Методические рекомендации по решению расчётных задач


МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«ЛИЦЕЙ ГОРОДА АБДУЛИНО»
МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АБДУЛИНСКИЙ РАЙОН
ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ
Методические
рекомендации по решению и оформлению расчетных задач по химии
(из опыта работы учителя химии МБОУ «Лицей г Абдулино»)
Зарипова Халима Сафуановна-учитель химии
Высшей квалификационной категории,
Почетный работник общего образования РФ
Стаж педагогической работы -30лет
2014-2015 учебный год
Оглавление
Введение
Место и роль расчетных задач в курсе химии
Общие рекомендации к решению и оформлению расчетных задач
Методика решения некоторых вариантов расчетных задач по органической и неорганической химии.
Решение химических задач - важная сторона овладения знаниями основ науки химии.
Включение задач в учебный процесс позволяет реализовать следующие дидактические принципы обучения:
обеспечение самостоятельности и активности учащихся;
достижение прочности знаний и умений;
осуществление связи обучения с жизнью;
реализация политехнического обучения химии, профессиональной ориентации.
Умение решать расчетные задачи является одним из показателей уровня развития химического мышления школьников, глубины усвоения ими учебного материала.
Значение решения задач в школьном курсе химии переоценить трудно. Во-первых, решение задач — это практическое применение теоретического материала, приложение научных знаний на практике. Успешное решение задач учащимися поэтому является одним из завершающих этапов в самом познании.
Решение задач требует от учащихся умения логически рассуждать, планировать, делать краткие записи, производить расчеты и обосновывать их теоретическими предпосылками, дифференцировать определенные проблемы на отдельные вопросы, после ответов на которые решаются исходные проблемы в целом.
При этом не только закрепляются и развиваются знания и навыки учащихся, полученные ранее, но и формируются новые.
Решение задач как средство контроля и самоконтроля развивает навыки самостоятельной работы; помогает определить степень усвоения знаний и умений и их использования на практике; позволяет выявлять пробелы в знаниях и умениях учащихся и разрабатывать тактику их устранения.
Во-вторых, решение задач — прекрасный способ осуществления межпредметных и курсовых связей, а также связи химической науки с жизнью.
При решении задач развиваются кругозор, память, речь, мышление учащихся, а также формируется мировоззрение в целом; происходит сознательное усвоение и лучшее понимание химических теорий, законов и явлений. Решение задач развивает интерес учащихся к химии, активизирует их деятельность, способствует трудовому воспитанию школьников и их политехнической подготовке.
Место расчетных задач в процессе обучения химии.
При объяснении нового материала задачи помогают иллюстрировать изучаемую тему конкретным практическим применением, в результате учащиеся более осознанно воспринимают теоретические основы химии.
Использование задач при закреплении новой темы позволяет учителю выявить, как усвоен новый материал, и наметить методику и план дальнейшего изучения данного вопроса.
Решение задач дома способствует привлечению учащихся к самостоятельной работе с использованием не только учебников, но и дополнительной, справочной литературы.
С целью текущего, а также итогового контроля и учета знаний лучшим методом является также расчетная задача, так как при ее решении можно оценить все качества ученика, начиная от уровня знания теории до умения оформлять решение в тетради.
Особое место занимает решение задач при повторении и обобщении учебного материала. Именно здесь в большей степени реализуются курсовые и предметные связи, а также системность и целостность изучаемой темы или курса в целом.
Таким образом, использование расчетных задач в школе позволяет в значительной мере решать основные функции обучения и воспитания.
Обучающие функции (их можно считать ведущими) обеспечиваются формированием важных структурных элементов знаний, осмыслением химической сущности явлений, умением применять усвоенные знания в конкретно заданной ситуации. Решение задач — это активный познавательный процесс.
Воспитывающие функции реализуются формированием мировоззрения, осознанным усвоением материала, расширением кругозора в краеведческих, политехнических вопросах. Учебные задачи являются действенным средством воспитания трудолюбия, настойчивости, воли, характера.
