Принцип межпредметных связей при решении химических задач. Разбор основных способов решения расчетных задач

2

Принцип межпредметных связей при решении химических задач. Разбор основных способов решения расчетных задач

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПУТИ И МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ

1.1 Межпредметные связи при решении расчетных задач

2. КАЧЕСТВЕННЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ

3. РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ

4. АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

ВВЕДЕНИЕ

Решение химических задач способствует осуществлению связи обучения с жизнью, воспитывает трудолюбие, целеустремленность, вырабатывает мировоззрение, так как в задачах легко реализуются межпредметные связи.

Велика развивающая функция решения задач, которая формирует рациональные приемы мышления, устраняет формализм знаний, прививает навыки самоконтроля, развивает самостоятельность.

Образовательная роль задач выражается в том, что, например, расчетные задачи раскрывают перед учащимися количественную сторону химии как точной науки. Через задачи осуществляется связь теории с практикой, в процессе их решения закрепляются и совершенствуются химические понятия о веществах и процессах. На основе решения задач, особенно качественных, легко организовать проблемное обучение. Процесс решения задачи -- это восхождение от абстрактного к конкретному. В методологическом аспекте -- это переход от абстрактного мышления к практике, связь частного с общим.

Необходимо помнить, что решение задач -- это не самоцель, а средство обучения, способствующее прочному усвоению знаний.

1. ПУТИ И МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ

Вопрос о путях и методах реализации межпредметных связей - это один из аспектов общей проблемы совершенствования методов обучения. Отбор методов обучения учитель производит на основе содержания учебного материала и на подготовленности учащихся к изучению химии на уровне межпредметных связей.

На первых этапах обучения учащихся приемам установления межпредметных связей преобладает объяснительно-иллюстративный метод. Учитель весь материал межпредметного содержания объясняет сам. Когда у учащихся сформируются умения работы с материалом межпредметного содержания, можно применять репродуктивный и частично-поисковый методы и творческие межпредметные задачи.

Средства реализации межпредметных связей могут быть различны: вопросы межпредметного содержания: направляющие деятельность школьников на воспроизведение ранее изученных в других учебных курсах и темах знаний и их применение при усвоении нового материала межпредметные задачи, которые требуют подключения знаний из различных предметов или составлены на материале одного предмета, но используемые с определенной познавательной целью в преподавании одного другого предмета. Они способствуют более глубокому и осмысленному усвоению программного материла, совершенствованию умений выявить причинно-следственные связи между явлениями.

Использование межпредметных связей вызвало появление новых форм организации учебного процесса: урок с межпредметными связями, комплексный семинар, комплексная экскурсия, межпредметная экскурсия и др.

Уроки с межпредметным содержанием могут быть следующих видов: урок- лекция; урок-семинар; урок-конференция; урок-ролевая игра; урок-консультация и др. уроки межпредметного обобщения или тематические задания - проблема педагогики и методики как соединить знания с практической полезной деятельностью. Научить применять знания.

Суть тематического планирования заключается в следующем: группам учащихся дается задание разработать рекомендации по использованию удобрений, веществ, реакций относительно данной местности. Эти задания имеют МПС и готовятся совместно с учителями биологии, географии, черчения, рисования - это бинарные уроки.

Ход проведения: группа из 4-6 человек выбирает руководителя проекта, специалистов (биолог, агроном, чертежников, художник-оформитель), определяет задания каждому ученику. Группы собираются и отчитываются о работе [1].

Каждой группе дается своеобразное домашнее задание, которое будет завершено защитой своих работ. Вначале такого урока - краткая беседа учителя, в ходе которой ставится цель, представляются учащиеся, определяется порядок защиты. Затем идут выступление групп - в виде краткого отчета о проделанной работе (демонстрация рисунков, таблиц). Далее идет обсуждение выступлений; учитель продумывает со своими коллегами трудовое задание [1].

1.1 Межпредметные связи при решении расчетных задач

К изучению математики учащиеся средней школы приступают на 7 лет раньше, чем к изучению химии. За этот период обучения они приобретают значительный объем математических знаний, умений и навыков по решению алгебраических задач. Правильное использование учителем химии приобретенного учащимися объема знаний, умений и навыков является той основой, которая в наибольшей мере способствует успешному обучению их решению расчетных химических задач.

При составлении плана решения данная сложная задача расчленяется на ряд простых, связанных между собой общим содержанием задачи. Составляя план решения задачи, используют два основных метода:

а) синтетический;

б) аналитический.

