Методическая разработка "Единый подход к решению расчетных задач по химии". Часть 2.
методическая разработка по химии (11 класс)

Методическая разработка

«Единый подход к решению расчетных задач по химии».

Часть 2.

Одна из задач, которую ставят перед школой ФГОС, — формирование метапредметных универсальных учебных действий, которые включают, в частности, понимание текста, умения структурировать текст, выделять главное и второстепенное, основную идею, выстраивать последовательность описываемых событий, обнаруживать нужную информацию в тексте, обобщать и интерпретировать её, овладение основами смыслового чтения. Всё это необходимо для приобретения знаний в любой сфере деятельности.

На уроках химии учащиеся должны усвоить символический язык
этой науки. Ключевая, составляющая естественнонаучного метода познания — использование моделей для описания объектов и явлений. Это модели химических процессов, графики, схемы, цепочки превращений. Знаково-символические средства позволяют структурировать изучаемый материал, определять суть, последовательность превращений и явлений, экономить время. 

В школьном курсе химии предусмотрено решение задач, которые объединены по типам. Решение химических задач — важная сторона овладения знаниями основ науки химии. Включение задач в учебный процесс позволяет реализовать следующие дидактические принципы обучения:

1) обеспечение самостоятельности и активности учащихся;

2) достижение прочности знаний и умений;

3) осуществление связи обучения с жизнью;

4) реализация политехнического обучения химии, профессиональной ориентации.

Решение задач содействует приобретению практических умений и навыков учащихся (производить расчеты и опыты). Задачи служат важным средством развития мышления учащихся. У учащихся в процессе решения воспитывается трудолюбие, целеустремленность, развивается чувство ответственности, упорство и настойчивость в достижении поставленной цели.

В процессе решения задач реализуют межпредметные связи, оказывающие единство природы, что позволяет развить мировоззрение учащихся.

Велика развивающая функция решения задач, которая формирует рациональные приемы мышления, устраняет формализм знаний, прививает навыки самоконтроля, развивает самостоятельность.

Образовательная роль задач заключается в том, что, например, расчетные задачи раскрывают перед учащимися количественную сторону химии как точной науки. Через задачи осуществляется связь теории с практикой, в процессе их решения закрепляются и совершенствуются химические понятия о веществах и процессах.

Химические расчетные задачи можно условно разделить на три
группы:
         1. Задачи, решаемые с использованием химической формулы вещества или на вывод формулы.

2. Задачи, для решения которых используют уравнение химической реакции.

3. Задачи, связанные с растворами веществ.

В первой Части данной методической разработки рассмотрены приёмы решения базовых задач с использованием физической величины - количество вещества - n (или ν). Это величина позволяет связать все основные физические величины друг с другом. И даёт возможность составлять логические схемы решения задач с использованием этих физических величин.

Задача учителя состоит в том, чтобы научить учащихся понимать смысл этих физических величин и применять физические формулы при решении расчётных задач различных типов, научить анализировать условия задач, через составление логической схемы решения конкретной задачи на основе знания общего подхода к решению. Составление логической схемы задачи предотвращает многие ошибки, которые допускают учащиеся.

Задачи в обучении химии являются способом проверки степени усвоения знаний и способом формирования химических понятий. Посредством решения задач обеспечивается более глубокое и полное усвоение учебного материала и развиваетcя одно из важных качеств интеллекта - способность к оценочным действиям и логическое мышление.

Задача данной разработки: 

• сформировать устойчивый познавательный интерес школьников к изучению химии;
• воспитывать самостоятельность, внимательность, умение анализировать, делать правильные выводы;
• обеспечивать более глубокое и полное усвоение учебного материала;
• развивать способность к оценочным действиям и логическое мышление.
• устанавливать связь химии с другими науками: физикой, математикой, биологией, экологией и др.

Новизна методической разработки: единый подход к решению расчетных задач по химии с использованием понятия «количество вещества» и составлением логической схемы.

Актуальность разработки: анализ результатов ОГЭ и ЕГЭ показывает низкий уровень выполнения заданий, предполагающих умение решать расчетные химические задачи по теме «Растворы». Это

• задание 22 высокого уровня сложности КИМа ОГЭ по химии;
• задание 26 базового уровня сложности КИМа ЕГЭ по химии;

Глава 1. Решения прямых и обратных задач, с условием, когда один из реагентов находится в растворе.

