Разработка методической рекомендации для студентов 1 курса по химии "Решение расчетных задач"

Департамент охраны здоровья населения Кемеровской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования

«Кемеровский областной медицинский колледж»

Методические рекомендации по решению химических задач

Г. БЕЛОВО

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………………………….3

1.      Значение задач

1.1.Требования к вычислительным задачам по химии…………………………………4

1.2.Значение вычислительных задач в учебном процессе………………………………5

2.       Методы решения задач………………………………………………………………..7

2.1 Решение задач с использование пропорции…………………………………………..

2.2 Решение задач способом приведения к единице………………………………………

     2.3 Решение задач алгебраическим способом……………………………………………..

    2.4 Решение задач по готовым формулам………………………………………………….

2.5 Значение графиков и диаграмм при установлении количественных закономерностей..

3.Типы расчетных задач………………………………………………………………………….

3.1  Задачи на темы с производственным содержанием……………………………………….

3.2  Выход химических формул………………………………………………………………….

3.3  Расчеты по химическим формулам………………………………………………………….

3.4  Расчеты с использованием понятия «моль»……………………………………………….

3.5  Расчеты, связанные с использованием плотностей, относительных плотностей и молярного объема газов………………………………………………………………………

3.6. Расчеты по уравнениям химических реакций…………………………………………….

3.7 Расчеты по термохимическим уравнениям………………………………………………….

Заключение……………………………………………………………………...

Введение

В формировании химических знаний, умений большое значение отводится решению расчетных химических задач. Задачи по химии способствуют более глубокому и прочному усвоению учащимися теоретического материала, развивают у них самостоятельность, активность, внимательность, учат логически мыслить, устанавливать межпредметные связи.

Умело подобранное содержание задач помогает учителю  сформировать у учащихся подготовку по предмету «химия», что служит цели обеспечения единого образовательного пространства.

В результате слабого внимания к количественной стороне химических явлений выпускники многих школ не одинаково свободно решают задачи по разным теоретическим разделам курса химии. Если простейшие расчеты по уравнениям реакций не вызывают у них больших затруднений, то задачи по тем же уравнениям, но с участием в вычислениях газообразных продуктов, представляют значительные трудности.

Ученик должен находить простейший путь вычисления результатов, используя для этого наиболее подходящий способ решения

Существенным пробелом в методике решения задач по химии является так же и отсутствие единства требований к порядку записей условия и хода решения. В этом отношении следует учесть опыт преподавания физики, где запись условия и хода их решения подчинена единым требованиям

Целью данной работы является, прежде всего, ознакомление с рациональными путями решения задач, интегрированный подход в обучении учащихся на разных этапах  изучения химии.

1.1 Требования к вычислительным задачам по химии

Важнейшим требованием к задаче, предназначенной для учащихся является четкость в формировке условия. Задача не должна осложняться лишними данными, ненужными для её решения. Этому требованию вполне отвечает большинство задач из сборника, рекомендованного для средней школы и составленного Л. А. Хомченко.

В то же время каждая задача, предлагаемая учащимся должна соответствовать программному материалу. В связи с этим необходимо определить типы задач и минимальное количество их для каждого учащегося с учетом возрастных особенностей и математической подготовки. Отсутствие такой группировки задач затрудняет преподавателя и не обеспечивает необходимого единства требований.

Пока учащиеся получают элементарные сведения  по химии, нужны простые задачи и вопросы, иллюстрирующие количественную сторону закона или явления. Возможно также использование пропорций при решении задач на приготовление растворов. Уже здесь в начале курса необходимо приучать учащихся пользоваться справочным материалом. Так, например, находить в таблицах округленные атомные массы часто встречающихся элементов.

По мере увеличения объёма изученного материала по химии, необходимо вводить задачи, требующие арифметического методы решения.

При изучении тем «Кислоты», «Основания», а также при углублении этого материала полезно познакомить учащихся с таблицами для нахождения процентной концентрации по удельной массе. Весьма существенным требованием к задаче является доступность содержания ее для учащегося и практическое значение. После изучения закона или химического понятия необходимо количественными примерами иллюстрировать их в быту, медицине или промышленности.      

1.2  Значение вычислительных задач в учебном процессе

Использование задач на различных этапах педагогического процесса дает преподавателю широкие возможности разнообразить методы преподавания. Задачи с одинаковым успехом могут применяться:

1.     При объяснении нового материала;

2.     При закреплении;

3.     Для домашнего задания;

4.     При текущем учете знаний;

5.     При повторении изученного материала и итоговом учете, а также при выполнении контрольных работ.

Каждый этап характеризуется своими особенностями, определенными требованиями к содержанию задач и к методам их решения.

При объяснении нового материала задачи могут иллюстрировать рассмотренные химические законы и теоретические положения. Очевидно, что они в этом случае должны отличаться ясностью содержания и простой решения.

Например, после изучения закона сохранения массы веществ, когда изучено его содержание или дана его формулировка, можно предложить учащимся задачи.

Пример 1. При разложении 2,17г оксида ртути выделилось 0,16г кислорода. Сколько ртути при этом образовалось? (задачник, Л.М. Сморгонский, з-1-63)

При решение задач такого типа не требуется сосредотачивать внимание на вычисления; в них только подчеркивается значение закона и на этом основании делается обобщение о возможности применения его для установления количеств реагирующих и образующих веществ.

После изучения закона Авогардо и понятий о молярном объёме газов и  паров необходимо проиллюстрировать их значение примерами, не требующих сложных вычислений, но показывающими возможность практического использования.

Пример 2. Какой объём занимают при нормальных условиях 14г азота, 16г кислорода, 17г аммиака?

Каждая такая задача вскрывает практическое значение изучаемого понятия.

При изложении нового материала ход рассуждений, связанный с решением задач, ведет сам преподаватель, привлекая учащихся к выполнению несложных расчетов.

При закреплении знаний можно предложить учащимся задачи такие же простые, как и при объяснении нового материала. Однако в этом случае надо добиться от ученика самостоятельных рассуждений по ходу решения.

Установив при закреплении знаний, что учащиеся поняли изложенный материал, можно дать для домашнего задания задачи разного уровня сложности.

При текущем учете знаний могут быть использованы те же задачи, которые довались на дом. Важно обратить внимание на правильность хода рассуждений у учащихся, умение связывать задачи с изученным материалом, а также на использование разных способов выполнения расчетов.

При текущем учете знаний необходимо добиваться самостоятельной работы учащихся над задачей. И только в том случае, когда очевидно, что решение задачи затрудняет большинство учащихся, учитель записывает условие задачи на доске и предлагает решить её всей группе. По ходу решения в течении первых 3-4 минут можно определить, как группа справляется с задачей. При невыполнении решения большинством необходимо вызвать учащегося и наводящими вопросами к нему и ко всему группе довести решение задачи до конца.

При повторении изученного материала и при итоговом учете решение задач служит для проверки того, как учащиеся устанавливают связь между отдельными разделами пройденного материала.

Итоговый учет предполагает проверку знаний, полученных в течение большого отрезка времени. Использование задач при проведении его позволяет выяснить подготовку не только отдельных учащихся, но и всех обучающихся. В этом случае необходимо предлагать задачи комбинированного типа, контролирующие как усвоение фактического материала, так и умение использовать его для расчетов.

Проведение контрольной работы достигает своей цели только тогда, когда учащиеся не списывают решение задач друг у друга, а выполняют её самостоятельно. Для этого лучше всего приготовить задание для каждого учащегося в отдельности.

2. Методы решения задач

Решение задач должно подчинятся главной цели – усвоению учащимся химических знаний и развитию навыков логического мышления при изучении химических явлений.

