Алгоритмы решения расчётных задач.
методическая разработка по химии на тему

Алгоритмы решения расчётных химических задач

Любая задача включает такие компоненты, как условия и требование. Решение задачи начинают с изучения её условия. В условиях расчётных задач всегда указывают числовое значение величин, называемое данными задач. В химических задачах данными могут быть не только числа, но и название химических элементов, соединений, химические формулы и уравнения. В таких случаях на основе этих данных следует определить значение физических и химических величин: степень окисления элементов, количество веществ, молярную массу и т. П. Важно предварительно выяснить, с какими величинами предстоит проводить расчёты, установить единицы измерения, записать формулу и уравнения реакции, о которых идёт речь в задачи.

     Обязательным компонентом задачи является требование. В расчётных требуется найти величины, называемые искомыми. В типовых задачах на нахождение молекулярных формул веществ искомая величина носит только качественных характер. На самом деле для того, чтобы вывести  формулу, необходимо провести вычисления с целью определения соотношения атомов в молекуле, относительной молярной массы вещества и т. п.

     Таким образом химическая задача имеет, в отличии от математической, свою специфику, обусловленную тем, что химические знаки, формулы и уравнения содержат в скрытом виде определённые числовые данные.

     Для решения задачи необходимо выяснить отношения между данными задачи и искомой величиной, установить соответствующие им закономерности.

     На первоначальном этапе изучения химии целесообразно выполнение качественных задач и упражнений, которые помогут усвоить химический язык ( символы, формулы, уравнения и т.п.), правила написания формул и уравнений, теоретический и фактический материал.

     На последующих этапах изучения химии необходимо овладеть умениями решать расчётные задачи , используя на практике полученные знания.

     Решения расчётной задачи требует знаний математики, применения пропорций, использование линейных уравнений и неравенств.

     Применение алгоритмов при решении задач развивает умение логически мыслить, анализировать зависимости между величинами, выделять существенное в изучаемом, находить оптимальные пути решения задач, последовательно расчленять свои действия на «шаги», приводящие к нахождению искомой величины. С целью ускорения расчётов при решении однотипных задач необходимо широкое использование вычислительной техники.

     Программой средней общеобразовательной и профессиональной школы предусмотрено решение следующих типов расчётных задач:

1. вычисление относительных молярных масс веществ по химическим формулам;
2. вычисление по хим. Уравнениям массы и количества вещества по известной массе или количеству одного из вступающих или получающихся в реакции веществ;
3. расчёты по термохимическим уравнениям;
4. вычисление массовой доли и массы вещества в растворе;
5. вычисление по химическим уравнениям объёмов газов по известному количеству одного из вступающих в реакцию веществ или получающихся в результате её;
6. расчёты объёмных отношений газов по химическим уравнениям;
7. вычисление относительной плотности газов;
8. расчёты по химическим уравнениям, если одно из исходных веществ взято в избытке;
9. определение массовой или объёмной доли выхода продукта реакции по сравнению с теоретически возможным;
10. вычисление массы или объёма продукта реакции по известной массе или объёму исходно вещества, содержащего примеси;
11. нахождение молярной формулы вещества в газообразном состоянии.

Все указанные типы расчётных задач условно можно сгруппировать так:

1. Задачи, для решение которых используют расчёты по химическим формулам
2. Задачи. для решения которых используют расчёты по химическим уравнениям
3. Задачи на растворы
4. Задачи на вывод химических формул

При решении расчётных задач используют линейные по структуре алгоритмы. Приведём общий алгоритм решения расчётной задачи по химии.

1. Прочитайте текст химической расчётной задачи.
2. Запишите кратко условие и требование задачи с помощью общепринятых условных обозначений.
3. Составьте химические формулы, уравнения реакций в соответствии содержанием химической расчётной задачи и её требованиям.
4. Составьте рациональный план решения задачи
5. Продумайте, какие дополнительные данные можно извлечь из химических формул, уравнений реакций для реализации требований задачи.
6. Произведите все необходимые в данной задаче действия с заданной математической точностью.
7. Запишите полученный ответ.

ЗАДАЧИ НА СМЕСИ

1. 125,9г смеси СuО и Fе2О3  восстановили водородом. Продукты обработали НСl. При этом выделилось 13, 44 л газа. Определить состав исходной смеси.

2. При обжиге образца минерала массой 26,8г, представляющего собой смесь сульфидов Fе (II) и Сu (II) выделилось 6,72л оксида S (IV). Рассчитайте массовые доли сульфидов Fе и Сu в составе минерала.

3. При действии Н1 на 6,5г смеси Zп с ZпО выделилось некоторое количество газа, при  горении которого образовалось 0,9г Н2О. Какова массовая доля Zп в смеси.

