DESIGNING REVIEW CONTENT TO IMPROVE STUDENTS’ FINAL ASSESSMENT RESULTS IN GENERAL CHEMISTRY

 

УДК 37.02

Аннотация

В современных условиях высшего образования студенты вынуждены одновременно осваивать множество учебных дисциплин с большим объёмом знаний в ограниченные сроки обучения. В отношении дисциплины «Общая химия» - базовой дисциплины для многих научных и технических направлений - студенты часто сталкиваются с трудностями при систематизации знаний и определении содержания повторения, соответствующего требованиям оценивания. В данном исследовании предлагается подход к разработке учебно-методического материала для повторения, основанный на rubric (критериальной шкале) итогового оценивания дисциплины, с целью помочь студентам более системно и эффективно осваивать учебный материал. На основе анализа критериев оценивания и планируемых результатов обучения содержание материала для повторения было разработано по ключевым тематическим блокам с интеграцией формул, методов решения задач и системы практических упражнений соответствующего уровня применения. Результаты исследования показывают, что разработка материалов для повторения на основе rubric не только помогает студентам чётко ориентироваться в необходимом содержании обучения, но и усиливает взаимосвязь между учебной деятельностью и оцениванием, способствуя повышению эффективности самостоятельной работы и улучшению результатов итоговой оценки по дисциплине.

Abstract

In the context of modern higher education, students are required to study multiple courses simultaneously while coping with a large volume of knowledge within limited learning time. For the General Chemistry course - a foundational subject for many scientific and engineering disciplines - students often face difficulties in systematizing knowledge and identifying review content that aligns with assessment requirements. This study proposes an approach to developing review materials based on the final assessment rubric in order to support students in accessing learning content in a more systematic and effective manner. Based on an analysis of assessment criteria and course learning outcomes, the review content was designed according to core knowledge areas, integrating formulas, problem-solving methods, and corresponding application exercises. The findings indicate that constructing review materials based on assessment rubrics not only helps students clearly identify the content they need to study, but also strengthens the connection between learning activities and assessment. This approach contributes to improving students’ self-study effectiveness and enhancing their final assessment results in the General Chemistry course.

 

Ключевые слова: rubric, материалы для повторения, общая химия, оценивание обучения, планируемые результаты обучения.

Keywords: rubric, review materials, General Chemistry, learning assessment, learning outcomes.

 

1. Введение

В высшем образовании, ориентированном на развитие компетенций, оценочная деятельность направлена не только на определение уровня достижений обучающихся, но и играет важную роль в организации и направлении учебного процесса [5]. В этом контексте rubric рассматривается как эффективный инструмент оценивания, поскольку он позволяет чётко описать критерии, уровни выполнения и требования к результатам обучения [4]. Использование rubric не только поддерживает преподавателей в процессе оценивания, но и помогает студентам лучше понимать цели обучения, благодаря чему они могут более осознанно корректировать собственные стратегии обучения.

В рамках дисциплины «Общая химия» студенты часто испытывают трудности при систематизации знаний из-за широкого содержания курса, включающего такие разделы, как термодинамика, химическая кинетика, равновесие растворов и электрохимия [1]. На практике, несмотря на то что rubric итогового оценивания дисциплины разработан достаточно подробно, студенты всё ещё недостаточно эффективно используют данный инструмент в процессе подготовки и повторения материала. Это приводит к отсутствию чёткого фокуса в обучении, фрагментарному повторению и недостаточному соответствию требованиям оценивания.

Многие исследования показывают, что взаимосвязь между планируемыми результатами обучения, содержанием обучения и оценочной деятельностью играет важную роль в повышении качества образования [2], [3]. Однако исследования, посвящённые преобразованию rubric в материалы, поддерживающие подготовку студентов к повторению учебного материала в естественно-научных дисциплинах, всё ещё ограничены. Исходя из данной практической необходимости, настоящее исследование сосредоточено на разработке содержания для повторения по дисциплине «Общая химия» на основе rubric итогового оценивания с целью повышения эффективности самостоятельного обучения студентов и улучшения результатов итоговой оценки.