Для осуществления этого имеет значение не только само по себе рассматривание задач, но также и выбор способов решения их. Способ решения задач и ход рассуждений должны способствовать раскрытию физического смысла изучаемого явления. Опыт показывает, что не редко учащиеся, не понимая сущности явления, пытаются решать задачи чисто механически, прибегая к выработанному шаблону. Например ,часто можно столкнуться с таким существенным недостатком, как решение задач с помощью пропорции и в случаях, когда это не является необходимым. Возможно, что причина такого подхода кроется в недостаточном внимании учителя химии к выбору способов решения задач. Имеет значение также отсутствие в методической литературе определенных указаний об использовании задач на отдельных этапах обучения. Между тем решение задач одного и того же типа может производиться разными методами.

Выбирая путь решения задач, необходимо учитывать знания, приобретенные учащимися при изучении математики.

Для выполнения большинства задач по химии, предусмотренных программой, следует использовать уже имеющиеся навыки по: 1) решению пропорций, 2) приведению к единице и 3) составление алгебраических уравнений с одним неизвестным.

В периодической литературе встречаются рекомендации решать химические задачи по готовым формулам. Однако этот способ может найти применение только в отдельных случаях при прохождении некоторых разделов курса, т.к. использование готовых формул не способствует раскрытию физического смысла явления и часто приводит к формальному выполнению вычислений.

В настоящее время во многих отраслях химической промышленности пользуются графическим методом расчетов. Поэтому в условиях колледжа полезно дать учащимся первое представление о возможности выражения количественных закономерностей с помощью графиков.

Вопрос об оформлении условия задачи каждый учитель решает по своему. Задачи со стехиометрическим расчетом по уравнению реакции многие учителя оформляют следующим образом. После знакомства с условием задачи записывают уравнение реакции, затем над формулами проставляют весовые количества веществ, а под ними – атомные и молекулярные массы. Весовое количество искомого вещества обозначают над формулой его через х. После этого делают вычисление.

Пример. К раствору, содержащему 27г хлорида меди, прибавили12г железных опилок. Сколько граммов меди может выделиться при этом?

27г		12г				x
CuCl2	+	Fe	=	FeCl2	+	Cu
1моль		1моль				1моль
Mr=64+(35,5*2)/135		56				64

Однако такой способ оформления условия задачи носит частный характер и применим только тогда когда оно основано на применении уравнения реакции. Для задач других типов этот способ записи не пригоден.

Правильное оформление исходных данных задач способствует успешному анализу ее содержании и выбору последовательности решения.

Упрощенная запись условия задачи с помощью буквенных обозначений придает задачи наглядность и в известной степени помогает решить её.     

27г		12г				x
CuCl2	+	Fe	=	FeCl2	+	Cu
1моль		1моль				1моль
Mr=64+(35,5*2)/135		56				64

Форма сокращенной записи:

Дано:

m(CuC12) =27г

m(Fe) =12г

M(Fe) =135г/моль

M(Cu) =64г/моль

m(Cu) - ?

           После этой записи условия задачи учащиеся должны  устно составить план решения.

           План  решения:

1.     Какую долю молей составляют 27 г хлорида меди?

2.     Какую долю молей составляют 12 г железа?

3.     Основываясь на том, что 1 моль хлорида железа взаимодействует по уравнению реакции с  1 моль железа, выделиться в результате этой реакции.

После этого можно приступать к расчетам.

Ход вычислений будет выглядеть так:

1)    27/135=0,2 моль

2)    12/56=0,214 моль

3)    0,214-0,2=0,014 моль железа в избытке

4)    Расчет ведем по железу т.к оно в избытке, 0,2 моль*64г/моль=12,8 г меди.

5)    Записываем ответ.

2.1 Решение задач с использование пропорции

В ходе решения задач с помощью пропорции предполагается три этапа:1) установление зависимости между количествами веществ, 2) составление пропорции и 3) решение ее.

Приступая к решению задачи, учащиеся объясняют по химическому уравнению сущность процесса и выясняют стехиометрические отношения для вступающих в реакцию и образующихся в результате ее вещества.

Только после этого следует выразить количественные отношения с помощью пропорции. Таким образом, применение пропорции дает возможность полнее пропорции особенно важно на первом этапе обучения.

Однако было бы ошибочно считать использование пропорции лучшим способом решения задач на всех этапах обручения по следующим причинам:1) исключительное применение пропорции приводит к шаблону в решении задач; 2) решение задачи таким способом вызывает излишнюю затрату времени, в результате чего учитель вынужден сократить количество рассматриваемых задач.

Пример вычисления с прямой пропорциональной зависимостью.

Формула спирта C2 H5 OH. Какое количество спирта сгорело, если при этом образовалось 22г углекислого газа?

       Реакция горения спирта:

                        C2 H5OH+3O2=2CO2 +H2O

                         1моль                2моль

M=(12*2)+6+16=46г/моль        2(12+16*2)=88г/моль

Полезно перед вычислением молекулярных масс подчеркивать в уравнении формулы веществ, используемые для вычислений (в данном случае формулы спирта и углекислого газа).

Дано:

M(CO2 )=22г

M(CO2)=44г/моль

n(C2H5OH)-?

План решения (устно):

1)                Установить из уравнения реакции, какое количество вещества углекислого газа образуется при сгорании 1 моль спирта?

2)                Какое количество вещества составляют 22г CO2?

3)                Какое количество спирта сгорело?

Ход вычислений:

  1)44г CO2 составляют 1моль

  22г СО2 ------        x моль

Количество углекислого газа (х) будет во столько раз меньше 1 моль, во сколько раз 22г меньше 44г.

В данном случае имеет место прямая пропорциональная зависимость.

Следовательно:

22:44=х:1

Х=22*1/44=0,5 моль углекислого газа.

2) 2моль СО2 образуется при горении 1моль С2Н5ОН

0,5 моль СО2                    -              х моль С2Н5ОН

В этом случае зависимость также прямо пропорциональная.

Следовательно:0,5:2=х:1

Х=0,5*1/=0,25моль спирта.

  Пример вычисления с обратной пропорциональной зависимостью

Сколько граммов 5- процентного раствора можно получить из 200г 20 –процентного раствора едкого натрия?

Форма сокращенной записи:

Na OH в исходном растворе-20%

Na OH в полученном растворе – 5%

Масса исходного раствора – 200г

Масса полученного раствора - ?

План  решения (устно)

1)                Какова зависимость между весовыми количествами растворов и их концентрациями?

2)                Составить пропорцию и решить ее.

Ход вычислений:

20 – процентного раствора имеется 200г

5 – процентного тогда х г

При разбавлении раствора концентрация уменьшиться, а общее количество раствора увеличиться. Поэтому в данном случае имеет место обратно пропорциональная  зависимость. Х во сколько раз больше 200г, во сколько раз 20% больше 5%, следовательно: х:200=20:5

Х=200*20/5=800г.

2.1Решение задач способом приведения к единице

При  этом способе расчет сводится к определенному содержанию единиц измерения (например, в грамме, килограмме и т.д.) или, наоборот, содержания количества вещества в единице измерения.

Вычисление при решении задач этим способом сводиться к тем же действиям, что и в случае пропорции, но значительно сокращается  ход рассуждений и время на выполнение его. В этом преимущество способа приведения к единице перед способом пропорции. В школьных учебниках решение задач обычно приводиться по этому способу.

Пример.

Формула спирта C2H5OH. Какое количество спирта сгорело, если при этом образовалось 22г углекислого газа?