Развивающие функции проявляются в результате формирования научно-теоретического, логического, творческого мышления, развития смекалки учащихся, в будущем — изобретательности и ориентации на профессию химика. Решение задач — это мыслительный процесс.
Учитывая дидактические функции учебных задач, учитель сможет реализовать образовательные, воспитательные и развивающие цели в их единстве и дидактической связи.
На основе анализа психологической и методической литературы химической задаче можно дать такое определение:
ХИМИЧЕСКАЯ УЧЕБНАЯ ЗАДАЧА — это модель проблемной ситуации, решение которой требует от учащихся мыслительных и практических действий на основе знания законов, теорий и методов химии, направленная на закрепление, расширение знаний и развитие химического мышления.
Решение задач не самоцель, а цель и средство обучения и воспитания учащихся. В связи с этим проблема решения задач является одной из основных для дидактики, педагогической психологии и частных методик.
Сформулировать задачу, приступить к решению с пониманием ее психологической сущности означает найти проявление тех внешних обстоятельств, через которые обеспечивается умственная активность школьников. Если эти обстоятельства станут предъявляться не в виде задачи, то они не будут вызывать у учащихся необходимых усилий и ограничатся лишь фиксацией отдельных бессвязных фактов.
Трудность решения задач зависит от объективного содержания и субъективного опыта. Задачи бывают репродуктивные и продуктивные. Механизм их решения различен. Репродуктивные — это типовые задачи, при решении которых возможно применение алгоритмов. В этом случае учитель сам объясняет ход их решения.
Продуктивные — творческие задачи, в них необходимо самостоятельно найти способы решения. Для этого недостаточно организованного опыта, необходим качественно иной опыт, заключающийся в умении логически мыслить, анализировать ситуацию в способности к интуитивному решению проблемы как высшего проявления логического мышления.
Психологический анализ обучения свидетельствует о том, что усвоение знаний происходит в процессе активной мыслительной работы учащегося при решении им задачи через выделение существенных сторон проблемы путем анализа, абстрагирования и обобщения. Решение задач предполагает целенаправленный, научно обоснованный ход деятельности.
Бессистемно отобранные задачи, не связанные с теориями и законами, не обеспечивают должного развития мышления. Необходима продуманная система последовательно усложняющихся задач, отражающих явления в их взаимосвязи и развитии. Следует обращать внимание на применение полученных знаний на практике.
Правильно подобранные задачи в соответствии с уровнем развития учащихся не только реализуют их психологический потенциал, но и мобилизуют личность в целом, охватывая эмоциональную сферу, интересы, потребности.
Решение химических задач состоит из многих операций, которые должны последовательно соединяются между собой и привести к результату
Решение задачи всегда следует начинать с анализа условия и составления плана ее решения, при этом определяются:
числовые данные задачи, которые при необходимости приводятся в единую систему единиц (количественная сторона задачи);
перечень химических веществ и явлении в их взаимосвязи и  взаимообусловленности,  основные теоретические  положения, необходимые для решения задачи (качественная сторона задачи);
соотношения   между  качественными  и   количественными данными задачи в виде формул, уравнений, пропорций, законов;
алгоритм решения задачи, т. е. последовательность ее решения,   начиная   с   конечного   вопроса   задачи   до  данных   по условию.
Проанализировав задачу и наметив план решения, приступают к его выполнению. Записывают кратко условие задачи, используя общепринятые обозначения и сокращения. Каждое действие решения оформляется вопросом, результат вычисляют с необходимой точностью с обозначением соответствующих единиц.
Методику решения некоторых вариантов расчетных задач по органической и неорганической химии предлагаю к рассмотрению.
Тема « Сера и ее соединения»
Задача №1.
Насыщенный при 20 градусах водный раствор некоторой соли, представляющей собой сульфат двухвалентного металла, имеет массовую долю 0,39. Когда к этому раствору, взятому в достаточном количестве, добавили 4,5г. той же безводной соли, то в осадок выпало 11,6г. пятиводного кристаллогидрата. Установите формулу соли.