2. Теоретическая основа

2.1. Rubric в оценивании учебной деятельности

Rubric представляет собой инструмент оценивания, описывающий критерии учебного задания и соответствующие уровни качества выполнения по каждому критерию, благодаря чему обучающиеся могут чётко понимать предъявляемые требования [4]. По мнению Stevens и Levi [6], rubric способствует повышению прозрачности оценивания, а также создаёт условия для самооценки студентов и корректировки ими собственного учебного процесса. В системе высшего образования rubric всё шире используется для повышения справедливости, объективности и последовательности оценивания.

В модели обучения, ориентированной на результаты обучения, rubric играет важную роль в измерении степени достижения планируемых результатов обучения по дисциплине. Согласно Biggs и Tang, проектирование оценивания должно обеспечивать согласованность между результатами обучения, учебной деятельностью и оценочными заданиями (constructive alignment), поэтому критерии rubric должны отражать компетенции или результаты обучения, которых необходимо достичь [5]. Однако на практике студенты часто воспринимают rubric лишь как таблицу выставления баллов и недостаточно используют его как инструмент поддержки обучения. Если rubric ограничивается только описанием общих критериев и не конкретизируется в виде системы знаний, методов решения задач и соответствующих типов упражнений, его эффективность как средства поддержки обучения остаётся ограниченной. Поэтому преобразование rubric в материалы для повторения представляет собой практически значимый подход, помогающий студентам понять, «какое содержание подлежит оцениванию» и «как необходимо учиться для достижения требуемых результатов оценивания».

2.2. Роль учебно-методических материалов для повторения

В образовательной деятельности высшей школы учебно-методические материалы для повторения рассматриваются как важный инструмент поддержки, помогающий студентам закреплять, систематизировать и применять усвоенные знания. Согласно современным педагогическим подходам, процесс обучения не ограничивается лишь усвоением знаний, но также направлен на развитие навыков самостоятельного обучения, мышления и способности применять знания на практике. Поэтому материалы для повторения выполняют функцию средства организации учебной деятельности, позволяя систематизировать знания в логической последовательности, что способствует лучшему запоминанию и более глубокому усвоению учебного содержания.

Одновременно повторение материала на основе таких пособий способствует формированию навыков самостоятельной работы, анализа и синтеза знаний — компетенций, необходимых обучающимся в системе высшего образования. Кроме того, материалы для повторения играют важную роль в определении целей обучения. С их помощью студенты могут чётко определить требования дисциплины, ключевые темы, требующие приоритетного внимания, а также необходимый уровень освоения знаний и навыков. Это делает учебный процесс более осознанным, позволяет экономить время и повышает эффективность подготовки к контрольным мероприятиям и оцениванию.

Материалы для повторения, разработанные на основе rubric, обеспечивают тесную взаимосвязь между содержанием подготовки, планируемыми результатами обучения и критериями оценивания дисциплины. Студенты не только изучают материал с целью запоминания, но и учатся применять знания, анализировать и решать задачи в соответствии с реальными требованиями оценивания. Это способствует развитию учебной компетентности, навыков самооценки и способности применять знания на практике.

Таким образом, можно утверждать, что разработка материалов для повторения на основе rubric итогового оценивания дисциплины является решением, соответствующим современным тенденциям обновления образования. Такой подход не только помогает студентам эффективно готовиться к оцениванию, но и способствует всестороннему развитию учебных компетенций, отвечающих требованиям обучения, ориентированного на результаты в системе высшего образования.

3. Методы исследования

Исследование было проведено на основе аналитико-проектировочного подхода с целью разработки материалов для повторения по дисциплине «Общая химия» на основе rubric итогового оценивания дисциплины. Основное внимание в исследовании уделялось анализу структуры и содержания rubric, а также преобразованию критериев оценивания в систему материалов для повторения, соответствующих требованиям дисциплины и эффективно поддерживающих самостоятельное обучение и подготовку студентов к экзамену.

