Курс "Решение расчётных задач по химии"

Описание дистанционного курса  

Расчётные задачи  по химии.

Предметная область – химия.

Продолжительность  курса -34 часа.

Цель :  Формирование у учащихся умений и навыков решения задач по химии различных типов.

Задачи :

1. Изучение различных типов расчётных задач.
2. Развитие познавательного интереса  к предмету, умений применять знания в конкретных ситуациях.
3. Развитие умений анализировать, сравнивать, обобщать,  делать выводы.

Данный курс  предназначен учащимся  9-11  классов интересующихся химией.

Пояснительная записка

Данный курс направлен на углубление и закрепление химических знаний учащихся через решение расчётных задач.

В современных образовательных программах очень мало отводится времени для решения задач. Однако, при решение задач у учащихся развивается логическое мышление, вырабатывается самостоятельность, умения применять теоретические знания в конкретных случаях.

Этот курс связан с базовым курсом химии основной школы, с  курсами математики и физики. Он имеет, прежде всего, практическую направленность предназначен для развития умений и навыков решения расчётных задач различных типов

Изучение курса способствует подготовке учащихся к олимпиадам, ГИА, ЕГЭ.

Программное обеспечение:  Учебные пособия для учащихся основной школы (учебники, рабочие тетради, электронные диски, виртуальная лаборатория по химии 8-9 класс, лаборатория « Архимед» по химии.)

Основные компетенции, которыми должны владеть слушатели после изучения курса.

Учащиеся должны знать:

1. Основные понятия химии «количество вещества»,» молярная масса». «число Авогадро»,  «молярная концентрация», «массовая доля»  и другие.
2. Законы химии: закон сохранения массы веществ, закон постоянства состава вещества, закон Авогадро;
3. Строение , физические и химические свойства веществ.
4. Единицы измерения и буквенные обозначения  заданных величин.
5. Расчётные формулы.

Учащиеся должны уметь:

1. Анализировать  условие задачи, определять тип задачи;
2. Составлять краткое условие и уравнения химических процессов  описанных в условие задачи;
3. Устанавливать связи между приведёнными в задаче величинами;
4. Производить математические расчёты  с учётом соотношения между единицами международной системой физических величин (СИ) и внесистемными единицами;
5. Использовать различные способы решения задачи.

Содержание курса

Тема 1 Вычисления по формулам веществ, количество вещества. (4)

1. Вычисление относительной молекулярной массы веществ, отношения масс атомов элементов в сложном веществе по его формуле.
2. Количество вещества. Вычисление массы определенного количества вещества,
3. Закон Авогадро. Молярный объём газов.
4. Взаимосвязь количества вещества, массы и числа структурных частиц вещества.

Тема 2 Задачи на вывод молекулярных  формул веществ (7 часов)

1. Определение молекулярной формулы веществ по массовым долям элементов
2. Определение молекулярной формулы веществ по отношению атомных   масс элементов, входящих в состав данного вещества
3. Определение молекулярной формулы веществ с использованием плотности и относительной плотности газов

4-5.Определение молекулярной формулы веществ по продуктам их сгорания

6.  Определение молекулярной формулы кристаллогидратов

7.  Итоговая Контрольная работа

Тема 3 Задачи на газовые законы и газовые смеси(4)

1. Закон Авогадро. Молярный объём газов. Уравнение идеального газа. Уравнение Клайперона -  Менделеева.  Задачи, решаемые на основе использования газовых законов.
2. Задачи связанные с объёмными отношениями газов при химических реакциях. Газовые смеси. Объёмная, мольная, массовая доли компонентов газовой смеси.
3. Задачи на смеси газов не реагирующих между собой.
4. Задачи на смеси газов реагирующих    между собой.

