XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Важное место в химическом образовании в техническом вузе 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 (задачи по вычислению концентрации растворов, на выявление функциональной зависимости одной переменной от другой, с применением термохимических расчетов). Тем не менее, решение таких задач позволяет лучше усвоить определенные химические понятия и закономерности.

В образовательном процессе высшей школы информационно-коммуникационные технологии получили широкое распространение. Преподаватели и обучающиеся в подавляющем большинстве являются уверенными пользователями ПК, а программы пакета Microsoft Office (Word, PowerPoint, Excel или их аналоги пакета Open Office) широко распространены. Существует ряд лицензионных профессиональных программных комплексов определения кинетических параметров, таких как MATLAB, MathCad и другие. Специализированные приложения имеют ряд ограничений: коммерческое распространение, не все из них поддерживают русский интерфейс, приемы работы с некоторыми приложениями не являются интуитивно-понятными пользователю. Поэтому актуальным и обоснованным может быть использование электронных таблиц Excel для решения самых разнообразных расчетных задач [1, 2].

Основываясь на вышеперечисленных критериях отбора, можно предложить несколько типов расчетных задач в курсе изучения дисциплины «Общая и неорганическая химия»:

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;

задачи на основе расчетов, 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.

Таким образом, использование электронных таблиц Excel в процессе обучения «Общей и неорганической химии» выполняет мотивационную, обучающую и развивающую функции.

Рассмотрим автоматизацию расчетов по теме «Массовая доля компонентов смеси (раствора)» на примере задачи 1.

З адача 1. Какие массы соли и воды требуется взять для приготовления 500 г 20% раствора соли (рис. 1)?

Рис. 1. Шаблон решения задач по теме «Массовая доля компонентов смеси (раствора)»

При решении данной задачи предусмотрено два варианта ввода исходных данных. Первый вариант – известны масса растворенного вещества и масса растворителя, массу раствора и массовую долю нужно найти. Второй вариант – наоборот, известны масса раствора и массовая доля, нужно найти массу растворенного вещества и массу растворителя.

Для того, чтобы результаты корректно отображались при любых вариантах исходных данных, использовалась логическая функция ЕСЛИ (таблица 1).

Таблица 1

B16	=ЕСЛИ(И(B12="-";C12="-");E12*D12/100%;ЕСЛИ(B12="-";E12*D12/100%;"-"))
C16	=ЕСЛИ(C12="-";D12-B16;"-")
D16	=ЕСЛИ(D12="-";C12+B12;"-")
E16	=ЕСЛИ(И(E12="-";D12="-");B12/D16*100%;ЕСЛИ(E12="-";B12/D12*100%;"-"))

Представим несколько задач по теме «Массовая доля компонентов смеси (раствора)», решаемые с применением шаблона «Массовая доля компонентов смеси (раствора)».

В 135 г. воды растворили 15 г. соли. Какова массовая доля (%) растворенного вещества в растворе?

В 350 г. воды растворили 50 г. нитрата калия KNO₃. Вычислите массовую долю нитрата калия в образовавшемся растворе.

Порцию серной кислоты H₂SO₄ массой 25 г. растворили в 125 г. воды. Какова массовая доля серной кислоты в образовавшемся растворе?

Определить массовую долю растворенного вещества в растворе полученного растворением 10 г. NaOH в 30 мл воды (плотность воды принять 1 г/мл).

В 150 граммах воды растворили 50 грамм фосфорной кислоты. Найти массовую долю кислоты в полученном растворе [3].

Приведем шаблон автоматизации решения задач по теме «Расчеты по химическим уравнениям».

Задача 2. Определите объем газа, который выделится при взаимодействии вещества кислотой.

При разработке шаблона используются два рабочих листа: первый лист – непосредственно расчеты (рис. 2, 3), второй лист содержит атомные номера и массы химических элементов (рис. 4).

Рис. 2. Шаблон решения задач по теме «Расчеты по химическим уравнениям»

Рис. 3. Шаблон решения задач по теме «Расчеты по химическим уравнениям» (продолжение)

Рис. 4. Фрагмент таблицы химических элементов

В таблице 2 представлены основные формулы шаблона 2.

Таблица 2

Адрес ячейки	Формула	Комментарий
F20	=ЕСЛИОШИБКА(ЕСЛИ(F16="-";J16/H16;"-");"-")	Нахождение количества вещества
J20	=ЕСЛИОШИБКА(ЕСЛИ(J16="-";H16*F16;"-");"-")	Нахождение массы вещества
L20	=ЕСЛИОШИБКА(ЕСЛИ(L16="-";22,4*F16;"-");"-")	Нахождение объёма вещества
F29	=СУММ(F24:F28)	Молекулярная масса вещества
E24	=ВПР(C24;Таблица!B:D;3;0)	Поиск указанного элемента в рабочем листе «Таблица» и возвращение в ячейку E24 значение атомной массы
F24	=D24*E24	Общая масса атома химического элемента

Задачи, решаемые с применением шаблона «Расчеты по химическим уравнениям».

Вычислите массу железа, необходимого для получений 39 грамм хлорида железа (III).

Вычислите массу кислорода, выделившегося в результате разложения воды массой 9 грамм.

Для получения водорода алюминий растворяют в серной кислоте: Для реакции взяли 10,8 г. алюминия. Вычислите массу затраченной серной кислоты.

25 граммов цинка растворяют в соляной кислоте, в ходе химической реакции выделяется газ – водород. Рассчитайте объем выделяющегося водорода.

Какое количество кислорода потребуется для полного сжигания 3 моль меди? [4, 5]

При наличии соответствующих методических пособий большое количество задач может решаться самостоятельно с последующим обсуждением полученных результатов. Это будет способствовать не только быстрому овладению навыками работы с приложением Excel, но и формированию информационной культуры. В качестве среды разработки шаблонов можно выбрать не только MS Excel, но бесплатно распространяемое приложение OpenOffice.org Calc.

Список литературы:

Артеев Д.Н., Зайцева О.С. Кинетические расчеты химических процессов в Excel // Инновации. Интеллект. Культура: материалы XXIII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и студентов. – Тюмень: ТИУ, 2016. – С.98-101.

Артеев Д.Н., Зайцева О.С. Среда MS Excel как средство решения задач химической кинетики // Международный студенческий научный вестник – Выпуск 3, часть 2, 2015. – С.236-237.

Стась, Н.Ф. Задачи, упражнения и вопросы по общей химии: учебное пособие / Н.Ф. Стась, В.Н. Лисецкий. – Электрон. дан. – Санкт-Петербург: Лань, 2017. – 108 с.

Смирнова Ю.К. Качественный анализ неорганических веществ. Часть 1. Определение катионов I и II аналитических групп. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» для обучающихся направления подготовки 18.03.01 «Химическая технология» очной формы обучения – Тюмень: Издательский центр БИК, ТИУ, 2016. – 20 с.

Смирнова Ю.К. Качественный анализ неорганических веществ. Часть 2. Определение катионов III, IV,V аналитических групп. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» для обучающихся направления подготовки 18.03.01 «Химическая технология» очной формы обучения. – Тюмень: Издательский центр БИК, ТИУ, 2016. – 24 с.

Код для цитирования: Скопировать