Методические рекомендации решения задач по химии для обучающихся СПО

Министерство образования и науки Самарской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Самарской области «Кинель-Черкасский сельскохозяйственный техникум»

Методические рекомендации

решения задач по химии

Выполнила: Дорошенко М.Г., преподаватель химии  ГБПОУ «КЧСХТ»

                                              ВВЕДЕНИЕ

Решение задач - практическое искусство, подобное плаванию, катанию на лыжах или игре на фортепиано; научиться ему можно только подражая образцам и постоянно практикуясь.

                                                       Д. Пойа

По современным психолого-педагогическим требованиям важная роль в процессе усвоения химических знаний отводится использованию получаемых знаний при решении задач различных типов. Решение расчетных и качественных задач развивает творческую самостоятельность учащихся, способствует более глубокому освоению учебного предмета. Именно через решение задач различных типов и уровней сложности может быть эффективно освоен курс химии.

Исследования проблемы обучения решению задач показывают, что несформированность умений является следствием следующих причин:

решая задачу, учащиеся не осознают должным образом свою собственную деятельность, т. е. не понимают сущности задач и хода их решения;

не всегда анализируют содержание задачи, проводят ее осмысление и обоснование;

не вырабатывают общие подходы к решению и не определяют последовательность действий;

часто неправильно используют химический язык, математические действия и обозначение физических величин и др.;

Преодоление этих недостатков является одной из главных целей, который ставит перед собой учитель, приступая к обучению решению расчетных задач.

В данной разработке предлагаются задачи на нахождение формулы вещества, исходя из разных параметров в условиях. В представленных задачах приведены различные способы вывода молекулярных формул веществ. Задачи составлены таким образом, чтобы учащиеся могли освоить оптимальные методы и различные варианты решения. Наглядно демонстрируются наиболее общие приёмы решений. Для учащихся предлагаются решённые задачи по принципу нарастания сложности.

Теоретическая часть.

С задачами на вывод химической формулы вещества учащиеся встречаются при прохождении программы химии с 8 по 11 классы. К тому же, данный тип задач довольно часто встречается в олимпиадных заданиях, контрольно – измерительных материалах ЕГЭ (части В и С). Диапазон сложности данных задач достаточно широк. Как показывает опыт, у школьников часто возникают затруднения уже на первых этапах решения при выводе молярной массы вещества, поэтому необходимо придерживаться  следующего алгоритма:

Алгоритм решения задач на вывод формулы веществ.

1.     Обозначить формулу вещества с помощью индексов х, у, z и т. д. по числу элементов в молекуле.

2.     Найти молярную или молекулярную массу вещества по формуле: М_r = D_х· М_r(Х),  М_r= ρ· V_m.  

3.     Если в условии не дана массовая доля одного элемента, вычислить ее как разность 100% и массовых долей всех ос­тальных элементов.

4.     Найти отношение индексов х : у : z  как отношение част­ных от деления массовой доли элемента на его относительную атомную массу (W/Аr). Привести частные от деления к отношению целых чисел. Определить простейшую формулу вещества.

5.     В задачах на нахождение формул органических веществ часто требуется сравнить относительную молекулярную массу М простейшей формулы с истинной, найденной по условию задачи (чаще всего плотности по воздуху или по водороду). Отношение этих масс дает число, на которое надо умножить индексы простейшей формулы. 

Способы вывода молекулярных формул веществ.

1. Вывод формулы вещества по массовым долям элементов.

1)Установите формулу соединения, содержащего 25,4% серы, 38,1% кислорода и 36,5% некоторого элемента. Укажите название этого соединения и класс, к которому оно принадлежит.

Дано: ω(S) = 25.4% ω(O) = 38.1% ω(Э) = 36,5% ЭхSyOz -?

Решение 1. Пусть масса вещества равна 100г, тогда m(S) = 100×0,254 = 25,4г m(О) = 100×0,381 = 38,1г m(Э) = 100×0,365 = 36,5г 2. √ =  √(S) =  = 0,794 моль √(О) =  = 2,381 моль 3. Находим соотношение элементов и формулу в общем виде √(S):√(О) = 0,794:2,381 = 1:2,999 = 1:3 формула - ЭхSO3 4. Из формулы ω=×100% находим молярную массу вещества по кислороду М (ЭхSO3)== 126 или по сере М (ЭхSO3)== 126 5.Находим молярную массу элемента М(Э) = 0,365×126 = 46г/моль, делаем вывод, что это натрий, относительная атомная масса которого равна 23.

