Лекция "Методика решения расчетных задач по химии"
методическая разработка по химии на тему

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 36»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

«МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ ЗАДАЧ ПО ХИМИИ»

Разработала:

Учитель химии МБОУ СОШ №36

Е.С. Анисимова

Презентация опыта:

Лекции для слушателей курсов

повышения квалификации  

(2010-2012гг)

Улан-Удэ

2010 год.

1. Введение: роль расчетных задач в курсе химии.

Предметная область «Химия» была и остается одной из базовых

областей основного общего и среднего (полного) общего образования, это в первую очередь обусловлено  практической значимостью химии, ее возможностями в познании основных методов изучения природы, фундаментальных научных теорий и закономерностей.

Главная цель общего среднего химического образования заключается в формировании химически грамотной, культурно развитой, духовно-творческой личности, готовой к жизнедеятельности в постоянно меняющейся среде (социально-экономической, культурно-образовательной, содержательно-информационной, ценностно-ориентированной, научно-технологической), а также к дальнейшему образованию и самообразованию.

Решение расчетных задач занимает важное место в изучении основ химической науки. При решении задач происходит более глубокое и полное усвоение учебного материала, вырабатываются навыки практического применения имеющихся знаний, развиваются способности к самостоятельной работе, происходит формирование умения логически мыслить, использовать приемы анализа и синтеза, находить взаимосвязь между объектами и явлениями.

Решение задач – не самоцель, а метод познания веществ и их свойств, совершенствования и закрепления знаний учащихся. Через решение задач осуществляется связь теории с практикой, воспитываются трудолюбие, самостоятельность и целеустремленность, формируются рациональные приемы мышления. Умение решать задачи является одним из показателей уровня развития химического мышления, глубины усвоения ими учебного материал. В этом отношении решение задач является необходимым компонентом компетентностного подхода в обучении химии. Именно компетентностный подход предполагает комплексное усвоение учеником знаний и умений, соединение теоретических знаний с их практическим использованием для решения конкретных задач.

При решении расчетных задач по химии в первую очередь происходит формирование  учебно-познавательных компетенции:

• самостоятельная познавательная деятельность, включающая

элементы логической, методологической, общеучебной деятельности;

• креативные навыки по отношению к изучаемым объектам:

добывание знаний непосредственно из  окружающей действительности, владением приемами учебно-познавательных проблем, действий в нестандартных ситуациях;

• химическая функциональная грамотность.

2. Требования государственного образовательного  стандарта к уровню подготовки выпускников в области решения расчетных задач:

3. Особенности решения расчетных задач по химии.

В методике преподавания  я выделяю три основных этапа формирования умений решения расчетных задач:

Первый этап – формирование общих понятий данного типа химических задач: отличительные признаки данного типа задач, обязательный набор условий для данного типа –  узнавания типа задачи;

- формирование общих принципов решения расчетных задач разных типов:  определение конкретного  алгоритма  на основании общих принципов решения.

Второй этап – практический – нарешивание  расчетных  задач по разнообразию способов,  рациональности, нарастанию уровня сложности решения. Завершается этот этап обязательно решением комбинированных задач.

Третий этап – составление условий задач – позволяет лучше осмыслить, взглянуть изнутри на решение задачи, поставить себя на позицию автора задачи.

В решении любой  расчетной задачи  можно выделить два аспекта: химический и математический. Основу для расчетов дают химические  формулы и уравнения. Поэтому для решения любой химической задачи необходимо владеть химической грамотностью, т.е. знание строения и свойств веществ и алгоритмом решения (математическая грамотность).

Химический и математический аспект решения расчетных задач  преломляются через понятие «моль».  Любая химическая реакция сводится к перегруппировки  атомов, все соотношения между числом  атомов м молекул, задаваемые индексами в формулах и коэффициентами в уравнениях, оказываются справедливыми и для соотношения молей.

Все типы химических задач имеют единство – три характеристики вещества: масса (m), объем (V), количество вещества – моли (v или n):

1. Определение количества молей:

V =  =  = 23=

2. Определение массы, объема:

m = v * M  г/моль

V = v * 22,4 л/ моль                

    Произведение  молей  на молярное       

4. Общие принципы алгоритма решения расчетных задач.  

1 Принцип: Все химические расчеты ведутся по химически чистому веществу, независимо от того, что оно может содержать примеси (смесь), находиться в растворе или не полностью использоваться в химической реакции, или же частично теряться в результате реакции. Состав смеси, раствора и практический выход (использование) вещества выражается в процентах (%), а проценты показывают соотношение:

                       0, … * 100% =  

1. Массовая доля w =  =  
2. Объемная для φ =
3.  Практический выход η =  

Таким необходимо выразить m, V, самого вещества: растворенного - в растворе, чистого – в смеси:

mв-ва  = w * m (р-ра или смеси)  или Vгаза = φ * Vсмеси

т. е – это произведение доли на целое (общее, все).

2 Принцип: Расчеты ведутся только по той части вещества, которая полностью вступила в реакции, т.е.  по «недостатку».

Отличительным признаком применения этого принципа является то, что в условии задач дается количество  сразу двух реагентов и не указывается, какое из веществ полностью вступает в реакцию. Для  определения «недостатка» удобно применят неравенства по соотношению в химическом уравнении. Для этого данные реагентов переводят в количество – моли, составляют отношения данных молей к количеству молей по химическому уравнению:

                                           v(A)         v(B)         x

aA       + bB    =   cC….

a моль    b моль  c моль

 Наименьшее из чисел указывает на «недостаток» и его используем для нахождения продукта реакции (х -  неизвестное):

«недостаток» =     Х = «недостаток» * с молей.