Процесс исследования включал два основных этапа:

(1) анализ rubric оценивания в соответствии с планируемыми результатами обучения дисциплины; (2) разработка материалов для повторения, соответствующих каждому критерию оценивания, представленному в rubric.

4. Результаты и обсуждение

4.1. Анализ rubric итогового оценивания дисциплины

Rubric итогового оценивания по дисциплине «Общая химия» был разработан ранее с целью оценки степени достижения студентами планируемых результатов обучения посредством письменного экзамена в форме развернутых ответов. Критерии rubric сосредоточены на способности применять химические знания для решения количественных задач и объяснения основных химических явлений.

Анализ rubric показывает, что содержание оценивания разделено на три ключевые группы знаний: химическая термодинамика, химическая кинетика и равновесие растворов, а также электрохимия. Критерии оценивания требуют от студентов не только запоминания теоретического материала, но и способности анализировать, логически рассуждать и применять знания для решения практических задач. Это также послужило основой для разработки содержания материалов для повторения, соответствующих планируемым результатам обучения дисциплины. Основные элементы rubric представлены в Таблице 1.

Таблица 1. Rubric итогового оценивания по дисциплине «Общая химия»

Критерии оценивания	Вес	Содержание требуемых компетенций
Определение ΔH, ΔS, ΔG, K; прогнозирование направления реакции	30%	Студент умеет применять формулы химической термодинамики для расчёта величин ΔH°, ΔS°, ΔG° и константы равновесия K химической реакции; анализировать условия протекания реакции на основе знака ΔG° и значения K; объяснять экзо- и эндотермический характер реакции; прогнозировать направление протекания реакции в заданных условиях.
Анализ факторов, влияющих на скорость реакции; расчёт pH и произведения растворимости	40%	Студент анализирует влияние температуры на скорость реакции в соответствии с правилом Вант-Гоффа; применяет знания кислотно-основного равновесия для расчёта pH растворов сильных и слабых кислот; определяет произведение растворимости малорастворимых электролитов; выбирает и применяет соответствующие методы решения различных типов задач по химической кинетике и равновесию растворов; объясняет химические явления, связанные с равновесием и растворимостью в растворах.
Составление схемы гальванического элемента; расчёт E°элемента и ΔG°	30%	Студент составляет схему электрохимического элемента и правильно определяет анод и катод; записывает полуреакции окисления и восстановления, происходящие на электродах; определяет направление движения электронов и электрического тока во внешней цепи; рассчитывает стандартную электродвижущую силу элемента (E°элемента) и стандартную энергию Гиббса (ΔG°); анализирует взаимосвязь между окислительно-восстановительными реакциями, работой электрохимического элемента и самопроизвольностью электрохимических процессов.

 

4.2. Разработка содержания материалов для повторения на основе rubric

На основе критериев оценивания, представленных в rubric, исследовательская группа разработала материалы для повторения, направленные на конкретизацию требований оценивания в виде соответствующей системы учебного содержания. Содержание материалов для повторения было организовано по тематическим разделам знаний, связанным с критериями оценивания и планируемыми результатами обучения дисциплины.

Каждый тематический раздел включает: систему ключевых формул, методы решения задач, иллюстративные примеры и практические упражнения. Материал структурирован по принципу перехода от базового уровня к более сложному, что способствует поэтапному формированию у студентов навыков применения знаний и развитию мышления, ориентированного на решение проблем.

Структура материалов для повторения включает три основные части: химическая термодинамика; химическая кинетика и равновесие растворов; электрохимия. Полный вариант материалов для повторения представлен в Приложении к статье. Ниже приведены некоторые примеры содержания для повторения, разработанного на основе rubric оценивания дисциплины.

a) Содержание материалов для повторения по разделу «Химическая термодинамика»

Содержание материалов для повторения по разделу «Химическая термодинамика» было разработано таким образом, чтобы помочь студентам не только запоминать формулы, но и понимать химический смысл термодинамических величин при прогнозировании направления протекания реакции. Основное внимание в данном разделе уделяется формированию навыков применения формул для расчёта ΔH°, ΔS°, ΔG° и константы равновесия K с целью анализа самопроизвольности химических реакций.

