Программа изобретательских задач по химии

МОУ СОШ п. Тарбагатай Петровск - Забайкальского района Читинской области

Использование изобретательских задач на уроках химии.

Учитель: Шишмарева СЛ

Стаж 23г

категория: высшая

Актуальность.

Творчество - высшая форма психической активности, самостоятельности, способность создавать нечто новое, оригинальное.

Одна из главных позиций в оценке всесторонне развитой личности- творческий труд в интересах личности, общества, государства.

Процесс отражения человеком объективной реальности носит активный, преобразующий характер. Поэтому воспитание активной жизненной позиции учащихся органически связано с формированием их мышления, развитием и совершенствованием всех качеств ума. Наличие противоречий между современным уровнем научных знаний и содержанием школьного образования, как объективное явление и движущая сила, должны постоянно учитываться в практике обучения. Каждый, кто учит, призвании на основе этого противоречия стремиться к постоянному "подтягиванию" содержания и методов обучения к современному уровню большой науки. А для этого необходимо, чтобы школа учила мыслить, мыслить самостоятельно творчески.

При отсутствии творческого многотекстного видения мира ребёнок в любом возрасте переживает противоречия, конфликтные ситуации, стрессы. Дети с развитыми творческими способностями иначе подходят к разрешению противоречий, благодаря поисковой активности легче справляются с трудностями обучения, с ситуациями конфликта в общении, с разноправленностью мотивов. Межполушарная ассиметрия не является неизменной биологической функцией. она может иметь сдвиг в ту или иную сторону, и в результате взросления, и в результате социальных влияний и обучения, и в результате усилий самого ученика на правополушарные способности, более активизированные в дошкольном детстве, легче опираться и в школьные годы. Однако наша культура , образование более ориентированы на логические левополушарные компоненты мышления, поэтому левое полушарие у детей уже начиная со старшего дошкольного возраста становится доминирующим, что приводит к нарушениям гармонического развития личности. Есть ли выход из этого положения ? Исследования показали, что интенсификацию обучения можно связать со стимуляцией образного мышления, учётом индивидуальных особенностей межполушарной ассиметрии мозга детей. При этом и развивается творческий потенциал личности, и активизируются левополушарные компоненты мышления, уравновешиваясь с правополушарной активацией. Функциональная ассиметрия предусматривает возможность и необходимость гармонического развития обоих компонентов мышления. Вот почему так важно использовать активные методы и формы обучения с опорой на проблематичность содержания.

такой подход - это здоровьесберегающая технология. Мозг, творчество и здоровье - её составляющие.

Перед современной российской школой не должна стоять задача дать лишь базовые знания или выполнить стандарт образования. Школа должна дать школьнику такой инструмент, который сможет дать ему импульс для самообразования и самовоспитания, ведь современному человеку необходимо научиться выполнять логические операции, овладевать анализом, синтезом, экстраполяцией, уметь делать выводы, обоснованно рассуждать. Если человек не владеет этим " инструментом", полноценной жизни у него не получится, потому что ему не будет ясен смысл явлений, познания мира, смысл человеческой деятельности, смысл собственной жизни , наконец.

Решению такой задачи способствует использование изобретательских задач на уроках.

Цель: Выстроить систему работы по применению изобретательских задач, используемых на уроках химии, способствующих повышению творческого потенциала учащихся.

Задачи:

1 Подобрать задачи изобретательского характера.

2 Связать условие задач с изучаемой темой.

3 Включить задачи в структуру урока.

4 Использовать технологию решения изобретательских задач ТРИЗ Г.С. Альтшуллера.

Теория решения изобретательских задач ( ТРИЗ) была создана Г.С. Альтшуллером для решения задач технического плана.

Однако вскоре стало ясно, что инструментарий ТРИЗ, реализующий диалектический подход к решению проблемы, применим и к решению исследовательских задач (ИЗ), в которых требуется что - либо объяснить: будь то причины явлений в живой или неживой природе или причины возникновения брака на производстве.

Большинство задач подобного плана решается методом, получившим название " обращение исследовательской задачи"

Этот метод заключается в том, что вместо вопроса " как это объяснить?" нужно перейти к вопросу " как это сделать?". Тогда исследовательская задача становится изобретательской и для её решения можно использовать обычный инструментарий ТРИЗ.

При этом в рассматриваемую систему нельзя вводить дополнительные вещества, а можно использовать только наличные ресурсы, то есть пользоваться тем, что есть в системе или около неё, так как в рассматриваемом явлении искомые вещества уже взаимодействуют.

