, полученных при изучении данного предмета.
Именно решение ситуационных (контекстных) задач, на мой взгляд, является важным фактором, способным вызвать у учащихся интерес к химии: развивать логическое мышление, навыки самостоятельной
работы с материалом; помочь им практически применять полученные знания в своей жизни.
Особенностью этих задач является то, что они
предусматривают тесные межпредметные связи почти со всеми дисциплинами, изучаемыми в школьном
курсе, требуют знания основ психологии, самостоятельного поиска материала и работы с ним, развивают
умения наблюдать, анализировать и делать выводы на
основе как прочитанного, так и увиденного материала,
применять коммуникативные и информационно-технологические умения. Формируется высокоэрудированный человек, необходимый нашему обществу.
Обсуждаемые далее задачи можно разделить на
два типа: задачи, предназначенные для решения непосредственно на уроке, и задачи, которые можно решать
дома. Различие между ними – в объеме и качестве
представленного материала, а, следовательно, и во
времени, необходимом для анализа и решения данной
задачи.
Задачи, предназначенные для работы на уроке,
обозначаются звездочкой (*), их рекомендуется решать группой ребят. Задания, которые ставятся перед
этой группой, небольшие, с ними можно справиться
методом «мозгового штурма» за время урока. Материал, необходимый для решения, либо весь имеется в
задаче, либо уже усвоен школьниками на предыдущих
уроках. Однако поощряется использование учащимися дополнительного материала по теме, взятого из
имеющейся в классе химической литературы и из сети
Интернет, если в классе есть выход в эту сеть.
Задачи, предназначенные для выполнения дома,
рассчитаны на индивидуальную работу учащихся.
Они обязательно требуют привлечения материала
из учебника, дополнительной литературы по данной
теме, работы в сети Интернет. Для их решения нужно
больше времени, чем время урока. При выполнении
таких заданий другие письменные работы по предмету, как правило, не задаются. Учащиеся могут получать на дом как одинаковую ситуационную задачу, так
и разные, по усмотрению учителя. Задания сформулированы таким образом, что два ученика, если они не
списывают друг у друга, дать одинаковые ответы по
части вопросов, особенно там, где требуется привлечение логического мышления, не могут. Следовательно,
во-первых, мы имеем задания, при проверке которых
видим подготовку и понимание по данному вопросу
конкретного ученика, а не его соседа. А во-вторых, за
выполнение ситуационной задачи невозможно получить неудовлетворительную оценку, т.к. в каждой можно найти индивидуальную работу ученика.
Однако ситуационные задачи не следует решать на
каждом уроке или постоянно давать детям на дом. Все
должно быть в меру.
РАЗРАБОТКА СИТУАЦИОННОЙ ЗАДАЧИ
И ПРАВИЛА РАБОТЫ С НЕЙ
При разработке задачи сначала надо найти ее основу – какую-то конкретную ситуацию или происшествие, которое поможет ученику понять тему задачи и
объект исследования. Такие основы берутся из жизни,
научной, научно-популярной и фантастической литературы, из легенд или просто придумываются. Главное, чтобы основа задачи вызвала заинтересованность
у учеников.
Самый ответственный момент – это формулировка
вопросов. Собственно, они – это и есть сама задача.
При составлении ее необходимо продумать задания,
которые бы предусматривали ознакомление с темой,
понимание и применение данного материала, анализ,
синтез и оценку затронутой темы. При работе в классе,
а также с хорошо знакомым для конкретных учащихся
материалом можно опускать одно-два из заданий.
При выполнении ситуационной задачи необходимо
соблюдать следующие правила.
1) Внимательно прочитайте текст предложенной
задачи и вопросы к ней.
2) Все вопросы логично связаны с темой предложенной задачи, поэтому работайте с каждым из вопросов отдельно.
3) Вопросы к задаче расположены по мере усложнения, поэтому желательно работать с ними в том порядке, в котором они поставлены.
4) Если в задании предложено провести презентацию, нужно помнить, что вам предлагается представить или вещество, или химический элемент. Это
представление не обязательно делать в виде электронной презентации.
5) Если требуется представить электронную презентацию – требуется разработать именно ее.
6) Если предлагается разработать сообщение для
учащихся начальных классов, вам необходимо «перевести» имеющиеся у вас материалы так, чтобы их поняли ученики, еще не изучавшие химию. Кроме того,
необходимо помнить, что удержать внимание учащихся этих классов долго не получится, поэтому сообщение должно быть рассчитано на 4–5 мин.
7) В тексте задачи информации недостаточно для
того, чтобы ответить на все вопросы, поэтому при их
выполнении нужно воспользоваться всеми имеющимися в вашем распоряжении источниками информации: учебниками, справочниками, энциклопедиями,
сетью Интернет, помощью родителей.
ЛИТЕРАТУРА
Артеменко А.И. Удивительный мир органической
химии. М.: Дрофа, 2004; Химия. 2-е изд. перераб.
49
Х ИМИЯ
январь
2015
Х И М И Я В Ш КО Л Е И Д О М А
М.: Мир энциклопедий Аванта+, Астрель, 2007; Венецкий С.И. Рассказы о металлах. 2-е изд. М.: Металлургия, 1975; Габриелян О.С. Химия. 8 класс: Учебник для
общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2010;
Габриелян О.С. Химия. 9 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2006; Габриелян О.С. Химия. 10 класс. Базовый уровень: Учебник
для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа,
2008; Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Карцова А.А.
Химия: Органическая химия: Учебник для 10 классов общеобразовательных учреждений с углубленным
изучением химии. М.: Просвещение, 2005; Габриелян О.С. Химия. 11 класс. Базовый уровень: Учебник
для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа,
2007; Габриелян О.С., Воскобойникова Н.П., Яшукова А.В. Настольная книга учителя. Химия. 8 класс.
М.: Дрофа, 2002; Габриелян О.С., Остроумов И.Г.
Настольная книга учителя. Химия. 9 класс. М.: Дрофа, 2002; Габриелян О.С., Остроумов И.Г. Химия. 10
класс: Настольная книга учителя. М.: Дрофа, 2004;
Габриелян О.С., Маскаев Ф.Н., Пономарев С.Ю., Теренин В.И. Химия. 10 класс. Профильный уровень: Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2009; Габриелян О.С., Лысова Г.Г., Введенская А.Г.
Химия. 11 класс. Настольная книга учителя. В 2 ч. Ч. II.
М.: Дрофа, 2003; Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное
пособие для вузов. М.: Интеграл-Пресс, 2008; Москаленко Т.А. Химия. М.: Издательство Мир книги, 2007;
Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Занимательные задания
и эффектные опыты по химии. М.: Дрофа, 2002.