Ход рассуждений при вычислениях:

44г CO2 составляют 1моль, следовательно, в 1г количество вещества будет в 44 раза меньше ( 1/44), а в 22г – в 22раза больше:

1*22/44=0,5моль CO2

По уравнению реакции при сгорании 1 моль спирта образуется 2 моль углекислого газа. Следовательно ,для образования 1 моль CO2 потребуется спирта в 2 раза меньше, а для образования 0,5 моль CO2 потребуется спирта в 0,5 раза больше:

    1*0,5/2=0,25 моль C2H5OH   

2.3 Решение задач алгебраическим способом

Алгебраический способ решения задач является наиболее принятым на уроках математики в 10-11 классах. Однако учителями химии он сравнительно мало используется.

Особенности этого метода состоя в том, что он требует от учащихся большей глубины в логических рассуждениях и приучает к более широкому использованию математических знаний в жизни.

 Однако алгебраический метод следует использовать только в тех случаях, когда он действительно необходим, т.е. когда арифметическое решение химической задачи более громоздко.

 Возможными случаями применение этого метода являются следующие:

1)                Задачи на приготовление раствора заданной концентрации путем смешения растворов других концентраций;

2)                Вычисление содержания изотопов  в элементе;

3)                Косвенное определение содержание двух веществ в смеси по количеству осадка или объему газа, полученного из них в результате реакции.

Пример 1. Требуется приготовить 350г 15% раствора серной кислоты путем смешения 7,5% и 60% растворов. Сколько потребуется граммов того и другого растворов?

1.                 Устанавливают содержание H2SO4  в 1г данных растворов: 7,5% раствор  содержит в1г 0,075г серной кислоты; 60%- в 1г 0,60г;15%- в 1г 0,15г серной кислоты

2.                 Составляют алгебраические обозначения.

А) Общий вес 7,5% раствора, расходуемого на смешение ,принимаются за х г, тогда содержание в нем чистой H2SO4 ,будет равно 0,075х.

Б) Содержание чистой  H2SO4 в 350г 15% раствора будет равно 0,15*350г.

3. Из этих данных составляют алгебраическое уравнение, выражающие баланс серной кислоты:

0,075х+0,60*(350-х) =350*0,15

4.решают уравнение

0,075х+210-0,6=52,5

Х=157,5/0,525=300г 7,5% раствора, а 60% раствора необходимо взять: 350-300=50г.

Пример 2. Каково процентное соотношение изотопов Ne приходится на каждые 100 атомов природного неона, имеющего средний атомный вес 20,2.

1.                 Составляют алгебраические обозначения. Принемают количество атомов неона 20, содержащееся в 100атомах природного неона, за х ,  тогда неон 22 будет 100-х. Вес атомов неона 20 равняется 20х,а неона 22-----22(100-х).

2.                 Из этих данных составляют алгебраическое уравнение, выражающее весовой  баланс атомов неона:

20х+22(100-х)=20,2*100

3.                 Решают уравнение:

20х=2200-22х=2020

2х=180

Х=180/2=90 атомов неона 20

Тогда атомов изотопа неона 22 содержится:100-90=10

Следовательно, на каждые100 атомов природного неона приходиться 90 атомов неона 20 и 10 атомов неона 22. Эти числа выражают процентный состав изотопов в природном неоне.

Пример 3.

Из 24,5 смеси сульфата калия и сульфата натрия получено 34,95г сульфата бария. Сколько граммов сульфата калия и сульфата натрия содержалось в смеси?

Решение:

1.                 Определяют молярные массы

K2SO4-175/моль

Na2SO4-142г/моль

BaSO4-233г/моль

2.                 Составляют алгебраические обозначения.

А) Общий вес 7,5% раствора, расходуемого на смешение, принимают за хг, тогда содержание в нем чистой H2SO4 ,будет равно 0,075х.

Б) Общий вес 60% раствора, расходуемого на смешение, будет равен 350-хг,а содержание в нем H2SO4 составляет 0,6*(350-х)г.

В) Содержание чистой H2SO4 в 350г 15% раствора будет равно 0,15*350г.

3. Из этих данных составляют алгебраическое уравнение, выражающие баланс серной кислоты:

0,075х+0,60*(350-х)=350*0,15

3.                 Решают уравнение

0,075х+210-0,6х=52,5

0,525х=175,5

Х=157,5/0,525=300г 7,5%раствора, а 60% раствора необходимо взять:350-300=50г.

По тому же рассуждению из (24,-х)г Na2SO4 образуется:233/142*(24,5-х)г

1.                 Составляют алгебраическое уравнение, выражающие весовой баланс сульфата бария:233/17х+233/142*(24,5-х)=34,95

2.                 Решают уравнение:1,34х+40,18-1,64х=34,95;0,3х=5,23;х=17,4гK2SO4

3.                 Вычисляют содержание Na2SO4 в смеси поразности:24,5-17,4=7,1г.

2.4 Решение задач по готовым формулам

Решение задач по готовым формулам  представляет собой чаще всего механическое применение некоторых математических способов. Этим методом пользуются преподаватели физики при тех расчетах, когда задача основана на понятия, вытекающем из сочетания нескольких законов. Поэтому механическим действиями в расчетах следует пользоваться только тогда, когда достаточно понято внутреннее содержание явления или когда решение задачи без готовой формулы требует привлечения ряда закономерностей, непосредственно не связанных с рассматриваемым вопросом.

В качестве примера можно назвать вычисление молекулярных масс паров и газов по уравнению:

                                     M=M1*D

Или вычисление плотности одного газа по другому с помощью формулы:

                                   D=M/M1

На основании закона Авогадро для определения молекулярной массы исследуемого газообразного вещества нужно найти плотность его по другому (известному) веществу и знать молекулярную массу последнего. Плотность представляет собой отношение масс равных объемов равных объемов двух газов при одинаковых условиях. Например, масса 1л CO при н. у. равен 1,25г, а масса 1лH2 – 0,089г. Тогда плотность CO по водороду будет равна:

                                DH=1,25/0,089=14

В этом случае молекулярную массу следует находить по формуле  M=2*D11где 2 представляет собой молекулярную массу водорода.

Подставляя в формулу плотность оксида углерода (//):М=2*14=28.

 Плотность исследуемого газа можно определить по любому другому газу. Часто при определении молекулярной массы пользуются плотностью исследуемого газа по воздуху. Исходя из веса 1л молярного объема (1,29г*22,4), средняя молекулярная масса воздуха принимают равным 29.

При использовании формулы D=M/M1следует шире раскрывать значение D и показать возможность нахождения плотности из отношения молекулярных масс любых газов.

Пример. Определить плотность углекислого газа по водороду, по кислороду и по азоту на основании их молекулярных масс.

Плотность CO2 по водороду: D=M(CO2)/M(Р2)=44/2=22;

По кислороду D=M(CO2)/M(O2)=44/32=1,38;

По азоту D=M(CO2)/M(N2)=44/28=1,57.

Применение готовых формул не способствует одной  из основных целей курса химии – развитию логического мышления при установлении связи между явлениям.

2.5 Значение графиков и диаграмм при установлении количественных закономерностей

Графический метод имеет широкое распространение в химической промышленности при выражении количественных зависимостей между свойствами веществ и их составом. В курсе химии графический метод может играть только подсобную роль при выяснении некоторых закономерностей. Например, для доказательства периодического изменения свойств у элементов второго и третьего периодов, можно построить и показать кривую изменения температур плавления.

Рассмотрим данные о температурах плавления элементов (по справочнику П.Н. Коржева):   

Химические элементы	Температуры плавления
Li	186
Be	1350
B	2300
N	210
O	218
F	223
Ne	248,7
Na	97,5
Mg	651
Al	660
Si	1420
P	590
S	113
Cl	102
Ar	189

Для построения кривой на вертикальной оси следует отложить температуру  плавления, а на горизонтальной  - название элементов в порядке у увеличения их порядковых  номер.

