Способы расстановки коэффициентов в уравнениях химических реакций

Конференция-фестиваль творчества обучающихся
МОУ «Питишевская СОШ»
EXCESIOR - 2009
Секция Химия
Способы расстановки коэффициентов
в уравнениях химических реакций
Выполнила: Еремеева Анастасия –
ученица 8 класса
Руководитель: Сергеева В. Н. –
учитель биологии и химии
д. Питишево - 2009
Содержание:
1. Введение
2. Обзор литературы
3. Анализ умений учащихся расставлять коэффициенты в
уравнениях химических реакций в 8-11 классах
4. Мониторинг умений учащихся расставлять
коэффициенты в уравнениях химических реакций в 8
классе
5. Способы расстановки коэффициентов в уравнениях
химических реакций
6. Выводы
7. Литература
8. Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Химия – это точная и серьёзная наука, она требует от ученика точных и
конкретных знаний. Чтобы её хорошо знать, нужны умения учащихся писать
уравнения химических реакций, ставить коэффициенты в уравнениях
химических реакций. Умение расставлять коэффициенты помогает ученикам
в решении химических задач, в проведении химических экспериментов, так
как , чтобы прошла химическая реакция до конца необходимо взять
определенное количество того или иного вещества, а оно вычисляется на
основе коэффициентов
Темой нашей работы является способы расстановки коэффициентов в
уравнениях химических реакций
Можете спросить меня: почему я выбрала такую тему??? А секрет прост!
Когда мы начали изучать химию и дошли до темы, которую я выбрала, то
началась такая путаница. Вот, например уравнение химической реакции: мы
ставим коэффициент то в середине формулы, то, не зная с чего начинать,
допускаем грубый произвол в этой операции. Или вообще меняем индексы в
формулах веществ, не проверяем правильность баланса числа атомов слева
и справа и т.д. Было очень много глупых ошибок. Пришлось во всем
разобраться. И оказывается все просто. К каждому делу нужно подходить с
умом. По позже мы и сами узнаем, как нужно правильно расставлять
коэффициенты в уравнениях химических реакций
Целью нашей работы является изучение способов расстановки
коэффициентов в уравнениях химических реакций
Для решения этой цели нами были поставлены следующие
задачи:
1. Провести мониторинг умений учащихся 8-11 классов расставлять
коэффициенты в уравнениях химических реакций
2. Изучить различные способы расстановки коэффициентов в уравнениях
химических реакций
3. Выявить наиболее простой, но эффективный способ расстановки
коэффициентов в уравнениях химических реакций
Анализ
умений учащихся 8-11 классов
расставлять коэффициенты в уравнениях химических реакций.
На уроках химии при изучении темы «Химические реакции» ученики
допускают ошибки при расстановке коэффициентов. Мы решили провести
анализ умений учащихся 8-11 классов расставлять коэффициенты в
уравнениях химических реакций, предложив им следующее задание:
Al+S→Al2S3
K+HOH→KOH+H2
FeS2+O2→Fe2O3+SO2
Zn+HCl→H2+ZnCl2
Al(OH)3=Al2O3+H2O
VO3+H2=V+H2O
8 класс
Количество ошибок
Количество учащихся,
допустивших ошибки
Сколько %
составляет
Ни единой ошибки
1
5,50
1 ошибка
4
22,20
2 ошибки
3
16,60
3 ошибки
2
11,11
4 ошибки
2
11,11
5 ошибок
5
27,78
6 ошибок
2
11,11
Анализ умений.
На основе, проведенной нами исследовательской работы, мы выявили, что в
классе есть ученики, которые справились с предложенным заданием на «5» (1). Но
в классе есть ученики, допускающие много ошибок. Например, 4 ошибки допустили
11,11% учащихся, 5 ошибок – 27,78%. В классе двое учеников совсем не
справились с предложенным заданием.
9 класс
Количество ошибок
Количество учащихся,
допустивших ошибки
Сколько % составляет
Ни единой ошибки
0
0
1 ошибка
0
0
2 ошибки
1
7,69
3 ошибки
1
7,69
4 ошибки
7
53,85
5 ошибок
3
27,10
6 ошибок
1
7,69
Анализ умений.
Мы видим, что в 9 классе нет учащихся, которые справились бы со всеми
предложенными заданиями. Большинство учащихся допустили от 4 (54%)
до 5(23%) ошибок
10 класс
Количество ошибок
Количество учащихся,
допустивших ошибки
Сколько % составляет
Ни единой ошибки
1
16.67
1 ошибка
1
16,67
2 ошибки
2
33,33
3 ошибки
1
16,67
4 ошибки
0
0
5 ошибок
1
16,67
6 ошибок
0
0
10 клас с
16,67%
0%
16,67%
0%
без ош ибок
1 ош ибка
2 ош ибки
3 ош ибки
16,67%
16,67%
4 ош ибки
5 ош ибок
6 ош ибок
33,33%
Анализ умений.