Суть каждого из этих методов рассмотрим на примере составления плана решения конкретной задачи.

Задача. Почетный горняк Митрофанов за 30 лет работы бурильщиком в рудниках Криворожского железнорудного бассейна добыл 1 млн. т железной руды, содержащей в среднем 80% оксида железа (III). Сколько велосипедов можно изготовить из этой руды, если принять, что на изготовление одного велосипеда расходуется 20 кг железа?

Синтетический метод

1. Зная массовую долю (в %) оксида железа (III) в железной руде, находим его массу, содержащуюся в 1 млн. т руды.

2. Узнав массу оксида железа (III), вычислим массу содержащегося в нем железа.

3. Узнав массу железа в добытой руде и зная массу железа,

переработанного в сталь и нужную на изготовление одного велосипеда, определим число велосипедов.

Исходя из этих соображений, составляют такой план решения задачи:

1. Сколько тонн оксида железа (III) составляют 80% от 1 млн. т железной руды?

2. Сколько тонн железа содержится в вычисленной массе оксида железа (III)?

3. Сколько велосипедов можно изготовить из вычисленной массы железа?

Аналитический метод

Исходят из вопроса задачи. Чтобы узнать число велосипедов, необходимо знать массу железа, а чтобы вычислить массу железа, нужно знать массу оксида железа (III), в котором оно содержится.

Синтетический метод составления плана решения задачи имеет свои недостатки. Главный недостаток заключается в том, что первые шаги при решении задачи (выбор данных для простой задачи) не всегда сразу приводят к искомому результату. Многие учащиеся, не имея навыков сравнивать и выбирать данные для простых задач, допускают ошибки двух видов:

а) в сравнении и выборе данных;

б) в составлении плана решения.

При составлении плана решения задачи аналитическим методом рассуждения строятся в противоположном направлении - от искомого числа к данным в условии задачи. В отличие от синтетического, аналитический метод составления плана решения задачи представляет собой ряд связанных между собой и вытекающих один из другого выводов и поэтому при его использовании учащиеся допускают меньше ошибок логического характера.

При изучении математики учащиеся усваивают оба метода составления плана решения задачи и поэтому учитель химии может пользоваться любым из них. Аналитический метод составления плана целесообразно использовать при решении сложных задач, условия которых содержат большое число данных, а синтетический - при решении сравнительно легких задач. При решении усложненных, например олимпиадных, задач часто приходится пользоваться обоими методами составления плана решения задач.

На уроках математики учащиеся приучаются к тому, что задачу можно считать решенной тогда и только тогда, когда найденное решение:

а) безошибочное (правильное);

б) мотивированное;

в) имеет исчерпывающий характер (полное).

Задача не считается решенной, если ее решение не соответствует хотя бы одному из этих требований.

Безошибочность (правильность) решения химических задач учащиеся обычно проверяют по ответам, которые приведены в сборниках задач и упражнений. Во многих случаях с целью проверки на уроках математики составляют и решают задачу, обратную решенной.

Проверку решения не обязательно выполнять для всех решаемых задач. Важно, чтобы учащиеся это умение использовали при решении химических задач и в необходимых случаях пользовались им. Слабоуспевающим учащимся можно предложить дома выполнить проверку решенных в классе задач. Это поможет им в усвоении методики решения задач и послужит закреплению того теоретического материала, на основе которого составлено условие задачи.

Исчерпывающий характер может иметь только то решение, которым найдены все неизвестные, содержащиеся в условии задачи. Если из ряда неизвестных, которые содержатся в условии задачи, не найдено хотя бы одно, такое решении нельзя считать полным.

Особое значение при решении химических задач имеет требование о мотивировке решения, выполнение которого должно содействовать закреплению изученного на ряде уроков, а иногда и в разных классах теоретического материала.

Несомненно, что использование умений и навыков, приобретенных учащимися при решении задач на уроках математики, повысит эффективность обучения учащихся решению химических задач [2,3].

2. КАЧЕСТВЕННЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ

Среди широко известных типов качественных задач можно указать следующие:

Объяснение перечисленных или наблюдаемых явлений: почему реакция карбоната кальция с серной кислотой начинается сначала бурно, а затем прекращается? Почему при нагревании сухого карбоната аммония вещество исчезает из пробирки?

Характеристика конкретных веществ: с какими веществами и почему может реагировать соляная кислота? С какими из перечисленных веществ будет вступать в реакцию соляная кислота?

