Ответ: объём газовой смеси уменьшился в 2 раза.

Введение.

Добиться усвоения знаний учащимися, можно, как известно, разными способами.

Решение химических задач – важная сторона овладения знаниями основ химической науки. 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, профессиональная ориентация.

Формирование умений решать задачи является одним из компонентов обучения химии. Для успешного преподавания химии необходимо использование основного дидактического принципа единства обучения, воспитания и развития.

В процессе решения задач происходит уточнение и закрепление химических понятий о веществах и процессах, вырабатывается смекалка в использовании имеющихся знаний. Задачи, включающие определённые химические ситуации, становятся стимулом самостоятельной работы учащихся над учебным материалом. Побуждая учащихся повторять пройденное, углублять и осмысливать его, химические задачи способствуют формированию системы конкретных представлений, что необходимо для осмысленного восприятия последующего материала.

Решение задач является одним из звеньев в прочном усвоении учебного материала ещё и потому, что формирование теорий и законов, запоминание правил, формул, составление химических уравнений происходит в действии.

У учащихся в процессе решения задач воспитываются трудолюбие, целеустремлённость, развивается чувство ответственности, упорство и настойчивость в достижении поставленной цели. В процессе решения задач реализуются межпредметные связи, показывающие единство природы, что позволяет развивать мировоззрение учащихся.

В ходе решения задач идёт сложная мыслительная деятельность учащихся, которая определяет развитие как содержательной стороны мышления (знаний), так и действенной (операции, действия). Теснейшее взаимодействие знаний и действий является основой формирования различных приёмов мышления: суждений, умозаключений, доказательств. В свою очередь знания, используемые при решении задач, можно подразделить на два рода: знания, которые ученик приобретает при разборе текста задачи и знания, без привлечения которых процесс решения невозможен. Сюда входят различные определения, знание основных теорий, законов, разнообразные химические понятия, физические и химические свойства веществ, формулы соединений, уравнения химических реакций и т.д. Мышление при этом выступает как проблема «складывания» операций в определённую систему знаний с её последующим обобщением.  

Значительна роль задач в создании поисковых ситуаций, необходимых при проблемном обучении, а также в осуществлении процесса проверки знаний учащихся и при закреплении полученного на уроке учебного материала.

Таким образом, при использовании химических задач в процессе обучения реализуются как ключевые, так и предметные компетенции учащихся и учителя: ценностно-смысловая, учебно-познавательная, информационная компетенции, компетенция личностного самосовершенствования, овладение основами химической науки, овладение общенаучными и частнонаучными методами познания, понимание социальной значимости химии и др.

        Химические расчётные задачи условно делят на три группы:

1. Задачи, решаемые с использованием химической формулы или на вывод формулы вещества.

2. Задачи, для решения которых используют уравнения химических реакций.

3. Задачи, связанные с растворами веществ.

Каждая из этих групп  включает различные типы задач.

Большое значение имеют задачи, в которых наряду с известными явлениями, понятиями даются новые неизвестные. В этом случае решение задачи является средством применения имеющихся знаний и умений для получения и осмысливания новых знаний.

Решение задач, связанных с определением состава смеси веществ, является одним из наиболее сложных для учащихся и интересных разделов при обучении химии. Для определения состава смеси веществ можно использовать разные способы и приёмы решения задач.

В данной работе я попыталась представить поэтапное решение задач «на определение состава смеси веществ» для создания интерактивной химии, которое, на мой взгляд, послужит как вспомогательным материалом для обучения и развития школьников решению задач данного типа, так и средством  контроля за уровнем обученности по предмету.

 

 

Определение состава смеси,

Все компоненты которой взаимодействуют

С указанными реагентами

Задача №1.

При  растворении  в соляной кислоте смеси железа и алюминия массой 11 г выделился водород объёмом 8,96 л. Определите массу каждого металла в исходной смеси.

 

Дано:                                                 

m (Fe и Al) = 11 г 

V_общ (H₂) = 8,96 л             

 -----------------------

m (Fe) - ?  

m (Al) - ? 

 

Решение:

1 этап. Составим уравнения реакций.

