Принцип межпредметных связей прирешении 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 осуществлениюсвязи обучения с жизнью, воспитывает трудолюбие, целеустремленность,вырабатывает мировоззрение, так как в задачах легко реализуются межпредметныесвязи.
Велика развивающая функция решения задач, котораяформирует рациональные приемы мышления, устраняет формализм знаний, прививаетнавыки самоконтроля, развивает самостоятельность.
Образовательная роль задач выражается в том, что,например, расчетные задачи раскрывают перед учащимися количественную сторонухимии как точной науки. Через задачи осуществляется связь теории с практикой, впроцессе их решения закрепляются и совершенствуются химические понятия овеществах и процессах. На основе решения задач, особенно качественных, легкоорганизовать проблемное обучение. Процесс решения задачи — это восхождение отабстрактного к конкретному. В методологическом аспекте — это переход отабстрактного мышления к практике, связь частного с общим.
Необходимо помнить, что решение задач — это несамоцель, а средство обучения, способствующее прочному усвоению знаний.
1. ПУТИ И МЕТОДЫРЕАЛИЗАЦИИ МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ
Вопрос о путях и методахреализации межпредметных связей – это один из аспектов общей проблемысовершенствования методов обучения. Отбор методов обучения учитель производитна основе содержания учебного материала и на подготовленности учащихся кизучению химии на уровне межпредметных связей.
На первых этапах обученияучащихся приемам установления межпредметных связей преобладает объяснительно-иллюстративныйметод. Учитель весь материал межпредметного содержания объясняет сам. Когда у учащихсясформируются умения работы с материалом межпредметного содержания, можно применятьрепродуктивный и частично-поисковый методы и творческие межпредметные задачи.
Средства реализациимежпредметных связей могут быть различны: вопросы межпредметного содержания: направляющиедеятельность школьников на воспроизведение ранее изученных в других учебных курсахи темах знаний и их применение при усвоении нового материала межпредметныезадачи, которые требуют подключения знаний из различных предметов илисоставлены на материале одного предмета, но используемые с определеннойпознавательной целью в преподавании одного другого предмета. Они способствуют болееглубокому и осмысленному усвоению программного материла, совершенствованию уменийвыявить причинно-следственные связи между явлениями.
Использование межпредметныхсвязей вызвало появление новых форм организации учебного процесса: урок с межпредметнымисвязями, комплексный семинар, комплексная экскурсия, межпредметная экскурсия идр.
Уроки с межпредметнымсодержанием могут быть следующих видов: урок- лекция; урок-семинар; урок-конференция;урок-ролевая игра; урок-консультация и др. уроки межпредметного обобщения илитематические задания – проблема педагогики и методики как соединить знания с практическойполезной деятельностью. Научить применять знания.
Суть тематического планированиязаключается в следующем: группам учащихся дается задание разработать рекомендациипо использованию удобрений, веществ, реакций относительно данной местности. Этизадания имеют МПС и готовятся совместно с учителями биологии, географии, черчения,рисования – это бинарные уроки.
Ход проведения: группа из4-6 человек выбирает руководителя проекта, специалистов (биолог, агроном, чертежников,художник-оформитель), определяет задания каждому ученику. Группы собираются и отчитываютсяо работе [1].
Каждой группе дается своеобразноедомашнее 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 краткогоотчета о проделанной работе (демонстрация рисунков, таблиц). Далее идетобсуждение выступлений; учитель продумывает со своими коллегами трудовоезадание [1].
1.1 Межпредметные связипри решении расчетных задач
К изучению математикиучащиеся средней школы приступают на 7 лет раньше, чем к изучению химии. За этотпериод обучения они приобретают значительный объем математических знаний, уменийи навыков по решению алгебраических задач. Правильное использование учителем химииприобретенного учащимися объема знаний, умений и навыков является той основой,которая в наибольшей мере способствует успешному обучению их решению расчетныххимических задач.
При составлении планарешения данная сложная задача расчленяется на ряд простых, связанных междусобой общим содержанием задачи. Составляя план решения задачи, используют дваосновных метода:
а) синтетический;
б) аналитический.
Суть каждого из этихметодов рассмотрим на примере составления плана решения конкретной задачи.