Распознавание веществ: в какой из пробирок находятся кислота, щелочь, соль? В какой из пробирок находятся соляная кислота, серная, азотная?

Доказательство качественного состава веществ: как доказать, что в состав хлорида аммония входят ион аммония и ион хлора?

Разделение смесей и выделение чистых веществ: как очистить кислород от примеси оксида углерода (IV)?

Получение веществ: получить хлорид цинка всеми возможными способами.

К этому же типу задач относят и цепочки превращений, а также получение вещества, если дан ряд других веществ как исходных. Могут быть задачи на применение прибора, например: указать, какой из приборов можно использовать для собирания аммиака, кислорода, водорода, хлора и т. д. Задачи решают устно, письменно или экспериментально [5].

3. РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ

При обучении учащихся решению расчетных химических задач следует помнить, что решение задач -- это не самоцель, это средство, способствующее более глубокому пониманию и усвоению химических понятий и в первую очередь количественных.

Обычно у учащихся при решении расчетных химических задач возникают затруднения особого порядка, связанные именно со спецификой химической науки.

Прежде всего они вызваны тем, что химические расчеты требуют использования особой физической величины, называемой «количество вещества» и ее единицы -- моля. При этом важно учесть, что для понимания этой величины очень мало опорных понятий, что не способствует реализации принципа доступности. Эти абстрактные понятия труднодоступны для учащихся, так как они не имеют аналогии в других, предшествующих химии предметах.

Кроме того, для непосредственного измерения определенного количества вещества нет соответствующих приборов. Можно измерить массу, объем, но не количество вещества в молях. Оно определяется опосредованно, расчетом. Поэтому учащимся VIII класса, у которых абстрактное мышление еще недостаточно хорошо развито, следует облегчить усвоение этого материала, по возможности привлекая наглядность, хотя и это очень трудно, потому что требует развитого воображения. Понятие «количества вещества» полезно объяснять, исходя из числа структурных частиц N, а «моль» -- из числа Авогадро. Это переводит объяснение в конкретную плоскость.

Вторая причина трудностей в том, что в химии при расчетах приходится оперировать двумя рядами формул -- химическими и математическими. Все эти трудности необходимо преодолеть, показывая учащимся, что все без исключения химические расчеты основаны на использовании моля как единицы количества вещества. Ученики должны это твердо осознать. Конечно, легче объяснить расчет через составление пропорции в граммах или объемах. Эти величины давно знакомы учащимся так же, как и пропорции. Но если учитель пойдет по этому пути, он рискует в дальнейшем никогда не научить учащихся мыслить количественными химическими понятиями. Они не смогут объяснить причины, по которым можно составлять такие пропорции и будут считать использование понятия «моль» совершенно лишним и ненужным.

Подбирать задачи нужно так, чтобы возникала необходимость использовать эту единицу. И лишь тогда, когда в сознании учащихся утвердится, что количественные отношения веществ всегда выражаются в молях, можно учить переходным формулам, показать взаимосвязь массы и количества вещества, объема и количества вещества (см. схему 1.).

Схема 1

Схема взаимосвязи физических величин

Еще одна трудность заключается в том, что иногда название величин вступает в противоречие с прежними, прочно утвердившимися понятиями учащихся. Например, величину «молярная масса» учащиеся воспринимают как массу, но размерность ее не грамм (как должно быть у массы), а «г/моль» (отношение массы к количеству вещества). Та же ситуация и с молярным объемом.

Очень важно правильно объяснить, что такое молярная масса М и что такое молярный объем V_m, показать их размерность и объяснить, как с их помощью осуществляется переход от массы и объема к количеству вещества и обратно. Нужно рассказать о постоянной Авогадро Л/а- Учащиеся должны всеми формулами пользоваться сознательно. Общие формулы всегда абстрактны, выражают обобщенные подходы к решению, а в каждой задаче они конкретизируются. Полезно довести до сведения учащихся схему, отражающую систему количественных понятий, связи между ними и переходные формулы, выражающие связи между этими понятиями.

Для самоконтроля и для лучшего запоминания учителя иногда на первом этапе вывешивают настенную таблицу со схемой и формулами. Другие считают, что лучше, чтобы учащиеся всякий раз сами выводили эти формулы, но очевидно одно -- учащиеся должны усваивать величины, «работающие» в формуле, сознательно.

Решение расчетных задач по химии очень тесно связано с физикой и математикой. Эти межпредметные связи надо постоянно иметь в виду.

