Методика решения задач по "Химии"
Автор: Yas Shiroya • Январь 19, 2019 • Методичка • 7,355 Слов (30 Страниц) • 1,024 Просмотры
«Методика решения задач по химии»
(методические рекомендации к спецкурсу в помощь студенту - заочн
и
к
у
)
Целью данных методических рекомендаций для студентов – заочников педагогических вузов является:
выработка понимания определенный системы задач в курсе химии средней школы, четкого разграничения типов и видов задач;
формирование умения послеживать связь между разными типами задач;
опираясь на дедуктивный подход, показать, как на примере одного химического уравнения можно сформулировать содержание главных типов задач и рассмотреть методику их решения (расчеты по уравнению реакции).
Общепризнанной является классификация школьных химических задач на две группы: расчетные (количественные) задачи и качественные. Каждая группа в свою очередь подразделяется на типы. По мнению ученых-методистов Д.П. Ерыгина, Е.А. Шишкина, каждая группа в свою очередь подразделяется на типы [1]:
Химические задачи
Расчетные Качественные
Химические задачи
по формуле по уравнению на растворы
вещества реакции
Химические расчетные задачи, как видно из схемы, в свою очередь можно условно разделить на три группы:
Задачи, решаемые с использованием химической формулы вещества или на вывод формулы.
Задачи, для решения которых используют уравнениях химических реакций.
Задачи, связанные с растворами веществ.
Каждая их этих групп включает различные виды задач.
Расчеты по формуле вещества.
В первую группу входят задачи, располагая которые по мере усложнения можно выделить более 15 видов [1,c.6]:
расчет относительной молекулярной массы соединения;
вычисление отношений масс элементов в веществе;
определение массовой доли элемента в соединении;
расчет массы элемента по известной массе вещества, содержащего данный элемент;
вычисление массы вещества по массе элемента в нем;
определение относительной плотности газа;
вычисление относительной молекулярной массы газа по его относительной плотности:
вычисление количества вещества по его массе;
расчет массы по известному количеству вещества;
расчет простейшей формулы вещества по массовым долям элементов в соединении;
определение молекулярной формулы вещества по массовым долям элементов и относительной плотности газа;
определение формулы вещества по известной массе продуктов горения;
расчет числа частиц вещества по его массе, по количеству вещества или по объему (для газов);
определение массы газообразного вещества по его объему;
вычисление объема газообразного вещества по его массе, по количеству вещества. И др.
В первой группе задач, равно как и в других, необходимо различать взаимообратные задачи, для понимания которых необходимо выявлять связи между взаимообратными понятиями, проводить сравнение и делать обобщение. Понятия «прямая» и «обратная» задачи являются условными, и рассматривать их нужно в единстве. Любая обратная задача может быть получена из прямой, если данные этой задачи становятся искомой величиной, а ответ прямой задачи входит в условие обратной.
Прямая задача. Вычислите массовые доли элементов в серной кислоте
Дано: Решение:
H2SO4 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
W(H)-? EMBED Equation.3 или 2 %
W(S)-? EMBED Equation.3 или 33 %
EMBED Equation.3
W(O)-? EMBED Equation.3 или 65 %
Mr (H2SO4)=98
Обратная задача. Выведите формулу вещества, в состав которого входят 2% водорода, 33% серы, 65% кислорода. Относительная молекулярная масса вещества равна 98.
Решение обратной задачи производится по вышеуказанный формуле, записывают выражение для вычисления числа атомов:
EMBED Equation.3
Из перечисленных выше 15 видов задач по формулам взаимообратными будут: 3,10 и 11; 4 и 5; 6 и 7; 8 и 9; 14 и 15.
К первой группе задач можно отнести ряд задач в теме «Первоначальные химические понятия». Это расчет числа частиц в определенной массе вещества, в определенном количестве вещества и в определенном объеме вещества (н.у.) для газов. Здесь используются формулы, выражающие υ (количество вещества).
υ EMBED Equation.3 υ EMBED Equation.3 υ EMBED Equation.3
Приравнивая правые части уравнений, можно получить форму связи, которые также широко используются в первой группе задач.
Задача 1. Найти число молекул оксида серы (IV) в порции вещества массой 640г.
Дано: Решение:
m(SO2)=640 EMBED Equation.3
N(SO2)-? N(SO2) EMBED Equation.3 (молекул)
М(SO2)= 64 г/моль
NA= 6,02ּ1023 моль-1
Ответ: 6,02ּ1024 молекул содержится в порции SO2
Задача 2. Найти число молекул оксида серы (IV) в порции вещества объемом 44,8л (н.у.).
