Химия в задачах при закреплении изученного материала

Статья по химии учителя высшей категории СОШ №64 Московского района города Казани Республики Татарстан

Леоненко Нины Владимировны

на тему «Химия в задачах при закреплении изученного материала».

            Умение решать задачи является одной из форм проявления знаний по химии, дающей возможность применять эти знания при решении практических заданий. Умение решать задачи, необходимое учащимся и выпускникам школ, позволяет лучше ориентироваться в программном материале, а для тех выпускников, кто выбрал ЕГЭ по химии- это вопрос успешной сдачи экзамена и поступления в ВУЗ.

            Конкурсные задачи всегда сложны. Неумение выпускников решать задачи отражается на оценке экзамена.

            К сожалению, решению задач еще не уделяется достаточного внимания. Это связано и с недостаточным количеством часов при изучении химии. И все-таки я использую в своей педагогической деятельности решение конкурсных задач не только на элективных курсах и дополнительных занятиях по химии, но и в процессе изучения практически каждой темы.

           Перед решением каждой конкурсной задачи учащимся предлагается небольшой практический материал, или практический совет, необходимый для решения задач определенного типа.

           Например, при изучении темы «Карбоновые кислоты»  в 10 классе предлагаю учащимся следующую задачу:

                « Для окисления определенного количества щавелевой кислоты в сернокислой среде израсходовали 6,32г. перманганата калия. Образовавшийся углекислый газ пропустили через раствор, содержащий 8,8г. едкого натра. Какие соли и в каком количестве образовались в растворе?»

             Решение. Реакция окисления щавелевой кислоты перманганатом калия в сернокислой среде проходит по такому уравнению:

2КМnО4+5Н2С2О4+3Н2SO4=К2SO4+2MnSO4+10CO2+8H2O

Углекислый газ взаимодействует с едким натром по следующим уравнениям реакций: 2NaOH+CO2=2Na2CO3+H2O (1)

                Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3 (2)

По условию задачи на окисление израсходовано 6,32г., или 6,32:158=0,04моль, перманганата калия и образовавшийся углекислый газ прореагировал с 8,8г., или 8,8:40=0,22 моль едкого натра. Из уравнения реакции перманганата калия со щавелевой кислотой видно, что при окислении щавелевой кислоты 2 моль KMnO4 выделяется 10 моль СО2, а если прореагирует 0,04 моль KmnO4, то выделится 0,2 моль СО2.

         Из уравнения реакции едкого натра с углекислым газом выходит, что 2 моль NaOH реагирует с 1 моль СО2 и образует 1 моль Na2CO3, а 0,22 моль NaOH будут реагировать с 0,11 моль СО2 и образуют 0,11 моль Na2CO3. Остальные 0,09 моль (0,2-0,11=0,09) углекислого газа будут реагировать с карбонатом натрия. Из второго уравнения выходит, что 1 моль СО2 реагирует с 1 моль Na2CO3 и образует 2 моль NaHCO3, а 0,09 моль СО2 будет реагировать с 0,09 моль Na2CO3, в результате чего образуется 0,18 моль, или 0,18.84=15,12г. карбоната натрия.

              Разобрав задачу в классе, предлагаю учащимся продумать над вторым способом решения задачи дома.

             В 11 классе при изучении темы «Соединения металлов» предлагаю учащимся конкурсную задачу следующего содержания:

« К раствору, содержащему 6,34г. хлорида хрома (III), прибавили раствор, содержащий 6,8г. сульфида аммония. Образовавшийся осадок отфильтровали и прокалили. Какова масса осадка после прокаливания? Какие соединения и в каком количестве содержались в фильтре?»

