Тема: створення і опрацювання моделей на прикладах задач з хімії.

Мета

• навчальна — познайомити учнів зі створенням та опрацюванням моделей на прикладі задач з хімії;

• розвивальна — розвиток пізнавальних інтересів, навиків роботи з Free Pascal i Libre Office, самоконтролю, уміння конспектувати.

• виховна — стимулювати інтерес до предмету, пізнавальну активність, акуратність, терпимість та інформаційну культуру учнів.

Після вивчення теми учень

• має уявлення про форми подання моделей;
• розрізняє форми подання моделей;
• пояснює:
  • розв'язання задач за допомогою Free Pascal i LibreOffice Calc;
  • роль планування та створення моделей, зокрема при навчанні.

Обладнання й матеріали: ПК з встановленими Pascal та LibreOffice, (дана) інструкція.

Структура уроку

1. Організаційний момент.
2. Актуалізація опорних знань.
3. Вивчення нового матеріалу.
4. Інструктаж з ТБ.
5. Закріплення вивченого матеріалу.
6. Підбиття підсумків уроку.
7. Домашнє завдання.

1. За призначенням розрізняють моделі навчальні, дослідні, науково-технічні, імітаційні та інші. Які сфери застосування кожної з них?
2. За фактором часу розрізняють моделі статичні й динамічні. У чому різниця між ними?
3. За способом реалізації моделі поділяють на два види — матеріальні та інформаційні. У чому різниця між ними?
4. Що таке комп’ютерна модель?
5. Основні етапи комп’ютерного моделювання такі:
   1. Постановка задачі та її аналіз.
   2. Побудова інформаційної моделі.
   3. Розробка методу й алгоритму дослідження моделі.
   4. Розробка комп’ютерної моделі.
   5. Проведення комп’ютерного експерименту.
   У чому полягає їхня суть?
6. За способом подання інформації інформаційні моделі поділяють на: словесні, графічні, структурні, алгоритмічні, розрахункові, спеціальні. Подайте приклади.

1. Ознайомитися з умовою задачі або чітко сформулювати її.

2. Проаналізувати умову задачі, тобто знайти відповіді на такі питання:

   • Що дано?
   • Що потрібно визначити?
   • При яких припущеннях?
   • У якому вигляді потрібно (доречно, найкраще) подати результати?
   • За яких умов можна отримати результати?
   • Які результати вважати правильними?

3. Передбачити розв'язання задачі з допомогою комп'ютера. Розв'язання задачу необхідно підготувати до втілення його програмою: підібрати формули, встановити порядок виконання дій тощо. Для алгоритмічно складних задач потрібно сформулювати розв'язання у вигляді, зручному для перекладу алгоритмічною мовою.

4. Визначити метод розв'язання задачі, від чого залежить, яку програму доцільно буде використати.

5. Розробити алгоритм на основі обраного методу

6. Втілити алгоритм за допомогою програмного забезпечення.

7. Протестувати й налагодити програму (електронний документ).

8. Провести остаточні розрахунки, проаналізувати отримані результати.

Задача 1. Скільки молекул міститься в 1 мл газу при температурі 23°C і тиску 2,53 кПа.

1. Умову задачі не вимагає переформулювання чи уточнення.

2. З умови задачі маємо:
   
   дано:
   t = 23°C — температура;
   P₁ = 2,53 кПа — тиск газу;
   V₁ = 0,001 л — об'єм газу;
   
   потрібно знайти:
   х — кількість молекул.

3. До формулювання умови завдання мають відношення такі факти.

   • Відношення добутку тиску і об'єму до абсолютної температури газу — стале:
     
     P V / T = const.

   • N_A = 6.02214129 · 10²³ моль⁻¹ — число Авогадро — стала кількість молекул в одному молі. Моль — це кількість речовини, виражена у грамах, що чисельно дорівнює її молекулярній масі.