го бытия, которая прямо или косвенно не была бы связана с этой наукой. Земледельцев она учит, как защищать от вредителей и удобрять обрабатываемую почву;
военным помогает побеждать врага; врачам – лечить
больных и создавать лекарства; художникам – писать
красивые картины; инженерам, рабочим – выплавлять
металл, делать стекло, керосин, бумагу, сахар и тысячи
других продуктов и материалов. Кстати, большинство
современных красок изготавливаются из темно-бурой
каменноугольной смолы. Множество различных ярких
красок и оттенков получаются из нее благодаря химии;
и кроме того, хотя смола очень неприятно пахнет, из
нее получают ароматические вещества. И та же смола,
благодаря различным химическим реакциям, позволяет производить ценные лекарства и обеззараживающие вещества.
Задания
1. Объясните, что является мельчайшей единицей
любого химического вещества.
2. Представьте схематический рисунок этой частицы и подпишите все ее составные части.
3. Как определить, сколько составных частей будет
в той или иной мельчайшей частице вещества?
4. Как дают названия этим частицам? Приведите
примеры.
5. Изобразите схему строения мельчайшей частицы
одного из самых распространенных веществ на нашей
планете, благодаря которому возможно существование
нас с вами.
ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ
http://wikipedia.org;
http://ximik.biz/zanimatelnaya-himiya/20-elektronnaya-himiya;
http://xistor.ru/weshi.php?p=28;
http://othereal.ru;
http://www.openclass.ru;
http://sev-chem.narod.ru/index.htm;
http://muzey-factov.ru/tag/chemistry;
http://kozdor.ru/odna_stat.php?id=150;
http://www.liveinternet.ru/users/paro-sh/rubric/
1811540;
http://images.yandex.ru;
http://www.ababica.ru/Go/ViewProduct/id=13479;
http://absolute-saratov.ru/articles/polimeri-v-bitu.
html;
http://www.xumuk.ru
Вода и модель ее молекулы
Простые вещества и их свойства
Ситуационная задача № 2*
«Разные металлы по-разному себя ведут»
Возьмите четыре пробирки и в одну из них поместите медь, в другую – цинк, в третью – железо и в
четвертую – магний. Во все четыре пробирки прилейте 2 мл раствора серной кислоты. Внимательно наблюдайте, что происходит в каждой из пробирок.
8 класс
Атомы химических элементов
Ситуационная задача № 1*
«Эта вездесущая химия»
В наше время невозможно обойтись без химии и
без знания ее основ. Нет сферы и отрасли человеческо-
Х ИМИЯ
январь
2015
50
С и туа ц и о н н ы е з а да ч и п о х ими и
3. Где человек применяет кислород?
4. Раскройте особенности строения молекулы кислорода.
5. Предложите возможный сценарий развития нашей планеты, если бы не появились организмы, синтезирующие кислород.
6. Оцените значимость кислорода для промышленного производства металлов.
Лабораторные
пробирки
Соединения химических элементов
Ситуационная задача № 4.
«Съедобный минерал»
Если для химика слово «соль» означает тысячи самых разных соединений, то для неспециалистов лишь
одно – поваренную соль, или хлорид натрия NaCl.
Вкус этой приправы уникален, им не обладает никакое другое вещество! Например, такие соли, как KCl,
NaBr, NaI, имеют отчетливый горьковатый привкус.
Без соли поистине нет жизни. У всех народов она
символ гостеприимства, радушия. Хлебом-солью
встречают самых дорогих гостей. А вот просыпать
соль по древним поверьям означало несчастье: на знаменитой фреске Леонардо да Винчи «Тайная вечеря»
в трапезной монастыря Санта-Мария делле Грацие в
Милане один из апостолов, Иуда Искариот, неловким
движением руки опрокидывает солонку.
Задания
1. Найдите и прочитайте самостоятельно материал
о поваренной соли.
2. Объясните причины такого отношения к поваренной соли.
Задания
1. Расположите указанные металлы в ряд по мере
уменьшения их химической активности при взаимодействии с раствором серной кислоты.
2. Объясните причины того, что разные металлы с
разной скоростью взаимодействуют с раствором серной кислоты.
3. Предложите способ, позволяющий перевозить
раствор серной кислоты на большие расстояния.
4. Раскройте особенности строения атома металла,
который не вступает в химическую реакцию с раствором серной кислоты.
5. Предположите, почему из металла, не вступающего в химическую реакцию с раствором серной кислоты, не изготовляют тару для ее перевозки.
Ситуационная задача № 3.
«Одно из важнейших веществ на планете»
В мире сейчас более четверти миллиарда легковых
автомобилей, каждый из них на тысячу километров
пробега сжигает почти полтонны кислорода, грузовики и автобусы – еще больше. Пассажирский самолет
за час полета расходует до 8 т кислорода. Живые организмы, промышленность, транспорт – все потребляют
кислород, а он не иссякает благодаря растениям нашей
планеты: процентное содержание кислорода в атмосфере пока не изменилось и составляет 21 % от общего объема.
Задания
1. Рассчитайте объем кислорода в 160 л атмосферного воздуха.
2. Почему в атмосфере нашей планеты кислород
присутствует в свободном состоянии?
Солончак Уюни – высохшее соленое озеро в Боливии. Внутренняя часть покрыта слоем поваренной соли толщиной 2—8 м.
Во время сезона дождей солончак покрывается тонким слоем
воды и превращается в самую большую в мире зеркальную
поверхность
3. Предложите способ, позволяющий извлекать поваренную соль из морской воды.
4. Раскройте особенности строения молекулы поваренной соли и составьте схему ее образования.
5. Оцените значимость поваренной соли для физиологических процессов, происходящих внутри нашего
организма.
Кислород – одно из богатств нашей планеты
51
Х ИМИЯ
январь
2015
Х И М И Я В Ш КО Л Е И Д О М А
Ситуационная задача № 5.
«Вода и жизнь»
В теле взрослого человека содержится около 65 %
воды, потеря более 10 % смертельно опасна.
Самая богатая водой ткань человеческого организма, стекловидное тело глаза, содержит 99 % воды, самая бедная – зубная эмаль – 0,2 %.
В условиях умеренного климата человек потребляет в год свыше 300 т воды.
Обработанная ультразвуком вода становится ядовитой потому, что под действием ультразвука в ней образуется пероксид водорода, который убивает живые
клетки.
В водах Мирового океана растворены миллиарды
тонн почти всех элементов, входящих в периодическую систему Д.И.Менделеева.
Задания
1. Объясните причины того, что морская вода не
может быть использована ни в быту, ни в промышленности.
2. Изобразите найденную вами информацию о содержании воды в разных тканях человека графически.
3. Что происходит при обработке природной воды
озоном?
4. Приведите примеры обеззараживания родниковой воды в природных условиях, когда вы находитесь
в походе.