В процессе повторения студентам предлагается использовать взаимосвязь между термодинамическими величинами с помощью формул: ∆G⁰ = ∆H⁰ – T.∆S⁰ и ∆G⁰ = -RTlnK

Например, для реакции PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) студентам предлагается рассчитать ΔH°, ΔS° и ΔG° реакции на основе стандартных термодинамических данных, а затем определить, является ли реакция эндотермической или экзотермической, а также оценить её самопроизвольность при стандартных условиях. После вычисления ΔG° студенты дополнительно применяют формулу взаимосвязи между ΔG° и K для определения константы равновесия реакции.

Посредством данного типа задач у студентов формируются навыки обобщения термодинамических данных, преобразования единиц измерения и анализа химического смысла полученных результатов. Кроме того, материалы для повторения способствуют развитию научного мышления, поскольку обучающиеся учатся связывать знак ΔG° с направлением протекания химической реакции, а не ограничиваться лишь выполнением вычислений.

b) Содержание материалов для повторения по разделу «Химическая кинетика и равновесие растворов»

Для раздела «Химическая кинетика и равновесие растворов» содержание материалов для повторения было разработано с целью развития у студентов навыков применения формул и выбора соответствующих методов решения для различных типов задач. Основные темы включают расчёт pH растворов сильных и слабых кислот, определение произведения растворимости и анализ влияния температуры на скорость химической реакции.

В разделе, посвящённом расчёту pH растворов слабых кислот, студентам предлагается составлять выражение кислотно-основного равновесия и использовать формулу:

Например, при решении задачи по определению pH раствора CH₃COOH концентрацией 0,1 M (K_a = 1,8.10^-5) студенты должны составить таблицу равновесных концентраций, определить концентрацию ионов H⁺ и вычислить значение pH раствора. Выполнение подобных задач способствует развитию навыков составления химического равновесия, выбора соответствующих приближений и решения количественных задач, связанных со слабыми кислотами.

В разделе химической кинетики студенты применяют правило Вант-Гоффа: v_t2 = v_t1. для объяснения изменения скорости реакции в зависимости от температуры. Например, при решении задачи, в которой требуется определить, во сколько раз возрастает скорость реакции при повышении температуры со 100°C до 140°C при температурном коэффициенте γ = 3, студенты должны проанализировать количество десятиградусных интервалов повышения температуры и правильно применить формулу, чтобы установить, что скорость реакции увеличивается в 81 раз.

Данные материалы для повторения способствуют развитию у студентов способности анализировать химические задачи, выбирать подходящие методы решения и связывать теоретические знания с практическими химическими явлениями.

c) Содержание материалов для повторения по разделу «Электрохимия»

Содержание материалов для повторения по разделу «Электрохимия» было разработано с целью развития у студентов навыков анализа окислительно-восстановительных реакций и применения электрохимических знаний для объяснения работы гальванического элемента. Основное внимание в данном разделе уделяется обучению студентов составлению схемы электрохимического элемента, определению электродов и расчёту стандартной электродвижущей силы элемента.

В процессе повторения студенты используют формулы: E⁰_{элемента} = E⁰_{(катода)} - E⁰_(анода) и ∆G⁰ = -nFE⁰ для определения самопроизвольности электрохимической реакции.

Например, для реакции, протекающей в гальваническом элементе: Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s) студентам предлагается составить схему элемента, определить анод и катод, записать полуреакции, протекающие на электродах, а также определить направление движения электронов во внешней цепи. После этого студенты рассчитывают стандартную электродвижущую силу элемента и стандартную энергию Гиббса электрохимической реакции.

Посредством данного типа задач у студентов формируются навыки анализа окислительно-восстановительных реакций, определения направления электрохимических процессов и установления взаимосвязи между термодинамическими величинами и работой гальванического элемента. Кроме того, материалы для повторения способствуют развитию логического мышления и способности объяснять электрохимические процессы, происходящие на практике.

