Masarykova Univerzita

Transkript

1 Masarykova Univerzita Pedagogická fakulta KATEDRA FYZIKY, CHEMIE A ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ Vybraná témata z učiva chemie na ZŠ a jejich integrační kontexty s matematikou Diplomová práce Brno 2015 Vedoucí práce: Mgr. Irena Plucková, Ph.D. Autor práce: Bc. Eva Vojtová

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem závěrečnou diplomovou práci vypracovala samostatně, s využitím pouze citovaných literárních a elektronických zdrojů. V Brně dne Bc. Eva Vojtová

3 Poděkování Ráda bych poděkovala Mgr. Ireně Pluckové, Ph.D. za odborné vedení, cenné připomínky a trpělivost při tvorbě této práce.

4 Obsah 1 ÚVOD A CÍLE PRÁCE Úvod Cíle práce RENOVOVANÉ KAPITOLY Z CHEMIE Roztoky a hmotnostní zlomek Roztoky Hmotnostní zlomek Periodická soustava prvků, látkové množství a molární hmotnost Periodická soustava prvků Látkové množství a molární hmotnost Oxidy a sulfidy kovů a výpočty z chemických vzorců Oxidy a sulfidy kovů Výpočty z chemických vzorců Hydroxidy, kyseliny a látková koncentrace Hydroxidy a kyseliny Látková koncentrace Soli a výpočty z chemických rovnic Soli Výpočty z chemických rovnic CHEMICKÉ POKUSY MATEMATICKÁ PODPORA Převody jednotek Převody jednotek hmotnosti Přímá a nepřímá úměrnost, trojčlenka Přímá úměrnost Nepřímá úměrnost Trojčlenka Procenta Lineární rovnice, vyjádření neznámé ze vzorce... 73

5 4.4.1 Lineární rovnice Vyjádření neznámé ze vzorce ORIENTAČNÍ DOTAZNÍKOVÉ ŠETŘENÍ Dotazník pro žáky Dotazník pro učitele chemie Diskuze Závěr Použité informační zdroje Seznam obrázků, grafů a tabulek Seznam obrázků Seznam grafů Seznam tabulek

6 Bibliografický záznam: VOJTOVÁ, E. Vybraná témata z učiva chemie na ZŠ a jejich integrační kontexty s matematikou. Brno, Diplomová práce. Pedagogická fakulta Masarykovy univerzity. Vedoucí práce: Mgr. Irena Plucková, Ph.D. 6

7 Anotace (česky) Diplomová práce Vybraná témata z učiva chemie na ZŠ a jejich integrační kontexty s matematikou je zaměřena na novou koncepci výuky chemických výpočtů na základní škole. Práce je rozdělena do čtyř částí. Hlavní část práce obsahuje renovované kapitoly, které jsou podkladem pro výuku chemických výpočtů na základních školách. Součástí této kapitoly je soubor příkladů na chemické výpočty vzorové příklady i příklady k procvičení. Druhá část práce obsahuje pracovní listy s postupy na chemické pokusy, ve kterých žáci uplatní chemické výpočty uváděné v renovovaných kapitolách. Třetí část diplomové práce vysvětluje chemické výpočty po matematické stránce a dokazuje nezbytnou znalost matematiky při chemických výpočtech. Poslední část práce je zaměřena na orientační výzkumné šetření, které obsahuje zjišťování dosavadních znalostí a postojů žáků a učitelů chemie k chemickým výpočtům. Klíčová slova: chemické výpočty, hmotnostní zlomek, molární hmotnost, látková koncentrace, látkové množství, chemická rovnice, lineární rovnice, přímá a nepřímá úměrnost. 7

8 Anotace (anglicky) Master thesis Selected topics from the chemistry curriculum of elementary schools and their integration into mathematics is focused on the new conception of teaching chemical calculations at elematary schools. This thesis is divided into four parts. The main part of thesis contains refurbished chapters, which are the basis for teaching chemical calculations at elementary schools. A set of chemical calculations excercises, including illustrative examples and practical examples, is involved in this chapter. The second part of thesis contains worksheets with procedures for chemical experiments, in which pupils apply chemical calculations presented in refunrbished chapters. The third part of thesis explains the mathematical background of chemical calculations and proves necessity of mathematics knowledge in chemical calculations. The final part of thesis is focused on the orientation research, which includes a survey of current knowledge and students and chemistry teachers attitude to chemical calculations. Keywords: chemical calculations, mass fraction, molar mass, the substance concentration, amount of substance, chemical equations, linear equations, direct and inverse proportion. 8

9 1 ÚVOD A CÍLE PRÁCE 1.1 Úvod Chemické výpočty jsou nedílnou součástí výuky chemie na základní škole. Problémem bývá, k jakým tematických celkům chemické výpočty zařadit, aby žáci nebyli přehlceni množstvím výpočtů. Dalším problémem bývá nedostatečná příprava v hodinách matematiky a provázání chemických a matematických výpočtů. Diplomová práce se zabývá problematikou zařazení chemických výpočtů do výuky chemie. Každý druh chemického výpočtu je vhodně přiřazen k jednomu tematickému celku, který se vyučuje v rámci chemie na základní škole. Žáci si teoreticky osvojí daný tematický celek a následně si vše prakticky vyzkouší na nově poznaném chemickém výpočtu. Nedílnou součástí diplomové práce je soubor chemických výpočtů. Žáci si daný výpočet vyzkouší v řešených příkladech a své znalosti následně ověří v příkladech k procvičení. Příklady jsou různé úrovně obtížnosti, stupeň obtížnosti udává barva tzv.,,semaforu obtížnosti u každého příkladu (viz obrázek 1). Diplomová práce také obsahuje samostatnou kapitolu, která vysvětluje chemické výpočty po matematické stránce. V hodinách chemie je velmi důležitá motivace a praktické uplatnění, proto jsou součástí diplomové práce pracovní listy, které obsahují návody na chemické pokusy, ve kterých žáci uplatní nabyté vědomosti z chemických výpočtů. Obrázek 1: Semafor obtížnosti. vysoká obtížnost střední úroveň obtížnosti nízká úroveň obtížnosti 9

10 1.2 Cíle práce Zpracování vybraného učiva chemie do renovovaných kapitol, které budou námětem pro výuku chemických výpočtů na základních školách. Vytvoření souboru chemických výpočtů vzorových i k procvičení které se stanou podporou pro učitele chemie. Vytvoření pracovních listů s chemickými pokusy jako praktická a motivační ukázka využití chemických výpočtů. Zpracování matematické podpory, která dokazuje provázanost matematických a chemických výpočtů. Ověření znalostí a postojů žáků a učitelů chemie k chemickým výpočtům v rámci dotazníkového šetření. 10

11 2 RENOVOVANÉ KAPITOLY Z CHEMIE 2.1 Roztoky a hmotnostní zlomek Roztoky Směsi dělíme podle velikosti částic na různorodé (heterogenní) a stejnorodé (homogenní). Stejnorodé směsi se nazývají roztoky a částice jednotlivých nelze rozeznat okem, lupou ani pod mikroskopem. Roztoky mohou být podle skupenství: pevné - např. bronz nebo sklo, kapalné - např. cukr rozpuštěný v čaji nebo krev, plynné - např. zemní plyn. Největší význam mají roztoky kapalné. Roztoky se skládají z rozpouštědla a rozpuštěné látky. Rozpouštědlo nad rozpuštěnou látkou převládá. Nejčastějším a nejvýznamnějším rozpouštědlem je voda. Příkladem vzniku roztoku je solení vody. Rozpouštědlem je voda, které je nadbytek. Rozpouštěnou látkou je sůl. Pro snadnější rozpouštění směs zahříváme a zamícháme. Po rozpuštění soli vznikne roztok, u kterého již neodlišíme původní složky. Rozpouštědlo Rozpouštěná látka Roztok Obrázek 2: Vznik roztoku. Pozn.: Kapitola zpracována dle: 1, 2, 3, 4, 5, 6. 11

12 Vznik roztoků využíváme i v domácnosti, např. při zavařování ovoce, nakládání zeleniny nebo k přípravě postřiků proti škůdcům Hmotnostní zlomek S učivem stejnorodých směsí úzce souvisí početní úlohy týkající se hmotnostního zlomku, který vyjadřuje podíl jednotlivých složek roztoku. Hmotnostní zlomek označujeme w a jde o bezrozměrnou veličinu, tj. nemá jednotky. Vyjadřuje podíl hmotnosti jedné složky roztoku k celkové hmotnosti roztoku. Součet hmotnostních zlomků jednotlivých složek roztoku se rovná 1. Vzorec pro výpočet hmotnostního zlomku: w(a) =, kde označuje: w(a) - hmotnostní zlomek rozpuštěné látky A, m(a) - hmotnost látky A, m - celková hmotnost roztoku. Hmotnostní zlomek také často vyjadřujeme v procentech: w(a) = * 100 %. Roztoky s velkým množství rozpuštěné látky, tj. s vysokým hmotnostním zlomkem, označujeme jako koncentrované. Příkladem může být 30% roztok cukru ve vodě. Roztoky s nízkým hmotnostním zlomkem označujeme jako zředěné. Často vznikají přidáním dalšího množství rozpouštědla ke koncentrovanému roztoku. Příkladem může být 5% roztok cukru ve vodě Výpočet hmotnostního zlomku Výpočet hmotnostního zlomku můžeme provádět dvěma způsoby: 1) dosazením do vzorce: w(a) =, 2) trojčlenkou (úvahou). Hmotnostní zlomek můžeme při výpočtu vyjádřit desetinným číslem (např. w = 0,15), v procentech (např. w = 25 %) nebo zlomkem (např. w = ). Vždy záleží na konkrétním 12

13 zadání úlohy. Při výpočtech je dobré si uvědomit, že se hmotnostní zlomek pohybuje v intervalu 0 1 neboli 0 % 100 % : hmotnostní zlomek látky, která není v roztoku přítomná, se rovná 0 (pokud máme pouze rozpouštědlo), hmotnostní zlomek čisté látky se rovná 1 (např. 100% pomerančový džus) Vzorové příklady Příklad 1: Vypočítejte hmotnostní zlomek 12 g kuchyňské soli (NaCl), kdy se celková hmotnost roztoku rovná 95 g. a) Výpočet pomocí vzorce: 1. zápis vzorce: w(nacl) = 2. dosazení do vzorce: w(nacl) = 3. výpočet: w(nacl) = 0,13 4. vyjádření výsledku v procentech: w(nacl) = 0,13 * 100 = 13 % 5. odpověď: Hmotnostní zlomek kuchyňské soli je 0,13 neboli 13 %. b) Výpočet pomocí trojčlenky: 100 %. 95 g roztoku x %. 12 g NaCl % Hmotnostní zlomek kuchyňské soli je 13 %. 13