              Решение. Реакция хлорида хрома (III) с сульфидом аммония проходит по уравнению: 2CrCl3+3(NH4)2S+6H2O=2Cr(OH)3+6NH4Cl+3H2S

                          2*158,5  3*68                    2*103         6*53,5    3*34

При прокаливании гидроксид хрома (III) превращается в оксид хрома (III):

                          2Cr(OH)3=Cr2O3+3H2O

                          2*103        152

По условию задачи раствор содержит 6,34 г., или 6,34/158,5= 0,04 моль, хлорида хрома и 6,8 г., или 6,8/68=0,1 моль, сульфида аммония. Из уравнения реакции хлорида хрома (III) с сульфидом аммония следует, что 2 моль CrCl3 реагирует с

 3 моль (NH4)2S и образует 2 моль Cr(OH)3, 6 моль NH4Cl и 3 моль H2S, а 0,04 моль CrCl3 взаимодействует с 0,06 моль (NH4)2S и образует 0,04 моль Cr(OH)3,  0,12 моль, или 0,12*53,5=6,42 г., NH4Cl и 0,06моль, или 0,06*34=2,0 г.H2S. При прокаливании из 0,04 моль гидрогсида хрома (III) образуется 0,02 моль, или 0,02*152=3,04 г. оксида хрома (III). Следовательно, в фильтрате останется 0,04 моль (0,1-0,06=0,04), или0,04*68=2,72 г. сульфида аммония, 6,42 г. хлорида аммония и 2,04 г. сероводорода. Предлагаю ребятам разобрать второй способ решения задачи дома.

                 При решении конкурсных задач на определение компонентов смесей поясняю, что смеси-это такие системы, в которых соотношение между составными компонентами может быть различным и поэтому следует писать не суммарное уравнение реакции, а для каждого компонента смеси отдельно. Написание суммарного уравнения приводит к тому, что наперед обуславливаются соотношения между компонентами смеси, а это ведет к ошибке.

                 Задача. «При обработке водой 14,9 г. смеси перекиси калия К2О4 и натрия Na2O2 образовался 1 л. раствора гидроксидов  калия и натрия и выделилось 2,8 л. кислорода (н.у.). Определить состав взятой смеси и молярную концентрацию щелочи в образовавшемся растворе.»

                Решение. Пероксиды калия и натрия реагируют с водой по уравнениям: 2К2О4+2Н2О=4КОН+3О2

                       2*142                          3*22,4

                      2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2

                              2*78                                 22,4

При обработке смеси 14,9 г. смеси пероксидов калия и натрия водой выделилось 2,8 л., или 2,8/22,4=0,125 моль кислорода. Обозначим количество молекул кислорода, выделившегося при разложении пероксидов калия и натрия, соответственно через х и (0,125-х); х моль кислорода образуется при разложении 2х/3 моль, или 2х/3*142 г. пероксида калия, а (0,125-х) моль кислорода- при разложении 2(0,125-х) моль, или 2(0,125-х)*78 г. пероксида натрия. Отсюда 2х*142 +78*2(0,125-х)=14,9

                                3

                             284х+58,5-468х=44,7

                               184х=13,8

                                 х=0,075

         Следовательно, 0,075 моль кислорода образуется при разложении

 0,075*2 =0,05 моль пероксида калия, в результате чего получаем 0,1 моль

       3            едкого кали, а 0,05 моль (0,125-0,075=0,05) кислорода образуется из 2*0,05=0,1 моль пероксида натрия, в результате чего получаем 0,2 моль  едкого натра. Значит, раствор будет 0,1 М относительно КОН и 0,2 М относительно NaОН.

           Предлагаю учащимся продумать дома второй и третий способы решения задач дома.

                При изучении электролиза можно решать задачи таких типов:

1.                 Определение количества вещества, выделившегося при прохождении через раствор электролита определенного количества электричества.

2.                 Определение количества электричества, которое нужно пропустить через раствор электролита, чтобы выделилось определенное количество вещества.

3.                 Определение коэффициента использования электрического тока или выхода вещества по току.

4.                 Определение химического эквивалента.

       Задача. «При электролизе расплава хлорида металла образовалось 0,896 л. хлора (н.у.) и 3,12 г. металла. Определить, хлорид какого металла подвергали электролизу.»