Результаты разработки содержания материалов для повторения показывают, что проектирование учебных материалов на основе rubric оценивания способствует усилению взаимосвязи между планируемыми результатами обучения дисциплины, содержанием обучения и оценочной деятельностью. Вместо подготовки, основанной на разрозненном запоминании формул и типов задач, студенты получают возможность ориентироваться на конкретные компетенции, соответствующие каждому критерию оценивания. Это помогает обучающимся чётко определять ключевые темы, требующие освоения, и проявлять большую самостоятельность в процессе подготовки к итоговому экзамену по дисциплине.

В целом преобразование rubric оценивания в конкретное содержание материалов для повторения позволило более чётко выявить взаимосвязь между требованиями оценивания и учебной деятельностью студентов. Материалы для повторения выполняют не только функцию закрепления знаний, но и служат инструментом организации обучения в соответствии с планируемыми результатами обучения и развития навыков самостоятельной работы студентов. Это также создаёт основу для повышения эффективности итогового оценивания дисциплины и усиления согласованности между целями подготовки, содержанием преподавания и системой контроля и оценивания в обучении общей химии.

5. Заключение

В ходе исследования был проведён анализ rubric итогового оценивания по дисциплине «Общая химия» и разработано соответствующее содержание материалов для повторения в соответствии с подходом, ориентированным на результаты обучения дисциплины. На основе существующих критериев оценивания материалы для повторения были структурированы по трём ключевым направлениям знаний: химическая термодинамика, химическая кинетика и равновесие растворов, а также электрохимия. Содержание материалов для повторения было направлено не только на систематизацию формул и методов решения задач, но и на развитие у студентов способности анализировать, логически рассуждать и применять химические знания на практике.

Результаты исследования показывают, что разработка материалов для повторения на основе rubric способствует усилению взаимосвязи между преподаванием, процессом подготовки и требованиями итогового оценивания дисциплины. Благодаря конкретизации критериев оценивания в виде соответствующего учебного содержания студенты могут чётко понимать предъявляемые требования, проявлять большую самостоятельность в процессе обучения и повышать эффективность подготовки. Кроме того, организация содержания по тематическим разделам и типам задач способствует развитию у обучающихся навыков решения проблем, логического мышления и способности применять химические знания для объяснения практических явлений и задач.

Помимо значения для поддержки учебной деятельности студентов, исследование также демонстрирует потенциал использования rubric как инструмента для проектирования учебных материалов в системе высшего образования. Преобразование rubric в материалы для повторения способствует повышению прозрачности оценивания и обеспечивает согласованность между планируемыми результатами обучения, содержанием преподавания и системой контроля и оценивания в преподавании общей химии.

В дальнейшем данное направление исследований может быть расширено посредством разработки системы материалов для повторения по другим химическим дисциплинам, а также интеграции цифровых форм обучения и онлайн-банков заданий для более эффективной поддержки самостоятельной работы студентов. Кроме того, сочетание rubric с современными инструментами оценивания и поддержки обучения представляет собой перспективный подход к повышению качества преподавания и оценивания в системе высшего образования.

 

Список литературы:

1. Ле Мау Куен. Общая химия. – Ханой: Изд-во «Образование Вьетнама», 2009. – 367 с.
2. Нгуен Конг Кхань, Дао Тхи Оань. Контроль и оценивание в образовании. – Ханой: Изд-во Педагогического университета, 2015. – 279 с.
3. Чан Кхань Дык. Теория и методы современного обучения. – Ханой: Изд-во Ханойского национального университета, 2013. – 487 с.
4. Heidi G. Andrade. Teaching with rubrics: the good, the bad, and the ugly // College Teaching. – 2005. – Vol. 53, № 1. – P. 27–31.
5. John Biggs, Catherine Tang. Teaching for quality learning at university. 4th ed. – Maidenhead: Open University Press, 2011. – 389 p.
6. Dennis D. Stevens, Antonia J. Levi. Introduction to rubrics: an assessment tool to save grading time, convey effective feedback, and promote student learning. 2nd ed. – Sterling, VA: Stylus Publishing, 2013. – 336 p.
7. Апарнев А. И. Общая химия : сб. заданий с примерами решений : учеб. пособие / А. И. Апарнев, Л. И. Афонина ; Новосиб. гос. техн. ун-т. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2013. – 118 с.