Решение
При добавлении к насыщенному раствору безводной соли происходит связывание воды этой солью и масса несвязанной воды уменьшается, поэтому из раствора выпадает осадок кристаллогидрата. Раствор снова становится насыщенным, а т.к. температура не изменялась, то и массовая доля безводной соли в нем не изменилась.
Введем следующие обозначения:
Х – молярная масса металла,
У – масса растворенной безводной соли в насыщенном растворе,
Z – масса насыщенного раствора.
При тех действиях, которые описаны в задаче, изменяются обе величины, позволяющие вычислить массовую долю растворенного вещества.
Находим новую массу безводной соли в насыщенном растворе после выпадения осадка
m(MeSO4 ) = y + 4,5 – (11,6 . (х + 96) : (х + 186)
Где (Х+96) – это молярная масса безводной соли, а (Х+186) – это молярная масса пятиводного кристаллогидрата этой соли.
Находим новую массу раствора
M(раствора)=Z + 4,5 – 11,6 = Z – 7,1
Несмотря на то, что обе величины изменились, массовая доля растворенного вещества в этом растворе равна 0,39. На этом основании можно записать выражение:
у : х =( у +4,5 – 11,6. (х +96) : (х + 186) ) : (z -7,1)
Найдя Х из этого выражения, получаем Х= 55,12. Следовательно этот элемент –марганец и формула соли MnSO4 .5H2O
Задача №2.
Сульфид металла массой 4,4 г. имеет формулу MeS (металл может проявлять степень окисления +2 и +3), его подвергли обжигу в избытке кислорода. Твердый остаток растворили в строго необходимом количестве 37,8% - ной азотной кислоты. Массовая доля соли в полученном растворе – 41,7%. При охлаждении этого раствора выпало 8,08г. кристаллогидрата, а массовая доля соли снизилась до 34,7%. Установите формулу кристаллогидрата.
На основании условия задачи записываем уравнения реакций
4 MeS + 7 O2 = 2 Me2 O3 + 4SO2 (1)
Me2O3 + 6 HNO3 = 2 Me (NO3)3 + 3H2O (2)
Вводим обозначения: Х – молярная масса неизвестного металла,
У – количество вещества сульфида металла,
Тогда молярная масса сульфида (Х + 32)
По уравнению реакции (1) количество вещества оксида металла в два раза меньшее, чем сульфида, т.е. 0,5У , а азотной кислоты по уравнению (2) в шесть раз больше, чем оксида, т.е. 3У
1.Находим количество вещества для сульфида металла
У=4,4/(Х+32) моль
2.Находим массу азотной кислоты, пошедшей на растворение оксида металла
М(HNO3) = 63г/моль
M(HNO3) = n(HNO3) . M(HNO3) = 3У.63 г.
3.Находим массу 37,8%-ного раствора азотной кислоты, пошедшего на растворение оксида металла
m( раствора HNO3 ) = 3y .63/0,378 = 500y г.
Общая масса раствора после растворения оксида металла складывается из их масс. Находим массу оксида:
m ( оксида) = n (оксида) .М (оксида)
n (оксида) = 2х = 48 г/моль
4.Находим массу раствора соли
m(раствора соли) = 500у + 0,5у. (2х + 48) = у (х + 524 ) г.
5.Находим массу соли в растворе
M (соли) = х + 186 г/моль
m (соли) = у (х + 186)г.
По условию задачи массовая доля соли в растворе в растворе равна 0,417, что позволяет записать следующее выражение:
0,417 = у ( х + 186 ) : у ( х + 524)
Откуда Х= 56 – это железо, и формула сульфида - FeS , формула оксида – Fe2O3
Формула соли – Fe(NO3)3
После того как мы нашли формулы веществ, можно вычислить все недостающие величины:
6.Находим количество вещества сульфида железа
п (FeS )= m (FeS) : M (FeS) = 4,4 : 88 = 0,05 моль
7.Находим массу нитрата железа (3) в растворе
m ( Fe (NO3 )3 = 0,05.242 = 12,1г.
