Excel решение задач по химии

Использование электронных таблиц Ехcel для решения расчетных задач по химии.

        Важное место в химическом образовании занимает решение расчетных задач. В процессе решения задач происходит закрепление полученных знаний, вырабатывается умение применять их на практике, осуществляется реализация межпредметных связей. Однако решение некоторых задач требует большой затраты времени на расчеты.

        В настоящее время важное место в образовательном процессе занимают информационно-коммуникационные технологии. Учителя и школьники в подавляющем большинстве являются уверенными пользователями ПК, а программы пакета Microsoft Office (Word, PowerPoint, Excel или их аналоги пакета Open Office) широко распространены. Поэтому  актуальным и обоснованным может быть использование электронных таблиц Excel для решения самых разнообразных расчетных задач. Названное приложение позволяет организовывать работу с базами данных, вводить математические формулы, использовать встроенные функции, представлять данные в графическом виде, осуществлять графическую интерпретацию расчетов, решая, в том числе, дидактические задачи.

        Критериями отбора задач должны быть:

− химическое «содержание» задачи, способствующее мотивации изучения соответствующего материала специальной дисциплины;

—   межпредметный характер задачи, проявляющийся либо в условии, либо в процессе решения;

−  присутствие основных и доступных проблем, характерных для химической науки и практики;

− многоуровневость заданий, то есть построение системы задач по принципу возрастающей сложности.

        Решение задач посредством электронных таблиц Excel может быть реализовано на так называемых интегрированных занятиях, которые встраиваются в текущие занятия. Такие уроки должны проводиться в компьютерном классе. Это способствует активизации познавательной и исследовательской деятельности учащихся, так как при решении подобных задач требуется не просто подставить численные данные в формулу, а, проанализировав их, сформулировать проблему и найти путь ее решения. Кроме того, в процессе такой деятельности учащихся происходит:

1. интеграция химических и математических знаний;
2. углубление теоретических основ химического знания: более глубокий анализ химических процессов становится возможным за счет учета существенно большего количества параметров и фактов, подчеркивается единство качественной и количественной стороны химических явлений;
3. совершенствование навыков самоконтроля и рефлексии поведения учащихся;
4. формирование интеллектуальной восприимчивости, гибкости, подвижности мысли как проявлений творческого мышления учащихся.

         При наличии соответствующих методических пособий большое количество задач может решаться самостоятельно  с последующим обсуждением полученных результатов на уроках. Это будет способствовать не только быстрому овладению навыками работы с приложением Excel, но и формированию информационной культуры.

1. Таким образом, использование электронных таблиц Excel в процессе обучения химии выполняет мотивационную, обучающую и развивающую функции.
2. Вашему вниманию предлагается образец оформления расчётной задачи по химии, выполненный  учащимися 9 класса (Приложение документ Еxcel)
4. Канева Людмила Григорьевна,

учитель химии I квалификационной категории

МОСШ №1  г. Белоярский ХМАО-Югра

         По материалам статьи  Е. Е. Бельчик, Л. П. Ватлина, Е. И. Смирнов  «Использование электронных таблиц Еxcel для решения расчетных задач по химии». Ярославский педагогический вестник – 2010 – № 4 – Том II (Психолого-педагогические науки)

Слайд 1
Решение расчетных задач по химии с помощью
MC Excel

---

Слайд 2
Цели решения расчетных задач по химии
Обучение химии
Развитие химического мышления, формирование

химического мировоззрения
Воспитание

Математическая культура?

---

Слайд 3
Задачи
Классифицировать расчетные задачи по химии и выделить типы задач для

решения с помощью Excel
Разработать алгоритмы решения выделенных типов задач ???
Формализовать алгоритмы решения
Разработать примеры решения расчетных задач с помощью Excel

---

Слайд 4
Типы расчетных задач вузовского курса химии
Задачи на основе расчетов стехиометрии

и материальных балансов отдельных химических процессов и их комбинаций
Задачи на основе термодинамических расчетов энергий Гиббса, энтальпий, энтропий веществ и химических процессов, изменения теплоемкости химических систем

---

Слайд 5
Задачи на основе расчетов окислительно-восстановительных равновесий при различных температурах, концентрациях,