Тема 4 Расчеты, связанные с изучением растворов (7)

1. Способы выражения состава растворов: массовая доля растворённого вещества, молярная концентрация.
2. Расчеты по определению массовой доли растворенного вещества (в процентах) или массы растворённого вещества по известной массовой доле его в растворе

Расчеты на основе использования графиков растворимости веществ в воде

3. Вычисление массы растворителя и растворимого вещества для приготовления определённой массы раствора с заданной массовой долей (в процентах). Задачи,  связанные с растворением веществ в растворе с образованием раствора с новой массовой долей растворённого вещества.
4. Задачи , связанные с понятием «молярная концентрация»
5. Расчеты, связанные со смешиванием растворов с известной массовой долей (%) растворимого вещества
6. Задачи связанные с разбавлением растворов
7. Кристаллогидраты.  Задачи связанные с растворением кристаллогидратов в воде и растворах.

Тема 5  Вычисление по химическим уравнениям (5)

1. Вычисление по уравнению реакции отношений масс, в которых взаимодействуют и образуются вещества
2. Вычисление по химическим уравнениям масс веществ по известному количеству вещества (одного из вступающих или получающихся в результате реакции)
3. Вычисление по химическим уравнениям объемов газов  по известному количеству вещества (одного из вступающих или получающихся в результате реакции)
4. Вычисление массы продукта реакции, когда вещества взяты в виде растворов с известной массовой долей (%) растворенного вещества
5. Расчет по термохимическим уравнениям количества теплоты по известному количеству вещества и массе одного из участвующих в реакции веществ

Тема 6 Задачи на смеси веществ (3)

1. Задачи на смеси веществ, если компоненты смеси проявляют разные свойства.
2. Задачи на смеси веществ, если компоненты смеси проявляют сходные свойства.
3. Задачи на смеси веществ по их молярным соотношениям

Тема 7 Комбинированные задачи (4)

Тема: Вычисление относительной молекулярной массы веществ, отношения масс атомов элементов в сложном веществе по его формуле.

Цели: Знать понятия формула вещества, атомная единица массы, относительная атомная масса, относительная молекулярная масса вещества, закон постоянства состава вещества.

Уметь вычислять относительную молекулярную массу вещества, отношения масс атомов элементов в сложном веществе по его формуле.

План

1. Повторение основных понятий.

Что такое формула вещества?

Что такое атомная единица массы?

Что такое относительная атомная масса?

Вспомните формулировку закона постоянства состава вещества.

1. Формула вещества – это условная запись состава вещества при помощи химических знаков и если необходимо индексов.

Н2О – формула воды, из неё видно, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

1. Абсолютная масса атома - масса атома, выраженная в граммах (или килограммах).

Масса атома кислорода равна 0,000000000000000000000026667 г (после запятой 22 нуля)

2. Абсолютная масса молекулы - масса молекулы, выраженная в граммах (или килограммах).

Данные значения ничтожно малы ими пользоваться не удобно, поэтому были введены относительные величины, они показывают во сколько раз масса химического элемента больше 1/12 массы атома углерода с массовым числом 12 а.е.м. (это безразмерная величина, число)

1. Атомная единица массы (а.е.м.) - одна двенадцатая часть массы атома изотопа углерода 12С  (1 а.е.м. =1,66 *10-24……)

1. Относительная атомная масса - это отношение усредненной массы естественной смеси изотопов, атомов химического элемента к атомной единице массы (одной двенадцатой части массы атомов изотопа углерода 12С)

Значения относительных атомных масс приведены в ПСХЭ Д.И. Менделеева под знаком химического элемента, например: m(C =12)

Зная относительную атомную массу элементов входящих в состав вещества можно вычислить  относительную молекулярную массу данного вещества.

1. Относительная молекулярная масса - сумма всех относительных атомных масс входящих в молекулу атомов химических элементов.

Мr = Аr1 * i1+ Ar2* i2+ Аr3 * i3…

Где Мr – относительная молекулярная масса вещества

 Аr1 , Ar2, Аr3 … – относительные атомные массы элементов входящих в состав этого вещества

i1, i2, i3… – индексы при химических знаках химических элементов.