В курсе физики величина «количество вещества» изучается значительно позднее, чем в химии. Поэтому важно правильно сформировать понятие о ней, чтобы в дальнейшем у учащихся не возникало противоречий.

Методику решения задач также полезно связать с физикой, сохраняя форму записи условия и решения. Этого требует и соблюдаемый в школе единый орфографический режим. Кроме того, гораздо более рационален физико-математический путь решения, когда все расчеты производят сначала в буквенных выражениях и лишь после этого подставляют числовые значения. Проиллюстрируем форму записи, например, на задаче:¹

«В лаборатории чистое железо можно получить по реакции его оксида FeO с водородом при повышенной температуре. Составьте уравнение реакции (один из ее продуктов -- вода) и рассчитайте необходимые количества оксида и водорода для получения 1 г железа».

Ответ: Для получения 1 г железа требуется 0,18 моль водорода и 0,18 моль оксида железа.

Набор расчетных задач в школьном курсе химии невелик. Различают обычно расчеты по формулам и расчеты по уравнениям реакций. Особо выделяют задачи, связанные с растворами.

В некоторых программах оговорено, в каких темах какие типы задач следует вводить, в других право выбора предоставляется учителю. Поэтому приведем только перечень типов задач, решение которых учащиеся осваивают в школе.

А. Расчеты по формулам:

Вычисление относительной молекулярной массы вещества.

Вычисление отношения масс атомов элементов в сложном веществе.

Вычисление массовой доли элемента в веществе (в %).

Вычисление массы определенного количества вещества.

Вычисление масс и объемов газов (при н. у.).

-- Вычисление относительной плотности газов. Б. Расчеты по уравнениям

Вычисление масс веществ или объемов газов по известному количеству вещества одного из вступающих в реакцию или образующихся в результате ее веществ.

Вычисление объемных отношений газов по химическим уравнениям.

Расчет по термохимическим уравнениям количества теплоты по известному количеству и массе одного из участвующих в реакции веществ.

Расчеты по химическим уравнениям, если одно из реагирующих веществ дано в избытке.

Определение массовой доли выхода продукта от теоретически возможного.

Вычисление массы продукта реакции по известной массе исходного вещества, содержащего определенную массовую долю примесей.

В. Расчеты на выведение формул веществ

Нахождение молекулярной формулы газообразного вещества на основании его плотности и массовых долей входящих в него элементов (в %).

Г. Расчеты массовой доли вещества в растворе (в %)

Расчеты по определению массовой доли растворенного вещества (в %) в растворе и массы растворенного вещества по известной массовой доле его в растворе.

Обучение учащихся решению расчетных химических задач следует начинать постепенно. Сначала научить подсчитывать относительную молекулярную массу М_г, постепенно переходить к молярной массе М (г/моль), затем к решению задач по химической формуле веществ и затем к расчетам по химическим уравнениям. При этом вначале расчеты не следует усложнять. Начинают их производить обязательно в молях, подбирая условия так, чтобы не требовалось перевода в граммы или литры. Впоследствии такой перевод будет казаться вполне естественным. Конечно, содержание задач обязательно должно быть согласовано с изучаемой темой. Нельзя, например, требовать расчета объема газа, если еще неизвестен закон Авогадро и молярный объем.

И только после всего этого допустимы всевозможные усложнения задач и их комбинирование, широко используемые для составления олимпиадных и конкурсных задач.

Нередко при решении задач приходится видеть скучающие глаза учеников, которые считают, что химические расчеты вовсе не нужны. Тогда учитель привлекает для обоснования их необходимости по возможности жизненные примеры. Можно задать на дом выполнение какого-нибудь домашнего опыта, связав его с расчетом.

О едином методическом подходе к решению задач по химии

В решении задач должен соблюдаться единый методический подход. Ведущая роль в обучении учащихся решению задач принадлежит учителю. Но нельзя недооценивать и самостоятельности учащихся при решении задач. При переходе от одного этапа к другому следует руководствоваться рекомендациями по формированию умений. Рассмотрим сущность этих этапов.

Выбирая задачу для учащихся, учитель обязан оценить ее с точки зрения следующих целей.

Какие понятия, законы, теории, факты должны быть закреплены в процессе решения, какие стороны свойств изучаемого вещества и химические реакции отмечены в процессе решения.

Какие приемы решения задачи должны быть сформированы.

Какие мыслительные приемы развиваются в процессе решения задачи.

Какие дидактические функции выполняют данные задачи. Если учитель ставит перед собой цель -- закрепление теоретического материала, то метод решения задачи должен быть уже известен учащимся.