Задача. Почетный горнякМитрофанов за 30 лет работы бурильщиком в рудниках Криворожского железнорудногобассейна добыл 1 млн. т железной руды, содержащей в среднем 80% оксида железа (III).Сколько велосипедов можно изготовить из этой руды, если принять, что на изготовлениеодного 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 оксидажелеза (III), вычислим массу содержащегося в нем железа.
3. Узнав массу железа в добытойруде и зная массу железа,
переработанного в сталь инужную на изготовление одного велосипеда, определим число велосипедов.
Исходя из этихсоображений, составляют такой план решения задачи:
1. Сколько тонн оксида железа(III) составляют 80% от 1 млн. т железной руды?
2. Сколько тонн железасодержится в вычисленной массе оксида железа (III)?
3. Сколько велосипедовможно изготовить из вычисленной массы железа?
Аналитический метод
Исходят из вопросазадачи. Чтобы узнать число велосипедов, необходимо знать массу железа, а чтобы вычислитьмассу железа, нужно знать массу оксида железа (III), в котором оно содержится.
Синтетический метод составленияплана решения задачи имеет свои недостатки. Главный недостаток заключается в том,что первые шаги при решении задачи (выбор данных для простой задачи) не всегдасразу приводят к искомому результату. Многие учащиеся, не имея навыковсравнивать и выбирать данные для простых задач, допускают ошибки двух видов:
а) в сравнении и выбореданных;
б) в составлении планарешения.
При составлении планарешения задачи аналитическим методом рассуждения строятся в противоположномнаправлении – от искомого числа к данным в условии задачи. В отличие от синтетического,аналитический метод составления плана решения задачи представляет собой ряд связанныхмежду собой и вытекающих один из другого выводов и поэтому при его использованииучащиеся допускают меньше ошибок логического характера.
При изучении математики учащиесяусваивают оба метода составления плана решения задачи и поэтому учитель химии можетпользоваться любым из них. Аналитический метод составления плана целесообразно использоватьпри решении сложных задач, условия которых содержат большое число данных, асинтетический – при решении сравнительно легких задач. При решении усложненных,например олимпиадных, задач часто приходится пользоваться обоими методамисоставления плана решения задач.
На уроках математикиучащиеся приучаются к тому, что задачу можно считать решенной тогда и толькотогда, когда найденное решение:
а) безошибочное(правильное);
б) мотивированное;
в) имеет исчерпывающийхарактер (полное).
Задача не считаетсярешенной, 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 цельюпроверки на уроках математики составляют и решают задачу, обратную решенной.
Проверку решения необязательно выполнять для всех решаемых задач. Важно, чтобы учащиеся это умениеиспользовали при решении химических задач и в необходимых случаях пользовались им.Слабоуспевающим учащимся можно предложить дома выполнить проверку решенных вклассе задач. Это поможет им в усвоении методики решения задач и послужит закреплениютого теоретического материала, на основе которого составлено условие задачи.
Исчерпывающий характерможет иметь только то решение, которым найдены все неизвестные, содержащиеся вусловии задачи. Если из ряда неизвестных, которые содержатся в условии задачи,не найдено хотя бы одно, такое решении нельзя считать полным.
Особое значение при решениихимических задач имеет требование о мотивировке решения, выполнение которого должносодействовать закреплению изученного на ряде уроков, а иногда и в разных классахтеоретического материала.
Несомненно, что использованиеумений 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 задачможно указать следующие:
1. Объяснение перечисленных или наблюдаемых явлений:почему реакция карбоната кальция с серной кислотой начинается сначала бурно, азатем прекращается? Почему при нагревании сухого карбоната аммония веществоисчезает из пробирки?
2. Характеристика конкретных веществ: с какимивеществами и почему может реагировать соляная кислота? С какими изперечисленных веществ будет вступать в реакцию соляная кислота?
3. Распознавание веществ: в какой из пробирок находятсякислота, щелочь, соль? В какой из пробирок находятся соляная кислота, серная,азотная?
4. Доказательство качественного состава веществ: какдоказать, что в состав хлорида аммония входят ион аммония и ион хлора?
5. Разделение смесей и выделение чистых веществ: какочистить кислород от примеси оксида углерода (IV)?
6. Получение веществ: получить хлорид цинка всемивозможными способами.