             х г.                                    а л

          2 Al    + 6 HCl à 2 AlCl ₃ + 3 H ₂ ↑            (1)

           2 моль                           3 моль

       М = 27 г/моль                V_m = 22,4 л/моль

      m = 54 г                     V = 67,2 л

 

         (11- x ) г                             b л

          Fe + 2 HCl à FeCl ₂ + H ₂↑            (2)

         1 моль                            1 моль

       М = 56 г/моль                 V_m = 22,4 л/моль

  m = 56 г                           V = 22,4 л

2 этап.Зададим массы алюминия и железа:

            m ( Al ) = x г, m ( Fe ) = (11 – x ) г

3 этап. Вычислим объём водорода а, выделившегося в результате

         реакции (1).

          a = 67,2х / 54 = 1,244х

4 этап. Вычислим объём водорода b, выделившегося в результате реакции (2).      

         b = (11 – x )*22,4 / 56 = 0,4(11 – х)

5 этап. Составим выражение для общего объёма водорода. По условию

        a + b = 8,96 , тогда уравнение для расчёта объёма водорода имеет вид:

       1,244х + 0,4(11 – х) = 8,96

6 этап. Вычислим х:

         4,56 = 0,844х,

        отсюда х = 5,4 г – масса алюминия.

 

7 этап. Вычислим массу железа: 

         11 – 5,4 = 5,6 г

Ответ: m ( Fe ) = 5,6 г, m ( Al ) = 5,4 г.

Задача №2

При действии соляной кислоты на 4,66 г смеси железа и цинка было получено 1.792 л водорода (н.у.). Каков состав смеси?

 

Дано:

m (Fe и Zn) = 4,66 г

V (H₂) = 1,792 мл

М (Fe) = 56 г/моль

М (Zn) = 65 г/моль

V_m = 22,4 л/моль

_________________

m (Fe) - ?

m (Zn) - ?

 

Решение:

1 этап. Зададим массы железа и цинка:

          m ( Fe ) = x г, m ( Zn ) = (4,66 – x ) г

2 этап. Составим уравнения реакций:

           Fe + 2 HCl à FeCl ₂ + H ₂ ↑       (1)

           Zn + 2 HCl à ZnCl ₂ + H ₂ ↑       (2)

3 этап. Определим по уравнению реакции (1) объём выделившегося

          водорода  a:

           x /56 = a / 22,4

           a = 22,4 x /56 = 0,4 x

4 этап. Определим по уравнению реакции (2) объём выделившегося

         водорода b :

          4,66 – х) /65 = b / 22,4

           b = 22,4 *(4,66 – x ) /65

          b = 1,6 – 0,34 x

5 этап. По условию выделилось 1,792 л водорода (общий объём).

         Выразим его как сумму объёмов Н₂ в уравнениях (1) и (2):

           0.4х + 1,6 – 0,34х = 1,792

6 этап. Вычислим х:

         0,06х = 0,192

          х = 3,2 (г) – масса железа

7 этап. Вычислим массу цинка:

          4,66 – 3,2 = 1,46 (г)

Ответ: m ( Fe ) = 3,2 г, m ( Zn ) = 1,46 г.

Задача №3

При каталитическом гидрировании смеси уксусного и пропионового альдегидов массой 19,3 г  затрачен водород объёмом 8,06 л. Определите массовую долю уксусного альдегида в смеси.

Дано:                                       

m (смеси) = 19,3  г                                           

Vобщ (Н₂) = 8,06  л                      

Vm = 22,4 л/моль

М (СН₃СНО) = 44 г/моль                           

М (СН₃СН₂СНО) = 58 г/моль        

-------------------------------

W (СН₃СОН)  - ?  

                                                   

Решение:

 1 этап. Составим уравнения реакций гидрирования уксусного

         и пропионового альдегидов.

 

                                   х моль     х моль

                               СН₃СНО +  Н₂ -- à СН₃СН₂ОН           (1)   

     

                                   y моль     y моль  

                               СН₃СН₂СНО + Н₂ à CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH      (2)

2 этап.  Выразим количества вещества уксусного и пропионового

         альдегидов соответственно через  переменные величины:

         х моль и y моль .

 

3 этап.  Выразим количество вещества водорода по уравнению реакции (1):

          n (CH₃CHO) = n (H₂) = x моль.

 

4 этап. Выразим количество вещества водорода по уравнению реакции (2):

         n (CH₃CH₂CHO) = n (H₂) = y моль .

5 этап. Выразим общее количество вещества водорода по формуле: n = V / V_m

         8,06 / 22,4 = 0,36 моль

6 этап. Выразим общее количество вещества водорода через

        заданные величины:

        x + y = 0,36

7 этап. Выразим массы альдегидов через заданные переменные

        величины  количества вещества по формуле: m = M * n :

        m (CH₃CHO) = 44x г , m (CH₃CH₂CHO) = 58y г .