14 Příklad 2: Vypočítejte hmotnostní zlomek látky B, pokud roztok vznikl smícháním 32 g látky A, 25 g látky B a 63 g látky C. a) Výpočet pomocí vzorce: 1. zápis vzorce: w(b) = 2. výpočet celkové hmotnosti roztoku: m = = dosazení do vzorce: w(b) = 4. výpočet: w(b) = 0,21 5. vyjádření výsledku v procentech: w(b) = 0,21 * 100 = 21 % 6. odpověď: Hmotnostní zlomek látky B je 0,21 neboli 21 %. b) Výpočet pomocí trojčlenky: 100 % = 120 g roztoku x %. 25 g látky B % Hmotnostní zlomek látky B je 21 %. 14

15 Příklad 3: Kolika procentní roztok cukru vznikl smícháním 16 g cukru a 74 g vody? a) Výpočet pomocí vzorce: 1. zápis vzorce: w(cukru) = 2. výpočet celkové hmotnosti roztoku: m = = dosazení do vzorce: w(cukru) = 4. výpočet: w(cukru) = 0,18 5. vyjádření výsledku v procentech: w(cukru) = 0,18 * 100 = 18 % 6. odpověď: Smícháním cukru a vody vznikl 18% roztok. b) Výpočet pomocí trojčlenky: 100 % = 90 g roztoku x %. 16 g cukru % Smícháním cukru a vody vznikl 18% roztok. 15

16 Příklad 4: Hmotnostní zlomek roztoku je 0,38. Kolik gramů bromidu sodného (NaBr) bylo smícháno s vodou, jestliže je celková hmotnost roztoku 1,2 kg? a) Výpočet pomocí vzorce: 1. zápis vzorce: w(nabr) = 2. dosazení do vzorce: 0,38 = 3. vyjádření neznámé ze vzorce: m(nabr) = 0,38 * 1,2 4. výpočet: m(nabr) = 0,456 kg 5. převod jednotek: m(nabr) = 456 g 6. odpověď: Hmotnost bromidu sodného je 456 g. b) Výpočet pomocí trojčlenky: 100 %. 1,2 kg roztoku 38 %. x kg NaBr kg převod jednotek: 0,456 kg = 456 g Hmotnost bromidu sodného je 456 g. 16

17 Příklad 5: 12% roztok má hmotnost 142 g. Kolik gramů váží rozpouštědlo? a) Výpočet pomocí vzorce: 1. zápis vzorce: w(a) = 2. dosazení do vzorce: 3. nejprve vypočítáme hmotnost rozpuštěné látky: m(a) = 142*0,12 4. výpočet: m(a) = 17,1 g 5. hmotnost rozpouštědla odpovídá rozdílu hmotnosti celého roztoku a rozpuštěné látky: m(rozpouštědla) = m - m(a) m(rozpouštědla) = ,1 = 124,9 g 6. odpověď: Hmotnost rozpouštědla v roztoku je 124,9 g. b) Výpočet pomocí trojčlenky: 100 %. 142 g roztoku 12 %. x g rozpuštěné látky g m(rozpouštědla) = m m(a) m(rozpouštědla) = ,1 = 124,9 g Hmotnost rozpouštědla v roztoku je 124,9 g. 17

18 Příklady k procvičení Příklad 1: Kompot o hmotnosti 250 g obsahuje 14 g cukru. Vypočítejte hmotnostní zlomek cukru a výsledek vyjádřete v procentech. Řešení: 5,6 % Příklad 2: Cukerný roztok má hmotnost 95,6 g. Vypočtěte hmotnostní zlomek tohoto roztoku, jestliže víte, že vznikl smícháním 32 g cukru a vody. Řešení: 0,33 Příklad 3: Vypočtěte hmotnostní zlomek (v procentech) roztoku cukru, který vznikl smícháním 25 g cukru a 75 g vody. Řešení: 25 % Příklad 4: Bronz je slitina mědi a cínu. Vypočítejte hmotnostní zlomek cínu, jestliže bronz vznikl z 25,8 kg mědi a 10,2 kg cínu. Řešení: 0,28 Příklad 5: Pan Novák zavařuje zeleninu. Kolika procentní směs vznikne, jestliže k 15 g pevného přípravku přidá 5 litrů vody (5 kg vody)? Řešení: 0,3 % Příklad 6: Vypočtěte hmotnostní zlomek roztoku jedlé sody, který vznikl smícháním 10 g jedlé sody a 190 g vody. Řešení: 0,05 Příklad 7: Roztok má hmotnost 89 g a obsahuje 13 % rozpuštěné látky. Vypočítejte, kolik gramů rozpuštěné látky roztok obsahuje. Řešení: 11,57 g Příklad 8: Paní Smutná připravila postřik na rostliny pomocí 300 g krystalického přípravku a 3 litrů vody (3 kg vody). Kolika procentní je vzniklá směs? Řešení: 9,1 % 18

19 Příklad 9: Tatínek má za úkol vytvořit 3% postřik na škůdce. Kolik gramů krystalického přípravku musí smíchat, aby získal 0,5 kg postřiku? Řešení: 15 g Příklad 10: Koupili jsme si 80% pomerančový džus. Kolik kilogramů pomerančové šťávy a kolik kilogramů vody obsahují 2 kg tohoto džusu? Řešení: 1,6 kg šťávy a 0,5 kg vody 19

20 2.2 Periodická soustava prvků, látkové množství a molární hmotnost Periodická soustava prvků V minulosti se mnoho vědců pokoušelo uspořádat prvky do různých seskupení. Až v roce 1869 ruský chemik Dmitrij Ivanovič Mendělejev uspořádal prvky do tabulky, kterou používáme dodnes. Prvky seskupil podle podobných a opakujících se vlastností. Tento jev nazýváme periodický zákon. Velikou zásluhu na vytvoření periodické soustavy prvků má i český chemik Bohuslav Brauner (přítel D. I. Mendělejeva). Periodický zákon: Vlastnosti prvků a jejich sloučenin se periodicky (pravidelně) mění v závislosti na jejich protonovém čísle. Obrázek 3: Dmitrij Ivanovič Mendělejev 17. Periodická soustava prvků je uspořádána do: Period (vodorovné řádky): periody jsou označeny čísly 1 7 a udávají nám počet elektronových vrstev v obalu atomu prvku. Skupin (svislé sloupce): skupiny jsou označeny arabskými číslicemi (1 18), dříve se označovaly římskými číslicemi a písmenem (I.A VIII.A a I.B VIII.B). U prvků ležících ve skupinách I.A VIII.A označuje římská číslice počet valenčních elektronů. 20

21 Obrázek 4: Periodická soustava prvků Látkové množství a molární hmotnost Látkové množství nám udává počet částic (iontů, atomů, molekul) je v dané látce. Označuje se n a jeho jednotkou je 1 mol. (Tzv. Avogadrova konstanta nám udává, že 1 mol obsahuje 6, částic). Protože nemůžeme zvážit jednotlivé částice chemických látek, zavádí se tzv. molární hmotnost. Ta nám udává, jakou hmotnost má určitý počet molů chemické látky. Molární hmotnost označujeme M a její jednotka je. Vzorec pro výpočet:, kde označuje: m hmotnost dané látky, M molární hmotnost, n látkové množství. 21

22 Výpočet látkového množství a molární hmotnosti 1 Výpočet látkového množství provádíme: a) dosazením do vzorce:, b) trojčlenkou (úvahou). b) Výpočet molární hmotnosti provádíme: a) vyhledáním v periodické soustavě prvků nebo v matematicko-fyzikálních tabulkách (vyhledáváme relativní atomovou hmotnost molární hmotnost se číselně rovná relativní atomové hmotnosti), b) dosazením do vzorce:, c) trojčlenkou (úvahou) Vzorové příklady Příklad 1: V periodické soustavě prvků najděte molární hmotnost uhlíku. Vezmeme si periodickou soustavu prvků a podle legendy najdeme, které číslo nám označuje relativní atomovou hmotnost uhlíku, tj. molární hmotnost uhlíku. Obrázek 5: Detail uhlíku v periodické soustavě prvků 19. Odpověď: Molární hmotnost uhlíku je 12,01. 22

23 Příklad 2: Vypočítejte molární hmotnost bromidu draselného (KBr). Molární hmotnost sloučeniny vznikne součtem molárních hmotností jednotlivých atomů. V periodické soustavě prvků nebo v tabulkách najdeme molární hmotnosti jednotlivých atomů, tj. jednoho atomu draslíku a jednoho atomu bromu: M(KBr) = 1 * M(K) + 1 * M(Br) M(KBr) = M(KBr) = 119 Odpověď: Molární hmotnost bromidu draselného je 119. Příklad 3: Vypočítejte molární hmotnost kyseliny sírové (H 2 SO 4 ). Postupujeme stejně jako v předchozím příkladě, ale všimneme si, že kyselina sírová obsahuje dva atomy vodíku, jeden atom síry a čtyři atomy kyslíku: M(H 2 SO 4 ) = 2 * M(H) + 1 * M(S) + 4 * M(O) M(H 2 SO 4 ) = 2 * * * 16 M(H 2 SO 4 ) = M(H 2 SO 4 ) = 98 Odpověď: Molární hmotnost kyseliny sírové je 98 23

24 Příklad 4: Vypočítejte molární hmotnost oxidu hlinitého (Al 2 O 3 ), jestliže víte, že 8 molů Al 2 O 3 má hmotnost 816 g. a) Výpočet pomocí vzorce: 1. zápis vzorce: M(Al 2 O 3 ) = 2. dosazení do vzorce: M(Al 2 O 3 ) 3. výpočet: M(Al 2 O 3 ) = odpověď: Molární hmotnost oxidu hlinitého je 102. b) Výpočet pomocí trojčlenky: 8 mol. 816 g Al 2 O 3 1 mol. x g Al 2 O 3 x = 102 Molární hmotnost oxidu hlinitého je 102 g. 24

25 Příklad 5: Vypočtěte hmotnost 6 molů uhličitanu vápenatého (CaCO 3 ). a) Výpočet pomocí vzorce: 1. zápis vzorce: M(CaCO 3 ) = 2. vyjádření neznámé ze vzorce: m(caco 3 ) = M(CaCO 3 ) * n(caco 3 ) 3. výpočet molární hmotnosti pomocí PSP nebo tabulek: M(CaCO 3 ) = 1 * M(Ca) + 1 * M(C) + 3 * M(O) M(CaCO 3 ) = 1 * * * 16 M(CaCO 3 ) = dosazení do vzorce: m(caco 3 ) = 100 * 6 5. výpočet: m(caco 3 ) = 600 g 6. odpověď: Hmotnost uhličitanu vápenatého je 600 g. b) Výpočet pomocí trojčlenky: 1 mol. 100 g CaCO 3 6 mol. x g CaCO 3 Hmotnost 6 molů CaCO 3 je 600 g. 25

26 Příklad 6: Vypočtěte látkové množství 15 g sulfidu olovnatého (PbS). a) Výpočet pomocí vzorce: 1. zápis vzorce: M(PbS) 2. vyjádření neznámé ze vzorce: n(pbs) = 3. výpočet molární hmotnosti pomocí PSP nebo tabulek: M(PbS) = 1 * M(Pb) + 1 * M(S) M(PbS) = 1 * * 32 M(PbS) = dosazení do vzorce: n(pbs) = 5. výpočet: n(pbs) = 0,06 mol 6. odpověď: Látkové množství 15 g PbS je 0,06 mol. b) Výpočet pomocí trojčlenky: 1 mol. 239 g PbS x mol 15 g PbS Látkové množství 15 g PbS je 0,06 mol. 26