Это соединение образуется в виде мягких
блестящих золотистых
чешуек при нагревании
металлического
олова с серой. При более
высокой температуре
(>520 °С) сусальное золото темнеет – разлагается на SnS и серу.
Сусальным золотом можно
украсить обычное яблоко и
получить елочное украшение
Задания
1. Расставьте степени окисления у элементов в молекуле сусального золота, запишите уравнение химической реакции разложения его при нагревании более
520 °С.
2. Рассчитайте на основании данных из периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева
массовую долю олова в сусальном золоте.
3. Раскройте особенности строения молекулы сусального золота, изобразив ее структурную формулу.
4. Предложите, как можно быстро и просто отличить сусальное золото от настоящего.
5. Оцените значимость открытия и применения сусального золота для развития нашей цивилизации.
Ситуационная задача № 7.
«Разгораясь жарко»
И трещат сухие сучья,
Разгораясь жарко,
Освещая тьму ночную
Далеко и ярко.
И.Суриков
Водопроводная вода. Всегда ли она чистая?
5. Проведите экспертизу состояния водопроводной
воды в вашей квартире.
6. Поясните, для чего природная вода проходит
очистку на водоочистительной станции перед подачей
в водопроводную систему.
Ночной костер
Задания
1. О каком химическом процессе идет речь?
2. Объясните, что происходит с веществами, из которых состоят сучья. Запишите уравнение химической
реакции, предположив, что топливо состоит из чистого углерода.
3. Охарактеризуйте значение этого процесса для
развития нашей цивилизации.
4. Где можно применять данное химическое явление?
Изменения, происходящие с химическими
веществами
Ситуационная задача № 6.
«Сусальное золото»
Для декоративной отделки дешевых деревянных и
гипсовых изделий, имитирующей золото, используют сусальное золото – краску, содержащую сульфид
олова(IV) SnS2.
Х ИМИЯ
январь
2015
52
С и туа ц и о н н ы е з а да ч и п о х ими и
Ситуационная задача № 8*.
«Превращение меди»
А если медь в печи нагреть,
То станет тяжелее медь
С окалиною вместе.
Не верите – так взвесьте.
Е.Ефимовский
Задания
1. С каким веществом взаимодействует медь? Что
представляет собой окалина?
2. Запишите уравнение химической реакции, указанной в четверостишии.
3. Найдите материал и приготовьте краткое сообщение о веке в истории нашей цивилизации, названном в честь указанного металла.
для этого всего пара чайных ложек воды да щепотка
питьевой соды – гидрокарбоната натрия (кстати, ее
можно отмерить и на кончике ножа). Раствор набирают в пипетку и проводят сеансы закапывания с периодичностью 3–4 раза в день. Поскольку сода подсушивает слизистую оболочку, то злоупотреблять таким
средством тоже не стоит.
Задания
1. Запишите химическую формулу указанного вещества.
2. Какое еще название в быту имеет питьевая сода?
3. Как происходит процесс диссоциации данного
вещества в воде?
4. Запишите уравнение диссоциации питьевой
соды.
5. Предположите, на чем основано лечебное действие питьевой соды.
Ситуационная задача № 10.
«Опять питьевая сода»
Как обезболивающее
средство раствор, приготовленный из обычной питьевой соды, применяется при язвенной
болезни желудка. Но в
данном случае он может оказаться «палкой
о двух концах». Медики
свидетельствуют, что он
реально помогает снять
болевые симптомы и
дискомфорт, но если болезнь не лечить, а только
«заливать» ее каждый Фастфуд способствует
раз содовым раство- возникновению изжоги, а от
ром, то можно только нее недалеко и до язвенной
болезни желудка
спровоцировать более
интенсивное выделение кислоты. В общем, здесь сода
приемлема лишь как крайняя мера, когда ничего другого
предпринять просто невозможно.
Задания
1. На каком химическом процессе основано обезболивающее действие питьевой соды при язвенной болезни желудка?
2. Какая кислота находится в желудке? Запишите ее
химическую формулу.
3. Запишите уравнение химической реакции, происходящей в желудке, с точки зрения теории электролитической диссоциации.
4. Что, по-вашему, нужно сделать, если появляются
признаки язвенной болезни желудка?
5. Составьте сообщение на две-три минуты по вопросу о правильном питании, с которым вы можете
выступить перед учениками начальных классов.
Печатается с продолжением.
Тиснение на синей латуни (сплав на основе меди): животные
4. Где сегодня находит применение медь?
Растворы. Растворение
Ситуационная задача № 9.
«Это тоже лечебное средство»
Если вам необходимо вылечить насморк за
один день, то не стоит
спешить с покупкой широко разрекламированных препаратов – ведь
самые настоящие «капли» можно приготовить
и в домашних условиях, получится дешево и
сердито. И потребуется
Домашние капли от
насморка на основе
питьевой соды – помощник
при простуде
53
Х ИМИЯ
январь
2015
Ш КО Л А : В Р Е М Я Р Е Ф О Р М
ХИМИЯ. МЕТАПРЕДМЕТНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ
Диагностика в проектной
и исследовательской
деятельности
А.А.ЖУРИН,
Н.А.ЗАГРАНИЧНАЯ
«Как полноправные и обязательные компоненты школьного химического образования сегодня рассматриваются не только традиционные
предметные знания и умения, но и личностные, и метапредметные результаты обучения». К цитате из пособия, выпущенного в издательстве «Вако», можно добавить, что метапредметные результаты особенно заметны при применении метода проектов. В публикуемом
материале приведено обсуждение способов оценки этих результатов.
Особенности предложенных авторами оценочных средств более подробно можно изучить при чтении цитируемого пособия.
им роль. Есть несколько причин этого явления. Первую
причину мы видим в том, что применяемые в различных случаях критерии не соответствуют видам деятельности, составляющим метапредметные результаты
обучения, и даже вообще не являются видами деятельности ученика. Например, на одном из конкурсов [1] использовались следующие критерии оценивания:
• важность темы проекта;
• глубина исследования проблемы;
• оригинальность предложенных решений;
• качество выполнения продукта;
• убедительность презентации.
Данные критерии не сопровождаются дескрипторами, да и вряд ли они могут быть описаны терминами,
обозначающими конкретные действия ученика. Поэтому оценивание в данном случае не будет эффективным
и объективным, понятным всем участникам этого конкурса.
В качестве второй причины можно указать, что авторы пособий применяют дескрипторы, многие из которых носят слишком обобщенный, неконкретный характер, что делает оценивание субъективным.
Так, в пособии [1] для оценивания учебных проектов рекомендовано несколько критериев, среди которых
можно встретить, например, и критерий, представленный в таблице*.
В другом методическом пособии [2], напротив,
слишком детализировали показатели критериев. Это, на
наш взгляд, затрудняет их использование учителем для
оценивания проектной деятельности каждого отдельного ученика.