References:

1. Le Mau Kuen. [General chemistry]. Hanoi, Vietnam Education Publishing House, 2009, 367 p. (In Russ.)
2. Nguyen Kong Khanh, Dao Thi Oan. [Assessment and evaluation in education]. Hanoi, Pedagogical University Publishing House, 2015, 279 p. (In Russ.)
3. Chan Khanh Dyk. [Theory and methods of modern teaching]. Hanoi, Hanoi National University Publishing House, 2013, 487 p. (In Russ.)
4. Heidi G. Andrade. Teaching with rubrics: the good, the bad, and the ugly // College Teaching. – 2005. – Vol. 53, № 1. – P. 27–31.
5. John Biggs, Catherine Tang. Teaching for quality learning at university. 4th ed. – Maidenhead: Open University Press, 2011. – 389 p.
6. Dennis D. Stevens, Antonia J. Levi. Introduction to rubrics: an assessment tool to save grading time, convey effective feedback, and promote student learning. 2nd ed. – Sterling, VA: Stylus Publishing, 2013. – 336 p.
7. Aparnev A. I. General [Chemistry: collection of problems with solution examples: textbook] / A. I. Aparnev, L. I. Afonina; Novosibirsk State Technical University. – Novosibirsk: Publishing house of NSTU, 2013. – 118 p. (In Russ.)

 

ПРИЛОЖЕНИЕ. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ К ИТОГОВОМУ КОНТРОЛЮ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ОБЩАЯ ХИМИЯ» 

Часть I. Химическая термодинамика

* Расчёт ∆H°, ∆S°, ∆G° реакции

ассмотрим реакцию: aA + bB ⇌  cC + dD

   ∆H⁰ = c.∆H⁰₂₉₈,_f(C) + d.∆H⁰₂₉₈,_f(D) - a.∆H⁰₂₉₈,_f(A) - b.∆H⁰₂₉₈,_f(B)

Если реакция эндотермическая, то: ∆H⁰ > 0

Если реакция экзотермическая, то: ∆H⁰ < 0

∆S⁰ = c.S⁰₂₉₈(C) + d.S⁰₂₉₈(D) - a.S⁰₂₉₈(A) - b.S⁰₂₉₈(B)

∆G⁰ = ∆H⁰ – T.∆S⁰

Если ∆G⁰<0 то реакция протекает при стандартных условиях.

Если ∆G⁰>0 то реакция не протекает при стандартных условиях.

* Расчёт константы равновесия реакции

∆G⁰ = -RTlnK => lnK =

Температура: T = t⁰_C + 273

Газовая постоянная: R = 8,314 J.mol^-1.K^-1

Примечание: при расчёте константы равновесия величина ∆G° должна быть выражена в Дж.

Пример задачи

Для реакции при 25°C и 1 атм даны следующие термодинамические данные:

PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g)

Вещество	ΔH°f (кДж/моль)	S° (Дж/моль·К)
PCl₅	-350	364
PCl₃	-271	312
Cl₂	0	223

a) Рассчитать ∆H°, ∆S°, ∆G° реакции.

b) Определить, является ли реакция экзо- или эндотермической. Может ли реакция протекать при стандартных условиях? Объяснить.

c) Рассчитать константу равновесия реакции.