8 этап.  Масса смеси по условию 19,3 г. Выразим её через данные

         с переменными x и y :

         44х + 58 y = 19,3

9 этап. Составим систему уравнений и решим её:

         x + y = 0,36

         44 x + 58 y = 19,3

 

         x = 0,36  – y

         44*(0,36  – y ) + 58 y = 19,3

         15,84 + 14 y = 19,3

           y = 0,247 моль,   х = 0,113 моль

10 этап. Вычислим массу уксусного альдегида:

         44 * 0,113 = 4,967  г

11 этап. Вычислим массовую долю уксусного альдегида в смеси по формуле:

         W = m _в-ва / m _смеси

          W (СН₃СНО) = 4,967/19,3 = 0,258 или 25,8%

Ответ: 25,8 %

       

 

Задача №4

Известно, что 1,12 л (н.у.) смеси ацетилена с этиленом в темноте полностью связывается с 3,82 мл брома (ρ = 3,14 г/мл). Во сколько раз уменьшится объём смеси после пропускания её через аммиачный раствор оксида серебра?

 

Дано:

V_смеси = 1,12  л                 М (Br₂) = 160 г/моль

V_{раствора} (Br₂) = 3,82  мл  V_m = 22,4 л/моль

 ρ (Br₂) = 3,14 г/мл

___________________

V_1смеси/V_2смеси  -?

Решение:

1 этап. Все ли компоненты смеси реагируют с бромом? Составьте

        уравнения реакций:

       C ₂ H ₄ + Br ₂   - à C ₂ H ₄ Br ₂   (1)

       C₂H_{2 +} 2Br₂ -- à C₂H₂Br₄  (2)

2этап.   Обозначим количества вещества этилена и ацетилена

         через переменные      величины соответственно:

         n ( C ₂ H ₄ ) = x моль, n ( C ₂ H ₂ ) = y моль.

3 этап.   Вычислим общее количество вещества газовой смеси по формуле:

        n = V / V_m

          n _смеси = 1,12 / 22,4 = 0,05 моль

4 этап. Выразим общее количество вещества смеси через количества

        вещества этилена и ацетилена в уравнениях (1) и (2):    

         x + y = 0,05

5 этап.  По уравнению реакции (1) n ( Br ₂ ) = n ( C ₂ H ₄ ). Выразим

         количество   вещества брома, вступающего в реакцию с этиленом:                

         n ( Br ₂ ) = x моль

6 этап.  По уравнению реакции (2) n ( Br ₂ ) = 2 n ( C ₂ H ₂ ). Выразим

         количество вещества брома, вступающего в реакцию с ацетиленом:

          n ( Br ₂ ) = 2 y моль

7 этап.  Вычислим общее количество вещества брома, которое дано

         по условию по формуле: n (Br₂) = ρ*V /M

         n ( Br ₂ ) = 3,82* 3,14 / 160 = 0,075 моль

8 этап.  Представим общее количество вещества брома как сумму

         количеств по двум уравнения реакций:

         x + 2 y = 0,075

9 этап.  Составим систему уравнений с двумя неизвестными:

         x + y = 0,05

          x + 2 y = 0,075

10 этап. После решения системы уравнений получили: х = 0,025 моль,

          y = 0,025 моль

11 этап. Какое вещество реагирует с аммиачным раствором оксида серебра?

         Напишите уравнение реакции:

                                        NH₃, t

          С ₂ Н ₂ + Ag₂O --- à CH₃CHO + 2Ag      (3)

12 этап. Зная, что количество вещества ацетилена в смеси

        0,025 моль, вычислим, какой объём ацетилена вступил в реакцию

        с оксидом серебра, по формуле V = V_m * n :

          V ( C ₂ H ₂ ) = 0,025 * 22,4 = 0,56 л

13 этап. Вычислим, во сколько раз уменьшился объём смеси:

          V₁/V₂ = 1,12 /0,56 = 2

Ответ: объём газовой смеси уменьшился в 2 раза.

          

 

Задача №5*

При взаимодействии смеси металлического цинка и его карбоната с избытком водного раствора соляной кислоты выделяется 13,44 л (н.у.) газа. После полного сжигания образовавшегося газа на воздухе и конденсации водяных паров объём газа уменьшился до 8,96 л. Какова доля цинка (в %) в исходной смеси?