При рассмотрении графика отчетливо обнаруживаются два подъема, имеющие на своих вершин ах элементы четвертой группы углерода и кремния, а остальные элементы располагаются по бокам этих двух пиков.

Графика и диаграммы можно использовать 1) при повторении растворимости твердых  веществ в зависимости от температуры; 2) при рассмотрении периодического закона для демонстрации изменения свойств простых веществ в зависимости от порядкового  номера элемента.

       При  изучении растворов учащиеся имеют возможность по данным растворимости  веществ при различной  температуре построить кривые.

3.Типы расчетных задач

3.1 Задачи на темы с производственным содержанием

Значение химии как науки становится особенно ясным, когда изучаемый материал связывается с практическими вопросами. Одним из способов связи его с жизнью является решение задач на темы с производственным содержанием. Простое упоминание вещества, употребляемого в качестве сырья или продукта производства, не может запоминаться тот же материал, если использование его сочетать с изучением количественных отношений, т.е.с вычислениями.

Отводимое по программе время не позволяет рассматривать количественные отношения во всех возможных случаях. Поэтому следует  заранее спланировать, какие вопросы программы можно использовать для решения задач с производственным содержанием.

В начале обучения необходимо показать с помощью задач, где и как используются изучаемые вещества. Следует разъяснить на простых примерах, что растворы с определенной концентрацией используют в  медицине для лечения, дезинфекции и т.д. Точно также в промышленности широко применяют растворы кислот, щелочей и солей с известной концентрацией в самых различных целях (заливка аккумуляторов, очистка нефтепродуктов и т. д.).

В дальнейшем необходимо вводить такие задачи, которые способствовали бы пониманию основных вопросов технологии производства кислот, щелочей, минеральных удобрений, пластических масс, искусственного волокна и т. д.

Такого рода  задачи могут иметь различные направления:

1.                 Задачи, в которых обращается внимание на получение вещества или на применение его в производственных условиях.

Пример 1. Кальцинированная сода Na2CO3 находит широкое применение в производстве стекла. Сколько соды потребуется для получения 1т стекла, содержащего 17%Na2O?

Пример 2. Один  из видов латуни содержит 60% меди и 40% цинка. Он представляет собой химическое соединение меди цинком. Найдите  молекулярную формулу этого соединения.

2.                 Задача, в которых сосредотачивается внимание на определении выхода продукта реакции по отношению к теоретическому.

Перед рассмотрением их учащимся разъясняют, что выход  получаемого продукта представляет собой отношение количества этого продукта к теоретическому. Например, теоретически из 120 кг Fe S2 при полном использовании серы можно получить 196кг серной кислоты. Практически же полное сжигание серы в железном колчедане не достигается и в огарках  остается  2-3%. В этом случае из 120кг железного колчедана может получится серной кислоты приблизительно 192кг. Тогда выход серной кислоты будет равен: 192*100/196=97,9%

Часто выход  продукта выражают не в процентах, а количеством его на единицу массы исходного вещества.

3.                 Задачи, вскрывающие химическую сторону технологического производства и требующие составления уравнений реакций, по которым протекает производственный процесс.

Сколько кубических метров водорода должно вступить в реакцию, чтобы образовалось17кг аммиака?

4.                 Задачи, сосредотачивающие внимание учащихся на масштабах  производства в целом в целом или на размерах аппаратуры.

Такой тип задач возникает в связи с экскурсиями на производство.

Пример. Шахтная печь для получения негашеной  извести CaO имеет в среднем высоту 14м и диаметр 4м; выход извести составлять 600-800кг на 1м³    печи в сутки. Определить общий суточный выход извести.

Пример 1. Водяной газ получают по уравнению:

                         C+H2O=CO+H2

Вычислите, в каких массовых отношениях находятся  между собой углерод, вода, окись углерода и водород.

Пример 2. Для подкормки растений потребовалось 250кг 0,5 процентного раствора калийной селитры. Сколько килограммов селитры и воды необходимо взять для приготовления 4кг такого раствора?

Применение задач с производственным содержанием расширяются, так как программой предусмотрен ряд новых типов задач с использованием уравнений реакций. Этому способствует и само содержание изучаемого материала- щелочных металлов, галогенов, кислорода, серы. В процессе рассмотрения его учащиеся должны познакомиться с производственной  аппаратурой и с элементами технологии химических веществ – солей, кислот и щелочей. знакомятся они и с практическим использованием этих веществ в различных отрослях.

В разделе «Щелочные металлы» необходимо рассмотреть вообще соединения натрия и калия, а также применение последних в качестве удобрений.

  Пример. Содержание солей калия учитывают в калийных удобрениях по окиси калия. Какому количеству оксида калия соответствуют: а) 1кг сульфата калия, б) 2кг хлорида калия.

  В теме « Кислород и сера» следует оттенить получение серной кислоты контактным способом, концентрации различных сортов ее, а также применение серной кислоты и сульфатов в народном хозяйстве.

  Решение задач в 10 – 11 классах должны быть комбинированными, в которых требуются знания химического материала за предыдущие классы.         

3.2            Выход химических формул

1.                 Нахождение химической формулы вещества по массовым  долям элементов

                          Задача. Элементный состав вещества следующий: массовая доля элемента железа 72,41%,массовая доля кислорода 27,41%, массовая доля кислорода 27,59%. Выведите химическую формулу.

Решение. 1) Находим отношение числа атомов:

     Fe:O=72,41/56=27,59/16≈1,29:1,72

2)Меньшее число принимаем за единицу и находим следующее         отношение:

Fe:O≈1:1,33

 3.Так  как должно быть целое число атомов, то это отношение приводим к целым числам:

Fe:O=3:3,99≈3:4

Ответ: Химическая формула данного вещества Fe3O4

2.Нахождение химической формулы по отношению масс элементов, входящих в состав данного вещества

Задача. Найдите химическую формулу вещества, в состав которого входит 9 масс. ч. алюминия и 8 масс. ч. кислорода.

Решение. Находим отношение числа атомов:

Al:O=9/27:8/16=0,33:0,5=0,99:1,5≈2:3

Ответ: химическая формула данного вещества Al2O3

3.Нахождение химической формулы вещества по массовым долям элементов, если указана плотность или относительная плотность данного вещества в газообразном состоянии

Задача 1. Экспериментально установлено, это элементный состав газообразного вещества следующий: массовая доля углерода 85,71%, массовая доля водорода 14,29%. Масса 1л этого газа при н.у. составляет 1,25 г. Найдите химическую формулу данного вещества.

Решение. 1) Находим отношение числа атомов элементов:

C:H=85,71/12:14,29/=7,14:14,29≈1:2

Следовательно, простейшая формула этого газа CH₂

2)                Находим молярную массу по простейшей формуле M(CH₂)=12+2=14г/моль. Однако отношение чисел атомов 1:2 соответствуют много формул, напримерC2H4, С3Н6 и т. д.

3)                Чтобы выяснить, какая из этих формул соответствует данному газу находим молярную массу по плотности:

 M=V*p=22,4*1,25=28;

М=28г/моль

Так, как близкая по численному значению молярная и масса, равная 28г, соответствует лишь формуле С2Н4(этилен).

Задача 2. При сгорании 2,3г вещества образуется 4,4г оксида углерода (lV) и 2,7 г воды. Плотность паров данного вещества по воздуху равна 1,59. Определите молекулярную формулу данного вещества.

Решение. Так как при сгорании данного вещества образуются оксид углерода (lV) и вода, то из этого следует, что в состав данного вещества входят углерод и водород.