кислотности среды в твердой фазе и растворах построение
Задачи на основе расчетов кислотно-основных равновесий в растворах электролитов: определение рН, растворимости, возможности образования и растворения осадков, образования и растворения осадков в данных условиях

---

Слайд 6
Расчеты кинетики химических процессов:
решение дифференциальных кинетических уравнений;
расчеты констант

скоростей химических реакций;
расчеты и сопоставление энергий активации;
расчеты периода полупревращения;
расчеты изменения текущих концентраций во времени

---

Слайд 7
2. Уточнение алгоритмов представленных в традиционной форме
расчет энергии Гиббса вещества

и реакции в нестандартных условиях;
Расчеты равновесий в гетерогенных системах
Кислотно-основное титрование
Влияние температуры на скорость хр

---

Слайд 8
Трудозатраты при решении задач химического содержания
Время на прочтение и понимание

условия задачи
Выбор или конструирование алгоритма решения
Время на выполнение математических операций
Оформление решения задачи
Химическая сторона задачи уходит на задний план

---

Слайд 9
Преимущества MC Excel
Установлен на всех ПК
Одна книга вмещает множество

отдельных листов с различными типами задач
Изучение MC Excel введено в школьный курс
Применяется для решения математических задач

---

Слайд 10
Примеры задач
Задача 1. Для реакции термического

разложения энергия активации равна 103,5 кДж/моль, а предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса равен с-1. Рассчитайте: а) период полураспада реагента при -10 °С; б) время, необходимое для завершения реакции на 90 % при 50 ° С.

---

Слайд 11
Алгоритм решения
Запись условия задачи с помощью общепринятых обозначений.
Запись дополнительных данных:

формула для расчета константы скорости химической реакции, формула для расчета периода полураспада.
Расчет константы скорости химической реакции.
Расчет периода полураспада.
Расчет времени 90%-го завершения реакции.
Запись ответа.

---

Слайд 12
Дано:

Дополнительные данные и расчет:
EA = 103,5 кДж/моль
A = 4,6·1013 c-1
t1 = – 10 °C
t2 = – 50 °C
α = 90%
τ1/2 – ?
k(T) – ?

τ1/2 – ?

3. t90% – ?
Ответ: 62,7 сут., 45,7 мин.

---

Слайд 13
Алгоритм решения в MC Excel
B ячейки В2 –В5 вносятся значения

энергии активации, температур и предэкспоненциального множителя.
В ячейках С2 и D2 рассчитываются константы скорости при t1 и t2.
В ячейках Е4 и F5 вычисляются соответственно период полураспада при t1 и время 90%-ного завершения реакции при t2.

---

Слайд 14

Задача 2. 0,1М раствором NaOH

титруют 0,1М раствор HCI. Построить кривую титрования.

---

Слайд 15
Алгоритм решения
Запись условия задачи с помощью общепринятых обозначений.
Запись дополнительных данных:

формулы для расчета [H+], [OH–], pH.
Расчет значений pH при добавлении щёлочи; нахождение точки эквивалентности.
Построение по точкам кривой титрования.

---

Слайд 16
Дано:

Дополнительные данные и расчет:
с(HCl) = 0,1 М
с(NaOH) = 0,1 M
Построить кривую
титрования.
20мл 0,1М HCI
+ 1 мл NaOH

+5 мл NaOH

+10 мл NaOH

+15 мл NaOH

+19 мл NaOH

---

Слайд 17
+19,9 мл NaOH

+19,99 мл NaOH

+20мл NaOH. Точка эквивалентности –

pH=7,00.
+20,1 мл NaOH

+21 мл NaOH

+25 мл NaOH

Далее по полученным точкам строится график кривой титрования и определяют скачок титрования.

---

Слайд 18
Алгоритм решения в MC Excel
Вводятся значения концентраций и объемов кислоты

и основания.
Рассчитываются суммарный объём системы и избыток кислоты (основания).
Рассчитываются значения [H+], pH. С помощью Мастера диаграмм строим график кривой титрования.