К этому же типу задач относят и цепочкипревращений, а также получение вещества, если дан ряд других веществ какисходных. Могут быть задачи на применение прибора, например: указать, какой изприборов можно использовать для собирания аммиака, кислорода, водорода, хлора ит. д. Задачи решают устно, письменно или экспериментально [5].
3. РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ
При обучении учащихся решению расчетных химическихзадач следует помнить, что решение задач — это не самоцель, это средство,способствующее более глубокому пониманию и усвоению химических понятий и впервую очередь количественных.
Обычно у учащихся при решении расчетных химическихзадач возникают затруднения особого порядка, связанные именно со спецификойхимической науки.
Прежде всего они вызваны тем, что химические расчетытребуют использования особой физической величины, называемой «количествовещества» и ее единицы — моля. При этом важно учесть, что для понимания этойвеличины очень мало опорных понятий, что не способствует реализации принципадоступности. Эти абстрактные понятия труднодоступны для учащихся, так как онине имеют аналогии в других, предшествующих химии предметах.
Кроме того, для непосредственного измеренияопределенного количества вещества нет соответствующих приборов. Можно измеритьмассу, объем, но не количество вещества в молях. Оно определяетсяопосредованно, расчетом. Поэтому учащимся VIII класса, у которых абстрактноемышление еще недостаточно хорошо развито, следует облегчить усвоение этогоматериала, по возможности привлекая наглядность, хотя и это очень трудно,потому что требует развитого воображения. Понятие «количества вещества» полезнообъяснять, исходя из числа структурных частиц N, а «моль» — из числа Авогадро. Это переводитобъяснение в конкретную плоскость.
Вторая причина трудностей в том, что в химии прирасчетах приходится оперировать двумя рядами формул — химическими иматематическими. Все эти трудности необходимо преодолеть, показывая учащимся,что все без исключения химические расчеты основаны на использовании моля какединицы количества вещества. Ученики должны это твердо осознать. Конечно, легчеобъяснить расчет через составление пропорции в граммах или объемах. Этивеличины давно знакомы учащимся так же, как и пропорции. Но если учитель пойдетпо этому пути, он рискует в дальнейшем никогда не научить учащихся мыслитьколичественными химическими понятиями. Они не смогут объяснить причины, покоторым можно составлять такие пропорции и будут считать использование понятия«моль» совершенно лишним и ненужным.
Подбирать задачи нужно так, чтобы возникаланеобходимость использовать эту единицу. И лишь тогда, когда в сознании учащихся утвердится, что количественныеотношения 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 иногданазвание величин вступает в противоречие с прежними, прочно утвердившимисяпонятиями учащихся. Например, величину «молярная масса» учащиеся воспринимаюткак 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 молярнаямасса М и что такое молярный объем Vm, показать их размерностьи объяснить, как с их помощью осуществляется переход от массы и объема кколичеству вещества и обратно. Нужно рассказать о постоянной Авогадро Л/а-Учащиеся должны всеми формулами пользоваться сознательно. Общие формулы всегдаабстрактны, выражают обобщенные подходы к решению, а в каждой задаче ониконкретизируются. Полезно довести до сведения учащихся схему, отражающуюсистему количественных понятий, связи между ними и переходные формулы,выражающие связи между этими понятиями.
/>
Для самоконтроля и для лучшего запоминания учителяиногда 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 связанос 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 правильносформировать понятие о ней, чтобы в дальнейшем у учащихся не возникалопротиворечий.
Методику решения задач также полезно связать сфизикой, сохраняя форму записи условия и решения. Этого требует и соблюдаемый вшколе единый орфографический режим. Кроме того, гораздо более рационаленфизико-математический путь решения, когда все расчеты производят сначала вбуквенных выражениях и лишь после этого подставляют числовые значения.Проиллюстрируем форму записи, например, на задаче:1/> />
«В лаборатории чистое железо можнополучить по реакции его оксида FeO с водородом при повышенной температуре. Составьтеуравнение реакции (один из ее продуктов — вода) и рассчитайте необходимыеколичества 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 химииневелик. Различают обычно расчеты по формулам и расчеты по уравнениям реакций.Особо выделяют задачи, связанные с растворами.
В некоторых программах оговорено, в каких темахкакие типы задач следует вводить, в других право выбора предоставляетсяучителю. Поэтому приведем только перечень типов задач, решение которых учащиесяосваивают в школе.
А. Расчеты по формулам:
—Вычисление относительной молекулярной массывещества.