Обучение учащихся решению расчетных химических задач следует начинать постепенно от простого к сложному. В первой части этой разработки алгоритмизированы базовые задачи с использованием понятия «количество вещества» и составлением логической схемы. Это

1. Решение задач, когда дана масса или объем вещества А, надо найти массу или объем вещества Б;

2. Алгоритмы решения прямых и обратных задач, когда один из реагентов содержит примеси.  

3. Алгоритмы решения задач, когда один из реагентов находится в избытке.

4. Алгоритмы решения прямых и обратных задач, связанных с выходом продукта реакции.

И только после усвоения решения базовых задач допустимы всевозможные усложнения задач и их комбинирование.

Данная работа является логическим продолжением первой Части разработки и представляет алгоритмы решения прямых и обратных задач, связанные с растворами веществ.

Задание 22 ОГЭ представляет собой комбинированную задачу, в основе которой выполнение двух видов расчетов: вычисление массовой доли растворенного вещества в растворе и вычисление количества вещества, масс или объема вещества по количеству вещества, массе или объему одного из реагентов или продуктов реакции. Для успешного усвоения обучающимися решение задач с условием, когда один из реагентов находится в растворе разработаны следующие алгоритмы.

Алгоритмы решения прямых и обратных задач, с условием, когда один из реагентов находится в растворе.

1.1. Известна масса (или объем) раствора и массовая доля растворенного вещества в растворе. Нужно найти массу(объем) продукта реакции

Если известны объем (V, л) раствора и плотность (p, г/л) переход к массе раствора вычисляется по формуле m(раствора)=V∙p.

Объем газа V(газа)=n∙Vm,    где Vm =22,4 л/моль при н.у.

Массовая доля растворенного вещества в растворе: ω =

Разбор задания 22 КИМа ОГЭ по химии.

Решить задачу. К 80 г раствора хлорида бария с массовой долей растворённого вещества

6,5 % добавили избыток раствора серной кислоты. Вычислите массу выпавшего осадка.

Дано:

ω (BaCl2) =6,5%

m (раствора)=80г

Найти: m (продукта)-?

Решение:

1. m(BaCl2) =   =  = 5,2г

2. дано:                                   найти:

m (р.в.)                        m(продукта)                   

n(р.в.)    по УР           n(продукта),

шаг 1. n(BaCl2) ===0,025моль

шаг 2. BaCl2 + H2SO4 =BaSO4↓+ 2HCl

           1 моль                 1 моль    

По уравнению реакции: n(BaCl2 ) =n(BaSO4)↓= 0,025моль

шаг 3. m(BaSO4)= n∙M = 0,025моль ∙ 233г/моль =5,8 г.

1.2. Известны масса (или объем) продукта реакции и массовая доля растворенного вещества в растворе, необходимо вычислить массу или объем исходного раствора.

Разбор задания 22 КИМа ОГЭ по химии.

Решить задачу. При взаимодействии избытка раствора карбоната калия с 10%-ным раствором нитрата бария выпало 3,94 г осадка. Определить массу взятого для опыта раствора нитрата бария. (52,2 г)

Дано:

ω (K2CO3) = 10%=0,1

m (осадка) = 3,94 г

Найти: m (исходного раствора).

Решение.  Запишем уравнение реакции: K2CO3 + Ba(NO3)2 = BaCO3↓ + 2KNO3

Действие 1.

дано:                                   найти:

m (р.в.)                        m(продукта)                     

n(р.в.)    по УР           n(продукта),

шаг 1. n(BaCO3) ===0,02моль

шаг 2.По уравнению реакции: n(Ba(NO3)2)= BaCО3 ) = 0,02моль

шаг 3. m(Ba(NO3)2 = n∙M = 0,02моль ∙ 261г/моль = 5,22 г

Действие 2. m(раствора Ba(NO3)2)=  = =52,2 г.

Глава 2. Решения задач по теме «Смешение растворов».

В условиях заданий 26 ЕГЭ и олимпиадных задач бывает приготовление растворов с определенной массовой долей растворенного вещества, смешением двух растворов разной концентрации или разбавлением раствора водой. В некоторых случаях можно провести достаточно сложный арифметический расчет. Однако это малопродуктивно. Эффективно применить правило смешения.