27 Příklady k procvičení Příklad 1: V PSP najděte molární hmotnost sodíku (Na), fosforu (P) a dusíku (N). Řešení: 23, 31, 14 Příklad 2: Pomocí matematicko-fyzikálních tabulek zjistěte molární hmotnost fluoridu sodného (NaF). Řešení: 32 Příklad 3: Pomocí PSP určete molární hmotnost hydrogenfosforečnanu vápenatého (CaHPO 4 ). Řešení: 136 Příklad 4: Vypočítejte molární hmotnost 2 molů oxidu uhličitého (CO 2 ), jestliže víte, že mají hmotnost 88 g. Řešení: 44 Příklad 5: Vypočtěte látkové množství 21 g hydroxidu draselného (KOH), jestliže víte, že jeho molární hmotnost je 56 Řešení: 0,375 mol Příklad 6: Vypočítejte molární hmotnost 5 molů chloridu barnatého (BaCl 2 ), jestliže víte, že mají hmotnost 1,04 kg. Řešení: 208 Příklad 7: Vypočtěte látkové množství 32 g chloridu vápenatého (CaCl 2 ). Řešení: 0,29 mol Příklad 8: Jakou hmotnost v kilogramech má 13 molů oxidu draselného (K 2 O)? Řešení: 1,22 kg 27

28 Příklad 9: Jaké je látkové množství 52 g jedlé sody (NaHCO 3 )? Řešení: 0,62 mol Příklad 10: Vypočítejte hmotnost 14 molů oxidu siřičitého (SO 2 ). Řešení: 896 g 28

29 2.3 Oxidy a sulfidy kovů a výpočty z chemických vzorců Oxidy a sulfidy kovů Oxidy Oxidy jsou dvouprvkové sloučeniny kyslíku s dalším prvkem. Názvosloví: Názvosloví oxidů se skládá z podstatného jména oxid a přídavného jména dalšího prvku s příslušnou koncovkou podle oxidačního čísla. Kyslík má v oxidech oxidační číslo II (O II ). Názvosloví tvoříme podobně jako u dalších sloučenin pomocí křížového pravidla: např. oxid siřičitý S IV O II SO 2 Významné oxidy kovů: A. oxid vápenatý (CaO) Oxid vápenatý (pálené vápno) je bílá pevná žíravá látka, které leptá sliznice a pokožku. Vyrábí se zahříváním vápence v peci asi na teplotu 950 C (CaCO 3 CaO + CO 2 ). Jeho reakcí s vodou vzniká hašené vápno (Ca(OH) 2 ). Využívá se především ve stavebnictví a v zemědělství k vápnění půdy. B. oxid hlinitý (Al 2 O 3 ) Oxid hlinitý je bílá krystalická látka. V přírodě se nachází jako nerost korund, jehož odrůdy jsou šedý smirek (používá se jako brusný materiál) a modrý safír a červený rubín (používané ve šperkařství). Vyskytuje se také v hornině bauxitu, který se používá na výrobu hliníku Sulfidy Sulfidy jsou dvouprvkové sloučeniny síry s dalším prvkem. Názvosloví: Síra má v sulfidech oxidační číslo II (S II ). Názvosloví se tvoří podobně jako u oxidů: např. sulfid draselný K I S II K 2 S 29

30 Významné sulfidy kovů: 1. sulfid zinečnatý (ZnS) Sulfid zinečnatý se v přírodě nachází jako nerost sfalerit, který je hlavní rudou pro výrobu zinku. 2. sulfid olovnatý (PbS) Sulfid olovnatý se v přírodě nachází jako nerost galenit, který je hlavní rudou pro výrobu olova Výpočty z chemických vzorců Výpočty z chemického vzorce používáme, když potřebujeme znát hmotnostní nebo procentuální zastoupení prvku v dané sloučenině. Výpočet provádíme pomocí trojčlenky a znalosti molární hmotnosti celé sloučeniny a prvku, který nás zajímá. 30

31 Vzorové příklady Příklad 1: Kolik gramů olova je obsaženo v 500 g sulfidu olovnatého (PbS)? Nejprve si vypočítáme molární hmotnost PbS: M(PbS) = 1 * M(Pb) + 1 * M(S) M(PbS) = 1 * * 32 M(PbS) = 239 Z molární hmotnosti nám vyplývá, že 239 g sulfidu olovnatého obsahuje 207 g olova. Našim úkolem je ale zjistit, kolik gramů olova je v 500 g PbS. Sestavíme trojčlenku: 239 g PbS. 207 g Pb 500 g PbS. x g Pb Odpověď: Hmotnost olova v 500 g sulfidu olovnatém je 433 g. 31

32 Příklad 2: Vypočítejte, kolik gramů železa obsahuje 627 g magnetitu (Fe 3 O 4 ). Vypočítáme si molární hmotnost Fe 3 O 4 : M(Fe 3 O 4 ) = 3 * M(Fe) + 4 * M(O) M(Fe 3 O 4 ) = 3 * * 16 M(Fe 3 O 4 ) = 232 Sestavíme trojčlenku (všimneme si, že molekula magnetitu obsahuje tři atomy železa): 232 g Fe 3 O 4. 3 * 56 = 168 g Fe 627 g Fe 3 O 4... x g Fe Odpověď: Magnetit obsahuje 454 g železa. 32

33 Příklad 3: Kolik procent vápníku obsahuje oxid vápenatý (CaO)? Vypočítáme si molární hmotnost CaO: M(CaO) = 1 * M(Ca) + 1 * M(O) M(CaO) = 1 * * 16 M(CaO) = 56 Sestavíme trojčlenku: 56 g CaO. 100 % 40 g Ca x % % Odpověď: Oxid vápenatý obsahuje 71,4 % vápníku. 33

34 Příklad 4: Vypočítejte, kolik procent hliníku je obsaženo v oxidu hlinitém (Al 2 O 3 ). Molární hmotnost Al 2 O 3 : M(Al 2 O 3 ) = 2 * M(Al) + 3 * M(O) M(Al 2 O 3 ) = 2 * * 16 M(Al 2 O 3 ) = 102 Sestavíme trojčlenku (všimneme si, že molekula oxidu hlinitého obsahuje dva atomy hliníku): 102 g Al 2 O % 2 * 27 = 54 g Al x % % Odpověď: Oxid hlinitý obsahuje 53 % hliníku. 34

35 Příklad 5: Vypočítejte procentuální zastoupení zinku a síry ve sfaleritu (ZnS). Molární hmotnost ZnS: M(ZnS) = 1 * M(Zn) + 1 * M(S) M(ZnS) = 1 * * 32 M(ZnS) = 97 Sestavíme trojčlenku pro zinek: 97 g ZnS 100 % 65 g Zn. x % % Sestavíme trojčlenku pro síru: 97 g ZnS 100 % 32 g S x % % (Kontrola správnosti výsledků: = 100 %). Odpověď: Sfalerit obsahuje 67 % zinku a 33 % síry. 35

36 Příklady k procvičení Příklad 1: Vypočítejte, kolik procent hořčíku obsahuje oxid hořečnatý (MgO). Řešení: 60 % Příklad 2: Kolik kilogramů železa lze získat z 250 kg pyritu (FeS 2 )? Řešení: 117 kg Příklad 3: Kolik gramů titanu lze získat z 56 g oxidu titaničitého (TiO 2 )? Řešení: 33,6 g Příklad 4: Vypočítejte, kolik kilogramů cínu lze získat ze 120 kg cínovce (SnO 2 ). Řešení: 94,4 kg Příklad 5: Kolik procent molybdenu obsahuje molybdenit (MoS 2 )? Řešení: 60 % Příklad 6: Vypočítejte, kolik gramů železa obsahuje 350 g hematitu (Fe 2 O 3 ). Řešení: 245 g Příklad 7: Kolik gramů mědi lze získat z 0,85 kg kupritu (Cu 2 O)? Řešení: 745 g Příklad 8: Vypočítejte procentuální obsah draslíku a síry v sulfidu draselném (K 2 S). Řešení: 71 % draslíku, 29 % síry 36

37 Příklad 9: Vypočítejte procentuální obsah všech prvků v molekule ilmenitu (FeTiO 3 ). Řešení: 37 % železa, 32 % titanu, 31 % kyslíku Příklad 10: Kolik procent mědi a železa obsahuje chalkopyrit (CuFeS 2 )? Řešení: 35 % mědi, 30 % železa 37

38 2.4 Hydroxidy, kyseliny a látková koncentrace Hydroxidy a kyseliny Hydroxidy Hydroxidy jsou tříprvkové sloučeniny, které obsahují hydroxidový anion OH (zpravidla kovu). a kation Názvosloví: Názvosloví hydroxidů se skládá z podstatného jména hydroxid a přídavného jména dalšího prvku s příslušnou koncovkou podle oxidačního čísla. Skupina OH má v hydroxidech oxidační číslo I (OH) I. Názvosloví tvoříme pomocí křížového pravidla: např. hydroxid draselný K I (OH) I KOH hydroxid vápenatý Ca II (OH) I Ca(OH) 2 Významné hydroxidy: 1. hydroxid sodný (NaOH), hydroxid draselný (KOH) Hydroxidy sodný a draselný jsou bílé pevné látky (ve tvaru peciček nebo granulí), které se často označují jako louhy. Uchovávají se v uzavřených nádobách, protože pohlcují vlhkost a oxid uhličitý ze vzduchu. Používají se k výrobě mýdel, papíru, textilu a k desinfekci nádob. 2. hydroxid amonný (NH 4 OH) Hydroxid amonný je bezbarvá nestálá kapalina charakteristického zápachu, která dráždí dýchací cesty. Připravuje se zaváděním plynného amoniaku do vody. Používá se k výrobě hnojiv. 3. hydroxid vápenatý (Ca(OH) 2 ) Hydroxid vápenatý je bílá pevná látka, která vzniká hašením páleného vápna (CaO + H 2 O Ca(OH) 2 ). Jeho triviální název je proto hašené vápno. Používá se ve stavebnictví, k vápnění půdy a při výrobě cukru. 38