При решении изобретательских задач используется " мозговой штурм":

а) выдвижение различных гипотез, какими бы абсурдными они не были;

б) совместный анализ выдвинутых гипотез и предложений, определение сильных и слабых сторон;

в) выбор самых интересных и правильных решений.

Использование изобретательских задач на уроках имеет большое значение не только потому, что это требует большого напряжения интеллекта, но и потому, что при их решении не только можно, но и просто необходимо пользоваться учебниками справочниками, энциклопедиями и любыми другими литературными источниками.

Решение изобретательских задач на уроках позволяет подготовить учащихся к химическим олимпиадам.

При решении изобретательских задач учащиеся должны:

-применять широко и осознанно анализ, уметь вскрывать закономерности;

- творчески применять различные виды и формы сравнения;

-выполнять задания проблемно - обобщающего характера;

- творчески применять сформированные умения конкретизировать для исследования;

- активно применять различные виды и формы доказательства: прямое и косвенное, дедуктивное и индуктивное, проблемное, " мозгового штурма";

- выполнять задания творческого характера.

№

Тема

Класс

Задача

1

Разделе-

ние

смесей

8

Суспензии - это дисперсные системы, в которых маленькие твёрдые частицы распределены в жидкости. Суспензии неустойчивы во времени и постепенно твёрдые частицы под действием силы тяжести выпадают в осадок. основным способом отделения твёрдого вещества от жидкости в суспензиях является фильтрование. На фармацевтической фабрике возникла задача быстрого разделения суспензии путём фильтрования, причём было необходимо выделить для дальнейшей переработки как жидкость, так и взвешенную в ней фазу. для этого суспензию стали пропускать через мелкоячеистой фильтр, например , из металлической сетки. По мере накопления осадка скорость фильтрования уменьшается и, наконец, процесс практически останавливается.

Предложите принципиальную схему устройства, которое позволило бы вести процесс фильтрования суспензии практически в непрерывном режиме.

2

Электролитическая

диссоциа-

ция

Электро-

лиз

9

В стеклянном сосуде сложной формы застряла металлическая спираль , изготовленная из химически стойкого сплава. В окислителях, кислотах, щелочах и других химических агентах спираль практически нерастворима. Стоимость сосуда намного выше стоимости спирали. предложите способ освобождения сосуда от спирали.

3

Сера и её соедине-

ния

9

Содержащийся в дымовых выбросах сернистый газ. в принципе. с помощью известных вам реакций можно превратить в серную кислоту. Однако оксид серы (Ⅳ) в дыме электростанций и металлургических заводов сильно разбавлен, что вызывает большие трудности при его окислении до оксида серы ( Ⅵ) Поэтому для очистки дымовых газов от сернистого ангидрида обычно приходится искать другие решения. одним из них является пропускание выбросов, содержащих SО2, через водную суспензию сульфита магния. Напишите уравнение соответствующей реакции.

4

Катализ

9

а) Большинство химических процессов в промышленности связано с применением гетерогенных катализаторов. Катализатор часто приходится перемещать из одного аппарата в другой с целью замены или для регенерации, то есть приходится иметь дело с движущимся катализатором. Разумеется, что перемещение катализатора должно осуществляться так, чтобы основной процесс можно было вести непрерывно. для этого предложены специальные системы пневмотранспорта, в которых катализатор движется под действием потока газа. Предложите способ перемещения гранулированного катализатора без остановки основного процесса и без применения пневмотранспорта.

б) Одним из возможных способов производства водорода является каталитическое расщепление углеводородов , например

С2Н2 →СН4 + С + Н2

Для этого газообразные водороды пропускают при температуре 600 - 700⁰ С через трубчатую печь. в которой находится катализатор на основе металлического никеля или кобальта. К сожалению, выделяющаяся сажа оседает на поверхности катализатора и он перестаёт работать. процесс приходится останавливать, чтобы регенерировать катализатор. для этого через нагретый катализатор пропускают воздух и сажа сгорает. Потеря сажи очень невыгодна, так как она является ценным сырьём для шинной промышленности.

Предложите техническое решение, которое позволило бы вести процесс в непрерывном режиме. чтобы сажа при этом не терялась.

5

Серная кислота и её соли

9

В химической технологии широко применяют поглотительные башни. Например, растворение серного ангидрида SО3 в разбавленной серной кислоте осуществляется пропусканием газообразного SО3 снизу вверх. Кислота поступает сверху и постепенно насыщается серным ангидридом. для увеличения эффективности поглощения башню наполняют инертной насадкой, например керамическими кольцами ( так называемые кольца Рашига). При заполнении кольцами Рашига их забрасывают сверху и часть колец разбивается. предложите способ заполнения башни керамическими кольцами, который бы обеспечил большую их сохранность. Заполнять башню можно только сверху.