Анализ способов оценки, применяемых различными
авторами, приводит к выводу о необходимости разработки
не только специальных критериев оценивания на основе
Оценка учебных результатов является эффективным инструментом обратной связи и управления
деятельностью, если она объективна и соответствует
поставленным целям. Особенно важно учитывать эти
требования при оценивании проектных или исследовательских работ учащихся. Положительной оценки достоин любой достигнутый учеником результат в проектировании. Что чаще всего и наблюдается на практике.
Однако дидактическая цель педагога, организующего
работу своих учеников над проектами, – формирование
у школьников универсальных общеучебных умений.
Поэтому оценивание уровня освоения умений проектной и исследовательской деятельности и, следовательно, достигнутых метапредметных результатов должно
являться неотъемлемой частью работы учителя – руководителя проекта.
Таким образом, при оценке проектной деятельности
объектом оценки становятся уровни достижения метапредметных результатов учащимися.
Критериальное оценивание, формируя внутренний
эталон работы, способствует развитию адекватной самооценки учащихся. Фактически весь перечень критериев с соответствующими дескрипторами является для
ученика подробной инструкцией по работе над проектом. Знакомясь с критериями, ученик видит, какой должна быть предстоящая работа, какие шаги нужно предпринять, чтобы добиться нужного результата. Он может
самостоятельно контролировать процесс и оценивать
свою работу, своевременно вносить коррективы.
Критериальное оценивание делает этот процесс
прозрачным и понятным для всех участников. Ученик
перестает чувствовать себя заложником не зависящих
от него обстоятельств, что, в совокупности с другими
особенностями проектной деятельности, значительно
снижает школьную тревожность и повышает учебную
мотивацию.
Однако на практике применяемые критерии оценивания не всегда выполняют теоретически отведенную
Х ИМИЯ
январь
2015
* Более подробный перечень критериев из упомянутых здесь
пособий [1] и [2] см. в пособии: Журин А.А., Заграничная Н.А.
Химия. Метапредметные результаты обучения. М.: Вако, 2014,
с. 145–146. – Прим. ред.
54
Ди аг н о стика в п ро е кт н о й и и с сл е д о вател ь с ко й д е я тел ь ности
Субъектами оценки могут выступать руководитель
проекта, другие педагоги и учащиеся. Оценивание рабочих листов дневника проектной деятельности проводит только руководитель проекта.
Продукт, полученный учащимся, не является объектом оценки, поскольку его качество очень опосредованно указывает на уровень сформированности общих
учебных умений в целом. Вместе с тем факт получения
учащимся продукта является обязательным для осуществления оценки. Проводить оценку на основании
наблюдения за процессом проектирования, за работой
каждого учащегося в группе и на консультациях необходимо с момента начала работы над проектом, тогда как
другие аспекты могут быть оценены лишь по завершении проекта, т.е. после получения продукта.
В ходе опытно-экспериментальной работы, проведенной в лаборатории дидактики химии ИСМО, оценивание проектов учащихся осуществлялось при помощи
специально разработанных средств диагностики метапредметных результатов проектной деятельности.
Работа учащегося над проектом фиксируется, начиная с поисково-ориентационного этапа и заканчивая
оценкой результатов, в дневнике проекта и в журнале
руководителя проекта…
Разделы дневника соответствуют этапам проектирования и отражают особенности проектной деятельности
при изучении химии. Рабочие листы каждого из разделов задают последовательность действий учащегося и
тем самым помогают ему освоить алгоритмы проектной
деятельности. Оценивание с помощью рабочих листов
встраивается в ход работы учащегося над проектом. Такое оценивание является аутентичным, т.е. естественным,
не нарушающим процесс деятельности. Рабочие листы
дневника должны быть технологичны. Их структура организует работу учащегося в соответствии с планируемыми критериями и представляет полученные результаты в
определенной форме, позволяющей провести оценочное
сравнение с эталоном. Выполняя необходимые действия,
учащийся заполняет таблицы, записывает ответы, формулирует выводы и т.д. По этим записям (показателям) учитель может установить соответствие результатов работы
ученика установленным критериям. Каждый рабочий
лист сопровождается пояснениями по заполнению и критериями оценивания, которые могут быть приведены в
журнале руководителя проекта или в методических рекомендациях на различных носителях информации. Критерии включают дескрипторы (показатели), которые последовательно описывают действия учащегося для достижения запланированного результата. По каждому критерию
учащийся получает определенное количество баллов.
Организованная таким образом работа над проектом
позволяет учащемуся освоить, а учителю – объективно
оценить уровень освоения метапредметных умений*.
Таблица
Критерий «Анализ хода работы,
выводы и перспективы» (максимум 3 балла)
№
Действия учащегося (дескрипторы) Баллы
п/п
Не предприняты попытки проана1
0
лизировать ход и результат работы
Анализ заменен кратким описанием
2
1
хода и порядка работы
Представлен развернутый обзор
3
работы по достижению целей, заяв2
ленных в проекте
Представлен исчерпывающий анализ ситуаций, складывавшихся в
4
ходе работы, сделаны необходимые
3
выводы, намечены перспективы работы
действий ученика, но и инструментария, позволяющего
эти действия зафиксировать и диагностировать. Критериальное оценивание позволяет определить, насколько достигнутые результаты ученика отвечают поставленным
дидактическим целям и соответствуют ли вновь полученные знания и умения учащихся заранее планировавшимся метапредметным результатам обучения.
Учитель может оценить уровень достижения метапредметных результатов на основании выявления
уровня сформированности общеучебных умений, соответствующих деятельности по решению проблем (поскольку обязательным является решение учащимся собственных проблем средствами проекта), а также информационной и коммуникативной деятельности. Для этого
в названных видах деятельности выделяются и конкретизируются обобщенные умения, которые диагностируются и оцениваются посредством специальных средств:
рабочих листов в дневнике (портфолио) проекта ученика, листов наблюдений в журнале руководителя проекта
или исследования. Этот инструментарий может быть
использован не только для диагностики результатов обучения, но и для формирования и совершенствования
умений в течение всего учебного периода.
Объектами оценки являются работа учащегося по
заполнению рабочих листов в дневнике, презентация
продукта, консультации, а также работа в группе.
Освоение разных способов деятельности диагностируется различными оценочными средствами. Уровень
сформированности умений по решению проблем может
быть определен через оценку рабочих листов дневника проекта (необходимый атрибут проектной деятельности учащегося, отражающий работу над проектом
с этапа замысла до этапа оценки результатов). Оценка
уровня сформированности умений информационной
деятельности осуществляется на основе зафиксированных в журнале руководителя результатов наблюдения
учителя на консультациях. Сформированность умений
коммуникативной деятельности оценивается на основе
результатов наблюдения учителя за работой в группах
(аспект продуктивной коммуникации); наблюдения экспертов за презентацией (аспект устной коммуникации);
оценки письменной части проекта (это может быть как
итоговый, так и промежуточный продукт проектной деятельности) по соответствующим критериям.