1)Находим массу углерода:

М(СО2)=44г/моль;

44гСО2 содержат 12г С

4,4гСО2-------х1

44:4,4=12:х1; х1=4,4*12/44=1,2; х1=1,2гС

4.Находим массу водорода:

М(Н2О)=18г/моль;

18г Н2О содержат 2г Н

2,7г Н2О----------х2

18:2,7=2:х2; х2=2,7*2/18=0,3; х2=0,3г Н

3)Если в исследуемом веществе содержится кислород, то его находят по разности массы вещества и суммы масс углерода и водорода:

M(С) +m(H)=1,2г+0,3г=1,5;

m(O)=2,3г-1,5г=0,8г

4)                Находим отношение числа атомов элементов:

C:H:O=1,2/ 12:0,3/1:0,8/16=0,1:0,3:0,5=2:6:1

Следовательно простейшая формула этого вещества C2H6O

5)                Находим молярную массу исследуемого вещества по простейшей формуле и относительной плотности его паров по воздуху:

M(C2H6O)=46,г/моль;

M=29*D воздуха=29*1,59=46,11;M=46,11г/моль

В данном случае простейшая формула C2H6O является истинной.

Ответ. Химическая формула вещества C2H6O     

3.3   Расчеты по химическим формулам

1.     Нахождение отношения масс элементов по химической формуле сложного вещества.

Задача. Найдите отношение масс элементов в гидроксиде  кальция.

Решения. 1) Находим молярную массу гидроксида  кальция:

M(Ca(OH)2)=40+(16+1)*2=74;M=74г/моль

2)Находим отношение масс кальция, кислорода и водорода:

Ca:O:H=40:32:2=20:16:1

Ответ: отношение масс кальция, кислорода и водорода в гидроксиде кальция равно 20:16:1

2.                 Нахождение содержания массовых долей элементов в сложном веществе

Задач. Вычислить массовые доли элементов в гидроксиде натрия.

Решение.1) Находим молярную массу гидроксида натрия:

M(Na OH)=23+16+1=40;M(Na OH)=40г/моль

     2)Вычисляем массовую долю натрия:

     ώ(Na)=23/40=0,575массовых долей, или 57,5%

    3)Вычисляем массовую долю водорода

     ώ(О)=16/40= 0,4 массовых долей, или 40%

     4)Вычисляем массовую долю кислорода

     ώ(Н)=1/40=0,025 массовых долей, или 2,5%

     5)Проверяем правильность вычисления:

     0,575+0,4+0,025=1,00(в масс. д.)

     57,5+40+2,5=100(в %)

      Ответ. Элементным состав Na OH  следующий: массовая доля натрия 0,575 (или 57,5%), массовая доля кислорода 0,4 (или 40%) и массовая доля водорода 0,025(или 2,5%).

Примечание. Содержание водорода можно также вычислить по разности:

ώ(Na)+ώ(O)=0,575+0,4=0,975;

ώ(H)=1,0 – 0,975= 0,025;

ώ%(Na)+ώ%(O)=57,5+40=97,5;

ώ%(H)=100 – 97,5=2,5

3.Нахождение массы элемента по известной массе сложного вещества

Задача. Вычислите, сколько алюминия содержат 408 т оксида алюмия.

Решение.1)Находим  молярную массу оксида алюминия:

M(A1203)=27*2+16*3=102;M(A1203)=102г/моль;

2)Вычисляем массу алюминия, содержащуюся в 408т оксида алюминия:

102т Al2O3 сдержат 54т Al

408т Al2O3---х

102:408=54:х; х=408*54/102=216; х=216т Al

(Здесь и далее вычисление ведется в тех единицах массы, которые указаны в условиях задач.)

Вычисления можно производить и так:

m(Al)m(Al2O3)=2M(Al)(Al2O3)=408*2*27/102≈216

m(Al)=216т

Ответ. 408т Al2O3 содержат 216т Al

Примечание. Если в условии задач дано вещество с примесью, тогда предварительно вычисляют массу  чистого вещества, содержащего  примеси. Затем поступают, так как указано выше.

5.Нахождение массы сложного вещества по заданной массе элемента

Задача. В какой массе оксида меди(//)содержаться 3,2 меди?

Решение.1)Находим молярную массу оксида меди(//):

M(Cu O)=64+16=80;M(Cu O)=80г/моль

2)Вычисляем массу оксида меди(//):

64т Cu содержится в 80т Cu O

3,2тCu----х

64:3,2=80:х; х=3,2*80/64=4; х=4т CuO.

3.4   Расчеты с использованием понятия «моль»

1.                 Вычисление количества вещества, соответствующего определенной массе вещества.

Задача 1. Дано 32г. Меди. Вычислите количество меди.

Решение. Пользуясь формулой v=m/M, где v- количество вещества,  m- масса вещества, М молярная масса данного вещества, находим количество вещества меди.

v=m/M=32/64=0,5; v(Cu)=0,5 моль

Можно рассуждать и так:

64г. Меди составляют 1 моль

32г меди х

64:32=1:х; х=32*1/64=0,5; х=0,5моль Сu

Ответ : 32г меди составляют 0,5 моль.

2.                 Вычисление массы вещества по известному числу молей вещества

Задача 1. Дано 0,25 моль серы. Вычислите массу серы.

Решение.

N=m/M; m=v*M=0,25*32=8; m(S)=8г

Ответ: 0,25 моль серы соответствует 8г серы.

Задача 2. Дано 2 моль серной кислоты. Вычислите массу серной кислоты.

Решение. 1) вычисляем молярную массу серной кислоты:

М(Н2SO4)=98г/моль

3)    Определяем массу серной кислоты:

v=m/M; m=v*M=2*98=196; m(H2SO4)=196г

Ответ: 2 моль серной кислоты соответствует 196г серной кислоты.

3.                 Вычисление числа атомов и молекул, содержащихся в определенной массе вещества

Задача 1. Сколько атомов содержится в 20г кальция?

Решение. 1)вычисляем количество вещества, соответствующие 20г кальция: v=m/M=20/40=0,5; v(Ca)-0,5 моль

2) вычисляем число атомов кальция:

1 моль содержит 6,02*10²³   атомов

0,5 моль---х атомов

1:0,5=6,02*10²³:х; х=0,5*6,02*10  ; х=3,01*10²³  атомов.

Ответ: в 20г кальция содержится 3,01*10²³ атомов.

Задача 2. Сколько молекул содержится в 36г воды?

Решение. 1) определяем молярную массу воды:

М(Н2О)=18г/моль

2) находим количество вещества воды:

 v=m/M=36/18=2; v(Н2О)=2 моль

3) Определяем число молекул воды:

1 моль Н2О содержит 6,02*10²³  молекул

2        моль Н2О – х

1:2=6,02*10²³:х; х=2*6,02*10²³ =1,204.10

1,204*10²³  молекул Н2О

Ответ: в воде массой 16г содержится 1,204*10²³  молекул.

3.5  Расчеты, связанные с использованием плотностей, относительных плотностей и молярного объема газов

1.     Нахождение плотности и относительной плотности газа по химической формуле данного газа

Задача. Вычислите плотности и относительные плотности оксида углерода (IУ) по водороду, метану и воздуху (плотность обозначается буквой р, а относительная плотность – буквой D) (1, с. 139).

Решение. 1) вычисляем молярные массы газов:

M(CO2)=44г/моль; M(H2) – 2г/моль; M(CH4)=16г/моль; M возд =29г/моль.