—Вычисление отношения масс атомов элементов в сложномвеществе.
—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. Расчетыпо уравнениям
—Вычисление масс веществ или объемов газов поизвестному количеству вещества одного из вступающих в реакцию или образующихсяв результате ее веществ.
—Вычисление объемных отношений газов по химическимуравнениям.
—Расчет по термохимическим уравнениям количестватеплоты по известному количеству и массе одного из участвующих в реакциивеществ.
—Расчеты по химическим уравнениям, если одно изреагирующих веществ дано в избытке.
—Определение массовой доли выхода продукта оттеоретически возможного.
—Вычисление массы продукта реакции по известной массеисходного вещества, содержащего определенную массовую долю примесей.
В. Расчеты на выведение формул веществ
Нахождение молекулярной формулы газообразноговещества 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 растворенноговещества (в %) в растворе и массы растворенного вещества по известной массовойдоле его в растворе.
Обучение учащихся решению расчетных химических задачследует начинать постепенно. Сначала научить подсчитывать относительнуюмолекулярную массу Мг, постепенно переходить к молярной массе М (г/моль), затем крешению задач по химической формуле веществ и затем к расчетам по химическимуравнениям. При этом вначале расчеты не следует усложнять. Начинают ихпроизводить обязательно в молях, подбирая условия так, чтобы не требовалосьперевода в граммы или литры. Впоследствии такой перевод будет казаться вполнеестественным. Конечно, содержание задач обязательно должно быть согласовано сизучаемой темой. Нельзя, например, требовать расчета объема газа, если ещенеизвестен закон Авогадро и молярный объем.
И только после всего этого допустимы всевозможныеусложнения задач и их комбинирование, широко используемые для составленияолимпиадных и конкурсных задач.
Нередко при решении задач приходится видетьскучающие глаза учеников, которые считают, что химические расчеты вовсе ненужны. Тогда учитель привлекает для обоснования их необходимости по возможностижизненные примеры. Можно задать на дом выполнение какого-нибудь домашнегоопыта, связав его с расчетом.
О едином методическом подходе к решению задач по химии
В решении задач должен соблюдаться единыйметодический подход. Ведущая роль в обучении учащихся решению задач принадлежитучителю. Но нельзя недооценивать и самостоятельности учащихся при решениизадач. При переходе от одного этапа к другому следует руководствоватьсярекомендациями по формированию умений. Рассмотрим сущность этих этапов.
Выбирая задачу для учащихся, учитель обязан оценитьее с точки зрения следующих целей.
1.Какие понятия, законы, теории, факты должны бытьзакреплены в процессе решения, какие стороны свойств изучаемого вещества ихимические реакции отмечены в процессе решения.
2.Какие приемы решения задачи должны бытьсформированы.
3.Какие мыслительные приемы развиваются в процессерешения задачи.
Какие дидактические функции выполняют данные задачи.Если учитель ставит перед собой цель — закрепление теоретического материала, то метод решения задачидолжен быть уже известен учащимся.
Если учитель хочет объяснить новый тип задачи пометоду 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 знанияучащихся, которые используются при решении задачи. Затем проводится анализусловия задачи. Учитель кратко его записывает с помощью символов и условныхобозначений, как уже было показано выше. Далее разрабатывают план решения и повозможности выражают его в общем виде с помощью указанных выше формул, соблюдаявсе правила, которым учащиеся обучены на уроках математики и физики. Толькопосле этого приступают к числовому решению и проверяют ответ.
Если цель решения — изучение нового типа задач, точетко формулируют алгоритм, который учащиеся записывают в тетрадь, и отмечают,какому типу решения он соответствует. В младших классах алгоритм может бытьвыражен в виде вопросов задачи. После этого к доске можно вызвать хорошегоученика, чтобы он решил аналогичную задачу. Далее учащимся предлагаютсамостоятельно решить аналогичную задачу.
Задачи различают сложные и трудные. Сложныминазывают задачи, которые требуют от ученика применения теоретических знаний поразным темам курса химии, умения решать задачи разных типов, объединяя ивыбирая для решения конкретной задачи все необходимое. Нередко это задачиобобщающие. Сложность задачи — понятие объективное, подразумевающее большое числоэлементов знаний и умений, используемых при их решении и определенного перечнямыслительных операций.