ЛИТЕРАТУРА
1. Поливанова К.Н. Проектная деятельность школьников: пособие для учителя. М.: Просвещение, 2008.
2. Рубинштейн С.Л. Проблемы общей психологии.
М.: Педагогика, 1973.
* Рекомендации по заполнению рабочих и оценочных
листов, критерии оценивания проделанной работы см. в
пособии: Журин А.А., Заграничная Н.А. Химия. Метапредметные
результаты обучения. М.: Вако, 2014. – Прим. ред.
55
Х ИМИЯ
январь
2015
ТВОРЧЕСТВО ЮНЫХ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
Исследование содержания
витамина Р в различных
сортах чая
Д.ПОТАПКИН,
учащийся 8 класса;
научный руководитель –
Е.Ф.ФЕДОРОВ,
к. биол. н.,
учитель химии,
средняя школа № 31,
г. Ишим, Тюменская обл.
Материал сопровождается
презентацией, размещенной
на сайте www.1september.ru
в вашем Личном кабинете.
В качестве обмена опытом предлагается научно-исследовательская работа обучающегося 8-го класса Потапкина Дмитрия,
посвященная качественному определению витамина Р в составе чая. Это первые шаги школьника в области аналитической
химии. Данное исследование было отмечено Дипломом первой степени за лучшую творческую работу по химии с вручением памятной медали на XII Российской выставке (соревновании)
юных исследователей «Шаг в будущее. Юниор» Российской научно-социальной программы для молодежи и школьников «Шаг
в будущее». Выставка проходила 14–16 апреля 2014 г. в г. Челябинск на базе Южно-Уральского государственного университета. Кроме того, Дмитрий с данным исследованием неоднократно
становился победителем и призером городских и региональных
конференций по химии и экологии.
ВВЕДЕНИЕ
кой небольшого размера (200–250 мл). В домашнем
чаепитии кое-где сохраняется традиция переливания
горячего чая из чашки в блюдце и питья из него. В повседневной жизни чай пьют из любой подходящей
по размеру и привычной посуды: из чашек, стаканов,
кружек. На железных дорогах сохранился обычай подавать чай в стеклянном стакане, установленном в подстаканник.
Особенностью русского чаепития, сохраняющейся
и поныне, является двухчайниковая заварка: чай заваривают в небольшом чайнике гораздо крепче, чем его
пьют, – в чайнике объемом около полулитра заваривается количество сухого чая, достаточное для нескольких человек. Концентрированную заварку разбавляют
кипятком непосредственно при розливе по чашкам,
регулируя крепость напитка по вкусу. Иногда после
однократного розлива заварку повторно заливают кипятком и настаивают, но не более одного раза.
Хотя употребление чая в России, в отличие от японцев или англичан, не сопровождается формализованным церемониалом, к XIX в. сложились свои особенности этикета употребления чая, большинство из которых сейчас уже забыты. Например, гость, выпив одну
чашку чая, должен был отказываться от следующей,
пока хозяйка несколько раз не попросит его продолжить чаепитие.
Сохранившейся традицией остается традиция наливать гостю полную чашку чая. Это означает, что
Традиции, связанные с чаем в России
Считается, что в России предпочитают некрепкий
черный чай (советская норма закладки чая для предприятий общественного питания составляла 4 г на литр).
В России чай пьют обычно после трапезы, а иногда отдельно от нее, к чаю подают выпечку или кондитерские
изделия – таким образом, чай заменяет десерт. В зависимости от индивидуальных вкусов к чаю может добавляться сахар, лимон или лимонный сок (выдавленный из разрезанного лимона непосредственно в чашку), мед, варенье. Варенье обычно едят с чаем вприкуску либо намазывают на хлеб, реже – кладут непосредственно в чай. Мед также может намазываться на белый
хлеб или использоваться как добавка в чай, заменяющая
сахар. Иногда чай пьют с молоком или сливками.
Традиционно в России воду для чая кипятили в самоваре, способном долго сохранять воду горячей, а
также подогревать заварочный чайник для лучшей
экстракции чая. Однако в настоящее время самовары
(в основном электрические) очень редки, обычно воду
кипятят на плите в металлическом чайнике либо используют электрочайник. Впрочем, производство самоваров (в том числе и дровяных) в России сохраняется, главным образом как сувенирной продукции.
Для торжественных и формальных чаепитий подаются фарфоровые или фаянсовые чайные пáры с чаш-
Х ИМИЯ
январь
2015
56
Исс ледо ван ие с о д ержа н и я в и та м и н а Р в ра з л и ч н ы х с о ртах ч ая
хозяин не хочет, чтобы гость быстро уходил. Впрочем, с распространением традиции пить чай большими (иногда до полулитра) чашками – перед тем, как
налить такую чашку полной, у гостя интересуются,
сколько ему наливать.
По данным ассоциации «Росчайкофе», российский чайный рынок – четвертый по абсолютному
объему потребления после Китая, Индии и Турции и
первый по объему импорта, составляющего в разные
годы 160–180 тыс. т в год (из них около 10 тыс. т реэкспортируются в страны СНГ). За первое десятилетие XXI в. число чаеторговых компаний сильно сократилось и составляет порядка 70, из которых лишь
четыре – крупные, контролирующие в совокупности
более 70 % рынка: Unilever (Lipton, Brook Bond, «Беседа»), «Май» («Майский», «Лисма» и Curtis), «Орими
Трэйд» (Greenfield, Тess, «Принцессы»), СДС-ФУДС
(Ahmad). Средние и мелкие компании ориентированы
на закупку либо самого дешевого чая, либо, наоборот,
чая премиум-класса. Российский рынок – самый развитый в мире по качеству потребления, нигде более
нет такого разнообразия марок чая [1].
других технологических операций, но они дают продукт худшего качества из-за сложности контроля над
ними). Лист окисляется почти полностью (на 80 %).
В сухом виде такой чай имеет темно-коричневый или
почти черный цвет. Его настой – от оранжевого до темно-красного. В аромате могут выделяться цветочные
или медовые нотки, вкус характерный, терпкий, не
горчит. Прочие чаи находятся по степени окисления
между черным и зеленым, либо выделяются какими-то
технологическими особенностями приготовления. Все
нижеперечисленные виды чаев производятся, в основном, в Китае или на Тайване.
• Белый чай – чай из типсов (нераспустившихся
чайных почек) и молодых листьев, прошедший минимальное количество стадий обработки в процессе
производства, обычно только завяливание и сушку.