2) Вычисляем плотности оксида углерода (lУ):

P=44/22,4=1,96; p(CO2)=1,96г/л; D(CH4)=44/16=2,75; D(H2)=44/2=22; D возд =44/29=1,52

Ответ: p(OH2)=1,96 г/л (масса 1л при н. у.);D(H2)=22;D(CH4)=2,75;Dвозд =1,5.

Тогда вида расчеты широко применяются на практике, так как часто требуется определить, тяжелее или легче данный газ по отношению к воздуху.

2.Вычесление объема определенной массы газообразного вещества н.у. Задача. Какой объем занимают 48г кислорода?

Вариант 1

Решение. 1) Вычисляем молярную массу кислорода;

M(02)=32г/моль

Находим, какой объем занимают 48г кислорода;

32г О2 занимают объем 22,4л

48гО2—х

32:48=22,4:х; х=48*22,4/32=33,6х=33,6л О2

Ответ. Кислород массой 48г занимает объем33,6л.

Вариант 2

1)                Вычисляем молярную массу кислорода:

M(O2)=32г/моль

2)                Находим количество вещества, которому соответствует 48г кислорода:

v=m/M;v(O2)=48/32=1,5

3)                Рассчитываем объем, который занимают 1,5 моль кислорода(н.у.): v(O2)=1,5*22,4=33,6л

Ответ. Кислород массой 48г занимает объем 33,6л.

3. Вычесление массы газообразного вещества, занимающего определенный объем

(При расчетах необходимо следить за тем, чтобы единицы измерения разных величин были пропорциональным. Так если масса газообразного вещества выражена в килограммах, то объем следует выражать в кубических метрах.)

Задача. Вычислите массу газовой смеси, состоящий из 5,6м³ метана и оксида углерода(//):

(CH4)=15г/моль. M(CO)=28г/моль.

2) Определяем массу 5,6м³ метана:

Масса22,4м³  CH4 составляет 16кг

5,6м³   CH4 – х

22,4:5,6=16:х1х1=5,6*16/22,4=2; х1=4кг СН4

  3)Определяем массу 2,24м³  оксида углерода(11):

          Масса22,4м³ СО составляет28кг

а 2,24м³  СО х2

22,4:2,24=28:х2; х2=2,24*28/22,4=2,8; 2,8кгСО

4)Находим общую массу газовой смеси:

2кг+2,8кг=6,8кг

Ответ: общая масса газовой смеси 6,8кг.

4.Вычисление массы вещества по уравнениям химических реакций, в которых участвую или образуются газы

Задача. Какой объем кислорода и воздуха потребуется, чтобы сжечь 224м³     

Оксида углерода(11),если содержание в нем негорючих примесей в объемных долях равно 0,24(или25%)?

Решение. 1) Вычисляем, сколько чистого оксида углерода (//) содержится в смеси:

V=m/M; v(O2)=48/32=1,5моль

3)Рассчитываем объем, который занимают 1,5 моль кислорода (н.у.):

V(O2)=1,5*22,4=33,6л

Ответ. Кислород массой 48г занимает объем 33,6л.

3.Вычесление массы газообразного вещества, занимающего определенный объем

(При расчетах необходимо следить за тем, чтобы единицы измерения разных величин были пропорциональными. Так если масса газообразного вещества выражена в килограммах, то объем следует выражать в кубических метрах.)

Задача. Вычислите массу газовой смеси, состоящей из 5,6м³ метана и 2,24м³оксида углерода (11):

Решение.1) Вычисляем молярные массы метана и оксида углерода(//):

2)Определяем массу 5,6м³ метана:

масса 22,4м³ CH4составляет 16кг

5,6м³CH4 – х

22,4:5,6=16:х1х1=5,6*16/22,4=4; х1=4кгCH4

3)Определяем массу 2,24м³оксида углерода(11):

Масса 22,4м³СО составляет 28кг

а2,24м³ СО х2

22,4:2,24=28:х2; х2=2,24*28/22,4=2,8; 2,8кг СО

4)Находим общую массу газовой смеси:

4кг+2,8кг=6,8кг

Ответ: Общая масса газовой смеси 6,8кг.

4.Вычесление массы вещества  по уравнениям химических реакций, в которых участвуют или образуются газы

Задача. Какой объем кислорода и воздуха потребуется, чтобы сжечь 224м³ оксида углерода (11), если содержание в нем негорючих примесей в объемных долях равно 0,25(или25%)?

Решение. 1) Вычисляем, сколько чистого оксида углерода (//) сдержится в 100м³ смеси содержат 75м³СО

224м³смеси – х1

100:224=75:х1=224*75/100=168; х1=168м³СО

Вычисление можно произвести так:v(CO)=224м³,80,75=168м³ СО.

2)Определяем, какой объем кислорода потребуется, чтобы сжечь 168м³СО:

2СО     +     02---2СО2

2моль          1моль

2*22,4м³        22,4м³

168м³            х2

44,8:168=22,4:х2; х2=168*22,4/44,8=84; х2=84м³О2

Если молярные объемы обозначить буквой  V₀, то вычисление можно производить итак:

2V(CO)/2V(CO)=V₀(CO)/V₀(O2);

V₀(O2)=V(O2)*V₀(CO)/2V(CO)=22,4*168/44,8=84; V₀(O2)=84м³ О2

7.Находим объем воздуха, необходимый для реакции:100м³ воздуха содержат 21м³ кислорода

Х3 -84м³

100:Х3=21:84; Х3=100*84/21=400; Х3=400м³ воздуха

Ответ. Потребуется 84м³ кислорода или 400м³ воздуха.   

8. Расчеты, связанные с определением массовой доли растворенного вещества в растворе

 1.Вычисление массы растворного вещества и растворителя, если известны массовая доля растворенного вещества и масса раствора

Задача. Вычислите массу хлорида натрия и воды, необходимых для приготовления 500г раствора, в котором массовая доля хлорида натрия равна 0,05(5%).

Решение.1) Находим, какая масса хлорида натрия необходима для приготовления указанного раствора. При решении можно использовать два подхода:

1 массовая доля соответствует 500г

0,05мас.д.- х

1:0,05=500:х; х=0,05*500/1=25; х=25гNa Cl

Рассуждать можно и так:

А)100г раствора содержат 5гNa Cl

500u – х

100:500=5:х; х=*500/100=25; х=25гNa Cl

Б)m(Na Cl)=500г*0,05=25г

2)Вычисляем, какая масса воды потребуется:

m(H2O)=500г – 25г=475г

Ответ. Потребуется 25гN Cl и 475г воды.

Задача. 2. Какой объем хлороводорода (н.у.) и воды потребуется, чтобы приготовить 1 литр раствора (p1,05г/см³), вкотором массовая доля хлороводорода равна 0,1(10%)?

Решение. 1) вычисляем массу 1л раствора, в котором массовая доля хлороводорода равна 0,1 (или10%).

Вычисление можно провести по известной вам формуле из курса физики:

P=m/; m=p*V

M=1000*1,05=1050; m_раст=1050г

2)Находим массу хлороводорода, содержащегося в 1050г раствора соляной кислоты указанной концентрации:

1Ma C.д. соответствует 1050г

0,1мас.д.---х1

1:0,1=1050:х1; х1=1050*0,1/1=105г; х1=105гH Cl

Или m(HCl)1059*0,1=105г; m=105г

3)Вычисляем, какой объем (н.у.) занимают 105г хлороводорода:

M(HCl)=36,5г/моль

36,5г HCl занимают объем 22,4л

105гHCд – х2

36,5:105=22,4:х2; х2=105*22,4/36,5=64,44; х2=64,44л HCl

4)    Находим, сколько потребуется воды  для приготовления раствора:

5)    M(H2O)=1050 – 105г =945г

 Ответ. Потребуется 64,44л HCl и 945мл воды.