6

Углерод и его соед-я

9

а)Для получения тепло - и звукоизолирующих полимерных материалов их необходимо вспенивать ( "вспучивать")- то есть изготавливать пенопласты. Это материалы, в которых в массе твёрдого полимера имеется большое количество пузырьков газа. одним из способов получения пенопласта является применение веществ- газообразователей. эти вещества при полимеризации разлагаются с выделением газа. Предложите вещества. которые по вашему мнению, можно использовать в качестве газообразователей. напишите уравнения реакций.

б) Чистый углекислый газ используют во многих областях техники. для этого его закачивают в баллоны и в сжатом виде развозят потребителям. вместе с тем разработаны компактные установки. позволяющие эффективно выделять СО2 из смесей, в которых его концентрация составляет десятки процентов. эти же установки позволяют очищать углекислый газ. предложите источник технического углекислого газа, пригодного для его получения в любом, даже удалённом от промышленных предприятий, месте.

7

оксикислоты хлора и их соли.

ОВР

10

а)Свободный хлор получают в лаборатории действием окислителя на соляную кислоту или хлориды металлов в кислой среде . Чаще всего в качестве окислителя используют перманганат калия , диоксид марганца МnО2, дихромат калия К2Сr2О7 , бертолетову сольКСLО3. Однако перечисленные окислители довольно дороги и дефицитны. предложите доступный и дешёвый окислитель, при взаимодействии которого с соляной кислотой образуется хлор.

8

Соли оксикис-т.

Галгеноводороды

10

а) В некоторых производствах используют очень чистые и сухие газообразные галогеноводороды ( НСl и НВr) Предложите эффективный способ получения сухих галогеноводородов из их водных растворов.

б) Фтороводород можно получить , обрабатывая плавиковый шпат ( СаF2) концентрированной серной кислотой при температуре 160 - 280 ⁰ С t

СаF2 + 2 Н⁺ → Са²⁺ +2НF↑

Однако этот процесс не позволяет полностью использовать сырьё, так как выгружаемый из печи твёрдый остаток ( около 80% СаSО4, 2-6% СаF2 и 10 - 12 % серной кислоты), как правило не находит дальнейшего применения. Какую кислоту вместо серной можно взять , чтобы рационально использовать сырьё? Какими двумя свойствами должна обладать такая кислота?

в) Для получения металлов из руд в промышленности главным образом используют 2 пути. это пирометаллургия и гидрометаллургия. Пирометаллургия объединяет большую группу методов переработки металлических руд. общим для которых является действие на руду кислородом воздуха при сильном нагревании. При этом природные соединения металлов превращаются а оксиды. Гидрометаллургия заключается в извлечении металлов из руд с помощью водных растворов химических реагентов. в первую очередь кислот. наиболее важной операцией при переработке руды является так называемое "вскрытие", то есть перевод, как правило химически инертного природного минерала в более активную форму, пригодную для дальнейших превращений. так, например природный оксид титана 4 - валентного - минерал рутил - представляет собой довольно инертное соединение, с большим трудом растворяющееся в расплаве щёлочи. чтобы превратить его в более активное вещество . с целью дальнейшего получения металлического титана, рутил подвергают действию хлора. Получающийся хлорид титана (Ⅳ) нетрудно восстановить до металла. Понятно, что самым активным " вскрывающим " агентом должен быть фтор. Однако в промышленности его применение сильно ограниченно из - за высокой агрессивности этого газа. тем не менее его используют в небольших масштабах для выделения редких и радиоактивных элементов. применяют фтор и для получения летучих фторидов тяжёлых радиоактивных элементов с целью дальнейшего их разделения на отдельные изотопы. Предложите агент для фторного " вскрытия" , помимо газообразного фтора.

г) Известно, что для определения концентрации данного иона в растворе берут порцию этого раствора и точно измеряют количество раствора реагента, с которым данный ион полностью взаимодействует. например, для установления концентрации хлорид - иона в растворе к нему добавляют раствор. содержащий точно известное количество ионов серебра. Поскольку реакция:

Аg⁺ + CL^- = АgCl↓

протекает количественно по расходу серебра можно рассчитать концентрацию хлорид - ионов в исследуемом растворе. эта операция называется титрованием. В лабораторных условиях особых трудностей титрование не вызывает. иначе дело обстоит в полевых условиях . Приходится перевозить, а зачастую переносить в рюкзаках хрупкие склянки с реактивами. предложите пути упрощения приготовления растворов заранее заданной концентрации для работы в полевых условиях

9

Оксиды

Адсорбция

10

а) Чем следует пропитать кремнезём, чтобы полученный сорбент мог поглотить оксид азота (Ⅳ) из воздуха?