В классе 1 ученик справился с предложенным заданием на «5»
(16,67%), и нет учеников, которые не справились бы со всеми
заданиями (% допущенных 6 ошибок составляет 0)
11 класс
Количество ошибок
Количество учащихся,
допустивших ошибки
Сколько % составляет
Ни единой ошибки
1
6,25
1 ошибка
7
43,75
2 ошибки
2
12,50
3 ошибки
3
18,75
4 ошибки
3
18,75
5 ошибок
0
0
6 ошибок
0
0
Анализ умений.
В 11 классе есть ученик, который выполнил задание на «5», и нет
учащихся, допустивших 5, 6 ошибок. Большинство учащихся допустили
только одну ошибку.
Мониторинг
умений учащихся 8 класса расставлять
коэффициенты в уравнениях химической реакции
В январе месяце в мониторинге принимало участие 18 учащихся.
А в феврале месяце – 15 учащихся
Количество ошибок
Количество учащихся,
допустивших ошибки
Сколько % составляет
Январь
Февраль
Январь
Январь
Ни единой
ошибки
Ни единой
ошибки
Февраль
Февраль
1
2
5,50
13,33
1 ошибка
1 ошибка
4
2
22,20
13,33
2 ошибки
2 ошибки
3
3
16,60
20
3 ошибки
3 ошибки
2
5
11,11
33,33
4 ошибки
4 ошибки
2
3
11,11
20
5 ошибок
5 ошибок
5
0
27,78
0
6 ошибок
6 ошибок
2
0
11,11
0
Анализ
После проведения той же работы в 8 классе выявлено:
Увеличение количества учащихся, справившихся с работой(было 5.5%, стало
13,33%)
В классе нет учеников, допустивших 5 и 6 ошибок
Увеличилось численность учащихся, допустивших 2, 3, 4 ошибки
Способы расстановки коэффициентов
в уравнениях химических реакций
Метод «слева направо».
Выходит вопрос: перед каким из веществ надо поставить первый
коэффициент, каким он должен быть, с правой стороны схемы
превращений или с левой следует начать уравнивать? Метод дает прямое
указание: в строгой последовательности – слева направо. Очень надежный
этот метод, Часто мы пользуемся этим способом.
Например:
P+O2P2O5
2P+O2P2O5
2P+2,5O2
На этом этапе обучения каждый шаг фиксируется, что позволяет ученику в
период самоподготовки «прокрутить» все заново, как на уроке. И далее:
двух с половиной молекул не бывает, хотя, говорим учащимся, может быть
2,5 моль вещества, поэтому такая запись вполне годится для расчетов, но
число молекул – это целое число, а уравнения химических реакций
подчиняются некоторым законам алгебры, поэтому можно все
коэффициенты удвоить:
4P+5O2=2P2O5
Метод «четности».
Суть метода, в принципе, известна. Учитель показывает учащимся,
напоминая им известное математическое положение: четное число,
умноженное на любое число, дает четное число. Следовательно, число
атомов кислорода слева всегда будет четным числом, таким же числом
должно быть число атомов кислорода справа, но 5 – нечетное число,
следовательно, коэффициент перед формулой оксида может быть только
четным числом. Простейшие четное число – два:
P+O22P2O5
И далее уравниваются все атомы:
4P+O2  2P2O5
Метод «немого коэффициента».
Вводится неизвестное, место которого в уравнении реакции не имеет
значения, но логичнее ставить перед формулой первого вещества. После
этого остальные коэффициенты выставляются по логической цепи:
xP+O2  P2O5
xP+O2 x/2P2O5
xP+5x/2O2 x/2P2O5
освобождаемся от дробного коэффициента, умножая все коэффициенты на
четыре, и сокращаем x, предварительно имея:
4xP+5xO2 2x P2O5
Метод «наименьшего кратного».
Путем нахождения наименьшего кратного определяют число атомов
кислорода, которое должно быть справа и слева в уравнении химической
реакции после полной расстановки коэффициентов: К(2,5)=10. и далее
арифметический подсчет: 10:2=5 – коэффициент перед кислородом:
P+5O2P2O5
10:5=2 – коэффициент перед оксидом:
P+5O22P2O5
И наконец, уравнивается число атомов фосфора:
4P+5O2 = 2P2O5
Алгебраический метод.