8.Находим массу раствора соли
m( раствора) =m (соли) : w (соли) = 12,1 : 0,417 = 29г.
При охлаждении раствора из него выпадает 8,08 г. кристаллогидрата нитрата железа(3) и масса раствора становится меньше на эту величину.
9.Находим массу раствора после выпадения осадка
m1(раствора) = 29 – 8,08 = 20,92г.
10.Находим массу нитрата железа(3), в оставшемся растворе
m 1 (Fe(NO3)3 = 20.92.0,347 = 7,26г.
11.Находим массу нитрата железа(3), оказавшуюся в составе выпавшего кристаллогидрата
m2 (Fe(NO3)3) = 12.1 – 7,26 = 4,84 г.
Теперь можно определить формулу кристаллогидрата, т.к. известна его масса и масса безводной соли в его составе.
12.Находим массу воды в составе кристаллогидрата.
m (H2O) = 8,08 – 4.84 = 3,24 г.
13.Находим количество вещества воды в составе кристаллогидрата
n (H2O) = 3,24 : 18 = 0,18 моль
Т.к. получено соотношение 0,05:0,18 или 1:9, формула кристаллогидрата – Fe(NO3)3 . 9H2O
Тема «Азот и его соединения»
Задача №3.
Хлорид аммония массой 42,8г. смешали с избытком гашеной извести и нагрели до полного прекращения реакции. Собранный газ поместили в закрытый сосуд и нагрели до 500 градусов. После нагревания газовая смесь была приведена к первоначальным условиям, ее плотность по водороду равна 4,474. Определите массовые доли газов в полученной смеси.
Записываем уравнения необходимых реакций:
2NH4CL + Ca (OH )2 = CaCl2 + 2NH3 + 2H2O (1)
2NH3 = N2 + 3H2 (2)
1.Находим количество вещества хлорида аммония
n (NH4CL) = 42,8 : 53,5 = 0,8 моль
При нагревании до 500 градусов определенная часть аммиака подвергается разложению и в системе устанавливается динамическое равновесие. Пусть х – это количество вещества азота в уравнении реакции (2), тогда количество вещества водорода по уравнению реакции – 3х, а израсходованного аммиака – 2х. Остаток аммиака в равновесной системе составит: 0,8 – 2х
Находим молярную массу равновесной смеси
М (смеси) = D (Н2).М (Н2)
М (смеси) = 2 . 4,474 = 8,948 г/моль
Разложение аммиак производили в закрытом сосуде, следовательно масса всех веществ до и после реакции равны.
Находим массу аммиака
m(NH3) = 0,8 . 17 = 13,6 г.
Общее количество всех веществ в смеси равно:
0,8 – 2х + х + 3х = 0,8 + 2х моль
Это количество вещества имеет массу 13,6г. Откуда следует, что
(0,8 + 2х ) моль имеет массу 13,6г.
1 моль смеси ----------8,948г. откуда х = 0,36
Таким образом, равновесная смесь содержит: 0,36 моль азота,
1,08 моль водорода
( 0,8 – 2 . 0,36) = 0,08 моль аммиака
Находим массу газов в равновесной смеси
m(NH3) = 0,08 . 17 = 1,36г.
m(N2) = 0,36 . 28 = 10,08г.
m(H2) = 1,08 . 2 = 2,16г.
5.Находим массовые доли газов в равновесной смеси:
W(NH3) = 1,36 : 13,6 = 0,1 = 10%
W(N2) = 10,08 : 13,6 = 0,741 = 74,1%
W(H2) = 2,16 : 13,6 = 0,159 = 15,9%
Задача №4.
В 200г. 63% - ного раствора азотной кислоты растворяли медь до тех пор, пока раствор не оказался 45,95% - ным по азотной кислоте. Затем этот раствор добавили к равному по массе 11,95% - ому раствору сульфида натрия. Определите массовые доли веществ в растворе после удаления черного осадка.
