ქეისი ქიმიის გაკვეთილისთვის

წერილი მალიმიტირებელ რეაგენტთან დაკავშირებით საკუთარი გამოცდილების გაზიარებაა. მოსწავლეები სიტუაციის გაცნობისა და ანალიზის გამოყენებით იმსჯელებენ შემზღუდველ ფაქტორზე, მის შინაარსსა და მისი ცოდნის მნიშვნელობაზე.

გაკვეთილის დასაწყისში მოსწავლეებს გავაცანი სიტუაციური ამოცანა:

„სკოლის თვითმმართველობის ოთხ წარმომადგენელს საბჭომ დაავალა, მომდევნო სემესტრისთვის გაემართათ სასკოლო ღონისძიება, რომელზეც უნდა გამასპინძლებოდნენ მოწვეულ სტუმრებს ადვილად მოსამზადებელი ტკბილეულით, მათ თანხმობა მიიღეს ადმინისტრაციისგან.

„მაფინები ხომ არ მოვამზადოთ?“ – იკითხა ნიკამ.

„კარგი აზრია!“ – უპასუხა ელიზამ.

„მშვენიერი წინადადებაა, თან მაფინები ყველას უყვარს!“ – წამოიძახა ნინამ.

„მე მაფინის საუკეთესო რეცეპტი ვიცი, – თქვა ლუკამ. – მომდევნო შეხვედრაზე მოვიტან“.

საორიენტაციოდ, გაიყიდება 100 ბილეთი. კომიტეტი მომავალ კვირას შეიკრიბება და დაითვლის საჭირო მასალისა და ინვენტარის რაოდენობას.

პირობისამებრ, ლუკა მაფინების რეცეპტით მოვიდა.

„ამ რეცეპტით 12 მაფინი მზადდება. თუ ერთ ადამიანზე გათვლი ოთხ მაფინს, 100 ბილეთისთვის 400 ცალი მაფინი დაგვჭირდება“.

კითხვა: რამდენი ულუფა ცომი უნდა მოვზილოთ, რომ 100 ადამიანის მოთხოვნა დაკმაყოფილდეს?

მაფინის რეცეპტი – გამოდის 12 მაფინი

3 კვერცხი;

120 გრამი შაქარი;

250 გრამი მაწონი;

1 პაკეტი გამაფხვიერებელი;

100 მლ ზეთი;

ვანილი დანის წვერით;

300 გრამი ფქვილი;

შოკოლადის ღერღილი, მოცვი ან ხილფაფა გემოვნებით.

ცხვება 250 გრადუსზე.

ნიკამ ანგარიში დაიწყო. „400 მაფინისთვის 34 ულუფა ცომის მომზადება გვჭირდება“.

მოსწავლეებმა შეიძინეს შემდეგი რაოდენობის პროდუქტები:

110 ცალი კვერცხი;

4.500 კგ შაქარი;

20 ქილა მაწონი (500-გრამიანი ქილები);

35 ცალი გამაფხვიერებელი;

3.5 ლიტრი ზეთი;

სამი ვანილი;

11 კგ ფქვილი;

500 გრამი შოკოლადის ღერღილი;

500 გრამი მოცვი.

გაისტუმრეს ბილეთის ყველა მფლობელი. დამატებით 10 უბილეთო მსურველი გამოჩნდა.

მოსწავლეებს კითხვები გაუჩნდათ:

1) აქვთ საკმარისი მარაგი, რომ დამატებით 10 მოსწავლეს გაუმასპინძლდნენ?

2) თუ არა, მაშინ რამდენი ადამიანის მიღებას შეძლებენ?

ამ ორ კითხვაზე საპასუხოდ გარკვეული მათემატიკური ოპერაციის ჩატარებაა საჭირო. ნაყიდი პროდუქტებიდან რა რაოდენობით არის დარჩენილი თითოეული? დაიწყეს ანგარიში. სწრაფად შეიტანეს მონაცემები ცხრილში:

(ცხრილი ჩემი გაკვეთილის მონაცემებს შეესაბამება, თუმცა მასწავლებელი თავისუფალია როგორც ნამცხვრის, ისე მისი რეცეპტისა და პროპორციების არჩევანში).

მოსწავლეებმა გააანალიზეს ცხრილში წარმოდგენილი ინფორმაცია და დაასკვნეს, რომ მხოლოდ სამი დამატებითი ბილეთის გაყიდვა შეიძლება. 7 ადამიანისთვის უარის თქმა მოუწევთ.

„შემდეგ ჯერზე მეტი პროდუქტი ვიყიდოთ, ასე რომ არ დაგვემართოს!“ – წამოიძახა ნიკამ. დანარჩენებიც დაეთანხმნენ.

შეძენილი ზეთისა და გამაფხვიერებლის რაოდენობა ზღუდავდა მეტი მაფინის დამზადების შანსს, მიუხედავად იმისა, რომ სხვა პროდუქტი საკმარისზე მეტიც კი იყო.

შემდეგ გადავედი ქიმიის საკითხის ახსნაზე. სტექიომეტრიაზე ვმსჯელობ და დაფაზე ვხსნი ამოცანას მოსწავლეების დახმარებით.