б)Два наиболее распространённых типа адсорбентов: силикагель - высушенный гель кремневой кислоты и активированный угол. для каждого из них есть вещества , которые особенно хорошо на них адсорбируются. Если стоит задача приготовления универсального сорбента, который мог поглощать более широкий набор веществ, силикагель можно перемешать с углём и получить таким путём смешанный сорбент. Предложите оптимальный , по вашему мнению, способ приготовления смешанного силикагель - угольного сорбента.

б) два наиболее распространённых типа адсорбентов: силикагель- высушенный гель кремневой кислоты и активированный уголь. Для каждого из них есть вещества, которые особенно хорошо на них адсорбируются. Если стоит задача приготовления универсального адсорбента, который мог бы поглощать более широкий набор веществ. силикагель можно перемешать с углём и получить таким путём смешанный сорбент. Предложите оптимальный по вашему мнению, способ приготовления смешанного силикагель - угольного сорбента.

1о

Пероксиды

10

В основе самоочищения водоёмов от органических загрязнений лежит процесс их окисления, если органических веществ в воде немного , то они окисляются растворённым в воде кислородом. Процесс окисления ускоряется под действием солнечного света. Способствуют окислению и некоторые микроорганизмы. А нельзя ли предложить химические методы интенсификации процесса окисления органических веществ?

11

Термохимия

10

Выделение теплоты в химических и физико - химических процессах можно использовать для определения концентрации веществ. разумеется тепловой эффект будет тем больше, чем выше массовая доля вещества в анализируемой смеси. В аналитической химии такой метод получил название " термохимическое титрование". С его помощью можно установить , например, концентрацию крепких растворов серной кислоты, измеряя тепловой эффект, наблюдающийся при разбавлении их водой.

Как влияет объём анализируемой пробы серной кислоты и способ смешивания с водой на результат и точность анализа ?

12

Хим. равн -е , способы его смещения

10

а) Массовая для плавиковой кислоты, поступающей в продажу, обычно 40%. Поскольку для многих целей необходимо иметь более концентрированную кислоту ( 90% и выше) , продажный препарат сначала насыщают газообразным фтороводородом, а затем подвергают перегонке. Предложен оригинальный метод химического концентрирования плавиковой кислоты, а также регенерации осушителя:

К2NbF7 + H2O= К2NOF7 + 2HF

Прямая реакция - гидролиз гептафторниобата калия парами 40% плавиковой кислоты - приводит к образованию 93 % кислоты и оксифторниобата калия. При обратной реакции - пары 40% плавиковой кислоты взаимодействуют с оксифторниобатом калия - регенерируется осушитель ( К2NbF7) разумеется , что прямая и обратная реакция должны проводиться в различных температурных условиях. Каковы по вашему мнению , должны быть температурные режимы для прямой и обратной реакции? Какова степень окисления ниобия в К2NbO7 и K2NbOF5 ?

б) Гидрокарбонат натрия может быть получен действием раствора хлорида натрия на гидрокарбонат магния:

Мg (НСО3)2 + 2 Nа Сl = МgCl2 +2 NаНСО3

Как сместить равновесие этого процесса в нужную сторону, если известно. что гидрокарбонат натрия менее растворим, чем три остальные соли?

в) Хлорид свинца двухвалентного применяют в производстве пигментов. Его можно получить из оксида свинца(Ⅱ) действием свободного хлора при температуре 130 - 250 ⁰С. Одновременно при этом образуется ещё одно соединение свинца. напишите уравнение реакции. Как будет влиять повышение температуры на это равновесие? Как сдвинуть его в сторону образования продуктов?

13

Соединения серы Ⅱ

10

основной компонент природного газа-метан. некоторые крупные месторождения природного газа , например Астраханское , Оренбургское , помимо углеводородов содержат сероводород. Эта примесь с одной стороны опасна, так как вызывает коррозию трубопроводов и перекачивающей аппаратуры. Кроме того, при сгорании такого газа получается оксид серы(Ⅳ), что вызывает загрязнение атмосферы. с другой стороны сероводород является ценным химическим сырьём, из которого можно получить , например серную кислоту. Предложите рациональные способы очистки природного газа от сероводорода.