          Решение. По законам Фарадея при выделении 0,896 л., или 0,896*71 =2,84                                                                                                                                                            

                                                                                                                    22,4

г., хлора через раствор электролита пройдет электрического тока

Q= FA = 26,8*2,84 =2,144 а*ч. По условию задачи при прохождении через

        Э             35,5                                                                                                 

электролит 2,144 а*ч электрического тока выделилось 3,12 г. металла. Эквивалент металла Э= FA   =26?8*3,12 =39.

                                           Q         2,144

            Следовательно, этот металл- калий.

      Предлагаю учащимся подумать дома над вторым способом решения задачи.

      Задача. « При пропускании электрического тока силой 0,402 а в течение 4 ч через 200 мл раствора нитратов меди и серебра на катоде выделилось 3,44 г. металлов. Определить молярную концентрацию нитратов меди и серебра в растворе.»

          Решение. Первый способ. Через 200 мл. раствора нитратов серебра и меди пропустили 0,402*4=1,608 а*ч электрического тока. По условию задачи на катоде электролизера выделилось 1,608 =0,06 г-экв. серебра и меди. Если количество

                                                26,8

грамм- эквивалентов обозначить через х, а количество грамм-эквивалентов меди- через (0,06-х), то в 3,44 г. металлов будет 108х г. серебра и 32 (0,06-х) г. меди, откуда:     108х+32(0,06-х)=3,44

                            108х+1,92-32х=3,44

                                76х=1,52

                                    х=0,02.

             Следовательно, на катоде выделилось 0,02 г-экв., или 0,02*108=2,16 г. серебра и 0,04 г-экв. (0,06-0,02=0,04), или 0,04*32=1,28 г. меди; 0,02 г-экв. серебра могут выделиться из 0,02 г-моль нитрата серебра, а 0,04 г-экв. меди образуются из 0,02 г-моль нитрата меди. Значит, раствор будет 0,02/0,2=0,1М относительно AgNO3 и 0,1М относительно Си(NO3)2.

             Второй способ. Если выделилось х г., или х/108 г-экв. серебра, то меди выделилось (3,44-х)г., или (3,44-х)/32 г-экв. Для выделения х/108 г-экв. серебра расходуется 26,8х/108 а*ч электрического тока, а для выделения (3,44-х)/32 г-экв. меди- (26,8(3,44-х))/32 а*ч электрического тока. Так как всего было израсходовано 1,608 а*ч электрического тока, то

                            26,8х/108+(26,8(3,44-х))/32=1,608

                                32х+108(3,44-х)=0,06*108*32

                                      32х+371,52-108х=207,36

                                           76х=164,16

                                               х=2,16.

               Значит, на катоде выделилось 2,16 г., или 2,16/108=0,02 г-атом серебра и 1,28г. (3,44-2,16=1,28), или 1,28/64=0,02 г-атом меди. В растворе было 0,02 г-моль AgNO3 и 0,02 г-моль Си(NO3)2 . Следовательно, раствор был 0,02/0,2=0,1М относительно AgNO3 и 0,1М относительно Си(NO3)2.

             Данные конкурсные задачи охватывают часть школьной программы и могут быть использованы учителями средних школ, преподавателями средних специальных учебных заведений, а также студентами ВУЗов с педагогической направленностью.

Используемая литература:

1.                  Н.Е. Кузьменко, В.В. Еремин, В.А. Попков. Начала химии. Современный курс для поступающих в ВУЗы. Т.1; Т.2. г. Ульяновск, изд-во «Дом печати», 1997г.

2.                  И.Г. Хомченко. Химия. Для поступающих в ВУЗы. Москва. Новая волна. ОНИКС. 2000г.

3.                  И.П. Середа. Конкурсные задачи по химии. В помощь поступающим в ВУЗы.

Киев. 1974г.

4.А. И. Курамшин. Задачи районных, городских и республиканских химических олимпиад школьников Республики Татарстан. Казань-2008г.