 

Дано:

Vгаза₁ = 13, 44 л

V_{газа 2}   = 8, 96 л

М (Zn) = 65 г/моль

М (ZnCO₃) = 125 г/моль

V_m = 22,4 л/моль

____________________-

W (Zn) - ?

 

Решение:

 

1 этап.  Составим уравнения реакций, которые соответствуют задаче:

         Zn + 2 HCl à ZnCl ₂ + H ₂ ↑                          (1)

          ZnCO₃ + 2HCl à ZnCl₂ + H₂O + CO₂↑        (2)

 

2 этап.  Какие газы образуются в результате реакций? Чему равен

        объём полученных газов?

          V ( H ₂ ) + V ( CO ₂ ) = 13,44 л

3 этап.  Какой газ сожгли? Составим уравнение реакции:

         2 H ₂ + O ₂ à 2 H ₂ O                                     (3)

 

4 этап. По условию пары воды сконденсировали, какой газ остался

         после конденсации паров воды? Чему равен объём оставшегося газа?

 

         После конденсации водяных паров газ стал состоять только

         из углекислого газа, т.е. V ( CO ₂ ) = 8,96 л

5 этап. Вычислим объём водорода, выделившегося в результате реакции (1):.

         V ( H ₂ ) = 13,44 – 8,96 = 4,48 л

6 этап.  Вычислим количество вещества цинка в соответствии с

        уравнением реакции (1):

         по уравнению реакции (1) n ( Zn ) = n ( H ₂ ) = 4,48 / 22,4 = 0,2 моль

7 этап. Вычислим массу цинка по формуле: m = n * M

        m ( Zn ) = 0,2 * 65 = 13 г

8 этап. Вычислим количество вещества карбоната цинка в соответствии

        с уравнением реакции (2): по уравнению реакции (2)

        n (ZnCO₃) = n (CO₂) = 8,96 / 22,4 = 0,4 моль

9 этап. Вычислим массу карбоната цинка по формуле: m = n * M

        m (ZnCO₃) = 0,4 * 125 = 50 г

10 этап. Вычислим массу исходной смеси веществ:

        m _смеси = m ( Zn ) + m   ( ZnCO ₃ ) = 13 + 50 = 63  

11 этап. Вычислим массовую долю цинка в исходной смеси по

         формуле: W = m _в-ва / m _смес   

                   W ( Zn ) = m ( Zn ) / m _смеси = 13 / 63 = 0, 206 или 20,6%

Ответ:  массовая доля цинка в смеси 20,6 %

Задача №6

Имеется смесь, содержащая 30% алюминия и 70% цинка. Определите, какую навеску смеси нужно взять для получения 10 л водорода при взаимодействии с соляной кислотой.

 

Дано :

W (Al) = 30%

W (Zn) = 70%

V (H₂) = 10 л

V _m = 22, 4 л/моль

М (Zn) = 65 г/моль

M (Al) = 27 г/моль

________________

m_смеси  - ?

 

Решение:

1 этап. Зададим массу искомой навески:

     m _смеси = а (г)

2 этап. Выразим массы алюминия (30%) и цинка (70%):

        m (Al) = 0,3a г , m (Zn) = 0,7a г

3 этап. Составим уравнения реакций:

 

                  0,7 a г                                  х л

                Zn + 2 HCl à ZnCl ₂ + H ₂ ↑                          (1)

                   1 моль                              1 моль

                   М = 65 г/моль                  V_m =22,4 л/моль

                    m = 65 г                           V = 22,4  л

                   0,3а г                                y л

                    2 Al +   6 HCl à 2 AlCl ₃ +    3 H ₂ ↑                          (2)

                    2 моль                             3 моль

                    М = 27 г/моль                 V_m =22,4 л/моль

                    m = 54 г                          V = 67,2 л

4 этап.Определим объём выделившегося водорода х по реакции (1)

        с цинком:

        0,7 а  /65 = х /22,4

         х = 0,24а

5 этап. Определим объём выделившегося водорода y по реакции (2)

         с алюминием:

         0, 3 а /54 = y / 67,2

         y = 0,37 a

6 этап. По условию нужно получить 10 л водорода. Выразим общий

         объём водорода как сумму объёмов по уравнениям:

         0, 24а + 0, 37а = 10

7 этап. Вычислим массу навески смеси а:

        а = 16,4 г.