Среди белых чаев есть чисто типсовые и приготовляемые из смеси типсов и листов. В сухом виде имеет
светлый, желтоватый цвет. Поскольку листья не подвергаются скручиванию, чаинки достаточно крупные
и легкие, в воде они быстро раскрываются. Настой
желто-зеленоватый, более темный, чем настой зеленых чаев. Настой имеет цветочный аромат, сладковатый вкус и оставляет приятное, сладковатое послевкусие. Белый чай очень чувствителен к режиму
заваривания.
• Улун (англ. oolong), в России встречается наименование «красный чай», в Китае его иногда называют
«бирюзовым» или «сине-зеленым»), окисление продолжается от двух до трех дней, достигая 30–70 %.
Внешний вид и характеристики улунов сильно зависят
от технологии и конкретной степени окисления, но все
улуны имеют очень характерный вкус, который не позволяет спутать их с другими видами чаев.
Классификация чая
Внешний вид, аромат, вкус настоя и прочие характеристики чая в значительной степени определяются
тем, насколько долго и в каком режиме проводится
ферментативное окисление чайного листа перед окончательной сушкой.
Выделяются следующие категории чая, в зависимости от степени окисления:
• Зеленый чай (англ. green) – неокисленный или
слабо окисленный (наименование «зеленый» он имеет
во всех классификациях). Листья предварительно фиксируются паром температуры 170–180 °C (необязательно); окисление либо вообще не проводится, либо
продолжается не более двух дней, после чего принудительно прекращается нагревом. В итоге чай окислен на
3–12 %. В сухом виде он имеет зеленый цвет (от салатового до темно-зеленого, в зависимости от особенностей изготовления), настой – неяркого желтоватого или
зеленоватого цвета, в аромате отчетливо выделяется
«травяная» нотка (может быть похож на запах сухого
сена), вкус терпкий, может быть чуть сладковатым (но
не горьким – горчат только низкокачественные или неправильно заваренные чаи, в частности, перестоявший
зеленый чай). По литературным данным, именно в зеленом чае должно сохраняться максимальное количество витамина Р.
• Черный чай (англ. black) – сильно окисленный;
(наименование «черный» – европейское, применяется
также в Америке, Индии и Шри-Ланке; в Китае и других странах Юго-Восточной Азии такой чай называется «красным». Листья проходят длительное окисление, от двух недель до месяца (существуют укороченные процессы, когда чай окисляется с применением
Витамин Р и организм человека
Появляется достаточно актуальный вопрос о составе тех сортов чая, которые употребляются населением. И особую важность приобретает количество в
чае витамина Р, т.к. он является биологически активным веществом, которое нормализует проницаемость
капилляров и способствует снижению проницаемости сосудистой стенки, повышая ее прочность. Витамин Р в организме самостоятельно не синтезируется,
он должен попадать внутрь с пищей и, в частности, с
чаем.
Витамин Р, кроме чая, содержится в лимонах и
апельсинах, абрикосах, смородине, перце, гречке,
грецких орехах, капусте, салате, винограде, руте, шиповнике и малине. Суточная потребность взрослого
человека в витамине Р – 25–50 мг. Признаки нехватки
этого витамина – кровоизлияния в сетчатке глаз, боли
в ногах при ходьбе, боли в плечах, быстрая утомляемость, спонтанные кровоизлияния, синюшный оттенок кожи, развитие угревой сыпи, выпадение волос;
кровоточивость десен [2].
57
Х ИМИЯ
январь
2015
ТВОРЧЕСТВО ЮНЫХ
Целью исследования является количественное
определение содержания витамина Р в различных сортах чая, находящихся в свободной розничной продаже.
Задачи исследования.
1. Выявить сорта чая, имеющие в составе наибольшее и наименьшее количество витамина Р.
2. Определить зависимость содержания витамина
Р от способа упаковки (листовой чай, пакетированный
или готовый холодный пастеризованный чай) и сорта
чая.
3. Рекомендовать рядовому потребителю определенные сорта и виды чая к употреблению в качестве
профилактического напитка.
В качестве объектов исследования использовались
следующие сорта чая:
1) чай «Tess» черный;
2) чай «Embilian» черный;
3) чай «Lipton» белый;
4) чай «Черный дракон» улун;
5) чай «Greenfield» черный (ароматизированный
лимоном);
6) чай «Зеленый дракон» зеленый;
7) чай «Белая обезьяна» зеленый;
8) чай «Greenfield» зеленый;
9) чай «Майский» черный;
10) чай «Brooke Bond» черный;
11) негазированный безалкогольный напиток со
вкусом лимона чай «Нести»;
12) напиток безалкогольный негазированный на
растительном сырье «Холодный зеленый чай “Липтон”»;
13) Напиток безалкогольный негазированный на
растительном сырье «Холодный зеленый чай “Липтон” со вкусом лимона».
Предметом исследования выступает количество
витамина Р в отобранных образцах чая.
Гипотеза исследования. Сорта зеленого листового
чая являются наиболее полезными для употребления в
пищу из-за высокого содержания витамина Р.
МЕТОДИКА
метки той же водой. Затем 1 г индигокармина растирают в фарфоровой ступке и растворяют в 50 мл концентрированный серной кислоты. Раствор переносят в
мерную колбу емкостью 1 л и доводят водой до метки,
затем фильтруют через бумажный складчатый фильтр.
Хранят в холодном месте в склянке из темного стекла;
срок годности этого раствора – не более 10 дней.
Навеску чая массой 0,6 г переносят в коническую
колбу, заливают 200 мл кипящей воды, колбу закрывают и охлаждают. Измеряют общий объем водного экстракта.
Водные экстракты из листьев чая
В большую стеклянную чашку наливают 500 мл
дистиллированной воды, 25 мл раствора индигокармина и 10 мл водного экстракта из листьев чая (пипеткой). Раствор в чашке, окрашенный в синий цвет,
титруют раствором марганцовокислого калия до появления желтого окрашивания. Раствор KMnO4 прибавляют небольшими порциями, все время перемешивая
жидкость в чашке стеклянной палочкой. Под титрованием мы понимаем методы количественного анализа в
химии, основанные на измерении объема раствора реактива точно известной концентрации, расходуемого
ИССЛЕДОВАНИЯ
В листьях чая витамин Р представлен чайным таннином.
Оборудование и реактивы. Бюретка, набор плоскодонных колб и стаканчиков различной емкости;
чай, подлежащий анализу, марганцовокислый калий,
индигокармин, концентрированная серная кислота и
дистиллированная вода.
Методика исследования была заимствована из
пособия: Д.К.Шапиро «Практикум по биологической
химии» [3]. Кроме того, методика полностью соответствует ГОСТ 19885-74 [4].