Трудные задачи — понятие субъективное.Имеются в виду задачи, требующие творческого подхода, неожиданных умственныхдействий. Их следует давать для самостоятельного решения только сильнымучащимся. В классе такую задачу объяснять не следует. Ее можно использовать ввиде индивидуального задания или на внеклассных занятиях. Впрочем, для учениковсо слабой обучаемостью трудной задачей может оказаться и объективносравнительно простая. Учитель обязан это учитывать, осуществляя индивидуальныйподход, который при решении задач особенно уместен. При решении задачразвивающая функция обучения проявляется особенно четко. С их помощью можнодобиться повышения уровня мыслительной активности учеников. В настоящее времяиздается очень большое число сборников задач, что предоставляет учителю широкийвыбор [6-8,9,10].
4.АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ СПОСОБЫРЕШЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Алгебраические способырешения задач незаменимы, если задача сложна и ее нельзя решить одной — двумяпропорциями. Именно в этом случае удобно воспользоваться другими методамиалгебры, чаще всего линейными уравнениями и неравенствами. Решение задач можносвести к двум этапам: составлению уравнения (системы уравнений) по условию задачии решению полученного уравнения.
1)Вычисление состава соединений, смесей, выведение формул соединений.
При решении химическихзадач часто возникает потребность проводить вычисления для нахождениясоотношений составных частей в различных объектах. В качестве последних можнорассматривать химические соединения, смеси веществ, сплавы. Задачи этого типаприходиться решать не только химикам, но и представителям самых разнообразныхпрофессий – агрономам, врачам, металлургам, геологам и т. д.
В задачах обычнорассматриваются объекты, которые состоят из компонентов. Количественный составобъектов удобно выражать в долях, которые составляют компоненты по отношению кцелому объекту. Употребляют массовую, объемную и молярную доли. Массовая доля w (X/>) i-го компонента, входящего в состав объекта, равна отношениюмассы этого компонента m (X/>) к массе объекта m (об) и выражается в долях единицы или в процентах:
W (/> , или w(/> 100 %
Массу компонента вобъекте 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, можновычислять массовые доли элементов в этих соединениях. И наоборот, зная массовыедоли элементов в соединениях, можно находить молекулярную формулу соединения.
Ниже приведены примерырешения отдельных задач. Все они принадлежат к одному типу, поэтому алгоритмыих решения идентичны. В преобладающем большинстве случаев ход решения строитсятак: обозначаем буквами неизвестные величины и формулируем их физический смысл;словесно формулируем смысл уравнений и неравенств, которые затем записываем спомощью символов; подставляем числовые значения; решаем систему уравнений инеравенств и даем ответ.
Задача № 1. Вывестиформулу вещества с молярной массой 123 г/моль, если состав его, выраженный вмассовых долях, следующий: углерод 58,5 %, водород 4,1 %, азот 11,4 %, кислород26,0 %
Решение: Формулусоединения условно можно записать CxH y Nz Ot.
Искомые величины – числа атомов вмолекуле ( индексы в данной формуле- x, y, z, t).
Массовые доли химическихэлементов в данном веществе можно выразить:
/> W (N) = />
W (H) =/> W (O) = />
Составим уравнения,учитывая, что произведение молярной массы соединения на массовую долю данногоэлемента, входящего в его состав, равно молярной массе элемента, умноженной наего индекс в формуле соединения.
Решим каждое уравнение :
М ( CxHy NzOt) ∙ w ( C ) = x∙ M ( C ) 123∙0,585= 12 х, х = 6
М ( Cx HyNzOt) ∙w ( H ) = y ∙ M ( H ) 123 ∙ 0. 041 = уу = 5
М ( CxHyNz Ot) ∙ w (N ) = z ∙ M ( N ) 123 ∙ 0, 114 = 14 z z = 1
M ( Cx Hy NzOt ) ∙ w ( O ) = t∙ M (O) 123∙ 0,26 = 16t, t=2
Ответ: формула соединения/> (нитробензол).
Задача № 2. Вкристаллогидрате сульфата марганца (II) массовая доля марганца равна
0, 268. Определитьколичество вещества воды, приходящееся на 1 моль кристаллогидрата. Написатьформулу соли.