Дано: Решение:
V(SO2)=44,8л (н.у.) EMBED Equation.3
N(SO2)-? N(SO2) EMBED Equation.3 (частиц)
Vm = 22,4 л/моль
NA= 6,02ּ1023 моль-1 Ответ: 1,204ּ1024 молекул содержится в порции SO2
Задача 3. Найти число атомов в порции красного фосфора количеством 5 моль.
Дано: Решение:
V(Р)=5 моль υ EMBED Equation.3 υּNА= 5 мольּ6,02ּ1023 моль-1 = 30,02ּ 1023 = 3,0ּ1024 EMBED Equation.3
N(Р)-? (атомов)
NA= 6,02ּ1023 моль-1 Ответ: 3,0ּ1024 атомов фосфора содержится в порции
Обратной к данным примерам будет являться:
Задача 4. В порции вещества дано 6,02ּ1024 молекул SO2. Сколько это моль? Каков объем? Какова масса вещества?
Оформите и решите данную задачу самостоятельно.
Расчеты по уравнению реакции.
Ко второй группе задач можно отнести расчеты массы вещества (количества, объема) по известной массе другого вещества в реакции (по количеству, по объему). Ко второй группе задач относятся также более сложные виды: задачи на «избыток-недостаток»; задачи на примеси, расчет доли выхода продукта от теоретически возможного. Все эти виды задач можно рассмотреть на одном уравнении, проследив их взаимосвязь по мере усложнения.
Задача 1. Какая масса водорода выделится при взаимодействии 6,5г цинка с разбавленной серной кислотой?
Дано: Решение:
m (Zn)=6,5 6,5г Х г
Zn + H2SO4 (разб.)= ZnSO4 + H2
m(H2)-? 65г 2г
M(Zn)=65г/моль m (Zn)= 65 г/моль·1 моль= 65г (согласно уравнению)
M(H2)=2 г/моль m(H2)= 2 г/моль·1 моль= 2 г (согласно уравнению)
EMBED Equation.3
Ответ: выделится 0,2 г водорода
Задача 2. Какое количество водорода выделится при взаимодействии 6,5г цинка с разбавленной серной кислотой?
Дано: Решение:
m (Zn)=6,5 6,5г Х г
Zn + H2SO4(р) = ZnSO4 + H2
υ(H2)-? 65г 1 моль
M(H2)=2 г/моль EMBED Equation.3
Ответ: выделится 0,1 моль водорода
Задача 3. Какой объем водорода выделится (н.у.) при взаимодействии 6,5г цинка с разбавленной серной кислотой?
Дано: Решение:
m (Zn)=6,5г 6,5г Х г
Zn + H2SO4(р) = ZnSO4 + H2
V(H2)н.у. -? 65г 22,4 л
Vm=2 л/моль EMBED Equation.3
Ответ: выделится 2,24 л водорода
Расчеты по уравнению, когда одно из веществ дано в избытке.
Задачи «на избыток-недостаток» можно распознать по следующим признакам: указаны данные (m, или υ, или V) для двух исходных веществ, а необходимо определить данные одного из полученных веществ. Поэтому первым действием всегда идет поиск вещества, данного в недостатке, а затем по нему – расчет искомого (полученного в реакции) вещества.
Задача 4. Прореагировали 6,5г цинка и 20 г (в пересчет на чистую массу) серной кислоты. Найти массу полученного сульфата цинка.
Дано: Решение:
m (Zn)=6,5г 6,5г 20г Х г
m(H2SO4)=20г Zn + H2SO4(р) = ZnSO4 + H2
65г 98г 161г
m(Zn SO4)=?
М(Zn SO4)=161 г/моль
1) Поиск вещества, данного в недостатке:
Вариант а) по коэффициенту пропорциональности:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 в избытке, а Zn – в недостатке
Вариант. б) одно из данных веществ принимаем за неизвестное –y, например H2SO4;далее расчет по порции:
EMBED Equation.3 - должно было быть H2SO4 чтобы вещества прореагировали нацело, но H2SO4 дано 20г – в избытке, т.о. Zn дан в недостатке
2) Расчет искомого вещества ZnSO4 (по «недостатку»)
EMBED Equation.3
Ответ: 16,1г Zn SO4
Расчет массовой или объемной доли выхода продукта от теоретически возможного.