39 Kyseliny Kyseliny jsou sloučeniny, které ve vodě odštěpují vodíkový kation H +. Podle přítomnosti atomu kyslíku v molekule kyseliny je rozdělujeme na bezkyslíkaté a kyslíkaté kyseliny: A. Bezkyslíkaté kyseliny Tyto kyseliny obsahují v molekule vodík a další nekov (obvykle halogen). Názvosloví se tvoří z podstatného jména kyselina a přídavného jména ve tvaru: kyselina nekov + vodík + ová (např. kyselina bromovodíková HBr). B. Kyslíkaté kyseliny Kyslíkaté kyseliny mají obecný tvar HXO, kde označuje: H vodík s oxidačním číslem +I, X kyselinotvorný prvek s oxidačním číslem I VII, O kyslík s oxidačním číslem II. Názvosloví se tvoří z podstatného jména kyselina a přídavného jména kyselinotvorného prvku s příslušnou koncovkou podle oxidačního čísla. Např. kyselina siřičitá H 2 SO 3 Významné kyseliny: a) kyselina chlorovodíková (HCl) Kyselina chlorovodíková je nestálá bezbarvá kapalina. Jde o silnou žíravinu. Vzniká rozpouštěním chloru ve vodě. Jako lučavka královská (směs kyseliny chlorovodíkové a kyseliny dusičné v poměru 3:1) rozpouští i zlato. Používá se na výrobu plastů a k odstranění vodního kamene. V nízkých koncentracích je obsažena v žaludku. b) kyselina sírová (H 2 SO 4 ) Kyselina sírová je bezbarvá olejovitá kapalina. Jde o silnou žíravinu. Látkám odebírá vodu a ty díky ní uhelnatí. Má velké uplatnění nejen v chemickém průmyslu používá se např. jako náplň do akumulátorů v automobilech, k výrobě hnojiv, barviv, léčiv a plastů. c) kyselina dusičná (HNO 3 ) Kyselina dusičná je nestálá bezbarvá kapalina. Uchovává se v tmavých lahvích, protože se účinkem světla rozkládá na jedovatý oxid dusičitý. Používá se k výrobě hnojiv, léčiv a plastů. 39

40 2.4.2 Látková koncentrace Látková koncentrace vyjadřuje počet molů látky rozpuštěné v daném objemu. Čím vyšší koncentrace, tím více je dané látky rozpuštěno. Označuje se c a jednotkou látkové koncentrace je (tj. Vzorec pro výpočet:, kde označuje: c látkovou koncentraci, n látkové množství, V objem Výpočet látkové koncentrace Výpočet látkové koncentrace provádíme: a) pomocí vzorce: b) spojením vzorce pro látkovou koncentraci a látkové množství: 40

41 Vzorové příklady Příklad 1: Vypočítejte látkovou koncentraci kyseliny sírové (H 2 SO 4 ), jestliže 2 dm 3 roztoku obsahují 0,8 mol kyseliny. 1. zápis vzorce: c 2. dosazení do vzorce: c 3. výpočet: c = 0,4 Odpověď: Koncentrace kyseliny sírové v roztoku je 0,4. Příklad 2: Kolik molů hydroxidů amonného (NH 4 OH) obsahuje 0,5 dm 3 roztoku o koncentraci 0,25? 1. zápis vzorce: c 2. vyjádření neznámé ze vzorce: n = c * V 3. dosazení do vzorce: n = 0,25 * 0,5 4. výpočet: n = 0,125 mol Odpověď: Roztok obsahuje 0,125 mol hydroxidu amonného. 41

42 Příklad 3: Jaká je látková koncentrace roztoku hydroxidu sodného (NaOH), který vznikl rozpuštěním 15 g hydroxidu v 0,25 l vody? 1. zápis vzorce (musíme využít spojení obou vzorců): c 2. výpočet molární hmotnosti: M(NaOH) = 1 * M(Na) + 1 * M(O) + 1 * M(H) M(NaOH) = 1 * * * 1 M(NaOH) = dosazení do vzorce: c 4. výpočet: c = 1,5 Odpověď: Koncentrace roztoku hydroxidu sodného je 1,5. Příklad 4: Kolik g hydroxidu draselného (KOH) je potřeba k přípravě 0,4 l roztoku o koncentraci 0,8? 1. zápis vzorce (musíme využít spojení obou vzorců): c 2. vyjádření neznámé ze vzorce: 3. výpočet molární hmotnosti: M(KOH) = 1 * M(K) + 1 * M(O) + 1 * M(H) M(KOH) = 1 * * * 1 M(KOH) = dosazení do vzorce: 5. výpočet: m = 17,92 g Odpověď: Na přípravu roztoku je potřeba 17,92 g hydroxidu draselného. 42

43 Příklady k procvičení Příklad 1: Vypočítejte látkovou koncentraci kyseliny bromovodíkové (HBr), jestliže 0,2 l roztoku obsahují 0,3 molů kyseliny. Řešení: 1,5 Příklad 2: Kolik molů kyseliny fosforeční (H 3 PO 4 ) obsahuje 1,3 l roztoku o látkové koncentraci 0,7? Řešení: 0,91 mol Příklad 3: Vypočtěte látkovou koncentraci kyseliny dusičné (HNO 3 ), jestliže 4 dm 3 roztoku obsahují 2 moly kyseliny. Řešení: 2 Příklad 4: Vypočítejte látkovou koncentraci roztoku hydroxidu barnatého (Ba(OH) 2 ), který vznikl smícháním 50 g hydroxidu a 600 ml vody. Řešení: 0,18 Příklad 5: V 0,5 dm 3 roztoku je rozpuštěno 53 g hydroxidu hořečnatého (Mg(OH) 2 ). Vypočítejte látkovou koncentraci tohoto roztoku. Řešení: 1,83 Příklad 6: Kolik gramů hydroxidu zinečnatého (Zn(OH) 2 ) je potřeba k přípravě 200 ml roztoku o látkové koncentraci 0,5? Řešení: 9,9 g Příklad 7: Kolik g hydroxidu vápenatého (Ca(OH) 2 ) obsahuje 50 ml roztoku o látkové koncentraci 0,3? Řešení: 40,05 g 43

44 Příklad 8: Kolik dm 3 roztoku o koncentraci 0,6 můžeme připravit ze 42 g hydroxidu draselného (KOH)? Řešení: 1,25 dm 3 Příklad 9: Kolik gramů hydroxidu sodného (NaOH) je potřeba k přípravě 300 ml roztoku o koncentraci 0,9? Řešení: 10,8 g Příklad 10: Kolik litrů roztoku o koncentraci 1,1 hlinitého (Al(OH) 3 )? připravíme z 25 g hydroxidu Řešení: 86 l 44

45 2.5 Soli a výpočty z chemických rovnic Soli Soli jsou iontové sloučeniny, které jsou tvořeny kationtem kovu a aniontem kyseliny. Podle přítomnosti atomu kyslíku v molekule soli je rozdělujeme na bezkyslíkaté a kyslíkaté soli: A. Bezkyslíkaté soli: Bezkyslíkaté soli jsou většinou dvouprvkové sloučeniny. Mezi nejvýznamnější soli patří halogenidy (odvozené od halogenovodíkových kyselin) a sulfidy (odvozené od kyseliny sirovodíkové H 2 S). Názvosloví se tvoří z podstatného jména odvozeného od kyseliny a přídavného jména odvozeného z kationtu kovu s příslušnou koncovkou podle oxidačního čísla. Např. chlorid sodný NaCl B. Kyslíkaté soli Kyslíkaté soli jsou tří a víceprvkové sloučeniny. Názvosloví se tvoří z podstatného jména odvozeného od kyseliny a přídavného jména odvozeného z kationtu kovu s příslušnou koncovkou podle oxidačního čísla. Např. síran železitý Fe 2 (SO 4 ) 3 Vznik solí: Soli mohou vznikat různými druhy chemických reakcí: a) neutralizací (tj. reakcí kyseliny a hydroxidu za vzniku soli a vody): např. HBr + KOH KBr + H 2 O b) reakcí neušlechtilého kovu s kyselinou např. Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 c) reakcí oxidu kovu s oxidem nekovu např. CaO + CO 2 CaCO 3 45

46 d) reakcí dvou solí (srážecí reakce) např. AgNO 3 + KBr KNO 3 + AgBr e) reakcí kovu s nekovem např. Zn + S ZnS Výpočty z chemických rovnic Výpočty z chemických rovnic používáme: když chceme zjistit, jaké množství produktu vznikne reakcí určitého množství reaktantů, když chceme zjistit, jaké množství reaktantů si máme připravit, abychom získali určité množství produktu Výpočet Výpočet provádíme: a) pomocí úvahy (trojčlenky), b) dosazením do vzorce: m (B) = * m (A), kde označuje: m (B) hmotnost neznámé látky, m (A) hmotnost známé látky, b látkové množství neznámé látky, a látkové množství známé látky, M (B) molární hmotnost neznámé látky, M (A) molární hmotnost známé látky. 46

47 Vzorové příklady Příklad 1: Kolik gramů zinku je potřeba na přípravu 26 g sulfidu zinečnatého (ZnS)? a) Výpočet pomocí vzorce: 1. sestavení rovnice reakce: Zn + S ZnS 2. výpočet molární hmotnosti neznámé látky (Zn): M(Zn) = výpočet molární hmotnosti známé látky (ZnS): M(ZnS) = 1 * M(Zn) + 1 * M(S) M(ZnS) = 1 * * 32 M(ZnS) = dosazení do vzorce: m(zn) = výpočet: m(zn) = 17,42 g 6. odpověď: Na přípravu 26 g ZnS je potřeba 17,42 g zinku. b) Výpočet pomocí trojčlenky: Opět sestavíme rovnici reakce, vypočítáme molární hmotnosti neznámé i známé látky a sestavíme trojčlenku: Zn + S ZnS z 65 g Zn. 97 g ZnS z x g Zn 26 g ZnS g Odpověď: Na přípravu 26 g ZnS je potřeba 17,42 g zinku. 47

48 Příklad 2: Vypočtěte hmotnost chloridu vápenatého (CaCl 2 ), který vznikl reakcí 59 g hydroxidu vápenatého (Ca(OH) 2 ) s kyselinou chlorovodíkovou (HCl). a) Výpočet pomocí vzorce: 1. sestavení rovnice reakce: Ca(OH) 2 + HCl CaCl 2 + H 2 O 2. výpočet molární hmotnosti neznámé látky (CaCl 2 ): M(CaCl 2 ) = * 35 M(CaCl 2 ) = výpočet molární hmotnosti známé látky (Ca(OH) 2 ): M(Ca(OH) 2 ) = 1 * * * 1 M(Ca(OH) 2 ) = dosazení do vzorce: m(cacl 2 ) = výpočet: m(cacl 2 ) = 87,7 g 6. odpověď: Reakcí vzniklo 87,7 g CaCl 2. b) Výpočet pomocí trojčlenky: Opět sestavíme rovnici reakce, vypočítáme molární hmotnosti neznámé i známé látky a sestavíme trojčlenku: Ca(OH) 2 + HCl CaCl 2 + H 2 O ze 74 g Ca(OH) g CaCl 2 z 59 g Ca(OH) 2.x g CaCl 2 g Odpověď: Reakcí vzniklo 87,7 g CaCl 2. 48