Решение: Рассматриваемымобъектом 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 отношениюмолярных масс марганца и данного кристаллогидрата:
W (Mn) = />
Подставляя в уравнениевместо символов их числовые значения, получим: 0,268 = />. Решая уравнение,найдём n = 3.
Ответ: 1 молькристаллогидрата сульфата марганца ( II ) содержит 3 моль воды. Формула соли — />.
Задача № 3. При полномсгорании 3,1 г органического вещества (М= 93 />) образовалось 8, 8 г оксидауглерода ( IV), 2,1 г воды и выделилось 0,47 г азота. Написать формулу вещества.
Решение: В общем виде соединениеможно представить формулой /> , где х, у, z и t- искомыевеличины.
Составим уравнения,учитывая следующее:
1) масса углерода всгоревшем веществе и в образовавшемся оксиде углерода
( IV) равны:
m ( CxHy NzOt )/>
или 3,1/>88 /> , откудах=6;
1) массы водорода всгоревшем веществе и в образовавшейся воде равны:
m (CxHyNzOt)/>
или 3,1/>, откудау=7;
2) масса азота в 3,1 г соединения равна 0,47 г:
m (/>) /> , 3,1/> ,
откуда z=1;
3) молярная массасоединения равна сумме молярных масс каждого элемента, умноженных насоответствующие индексы в формуле:
М (/>) = х/>, или
93=6/>, откуда t =0.
Ответ: формуласоединения /> (анилин).
Задача № 4. Массовая долясеребра в соли предельной одноосновной органической кислоты составляет 70,59 %.Написать молекулярную формулу этой кислоты, если известно, что она состоит изуглерода, водорода и кислорода .
Решение: Запишем химическиеформулы кислот и её соли в условном виде:/>иАg/>… Индексы х, у и z-искомые величины.
Выражая молярную массусоли серебра через молярные массы составляющих её атомов, получим:
М (Аg/>) =
х/>
Составим уравнение,учитывая, что произведение молярной массы соли на массовую долю в ней серебраравно молярной массе серебра:
М (Аg/>)/>
(107+12х+у+16z)/> откуда 12х + у + 16z = 46.
По условию задачиодноосновная предельная органическая кислота имеет общую формулу />, или, />. Отсюда у =2х, z = 2.
Искомые числа х и уодновременно 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 полноготермического 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 уравнениереакции:
x y
SrC/>→ SrO + C/> (I)
148 г104 г
2-х 1,23-у
CaC/>→ CaO + C/> (II)
100 г 56 г
Искомую величину- массукарбоната 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 массеуглерода в выделившемся оксиде углерода (IV):
m ( CaC/>)/>
Подставляя числовыезначения, получим:
(2-х)/> откуда х=0,75 .
Ответ: масса карбонатастронция равна 0,75 г .
Задача № 6. Рассчитатьмассовые 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 гидратакарбоната 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) Задачина газовые законы. Определение количественных отношений в газах.
Расчёты масс, количестввеществ и объёмов газов обычно проводят с помощью алгебраических уравнений, какправило, на основе закона Авогадро. Рассмотрим некоторые особенности составлениятаких уравнений.
Иногда в задачахтребуется произвести вычисления с газами, при смешении которых не происходитхимического взаимодействия, а образуется смесь исходных газов. В таких случаяхпри составлении алгебраических уравнений учитывают, что масса газовой смесиравна сумме масс газов смеси. В уравнении массу каждого газа, а также смесипредставляют как произведение количества вещества газа на его молярную массу: m = n* M. В отдельныхзадачах при составлении уравнений принимают во внимание, что количествовещества в газовой смеси равно сумме количеств веществ газов, которые былисмешаны.
Если в условии задачи заданаотносительная плотность Dнекоторого газа, имеющего молярную массу М ( х ), по другому газу, имеющегомолярную массу М ( а ), то можно использовать существующую зависимость междуэтими величинами: D = М ( х ) / М (а ) – выражать молярную массу газа М ( х ) в виде произведения />.
Во многих задачахрассматриваются газы, которые при смешении реагируют между собой, образуягазообразные продукты реакции. В таких случаях при составлении алгебраическихуравнений учитывают, что объёмы участвующих в реакции газов относятся как коэффициентыперед формулами соединений в уравнении химической реакции. Причём объёмы газовдолжны быть взяты при одинаковой температуре и давлении. В алгебраическихуравнениях отношение объёмов реагирующих газов иногда удобно заменятьотношением количеств веществ газов.