Если учитель хочет объяснить новый тип задачи по методу решения, то учащиеся должны свободно оперировать учебным материалом. Одновременно обе цели ставить не рекомендуется.

Задачу учитель решает заранее и проверяет ответ, чтобы убедиться, что он правильный.

На уроке в классе учитель актуализирует знания учащихся, которые используются при решении задачи. Затем проводится анализ условия задачи. Учитель кратко его записывает с помощью символов и условных обозначений, как уже было показано выше. Далее разрабатывают план решения и по возможности выражают его в общем виде с помощью указанных выше формул, соблюдая все правила, которым учащиеся обучены на уроках математики и физики. Только после этого приступают к числовому решению и проверяют ответ.

Если цель решения -- изучение нового типа задач, то четко формулируют алгоритм, который учащиеся записывают в тетрадь, и отмечают, какому типу решения он соответствует. В младших классах алгоритм может быть выражен в виде вопросов задачи. После этого к доске можно вызвать хорошего ученика, чтобы он решил аналогичную задачу. Далее учащимся предлагают самостоятельно решить аналогичную задачу.

Задачи различают сложные и трудные. Сложными называют задачи, которые требуют от ученика применения теоретических знаний по разным темам курса химии, умения решать задачи разных типов, объединяя и выбирая для решения конкретной задачи все необходимое. Нередко это задачи обобщающие. Сложность задачи -- понятие объективное, подразумевающее большое число элементов знаний и умений, используемых при их решении и определенного перечня мыслительных операций.

Трудные задачи -- понятие субъективное. Имеются в виду задачи, требующие творческого подхода, неожиданных умственных действий. Их следует давать для самостоятельного решения только сильным учащимся. В классе такую задачу объяснять не следует. Ее можно использовать в виде индивидуального задания или на внеклассных занятиях. Впрочем, для учеников со слабой обучаемостью трудной задачей может оказаться и объективно сравнительно простая. Учитель обязан это учитывать, осуществляя индивидуальный подход, который при решении задач особенно уместен. При решении задач развивающая функция обучения проявляется особенно четко. С их помощью можно добиться повышения уровня мыслительной активности учеников. В настоящее время издается очень большое число сборников задач, что предоставляет учителю широкий выбор [6-8,9,10].

4. АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

Алгебраические способы решения задач незаменимы, если задача сложна и ее нельзя решить одной - двумя пропорциями. Именно в этом случае удобно воспользоваться другими методами алгебры, чаще всего линейными уравнениями и неравенствами. Решение задач можно свести к двум этапам: составлению уравнения (системы уравнений) по условию задачи и решению полученного уравнения.

1) Вычисление состава соединений, смесей, выведение формул соединений.

При решении химических задач часто возникает потребность проводить вычисления для нахождения соотношений составных частей в различных объектах. В качестве последних можно рассматривать химические соединения, смеси веществ, сплавы. Задачи этого типа приходиться решать не только химикам, но и представителям самых разнообразных профессий - агрономам, врачам, металлургам, геологам и т. д.

В задачах обычно рассматриваются объекты, которые состоят из компонентов. Количественный состав объектов удобно выражать в долях, которые составляют компоненты по отношению к целому объекту. Употребляют массовую, объемную и молярную доли. Массовая доля w (X) i-го компонента, входящего в состав объекта, равна отношению массы этого компонента m (X) к массе объекта m (об) и выражается в долях единицы или в процентах:

W ( , или w( 100 %

Массу компонента в объекте вычисляют, умножив массу объекта на массовую долю компонента в нем: m(x ) = m ( об ) • w ( x )

Так, зная химический состав соединений, т. е. их формулы и молярные массы, можно вычислять массовые доли элементов в этих соединениях. И наоборот, зная массовые доли элементов в соединениях, можно находить молекулярную формулу соединения.

Ниже приведены примеры решения отдельных задач. Все они принадлежат к одному типу, поэтому алгоритмы их решения идентичны. В преобладающем большинстве случаев ход решения строится так: обозначаем буквами неизвестные величины и формулируем их физический смысл; словесно формулируем смысл уравнений и неравенств, которые затем записываем с помощью символов; подставляем числовые значения; решаем систему уравнений и неравенств и даем ответ.

Задача № 1 . Вывести формулу вещества с молярной массой 123 г/моль, если состав его , выраженный в массовых долях , следующий : углерод 58,5 %, водород 4,1 %, азот 11,4 %, кислород 26,0 %

Решение: Формулу соединения условно можно записать C_x H _y Nz O_{t .}

Искомые величины - числа атомов в молекуле ( индексы в данной формуле- x, y, z, t).