По условию задачи составляем уравнение реакции меди с конц. азотной кис- лотой :
Cu + 4 HNO3 = Cu (NO3) + NO2 + 2 H2O
Полученный нитрат меди дает с сульфидом натрия нерастворимый в азотной кислоте осадок сульфида меди(2) черного цвета:
Cu (NO3)2 + Na2S = CuS + 2 NaNO3
Находим массу азотной кислоты в растворе
m(HNO3) = 200 . 0,63 = 126г.
Находим количество вещества азотной кислоты
n(HNO3) = 126 : 63 = 2моль
Пусть в реакцию вступает х моль меди, тогда по уравнению реакции расходуется 4х моль азотной кислоты и выделяется 2х моль оксида азота(4). Масса раствора, получившегося при растворении меди равна:
m (конечногораствора) =m( исходного раствора) + m(меди) –m( выделившегося диоксида азота)
m(раствора) = 200 + 64х – 2х . 46
Новая массовая доля азотной кислоты в растворе позволяет вычислить количество вещества меди.
Находим количество вещества меди, вступившей в реакцию
0,4505 = 126 – 4х . 63 : (200 – 28х) х = 0,15 моль
Находим массу раствора, получившегося после растворения меди :(раствора) = 200 + 0,15 . 64 – 0,3 . 46 = 195,8 г.
Находим массу, а затем количество вещества сульфида натрия:
m(Na2S) = m раствора . W(Na2S) = 195,8 . 0,1195 = 23,4 г.
n(Na2S) = m (Na2S)/ M (Na2S) = 23,4 : 78 = 0,3 моль
В реакцию с нитратом меди вступает 0,15 моль сульфида натрия, следовательно, в растворе остается непрореагировавшим 0,3 – 0,15 = 0,15 моль сульфида натрия.
Количество вещества сульфида меди равно 0,15 моль, а нитрата натрия – 0,3 моль. В растворе после отделения осадка еще содержится азотная кислота в количестве
2 – 0,6 = 1,4 моль.
Следовательно, возможно взаимодействие сульфида натрия с азотной кислотой по уравнению
Na2S + 2HNO3 = H2S + 2NaNO3 c выделением сероводорода, растворимосью которого в данных условиях можно пренебречь; количество вещества сероводорода равно 0,15 моль, а нитрата натрия при этом получается 0,3 моль.
Общее количество нитрата натрия равно 0,6 моль, а остаток азотной кислоты –
1,4 – 0,3 = 1,1 моль
Находим массу выделившегося сероводорода:
m(H2S ) = 0,15 . 34 = 5,1г.
Находим массу конечного раствора:
m(р-ра) = 195,8 +195,8 – 0,15 . 96 – 5,1 = 372,1 г.
Находим массу оставшейся в растворе азотной кислоты:
m2(HNO3 ) = 1,1 . 63 = 69,3 г.
Находим массу нитрата натрия:
m(NaNO3 ) = 0,6 . 85 = 51 г.
Вычисляем массовые доли веществ в растворе:
W(HNO3 ) = 69,3 : 372,1 = 0,186 или 18,6%
W(NaNO3 ) = 51 : 372,1 = 0,137 или 13,7%
Тема «Алканы. Способы получения алканов.»
Задача №5.
Ацетат натрия массой 16,4 г. смешали с избытком сухого гидроксида натрия и нагрели. Весь полученный газ пропустили через контактный аппарат при температуре 1500 градусов. Полученная при этом газовая смесь имела плотность по водороду 6,4. Каковы объемные доли газов в смеси, полученной на выходе из контактного аппарата?
Составляются необходимые уравнения реакций:
CH3COONa + NaOH = Na2CO3 + CH4 (1)
2CH4 = C2H2 + 3H2 (2)
Т.к. (1) реакция протекает количественно, а (2) не на 100%, становится ясно, что после реакции возникает смесь метана, ацетилена и водорода.