В процессе решения задач,касающихся газов, иногда полезно использовать информацию, которую можнопредставить в виде неравенств. Последние иногда непосредственно следуют изусловия задачи. Однако в ряде случаев их можно составлять на основе известныхсвойств газов. Например, для любого газа относительная плотность по водородубольше единицы: DH >1; средняя молярная масса газа, состоящего из молекул различных соединений,находится в пределах значений молярных масс этих соединений: /> и т. п.
Иногда в условиях задачобъём 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 прощевсего воспользоваться объединённым газовым законом, который математическивыражается так:
/>.
Где V0– объём газа при н.у., т.е. при нормальнойтемпературе T0= 273 K ипри нормальном давлении P0=101325 Па; V- объём газа при данной температуре T и данном давлении P.
Значение молярной массыгаза, а также число молей газа можно найти при использовании уравнения Клапейрона- Менделеева:
PV= />
Где P — давление газа, V- объём системы, m – масса газа, Т- абсолютнаятемпература, R- универсальная газовая постоянная: R= 8,31 Дж / (/>).
При расчётах газовыхреакций нет необходимости определять число молей веществ, а достаточнопользоваться их объёмами. Из закона Авогадро и основного закона стехиометриивытекает следующее следствие отношение объёмов газов, вступающих в реакцию,равно отношению коэффициентов в уравнении реакции. Это утверждение называется закономобъёмных отношении Гей-Люссака.
Задача № 1. Какой объём(н.у.) озонированного кислорода с молярной долей озона 24 % требуется длясжигания 11,2 л водорода.
Решение: Реакциям горенияводорода отвечают уравнения:
2/>+ />= 2/>
3 />+ />= 3 />
Искомая величина V (смеси) – объём озонированногокислорода, необходимый для сжигания 11,2 л водорода. Составим уравнения,учитывая, что количество вещества водорода равно сумме удвоенного количествакислорода 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 паровгазовой смеси по воздуху стало равной 0,945. Вычислить объёмные доли газов висходной смеси.
Решение:
При добавлениихлороводорода происходит реакция
/>+ HCl → />
с образованием твёрдого />.
Конечная газовая смесьимеет среднюю молярную массу
Мср = /> = 27,4 г/ моль
и состоит из этана (М= 30г/ моль) и аммиака (М= 17 г/ моль). Это означает, что аммиак в реакции — визбытке. Если бы в избытке был хлороводород, то в конечной смеси вместо аммиакабыл хлороводород, и средняя молярная масса была бы больше 30 г/ моль.
Пусть в исходной смесибыло х л аммиака и у л этана, тогда в конечной смеси содержатся
( х- 10) л аммиака и у лэтана. Значения объёма исходной смеси и молярной массы конечной смеси даютсистему двух уравнений для х и у :
х + у = 30
/>
откуда следует х=14 л,у=16 л .
φ (/>) = 14/30 = 0,47, φ(/>) = 16/30 = 0,53.
Ответ: 47 % />, 53 % />.
Задача № 3. Смесь паровпропина и изомерных монохлоралкенов при /> и давлении 96,5 кПазанимает объём 18 л и при сжигании в избытке кислорода образует 18 г воды. Вывести формулы монохлоралкенов. Вычислить объём 1,7 % раствора нитрата серебра (плотность1,01 г/мл), который может прореагировать с продуктами сжигания исходной смеси,если известно, что её плотность по воздуху 1,757.
Решение: Общая формуламонохлоралкенов — />.
Сгорание компонентовсмеси 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 = 96.5/>моль. Средняя молярная массасмеси равна М=29 /> = 50.95 г/моль.
Отсюда масса 0.5 мольсмеси составляет m = 50.95/>[11, 12].
ЛИТЕРАТУРА
1. Абкии Г. П. Методикарешения задач по химии. — М.: Просвещение, 1971.
2. Аркавепко Л. Н., Гапонцев В. Л., Велоусова О. А. Для чего классифицировать расчетные задачи // Химияв 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. Методикарешения 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. Методикарешения 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. Крешению задач на определение формул веществ // Химия в школе, 1997, № 4. С. 50;
13. Учимся решать расчетные задачи по химии: технологияи алгоритмы решений. — М.: Школа-Пресс, 1999.