---

Слайд 19

Экономия времени затраченного на выполнение математических операций
Увеличение времени на объяснение

химического смысла задачи и осмысление результатов решения задачи
Исключение ошибок, возникающих при выполнении расчетных действий

---

Слайд 20

Регулярность решения задач по химии с помощью Excel
Введение в курсы

химических дисциплин обязательного решения задач с помощью Excel

---

Слайд 21

и графическое представление результатов

---

Тема: «Исследование изменения молярного объема газа в зависимости от условий с использованием табличного процессора MS Excel»

Форма урока: Интегрированный (химия+информатика и ИКТ).

Тип урока: Урок-исследование.

Цели урока:

• с точки зрения химии: обогащение познавательного и эмоционально-смыслового личного опыта восприятия химии путем расширения межпредметных связей;
• с точки зрения информатики и ИКТ: умение исследовать химические процессы с помощью ИКТ; развитие у учащихся операционного мышления, направленного на выбор оптимальных решений.

Задачи урока:

• Образовательная: осмысление взаимосвязи между молярным объемом газа, давлением и температурой; актуализация и использование знаний по теме “Закон Авогадро”, формирование умения использовать возможности программы MS Exсel для получения математической модели состояния газа при разных условиях.
• Развивающая: формирование научно-теоретического и логического мышления; умение использовать полученные знания для решения практических задач из разных предметных областей.
• Воспитательная: повышение интереса к учению за счет интеграции учебных дисциплин; осознанное усвоение материала; расширение кругозора.

Программное обеспечение и оборудование:

1. Табличный процессор MS Excel.
2. Сопровождающая компьютерная презентация.
3. Раздаточный дидактический материал.
4. Мультимедийный проектор.

Этапы урока:

• Вводный этап.
• Фронтальный опрос с использованием мультимедийного проектора.
• Актуализация знаний учащихся.
• Компьютерное исследование с использованием табличного процессора MS Excel.
• Формулировка вывода, связанного с состоянием газа при различных условиях.
• Подведение итогов.
• Домашнее задание.

Вводный этап.

Урок химии проходит в кабинете информатики.

Учитель химии: Цель урока по химии повторить и применить знания по теме «Моль. Молярный объем газов при решении задач»

Учитель информатики: Цель урока информатики: 1) акцентировать внимание на применении компьютера для решения задач при изучении разных предметов, в данном случае для решения задач по химии, 2) научиться строить и исследовать компьютерные модели для решения задач по химии.

Вашему вниманию предлагаются этапы урока.

В конце занятия каждый учащийся получит оценку, которая суммируется из баллов за каждый этап урока.

Раздать учащимся оценочные карточки.

Попросить учащихся подписать оценочные карточки.

I этап: Фронтальный опрос с использованием мультимедийного проектора.

Учитель химии: для успешного проведения компьютерного исследования повторим основные понятия темы.

Учащимся предлагается из нескольких вариантов ответов на один и тот же вопрос выбрать неправильные. (Их может быть несколько). Отметить, что в заданиях ЕГЭ предлагается аналогичное задание.

С помощью мультимедийной презентации (Приложение 1) высветить перечень вопросов:

1) Моль – это

• Число частиц, содержащихся в 1 г любого вещества;
• единица, которой в химии измеряют количество вещества;
• число молекул, содержащихся в 22,4 л газа при нормальных условиях;
• 1/12 часть массы атома углерода;
• количество вещества, содержащее 6,02*1023 молекул, атомов, других частиц.

(Ответы учащихся).

2) Молярная масса – это

• постоянная величина;
• масса 1 моля вещества, молярные массы разных веществ различны;
• величина, меняющаяся при изменении температуры и давления;
• масса 6,02*1023 молекул, выраженная в г

(Ответы учащихся).

Молярный объем – это

• Объем 1 моля газа при н.у.;
• величина, меняющаяся при изменении температуры и давления;
• объем, который занимает 6,02*1023 молекул любого газа при н.у.;
• величина, не меняющаяся при изменении температуры и давления;
• всегда равен 22,4 л/моль

(Ответы учащихся).

Учитель химии: эти понятия будут использованы при решении задач.

II этап: Актуализация знаний учащихся.