49 Příklad 3: Kolik gramů uhličitanu sodného (Na 2 CO 3 ) vznikne reakcí 178 g hydroxidu sodného (NaOH) s oxidem uhličitým (CO 2 )? a) Výpočet pomocí vzorce: 1. sestavení rovnice reakce: 2 NaOH + CO 2 Na 2 CO 3 + H 2 O 2. výpočet molární hmotnosti neznámé látky (Na 2 CO 3 ): M(Na 2 CO 3 ) = 2 * * * 16 M(Na 2 CO 3 ) = výpočet molární hmotnosti známé látky (NaOH): M(NaOH) = 1 * * * 1 M(NaOH) = dosazení do vzorce: m (Na 2 CO 3 ) = výpočet: m(na 2 CO 3 ) = 235,85 g 6. odpověď: Reakcí vznikne 235,85 g Na 2 CO 3. b) Výpočet pomocí trojčlenky: Opět sestavíme rovnici reakce, vypočítáme molární hmotnosti neznámé i známé látky a sestavíme trojčlenku: 2 NaOH + CO 2 Na 2 CO 3 + H 2 O z 2 * 40 = 80 g NaOH. 106 g Na 2 CO 3 ze 178 g NaOH x g Na 2 CO 3 g Odpověď: Reakcí vznikne 235,85 g Na 2 CO 3. 49

50 Příklady k procvičení Příklad 1: Kolik gramů mědi je potřeba na přípravu 256 g sulfidu měďného (Cu 2 S)? Řešení: 204,47 g Příklad 2: Kolik gramů rtuti vznikne rozkladem 78,5 g oxidu rtuťnatého (HgO)? Řešení: 72,71 g Příklad 3: Vypočtěte, kolik gramů bromidu sodného (NaBr) vznikne reakcí 68 g hydroxidu sodného (NaOH) s kyselinou bromovodíkovou (HBr). Řešení: 175,1 g Příklad 4: Vypočtěte, kolik gramů chloridu železitého (FeCl 3 ) vznikne reakcí 39 g železa s kyselinou chlorovodíkovou (HCl)? Řešení: 112,13 g Příklad 5: Vypočítejte, kolik gramů chloridu sodného (NaCl) vznikne reakcí 98 g kyseliny chlorovodíkové (HCl) s hydroxidem sodným (NaOH). Řešení: 142,1 g Příklad 6: Kolik gramů síranu zinečnatého (ZnSO 4 ) vznikne reakcí 158 g zinku a kyseliny sírové (H 2 SO 4 )? Řešení: 391,35 g Příklad 7: Vypočtěte, kolik gramů síry musí shořet, aby vzniklo 74 g oxidu siřičitého (SO 2 ). Řešení: 37 g Příklad 8: Kolik gramů páleného vápna (CaO) a kolik gramů oxidu uhličitého (CO 2 ) vznikne rozkladem 156 g vápence (CaCO 3 )? Řešení: 87,36 g CaO 68,64 g CO 2 50

51 Příklad 9: Kolik gramů hašeného vápna (Ca(OH) 2 ) vznikne reakcí 112 g páleného vápna (CaO) s vodou? Řešení: 148 g Příklad 10: Kolik gramů dusíku a kolik gramů vodíku je potřeba k přípravě 95 g amoniaku (NH 3 )? Řešení: 78,24 g dusíku 16,76 g vodíku 51

52 3 CHEMICKÉ POKUSY Pracovní list: Vznik roztoku kuchyňské soli Úkol: Připravte 150 ml roztoku kuchyňské soli (chlorid sodný NaCl) o koncentraci 1,5. Pomůcky: chemické váhy, váženka, kádinka (250 ml), tyčinka, odměrný válec (250 ml) Chemikálie: voda, chlorid sodný (NaCl) Postup: 1. Na chemických vahách navažte vypočítané množství kuchyňské soli. 2. Sůl nasypte do kádinky. 3. Pomocí odměrného válce odměřte potřebné množství vody. 4. Vodu přelijte do kádinky a sůl ve vodě rozpusťte. Výpočet: Při výpočtu využijte následující údaj: M(NaCl) = 58. Otázky a úkoly k pokusu: 1. Napište možnosti, jak lze urychlit rozpouštění látky v roztoku. 2. Uveďte alespoň tři rozpouštědla (kromě vody). 3. Napište rozdíl mezi nasyceným a nenasyceným roztokem. Vlastní závěr: Pozn.: Kapitola zpracována dle: 7, 8, 9. 52

53 Pracovní list: Příprava sulfidu zinečnatého Úkol: 1. Připravte sulfid zinečnatý (ZnS), který vznikne reakcí 2 g síry se 4 g zinku. 2. Vypočítejte teoretický výtěžek sulfidu zinečnatého, který by měl vzniknout reakcí 4 g zinku a 2 g síry. Pomůcky: chemické váhy, váženka, trojnožka, kahan, kovová miska, kovová lžička Chemikálie: prášková síra, práškový zinek Postup: Pracujte v digestoři a používejte ochranné pomůcky 1. Na chemických vahách navažte potřebné množství síry a zinku. 2. V kovové misce síru a zinek smíchejte a misku umístěte na trojnožku. 3. Zapalte kahan, vložte ho pod trojnožku a zavřete digestoř. 4. Pozorujte reakci mezi sírou a zinkem. Aparatura: kovová miska trojnožka kahan Chemická rovnice a výpočet: Při výpočtu využijte následující údaje: M(S) = 32, M(Zn) =

54 Otázky a úkoly k pokusu: 1. Mezi jaký typ reakcí řadíme reakci síry se zinkem? 2. Uveďte alespoň tři jiné typy reakcí, které znáte, a ke každé uveďte příklad. Vlastní závěr: 54

55 Pracovní list: Příprava oxidu uhličitého Úkol: 1. Připravte oxid uhličitý (CO 2 ), který vznikne reakcí 3 g uhličitanu vápenatého (CaCO 3 ) s 10 ml kyseliny chlorovodíkové (HCl). 2. Vypočítejte předpokládaný výtěžek oxidu uhličitého, který vznikne reakcí 3 g uhličitanu vápenatého s kyselinou chlorovodíkovou. Pomůcky: chemické váhy, váženka, zkumavka, malá plastová láhev, lžička, odměrný válec (100 ml) Chemikálie: uhličitan vápenatý (CaCO 3 ), 10% kyselina chlorovodíková (HCl) Postup: 1. Na chemických vahách navažte potřebné množství uhličitanu vápenatého a přesypte ho do plastové láhve. 2. Pomocí odměrného válce odměřte potřebné množství kyseliny chlorovodíkové a přelijte ji do zkumavky. 3. Zkumavku opatrně vložte do plastové láhve tak, aby se kyselina nevylila. 4. Plastovou láhev uzavřete a obsah smíchejte. 5. Láhev nyní zvažte a údaj si zapište (m 1 ). 6. Uvolněte uzávěr láhve a opět ji zvažte (m 2 ). 7. Rozdíl hmotností (m 1 m 2 ) vyjadřuje množství vzniklého oxidu uhličitého. Chemická rovnice a výpočet: Při výpočtu využijte následující údaje: M(CO 2 ) = 44, M(HCl) = 36, M(CaCO 3 ) = 100. Otázky a úkoly k pokusu: 1. Vypište základní vlastnosti oxidu uhličitého. 55

56 2. Uveďte alespoň jednu další reakcí, při které oxid uhličitý vzniká. Vlastní závěr: 56

57 Pracovní list: Stanovení obsahu krystalové vody v modré skalici Úkol: 1. Stanovte procentuální obsah krystalové vody ve 3 g modré skalice (CuSO 4 * 5H 2 O). 2. Vypočítejte teoretický procentuální obsah krystalové vody v modré skalici a oba výsledky porovnejte. Pomůcky: chemické váhy, váženka, trojnožka, kahan, triangl, porcelánový kelímek, laboratorní kleště Chemikálie: modrá skalice (pentahydrát síranu meďnatého CuSO 4 * 5H 2 O) Postup: 1. Vyžíhejte prázdný kelímek a nechte ho vychladnout. 2. Na chemických vahách navažte potřebné množství modré skalice a dejte ji do porcelánového kelímku. 3. Kelímek zvažte a údaj si zapište (m 1 ). 4. Kelímek žíhejte alespoň 15 minut. 5. Po vychladnutí kelímek opět zvažte (m 2 ). 6. Rozdíl hmotností (m 1 m 2 ) vyjadřuje množství krystalové vody v modré skalici. Výpočet: Při výpočtu využijte následující údaje: M(CuSO 4 * 5H 2 O) = 250, M(CuSO 4 ) = 160. Otázky a úkoly k pokusu: 1. Jak se nazývá proces odstranění vody z chemické látky? 57

58 2. Uveďte jinou chemickou látku, která ve své struktuře obsahuje krystalovou vodu. Vlastní závěr: 58

59 Pracovní list: Příprava oxidů Úkol: 1. Připravte oxid hořečnatý (MgO), oxid uhličitý (CO 2 ) a oxid železitý (Fe 2 O 3 ). 2. Vypočítejte teoretický výtěžek vzniku oxidu hořečnatého, který vznikne reakcí 5 g hořčíku s kyslíkem. Pomůcky: 3 ks zavařovacích láhví se šroubovacím víčkem, 3 spalovací lžíce, kahan, písek Chemikálie: hořčíková páska, železné piliny, dřevěné uhlí, kyslík (v zásobní lahvi) Postup: 1. Do zavařovacích láhví se šroubovacím víčkem najímejte kyslík ze zásobní lahve. 2. Po najímání kyslíku láhve lehce uzavřete. 3. Na spalovacích lžících postupně zahřívejte hořčíkovou pásku, železné piliny a dřevěné uhlí. 4. Nahřáté je postupně vkládejte do zavařovací láhve s kyslíkem (v případě železných pilin dejte na dno láhve písek). 5. Pozorujte probíhající děj. Chemické rovnice a výpočet: Při výpočtu využijte následující údaje: M(Mg) = 24, M(MgO) =

60 Otázky a úkoly k pokusu: 1. Jak se nazývá děj probíhající v každé ze zavařovacích láhví? 2. Uveďte použití vzniklých oxidů. Závěr: 60

61 Pracovní list: Příprava vodíku Úkol: 1. Připravte vodík reakcí hořčíku s 15 ml 10% kyseliny chlorovodíkové (HCl) a vypočítejte jeho hmotnost. 2. Vypočítejte teoretický výtěžek vzniku vodíku v gramech, který vznikne reakcí 2 g hořčíku s 10% kyselinou chlorovodíkovou. Pomůcky: odměrný válec (50 ml), odměrný válec (200 ml), dělicí nálevka, odsávací baňka, skleněná trubička, skleněná vana, gumová hadička Chemikálie: hořčíková páska, 10% kyselina chlorovodíková, voda Postup: 1. Do odsávací baňky dejte hořčíkovou pásku. 2. Sestavte aparaturu podle obrázku, do dělicí nálevky dejte kyselinu chlorovodíkovou a do skleněné vany dejte vodu. 3. Vodou naplňte i odměrný válec a opatrně jej překlopte do skleněné vany. 4. Pod výlevku válce umístěte trubičku odvádějící vodík z vyvíjecí aparatury. 5. Opatrně uvolněte kohout dělicí nálevky a nechte proběhnout reakci mezi hořčíkem a kyselinou chlorovodíkovou. 6. Na odměrném válci odečtěte objem najímaného vodíku a pomocí vzorce vypočtěte jeho hmotnost. 61