    4. Имеются смеси металлического Fе с оксидами Fе (II) и (III), для определения количественного состава смеси 1 г  её обработали  раствором НС1 и получили при этом 112 мл Н2 ( н.у.). Далее 1 г исходной смеси восстановили полностью Н2 и получили 0, 2115 г Н2О.  Найдите массу оксида Fе (II) в 1г смеси.

     5. Продукты, полученные при прокаливании S и Fе , растворили в НС1. Произошло полное растворение и выделилось 4,48л газа, который пропустили через раствор Рb (NO3)2, где выпало 23.9г осадка. Определить состав исходной смеси.

     6. Взорвали 140 мл смеси Н2 и О2. После окончания реакции и приведении газов к н. у. (первоначальным) в сосуде осталось 20 мл Н2. Определить процентный состав исходной смеси.

     7. 5 мл смеси N2 и Н2 пропустили над платиной, а затем через раствор НNО3 объёмом 46,3 мл и массовой долей кислоты 14% (þ =1,08 г/мл).Вычислите объёмную долю N2 в смеси.

8. Смесь Сu, Сr, А1 обработали концентрированной азотной кислотой. Выделилось 5,6 л газа. Такое же количество смеси обработали концентрированной  соляной кислотой без доступа воздуха. Выделилось столько же газа. Получившейся раствор может поглотить 0,5 л кислорода. Определить состав смеси и её массу.

КОМБИНИРОВАННЫЕ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ «ГАЛОГЕНЫ».

1. Хлор может быть получен действием серной кислоты на смесь оксида магня. Реакция протекает по уравнению : 2 NаС1 + МпО2 + 3 Н2SО4 = 2 Nа Н SО4 +МпSО4 + С12 + 2 Н2О. Какой объём хлора (н.у.) можно получить из 100г NаС1?

2. Плотность брома равна 3120кг/м³. Сколько грамм молей брома содержится в склянке вместимостью 200мл?

3. Определите молярную концентрацию С12 в хлорной воде, если после её разложения на свету на нейтрализацию 100 мл раствора потребовалось 0,4м раствора NаОН?

4. В атмосферу С12 внесли 9,3г фосфора. В результате реакции получилось 48,35г хлорида фосфора. Определить массовый состав полученных веществ.

     5.  800г NаС1 обработали Н2SО4. Выделившийся газ пропустили через воду, в результате чего получили 1л 20 % раствора соляной кислоты, плотность равна 1100 кг/м³. Определите объём выделившегося газа при н.у.

      6. 300г иодида Nа растворили в воде и через полученный раствор пропустили 22,4л С12, в результате чего получили 254 г I2. Можно ли получить столько же I2, если заменить С12 таким же количеством Вr2?

7. 10 г смеси Мq и меди обработали 20% соляной кислотой, при этом выделилось 3,433 л водорода. Определить массовую долю металлов в смеси.

8. Определите массу порошка КМп О4 и объём раствора НС1 с W(НС1) = 34 процента (плотность равна 1,17 г/мл), если полученный при реакции между ними газ окислил 28 г порошка металлического Fе.

РАСЧЁТЫ НА ПРОСТЕЙШУЮ МОЛЕКУЛЯРНУЮ И СТРУКТУРНУЮ ФОРМУЛЫ.

    1. Определить химическую формулу соединения: Nа – 27,06%; N-16,47%; О – 57,47%;

    2. Определить химическую формулу соединения состав которой С – 85,7% Н – 14.3% , а 0,5 моль имеет массу 14 г.

3  Определить химическую формулу вещества, при сжигании которого в О2 образовалось 3,6 мл воды и 2,24 л азота (н.у.). Относительная плотность паров исходного вещества по водороду равна 16.

4. В веществе А содержится водород и 83, 35% С. Определить простейшую и молекулярную формулу.

5. При сгорании 1,76 г вещества образовалось 3,52 гСО2 и 1,44 мл Н2О. Д по воздуха равна 1,52 . Определить молекулярную и структурную формулы.

6. Массовая доля водорода в углеводороде составляет 14,29 %. Выведите простейшую формулу углеводорода.

7. Некий углеводород плотностью 2,5 г/л не обесцвечивает КМпО4, при этом взаимодействие с водородом на платиновом катализаторе дает смесь двух веществ. Определите этот углеводород, зная , что W(С) равна 0,8571.

8. Некоторое количество ненасыщенного углеводорода под воздействием избытка раствора С12 в СС14 даёт 3.5г дихлорида, а при действии избытка Вr2 в СН2С12 (на тоже количество) даёт 5,28г дибромида. Какова структурная формула углеводорода.

 9. При сжигании органического вещества состоящего из С и Н получилось 3,08 мг СО2 и 1,14 мг воды. Найти простейшую формулу.