Например: Вычислим относительную молекулярную массу гидроксида кальция Ca(OH)2

Мr ( Ca(OH)2 )= Аr (Ca) *1+ Ar(O)* 2+ Аr(H) *2

Аr (Ca) =40

 Ar(O)=16

 Аr(H)=1          =>  Мr (Ca(OH)2)= 40*1 + 16*2 +1*2 = 74 или   =>  

                               Мr (Ca(OH)2 )= 40*1 + (16 +1)*2 = 74

Задание 1: Вычислите, относительны молекулярные массы следующих веществ: AL(OH)3; Cu(OH)2

Fe(OH)2 ; Rb2CO3;  NaCl; HNO3

Французский ученый Ж. Пруст (1754-1826), работая в прекрасно оборудованной лаборатории в

Мадридском университете, исследовал количественный состав солей олова, меди, железа, никеля, сурьмы, кобольта, серебра и золота (1799-1806) и пришел к выводу: "Соединение есть привилегированный продукт, которому природа дала постоянный состав. Природа, даже через

посредство людей, не производит соединения иначе, как с весами в руках, - по мере и весу. От одного полюса Земли к другому соединения имеют тождественный состав. Никакой разницы мы не видим между окисью железа южного полушария и северного; японская киноварь имеет тот же состав, как испанская киноварь; хлористое серебро совершенно тождественно, происходит ли оно из Перу или из Сибири; во всем мире имеется только один хлористый натрий, одна селитра,одна сернокальциевая соль, одна сернобариевая соль. Анализ подтверждает эти факты на каждом шагу".

Сейчас Закон постоянства состава формулируется так:

2. "Каждое индивидуальное химическое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав и определенное химическое строение    независимо от способа его получения".

Этот Закон утверждался Ж. Прустом в жесткой борьбе с соотечественником, признанным авторитетом того времени в химии - К. Бертолле (1748-1822). Научная дискуссия помогла химикам четко осознать различие между понятиями "соединение" и "смесь".

Смеси веществ действительно могут иметь переменный состав. Изучая соотношения между азотом и кислородом в различных окислах азота, английский ученый (физик и химик) Джон Дальтон (1766-1844) пришел к выводу, который и составил основное содержание Закона кратных отношений:

3. "Если два химических элемента дают несколько соединений, то весовые доли одного и того же элемента в этих соединениях, приходящиеся на одну и ту же весовую долю второго элемента, относятся между собой как    небольшие целые числа".

Пусть у нас имеются данные о процентном содержании азота и кислорода в трех оксидах: N2O, NO и NO2. Рассчитаем, сколько весовых частей кислорода приходится на одну весовую часть азота в этих соединениях: в N2O это 16/28, в NO -16/14 или 32/28 и в NO2 - 32/14 или 64/28. Между собой эти величины относятся как 1:2:4. Можно было бы таким же образом рассчитать весовые части азота, приходящиеся на одну весовую часть кислорода в этих окислах. Взяв их отношения, мы получим 4:2:1. Используя данные о процентном содержании углерода и кислорода в окислах CO и CO2, легко получить, что отношения весовых частей кислорода, приходящиеся на одну весовую часть углерода в этих оксидах, равно 1:2. Самое простое и естественное объяснение этим фактам дала атомная теория. Так как важнейшие исходные данные - процентное содержание химических элементов в рассматриваемых соединениях - были получены на основе химического анализа, а выводы касались атомного строения химических соединений, то все это учение получило название химической атомистики.

 Основные положения этой теории Д. Дальтон сформулировал так :

1) материя состоит из мельчайших первичных частиц или атомов;

2) атомы неделимы и не могут создаваться или разрушаться;

3) все атомы данного элемента одинаковы и имеют один и тот же неизменный вес;

4) атомы разных элементов обладают различным весом;

5) частица или соединение сформированы из определенного числа атомов химических элементов составляющих их;

6) вес сложной частицы представляет собой сумму весов составляющих ее атомов".