Возникла идея вводить неизвестные только перед формулами исходных
веществ:
FeS2+O2  Fe2O3+SO2
xFeS2+yO2  Fe2O3+SO2
xFeS2+yO2 x/2 Fe2O3+2xSO2
Тогда 2y= 3x/2+4x4y=3x+8x4y=11xy=11x/4
Уравнение реакции принимает вид:
xFeS2+11x/4O2 x/2 Fe2O3+2xSO2
Умножая все уравнения на 4, чтобы освободиться от дробного
коэффициента, и сокращая общий множитель x, получаем:
4FeS2+11O2 2 Fe2O3+8SO2
Метод электронного баланса.
Метод этот хорошо известен учителям. Он, конечно, ведет ученика к
глубокому пониманию сущности химических реакций, сопровождающихся
изменением степени окисления атомов или ионов. Здесь опора делается на
закон сохранения электрического заряда. Метод настолько универсален,
что позволяет мыслить и на абстрактном уровне. Используем этот метод
для расстановки коэффициентов в уравнении Me+H2O Me(OH)n=H2
2 Ι Me0 – ne Me+n
n Ι 2H++2e H20
Окислительное- востоновительные коэффициенты переносим в уравнение
реакции.
Оперативный метод
Суть метода сводится к следующему. По степеням окисления
восстановителя и продукта окисления определяют число принятых
электронов. Для момента обучения электроны донора при помощи стрелки
«трансформируются» в коэффициент перед формулой вещества –
окислителя, а электроны акцептора «трансформируются» в коэффициент
перед формулой вещества – восстановителя. Это тоже приводит к балансу
отданных и принятых электронов:5e
4N-3H+13+5O20  N+2O-2+H2O
+4e
Когда окислительно-восстановительные коэффициенты найдены,
остальные коэффициенты подбираются обычным путем – слева направо.
4NH3+5O2 = 4NO+6H2O
Приведем другой пример:2e
3Cu0+2H+N+5O3-2  Cu+2(NO3)2+N+2O-2+H2O
+3e
Последовательность расстановки остальных коэффициентов показана:
3Cu+(2+6)HNO3 =3Cu(NO3)2+2NO+4H2O.
(2)
(1) (4)
(3)
(5)
(6)
Метод «проб и ошибок».
Перед формулой одного из веществ ставят последовательно числа начала
натурального ряда и каждый раз проверяют истинность данного числа
как коэффициента в уравнении химической реакции. Например:
CuOt Cu2O+O2
Оказывается, что только при коэффициенте 4 достигается нормальный
баланс числа атомов. В классе всегда найдутся учащиеся с такой
заторможенностью мышления, что для них это будет и метод, и выход.
Любой из описанных методов или синтеза методов применим и к
составлению уравнений реакций с участием органических веществ.
Ограничимся реакцией Вагнера:
-2
-2
+7
-1
-1
+4
3CH2 = CH2+2KMnO4+4H2O 3CH2 – CH2+2MnO2↓+2KOH
OH
OH
2C-2-2e2C-1
Mn+7+3eMn+4
Метод анатомирования процесса.
Ясно, что перед формулой воды и гидроксида калия будет стоять четный
коэффициент: 2,4,6.… Однако мы видим, что число атомов водорода в
этиленгликоле больше, чем в исходном этилене, а он к тому же имеется и в
составе основания, следовательно, самое малое – это коэффициент 4 перед
формулой воды - ставим его. Перед формулой основания ставим
минимальный четный коэффициент. Тогда автоматически коэффициент 2
ставим перед формулой перманганата и оксида марганца (IV). Таким
образом слева мы имеем полный баланс по кислороду – 12 атомов, а
справа, без учета кислорода в спирте, - 6 атомов, следовательно, для
получения остальных 6 атомов кислорода необходимо перед формулой
спирта поставить коэффициент 3:
3C2H4+2KMnO4+4H2O=3C2H6O2+2MnO2↓+2KOH
(6)
(3)
(1)
(5)
(4)
(2)
Выводы
Из исследования умений учащихся 8-11 классов расставлять коэффициенты в
уравнениях химических реакций нами получены следующие результаты:
1. Учениками 8 класса допущено большое количество ошибок по сравнению с
учащимися 11 класса. Это связано с тем, что старшеклассники знают больше
способов расстановки коэффициентов.
2. Нами найдены 9 способов расстановки коэффициентов:
Метод «слева направо»
Метод «четности»
Метод «наименьшего кратного»
Метод «немого коэффициента»
Алгебраический метод
Метод электронного баланса
Оперативный метод
Метод «проб и ошибок»
Метод анатомирования процесса
3. Наиболее эффективными методами является для 8 класса:
Метод «слева направо»
Метод «четности»
Метод «наименьшего кратного»