Решение

a) Расчёт ∆H°: ∆H⁰ = ∆H⁰_f(Cl₂) + ∆H⁰_f(PCl₃) - ∆H⁰_f(PCl₅) = 0 + (- 271) – (-350) = 79 kJ

Расчёт ∆S°: ∆S⁰ = S⁰(Cl₂) + S⁰(PCl₃) - S⁰(PCl₅) = 223 + 312 – 364 = 171 J/K

Расчёт ∆G°: ∆G⁰ = ∆H⁰ – T.∆S⁰ = 79 – 298.171.10^-3 = 28,04 kJ

b) Реакция эндотермическая, поскольку ∆H⁰ > 0

Реакция не протекает самопроизвольно при стандартных условиях, поскольку ∆G⁰ > 0

c) Расчёт константы равновесия:

∆G⁰ = -RTlnK => lnK = =  = -11,32

=> K =  = 1,21.10^-5

Практические задания

Задание 1

Для реакции при 25°C и 1 атм даны следующие термодинамические данные:

C₂H₄(g) + H₂O(g) ⇌ C₂H₅OH(g)

Вещество	ΔH°f (кДж/моль)	S° (Дж/моль·К)
C₂H₄	52.4	219.45
H₂O	-241.8	188.72
C₂H₅OH	-235	282

a) Рассчитать ∆H⁰, ∆S⁰, ∆G⁰ реакции.

b) Определить, является ли реакция экзо- или эндотермической. Может ли реакция протекать при стандартных условиях? Объяснить.

c) Рассчитать константу равновесия реакции.

Задание 2

C(s) + O₂(g) ⇌ CO₂(g)

Вещество	ΔH°f (кДж/моль)	S° (Дж/моль·К)
C	0	5.74
O₂	0	205
CO₂	-393.5	213.7

a) Рассчитать ∆H⁰, ∆S⁰, ∆G⁰ реакции.

b) Определить, является ли реакция экзо- или эндотермической. Может ли реакция протекать при стандартных условиях? Объяснить.

c) Рассчитать константу равновесия реакции.

Задание 3

CH₃COOH(l) + C₂H₅OH(l) ⇌ CH₃COOC₂H₅(l) + H₂O(l)

Вещество	ΔH°f (кДж/моль)	S° (Дж/моль·К)
CH₃COOH	-484.5	159.8
C₂H₅OH	-277.7	160.7
CH₃COOC₂H₅	-480	259
H₂O	-285.8	69.9

a) Рассчитать ∆H⁰, ∆S⁰, ∆G⁰ реакции.

b) Определить, является ли реакция экзо- или эндотермической. Может ли реакция протекать при стандартных условиях? Объяснить.

c) Рассчитать константу равновесия реакции.

Часть II. Химическая кинетика и равновесие растворов

* Расчёт pH сильной кислоты

(например: HCl, HNO₃) с концентрацией C_M

HA → H⁺ + A^-

HCl → H⁺ + Cl^-

HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

 => [H⁺] = C_M

pH = -lg[H⁺] = -lgC

Пример: Рассчитать pH раствора HNO₃ концентрацией 0,1 M.

[H⁺] = 0,1M

pH = -lg[H⁺] = -lg0,1 => pH = 1

* Расчёт pH слабой кислоты

(например: HCOOH, CH₃COOH) с концентрацией C_M​, константа диссоциации кислоты K_a

RCOOH ⇌ RCOO^- + H⁺

Таблица концентраций:

Состояние	RCOOH	RCOO⁻	H⁺
Начальное	C	0	0
Равновесие	C −

Следовательно: [H⁺] = M; pH = -lg[H⁺] = -lg

Пример: Рассчитать pH раствора CH₃COOH концентрацией 0,1 M, если K_a = 1,8.10^-5.

После расчёта:  = [H⁺] = 1,33.10^-3M; pH = 2,88

* Произведение растворимости

Для вещества:  A_mB_n ⇌ mAⁿ⁺ + nB^m-

Если растворимость равна S, то: K_sp(A_mB_n) = [Aⁿ⁺]^m.[B^m-]ⁿ = (mS)^m.(nS)ⁿ

Пример: Растворимость PbSO₄ в воде при 25°C составляет 1,3.10^-4M. Тогда: K_sp(PbSO₄) = [Pb²⁺][SO₄^2-] = 1,3.10^-4.1,3.10^-4 = 1,69.10^-8

* Влияние температуры на скорость реакции

Правило Вант-Гоффа: :     v_t2 = v_t1.