                    Ответ: Na₂SO₃ – средняя соль, сульфит натрия.

2 Вывод формулы вещества по массовым долям элементов и его молярной массе.

Молярную массу вещества можно находить через:
относительную плотность одного газа по другому D_г= М_в-ва/М_г;
плотность М_г=V_m×ρ;
массу вещества М=m/√

2)При взаимодействии одноатомного спирта, содержащего 37,5% углерода, 50,0% кислорода, с органической кислотой образуется вещество, плотность паров которого по аргону равна 2,15. Определите молекулярную формулу образующегося вещества

Дано: ω(C) =37,5% ω(O) =50% DAr(эфира) =2,15 RCOOR'-?

Решение  R'OH+ RCOOH→RCOOR'+H2O 1. M(RCOOR')=2,15×40=86г/моль 2. ω(Н) =100-(37,5+50)=12,5% 3. Пусть масса вещества равна 100г, тогда m(С) = 100×0,375 = 37,5г m(О) = 100×0,50 = 50г m(Н) = 100×0,125 = 12,5 4. Находим соотношение количества элементов √(С):√(Н):√(О)=:: = 3,125:12,5:3,125 = 1:4:1, то есть участвующий в реакции спирт – СН3ОН 5. Находим молярную массу радикала кислоты М(R)=86-(12+16×2+15)=27 г/моль, следовательно R – С2Н3 6. Формула образующегося вещества  СН2=СН-СОО-СН3 Ответ: Формула образующегося вещества СН2=СН-СОО-СН3.

                             3. Вывод формулы по продуктам сгорания

3) Неизвестный предельный углеводород количеством вещества 0,002 моль при сгорании образует 268,8 мл углекислого газа и 0,252 мл воды. Выведите формулу этого углеводорода, если плотность его паров по кислороду равна 2,6875.

Дано: √ (CnH2n+2) =2 моль V(CO2) =268,8мл V(Н2O) =0,252мл DО2(CnH2n) =2,6875 CnH2n+2 -?

Решение CnH2n+2+ (3n+1)/2O2→ nCO2+(n+1)H2O 1. M(CnH2n+2)=2,6875×32=86г/моль 2. √(СO2) =0,2688/22,4=0,012 моль,  √(СO2)=√(С)= 0,012 моль 3. m(Н2O)=V×ρ= 0,252×1= 0,252г  √(H2O) =0,252/18=0,014 моль √(H) =2√(H2O) =0,014×2=0,028 моль 4. Находим соотношение количества элементов √(С):√(Н)=0,012:0,028 = 1:2,333=3:7, то простейшая формула предельного углеводорода – С3Н7 5. Находим истинную формулу предельного углеводорода M(CnH2n+2)/M(С3Н7)= 86/43=2, следовательно, истинная формула предельного углеводорода С6Н14 Ответ: истинная формула предельного углеводорода С6Н14

                          4. Вывод формулы по гомологическому ряду.

4)Массовая доля серебра в соли предельной одноосновной карбоновой кислоте равна 70,59%. Найдите молекулярную формулу этой кислоты.

Дано: ω(Ag) =70,59% CnH2n+1COOAg-?

Решение 1. Из формулы ω(Ag) =×100% находим молярную массу вещества М(CnH2n+1COOAg)=108×0,7959=153г/моль 2. Составляем уравнение с одним неизвестным по общей формуле гомологического ряда 12n +2n+1+12+16×2+108=153 n=0, следовательно, M(R)=1, то есть молекулярная формула этой кислоты HCOOН. Ответ: молекулярная формула этой кислоты HCOOН

5)При сгорании некоторого алкана требуется объем кислорода в 8 раз больший, чем объем паров данного алкана. Определите молекулярную формулу данного вещества.

Дано: V(O2)/V(CnH2n+2)= 8 CnH2n+2 -?

Решение 1 8 CnH2n+2+ (3n+1)/2O2→ nCO2+(n+1)H2O 1 (3n+1)/2 1. Пусть объем CnH2n+2 равен 1л, тогда объем кислорода будет равен 8л. 2. Из уравнения реакции составляем соотношение (пропорцию) =  3.Решая уравнение с одним неизвестным получаем  n= 5, то есть молекулярная формула данного вещества С5Н12

Ответ: молекулярная формула этого алкана С₅Н_12.
        6) Некоторая предельная одноосновная кислота массой 6г требует для полной этерификации такой же массы спирта. При этом образуется 10,2г сложного эфира. Установите молекулярную формулу кислоты.