62 Aparatura: dělicí nálevka s HCl odsávací baňka s hořčíkem odměrný válec, do kterého jímáme vodík skleněná vana s vodou Chemické rovnice a výpočet: Při výpočtu využijte následující údaje: M(Mg) = 24, M(H) = 1, (H) = 0, Otázky a úkoly k pokusu: 1. Napište využití vodíku. 2. Uveďte jinou reakci vzniku vodíku. Vlastní závěr: 62

63 Řešení otázek a úkolů k pokusům: A. Vznik roztoku kuchyňské soli: 1. Napište možnosti, jak lze urychlit rozpouštění látky v roztoku. (Správná odpověď: mícháním, povařením, drcením). 2. Uveďte alespoň tři rozpouštědla (kromě vody). (Správná odpověď: benzen, ethanol, benzín, aceton, ). 3. Napište rozdíl mezi nasyceným a nenasyceným roztokem. (Správná odpověď: V nasyceném roztoku se již další množství rozpouštěné látky při dané teplotě nerozpouští. Nenasycený roztok obsahuje menší množství rozpuštěné látky než nasycený roztok). B. Příprava sulfidu zinečnatého: 1. Mezi jaký typ reakcí řadíme reakci síry se zinkem? (Správná odpověď: slučování (syntéza)). 2. Uveďte alespoň tři jiné typy reakcí, které znáte, a ke každé uveďte příklad. (Správná odpověď: rozklad (HgI 2 2Hg + I 2 ), vytěsňování (Zn + 2HCl ZnCl 2 + H 2 ), podvojná záměna (NaCl + AgNO 3 NaNO 3 + AgCl)). C. Příprava oxidu uhličitého: 1. Vypište základní vlastnosti oxidu uhličitého. (Správná odpověď: bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, těžší než vzduch, nedýchatelný, nehořlavý). 2. Uveďte alespoň jednu další reakcí, při které oxid uhličitý vzniká. (Správná odpověď: spalováním uhlíku (C + O 2 CO 2 ), dokonalým spalováním uhlovodíků (např. CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O). D. Stanovení obsahu krystalové vody v sádře: 1. Jak se nazývá proces odstranění vody z chemické látky? (Správná odpověď: dehydratace). 63

64 2. Uveďte jinou chemickou látku, která ve své struktuře obsahuje krystalovou vodu. (Správná odpověď: sádra (CuSO 4 * H 2 O), sádrovec (CuSO 4 * 2H 2 O)). E. Příprava oxidů: 1. Jak se nazývá děj probíhající v každé ze zavařovacích láhví? (Správná odpověď: hoření). 2. Uveďte použití vzniklých oxidů. (Správná odpověď: oxid železitý výroba magnetických pásků, výroba železa, v kosmetice jako pigment; oxid hořečnatý sušidlo, elektrický izolant, výroba nátěrových hmot; oxid uhličitý ochranná atmosféra, chladící médium, obsažen v sycených nápojích). F. Příprava vodíku: 1. Napište, jaké je využití vodíku. (Správná odpověď: metalurgie zpracování kovů, redukční činidlo, sváření kovů, chladící médium, palivo). 2. Uveďte jinou reakci vzniku vodíku. (Správná odpověď: rozklad amoniaku (2NH 3 N 2 + 3H 2 ), termický rozklad methanu (CH 4 C + 2H 2 ), reakce sodíku s vodou (2Na + 2H 2 O 2NaOH + H 2 )). 64

65 4 MATEMATICKÁ PODPORA Při řešení chemických výpočtů je důležité znát matematické postupy, jak danou úlohu řešit. Tato kapitola obsahuje matematické výpočty potřebné především k příkladům uvedených v kapitole číslo Převody jednotek Základním předpokladem správného výpočtu je dosazení veličin ve správných jednotkách. V této kapitole se zaměříme na převody jednotek hmotnosti Převody jednotek hmotnosti Základní jednotkou hmotnosti v mezinárodní soustavě jednotek SI je kilogram. Jeden kilogram je určený prototypem uloženým v Mezinárodním úřadu pro míry a váhy ve Francii. Ostatní jednotky hmotnosti jsou od kilogramu odvozené. Převody nejpoužívanějších jednotek hmotnosti na ZŠ ukazuje následující obrázek: Obrázek 6: Jednotky hmotnosti 20. Příklady převodů jednotek hmotnosti: 47 g = 0,047 kg 16,3 dkg = g 0,5 t = 5 q 31,2 mg = 0,0312 g 0,15 kg = 15 dkg 12 t = kg Pozn.: Kapitola zpracována dle: 10, 11, 12, 13, 14, 15,

66 Příklady k procvičení: 20 q (t) = 76,3 kg (g) = 3200 mg (kg) = 45,6 kg (t) = 163,5 dkg (kg) = 3770 g (kg) = 185,6 t (q) = 1500 g (dkg) = Řešení: 2 t; g; 0,0032 kg; 0,0456 t; 16,35 kg; 3,77 kg; q; 150 dkg 66

67 4.2 Přímá a nepřímá úměrnost, trojčlenka Počítání pomocí trojčlenky je jedním z nejdůležitějších výpočtů, které v chemii uplatníme. Než začneme počítat samotnou trojčlenku, musíme se seznámit s pojmy přímá a nepřímá úměrnost Přímá úměrnost Přímá úměrnost je závislost mezi dvěma proměnnými x a y, pro kterou platí: Kolikrát se zvětší hodnota x, tolikrát se zvětší hodnota y. Kolikrát se zmenší hodnota x, tolikrát se zmenší hodnota y. Hodnoty x a y se mění ve stejném poměru. Příklady přímé úměrnosti: Příklad 1: Markétka si chce koupit nové kuličky. Ví, že 232 kuliček stojí 162 Kč. Kolik zaplatí za 356 kuliček? Magnetit (Fe 3 O 4 ) o hmotnosti 232 g obsahuje 162 g železa. Kolik gramů železa obsahuje 356 g magnetitu? U obou příkladů jde o přímou úměrnost, protože zvýšíme-li počet kuliček (množství magnetitu), zvýší se i cena nákupu (množství železa). Příklad 2: Babička potřebuje tvaroh na koláčky. Na 97 koláčků potřebuje 65 g tvarohu. Kolik tvarohu potřebuje na 24 koláčků? Kolik gramů zinku je potřeba na přípravu 24 g sulfidu železnatého (ZnS), jestliže víme, že na přípravu 97 g ZnS je potřeba 65 g zinku? U obou příkladů jde o přímou úměrnost, protože snížíme-li počet koláčků (množství ZnS), sníží se i množství tvarohu (množství zinku). 67

68 4.2.2 Nepřímá úměrnost Nepřímá úměrnost je závislost mezi dvěma proměnnými x a y, pro kterou platí: Kolikrát se zvětší hodnota x, tolikrát se zmenší hodnota y. Kolikrát se zmenší hodnota x, tolikrát se zvětší hodnota y. Hodnoty x a y se mění v převráceném poměru. Příklady nepřímé úměrnosti: Příklad 1: Průtok vody se snížil na 96,5 % oproti včerejšku. Za jak dlouho napustíme bazén, jestli včera trvalo napuštění 50 minut? V laboratoři máme galenit (PbS) o čistotě 96,5 %. Kolik gramů galenitu budeme potřebovat, jestliže chceme získat 50 g olova? U obou příkladů jde o nepřímou úměrnost, protože snížíme-li průtok (čistotu galenitu), zvýší se doba napouštění (potřebujeme více galenitu na získání stejného množství olova). Příklad 2: Na stavbě je 28 dělníků a práci mají dokončit za 15 dní. Kolik dní by tato práce trvala 36 dělníkům? Roztok o koncentraci 28 % obsahuje 15 g rozpouštědla. Kolik gramů rozpouštědla obsahuje 36% roztok o stejné celkové hmotnosti? U obou příkladů jde o nepřímou úměrnost, protože zvýšíme-li počet dělníků (koncentraci roztoku), sníží se počet dní na stavbě (množství rozpouštědla). 68

69 4.2.3 Trojčlenka Trojčlenka je postup řešení úlohy, který vede k sestavení rovnosti dvou poměrů, kdy známe tři údaje a čtvrtý potřebujeme dopočítat. Jsou-li veličiny přímo úměrné, jdou šipky stejnými směry. Jsou-li veličiny nepřímo úměrné, jdou šipky opačnými směry. V obou případech je vhodné začínat šipkou u neznámé veličiny. Příklady výpočtů trojčlenky: Příklad 1: Auto veze 15 krabic o celkové hmotnosti 4,7 kg. Kolik kilogramů váží 85 těchto krabic? Roztok o hmotnosti 15 g obsahuje 4,7 g soli. Kolik gramů soli obsahuje 85 g tohoto roztoku? 15 krabic 4,7 kg 85 krabic. x kg Poměry odpovídajících si veličin se rovnají: 15 g roztoku.. 4,7 g soli 85 g roztoku x g soli Poměry odpovídajících si veličin se rovnají: Odpověď: Krabice váží 26,6 kg. Odpověď: Roztok obsahuje 26,6 g soli. 69

70 Příklad 2: (U procent jde vždy o přímou úměrnost.) Do košíku se vejde 56 kusů krabiček Oxid vápenatý (CaO) o hmotnosti 56 g s čajem. Nyní jich máme v košíku 40. obsahuje 40 g vápníku. Kolik procent Kolik procent košíku je zaplněno? vápníku je v CaO zastoupeno? 56 krabiček % 40 krabiček..... x % Poměry odpovídajících si veličin se rovnají: 56 g CaO % 40 g Ca x % Poměry odpovídajících si veličin se rovnají: Odpověď: Nyní je zaplněno 71,43 % košíku. Odpověď: Oxid vápenatý obsahuje 71,43 % vápníku. Příklady k procvičení: Příklad 1: Cukerný roztok obsahuje 13 g cukru. Kolik procent cukru roztok obsahuje, jestliže celková hmotnost roztoku je 95 g? Řešení: 13,68 % Příklad 2: Sulfid železnatý (FeS) o hmotnosti 88 g obsahuje 56 g železa. Kolik procent železa je v sulfidu železnatém zastoupeno? Řešení: 63,64 % Příklad 3: Roztok o hmotnosti 69 g obsahuje 12 g rozpuštěné látky. Kolik gramů rozpuštěné látky obsahuje 147 g tohoto roztoku? Řešení: 25,57 g 70

71 4.3 Procenta Mnoho chemických úloh vyžaduje znalost procent. Používáme je především při počítání trojčlenky. Základní pojmy: základ: procenta se vztahují k nějakému celku, tomu říkáme základ (základ = 100 %) jedno procento (1 %): odpovídá jedné setině základu (1 % = 0,01 základu) procentová část: část základu, která odpovídá určitému počtu procent (např. 20 % z 50 = 10) počet procent: číslo s procentovou značkou (např. 32 %) Příklady na procenta: Příklad 1: Jaký je procentuální obsah ovoce v kompotu, jestliže 77 g kompotu obsahuje 58 g ovoce? Jaký je procentuální obsah fluoru ve fluoridu draselném (KF), jestliže 77 g KF obsahuje 58 g fluoru? a) Výpočet přes jedno procento: 100 % 77 1 % 0,77 75,32 % a) Výpočet přes jedno procento: 100 % 77 1 % 0,77 75,32 % b) Výpočet pomocí trojčlenky: 77 g kompotu. 100 % 58 g ovoce.. x % b) Výpočet pomocí trojčlenky: 77 g KF. 100 % 58 g F. x % Odpověď: Kompot obsahuje 75,32 % ovoce. Odpověď: KF obsahuje 75,32 % fluoru. 71