14

Соединения серы(Ⅳ)

10

а)Одним из важнейших способов получения элементной серы является взаимодействие между сернистым газом и сероводородом. Вариантом этого процесса является реакция между оксидом серы и сульфидами щелочных металлов. По этой реакции можно получить серу из газов , содержащих сернистый газ. напишите уравнение реакции между сернистым газом и сероводородом. какие продукты могут получиться при взаимодействии сернистого газа и сульфидом натрия? Покажите переход электронов.

б) Аппараты с псевдоожижженным слоем могут применяться и для очистки газовых выбросов, например, от сернистого ангидрида , брызг и тумана серной кислоты. Предложите набор твёрдых веществ. которые по вашему мнению, целесообразно использовать для псевдоожижжения с целью очистки газов от сернистого газа.

15

оксид серы (Ⅵ)

10

Содержащийся в дымовых выбросах сернистый газ с помощью известных вам реакций можно превратить в серную кислоту. Однако сернистый газ в дыме электростанций и металлургических заводов сильно разбавлен. что вызывает большие трудности технологические при его окислении до оксида серы шестивалентного. Поэтому для очистки дымовых газов от сернистого ангидрида обычно приходится искать другие решения. одним из них

является пропускание выбросов, содержащих сернистый газ через водную суспензию сульфита магния. Напишите уравнения соответствующей реакции.

б) Ещё один способ поглощения сернистого ангидрида состоит в пропускании дыма через водный раствор аммиака. напишите уравнение реакции.

в) какой из двух способов , приведённых выше,

вы предпочтёте для дальнейшего превращения сернистого газа в серную кислоту?

16

Окислительные св - ва НNО3

10

Проблема концентрирования актуальна для разбавленной азотной кислоты. Она - относительно летучая кислота, поэтому разбавленную азотную кислоту перегоняют в присутствии водоотнимающих добавок. Какие добавки вы можете предложить для получения концентрированной азотной кислоты из разбавленной? При этом надо помнить о том, что концентрированная кислота не должна содержать примесей.

17

Кромплексные соединения

11

Чтобы выявить присутствие в атмосферном воздухе тех или иных вредных веществ. часто используют так называемые индикаторные трубки. Это стеклянные трубочки длиной 1 -10 см и диаметром 3 -5 мл., наполненные порошком твёрдого сорбента, пропитанный химическим реагентом, способным давать цветную реакцию с вредной примесью. По степени окраски сорбента можно довольно точно определить концентрацию примеси. предложите вещества, которыми надо пропитать сорбент, чтобы обнаружить в воздухе примеси хлора, оксида серы четырёхвалентного, озона. сероводорода и хлороводорода. Предложите индикаторный состав, пригодный для влажности атмосферного воздуха.

18

Соединения азота

10

Многие почвы содержат азот в форме нитратов. Химический анализ на нитраты требует специальных реактивов. Гораздо проще азот определить в виде иона аммония. Предложите способ определения концентрации нитратного азота в почвах путём перевода его в аммонийную форму.

19

Соединения фосфора

10

Полифосфорная кислота представляет собой систему оксид фосфора пятивалентного- вода, включающую растворённые в ней различные кислоты фосфора, НРО3, Н3РО4, Н3(РО3)3, Н4Р2О7. Это вязкая и липкая масса. Для проведения специального синтеза, в котором используют полифосфорную кислоту. требуется получить её в виде тонкоизмельчённого высокодисперсного порошка. Как это сделать?

20

Адсорбция . Карбиды и силициды

10

а)Гербициды - это хим. соединения, которые препятствуют росту сорняков. При внесении их в почву приходится преодолевать трудности, связанные с необходимостью равномерного распределения небольших количеств гербицида по площади поля. Чтобы облегчить процесс внесения , их либо смешивают с удобрениями, либо разбавляют инертными веществами. Ещё одна трудность состоит в том, что если сразу после внесения гербицидов пойдёт сильный дождь, ядохимикат будет смыт с поля. при этом сорняки не пострадают, а соседний водоём будет загрязнён. предложите способ внесения гербицидов в почву, лишённый указанных недостатков.

б) карбид кремния ( карборунд) весьма твёрдое вещество, широко используемое в технике как абразивный материал. Получают его в электропечах восстановлением кремнезёма избытком кокса.

Напишите уравнение реакции и перечислите условия процесса, способствующие получению продукта.

в) В одном из цехов хим. завода производят добавку к бензину, которая повышает его октановое число. Но она ядовита. Чтобы она не попала в атмосферу, вентиляционные газы прокачивают через колонны с активированным углём, на которым ядовитое вещество адсорбируется. По мере работы уголь насыщается и теряет сорбционную активность. Предложите рациональный, по вашему мнению, способ регенерации угольного сорбента.