2.     Вычисления, связанные с разбавлением растворов

Задача 1. Какой объем раствора (p1,80г/см³), в котором массовая доля H2SO4 равна 0,88,потребуется, чтобы приготовить 1л раствора, в котором массовая для H2O4 ,будет равна 0,1(p=1,069г/см³)?

Решение.1) вычисляем массу 1л раствора, в котором массовая доля H2SO4 равна 0,1(или10%):

M_раст=1000*106,9=106,9; m_раст=106,9г

2)Определяем массу чистой серной кислоты, которая потребуется:

100г приготовляемого раствора содержат 10г H2SO4

1069---х1

100:106,9=10:х1; х1=106,9*10/100=106,9;х1=106,9г

или m=106,9*0,1= 106,9,m(H2O4)=106,9г

3)Находим, сколько потребуется раствора, в котором массовая доля серной кислоты равна 0,88(или88%):

100г раствора содержат 88гH2O4

Х2--- 106,9г H2SO4

100:х2=88:106,9; х2=100*106,9/88=121,5;х2=121,5г раствора

4)Вычисляем, какой объем занимают 121,5г раствора, в котором массовая доля H2SO4равна 0,88(или 88%):

V_раст=121,5/1,80=67,5; V_раст=67,5мл

Ответ. Потребуется 76,5мл раствора, в котором массовая доля серной кислоты составляет 0,88.

Задача 2. Какой объем воды потребуется для разбавления 200мл раствора (p=1,4г/м³), в котором массовая доля H2O составляет 0,68 (или 68%),чтобы получить раствор, в котором массовая доля HNO3 равна 0,1(или10%)?

1)    Находим массу 200мл разбавляемого раствора азотной m_раст =200*1,4=280;m_раст=280г

2)    Вычисляем массу чистой азотной кислоты, содержащейся в 280г разбавляемого раствора

100г раствора содержат 68г HNO3

280----х1

100:280=68:х1; х1=280*68/100=190,4; х1=190,4г HNO3 или m(HNO3)=280*0?68=190?4г

3)    Вычисляем, какую массу 10%- нового раствора  можно приготовить из 190,4г чистой азотной кислоты:

100г раствора содержат 10г HNO3

Х2---190,4г HNO3

100:х2= 10:109,4; х2=100*190,4/10=1904, х2= 1904г HNO3 или m(HNO3)=190,4/0,1= 190,4г

4)    Находим объем воды, который необходимо прилить для приготовления раствора заданной концентрации:

m(H2O)=190,4-280г=1624г

1624г соответствуют 1624мл

Ответ. Требуется прилить 1624мл воды.

3.6. Расчеты по уравнениям химических реакций

При решении задач по уравнениям химических реакций рекомендуется соблюдать указанную ниже последовательность:

1. Если вещества даны с примесями, то сначала вычисляют массу чистого вещества, содержащегося в смеси.

2. Составляют уравнение соответствующей химической реакции.

3. В уравнении реакции одной чертой подчеркивают химические формулы веществ, массы которых требуется вычислить.

4. Вычисляют количества тех веществ формулы которых подчеркнуты.

5. Найденные числа пишут под соответствующими химическими формулами и производят вычисления.

1. вычисление массы вещества (исходного или получаемого) по уравнению реакции, если известна масса другого вещества (получаемого или исходного)

Задача 1. Какая масса гидроксида натрия образуется при взаимодействии 2,3г натрия с водой?

Решение.  Составляем уравнение реакции и находим массы, соответствующие тем количествам вещества, которые заданы уравнением:

2Na   +    2HOH     2NaOH + H2                    M(Na)= 23г/моль

46г                        80г                                   m(Na)= 2*23 46г

2,3г                       хг                                     M(NaOH)40г/моль

46:2,3= 80:х; = 2,3*80/46= 4;                         m(NaOH) =2*40= 80г

х =4г NaOH

Вычисление можно производить и так:

2М(Na)/2M(NaOH)=m(Na)\m(NaOH)=m(NaOH)=2M(NaOH)*m(Na)\2M(Na)= 80*2,3/46=4; m(NaOH)=4г

Ответ: образуется 4г гидроксида натрия.

Задача 2. Какая масса карбоната кальция потребуется, чтобы получить 224т оксида кальция?

Решение. Составляем уравнение реакции и производим вычисление:

СаСО3      СаО + СО2                                            M(CaCO3)=100г/моль

                                                                              m(CaCO3)=100т

                                                                              M(CaO)=56г/моль

                                                                              m(CaO)=56т

100т            56т

хт                224т

х:100=224:56;  х=100*224/56=400;  х=400т CaCO3

Ответ: требуется 400т СаСО3

11. Вычисление массы вещества (исходного или получаемого) по уравнению реакции, если известна масса другого вещества (получаемого или исходного), содержащего определенную массу примесей

Задача. Какая масса оксида кальция может быть получена из 500т известняка, в котором массовая доля примесей составляет 0,2 (или 20%)?

Решение. 1) Находим массу чистого карбоната кальция:

100т известняка содержат 80т CaCO3

500т --- х

100:500=80:х;  х=500*80/100=400;  х=400т СаСО3

2)Составляем уравнение реакции и производим вычисление:

СаСО3        СаО + СО2

100т            56т

400т            х1т

M(CaCO3)=100г/моль

m(CaCO3)=100т

M(CaO)=56г/моль

m(CaO)=56т

100:400=56:х1  х1=400*56/100=224; х1=224т СаО

Ответ: можно получить 224т СаО

Задача 2. Какая масса жженой извести, в которой массовая доля оксида кальция составляет 0,9 (или 90%), может быть получена из 800т карбоната кальция?

Решение. 1) Составляем уравнение реакции и вычисляем, сколько можно получить СаО без примесей:

СаСО3      СаО + СО2

IOOт          56т

800т           х1т

М(СаСО3) =100г/моль

m(СаСО3) =100т

М(СаО) =56г/моль

m(СаО) =56т

100:800=56:х1 х1=800*56/100=448; х1=448т (чистого СаО)

2) Находим массу жженой извести с примесями

90т чистогоСаО содержится в 100т жженой извести

448т СаО в х2

90:448=100:х2   х2=448*100/90=497,8;  х2=497,8т жженой извести.

Ответ: можно получить 497,8т жженой извести, в которой массовая доля оксида кальция составляет 90%.

3. Вычисление массы продукта реакции, если известна массовая доля выхода продукта реакции по сравнению с теоретически возможным (и обратная задача)

Задача1. На гашенную известь, взятую в необходимом количестве, подействовали 3,15кг чистой азотной кислоты. Какую массу нитрата кальция получили, если практический выход в массовых долях составляет 98% по сравнению с теоретическим?

Решение. 1) согласно уравнению реакции находим теоретический выход:

Са(ОН)2 + 2НNO3       Ca(NO3)2 +  2 HOH             M(HNO3)=63г/моль

                  126г                164кг                                 m(HNO3)=2*63=126кг

                 3,15кг             х1                                      M(Ca(NO3)2)=164г/моль

                                                                                 m(Ca(NO3)2)=164кг

126:3,15 =164:х1;  х1=3,15*164/126 =4,1;  х1=4,1кг Са(NO3)2 (теоретический выход)

3) Находим  98%-ный выход:

4,1кг Са(NO3)2 соответствуют 100%-ному выходу

Х2--- 98%

4,1:х2 =100:98;  х2 =4,1*98/100 =4,02; х2 =4,02кг Са(NO3)2 (выход практический)

Ответ: получили 4,02кг Са(NO3)2.

Задача 2. Из 140т жженой извести получили 182т гашеной извести.