Массовые доли химических элементов в данном веществе можно выразить:

W (N) =

W (H) = W (O) =

Составим уравнения, учитывая, что произведение молярной массы соединения на массовую долю данного элемента, входящего в его состав, равно молярной массе элемента, умноженной на его индекс в формуле соединения.

Решим каждое уравнение :

М ( C_x H_y N_z O_t ) • w ( C ) = x• M ( C ) 123•0,585 = 12 х , х = 6

М ( C_x H_y N_z O_t ) •w ( H ) = y • M ( H ) 123 • 0. 041 = уу = 5

М ( C_x H_y N_z O_t ) • w (N ) = z • M ( N ) 123 • 0, 114 = 14 z z = 1

M ( C_x H_y N_z O_t ) • w ( O ) = t• M (O) 123• 0,26 = 16t, t=2

Ответ: формула соединения (нитробензол).

Задача № 2 . В кристаллогидрате сульфата марганца (II) массовая доля марганца равна

0, 268. Определить количество вещества воды, приходящееся на 1 моль кристаллогидрата. Написать формулу соли.

Решение: Рассматриваемым объектом является 1 моль кристаллогидрата сульфата марганца (II). Его формулу условно запишем , где n- искомая величина.

Составим уравнение, учитывая, что массовая доля марганца в кристаллогидрате равна отношению молярных масс марганца и данного кристаллогидрата:

W (Mn) =

Подставляя в уравнение вместо символов их числовые значения, получим: 0,268 = . Решая уравнение, найдём n = 3 .

Ответ: 1 моль кристаллогидрата сульфата марганца ( II ) содержит 3 моль воды. Формула соли - .

Задача № 3 . При полном сгорании 3,1 г органического вещества (М= 93 ) образовалось 8, 8 г оксида углерода ( IV) , 2,1 г воды и выделилось 0,47 г азота. Написать формулу вещества.

Решение: В общем виде соединение можно представить формулой , где х , у, z и t- искомые величины.

Составим уравнения, учитывая следующее:

1) масса углерода в сгоревшем веществе и в образовавшемся оксиде углерода

( IV) равны:

m ( C_x H_y N_z Ot )

или 3,188 , откуда х=6;

1) массы водорода в сгоревшем веществе и в образовавшейся воде равны:

m (C_xHyN_zOt)

или 3,1 , откуда у=7;

2) масса азота в 3,1 г соединения равна 0,47 г:

m () , 3,1 ,

откуда z=1;

3) молярная масса соединения равна сумме молярных масс каждого элемента, умноженных на соответствующие индексы в формуле:

М () = х, или

93=6, откуда t =0.

Ответ: формула соединения (анилин).

Задача № 4 . Массовая доля серебра в соли предельной одноосновной органической кислоты составляет 70,59 %. Написать молекулярную формулу этой кислоты, если известно , что она состоит из углерода , водорода и кислорода .

Решение: Запишем химические формулы кислот и её соли в условном виде:и Аg..Индексы х, у и z-искомые величины.

Выражая молярную массу соли серебра через молярные массы составляющих её атомов, получим:

М (Аg) =

х

Составим уравнение, учитывая, что произведение молярной массы соли на массовую долю в ней серебра равно молярной массе серебра:

М (Аg)

(107+12х+у+16z) откуда 12х + у + 16z = 46.

По условию задачи одноосновная предельная органическая кислота имеет общую формулу , или, . Отсюда у =2х , z = 2.

Искомые числа х и у одновременно удовлетворяют двум уравнениям:

12х +у +16

2х = у

Решая систему уравнений, получим х = 1, у = 2. Следовательно, формула кислоты - , или НСООН.

Ответ: Формула кислоты - НСООН.

Задача № 5 . После полного термического разложения 2,0 г смеси карбонатов кальция и стронция получили 1,23 г смеси оксидов этих металлов. Оксид углерода (IV) улетучился. Вычислить массу карбоната стронция в исходной смеси.

Решение: Запишем уравнение реакции:

x y

SrC> SrO + C (I)

148 г104 г

2-х 1,23-у

CaC> CaO + C (II)

100 г 56 г

Искомую величину- массу карбоната стронция в смеси обозначим через х: m (SrC= x. Тогда масса карбоната кальция будет равна m (CaC) = 2-x, а масса выделившегося оксида углерода (IV) составит m (C) = (2-1,23) г = 0,77 г.