Допустим, нужно приготовить раствор определенной концентрации, имея в распоряжении два раствора с более высокой и менее высокой концентрацией, чем необходимо. Тогда, если обозначить массу первого раствора через m1, а второго – через m2, то при смешивании общая масса смеси будет слагаться из суммы этих масс. Пусть массовая доля растворенного вещества в первом растворе – 1, во втором – 2, а в их смеси – 3. Тогда общая масса растворенного вещества в смеси будет слагаться из масс растворенного вещества в исходных растворах. Очень наглядно представлять задачу виде схемы.

 Алгоритмы решения задач по теме «Смешение растворов».

2.1.  Смешение растворов. Определите концентрацию раствора, полученного при смешивании 150 г 30%-го и 250 г 10%-го растворов соли.

2.2. Разбавление раствора водой. Сколько воды и 36% соляной кислоты потребуется для приготовления 400 г 20% раствора?

2.3. Смешение соли и раствора.

Сколько соли и 20% раствора той же соли потребуется для приготовления 400 г 30% раствора соли?

Применение алгоритмов при решении задач развивает умение логически мыслить, анализировать зависимости между величинами, выделить существенное в изучаемом, находить оптимальные пути решения задач, последовательно расчленять свои действия на «шаги», приводящие к нахождению искомой величины.   Усвоения обучающимися этих «шагов» при решении задач является основой для успешного решения более сложных задач не только ЕГЭ, но и олимпиадных.

Глава 3.   Тренажер задач.

 3.1. Задачи, с условием, когда один из реагентов находится в растворе.

1. К 80 г раствора хлорида бария с массовой долей растворённого вещества 6,5% добавили избыток раствора серной кислоты. Вычислите массу выпавшего осадка.

2. Рассчитайте массу осадка, который выпадет при взаимодействии избытка карбоната калия с 17,4 г раствора нитрата бария с массовой долей последнего 15%.

3. Через раствор нитрата меди(II) массой 37,6 г и массовой долей 5% пропустили избыток сероводорода. Вычислите массу осадка, образовавшегося в результате реакции.

4. К 104 г раствора с массовой долей хлорида бария 9% добавили избыток раствора фосфорной кислоты. Вычислите массу образовавшегося осадка. Ответ округлите до целых.

5. К раствору сульфита натрия массой 252 г и массовой долей 5% добавили избыток раствора соляной кислоты. Вычислите объем (н. у.) выделившегося газа.

6. Вычислите массу осадка, который образуется при действии раствора избытка хлорида меди (II) на 80 г 10 %-ного раствора гидроксида натрия.

7. При взаимодействии избытка раствора карбоната натрия с 10%-ным раствором нитрата кальция выпало 1,64 г осадка. Определить массу взятого для опыта раствора нитрата кальция.

8. К 250 г раствора карбоната натрия добавляли раствор хлорида бария до прекращения выделения осадка. Масса отфильтрованного и высушенного осадка составила 39,4 г. Рассчитайте массовую долю карбоната натрия в исходном растворе.

9. Через 5%-ный раствор сульфата меди(II) пропускали сероводород до прекращения выделения чёрного осадка. Масса осадка составила 14,4 г. Чему равна масса раствора сульфата меди(II)?

10.Через 10%-ный раствор серной кислоты пропускали аммиак до полного образования средней соли. Всего израсходовано 11,2 л (н. у.) аммиака. Определите массу исходного раствора серной кислоты.

11.К 252 г раствора сульфита натрия с массовой долей соли 5,0 % добавили избыток соляной кислоты. Вычислите объём (н. у.) выделившегося газа.

12. После пропускания 11,2 л (н. у.) аммиака через 10-процентный раствор серной кислоты получили раствор средней соли. Определите массу исходного раствора серной кислоты.

13. Через раствор гидроксида натрия пропустили 4,48 л сернистого газа (н.у.). Образовалось 126 г раствора сульфита натрия. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе.

14. После пропускания через раствор гидроксида калия 0,896 л сероводорода (н.у.) получили 220 г раствора сульфида калия. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе.

15. Через раствор гидроксида натрия пропустили 8,96 л (н.у.) сернистого газа. Образовалось 400 г раствора сульфита натрия. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе.

3.2. Тренажер задач на смешение растворов.

1. Смешали 300 г раствора с массовой долей соли 20 % и 500 г раствора с массовой долей этой же соли 40 %. Массовая доля соли в полученном растворе равна ____%. (Запишите число с точностью до десятых.).