72 Příklad 2: Pomazánkové máslo obsahuje 35 % tuku. Kolik gramů tuku je ve 23 g másla? Mosaz obsahuje 35 % zinku. Kolik kilogramů zinku je ve 23 kg mosazi? a) Výpočet přes jedno procento: 100 % 23 1 % 0,23 35 * 0,23 = 8,05 g a) Výpočet přes jedno procento: 100 % 23 1 % 0,23 35 * 0,23 = 8,05 kg b) Výpočet pomocí počtu procent: 35 % základu * 23 = 8,05 g b) Výpočet pomocí počtu procent: 35 % základu * 23 = 8,05 kg c) Výpočet pomocí trojčlenky: 23 g másla % x g tuku. 35 % c) Výpočet pomocí trojčlenky: 23 kg mosazi. 100 % x kg zinku 35 % g kg Odpověď: Máslo obsahuje 8,05 g tuku. Odpověď: Mosaz obsahuje 8,05 kg zinku. Příklady k procvičení: Příklad 1: Jaké je procentuální zastoupení síry v oxidu sírovém (SO 3 ), jestliže 80 g oxidu siřitého obsahuje 32 g síry? Řešení: 40 % Příklad 2: Bronz obsahuje 33 % cínu. Kolik kilogramů cínu obsahuje 5,4 kg bronzu? Řešení: 1,78 kg 72

73 4.4 Lineární rovnice, vyjádření neznámé ze vzorce Pro chemické výpočty je důležité znát lineární rovnice, uplatníme je především při vyjádření neznámé ze vzorce Lineární rovnice Rovnice je zápis rovnosti dvou výrazů, z nichž alespoň jeden obsahuje neznámou. Lineární rovnice je rovnice tvaru:. Při řešení rovnice hledáme všechny kořeny této rovnice. Vždy používáme ekvivalentní úpravy, tj. takové, které nezmění množinu kořenů. Mezi ekvivalentní úpravy rovnice patří: přičtení nebo odečtení čísla na obou stranách rovnice, násobení nebo dělení obou stran nenulovým číslem. Správnost všech kořenů rovnice vždy ověříme zkouškou Vyjádření neznámé ze vzorce Nejen v chemii používáme vzorce, které vyjadřují vztah mezi různými veličinami. Chceme-li vyjádřit některou neznámou ze vzorce, používáme stejný postup jako při řešení rovnic, akorát nepočítáme s čísly, ale s proměnnými. Vyjádření neznámé ze vzorce nám ulehčí práci, protože si nemusíme pamatovat všechny podoby vzorce, ale vystačíme si jenom s jednou. 73

74 Příklady lineárních rovnic a vyjádření neznámé ze vzorce: Příklad 1: Vyřešte rovnici: 5 Určete ze vzorce: M vztah pro hmotnost. Rovnici řešíme pomocí ekvivalentních úprav: 5 3 Postupujeme pomocí ekvivalentních úprav: M Pro lepší přehlednost ještě otočíme strany rovnice: Pro lepší přehlednost ještě otočíme strany rovnice: Příklad 2: Vyřešte rovnici: 12 Určete ze vzorce: c vztah pro objem. Rovnici řešíme pomocí ekvivalentních úprav: 12 Postupujeme pomocí ekvivalentních úprav: c 74

75 Příklady k procvičení: Příklad 1: Určete ze vzorce: c = vztah pro hmotnost. Řešení: m = Příklad 2: Určete ze vzorce: w = vztah pro celkovou hmotnost. Řešení: m = 75

76 5 ORIENTAČNÍ DOTAZNÍKOVÉ ŠETŘENÍ 5.1 Dotazník pro žáky Výzkum byl prováděn na základních školách a víceletém gymnáziu na Vysočině v období listopadu a prosince Výzkumu se zúčastnili žáci ve věku 14 až 16 let, kteří navštěvují 9. ročník základní školy a 1. ročník gymnázia. V rámci dotazníku žáci odpovídali na 10 otázek. První část dotazníku byla zaměřena na základní informace o žácích (věk, třída), druhá část byla zaměřena na chemické výpočty (druhy, postupy, dostatečná příprava, výuka), třetí část byla zaměřen na konkrétní chemické výpočty, které jsou součástí renovovaných kapitol této diplomové práce. Celkem bylo rozdáno a následně vráceno 76 dotazníků. Tři dotazníky nebyly dostatečně vyplněny, proto byly vyřazeny z orientačního šetření. Zpracováno tedy bylo 73 dotazníků. 76

77 DOTAZNÍK PRO ŽÁKY Dobrý den, jmenuji se Eva Vojtová a jsem studentkou Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity v Brně. Tímto Vás prosím o vyplnění následujícího dotazníku, který mi pomůže při zpracování mé diplomové práce. Dotazník je zcela anonymní. Děkuji za Váš čas a ochotu. Věk: Třída: 1. Zatrhněte všechny druhy výpočtů, se kterými jste se setkali při výuce chemie: a. hustota b. hmotnostní zlomek c. látkové množství d. látková (molární) koncentrace e. relativní atomová hmotnost (molární hmotnost) f. výpočty z chemických vzorců g. výpočty z chemických rovnic 2. Vyberte jednu možnost: Při chemických výpočtech raději využívám: a. logických postupů (trojčlenka) a názorných příkladů b. chemických vzorců 3. Myslíte si, že chemickým výpočtům předcházela dostatečná příprava v hodinách matematiky? a. ano b. ne 4. Vyberte jednu možnost: Při výuce chemických výpočtů mi více vyhovuje: a. když jsou chemické výpočty vyučovány všechny najednou a navazují na sebe b. když jsou chemické výpočty vyučovány postupně (rozloženy do více tematických celků nebo ročníků) 77

78 5. Pomocí logické úvahy (např. trojčlenky) vypočítejte následující příklad: Vypočtěte hmotnostní zlomek (v procentech) roztoku cukru, který vznikl smícháním 25 g cukru a 75 g vody. Správnou odpověď označte. a. 33 % b. 25 % c. 15 % 6. Pomocí vzorce vypočtěte hmotnostní zlomek roztoku jedlé sody, který vznikl smícháním 10 g jedlé sody a 190 g vody. Správnou odpověď označte. a. (tj. 0,05) b. (tj. 0,053) c. (tj. 0,056) 7. Vypočtěte molární hmotnost kyseliny sírové (H 2 SO 4 ), jestliže víte, že A r (H) = 1, A r (S) = 32 a A r (O) = 16. Správnou odpověď označte. a. 49 b. 98 c Vypočítejte pomocí vzorce nebo logické úvahy: Kolik gramů hašeného vápna (Ca(OH) 2 ) vznikne reakcí 112 g páleného vápna (CaO) s vodou? Správnou odpověď označte. CaO + H 2 O Ca(OH) 2 M (CaO) = 56 M (Ca(OH) 2 ) = 74 a. 130 g b. 202 g c. 148 g 78

79 Procentuální zastoupení (%) Vyhodnocení dotazníku pro žáky: 1. Věk žáků Věk Počet Procentuální zastoupení % , , ,06 Celkem Tabulka 1: Věk dotazovaných žáků. Věk žáků 60 49,32 % 40 35,62 % 20 15,06 % Věk žáků Graf 1: Věk dotazovaných žáků. Výzkumu se zúčastnilo 73 žáků ve věku od 14 do 16 let. Největší zastoupení měli žáci ve věku 15 let (49,32 %). Další skupinu tvořili žáci ve věku 14 let (35,62 %) a nejmenší skupinu tvořili žáci ve věku 16 let (15,06 %). Chemie se na základních školách vyučuje zpravidla až od 8. ročníku, proto není mezi žáky veliký věkový rozdíl. 79

80 Procentuální zastoupení (%) 2. Třída Třída Počet Procentuální zastoupení % 9. ročník ZŠ 42 57,53 1. ročník SŠ 31 42,47 Celkem Tabulka 2: Třída. Třída 57,53 % 60 42,47 % ročník ZŠ 1. ročník SŠ Třída Graf 2: Třída. Výzkumu se zúčastnilo 42 žáků (57,53 %) z 9. ročníku základní školy a 31 žáků (42,47 %) z 1. ročníku střední školy. Výzkum byl zaměřen na žáky, kteří již mají s chemií nějaké zkušenosti, proto byly dotazníky rozdány v 9. třídách základních škol a v 1. ročnících středních škol. 80

81 Počet žáků 3. Zatrhněte všechny druhy výpočtů, se kterými jste se setkali při výuce chemie: Druh chemického výpočtu Počet hustota 57 hmotnostní zlomek 69 látkové množství 73 látková (molární) koncentrace 55 relativní atomová hmotnost (molární hmotnost) 73 výpočty z chemických vzorců 58 výpočty z chemických rovnic 60 Tabulka 3: Druhy chemických výpočtů. Pozn.: Číslo udává, kolik žáků z celkového počtu 73 uvedlo, že se s daným druhem výpočtu již setkalo. Výpočty, se kterými se již žáci setkali Druh chemického výpočtu Graf 3: Druhy chemických výpočtů. Pouze u látkového množství a relativní atomové hmotnosti uvedli všichni žáci, že s těmito výpočty setkali. Další v pořadí jsou: hmotnostní zlomek (69 žáků), výpočty z chemických rovnic (60 žáků), výpočty z chemických vzorců (58 žáků) a hustota (57 žáků). Nejméně žáci 81

82 uvedli látkovou koncentraci (55 žáků). Přestože u všech výpočtů byla uvedena nadpoloviční většina žáků, je překvapující, že někteří žáci neznají základní pojmy z chemie, jako je látková koncentrace nebo hustota. Tento výsledek může být způsoben tím, že někteří žáci mají chemické výpočty zařazeny až do druhého pololetí 9. ročníku. 82

83 Procentuální zastoupení (%) 4. Jakých postupů raději využíváte při chemických výpočtech? Postup Počet Procentuální zastoupení % logické postupy (trojčlenka) a názorné příklady 52 71,23 chemické vzorce 21 28,77 Celkem Tabulka 4: Postupy při chemických výpočtech. Jakých postupů raději využíváte při chemických výpočtech? 80 71,23 % ,77 % 20 0 logické postupy (trojčlenka) Postup chemické vzorce Graf 4: Postupy při chemických výpočtech. Většina žáků (71,23 %) udala, že při chemických výpočtech raději využívají logických postupů (trojčlenka) nebo názorných příkladů. Zbytek žáků (28,77 %) raději využívá chemické vzorce. Myslím si, že je v pořádku, že žáci raději využívají logických postupů a názorných příkladů než pouhé dosazování do chemických vzorců. 83