Составим уравнение, учитывая, что масса углерода в исходной смеси карбонатов металлов равна массе углерода в выделившемся оксиде углерода (IV):

m ( CaC)

Подставляя числовые значения, получим:

(2-х) откуда х=0,75 .

Ответ: масса карбоната стронция равна 0,75 г .

Задача № 6 . Рассчитать массовые доли компонентов смеси , состоящей из гидрата карбоната аммония , карбоната калия и гидрофосфата аммония, если известно , что из 38,4 г этой смеси получили 8,8 г углекислого газа и 6,8 г аммиака.

Решение:

М ( ) = 114 г/моль

М () = 138 г/моль

М () = 132 г/моль

Пусть в смеси х моль , у моль и z моль , тогда

114х + 138у + 132z = 38,4

Из х моль гидрата карбоната аммония можно получить 2х моль аммиака и

х моль углекислого газа:

х2х х

> 2

Аналогично,

у у z 2z

> > 2

n () = 8,8/44 = 0,2 моль х + у = 0,2

n () = 6,8/ 17= 0,4 моль 2х+2z =0,4

Решая систему уравнений

114х + 138у + 132z = 38,4

х + у = 0,2

2х+2z =0,4

находим х = у = z = 0,1 моль

w () =

w () =

w ((NH₄)HPO₄ =

Ответ: w () = 29,7 % , w() = 35,9 % ,

w () = 34,4 %.

2) Задачи на газовые законы. Определение количественных отношений в газах.

Расчёты масс, количеств веществ и объёмов газов обычно проводят с помощью алгебраических уравнений, как правило, на основе закона Авогадро. Рассмотрим некоторые особенности составления таких уравнений.

Иногда в задачах требуется произвести вычисления с газами, при смешении которых не происходит химического взаимодействия, а образуется смесь исходных газов. В таких случаях при составлении алгебраических уравнений учитывают, что масса газовой смеси равна сумме масс газов смеси. В уравнении массу каждого газа, а также смеси представляют как произведение количества вещества газа на его молярную массу: m = n* M. В отдельных задачах при составлении уравнений принимают во внимание , что количество вещества в газовой смеси равно сумме количеств веществ газов, которые были смешаны.

Если в условии задачи задана относительная плотность D некоторого газа, имеющего молярную массу М ( х ), по другому газу, имеющего молярную массу М ( а ), то можно использовать существующую зависимость между этими величинами: D = М ( х ) / М ( а ) - выражать молярную массу газа М ( х ) в виде произведения .

Во многих задачах рассматриваются газы, которые при смешении реагируют между собой, образуя газообразные продукты реакции. В таких случаях при составлении алгебраических уравнений учитывают, что объёмы участвующих в реакции газов относятся как коэффициенты перед формулами соединений в уравнении химической реакции. Причём объёмы газов должны быть взяты при одинаковой температуре и давлении. В алгебраических уравнениях отношение объёмов реагирующих газов иногда удобно заменять отношением количеств веществ газов.

В процессе решения задач, касающихся газов, иногда полезно использовать информацию, которую можно представить в виде неравенств. Последние иногда непосредственно следуют из условия задачи. Однако в ряде случаев их можно составлять на основе известных свойств газов. Например, для любого газа относительная плотность по водороду больше единицы: D_H > 1; средняя молярная масса газа, состоящего из молекул различных соединений, находится в пределах значений молярных масс этих соединений: и т. п.

Иногда в условиях задач объём газа даётся не при нормальных, а при каких-то других условиях. В этом случае, как обычно говорят, нужно привести объём к нормальным условиям. Для этого проще всего воспользоваться объединённым газовым законом, который математически выражается так:

.

Где V₀ - объём газа при н.у., т.е. при нормальной температуре T₀ = 273 K и при нормальном давлении P₀ =101325 Па; V- объём газа при данной температуре T и данном давлении P.

Значение молярной массы газа, а также число молей газа можно найти при использовании уравнения Клапейрона - Менделеева:

PV=

Где P - давление газа , V- объём системы , m - масса газа, Т- абсолютная температура, R- универсальная газовая постоянная: R= 8,31 Дж / ().

При расчётах газовых реакций нет необходимости определять число молей веществ, а достаточно пользоваться их объёмами. Из закона Авогадро и основного закона стехиометрии вытекает следующее следствие отношение объёмов газов, вступающих в реакцию, равно отношению коэффициентов в уравнении реакции. Это утверждение называется законом объёмных отношении Гей-Люссака.