Находим количество вещества ацетата натрия и метана
n(CH3COONa ) =n (CH4 ) = 16,4 : 82 = 0,2 моль
Примем, что в реакции (2) образовалось х моль ацетилена, тогда образовалось 3х моль водорода, остаток метана составил 0,2 – 2х моль. В итоге количество вещества полученной смеси равно : ( 0,2 – 2х + х + 3х = 0,2 – 2х) моль
По закону сохранения массы веществ масса полученной газовой смеси равна массе метана и равна m(CH4 ) = 0,2 . 16 = 3,2 г.
Находим молярную массу полученной газовой смеси
М(смеси ) = 6,4 . 2 = 12,8 г.
Находим количество вещества полученной газовой смеси
п (смеси) = 3,2 : 12,8 = 0,25 моль
Находим количество вещества ацетилена
0,25 = 0,2 + 2х х = 0,025 моль
Находим количество вещества метана
0,2 – 0,025 . 2 = 0,15 моль
Находим количество вещества водорода
0,025 . 3 = 0,075 моль
Находим объемные доли газов в полученной смеси. Они равны мольным долям этих вешеств.
CH4 = 0,15 : 0.25 = 0,6
C2H2 = 0,025 : 0,25 = 0,1
H2 = 0,075 : 0,25 = 0.3
Задача №6.
При взаимодействии 1,59г. эквимолекулярной смеси этанола и неизвестного одноатомного спирта с сухим бромоводородом было получено 3,48г. смеси монобромпроизводных. Выведите молекулярную формулу неизвестного спирта.
C2H5OH + HBr = C2H5Br + H2O
CnH2n+1OH + HBr = CnH2n+1Br + H2O
Обозначим количество вещества этанола через хмоль, по условию задачи неизвестного спирта было столько же – х моль.
Находим массы спиртов, составляющих исходную смесь
m(C2H6O) = 46x m(CnH2n+1OH) = (14n + 18)x
следовательно, по условию задачи 1,59 = 46х +( 14п + 18)х
Находим массы бромпроизводных:
m(C2H5Br) = 109x m(CnH2n+1Br) = (14n + 81)x
3,48 = 109х + (14п + 81)х
Решается полученная система из 2-х уравнений. При этом получается п = 3
Значит формула искомого спирта С3Н8О.
Тема «Растворы»
Задача №7. Определите содержание хлороводорода в растворе (в массовых долях и процентах), полученном растворением хлороводорода объемом 50 л, измеренного при нормальных условиях, в воде объемом 400 мл.
Анализ условия. Количественная сторона задачи — дано 50 л хлороводорода и 400 мл воды.
Качественная сторона задачи — при растворении хлороводорода в воде образуется соляная кислота.
Взаимосвязь количественной и качественной сторон задачи — важнейшей характеристикой раствора является его состав, который показывает массовую долю (в процентах) растворенного вещества в растворе.
Алгоритм решения (разрабатывается с последнего вопроса задачи к первому): а) массовая доля растворенного вещества в растворе определяется отношением массы растворенного вещества к массе всего раствора с последующим умножением на 100%; б) масса раствора определяется суммой масс растворенного вещества и растворителя; в) масса хлороводорода определяется на основе закона Авогадро; г) масса воды определяется по формуле т = рУ', д) объемы воды и хлороводорода даны в условии задачи; плотность воды равна 1 г/мл.1.Определив алгоритм решения, приступаем к записи условия задачи и ее решения, начиная от пункта д) до пункта а).
Дано:
V(НС1) = 50 л,
V(Н2О) = 400 мл
Найти: 1) W%(HCL)= ?р(Н2О)=1  г/мл
Решение:
Определим массу воды.
т = рУ;m (Н2О)= 1,00.400 = 400 (г)
2.   Определим   массу  50 л  хлороводорода.   М(НС1) = 36,5   г/моль, значит,
УМ       50-36.5       01      Г      /       \
M(НС1)=VM:Vm=81,5(г)
3.  Определим массу раствора.
400 + 81,5 = 481,5 (г)
4.   Определим   массовую   долю   хлороводорода   в   растворе.
 W%(HCL)=16,9 %
Ответ:  16,9%.

Приложенные файлы


Добавить комментарий