НА РАСТВОРИМОСТЬ

1. При 60˚ насыщенный раствор КNO3 содержит 52,4 % соли. Найти коэффициент растворимости соли при этой температуре.

2.  При охлождении 300г 15% (по массе) раствора, часть растворённого вещества выпала в осадок и концентрация раствора стала равна 8%. Чему равна масса выпавшего в осадок вещества?  

3.  Растворимость хлорида кадмия при температуре 20˚ С равна 114,1г в 100г воды. Вычислите массовую долю хлорида кадмия в насыщенном растворе.

4. Коэффициент растворимости СuSO4 при 30˚С равна 25г на 100г воды. Будет ли при этой температуре 18% раствор соли насыщенным.

5. В 500г воды растворяется при нагревании 300г NН4С1. Какая масса NН4С1, выделяется из раствора при охлаждении его до 50˚С, если растворимость NН4С1 при этой температуре равна 50г в 100г воды?

6. Путём выпаривания досуха 200г насыщенного при 10˚С раствора NаС1 получено 52,64г соли. Чему равна растворимость    NаС1 в воде при 10˚?

7. Растворимость NаNО3 при 10˚С равна 80,5 г. Сколько грамм этой соли можно растворить в 250 г воды при 10˚С

8. Сколько грамм Рb(NO3) содержится в 277г насыщенного раствора при 50˚С?

9. Будет ли насыщенным или ненасыщенным 33.3% раствор ВаС12 при температуре 65˚ и 85˚.

10. Оксид Сu(II) масса равной 20 г обработали эквивалентным количеством тёплого 20 % раствора Н2SО4, при этом образовался СuSO4. Сколько гр. кристаллогидрата СuSO4 · 5Н2О можно получить охлаждением раствора до 20˚ С?

СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ.

1. Напишите выражения для скорости следующих химических реакций:

а) А(г) + В(г) =С(г)

б) А(т) + В(г) =С(т)

в) А(р-р) + В(р-р) = С(р-р)

г) А(р-р) + В(т) = С(р-р)

д) А(г) + 2В(г) = С(г)

2. Как изменится скорость реакции 2NO(г) +О2(г) =2 NO2 если уменьшить объём реакционного сосуда в 3 раза?

3. Гомогенная реакция 2 NO + С12 = 2 NOС1протекает по простому механизму. Какое уравнение отражает зависимость скорости этой реакции от концентрации реагентов? Как изменится скорость прямой реакции, если уменьшить концентрацию NO в 2 раза?

4. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,8. Во сколько раз возрастает скорость реакции при повышении температуры от 20 до 70 градусов по Цельсию?

5. Напишите выражение константы равновесия для реакции 2SO2 + O2 =2SO3     ΔН = -791,6 кДж. Какое влияние на равновесную концентрацию SO3 окажут

А) давление

Б) концентрация SO2

В) температура. Почему?

6. На сколько градусов следует понизить температуру в реакционной системе для уменьшения скорости реакции в 27 раз , если γ=3 ?

6. Чему равен γ реакции , если при увеличении температуры на 50 градусов скорость реакции возросла в 32 раза?

ПРОГРАММА ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА «РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ХИМИИ»                                                                                                             (для учащихся 9 класс)

1 Пояснительная записка

     Традиционными стали предметные олимпиады школьников старших классов по химии. Чтобы удачно выступить на олимпиаде, надо научиться решать различные типы задач. Активному использованию знаний и умений можно научиться, лишь попадая в нестандартные ситуации, а для этого нужны и соответствующие не- стандартные вопросы и задачи. Такие задачи нацелены на то, чтобы развить умения и способности определять характер химических превращений, предсказывать продукты реакций. При решении задач необходимо глубоко понимать свойство химических элементов и на основе этого прогнозировать реакционную способность химических веществ. Кроме того, требуется химическая интуиция и наблюдательность.

     Главное предназначение этого курса состоит в том, чтобы познакомить будущих участников химических олимпиад с основными типами задач.

2. Цели курса

     Закрепить, систематизировать и углубить знания учащихся по химии; научить учащихся основным подходам к решению нестандартных  химических задач. Для успешной работе по этому элективному курсу необходимо, чтобы учащиеся владели прочными знаниями в рамках программы химического образования, важнейшими вычислительными навыками, алгоритмами решения типовых химических задач. Поэтому курс предназначен для учеников, проявляющих повышенный интерес к изучению этого предмета. Программа курса рассчитана на 17 занятий.

     Кроме литературы, указанной в программе, при проведении занятий используются подборки задач, предлагавшиеся в разное время на олимпиадах школьников по химии из журнала «Химия в школе».

3. Программа курса (17 часов)