Д. Дальтон предложил первые химические формулы для некоторых простейших химических соединений. Не имея экспериментальных данных о числе атомов в молекуле, Д. Дальтон

был вынужден принять простейшие, как он считал, отношения,   что в молекуле воды на один атом водорода приходится один атом кислорода, в аммиаке на один атом азота

приходится один атом водорода.

Д. Дальтон рассчитал относительные атомные веса для некоторых элементов, приняв атомный вес водорода за единицу.

Задание 2: Определите массовые отношения атомов в молекулах веществ:

Серная кислота, сульфид железа (II), оксид кальция, сульфат меди(II), оксид серы  (IV) , оксид серы  (VI).

Выполни тест, проверь усвоение материала, если тебя не удовлетворят результаты, ещё раз прочитай лекцию.

Успехов.

Тест:

Выберите правильный ответ .

Масса вещества формула которого равна:

1. CaCO3 ;

1.  68 ;
2. 100;
3. 90;
4. 88

2. Mg(NO3)2;

1. 54
2. 148
3. 86
4. 564

3. CuSO4;

1. 160
2. 112
3. 128
4. 88

4. Na2CO3;

1. 51
2. 74
3. 106
4. 92

5. AlCl3;

1. 62
2. 48
3. 133,5
4. 205

2. Выберите правильный овет: Массовые отношения химических элементов в формулах веществ равны:

А)CuSO4;

1. 64 : 32: 64  
2. 2: 1 : 2
3. 16: 8: 16
4. 4: 2: 4 1.        

Б)CaCO3

1. 10: 3: 12
2. 40: 12: 48
3. 40: 12: 16
4. 10: 3: 4

Урок 3. Закон Авогадро. Молярный объём газов.

 Относительная плотность газов.

Цели: Знать закон Авогадро, молярный объём газов, значение числа Авогадро и молярного объёма газов при нормальных условиях

Уметь решать задачи на связь количества вещества, массы, объёма, числа структурных частиц вещества.

1.Новый материал.

Состав продуктов многих реакций зависит от того в каких соотношениях взаимодействуют исходные вещества.

Например: 2 С + О2 = 2 СО, или С + О2 = СО2 

На  прошлом занятие мы узнали, что

1. 1 моль любого вещества имеет массу равную относительной молекулярной массе вещества выраженную в г/ моль.
2. 1 моль любого вещества содержит 6* 10 23 структурных частиц

Какой объём занимает 1 моль вещества?

Чему равен молярный объём газообразных веществ?

А. Авогадро установил, что молярные объёмы всех газов при одинаковых условиях равны. Это можно объяснить тем, что расстояние между молекулами газов гораздо больше размеров самих молекул.

Закон Авогадро: в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях  содержится одинаковое число молекул

Следствие из закона: При одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объём , который называется молярным

3. 1 моль любого вещества занимает определённый объём,  который вычисляется как частное при делении молярной массы на плотность вещества.
4. Молярный объём обозначается Vm =М / ρ

 При нормальных условиях (t = 0°С / Т =273° К /; Р = 1 атм.  = 760 мм рт. ст. =101325 Па) молярный объём всех газов равен 22,4 л/ моль.

Для перевода числа структурных частиц вещества в массу или объём пользуются следующими формулами:  n = N/NА ;   n = m/М ;  n = V / Vm  (для газов при н.у.)

Пример 1:  Какой объём займут 2 моля углекислого газа?

Пример 2:  Определите массу и объём 18 * 1023 молекул сероводорода.

Для газов можно  вычислять плотность:

ρ = М /  Vm  (г/л);

относительная плотность показывает во сколько раз один газ тяжелее другого

Относительная плотность газа – это отношение молярной массы одного газа к молярной массе другого.  DГ2(Г1) = М(Г1) / М(Г2) это безразмерная величина.