 3 Принцип:  Независимость расчетов - между физическими величинами устанавливается непосредственная прямая функциональная взаимосвязь – стереохимические расчеты.

В основе стереохимических расчетов лежат количественные законы:

• Закон сохранения масс
• Закон постоянства состава
• Закон эквивалентных соотношений
• Закон кратных отношений.

Стереохимическое правило: для всех  веществ химической  реакции отношения количества вещества к стереохимическим коэффициентам равны  между собой:      =   .

Стереохимические коэффициенты  =  коэффициенты в уравнении = индексы в формуле.

1.  Химическое уравнение:  a A + b B = c C, то стереохимическое

соотношение будет:   :  :

2.  Химическая формула :  Aa Bb ,  то стереохимическое соотношение будет:  : .

5. Применение общих принципов решения к разным типам задач.

Пример 1: Вывод молекулярной  формулы вещества

а) по массовой доле  химических элементов в веществе

1. Определите формулу вещества, плотность паров которого по водороду 22, а массовые доли элементов углерода, водорода и кислорода соответственно составляют 54,55%, 9,09%, 36,36%.

2. Выведите формулу янтарной кислоты, если известно, что доля углерода в этом веществе составляет 40,68%, водорода 5,08%, кислорода 54,24%. Кислая натриевая соль этой кислоты содержит 16,4%, а средняя 28,4% натрия. Других солей эта кислота не дает.

б)  по продуктам сгорания

1.При сгорании 2,3г вещества образовалось 4,4г оксида углерода (IV) и 2,7г воды. Плотность паров этого вещества по водороду 23. Определите формулу этого вещества.

2. Выведите молекулярную формулу газообразного вещества, если известно, что для полного сгорания 1л газа требуется 2л кислорода, а в результате реакции образуется 1л азота и 2л углекислого газа.

в) по свойствам вещества

1. При взаимодействии 1г щелочного металла со 100г воды выделилось 313мл газа (t=250 , р=1атм). Какой это металл? Найдите массовую долю растворенного вещества в растворе.

2. При отщеплении от 80г одноосновной кислоты, образованной элементом VА группы, образовалось 71г кислотного оксида. Каким элементом образована исходная кислота?

Пример 2: Вычисления по химическому  уравнению

а) Определение массы, объема, количества исходного вещества или продукта реакции по известной массе, объему, количеству продукта реакции или реагента (теоретический и практический выход продукта реакции).

1. При сплавлении 28,8г натриевой соли предельной одноосновной монокарбоновой кислоты с избытком гидроксида натрия выделилось 4,63л газа (н.у.), что составляет 79% от теоретически возможного. Определите формулу выделившегося газа.

2. При прокаливании смеси ацетата натрия и гидроксида калия массой 49г выделился газ, который при освещении прореагировал с парами брома. В результате последней реакции образовался трибромметан массой 25,3г. Массовая доля выхода продукта реакции составила 50% от теоретически возможного. Найдите массовые доли исходных веществ в смеси.

б) Определение массы, объема, количества вещества продукта реакции по известной массе, объему, количеству исходного вещества, содержащего примеси.

1. Уксусную кислоту можно получить в III последней стадии, используя в качестве исходного вещества карбид кальция. Для реакции взят технический карбид кальция массой 200г, доля примесей в котором составляет 12%. Какая масса кислоты будет получена, если выход продукта реакции составляет 80%?

в) Определение массы продукта реакции, если одно из реагирующих веществ дано в избытке

1. Определите массу осадка, который образуется при взаимодействии растворов, содержащих 3,48г сульфата алюминия и 0,4г гидроксида натрия.

Пример 3: Решение расчетных задач системой  химических уравнений

1. При обработке 3,8г смеси карбоната и гидрокарбоната натрия соляной кислотой образовалось 896мл газа. Какой объем соляной кислоты (W=20%, p=1,1г/см3) был израсходован и каков состав исходной смеси в процентах?

2. 49г смеси железа, алюминия и магния обработали избытком разбавленной серной кислоты. В результате чего выделилось 1,95 моль газа. Другую порцию этой же смеси массой 4,9г обработали щелочью и выделилось 1,68л газа. Чему равны массовые доли металлов в исходной смеси?

6. Составление условий задач.

Пример 1: Вывод  молекулярной формулы по массовой доле химических элементов и плотности вещества.

Анализ стандартных условий задач данного типа:

Что дано?-   массовая для химических элементов w (Э) и плотность вещества – абсолютная  ρ или относительная D.

Что найти? – формулу вещества.

Алгоритм составления условия задачи:

1. Выбор формулы вещества – свободный для каждого учащегося.
2. Вычисление массовой доли химических элементов в выбранном веществе по формуле:  w (Э) = и задаем  массовые доли в процентах (%) или в долях единице (0,…).
3. Определяем плотность:

• Относительная (по H2, O2, N2,  воздуху или другому газу)

D(по газу) =

• Абсолютную  ρ =   свободный для каждого учащегося.

4) Формулировка условия:

          ?    +    данные             выбор           данные    +    ?

5) Решение задачи по составленному условию.