21

Произв-во Аl

10

В процессе производства металлический Аl иногда загрязняется небольшими количествами натрия, который попадает в металл при электролизе сырья. содержащего соединения натрия. натрий - нежелательная примесь, он понижает коррозионную стойкость и ухудшает металлические свойства. очистка Аl - рафинирование - может быть проведена различными способами. Один из них включает обработку Аl хлорсодержащим реагентом. Предложите хлорсодержащий реагент для очистки Аl от натрия, обеспечивающий высокую чистоту продукта.

22

Щелочные и щелочноземельные металлы

10

Предложите основные оксиды, которые можно использовать для извлечения сернистого газа из дымовых газов.

23

Электролиз

10

а) При электролизе раствора хлорида натрия получают хлор и щёлочь. однако хлор обычно бывает загрязнён примесью углекислого газа, так как угольные электрода( аноды) частично окисляются выделяющимся попутно кислородом. Как избежать примеси СО2 в электролитическом хлоре?

б) Часто сточные воды приходится очищать от взвешенных коллоидных частиц. это обычно делается путём фильтрования. Однако размер коллоидных частиц очень мал и они плохо и медленно фильтруются , забивая при ютом отверстия фильтров. Устойчивость коллоидных растворов обусловлена наличием одноимённого электрического заряда на частицах. Если снять заряд

частицы слипаются и укрупняются Фильтровать такую суспензию уже легче. Снять заряд можно. например, путём электролизации воды. Предложите простейший на ваш взгляд, способ электролизации воды.

24

d - элементы

10

Хлорид Аl часто содержит примесь хлорида железа (Ⅲ) Предложите химический способ очистки безводного хлорида алюминия.

25

Хром

10

Предложите вещества, которыми надо пропитать инертный носитель для приготовления сорбента, способного очищать серный ангидрид от примесей сернистого газа?

26

Марга -нец

10

а) Предложите способ качественного определения марганца в стали.

б)Сульфат марганца (Ⅳ) получают путём обработки соединения марганца 55- 60% кислотой при температуре 65 - 70 ⁰ С Какое соединение марганца необходимо взять ? почему нельзя аналогичным путём получить хлорид марганца (Ⅳ)?

27

Алканы

11

а) На хим. заводе в качестве отходов одного из производств образуется газ. в котором массовая доля НСl 85%, Сl 5% и кислорода 10%. Этот газ можно было превратить бы в соляную кислоту. но она в результате оказывается загрязнённой хлором. было предложено сжечь в этом газе водород. чтобы превратить избыточный хлор в хлороводород, но и этот путь не удалось реализовать из - за мешающего влияния кислорода. Предложите способ превращения газовой смеси в соляную кислоту без потери хлора.

б) Известно, что при высокотемпературном нагревании ( пиролизе) метана он распадается на неустойчивые частицы, в первую очередь Н, СН и СН2, которые взаимодействуют между собой, образуя димеры. При этом образуется водород. ацетилен и этилен. Что можно получить . подвергая пиролизу четырёххлористый углерод и хлороформ?

28

Алкены

11

а)Этилен является важным сырьём в нефтехимической промышленности и производстве полимеров. Но он имеет широкое применение и в органическом синтезе. Что получится при окислении этилена азотной и серной кислотой?

б) Имеется смесь бутана , изобутана и изобутилена. Из неё необходимо выделить изобутилен для дальнейшего использования. предложите химический способ выделения из смеси изобутилена.

29

Алкины

11

а)Предложите оптимальную, безотходную схему синтеза винилхлорида, исходя из этилена.

б) Одним из способов получения хлористого винила является взаимодействие ацетилена с хлороводородом.

Поскольку эта реакция не протекает с количественным выходом. винилхлорид всегда содержит небольшую примесь ацетилена. предложите способ очистки винилхлорида от ацетилена.

30

Арены

11

Стирол - один из наиболее важных мономеров - можно получить путём дегидрирования этилбензола:

С6 Н5 - СН2 - СН3 → С6Н5 - СН=СН2 + Н2

Эта реакция сильно эндотермична и, следовательно, большой расход энергии. Применение высоких температур невыгодно ещё и потому. что значительная часть сырья и продуктов при сильном нагревании превращается в смолу, которая отравляет катализатор. Предложите возможные пути получения стирола из этилбензола при невысоких температурах.