რეაქციის ტოლობის გამოყენებით ავხსენი მალიმიტირებელი რეაგენტის შინაარსი. მალიმიტირებელი რეაგენტი ის ნივთიერებაა, რომელიც განსაზღვრავს პროდუქტების რაოდენობას.

3 H₂ (ა) + N₂ (ა) → 2 NH₃(ა)

სამი მოლი წყალბადი რეაგირებს 1 მოლ აზოტთან და მიიღება 2 მოლი ამიაკი. გათანაბრებული რეაქციის ტოლობა „რეცეპტს“ შეესაბამება.

კლასს ვუსვამ რამდენიმე შეკითხვას:

1) 4.0 მოლი წყალბადი და 2 მოლი აზოტი შეურიეს ერთმანეთს. რამდენი მოლი ამიაკი წარმოიქმნებოდა?

2) რომელი რეაგენტი ზღუდავს ამიაკის წარმოქმნას?

3) რომელი აირი დარჩება ზედმეტი? რა რაოდენობით?

1-ელ კითხვაზე საპასუხოდ მონაცემების ანალიზის მეთოდი გამოვიყენე. ყურადღება გავამახვილე რეაქციის ტოლობის სწორად გათანაბრების მნიშვნელობაზე თანაფარდობების სწორად დასადგენად.

4.0 მოლი H₂ (2 მოლი NH₃/3 მოლი H₂)  –     2.7 მოლი NH₃ წარმოიქმნება;

2.0 მოლი N₂ (2 მოლი NH₃/1 მოლი N₂) –     4.0 მოლი NH₃ წარმოიქმნება.

2.7 მოლი NH₃ წარმოიქმნა. მონაცემი შეესაბამება რეაქციის თეორიულ გამოსავალს. ეს რაოდენობა გამოთვლილია მალიმიტირებელი რეაგენტით. მას შემდეგ, რაც მალიმიტირებელი რეაგენტი ამოიწურება, პროდუქტიც აღარ წარმოიქმნება.

მე-2 კითხვაზე საპასუხოდ ვამბობ, რომ წყალბადი მალიმიტირებელი რეაგენტია, რადგან ის ნაკლები რაოდენობით ამიაკს წარმოქმნის. აზოტი ჭარბია, რადგან მას მეტი ამიაკის წარმოქმნა შეუძლია. ე.ი. წყალბადის მოლების რაოდენობა აფერხებს ამიაკის წარმოქმნას, რაც იმას ნიშნავს, რომ ის შემზღუდველი ფაქტორი ანუ მალიმიტირებელი რეაგენტია.

მე-3 კითხვაზე საპასუხოდ ხელახლა გავაკეთეთ რეაქციის ტოლობისა და მონაცემების ანალიზი.

4.0 მოლი H₂(1 მოლი N₂/3 მოლი H₂) = 1.3 მოლი N₂-ია საჭირო 4 მოლ წყალბადთან რეაქციაში შესასვლელად;

2.0 მოლი N₂ (3 მოლი H₂/1 მოლი N₂) = 6.0 მოლი H₂-ია საჭირო 2.0 მოლ N₂-თან ურთიერთქმედებისთვის.

არ არის საკმარისი აზოტი, რომ რეაქციაში შევიდეს 2.0 მოლ აზოტთან. აზოტი საკმარისია 4 მოლ წყალბადთან ურთიერთქმედებისთვის. ჭარბი რაოდენობის დასადგენად არსებულ რაოდენობას აკლდება საჭირო რაოდენობა:

2.0 მოლი (ხელმისაწვდომია) – 1.3 მოლი (საჭიროა) = 0.7 მოლი აზოტი (ზედმეტია). ჭარბი აზოტი დარჩება სარეაქციო ჭურჭელში.

„ისევე, როგორც ჩვენი მაფინების რეცეპტში, – წამოიძახა ლუკამ, – ზეთისა და გამაფხვიერებლის მარაგი ამოიწურა. ე.ი. ისინი მალიმიტირებელი რეაგენტები ყოფილან. ჩვენ სხვა პროდუქტები საკმარისად გვქონდა, თუმცა ზეთისა და გამაფხვიერებლის უქონლობის გამო მაფინების მომზადებს საშუალება აღარ მოგვეცა“.

მე თეორიული და პრაქტიკული გამოსავლის გასაგებად სხვა მაგალითი მოვიყვანე:

ყველა ვსარგებლობთ კომპიუტერით, ტელეფონით. ქიმიური ელემენტი სილიციუმი კი გამოიყენება მიკროპროცესორების ჩიპებში. სუფთა სილიციუმი ინდუსტრიაში ქვემოთ მოცემულ რეაქციას ეფუძნება:

SiCl₄(მყ) + 2 Mg(მყ) → Si(მყ) + 2 MgCl₂(მყ)

1) 525.0 გ SiCl₄ შეურიეს 650.0 გმეტალურ Mg-ს, რა მასის სილიციუმი შეიძლება მივიღოთ? რას უდრის რეაქციის თეორიული გამოსავალი?

2) რომელი რეაგენტია მალიმიტირებელი?

3) რომელია ჭარბი რეაგენტი და რა მასის დარჩა რეაქციაში შეუსვლელი?

კლასს მივეცი რამდენიმე წუთი კითხვებზე სამუშაოდ. მათ გაიარეს შემდეგი ეტაპები:

1. პერიოდულობის ცხრილის გამოყენებით დაადგინე SiCl₄-ისა და მაგნიუმის მოლური მასები:

M(SiCl₄)= 170 გ/მოლი; M(Mg) = 24 გ/მოლი.

2. მოლური მასების გამოყენებით გამოთვალე თითოეული ნივთიერების მოლების რაოდენობა:

SiCl₄ = 3.09 მოლი; n(Mg) = 20.08 მოლი.

3. რეაქციის ტოლობისა და ამოცანის პირობის მონაცემების გამოყენებით დაადგინე მოლური თანაფარდობები და განსაზღვრე მალიმიტირებელი რეაგენტი. გათანაბრებულ ტოლობაში 2 მოლი მაგნიუმი შედის რეაქციაში 1 მოლ სილიციუმის ქლორიდთან. ე.ი. ჭარბია მაგნიუმი.
4. რადგან მოლური თანაფარდობა SiCl₄-სა და Mg-ს შორის არის 1:2, მხოლოდ 6.18 მოლი მაგნიუმია საჭირო რეაქციისთვის. ჭარბია 20.08 – 6.18 = 13.9 მოლი Mg.
5. თეორიული გამოსავლის დასადგენად საჭიროა, ანგარიში დაიწყო შემზღუდველი ანუ მალიმიტირებელი რეაგენტის მოლების რიცხვიდან. 3.090 მოლი SiCl₄. გათანაბრებულ ტოლობაში თანაფარდობა SiCl₄-სა და Si-ს შორის არის 1:1, ამიტომ მიიღება 3.090 Si. სილიციუმის მოლური მასაა 28 გ/მოლი. რეაქციის შედეგად წარმოიქმნებოდა 86.52 გ სილიციუმი.

მაგალითზე მუშაობის შემდეგ მოსწავლეებმა წყვილებში შეასრულეს რამდენიმე მსგავსი ამოცანა. ბოლოს მეგობრები შეხვდნენ ერთმანეთს და განიხილეს გაკვეთილის საკითხები.

„ვინ წარმოიდგენდა რომ მაფინების დასათვლელად საჭირო მათემატიკა ქიმიაში გამოდგებოდა?“ – იცინოდა ნიკა.

„მე ვერა!“ – ერთხმად წამოიძახეს დანარჩენებმა და მუშაობა გააგრძელეს. მაფინების მაგალითზე უკვე ძალიან მარტივად გაარკვიეს ქიმიაში მოცემული ამოცანები.

ამოცანები დამოუკიდებელი მუშაობისთვის:

1. მეტალური ქრომი რეაგირებს ჟანგბადთან, შედეგად მიიღება ქრომ (III)-ის ოქსიდი Cr₂O₃.

ა) შეადგინე რეაქციის ტოლობა და შეარჩიე კოეფიციენტები;

ბ) რა მასის ქრომ(III)-ის ოქსიდი მიიღება 0.175 გრამი ქრომის სრულად გარდაქმნის შედეგად?

გ) რა მასის ჟანგბადია საჭირო რეაქციის მიმდინარეობისთვის?

2. ჰექსენი(C₆H₁₂) სრულად იწვის ჟანგბადში(O₂), მიიღება CO₂და H₂O.

ა) შეადგინე შესაბამისი რეაქციის ტოლობა და შეარჩიე კოეფიციენტები.

ბ) 215.0 გ ჰექსანი შეურიეს 215.0 გ ჟანგბადს. რომელია მალიმიტირებელი რეაგენტი? პასუხი დაასაბუთე.

გ) რომელი რეაგენტი რჩება ჭარბად და რა რაოდენობით?

დ) რა მასის ნახშირორჟანგი და წყალი მიიღება რეაქციის შედეგად?

3. ამიაკის მიღება შესაძლებელია ჩაუმქრალი კირისა და ნიშადურის ურთიერთქმედებით.

CaO (მყ) + 2NH₄Cl(მყ) → 2NH₃(ა) + H₂O (ა) + CaCl₂(მყ)

ა) შეურიეს 112 გ ჩაუმქრალი კირი და 224 გ NH₄Cl. რომელია მალიმიტირებელი რეაგენტი?

ბ) რას უდრის რეაქციის თეორიული გამოსავალი?

გ) რეაქციის შედეგად 16.3 გ ამიაკი რომ მიეღოთ, რისი ტოლი იქნებოდა რეაქციის გამოსავალი?

დამხმარე მასალა:

1. მალიმიტირებელი რეაგენტი
2. მალიმიტირებელი რეაგენტის დადგენა
3. რეაქციის თეორიული და პრაქტიკული გამოსავალი
4. რეაქციის პრაქტიკული გამოსავალი, მარგი ქმედების კოეფიციენტი და ენერგიის პირამიდა