Дано: m(R'OH) =6г m(RCOOН) =6г m(RCOOR') =10,2г RCOOН-?

Решение R'OH+ RCOOH→RCOOR'+H2O 1. По закону сохранения массы веществ, участвующих в реакции m(Н2О) = (6+6)-10,2=1,8г 2. √(H2O) =1,8/18=0,1 моль 3. Из уравнения реакции следует, что количества всех участвующих в реакции веществ равны  √(H2O) =√(R'OH)=√(RCOOН)=√(RCOOR')= 0,1 моль 4. Пусть молярная масса радикала кислоты R равна х, тогда √(RCOOН)=6:(х+12+16×2+1), приравниваем это выражение к количеству вещества кислоты и решаем получившееся уравнение с одним неизвестным 6:(х+45)=0,1, х=15, следовательно R – СН3 5. Молекулярная формул кислоты СН3 - COOН

Ответ: Молекулярная формул кислоты СН3 - COOН

7)При окислении предельного одноатомного спирта оксидом меди (II) получили 9,73г альдегида, 8,65г меди и воду. Определите молекулярную формулу исходного спирта.

Дано: m(RCНO) =9,73г m (Сu) =8,65г  RCН2OН-?

Решение RCН2OН + СuО→ RCНO + Сu +H2O 1. √(Сu)=8,65:64= 0,135 моль 2. Из уравнения реакции следует, что количества всех участвующих в реакции веществ равны √(Сu)=√(H2O) = √(СuО)=0,135 моль 3. Находим массы воды и оксида меди(II)  m(Н2O)=0,135×18=2,43г, m(СuО)= 0,135×80=10,8г 4. По закону сохранения массы веществ, участвующих в реакции m(RCН2OН) = (9,73+8,65+2,43)-10,8=10,01г 5. Находим молярную массу предельного одноатомного спирта  М(RCН2OН)= 10,01: 0,135=74г/моль  Находим молярную массу радикала предельного одноатомного спирта М(R)=74-(12+16+3)=43 г/моль, следовательно, из общей формулы предельного радикала CnH2n+1 12n +2n+1=43         n =3 6. Формула предельного одноатомного спирта С3Н7CН2OН или С4Н9OН Ответ: Формула предельного одноатомного спирта С4Н9OН

Заключение

В предложенной методике приведены различные способы вывода молекулярной формулы вещества. Демонстрационные задачи помогают освоить оптимальные методы и различные варианты решения. Задачи на определение формулы вещества представлены несколькими способами:

- Вывод формулы вещества по массовым долям элементов.

- Вывод формулы вещества по массовым долям элементов и его молярной массе.

- Вывод формулы по продуктам сгорания.

- Вывод формулы по гомологическому ряду.

Освоение материала данной методики позволит при решении задач на вывод химических формул помнить следующее:
- молекулярную формулу вещества можно вывести несколькими способами;
- если соотношение между количествами вещества атомов дробное, надо выбрать наименьшее и разделить все числа соотношения на это наименьшее;
- при приведении соотношений к целым числам, их можно умножать и делить на одно и то же число;

- округлять лучше с точностью до третьего знака после запятой.

А также позволит избежать основных причин потери баллов при сдаче ЕГЭ:

-некорректное оформление;

-решение не математическим путем, а методом перебора;

-неверно составленная общая формула вещества;

-ошибки в уравнении реакции с участием вещества, записанного в общем виде.

Список литературы

1.      Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии: Учебное пособие для вузов/Подредакцией В.А. Рабиновича и Х.М. Рубиной. М.: Интеграл-Пресс, 2005.

2.      КузьменкоН.Е., Еремин В.В. 2500 задач по химии с решениями для поступающих в вузы: Учебное пособие.М.: Издательство «Экзамен», 2005.

3.      Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Сборник задач по химии для поступающих в ВУЗы. М.: Новая волна, 2002

4.      https://sites.google.com/site/abrosimovachemy/materialy-v-pomos-ucenikam/distancionnoe-obucenie/10-klass/resenie-zadac-na-vyvod-formul-organiceskih-vesestv

5.      http://ege-study.ru/materialy-ege/ximiya-chast-s-zadacha-s5-opredelenie-formul-organicheskix-veshhestv/

6. http://lib.znaimo.com.ua/docs/2617/index-53250.html
7.  https://doc4web.ru/himiya/reshenie-zadach-na-vivod-himicheskih-formul.html
8. https://nsportal.ru/shkola/khimiya/library/2014/09/23/metodicheskaya-razrabotka-lektsiya-reshenie-zadach-po-teme-vyvod