31

УВ в природе

11

а)Акватории морских и речных портов, места стоянки и бункеровки судов зачастую загрязняются нефтяным топливом. Особенно остро проблема сбора нефтепродуктов с поверхности воды встаёт в случае аварий танкеров. Один из путей ликвидации таких загрязнений - высыпание на нефтяное пятно лёгких материалов, впитывающих нефть ( пенька , древесные опилки, гранулы пористых полимеров) Далее эти материалы необходимо собрать и отжать из них топливо в специальные ёмкости, чтобы потом использовать вновь. предложите принципиальную схему устройства для сбора нефтепродуктов с поверхности воды, позволяющего собирать их в непрерывном режиме.

б) Коксовый газ получают одновременно с коксом путём термической обработки каменного угля без доступа воздуха. В состав коксового газа в основном входят водород, метан, оксиды углерода. В качестве примесей этот газ содержит пары ароматических УВ. Предложите способ очистки коксового газа от паров ароматических УВ.

32

Амины

11

а) Известно, что для получения гидроксидов цветных металлов ( цинка, меди, кадмия) их осаждают щелочами из растворов соответствующих солей. Однако , если необходимо получить особо чистые гидроксиды, не содержащие даже малых примесей солей щелочных металлов, этот метод не подходит. Предложите другие вещества, которые бы не загрязняли целевые продукты. Почему плохо применять раствор аммиака?

б) на химическом заводе провели реакцию алкилирования аммиака. В результате получился триметиламин с примесью диметиламина, метиламина и непрореагировавшего аммиака. Как выделить триметиламин из этой смеси?

32

Спирты и фенолы

11

а)Как очистить фенол от примеси анилина?

б) Водные растворы многих медицинских препаратов подвергаются микробиологическому разложению: попадающие в них бактерии активно воздействуют на находящиеся в растворе химические соединения. Они могут их усваивать, перерабатывать, выделять в раствор нежелательные вещества. Чтобы предотвратить это вредное воздействие микробов на фармацевтические препараты, их стерилизуют- подвергают длительному нагреванию. При такой обработке большинство микроорганизмов погибает. однако, далеко не все химические вещества выдерживают режим стерилизации. Многие из них неустойчивы в горячей воде. подвергаются гидролизу, претерпевают разнообразные превращения. Предложите способы, которые, по вашему мнению, можно было бы использовать для освобождения растворов фармацевтических препаратов от микробов без применения нагревания.

33

Карбонильные соединения

11

а) Формальдегид можно получить из метанола в присутствии тонко измельчённого порошка меди. этот процесс ведут, продувая воздух с парами метилового спирта через псевдоожиженный слой медного порошка при температуре 600 градусов по Цельсию. Напишите уравнение реакции. Какова, по вашему мнению , здесь роль меди?

б)Для определения влажности почвы её навеску обрабатывают ацетоном, которым получают вытяжку воды ( так называемую " свободную" и рыхлосвязанную" воду). Затем различными методами определяют содержание воды в ацетоновой вытяжке и по результату судят о влажности исходного образца почвы. Предложите способ определения содержания воды в ацетоне, если из оборудования вы располагаете только термометром.

в) Метилэтилкетон ( бутанон 2) применяют в качестве растворителя для многих лаков и клеев, он менее летуч, чем ацетон, и поэтому более безопасен, чем ацетон в пожарном отношении. Предложите ретросинтетическую схему для метилэтилкетона, исходя из бутана- продукта ректификации газового конденсата.

г) Формальдегид является одним из важнейших продуктов промышленного синтеза. Он используется для производства фенолформальдегидных, мочевиноформальдегидных пластмасс. Значительное количество его расходуется для получения формалина - 40% водного раствора. широко используемого в медицине в качестве дезинфицирующего и антисептического средства. Большие количества формальдегида используют для синтеза изопрена ( 2 метилбутадиена -1,3) - мономера синтетического каучука. лучше всего формальдегид получать прямым окислением метана кислородом воздуха. Это радикально - цепной процесс, который протекает через большое число элементарных стадий, включающих образование радикалов, развитие цепной реакции и заканчивающейся обрывом цепей. Радикалы гибнут в результате рекомбинации и при взаимодействии со стенками реактора. таким образом, скорость цепной реакции и выход целевого продукта зависят от размера и геометрической формы реактора. напишите уравнения реакции. Какие ещё факторы могут, по вашему мнению, повлиять на этот радикально - цепной характер?

