Алгоритм решения расчетных химических задач в табличной форме

ЭРГОНОМИЧНЫЙ СПОСОБ РЕШЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЗАДАЧ В

ТАБЛИЧНОЙ ФОРМЕ В УСЛОВИЯХ НЕДОСТАТКА ВРЕМЕНИ

Предлагается табличная структура анализа и решения химических задач в табличной форме, в которой отсутствуют «тяжеловесные» записи вербальных рассуждений,  исходные данные заданы таблично, что позволяет школьнику быстрее производить расчеты и  при этом получать правильные ответы. Табличная структура объединяет математическую и стехиометрическую основу для решения химических задач. Представление исходной информации (данных условия задачи, справочных и постоянных величин) в табличной форме является наглядным представлением стехиометрических отношений по уравнению реакции, а точность расчетов определяется алгоритмом взаимосвязи характеристик между ячейками таблицы. Удобное воспроизведение числовых и других операций в столбцах и строках способствует формированию культуры решения химических задач и увеличению числа решаемых задач за одно и то же время урока. Данный подход к решению задач позволяет использовать автоматическую проверку решения задач в тестах, если включать в них вопросы типа «Заполнение пропусков». 

В основе табличной формы решения химических задач используется универсальная схема анализа условия задачи (рисунок 1), поиска направления ее решения, а также цепочка действий в соответствии с математическими формулами, выражающими взаимосвязь рассчитываемых величин.

 

              Рисунок 1 Универсальная схема решения расчетных задач по химии

Для решения задач в табличной форме удобно использовать шаблон по теме «Расчеты по химическим уравнениям». Приведем форму шаблона и его использование при решении простейшей задачи, если известна масса вещества (рисунок 2).

Пример 1. 

Железо из красного железняка, состоящего в основном из оксида железа (III) Fe2О3, можно получить, обработав железняк водородом. Вычислите объем водорода (н.у.), который потребуется для получения 28 г железа.

Решение задач по теме «Расчеты по химическим уравнениям» Коэффициенты в химическом уравнении задают молярные пропорции (отношения), в которых вступают в реакцию исходные вещества (реагенты) и образуются продукты реакции.               Основные формулы:
Физико-химические характеристики
Условие задачи/ вычислите	n, моль
	V, л
	m, г
Уравнение реакции		Fе2О3	+	3Н2	→	2Fе	+	3Н2О
Данные из уравнения реакции	М, г/моль
	Vм,  л/моль
	n, моль

Рисунок 2 Шаблон «Решение задач в табличной форме, если известны количество, объем или масса вещества

1)                 Прочитайте условие задачи. Определите исходное и искомое вещества. В таблице над обозначениями соответствующих веществ запишите величины, характеризующие эти вещества в ячейках с данной физико-химической величиной.

Условие задачи/ вычислите	n, моль
	V, л			х=
	m, г					28
Физико-химические характеристики		Fе2О3	+	3Н2	→	2Fе	+	3Н2О
Данные из уравнения реакции	М, г/моль
	Vм,  л/моль
	n, моль

2)                 Под обозначениями соответствующих веществ запишите молярную массу, если известна масса или ее необходимо найти; если дан или необходимо найти объем – запишите молярный объем.

Условие задачи/ вычислите	n, моль
	V, л			х=
	m, г					28
Физико-химические характеристики		Fе2О3	+	3Н2	→	2Fе	+	3Н2О
Данные из уравнения реакции	М, г/моль					56
	Vм,  л/моль			22,4
	n, моль

3)                 Выполните цепочку действий в соответствии с математическими формулами, выражающими взаимосвязь рассчитываемых величин (рисунок 1). При движении в таблице сверху вниз алгебраическое действие деление, при движении снизу вверх – умножение (это и будут математические действия по формулам взаимосвязи, приведенным на рисунке 1). Найдите количество вещества железа и запишите его в соответствующую ячейку.  

Условие задачи/ вычислите	n, моль
	V, л			х=
	m, г					28
Физико-химические характеристики		Fе2О3	+	3Н2	→	2Fе	+	3Н2О
Данные из уравнения реакции	М, г/моль					56
	Vм,  л/моль			22,4
	n, моль					0,5

4)                 Определите мольное соотношение между исходным и  искомым веществом с учетом стехиометрических коэффициентом в уравнении реакции (действия в одной строке). Чтобы определить количества искомого вещества, известное количество вещества делят на коэффициент, стоящий в уравнении реакции перед ним, и умножают на коэффициент, стоящий перед формулой искомого вещества.

Условие задачи/ вычислите	n, моль
	V, л			х=
	m, г					28
Физико-химические характеристики		Fе2О3	+	3Н2	→	2Fе	+	3Н2О
Данные из уравнения реакции	М, г/моль					56
	Vм,  л/моль			22,4
	n, моль			0,75		0,5

5)                 Перемножая найденное количество искомого вещества и молярный объем, найдите объем водорода и запишите его над формулой водорода, это и будет ответ. Под таблицей запишите ответ.

Условие задачи/ вычислите	n, моль
	V, л			х= 16,8
	m, г					28
Физико-химические характеристики		Fе2О3	+	3Н2	→	2Fе	+	3Н2О
Данные из уравнения реакции	М, г/моль					56
	Vм,  л/моль			22,4
	n, моль			0,75		0,5

Ответ: V(Н2) = 16,8 л

Приведем примеры расположения  других физико-химических величин, таких как массовая доля растворенного вещества, масса раствора  в строках таблицы так, чтобы сохранялся порядок алгебраических действий: при движении в таблице сверху вниз алгебраическое действие деление, при движении снизу вверх – умножение.

Пример2. Покажем на расчетной задаче из ОГЭ.

Вычислите объем газа, образующегося при взаимодействии 365 г 10%  раствора соляной кислоты с избытком сульфида цинка.

 При таком порядке расположения физико-химических величин в строках сохраняется принцип умножения при движении снизу вверх:

 m(вещества)=m(раствора) ∙ w(вещества).

V, л							х=11,2
m(в-ва), г			36,5
w(в-ва), в долях единицы			0,1
m(р-ра), г			365
Физико-химические величины	ZnS	+	2НCl	→	ZnСl 2	+	H2S
М, г / моль			36,5
Vм, л / моль							22,4
n, моль			1				0,5

Ответ: V(Н2S)=11,2 л Пример 3.

При растворении 150 кг природного известняка в избытке соляной кислоты выделилось 30 м³ (н.у.) газа. Вычислите массовую долю (%) карбоната кальция в указанном известняке. 

V, м3/кмоль							30
m (вещества), кг	134
n, кмоль
w(вещества), в долях единицы	х=0,893
m(смеси), кг	150
Физико-химические величины	СаСО3	+	2НСl	→	СаСl2	+	СО2	+	Н2О
М, кг/кмоль	100
Vм, м3/кмоль							22,4
n, кмоль	1,34						1,34

Ответ: w(СаСО₃)=89,3% 

Если в условии задачи необходимо найти массовую долю примесей, пользуясь полученными данными легко их рассчитать.

Аналогично заполняются пропуски в соответствующих ячейках таблицы, подготовленной для решения задачи при выполнении автоматизированных тестов.

 

Краткое описание документа:

Предлагается табличная структура анализа и решения химических задач в табличной форме, в которой отсутствуют «тяжеловесные» записи вербальных рассуждений, исходные данные заданы таблично, что позволяет школьнику быстрее производить расчеты и при этом получать правильные ответы. Данный подход к решению задач позволяет использовать автоматическую проверку решения задач в тестах, если включать в них вопросы типа «Заполнение пропусков».