Повторение актуальных вопросов темы «Моль. Молярный объем. Молярная масса».

Учитель химии: Вам предстоит провести компьютерное исследование. Для того, чтобы это сделать осмысленно, повторим некоторые моменты, связанные с понятием «Моль. Молярный объем»

При повторении используется мультимедийный проектор.

Актуализация знаний проходит по типу телевизионного шоу «Своя игра».

Учитель химии: перед вами таблица с темами. Под каждой цифрой зашифрован вопрос разного уровня сложности. Для получения максимального количества баллов необходимо выбрать вопрос с большим номером, т.е. большего уровня сложности.

Не забывайте ставить при этом баллы в оценочную карточку.

Учитель информатики: А теперь приступим к компьютерному исследованию, в котором будут присутствовать понятия данной темы. Обратить внимание учащихся на раздаточный материал, который содержит условия задач, требующих решения.

III этап: Компьютерное исследование:

Учитель информатики: В рамках компьютерного исследования мы должны выяснить, как зависит молярный объем газа от изменения давления и температуры. Для этого решим несколько задач, проанализируем полученные результаты.

Перед вами перечень задач. Рассмотрим задачу № 1.

Задача № 1: Найти объем, который займет 1 моль газа при увеличении давления.

P0	101,3 кПа
V0	22,4
P1
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230

Учитель информатики: оформив условие задачи в электронной таблице, приступим к вычислениям искомых величин.

Учитель химии: P0*V0=P1*V1 при Т=const;

Из формулы следует

Учитель информатики: произведем расчеты с помощью электронной таблицы. Не забудьте, что ввод формулы начинается со знака «=». Не забудьте о порядке выполнения операций. Введенную формулу можно скопировать.

По полученным результатам необходимо построить график. Целесообразнее использовать точечный график.

Сделать вывод, как меняется молярный объем газа при увеличении давления. (Ответы учащихся)

Задача 2: Найти объем, который займет 1 моль газа при уменьшении давления

P0	101,3 кПа
V0	22,4
P1
90
80
70
60
50
40
30
20
10

Учитель информатики: задача № 2 предлагается для самостоятельного решения. Необходимо найти зависимость молярного объема от уменьшения давления. Результат исследования подтвердить графически. Кто справится полностью с этим заданием получает пять баллов, те учащиеся, которые ограничатся только вычислениями получат четыре балла. На выполнение этой задачи отводится шесть минут. Предложить учащимся, которые справились с самостоятельной работой за более короткое время приступить к решению задачи № 3.

Проверить выполненную работу на компьютере у каждого ученика. Указать на положительные моменты.

Результат решения задачи № 2

Задача № 3.

Найти объем, который занимает 1 моль газа при увеличении температуры

Т=283 К, 293 К, 303 К, 313 К, 323 К, 333 К.

Полученный результат подтвердить графически.

Задача № 4: Найти объем, который занимает 1 моль газа при уменьшении температуры

Т=263 К, 253 К, 243 К, 233 К, 223 К, 213 К.

Задача 5: Масса 1 л газа при нормальных условиях равна 1,52 г. Чему равна молярная масса газа?

Задача 6: Воздух содержит 21% кислорода и 78% азота. Сколько молекул азота приходится на 1 моль кислорода?

Подведение итогов. Выставление оценок: Оценки, полученные в ходе урока заносятся в оценочную карточку, которую перед уроком получает каждый ученик. Учитель химии и учитель информатики в конце урока выставляют общую оценку за урок. Каждый учащийся получает оценку по химии и оценку по информатике и ИКТ.

Д/з:

Учитель химии: Для всех учащихся предлагается решить задачи № 3 и № 4. Задачи № 5 и № 6 выполняются по желанию.

Учитель информатики: провести компьютерное исследование, подтверждающее сделанный вывод. В тетради оформить отчет о проделанной работе.

Приложение 2

Решать задачи по химии удобно в программе Microsoft Excel. Я предлагаю работу, которую может использовать любой учитель химии на всех уроках, на которых происходит решение задач по темам: нахождение относительной молекулярной массы вещества, нахождение массовой доли элементов в веществе, расчеты по химическим уровнениям, расчеты по растворам.