Пользуемся формулами:
η EMBED Equation.3 φ EMBED Equation.3
где η – массовая доля выхода продукта от теоретически возможного;
φ - объемная доля выхода продукта от теоретически возможного.
Задача 5. Прореагировало 6,5г цинка с разбавленной серной кислотой. Получено 15,46г сульфата цинка. Вычислить массовую долю выхода продукта от теоретически возможного.
Дано: Решение:
m (Zn)=6,5г 6,5г 15,46 г
m(Zn SO4)=15,46г Zn + H2SO4(р) = ZnSO4 + H2
65г 161г
η (Zn SO4)=? EMBED Equation.3
η EMBED Equation.3 η= EMBED Equation.3 или 96%
Ответ: η (Zn SO4)=96%
Составьте условия задачи, обратной к задаче №5.
Задача №6 изначально является по смыслу «обратной».
Задача №6. Прореагировали 6,5г цинка с разбавленной серной кислотой. Какой объем водорода (н.у.) выделился, если объемная доля его выхода составила 80%?
Дано: Решение:
m (Zn)=6,5г 6,5г Vтеор
φ(Н2)=80%=0,8 Zn + H2SO4(р) = ZnSO4 + H2
65г 22,4л
Vпрак (Н2)=? EMBED Equation.3 φ EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 φ· EMBED Equation.3
Ответ: выделилось 1,79л водорода
Расчет по уравнению, если одно из веществ содержит примеси.
Используем формулы:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
где EMBED Equation.3 - массовая доля чистого вещества
Задача 7. Прореагировали 144г смеси (цинка с активированными углем) с разбавленной серной кислотой. Массовая доля примеси к цинку составляет 10%. Вычислить объем выхода водорода (н.у.).
Дано: Решение:
m (Zn+С)=144г 6,5г Хл
Wпримеси=10% Zn + H2SO4(р) = ZnSO4 + H2
65г 22,4л
Vн.у.(Н2)=?
1)Найдем массу чистого цинка
Wч.в.=100% - 10%= 90%
m ч.в.= Wч.в. · mсмеси= 0,9. · 144 = 129,6 (г) Zn
2) EMBED Equation.3 Н2
Ответ: выделилось 44,8л водорода
Составьте условия задачи, обратной к задаче №7.
Задачи, связанные с растворами веществ.
В третью группу задач входят задачи на разных виды концентраций раствора (процентная, молярная, нормальная), расчет по растворимости веществ, задачи на смешение растворов, разбавление и т.д.
В школьном курсе химии наиболее подробно изучаются задачи, связанные с вычислением массовой доли и массы вещества в растворе (% концентрация).
Основная формула расчетов:
EMBED Equation.3 или EMBED Equation.3
Помнить: EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 g EMBED Equation.3
Рассмотрим ряд задач по мере усложнения.
Задача1. Сколько граммов поваренной соли содержится в 1100г раствора, если массовая доля NaCl в растворе равна 2%?
Дано: Решение:
m (р-ра)=1100г EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
W (NaCl )=2% EMBED Equation.3
m (NaCl)=?
Ответ: 22г NaCl.
Задача 2. Какие массы растворенного вещества и растворителя содержится в 50г 3%-ного раствора?
Дано: Решение:
m (р-ра)=50г EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
W (в-ва )=3% m(в-ва)=0,03·50=1,5(г)
или 0,03
m (в-ва) -? m (р-ля)= m (р-ра) - m(в-ва); m (р-ля)= 50г – 1,5г = 48,5г.
m (р-ля) -?
Ответ: 1,5г вещества; 48,5г. растворителя.
Задача 3. Вычислите процентную концентрацию раствора, полученного растворением 50 г вещества в 1,5л воды.
Дано: Решение:
m (в-ва)=50г EMBED Equation.3
V (Н2О )=1,5 л m(р-ра)= m (в-ва)+ m (Н2О)
g(H2O)=1г/моль m (Н2О)= V· g =1500 мл · 1 г/мл= 1500г.
m(р-ра)=50г + 1500г = 1550 г
W%(в-ва)-? EMBED Equation.3
Ответ: концентрация раствора 3,2%.