Марганцовокислый калий массой 3,16 г растворяют в прокипяченной и остуженной дистиллированной
воде в мерной колбе емкостью 1 л; раствор доводят до
Х ИМИЯ
январь
2015
Подготовка к опыту раствора индигокармина
58
Исследо ван ие с о д ержа н и я в и та м и н а Р в ра з л и ч н ы х со ртах ч ая
Таблица
Содержание витамина Р в исследованных сортах чая
№
п/п
Название чая
Содержание
витамина Р на
100 г продукта,
мг%
1
Чай «Tess» черный
24
2
Чай «Embilian» черный
27
3
Чай «Lipton» белый (пакетированный)
26
4
Чай «Черный дракон» улун
27
Рабочий момент: подготовка раствора к титрованию
раствором KMnO4
5
Чай «Greenfield» черный
(ароматизированный лимоном)
33
для реакции с определяемым веществом. Титрантом в
нашем случае выступает раствор перманганата калия.
Одновременно в данной работе проводят контрольный опыт: в чашку наливают 500 мл дистиллированной воды, 25 мл раствора индигокармина и титруют
раствором перманганата калия. Опытное и контрольное титрование повторялось по 3 раза [2, 5, 6].
Суммарное содержание витамина Р в чае х (в миллиграмм-процентах) вычислялось по формуле:
6
Чай «Зеленый дракон» зеленый (пакетированный)
36
7
Чай «Белая обезьяна» зеленый
34
8
Чай «Greenfield» зеленый
(пакетированный)
34
9
Чай «Майский» черный
(пакетированный)
28
10
Чай «Brooke Bond» черный
(пакетированный)
26
11
Негазированный безалкогольный напиток со вкусом
лимона чай «Нести» черный
36
12
Напиток безалкогольный
негазированный на растительном сырье «Холодный
зеленый чай “Липтон”»
35
13
Напиток безалкогольный
негазированный на растительном сырье «Холодный
зеленый чай “Липтон” со
вкусом лимона»
38
(a − b) ⋅ K ⋅ 0, 0064 ⋅V1 ⋅100
x=
,
d ⋅V2
где а – количество раствора KMnO4, израсходованное
на титрование опытного раствора, мл; b – то же для
контрольного опыта; K – поправка на титр 0,1 н. раствора KMnO4; 0,0064 – количество чайного витамина
Р, окисляемое 1 мл 0,1 н. раствора KMnO4, г; V1 – общий объем водного экстракта из листьев чая, мл; V2 –
количество водного экстракта, взятое для титрования,
мл; d – навеска чая, г.
Миллиграмм-процент (мг %) в данном исследовании определяется как количество миллиграммов (мг)
витамина Р, содержащееся в 100 г исследуемого чая.
Р Е З У Л ЬТ А Т Ы
ОБСУЖДЕНИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Результаты исследования позволяют говорить о
том, что содержание витамина Р в исследованных образцах чая варьируется от 24 мг% (чай «Tess» черный)
до 38 мг% (напиток безалкогольный негазированный
на растительном сырье «Холодный зеленый чай “Липтон” со вкусом лимона»). Итоги исследования представлены в таблице.
Среднее значение количества витамина Р в черных
чаях из исследованной выборки составляет 27,6 мг%
(кроме напитков). В зеленых чаях – 34,6 мг% (кроме напитков). Белый чай – 26 мг%. Улун – 27 мг%.
В негазированных безалкогольных напитках-чаях –
36,3 мг%.
Анализируя результаты исследования, можно прийти к неожиданным выводам. Прежде всего, в напитках в алюминиевых банках и пластиковых бутылках
«Липтон Чай», «Нести Чай» – самый высокий уровень концентрации витамина Р – до 38 мг%. В составе
всех этих напитков присутствует экстракт чая, но не
указана его концентрация. Можно предположить, что
экстракт чая в них находится в большем объеме, что
и определяет такие высокие значения концентрации
витамина Р. Дополнительная добавка в виде лимона
повышает содержание витамина на 3 мг% по сравнению с зеленым чаем «Липтон». Таким образом можно
предположить, что в данных напитках используются
59
Х ИМИЯ
январь
2015
ТВОРЧЕСТВО ЮНЫХ
ВЫВОДЫ
По итогам исследования можно сделать следующие выводы.
1. Наиболее насыщены витамином Р следующие
сорта чая: «Белая обезьяна» зеленый, «Greenfield»
зеленый (пакетированный), «Зеленый дракон» зеленый (пакетированный), «Greenfield» черный (ароматизированный лимоном) и все исследованные безалкогольные чайные напитки. Наименьшее количество
витамина зафиксировано в чае «Tess» черный. Небольшие количества витамина имеют сорта чая улун
и белый.
2. Пакетированные чаи лучше сохраняют полезные
вещества, чем листовые. Чтобы получить от листовых
сортов чая максимальный полезный эффект, необходимо использовать вскрытую упаковку в течение 2–3
дней. В противном случае внешнее воздействие может
уменьшить количество полезных веществ. Напитки
безалкогольные негазированные на растительном сырье «Нести» и «Липтон» имеют большое количество
витамина Р по причине наличия концентрированного
экстракта чая. Кроме того, вполне возможно, что в
процессе приготовления напитка на фабрике чай не
доводят до кипения, что дополнительно сохраняет
какую-то часть витаминов.
Представление результатов исследования
натуральные компоненты. Кроме того, методика производства готовых чаев, очевидно, предусматривает
заваривание горячей водой, а не кипятком, что не дает
витамину Р разрушиться.
На втором месте по уровню содержания витамина
Р находятся зеленые чаи. Особо стоит отметить, что
наивысшие значения концентрации витамина зафиксированы у пакетированных зеленых чаев – «Зеленый
дракон» (36 мг%) и «Greenfield» (34 мг%). Возможно,
причиной является то, что пакетики чая имеют оболочку, которая частично их защищает от внешних
воздействий. Многие сорта чая имеют герметичные
индивидуальные саше, которые вообще не допускают
какого-либо внешнего воздействия. Поэтому для здорового питания вполне можно рекомендовать пакетированные сорта чая, так как они, предположительно,
лучше сохраняют витамин Р.
Зеленый чай «Белая обезьяна» имеет в своем составе 34 мг%. Это листовой чай, в котором после вскрытия герметичной упаковки витамины будут сохраняться недолго. Наличие лимона в черном листовом чае
«Greenfield» объясняет высокое для ферментированных сортов количество витамина Р – до 33 мг%.
Наименьшее количество витамина Р обнаружено
в ходе исследования в таких сортах черного чая, как
«Tess» и «Embilian». Это листовые сорта, и они также
после вскрытия упаковки быстро теряют ценные витамины. Вообще черные сорта чая – это глубоко ферментированные продукты, которые долгое время окислялись. Поэтому и количество полезных веществ в них,
по сравнению с зеленым чаем, минимально. Пакетированные сорта черного чая «Brooke Bond» и «Майский»
имеют большее содержание витамина Р по сравнению
с листовыми сортами. Ситуация объясняется так же,
как и в случае с зелеными чаями.