Отсюда М(Г1) = М(Г2) * DГ2(Г1)

Для определения относительной плотности газа по воздуху необходимо помнить, что М(возд) = 29 г/моль

Пример 3: Определите плотность и относительную плотность по воздуху  углекислого газа при н.у.

Пример 4: Определите относительную плотность сероводорода по водороду.

Задания для самостоятельного решения:

Выберите один правильный ответ:

1.  0,5 моль кислорода займут объём равный?

1. 112 л
2. 22,4 л
3. 11,2 л
4. 11,2 м3

2. 4,48 л занимает водород количеством вещества

1. 1моль
2. 2 моль
3. 0,2 моль
4. 0,2 кмоль

3. Относительная плотность оксида серы (4) по водороду равна

1. 32
2. 64
3. 28
4. 24

4. 18 * 1023  молекул оксида серы (4) займут объём равный

1. 67,2 л
2. 22,4 л
3. 672 л
4. 6,72 м3
5. 136г сероводорода займут объём равный

1. 22,4 л
2. 44,8 л
3. 89,6 л
4. 44,8 м3

6. 34 г аммиака займут объём равный

1. 22,4 л
2. 44,8 л
3. 89,6 л
4. 44,8 м3

7. Относительная плотность углекислого газа по водороду равна

1. 44
2. 22
3. 88
4. 66

8. Относительная плотность метана по кислороду равна

1. 1
2. 0,5
3. 2
4. 4

9. 4,48 л занимает аммиак массой равной

1. 34г
2. 3,4 г
3. 17 г
4. 64г

10. Относительная плотность оксида серы (6) по водороду 40, его молярная масса равна    

1. 64
2. 120
3. 80
4. 40                                                                                                                

Взаимосвязь количества вещества, массы, объёма и числа структурных частиц вещества.

Решение задач. Практикум.

Цели: Уметь рассчитывать ρ; D; n; m; V.

w =mЭ / Мв-ва или w% = mЭ / Мв-ва*100%

Пример 1. Массовая доля сульфата меди в медном купоросе (пента

 аква сульфат меди (2))

Решение

Решите самостоятельно.

Задание 1.Выберите правильный ответ.  Массовая доля серы в серной кислоте

1)32,65%  2) 65,03% 3)50% 4) 81%

Задание 2:Наиболее богат азотом оксид, формула которого: 1) N2О; 2) NО;

3) NО2; 4) N2О4

Задание 3: Объём 22г пропана (н.у) и число молекул в нём соответственно равны:

1. 8,5 л и 2,29 *10 23              3) 44,8 л и 12,04 *10 23
2. 11,2 л и 3,01 *1023             4) 5,6 л и 1,50 *10 23

Задание 4: Масса  5,6 л (н.у) метана и число молекул в ней соответственно равны:

1. 4 г и 1,50 *1023                  3) 7,5 г и 1,50 *1023
2. 64 г и 24 *10 23                  4) 32 г и 12,04 *10 23

Задание 5: Число атомов каждого элемента, содержащееся в 33,6 л оксида серы (6) соответственно равно:

1. 9*1023 и 9*1023                                     3) 6 * 10 23 и 18*1023     
2. 6 * 10 23 и 12*1023                               4) 9 * 10 23 и 18*1023

Задание 6: Какова масса 2,8 л озона.

1. 6 г                             3) 32 г
2. 12 г                             4) 48 г

Задание 7: Какова относительная плотность бутана С4Н10 по воздуху?

1. 3                              3) 2
2. 1,5                            4) 1

Задание 8: Какой объём займут 9,6 г озона?

1. 22,4 л                  3)  6,27 л
2. 44,8 л                   4)  4,48 л

Задание 9: Какое количество молекул содержится в 8 г кислорода?

1. 9*1023                              3) 6 * 10 22
2. 6 * 10 23                           4) 3* 10 23 

Заполните таблицу:

Выполненное задание отсканируй и отправь по адресу: bogdanowskaj@mail.ru

Урок №5.Тема: Определение молекулярной формулы веществ по массовым долям элементов

Цели: Знать что такое массовая доля, как она определяется.