4. Для розв'язання поставленого завдання використаємо аналітичний метод. У таких випадках доцільно використовувати табличні процесори або середовища прогамування — програми, що «вміють лише рахувати». Або ті, що «вміють робити аналітичні перетворення». Наприклад, систему алгебричних обчислень Reduce.

5. Сценарій розв'язання задачі: cпочатку визначити об'єм газу за нормальних умов, після чого визначаємо кількість молекул газу у 1 мл.
   
   Розвязання задачі. Запровадимо такі позначення:
   
   P₀ = 101,3 кПа — тиск газу за нормальних умов;
   V₀ — об'єм газу за нормальних умов;
   V_μ = 22,4 л/моль — об'єм одного моля газу за нормальних умов;
   T₀ — 273°К — абсолютна температура при нормальних умовах;
   T₁ = T₀ + t — абсолютна температура газу.
   
   З рівності:   P₀ V₀ / T₀ = P₁ V₁ / T₁    маємо:   V₀ = P₁ V₁ T₀ / (P₀ T₁).
   З пропорції:   x : N_A = V₀ : V_μ     маємо:
   
   x = N_A V₀ / V_μ = N_A P₁ V₁ T₀ / (P₀ T₁ V_μ ).
   
   Комп'ютерна модель у середовищі LibreOffice Calc

   

   Комп'ютерна модель в інтегрованому середовищі програмування мовою Pascal

   Const
   Na=6.02214129e23;
   P0=101.3;
   VM=22.4;
   T0=273;
   t=23;
   P1=2.53;
   V1=0.001;
   BEGIN
   writeln('Шукана кількість молекул: ',
   NA*P1*V1*T0/(P0*(T0+t)*VM));
   END.

Задача 2. Визначити масу алюмінію Al, що може витиснути 6,72 л (за нормальних умов) водню Н₂ з сульфатної кислоти H₂SO₄.

З умови задачі маємо:

дано: V_Н₂ = 6,72 л — об'єм виділеного водню;
потрібно знайти: m_Al — маса алюмінію.

Запровадимо такі позначення:

V_μ = 22,4 л/моль — об'єм одного моля газу за нормальних умов;
M_Al = 26,981 г/моль — молярна маса алюмінію .

Молярну масу взято з таблиці Менделеєва.

Рівняння реакції має такий вигляд:

Для вхідних даних маємо:

Комп'ютерна модель у середовищі LibreOffice Calc

Комп'ютерна модель в інтегрованому середовищі програмування мовою Pascal

Const
VM=22.4;
VH2=6.72;
MAl=26.981;
BEGIN
writeln('Шукана маса алюмінію: ',
       2*MAl*VH2/(3*VM),' грам.')
END.

4. Інструктаж з ТБ
5. Закріплення вивченого матеріалу
Результат побудови комп'ютерної моделі у довільному середовищі записувати з назвою Ваше прізвище_Номер завдання у вказану вчителем теку.

Задача 3. Розчинність амоній сульфату (NH₄)₂SO₄ в інтервалі температур 20–90°С виражають такою залежністю:
S = 0,1 · t + 40,8. Тут
S — частка розчиненої речовини (масовий %) у насиченому водному розчині;
t — температура (°С).
Скільки грамів насиченого водного розчину амоній сульфату при температурі 26°С потрібно взяти для приготування 200 г розчину солі з масовою часткою 4%?

Задача 4. Розрахувати масу натрій гідроксиду NaOH, необхідного для повної нейтралізації 126 г розчину з масовою часткою 10% нітратної кислоти HNO₃.

Задача 5. Обчислити об’єм азоту N₂ і водню Н₂, необхідних для синтезу амоніаку NH₃ об’ємом 60 м³.

6. Підбиття підсумків уроку
Виставлення оцінок.

7. Домашнє завдання
Повторити вивчений матеріал.

Текст упорядкувала Тонковид Манрина Аркадіївна вчитель інформатики спеціалізованої школи № 135 Шевченківського району, під час виконання випускної роботи на курсах підвищення кваліфікації з 06.10.2014 до 25.10.2014.