2. Вычислите массовую доля серной кислоты (в процентах) в растворе, образующемся при смешивании 120 г 20%-ного и 40 г 50%-ного растворов этой же кислоты. (Запишите число с точностью до десятых.)

3. Смешали 70 г раствора с массовой долей нитрата натрия 30% и 130 г раствора этой же соли с массовой долей 20%. Вычислите массовую долю (%) соли в полученном растворе. (Запишите число с точностью до десятых.)

4. Смешали два раствора: один массой 120 г с массовой долей соли 15 % , другой массой 125 г с массовой долей этой же соли 10 %. Чему равна масса (г) соли, содержащейся в образовавшемся растворе? (Запишите число с точностью до десятых.)

5. Вычислите массовую долю  ацетата  натрия  (в  процентах)  в  растворе, полученном при добавлении 120 г воды к 200 г раствора с массовой долей соли 8%. (Запишите число с точностью до целых.)

6. Вычислите массовую долю хлорида  аммония  (в  процентах)  в  растворе, полученном при добавлении 50 г воды к раствору, состоящему из 70 г воды и 20 г хлорида аммония. (Запишите число с точностью до десятых.)

7. К 100 г раствора с массовой долей хлорида натрия 15% добавили 35 мл воды и 25 г этой же соли. Вычислите массовую долю (%) соли в полученном растворе. (Запишите число с точностью до целых.)

8. К 110 г раствора с массовой долей хлорида магния 10% добавили 21 мл воды и 21 г этой же соли. Вычислите массовую долю (%) соли в полученном растворе. (Запишите число с точностью до целых.)
9. Смешали 80  г раствора с массовой долей нитрата натрия 25% и 20  г раствора этой же соли с массовой долей 40%. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе. Ответ дайте в процентах с точностью до целых.
10. К 400  г 10%-го раствора соли добавили 50  г этой же соли. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе. Ответ дайте в процентах с точностью до целых.
11. При разбавлении 25%-го раствора аммиака получили 300  г 10%-го раствора. Сколько граммов 25%-го раствора было взято? Ответ выразите в виде целого числа..
12. Вычислите массу воды, которую нужно добавить к 30  г 20%-го раствора гидроксида натрия, чтобы понизить его концентрацию до 15%. Ответ укажите в граммах с точностью до целых
13. Сколько граммов 98%-ой серной кислоты надо добавить к 300  г воды, чтобы получить 10%-ый раствор кислоты? Ответ округлите до ближайшего целого числа
14. Вычислите массу воды, которую надо добавить к 200  г 63%-й азотной кислоты, чтобы получить 15%-ю кислоту. Ответ дайте в граммах с точностью до целых.
15. Вычислите массу 5%-го раствора вещества, который надо добавить к 120  г 30%-го раствора, чтобы получить 15%-й раствор. Ответ дайте в граммах с точностью до целых.

Ответ: 1.32,5% 2.27,5%. 3. 23,5% 4. 12,4% 5. 5% 6.14,3% 7.25% 8.21% 9. 28% 10.20% 11.120г 12.10г 13. 34г 14.240г 15. 180г

Литература

1. Шамова М.О. Учимся решать расчетные задачи по химии. Технологии и алгоритмы. -    М.: Школьная пресса, 2001.

2. Пиментель Г. И др. Химия /Под редакцией Г. Сиборга; Пер. с англ. К.Н. Семененко   /Изд. 2-е - М.: Мир, 1971.

3.Эсаулов А.Ф. Психология решения задач. - М.: Прогресс, 1987.

4. Содержание и технологии предпрофильной подготовки и профильного обучения. Часть 5. Методические рекомендации по химии /Авт.-сост. М.А.Ахметов; Под ред. Т.Ф.Есенковой, В.В.Зарубиной. / – Ульяновск: УИПКПРО,2005.

5. https://chem-oge.sdamgia.ru/test?filter=all&category_id=21

6. https://chem-ege.sdamgia.ru/test?filter=all&category_id=143

7. Беляев Н.Н. О системном подходе к решению задач // Химия в школе.№5. С. 60–61.

8. Мелехова Л.Г. Метод пошаговой детализации при решении расчетных задач // Химия в школе. 2001. №8. С. 23–26.