где:

v_t2 - скорость реакции при температуре t₂

v_t1 - скорость реакции при температуре t

Пример: Если при повышении температуры на 10⁰C скорость реакции возрастает в 3 раза, определить, во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры со 100⁰C до 140⁰C.

γ = 3 => v_t2 = v_t1. = v₁₀₀. = v₁₀₀. 3⁴ = 81.v₁₀₀

Следовательно, скорость реакции увеличивается в 81 раз.

Практические задания

Задание 1: Рассчитать pH раствора HNO₃ концентрацией 0,05 M.

Задание 2: Рассчитать pH раствора CH₃COOH концентрацией 0,25 M, если K_a = 1,8.10^-5.

Задание 3: Растворимость FeS в чистой воде при 25°C составляет 2,2.10^-9M. Определить произведение растворимости FeS.

Задание 4: Растворимость Cu(OH)₂ в чистой воде при 25°C составляет 1,8.10^-7M. Определить произведение растворимости Cu(OH)₂.

Задание 5: Растворимость Ag₂S в чистой воде при 25°C составляет 2,5.10^-17M. Определить произведение растворимости Ag₂S.

Задание 6: Если при повышении температуры на 10°C скорость реакции возрастает в 3 раза, определить, во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры со 120°C до 150°C.

Часть III. Электрохимические элементы

* Схема электрохимического элемента

(−)  металлический электрод  |  раствор ионов металла  ||  раствор ионов металла  |  металлический электрод  (+) или:

(−)  инертный электрод | окислительно-восстановительная пара  ||  окислительно-восстановительная пара | инертный электрод  (+)

* Стандартная электродвижущая сила элемента:

E⁰_{элемента} = E⁰₍₊₎ - E⁰_(-)

E⁰₍₊₎ - стандартный потенциал катода;

E⁰_(-) - стандартный потенциал анода.

* Стандартная энергия Гиббса: ∆G⁰ = -nFE⁰

где:

n - число переданных электронов;

F = 96500 (C/mol);

единица измерения ∆G° - Дж.

Пример задачи

Для реакции в электрохимическом элементе:

Fe(s) + Cu²⁺(aq) → Fe²⁺(aq) + Cu(s)

)

a) Составить схему элемента (указать анод и катод). Определить направление движения электронов и электрического тока во внешней цепи. Записать полуреакции.

b) Рассчитать стандартную ЭДС и стандартную энергию Гиббса.

Решение

a) Схема элемента: (-)Fe | Fe²⁺ || Cu²⁺ | Cu(+)

Полуреакции:

Анод: Fe → Fe²⁺ + 2e

Катод: Cu²⁺ + 2e → Cu

Электроны движутся от анода к катоду.

Электрический ток направлен от катода к аноду.

b) Расчёт ЭДС: E⁰_{элемента} =  = 0,34 + 0,44 = 0,78 V

Расчёт энергии Гиббса: ∆G⁰ = -nFE⁰ = -2.96500.0,78 = -150504 J

Практические задания

Задание 1

Для реакции в электрохимическом элементе:

Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)

 ;

a) Составить схему элемента (указать анод и катод). Определить направление движения электронов и электрического тока во внешней цепи. Записать полуреакции.

b) Рассчитать стандартную ЭДС и стандартную энергию Гиббса.

Задание 2

Для реакции в электрохимическом элементе:

Zn(s) + Fe²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Fe(s)

 ; )

a) Составить схему элемента (указать анод и катод). Определить направление движения электронов и электрического тока во внешней цепи. Записать полуреакции.

b) Рассчитать стандартную ЭДС и стандартную энергию Гиббса.

Задание 3

Для реакции в электрохимическом элементе:

Zn(s) + 2Ag⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + 2Ag(s)

 ; )

a) Составить схему элемента (указать анод и катод). Определить направление движения электронов и электрического тока во внешней цепи. Записать полуреакции.

b) Рассчитать стандартную ЭДС и стандартную энергию Гиббса.