Задача № 1 . Какой объём (н.у.) озонированного кислорода с молярной долей озона 24 % требуется для сжигания 11,2 л водорода.

Решение: Реакциям горения водорода отвечают уравнения:

2+ = 2

3 + = 3

Искомая величина V (смеси) - объём озонированного кислорода, необходимый для сжигания 11,2 л водорода. Составим уравнения, учитывая, что количество вещества водорода равно сумме удвоенного количества кислорода и утроенного количества вещества озона.

n () = 2n ()+ 3n (),

,

Откуда V (смеси) =5 л.

Ответ: 5 л озонированного кислорода.

Задача № 2 . К 30 л смеси, состоящей из этана и аммиака добавили 10 л хлороводорода, после чего плотность паров газовой смеси по воздуху стало равной 0,945. Вычислить объёмные доли газов в исходной смеси.

Решение:

При добавлении хлороводорода происходит реакция

+ HCl >

с образованием твёрдого .

Конечная газовая смесь имеет среднюю молярную массу

Мср = = 27,4 г/ моль

и состоит из этана (М= 30 г/ моль) и аммиака (М= 17 г/ моль). Это означает, что аммиак в реакции - в избытке. Если бы в избытке был хлороводород, то в конечной смеси вместо аммиака был хлороводород , и средняя молярная масса была бы больше 30 г/ моль.

Пусть в исходной смеси было х л аммиака и у л этана, тогда в конечной смеси содержатся

( х- 10) л аммиака и у л этана. Значения объёма исходной смеси и молярной массы конечной смеси дают систему двух уравнений для х и у :

х + у = 30

откуда следует х=14 л , у=16 л .

ц () = 14/30 = 0,47, ц () = 16/30 = 0,53.

Ответ: 47 % , 53 % .

Задача № 3 . Смесь паров пропина и изомерных монохлоралкенов при и давлении 96,5 кПа занимает объём 18 л и при сжигании в избытке кислорода образует 18 г воды. Вывести формулы монохлоралкенов. Вычислить объём 1,7 % раствора нитрата серебра (плотность 1,01 г/мл), который может прореагировать с продуктами сжигания исходной смеси, если известно, что её плотность по воздуху 1,757.

Решение: Общая формула монохлоралкенов - .

Сгорание компонентов смеси происходит по уравнениям:

х 2х

у (n -1)y

+ (1.5 n-0.5).

Пусть в смеси было х моль (М = 40) моль, y моль (М = 14n+34).

Общее количество веществa в газовой смеси: n = PV/RT = 96.5моль. Средняя молярная масса смеси равна М=29 = 50.95 г/моль.

Отсюда масса 0.5 моль смеси составляет m = 50.95 [11, 12].

ЛИТЕРАТУРА

1. Абкии Г. П. Методика решения задач по химии. -- М.: Просвещение, 1971.

2. Аркавепко Л. Н., Гапонцев В. Л., Велоусова О. А. Для чего классифицировать расчетные задачи // Химия в школе, 1995, № 3. С. 60.

3. Архангельская О. В. Решение задач. Чем проще, тем изящнее // Химия в школе, 1998. С. 46.

4. Беляев Н. Н. О системном подходе к решению задач // Химия в школе, 1998, № 5. С. 46.

5. Буцкая Н. Н. К решению задач по химическим уравнениям // Химия в школе, № 5. С. 49.

6. Емельянова Е. О. Подготовка учащихся к решению расчетных задач // Химия в школе, № 3. С. 53.

7. Крыгин Д. П., Грабовый А. К. Задачи и примеры по химии с межпредметным содержанием. -- М.: Высшая школа, 1989.

8. Ерыгин Д. П., Шишкин Е. А. Методика решения задач по химии. -- М.: Просвещение, 1989.

9. Медведев Ю. Н. и др. Учимся решать сложные задачи // Химия в школе, 1977, № 4. С. 53.

10. Протасов П. Н., Цитович И. К. Методика решения расчетных задач по химии. -- М.: Просвещение, 1978.

11. Савицкий С. Н., Твердовский Н. П. Сборник задач и упражнений по неорганической химии. -- М.: Высшая школа, 1981.

12. Шамова М. О. К решению задач на определение формул веществ // Химия в школе, 1997, № 4. С. 50;

13. Учимся решать расчетные задачи по химии: технология и алгоритмы решений. -- М.: Школа-Пресс, 1999.