Задача 4. Какие массы воды хлорида калия необходимо взять, чтобы приготовить 500мл 20%-ного раствора, плотность которого равна 1,133 г/мл
Дано: Решение:
m (р-ра)=500мл EMBED Equation.3
W%(в-ва)=20%=0,2 m (р-ра)= g · V(р-ра) =1,133г/мл · 500мл = 566,5г
g(р-ра)=1,133 г/мл m (в-ва)= W· m (р-ра)=0,2·566,5=113,3(г)
m(Н2О)-? m (Н2О)= m(р-ра) - m (в-ва)= 566,5-113,3=453,2 (г)
m(КСl)-?
Ответ: 113,3г (КСl); 453,2г воды
Задача 5. Определить массу воды, в которой нужно растворить 45г сахара, чтобы получить 10%-ный раствор.
Решите задачу самостоятельно.
Следующая задача относится к отдельному виду – вычисление % концентрации раствора кристаллогидрата в пересчете на безводную соль.
Задача 6. Вычислить процентную концентрацию раствора сульфата натрия, приготовленного растворением 240г глауберовой соли Na2SO4·10H2O в 760 мл воды.
Дано: Решение:
V (Н2О)=760мл EMBED Equation.3
g(Н2О)=1 г/мл m (р-ра)= m (Н2О)= + m (Na2SO4·10H2O);
m (Na2SO4·10H2O)=240г m (Н2О)= V · g =760мл · 1 г/мл = 760г
W% (Na2SO4)-? m(р-ра)=760г + 240г = 1000 г
М(Na2SO4)=142г/моль Массу безводного Na2SO4 найдем из пропорции:
М(Na2SO4·10H2O)=322 г/моль в 322 г Na2SO4·10H2O________142г Na2SO4
в 240 г Na2SO4·10H2O________Хг Na2SO4
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Ответ: 10,6%
Далее рассмотрим задачи на смешение растворов различной процентной концентрации, на разбавление.
При решении данных задач полезно использовать «правило креста», или «конверт Пирсона».
Задача 7. Сколько килограммов 15%-ного раствора Na2SO4 надо прибавить к 100 кг 80%-ного раствора Na2SO4 , чтобы получить 30%-ный раствор?
Дано: Решение:
W1% = 15% 15% -------- 50в.ч. Хкг По диагонали (кресту)
W2% = 80% от большей цифры вычитаем
W3% = 30% 30% меньшую EMBED Equation.3 получаем
m2(р-ра)= 100кг весовые части соответствую-
m1(р-ра) - ? 80% --------- 15в.ч. 100кг щего р-ра, куда указывают
стрелки
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Ответ: 333,3 кг 15% раствора
Задача на разбавление является подобной, концентрацию добавляемой воды принимаем за «0».
Задача 8. Сколько кг воды надо прибавить к 5 кг 20%-ного раствора, чтобы получить 12%-ный раствор?
Дано: Решение:
m1(р-ра) = 5кг 20% -------- 12в.ч. 5кг
W1% = 20%
W2% = 12% 12
m (Н2О)- ?
0% --------- 8в.ч. Хкг
EMBED Equation.3
Ответ: 3,33 кг воды
Следующая задача является «обратной» по смыслу.
Задача 9. Смешаны 100г раствора с массовой вещества 0,2 и 50 г раствора с массовой долей вещества 0,32. Вычислить массовую долю во вновь полученном растворе.
Дано: Решение:
W1 = 0,2 0,2 -------- (0,32-Х) 100г
W2 = 0,32
m1(р-ра)=100г Х
m2(р-ра)= 50г
W3 - ? 0,32 --------- (Х-0,2) 50г
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Ответ: 24% раствор
Решите задачу №9 другим способом, не применяя «правило креста», т.е. путем последовательных расчетов [1, c. 96].
Изучив данные методические рекомендации, вы можете приступить к изучению методов решения других типов задач (например, нахождение молекулярной формулы вещества в газообразном состоянии [1, c. 119]) комбинированных задач, задач повышенной сложности.
Рекомендуемая литература.
Ерыгин Д.П., Шишкин Е.А. Методика решения задач по химии. – М.: Просвещение, 1989
Цитович И.К., Протасов П.Н. Методика решения расчетных задач по химии. – М.: Просвещение, 1983
Магдесиева Н.Н., Кузьменко Н.Е. Учись решать задачи по химии. – М.: Просвещение, 1986
500 задач по химии. – М.: Просвещение, 1981
Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Задачи по химии для поступающих в вузы. – М.: Высшая школа, 1986
Чуранов С.С. Химические олимпиады в школе. – М.: Просвещение, 1982
Польские химические олимпиады: Сборник задач / Пер. с польск. – Мир, 19
...