Промежуточное значение по концентрации витамина Р имеют белый чай и улун. Здесь свою роль играет время ферментирования, которое занимает промежуточное положение между зеленым чаем и черным.
Результаты исследования позволяют говорить о
том, что первоначальная гипотеза подтвердилась.
Х ИМИЯ
январь
2015
Фотографии предоставлены авторами.
Р Е КО М Е Н Д А Ц И И
В качестве рекомендации для профилактики авитаминоза потребителям рекомендуется употреблять пакетированные сорта зеленого и черного чая в индивидуальных герметичных саше. Листовые сорта чая после вскрытия упаковки нужно использовать в питании
как можно скорее.
Для рекомендации употребления напитков «Нести» и «Липтон» в целях профилактики необходимо
провести дополнительные исследования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Инкижинова С. Экспертный чай из России. Эксперт, 2010, № 45 (729), 15 ноября, с. 45–56.
2. Методическое руководство по определению витаминов. Под ред. Б.А.Лаврова. М.: Медгиз, 1960.
3. Шапиро Д.К. Практикум по биологической химии. Под ред. академика АН БССР А.С.Вечера. Минск:
Вышэйш. школа, 1976.
4. Межгосударственный стандарт. ГОСТ 19885-74.
Чай. Определение содержания таннина и кофеина. М.:
Издательство стандартов, 1974.
5. Нестерова Е.А. Методы определения витаминов
в кормах. М.: Колос, 1968.
6. Вершинин В.И., Власова И.В., Никифорова И.А.
Основы аналитической химии: Учебное пособие.
Омск: Изд-во ОмГУ, 2007.
60
РЕКЛАМА
61
Х ИМИЯ
январь
2015
П е д а го гич е с к ий у н ив е р с итет
«Первое сентября»
Лицензия Департамента образования г. Москвы 77 № 000349, рег. № 027477 от 15.09.2010
ДИСТАНЦИОННЫЕ КУРСЫ
ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ
(с учетом требований ФГОС)
До 15 января производится прием заявок на второй поток 2014/15 учебного года
образовательные программы:
НОРМАТИВНЫЙ СРОК ОСВОЕНИЯ – 108 УЧЕБНЫХ ЧАСОВ
Стоимость – 3990 руб.
НОРМАТИВНЫЙ СРОК ОСВОЕНИЯ – 72 УЧЕБНЫХ ЧАСА
Стоимость – 3390 руб.
По окончании выдается удостоверение о повышении квалификации
установленного образца
Перечень курсов и подробности – на сайте
edu.1september.ru
Пожалуйста, обратите внимание:
заявки на обучение подаются только из Личного кабинета,
который можно открыть на любом сайте портала www.1september.ru
Х ИМИЯ
январь
2015
62
и з д а т е л ь с к и й
д о м
2015 год
Новая эра сотрудничества в образовании —
новые горизонты для учителей России
«Просвещение»
и «Первое сентября» —
стратегические партнеры
Два крупнейших издательства — учебного книгоиздания
и учебной периодики — объединяют усилия для разработки
и продвижения электронных учебников второго поколения.
Апробация учебников — на сайте «Просвещения» и в рамках
общероссийского проекта «Школа цифрового века».
Участвуйте!
prosv.ru
digital.1september.ru
63
Х ИМИЯ
январь
2015
Виталий Григорьевич
Хлопин
(1890–1950)
Русский, советский
радиохимик
В
италий Григорьевич Хлопин родился в образованной семье – его отец
был видным медиком, профессором гигиены, членом Лондонского
королевского санитарного института; мать закончила Высшие женские
курсы в Петербурге, в дореволюционное время занималась журналистикой и благотворительностью. Хлопин после окончания гимназии (1908) и
химического факультета Геттингенского университета (1911) за год прошел недостающие курсы и получил и диплом с отличием в Санкт-Петербургском университете (1911–1912). Еще в студенческие годы отец начал привлекать его к
научной работе в химической лаборатории Клинического института, где работал
сам, а после окончания университета профессор Л.А.Чугаев обратил внимание
на способного юношу, поручив ему исследования в области, которой занимался
сам, – получение и изучение комплексных соединений платины и ряда других
металлов. Эти работы получили и прикладное значение – в годы Первой мировой войны Хлопин по заданию Химического комитета разработал методику получения чистой платины из русского сырья.
Однако дальнейшую научную судьбу ученого определила его встреча в
1915 г. с академиком В.И.Вернадским, оценившим раньше других в России значение открытия явления радиоактивности и с 1909 г. начавшим исследования
радиоактивных минералов и пород. К этим работам он привлек и Хлопина, который с 1915 г. стал ведущим специалистом Радиологической лаборатории, организованной Вернадским. Одной из первых задач Хлопина в этой области стало
получение чистого радия (он требовался для исследований), а также разработка
промышленных методов его извлечения из руд. Уже в 1918 г. 28-летний Хлопин
был назначен от Академии наук уполномоченным по организации радиевого
завода, для которого разработал ряд технологий: методику обогащения сырья,
несколько методов осуществления дробной кристаллизации солей бария–радия
и т.п.
Исследования Хлопина в области радиохимии весьма обширны и включают
несколько направлений: технология радия, химия радиоэлементов и прикладная радиохимия, геохимия радиоэлементов и благородных газов, аналитическая химия. В 1924 г. им была создана общая теория процесса дробной кристаллизации, позволившая значительно облегчить технологический процесс.
При изучении дробной кристаллизации, которая используется для выделения
радиоэлементов, им было доказано, что этот процесс подчиняется закону распределения вещества между двумя несмешивающимися фазами (закон Хлопина). В области аналитической химии им было разработано несколько приборов
и методов (в частности, приборы оперативной оценки суммы гелия и неона в
газовых смесях; количественный метод отделения четырехвалентного урана от
шестивалентного, метод определения малых количеств иридия в присутствии
платины и др.).
С 1924 г. Хлопин начал читать в университете первый в нашей стране курс по
радиоактивности и химии радиоэлементов.
Для централизации исследований в области радиоактивности и радиоэлементов в Петрограде в 1921 г. был основан Радиевый институт, у истоков которого стояли Вернадский и Хлопин. Виталий Григорьевич возглавлял здесь радиохимическую лабораторию, был заместителем директора, а с 1936 г. – директором
института. После кончины ученого его имя было присвоено Радиевому институту,
и доныне являющемуся одним из главных научных учреждений страны в этой
области.
26 января – 125 лет со дня рождения академика В.Г.Хлопина.
ХИМИЯ
him.1september.ru Подписка на сайте www.1september.ru или по каталогу «Почта России» – 79151 (бумажная версия), 12765 (CD-версия)
Документ
Категория
Журналы и газеты
Просмотров
1 168
Размер файла
11 867 Кб
Теги
2015, 8884
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа