Прикладные задачи по химии с профессионально-ориентированным содержанием

Автор: Катаурова Наталья Александровна

Организация: ГБПОУДХТ им. Красной Армии

Населенный пункт: Нижегородская область, г. Дзержинск

...Задача, которую вы решаете, может быть скромной, но если она бросает вызов вашей любознательности и заставляет вас быть изобретательным и если вы решаете её собственными силами, то вы сможете испытать ведущее к открытию напряжение ума и насладиться радостью победы.

Д. Пойа. Как решать задачу [1]

Решение задач играет ключевую роль в изучении химии. Оно способствует развитию самостоятельности, стимулирует познавательную активность и творческое мышление обучающихся. Для успешного выполнения химических задани необходимо систематически осваивать стандартные алгоритмы решения базовых задач, а также учиться выявлять типовые элементы в сложных и комплексных.

Особую значимость химические задачи приобретают в подготовке будущих специалистов.  Они не только формируют профессиональные компетенции, но и служат источником практически полезной информации, которая может быть востребована в дальнейшей работе. Кроме того, такие задачи способны имитировать реальные производственные процессы, а полученные в ходе их решения данные помогают обосновывать производственные решения. [2]

В течение последних двух лет автором было апробировано решение прикладных задач с профессионально-ориентированным содержанием при подготовке студентов по укрупненной группе специальностей и профессий 18.00.00 Химические технологии в Дзержинском химическом техникуме им. Красной Армии. В этом случае задачи являются составной частью методического обеспечения общеобразовательной учебной дисциплины «ООД.12 Химия», которая является обязательной частью общеобразовательного цикла основной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальностям 18.02.14 Химическая технология производства химических соединений, 18.02.11 Технология производства энергонасыщенных материалов и изделий, 18.02.12 Технология аналитического контроля химических соединений.

Студентам предлагаются разноуровневые задачи:

• традиционные типовые задания

Для обеспечения индивидуального подхода при составлении этих заданий применяется фасетный принцип, позволяющий каждому обучающемуся получить уникальный вариант. Основная цель таких упражнений — освоение фундаментальных алгоритмов и универсальных методов решения;

• усложненные задачи, где, помимо применения стандартных алгоритмов, требуется умение анализировать условие и понимать химическую основу проблемы;
• прикладные задачи, адаптированные под конкретные специальности обучающихся.

 

Примеры прикладных задач профессиональной направленности представлены далее:

– для специальности 18.02.14 Химическая технология производства химических соединений, тема «Производство и применение органических веществ в промышленности»:

«В 1993 году в городе Дзержинск Нижегородской области основана компания «Тосол-Синтез», которая к 2023 году выросла в мощнейшее производство мирового уровня. Завод стал лидером среди российских компаний по производству охлаждающих жидкостей. Тосол - принятое в России торговое название незамерзающих охлаждающих жидкостей от голубого до синего цвета на основе этиленгликоля.

Низкозамерзающая жидкость тосол изготовлена на основе этиленгликоля. В инструкциях для автомобилистов указано, что перед ее заливкой систему охлаждения необходимо очистить от накипи. Почему это важно?

Ответ:

Многоатомные спирты обладают слабыми кислотными свойствами, поэтому способны растворять накипь, которая состоит преимущественно из карбонатов кальция и магния:

Вследствие этой реакции содержание чистого этиленгликоля в растворе снижается, изменяются его характеристики. Существует и физическая причина: слой накипи на стенках системы охлаждения препятствует нормальному теплообмену и снижает эффективность охлаждения».

 

– для специальности 18.02.14 Химическая технология производства химических соединений, тема «Органические вещества в жизнедеятельности человека. Производство и применение органических веществ в промышленности»:

«Реакции окисления изопропилбензола воздухом в гидроперекись и разложения ее на фенол и ацетон открыл Р.Ю. Удрис в 1942 году в лаборатории, которой руководил профессор П.Г. Сергеев. В течение последующих пяти лет они разработали технологический процесс и выполнили проект промышленной установки, построенной и пущенной в эксплуатацию в 1949 г. в Дзержинске Горьковской области (завод «Рулон»). Авторы технологического процесса,  с помощью которого в нашей стране стали получать около 96% фенола и не менее 90% в других странах - П.Г. Сергеев, Р.Ю. Удрис, Б.Д. Кружалов и М.С. Немцов.

Основой кумольного метода являются реакции, открытые Р.Ю. Удрисом:

• жидкофазное окисление  кумола ( изопропилбензола) кислородом воздуха до гидропероксида,
• кислотное гидролитическое расщепление гидропероксида кумола на фенол и ацетон.

Преимущество кумольного метода: безотходная технология (выход полезных продуктов больше 99 %) и экономичность.

В настоящее время этот метод является основным в мировом производстве фенола, крупнотоннажного продукта промышленности основного органического и нефтехимического синтеза.

При кумольном способе получения фенола, выход фенола на одной из стадий процесса составляет 85% . Рассчитайте массу фенола, которую можно получить из 120 кг кумола, если общий выход продукта по всем стадиям синтеза составляет 78% ( примечание: расчет ведется через общий выход)».

– для специальности 18.02.14 Химическая технология производства химических соединений, тема «Производство неорганических веществ. Значение и применение в быту и на производстве»:

«Компания «РусВинил» (СП СИБУР Холдинг и Solvay) на своем заводе в Кстово в период пандемии, вызванной коронавирусом, создала опытное производство гипохлорита натрия – сырья для производства дезинфицирующих средств. Гипохлорит натрия является сопутствующим продуктом в цепочке получения поливинилхлорида (ПВХ) и каустической соды.

Гипохлорит натрия является рекомендованным Всемирной организацией здравоохранения дезинфицирующим средством, для применения во время пандемии, вызванной коронавирусом, но также и для борьбы с другими заразными патогенами.

Это средство убивает микроорганизмы очень быстро и при достаточно низких концентрациях, поскольку разложение гипохлорита сопровождается образованием ряда активных частиц (радикалов) и, в частности, синглетного кислорода, обладающего высоким биоцидным действием.

Жидкий отбеливатель «Белизна», производимый в г. Дзержинске, применяется для отбеливания тканей, дезинфекции и уборки. Основным активным компонентом является гипохлорит натрия, который обладает сильными окислительными и отбеливающими свойствами.

а) Запишите уравнение реакции разложения гипохлорита натрия.

б) Какой объем кислорода (н.у.) можно получить из 300 г средства «Белизна», если известно, что массовая доля гипохлорита натрия в нем составляет 7,5%?

в) Какую роль выполняет гидроксид кобальта (III) в данной реакции?».

 

– для специальности 18.02.12 Технология аналитического контроля химических соединений, тема «Производство неорганических веществ. Значение и применение в быту и на производстве»:

«Мистодин», кожный антисептик и дезинфицирующее средство на основе хлорноватистой кислоты.  Обладает противовирусным действием, активен в отношении сложноустроенных вирусов (полиомиелит, гепатит, герпес, грипп, ВИЧ-инфекция), а так же в отношении вируса COVID-19. Согласно экспертизе, проведенной ФБУН Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии, по параметрам острой и хронической токсичности препарат относится к 4 классу малоопасных соединений.  Массовая доля хлорноватистой кислоты в препарате составляет 0,02%.

В результате разложения хлорноватистой кислоты образуется свободный кислород, обладающий высокой окислительной способностью, за счёт чего уничтожаются болезнетворные бактерии и вирусы.

 Какой объем атомарного кислорода выделяется, если на обработку раны   потрачено 10 мл.  препарата?»

 

- для специальности 18.02.11 Технология производства энергонасыщенных материалов и изделий, прикладной модуль, тема «Химия в быту и производственной деятельности человека»:

«На Заводе имени Я.М. Свердлова в Дзержинске, крупнейшем научно-производственном предприятии в Российской Федерации, могут быть кислые стоки. Это связано с химическими процессами, которые используются при производстве энергонасыщенных материалов и изделий, и выбросом кислотных соединений в окружающую среду.

Самый дешевый щелочной реагент для нейтрализации кислотных промышленных стоков – гашеная известь (гидроксид кальция). Используют как суспензию гидроксида кальция («известковое молоко»), так и прозрачный раствор («известковую воду»).

Дано:

Объем сточных вод – 500 л

Концентрация серной кислоты в стоках – 0,2 моль/л

Для нейтрализации используют известковое молоко (раствор гидроксида кальция) с массовой долей гидроксида кальция 10%. Плотность раствора – 1,1 г/мл

Вопросы:

1. Напишите уравнение реакции нейтрализации серной кислоты гидроксидом кальция.
2. Рассчитайте массу гидроксида кальция, необходимую для полной нейтрализации кислоты в стоках.
3. Определите объём известкового молока (в литрах), который потребуется для очистки.
4. Объясните, почему нейтрализация кислых стоков важна для экологии».

 

Химические задачи с производственным и межпредметным содержанием, с акцентом на региональный компонент, способствуют развитию у студентов:

• Практического мышления - обучающиеся видят, как химические процессы применяются в реальной промышленности (очистка стоков, синтез лекарств, производство удобрений).
• Системного подхода - понимание взаимосвязи химии с экологией, экономикой (расчет себестоимости реагентов) и технологией (оптимизация процессов).
• Экологической грамотности – осознание последствий химических производств и способов их минимизации (нейтрализация отходов, утилизация).
• Математических навыков – расчеты концентраций, выходов продуктов.
• Критического анализа - оценка эффективности разных методов (например, выбор между гидроксидом кальция и гидроксидом натрия для нейтрализации).
• Коммуникативных компетенций – объяснение процессов не только на языке химии, но и для неспециалистов (отчеты, презентации).

Прикладные задачи с профессионально-ориентированным содержанием становятся все более востребованными, укрепляя свою роль в учебном процессе, при максимальном использовании возможностей социального и производственного окружений образовательного учреждения для развития познавательного интереса обучающихся к преподаваемому предмету, интереса к специальности.

 

 

 

Литература

1. Асанова Л.И., Барсуков И.Е. Естественнонаучная грамотность: пособие по развитию функциональной грамотности старшеклассников – М.: Академия Минпросвещения России, 2021. – 84 с.
2. Ахметов М.А. Контекстные задачи по химии: учебно-методическое пособие. – Ульяновск: УлГПУ им. И.Н. Ульянова, 2017. – 80 с. // Лань: электронно-библиотечная система. – URL: https://e.lanbook.com/book/129660
3. Балл Г.А. Теория учебных задач: Психолого-педагогический аспект. – М.: Педагогика, 1990. – 184 с.
4. Васильева П.Д. Методика решения и составления химических задач: Учебное пособие. – Элиста: Изд-во Калм. ун-та, 2014. – 94 с.
5. Оржековский П.А., Давыдов В.Н., Титов Н.А. Экспериментальные творческие задания и задачи по неорганической химии: Книга для учащихся. – М.: АРКТИ, 1999. – 48 с.
6. Пак М.С. Теория и методика обучения химии: учебник для вузов. – 4-е изд., стер. – Санкт-Петербург: Лань, 2021. – 368 с [2]
7. Пойа Д. Как решать задачу: Пособие для учителей. Львов: Квантор, 1991. – 215 с [1]
8. Сутягин А.А., Баялдинов, А.А., Ситуационные задачи с экологическим содержанием на уроках химии как способ мотивации к исследовательской деятельности обучающихся / Актуальные проблемы биологической и химической экологии: материалы VI Международной научно-практической конференции. Москва: МГОУ, 26–28.02.2019.
9. Штемплер Г.И., Хохлова А.И. Методика решения расчётных задач по химии. 8–11 кл.: Пособие для учителя. – М.: Просвещение, 1998. – 207 с.

Опубликовано: 16.06.2025