Уметь решать задачи на определение молекулярной формулы веществ по массовым долям элементов.

Решение задач на вывод формул

Для вывода формул необходимо знать массовые доли элементов, плотность газообразных веществ или их относительную плотность, количество продуктов реакции, в которой участвует вещество.

Условные обозначения :

ρ – плотность  в г/л; кг/м3

М – молярная масса г/моль; кг/кмоль

Vm  –  молярный объём газов Vm = 22.4 л/моль;  22.4 м3/кмоль

V  – объём газа

DГ2 (Г1) – относительная плотность газа 1 по газу2

m –  масса вещества г; кг

Нахождение химической формулы вещества по массовым долям элементов.

Задача:

Плотность углеводорода по кислороду 1,75 массовая доля водорода в нём 14,3% . Определите молекулярную формулу углеводорода.

Пример 2: Элементный состав вещества следующий: массовая доля элемента железа 0,7241 (или 72,41 %), массовая доля кислорода 0,2759 (или 27,59 %). Выведите химическую формулу.

Решение:

Находим отношение числа атомов:

Fe : O → 72,41/56 : 27,59/16 ≈ 1,29 : 1,72.

Меньшее число принимаем за единицу (делим на наименьшее число в данном случае оно 1,29 ) и находим следующее отношение:

Fe:O ≈ 1:1,33.

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.

Задачи для самостоятельного решения:

1. Определите простейшую формулу углеводорода  массовая доля углерода в котором 80%
2. Определите простейшую формулу соединения, массовые доли натрия, серы и кислорода, в которой соответственно равны: 29,11; 40,51;  30,38%
3. Массовая доля фосфора в одном из его оксидов равна 56,4% . Плотность паров этого вещества по кислороду равна 6,875. Установите молекулярную формулу вещества.
4. Найдите молекулярную формулу вещества , содержащего по массе 5,88% водорода и 94,12% серы.  Плотность вещества при (н.у.) равна 1,518г/л    
5.         Найдите молекулярную формулу вещества , содержащего по массе 30,43% азота и 69,57% кислорода. Плотность вещества при (н.у.) равна 2,054 г/л.г/л
6. Углеводород содержит 82,76% углерода. Определите его молекулярную формулу, учитывая, что плотность по воздуху равна 2.

Урок 7. Тема: Определение молекулярной формулы веществ с использованием плотности и относительной плотности газов

Цели: знать понятия плотность и относительная плотность газов.

Уметь решать задачи на нахождение молекулярной формулы веществ с использованием плотности и относительной плотности газов.

Решение задач на вывод формул

Для вывода формул необходимо знать массовые доли элементов, плотность газообразных веществ или их относительную плотность, количество продуктов реакции, в которой участвует вещество.

Условные обозначения :

Ρ – плотность  в г/л; кг/м3

М – молярная масса г/моль; кг/кмоль

Vm  –  молярный объём газов Vm = 22.4 л/моль;  22.4 м3/кмоль

V  – объём газа

DГ2 (Г1) – относительная плотность газа 1 по газу2

m –  масса вещества г; кг

Пример 1:

1. Найдите формулу алкена если его плотность по водороду равна 21. Постройте его структурную формулу, назовите.

Ответ:  С3Н6 – пропен      структурная формула:     

 относительная плотность по азоту 1,57.

Задача 3:Выведите молекулярную формулу органического вещества, если известно, что w(С) = 48,65%, w(О) = 43,24%, w(Н)=8,11% и относительная плотность паров этого вещества по воздуху равна 2,55. Приведите графические формулы всех возможных изомеров, принадлежащих к классам карбоновых кислот и сложных эфиров, и укажите их названия.

     3.Какова формула газообразного предельного углеводорода, если 11 г этого газа занимают объём 5,6 л (при н.у.)? (Габриелян, 10 класс с.82)