34

Карбоновые кислоты

11

а) Электролиз водных растворов солей карбоновых кислот протекает следующим образом:

СН3- СООNа = СН3-СОО^- + Nа⁺

СН3 - СОО^- = СН3 - СОО ^, + е

СН3 - СОО^, = СН3^,,, + СО2

СН3^, + СН3 ^, = С2Н6

Приведённый выше пример синтеза этана из ацетата натрия является частным случаем реакции Кольбе. По этой реакции можно получить углеводороды с чётным числом атомов углерода, представляющие собой удвоенный радикал исходной соли карбоновой кислоты.

Какие продукты можно получить по реакции Кольбе. если в качестве исходного сырья использовать хлоркарбоновые кислоты, например, 3- хлорпропионовую кислоту? Какие классы органических соединений можно получить на основе продуктов этого электросинтеза?

б) Большие неприятности доставляет наличие в сточных водах карбоновых кислот и их солей. Предложите физико - химический способ очистки воды от этих загрязнений.

35

Сложн.

эфиры

11

а) Бензилбензоат душистое вещество, применяется в качестве фиксатора запаха и растворителя некоторых душистых веществ, а также в медицине ( лечение некоторых кожных заболеваний). Предложите ретросинтетическую схему для бензилбензоата, исходя из н - гептана - продукта ректификации нефти.

б) Синтез сложных эфиров можно провести путём взаимодействия органических кислот со спиртами ( реакции этерификации) в присутствии катализатора, например, серной кислоты. Это процесс хорошо изучен и широко используется в промышленности. Основной его недостаток- периодичность. Сначала надо загрузить сырьё и катализатор в реактор, затем провести реакцию, после чего требуется стадия выделения продуктов из реакционной массы.

Предложите возможные пути проведения процесса этерификации в непрерывном режиме.

36

Жиры

11

При производстве растительных масел получаются остатки. из которых уже нерентабельно получать масло ни прессованием , ни экстракцией органическими растворителями. Это так называемые жмых и шрот. Большая часть этих остатков идёт на корм скоту. Как известно , растительные масла- это сложные эфиры непредельных жирных кислот и глицерина. Как эфиры, так и кислоты находят широкое применение в производстве мыл, лаков, эмалей, лекарственных средств. Предложите способ извлечения жирных кислот из остатков масла, в жмыхе и шроте

37

Аминокислоты

Белки

11

Белки входят в состав клеток и тканей всех живых организмов. Молекулы их построены из 20 различных аминокислот. Глицин входит в состав многих белков и играет важную роль в формировании их вторичной и третичной структуры. Глицин также является предшественником в биосинтезе других природных соединений Предложите ретросинтетическую схему, а также схему химического синтеза для этилового эфира глицина, если в вашем распоряжении имеется этилен - продукт пиролиза бензина.

38

ВМС

11

а) В области химии целлюлозы разработаны многочисленные методы " прививки" к целлюлозным волокнам различных функциональных групп, фрагментов биологически - активных молекул и фармацевтических препаратов. Таким путём получают ткани и изделия из них, обладающие специфическими свойствами, например, плащевая ткань с водоотталкивающими свойствами, бинт с лечебными свойствами. Предложите несколько идей сочетания в одном текстильном материале различных полезных свойств.

б) Широко применяемые в технике, в промышленности и быту полимерные материалы - полиэтилен и полипропилен- обладают свойством гидрофобности: они очень плохо смачиваются водой. Для большинства технических применений этих полимеров их гидрофобность не играет роли. Однако иногда она является существенным препятствием для применения этих материалов. Предложите способ получения полиэтилена с гидрофильной поверхностью, хорошо смачиваемой водой.

в) Любые деревянные конструкции и сооружения ( от мебели до кораблей) - прекрасный полигон для насекомых - древоточцев. гусеницы этих животных разрушают древесину,прогрызая в ней многочиленные ходы. Борьба с древоточцами осложняется ещё и тем, что биология их недостаточно изучена. Попробуй разберись в жизни насекомых, если они скрыты в толще дерева.

Данные задачи используются в классах естественно - научного профиля.

Они ориентированы на использование дополнительного материала, направлены на развитие умственных операций. При этом развиваются такие познавательные процессы как: образное мышление, гибкость мышления, оригинальность мышления, креативность.

Творческие задачи изобретательского характера дают импульс для самореализации и самовоспитания школьников.

Литература:

1 СВ Ефремов " Создание образных моделей для арифметических действий инструментами ТРИЗ" " Школьные технологии" №4 2003г

2 Н Е Кузьменко В.В. Ерёмин " задачник по химии" М. 1999г

3 В.А. Курышев " Тризовский подход при решении задач" " Школьные технологии" № 4 2003г

4 Г.В. Лисичкин В.И. Бетанели " Химики изобретают" М. " Просвещение" 1990г.