Сколько процентов, или массовых долей, это составляет от теоретически возможного выхода?

Решение.1( Согласно уравнению реакции находим теоретически возможный выход:

CaO  +   HOH       Ca(OH)2                           M(CaO)= 56г/моль

56т                       74n                                    m(CaO) =56т

140т                     [1                                      M(Ca(OH)2) =74г/моль

                                                                      M(Ca(OH)2) =74т

56:140=74:х1; х1=10*74/56=185; х1=185т Ca(OH)2 (теоретический выход)

2) Находим практический выход:

185т Ca(OH)2 - 100%

182т Ca(OH)2 – х2

185:182 =100:х2  х2 =182 100 =98,38; х2 =98,38% (практический выход)

Ответ: практический выход составляет 98,38%, или 0,9838 мас. д.

4. Вычисление массы продукта реакции, если одно из исходных веществ взято в избытке

Задача 1. Вычислите массу сульфата бария, выпадающего в осадок при сливании растворов, один из которых содержит 522г нитрата бария, а второй – 500г сульфата калия.

Решение. 1) составляем уравнение реакции:

Ba(NO3)2  +   K2SO4     BaSO4    +  2KNO3              M(Ba)

(NO3)2) =261г/моль                                                    m(Ba(NO3)2) =261г

1моль          1моль             1моль                                  M(K2SO4) =174г/моль

261г              174г              233г                                    m(KSO4) =174г

522г              500               х                                        M(BaSO4) =233г/моль

                                                                                     M(BaSO4) =233г

2) Находим количество каждого из веществ, которые содержатся в растворе:

v =m/M;

v(Ba (NO3)2)= 522:261=2; v(Ba (NO3)2)= 2моль;

v(K2SO4) =500:174 =2,9; (K2SO4)= 2,9моль

3) по исходному уравнению видно, что 1моль нитрата бария реагирует с 1 моль сульфата калия. Следовательно, сульфат калия дан в избытке. Поэтому расчет ведут по веществу, которое дано в недостатке:

При взаимодействии 261г Ba (NO3)2 образуется 233г BaSO4

522г Ba (NO3)2»х

261:522= 233:х;  х= 522*233/261= 466;

Х =466г BaSO4

Ответ: в осадок выпадает 466г BaSO4.

Задача 2. Вычислите массу нитрата натрия, образующегося при взаимодействии 630кг раствора, в котором массовая доля HNO3 составляет 0,5 (или 50%), с 170кг раствора гидроксида натрия, в котором массовая доля NaOH равна 0,4 (или 40%).

Решение. 1) находим, какая масса чистых веществ дана:

100кг раствора содержит 50кг HNO3

630кг---х1

100:630=50:х1; х1=630*50/100=315;

Х1=315кг HNO3 (чистая)

6) 100кг раствора содержит 40кг NaOH

170--Х2

100:170=40:х2; х2=170*40/100=68; х2=68кг NaOH (чистый)

12. составляем уравнение реакции:

NaOH +  HNO3      NaNO3+  H₂O                  М(NaOH)=40г/моль

1моль   1моль       1моль                           m(NaOH)=40кг

40кг        63кг           85кг                               M(HNO3) =63г/моль

                                                                         m(HNO3) =63кг

                                                                          M(NaNO3)= 85г/моль

                                                                          m(NaNO3) =85кг

3) Находим количество каждого из веществ:

v =m/M;

v(NaOH) =68/40=1,7; v(NaOH) =1,7моль

v(HNO3) =315/63=5;   v(HNO3)=5моль

13. Из уравнения реакции видно, что азотная кислота дана в избытке.

Расчет ведем но гидроксиду натрия:

Из 40кг NaOH получается 85кг NaNO3

»68кг NaOH – х3

40:68=85:х3; Х3=68*85/40=144,5кг NaNO3

Ответ: получается 144,3кг

3.7 Расчеты по термохимическим уравнениям

1. вычисление на основе термохимического уравнения количества выделенной или поглощенной теплоты по известной массе одного из реагирующих веществ

Задача. Вычислите по термохимическому уравнению количество теплоты, выделяемой при сгорании 1кг серы

S + O2= SO2 + 297 кДж

Решение. Данное термохимическое уравнение показывает, что при сгорании 1моль серы (32г) выделяется 297кДж теплоты. Учитывая это, записываем:

При сгорании 32г серы выделяется 297кДж

1000 ---Х

32:1000=297:х;  х=1000*297/32=9281;  х=9281кДж

Ответ: при сгорании 1кг серы выделяется 9281кДж теплоты.

2. Нахождение масс реагирующих веществ, если известно, какое количество теплоты выделилось в данной реакции

Задача. По термохимическому уравнению

С + О2 = СО2  + 402,24кДж

Вычислите, сколько сгорело угля, если при реакции выделилось 33520кДж теплоты.

Решение. Данное термохимическое уравнение показывает, что при сгорании 1моль угля, т.е. 12г, выделяется 402,24кДж теплоты. Учитывая это, записываем:

Если выделилось 402,24кДж, то сгорело 12г угля

33520кДж --- х

402,24:33520=12:х; х=33520*12/402,24=1000; х=1000

Ответ: 33520кДж теплоты выделяется при сгорании 1кг угля.

Заключение

Освоение важного и очень интересного учебного предмета химии практически невозможно без решения различных задач и выполнения упражнений.

Решение расчетных задач и выполнение различных упражнений является важным элементом изучения курса химии, поскольку позволяет лучше усвоить и систематизировать теоретический материал. Без практики решения задач знания учащихся бывают сильно формализованы, поэтому данному элементу обучения следует уделять особое внимание. При этом важно решать задачи и выполнять упражнения регулярно, по всем изученным темам.

Достаточное внимание со стороны учителя к упражнениям и задачам при изучении теоретического материала содействует конкретизации и упрочнению знаний, развивает навыки самостоятельной работы. Упражнения и задачи как бы оживляют символику и увеличивают интерес к предмету. Задачи служат средством закрепления в памяти учащихся химических законов и важнейших понятий.

Весьма существенным является и то, что выполнение упражнений и задач расширяет кругозор обучающихся, позволяет устанавливать связь химии с другими предметами.

С помощью задач, задаваемых для самостоятельного решения, учитель не только развивает навыки логического рассуждения, но также воспитывает самостоятельность в работе и волю к преодолению трудностей.

Выполнение упражнений и задач может служить одним из лучших способов учета знаний и проверки навыков, полученных в процессе изучения предмета.

Таким образом, вдумчивое использование различных видов задач служит в руках учителя средством педагогического воздействия, обеспечивающего всестороннее развитие способностей обучающихся.

Библиография

1.     Борздун Л.А., Решение расчетных задач в курсе химии средней школы.-Кемерово.:,2002.

2.     Гузей Л.С., Лунин В.В. Сборник задач по общей химии с производственным содержанием.-М.: Высшая школа, 1987.

3.     Ерыгин Д.П.. Грабовой А.К. Задачи и примеры по химии.-М.: Просвещение,1989.

4.     Ерыгин Д.П., Шишкин Е.А. Методика решения задач по химии.-М.:Просвещение,1991.

5.     Кузьменко Н.Е., Еремин В.В. 2400 задач для школьников.-М.: Дрофа,1999.

6.     Славкин В.В. справочник школьника. Решение задач по химии. М.: Дрофа, 1996.

7.     Хомченко И.Г. сборник задач и упражнений по химии. М.: Новая волна, 2004

8.     Чернобельская Г.М. Основы методики обучения химии. М.: Просвещение, 1987.

9.     Шамова М.О. Учимся решать расчетные задачи по химии. М.: Дрофа, 1999