84 Procentuální zastoupení (%) 5. Myslíte si, že chemickým výpočtům předcházela dostatečná příprava v hodinách matematiky? Dostatečná příprava v matematice Počet Procentuální zastoupení % ano 57 78,08 ne 16 21,92 Celkem Tabulka 5: Příprava v matematice. Myslíte si, že chemickým výpočtům předcházela dostatečná příprava v hodinách matematiky? 78,08 % ,92 % 20 0 ano ne Dostatečná příprava v matematice Graf 5: Příprava v matematice. Většina žáků (78,08 %) si myslí, že v hodinách matematiky předcházela dostatečná příprava, aby zvládli chemické výpočty. Zbytek žáků (21,92 %) si myslí, že nikoliv. Dostatečná příprava v hodinách matematiky je důležitým krokem na cestě k chemickým výpočtům. Tento výsledek ukazuje, že jsou žáci dobře připraveni, aby zvládali chemické výpočty. 84

85 Procentuální zastoupení (%) 6. Při výuce chemických výpočtů dáváte přednost, když jsou výpočty vyučovány najednou (navazují na sebe) nebo postupně (rozloženy do více tematických celků nebo ročníků)? Výuka chemických výpočtů Počet Procentuální zastoupení % najednou 23 31,51 postupně 50 68,49 Celkem Tabulka 6: Výuka chemických výpočtů. Výuka chemických výpočtů 80 68,49 % 60 31,51 % najednou Výuka chemických výpočtů postupně Graf 6: Výuka chemických výpočtů. Většina žáků (68,49 %) dává přednost, když jsou chemické výpočty rozděleny do více tematických celků nebo ročníků. Zbytek žáků (31,51 %) má raději, když jsou chemické výpočty vyučovány najednou a navazují na sebe. Tento výsledek ukazuje, že žáci nechtějí být přesyceni chemickými výpočty a raději dávají přednost, když jsou chemické výpočty vyučovány postupně (v rámci více tematických celků nebo ročníků). 85

86 Procentuální zastoupení (%) 7. Pomocí logické úvahy vypočtěte následující příklad: Vypočtěte hmotnostní zlomek (v procentech) roztoku cukru, který vznikl smícháním 25 g cukru a 75 g vody. Odpověď % Počet Procentuální zastoupení % , , ,96 Celkem Tabulka 7: Chemický výpočet. Pozn.: Správná odpověď: 25 % Chemické výpočty 80 60,27 % ,77 % 20 10,96 % Odpověď % Graf 7: Chemický výpočet. Více než polovina žáků (60,27 %) uvedla správnou odpověď. Zbytek žáků (39,73 %) uvedla odpověď chybnou. Tento výsledek ukazuje, že téměř 40 % žáků není schopno zvládnout jednoduchý výpočet a vyjádření procentuální koncentrace roztoků. 86

87 Procentuální zastoupení (%) 8. Pomocí vzorce vypočtěte hmotnostní zlomek roztoku jedlé sody, který vznikl smícháním 10 g jedlé sody a 190 g vody. Odpověď Počet Procentuální zastoupení % (tj. 0,05) 39 53,42 (tj. 0,053) 27 36,99 (tj. 0,056) 7 9,59 Celkem Tabulka 8: Chemický výpočet. Pozn.: Správná odpověď: (tj. 0,05) Chemické výpočty ,42 % 36,99 % 20 9,59 % 0 0,05 0,053 0,056 Odpověď Graf 8: Chemický výpočet. Pouze polovina žáků (53,42 %) uvedla správnou odpověď. Zbytek žáků (46,58 %) uvedla odpověď chybnou. Tento výsledek ukazuje, že i když většina žáků (69 žáků) v otázce číslo 3 uvedla, že pojem hmotnostní zlomek znají, žáci nemají dostatečně osvojený jeho výpočet. 87

88 Procentuální zastoupení (%) 9. Vypočtěte molární hmotnost kyseliny sírové (H 2 SO 4 ), jestliže víte, že A r (H) = 1, A r (S) = 32, A r (O) = 16. Odpověď Počet Procentuální zastoupení % , , ,22 Celkem Tabulka 9: Chemický výpočet. Pozn.: Správná odpověď: 98 Chemické výpočty 80 72,60 % ,18 % 8,22 % Odpověď g/mol Graf 9: Chemický výpočet. Většina žáků (72,60 %) uvedla správnou odpověď. Zbytek žáků (27,4 %) uvedla odpověď chybnou. Molární hmotnost je jedním ze základních pojmů při chemických výpočtech. Výsledek této otázky dokazuje, že většina žáků je schopna vypočítat molární hmotnost i složitější chemické sloučeniny. 88

89 Procentuální zastoupení (%) 10. Vypočítejte pomocí vzorce nebo logické úvahy: Kolik gramů hašeného vápna (Ca(OH) 2 ) vznikne reakcí 112 g páleného vápna (CaO) s vodou? CaO + H 2 O Ca(OH) 2 M(CaO) = 56, M(Ca(OH) 2 ) = 74 Odpověď g Počet Procentuální zastoupení % , , ,90 Celkem Tabulka 10: Chemický výpočet. Pozn.: Správná odpověď: 148 g Chemické výpočty 80 58,90% ,14 % 20 10,96 % Odpověď g Graf 10: Chemický výpočet. Více než polovina žáků (58,90 %) uvedla správnou odpověď. Zbytek žáků (41,10 %) uvedla odpověď chybnou. Tento výsledek dokazuje, že žáci nemají dostatečně osvojeny výpočty z chemických rovnic, ačkoli většina žáků (60 žáků) uvedla, že se s nimi již setkala. 89

90 5.2 Dotazník pro učitele chemie Toto orientační šetření bylo realizováno pomocí dotazníků zaměřených na výuku chemických výpočtů na základních školách. Dotazníky byly rozeslány em v listopadu a prosinci Celkem bylo rozesláno 35 ů učitelům chemie na základních školách. Vrátilo se 18 ů a všechny byly použity a následně vyhodnoceny. 90

91 DOTAZNÍK PRO UČITELE CHEMIE Dobrý den, jmenuji se Eva Vojtová a jsem studentkou Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity v Brně. Tímto Vás prosím o vyplnění následujícího dotazníku, který mi pomůže při zpracování mé diplomové práce. Dotazník je zcela anonymní. Děkuji za Váš čas a ochotu. 1. Než začnete vyučovat chemické výpočty, konzultujete s učitelem matematiky návaznost učiva? a. ano b. ne 2. Žáci 9. ročníku mají již probrány tyto typy chemických výpočtů: a. hustota b. hmotnostní zlomek c. látkové množství d. látková (molární) koncentrace e. relativní atomová hmotnost (molární hmotnost) f. výpočty z chemických vzorců g. výpočty z chemických rovnic 3. Při chemických výpočtech žáci více preferují: a. logické postupy (trojčlenka) a názorné příklady b. chemické vzorce 4. Myslíte si, že je dobře, že jsou chemické výpočty zařazovány již do učiva na ZŠ? a. ano b. ne 5. Chemické výpočty vyučuji: a. v jednom celku (výpočty na sebe navazují) b. postupně (v rámci více tematických celků nebo ročníků) 91

92 Procentuální zastoupení (%) Vyhodnocení dotazníku pro učitele: 1. Než začnete vyučovat chemické výpočty, konzultujete s učitelem matematiky návaznost učiva? Návaznost učiva Počet Procentuální zastoupení % ano 5 27,78 ne 13 72,22 Celkem Tabulka 11: Návaznost učiva. Návaznost učiva 80 72,22% ,78 % 20 0 ano Návaznost učiva ne Graf 11: Návaznost učiva. Většina učitelů chemie (72,22 %) nekonzultuje s učitelem matematiky návaznost učiva. Zbytek učitelů (27,78 %) uvádí, že návaznost učiva konzultuje. Matematická příprava je důležitá pro správné osvojení chemických výpočtů. Je proto zarážející, že většina učitelů chemie nekonzultuje s učitelem matematiky návaznost učiva. 92

93 Počet učitelů 2. Zatrhněte všechny druhy výpočtů, které již mají žáci 9. ročníku probrány: Druh chemického výpočtu Počet hustota 17 hmotnostní zlomek 17 látkové množství 15 látková (molární) koncentrace 10 relativní atomová hmotnost (molární hmotnost) 18 výpočty z chemických vzorců 13 výpočty z chemických rovnic 12 Tabulka 12: Druhy chemických výpočtů. Pozn.: Číslo udává, kolik učitelů z celkového počtu 18 uvedlo, že již daný druh výpočtu s žáky 9. ročníku probralo. Výpočty, které mají žáci probrány Druh chemického výpočtu Graf 12: Druhy chemických výpočtů. Pouze u relativní atomové hmotnosti uvedli všichni učitelů, že ji již probrali. Další v pořadí jsou: hustota (17 učitelů), hmotnostní zlomek (17 učitelů), látkové množství (15 učitelů), výpočty z chemických vzorců (13 učitelů) a výpočty z chemických rovnic (12 učitelů). 93

94 Nejméně učitelů uvedlo látkovou koncentraci (10 učitelů). Tento výsledek ukazuje, že někteří učitelé chemie nechávají výuku chemických výpočtů až na pozdější dobu, případně některé druhy chemických výpočtů nevyučují na základní škole vůbec. Výsledek se shoduje s výsledky z dotazníku pro žáky. Ukazuje, že žáci mají především probranou relativní atomovou hmotnost a na druhou stranu mají málo osvojenou látkovou koncentraci. 94

95 Procentuální zastoupení (%) 3. Při chemických výpočtech žáci více preferují: Postup Počet Procentuální zastoupení % logické postupy (trojčlenka) a názorné příklady 12 66,67 chemické vzorce 6 33,33 Celkem Tabulka 13: Postupy při chemických výpočtech. Žáci více preferují 80 66,67 % 60 33,33% logické postupy (trojčlenka) Postup chemické vzorce Graf 13: Postupy při chemických výpočtech. Většina učitelů chemie (66,67 %) uvedla, že žáci více preferují logické postupy (trojčlenka) a názorné příklady. Zbytek učitelů (33,33 %) uvedla, že žáci dávají přednost chemickým vzorcům. Tento výsledek je shodný s výsledkem z dotazníku pro žáky. Žáci dávají přednost při chemických výpočtech logickým postupům a názorným příkladům. 95

96 Procentuální zastoupení (%) 4. Myslíte si, že je dobře, že jsou chemické výpočty zařazovány již do učiva na ZŠ? Chemické výpočty na ZŠ Počet Procentuální zastoupení % ano ne 0 0 Celkem Tabulka 14: Chemické výpočty na ZŠ. Chemické výpočty na ZŠ 100 % % 0 ano Názor učitelů ne Graf 14: Chemické výpočty na ZŠ. Všichni učitelé si myslí, že je dobře, že jsou chemické výpočty zařazovány již do učiva na základní škole. Je potěšující, že všichni učitelé uvedli, že je dobře, že jsou chemické výpočty zařazovány již na základní škole. 96