Решение задач по химии (методические рекомендации для студентов)
методическая разработка по химии на тему

Министерство общего и профессионального образования Свердловской области

Государственное автономное профессиональное  образовательное учреждение Свердловской области «Тавдинский техникум им. А.А.Елохина»

Решение задач по разделу «Общая и неорганическая химия» (методические рекомендации для студентов)

Тавда, 2016

Аннотация

В методической разработке представлены рекомендации, адресованные  студентам профессиональной образовательной организации, обучающимся по программам подготовки КРС и ССЗ и осваивающим учебную дисциплину «Химия» в рамках получения среднего общего образования.

Методические рекомендации по решению задач могут быть использованы преподавателем как  при организации самостоятельной работы учащихся на уроке, так и при организации внеаудиторной самостоятельной работы студентов. Методические рекомендации включают в себя алгоритмы решения расчетных задач различного типа, а также задания для самостоятельной работы

Уважаемый студент!

Решение задач и выполнение различных упражнений – эффективная и увлекательная форма учебной работы, которая помогает лучше освоить теоретический курс химии. Умение решать задачи необходимо не только в учебной деятельности, но и в производственной. Химические процессы являются основой многих производств, где требуются детальные расчеты материального баланса: расход сырья, выход продукции, производственные потери и т.п. Бывает, с подобными расчетами мы сталкиваемся и в повседневной жизни. Поэтому при изучении химии уделяется большое внимание решению задач, способствующих систематизации полученных знаний и развитию логического мышления.

Для решения расчетных задач необходимо знание основных физических характеристик вещества (напр. масса, объем, плотность), параметров состояния реагирующей системы (напр. температура, концентрация), а также единицы измерения этих величин (таблица 1).

Выполнение расчетов основано на понимании и умении использовать взаимосвязи между физическими характеристиками и параметрами состояния, которые отражены в основных законах химии: закон сохранения массы вещества и энергии, закон постоянства состава вещества, закон Авогадро  и др.

Для успешного решения задач необходимо также владение навыками выполнения математических операций: умение составлять и решать уравнения и  пропорции, производить действия с числами и т.п.

Чтобы решить химическую задачу, рекомендуется следующий порядок действий:

1. Изучите внимательно условие задачи: определите с какими величинами необходимо проводить вычисления, обозначьте их буквами, установите единицы измерения, числовые значения, определите какая величина искомая и запишите все это в кратком условии (Дано/Найти).
2. Составьте уравнение реакции, расставьте в нем коэффициенты.
3. Выясните количественные соотношения между данными задачи и искомыми величинами. Если в исходных данных не хватает каких либо величин, подумайте, как их можно вычислить, т.е. определите предварительные этапы расчета.
4. Определите последовательность всех этапов расчета, запишите необходимые расчетные формулы.
5. Подставьте соответствующие числовые значения, проверьте размерность величин, произведите вычисления.

Если при решении задач у вас возникают затруднения, обращайтесь за консультацией к преподавателю. Также вы можете воспользоваться интернет –ресурсами, например электронной энциклопедией по химии  http://www.xumuk.ru/encyklopedia/.

Успехов!

Таблица 1

Физические величины, используемые при решении задач

Тип задачи: Вычисление по химическим уравнениям объёма газообразного вещества по известной массе одного из вступающих или образующихся в реакции веществ.

Условие:

Определить объём водорода, необходимый для восстановления меди из 16г её оксида.

Алгоритм решения:

1. Записать краткое условие. Составить уравнение реакции и определить по нему количества интересующих веществ.

2.        По известной массе найти количество вещества:
 ν = m / М   М(СuО)= 64 +16 = 80г/моль

 ν (СuО) = 16г / 80г/моль = 0,2моль

3.        По соотношению в уравнении реакции определить количество
газообразного вещества:

СuО        Н2

1 моль-        1 моль

0,2моль        0,2моль

4.        Найти объём газообразного вещества:

V = ν • Vm ;       Vm= 22.4 л/моль

V(Н2) = 0,2моль • 22,4л/моль = 4,48л

Ответ: V(Н2)= 4,48л

Задачи для внеаудиторной самостоятельной работы

1. Определить объем  углекислого газа, образовавшегося при действии азотной кислоты на 20 г мела.
2. Определить объем водорода, образовавшегося при травлении соляной кислоты цинком массой 26 г.
3. Какой газ, и в каком объеме образуется при взаимодействии концентрированной азотной кислоты и магния массой 4,8 г?
4. Какой объем газа выделяется на аноде при электролизе водного раствора, содержащего 6,8 г хлорида цинка?
5. Какой объем водорода потребуется для получения 340 кг аммиака?
6. Какой объем кислорода потребуется для обжига руды, содержащей 194 кг сульфида цинка.
7. Для сварочных работ было израсходовано 480 г ацетилена (С2Н2). Какой объем кислорода был потрачен при этом?
8. Какие объемы оксида серы (IV) и кислорода потребуются для получения 400кг оксида серы (VI) при производстве серной кислоты?

Тип задачи: Вычисление по химическим уравнениям массы вещества по известной массе одного из вступающих или образующихся в реакции веществ.

Условие:

Определить массу карбоната натрия, полученного при пропускании  углекислого газа через раствор, содержащий 3,2 г гидроксида натрия.

Алгоритм решения:

1. Записать краткое условие. Составить уравнение реакции и определить по нему количества интересующих веществ.

2.        По известной массе найти количество вещества;
ν = m / М        M(NаОН)= 23+16+1 = 40г/моль

ν (NаОН) = 3,2г / 40г/моль = 0,8моль

3.        По соотношению в уравнении реакции определить количество второго вещества:
    2NaОН- - - - - - - - - -   Nа2СО3

2моль        1моль

0,8моль        0,4моль

4.        Найти массу нужного вещества:

m = v • М       М (Nа2СО3) = 23 ∙ 2 +12 +16 ∙ 3 = 106  г/моль

m (Nа2СО3) = 0,4моль • 106г/моль = 42,4г

Ответ: m (Nа2СО3) = 42,4г

Задачи для внеаудиторной самостоятельной работы

1. При гашении негашеной извести было получено 3700г гидроксида кальция. Определить массу израсходованного оксида кальция.
2. Сколько граммов гидроксида натрия необходимо взять для нейтрализации 49 г серной кислоты?
3. Какая масса алюминия потребуется для восстановления железа из 6,4г оксида железа (III)?
4. Определите массу осадка , образовавшегося при взаимодействии раствора, содержащего 8 г гидроксида натрия, с раствором сульфата меди.
5. При взаимодействии меди с концентрированной серной кислотой выделился газ массой 3,2 г. Определить массу меди.
6. Какая масса марганца выделится на катоде при электролизе раствора, содержащего 25,6 г хлорида марганца?
7. Хватит ли 50 г водорода для получения 340г аммиака?
8. Какая масса серной кислоты потребуется для растворения 10,2г оксида алюминия?

Тип задачи: Вычисление по химическим уравнениям массы вещества по известному объёму одного из вступающих или образующихся в реакции газообразных веществ.

Условие:

Определить массу карбоната натрия, полученного при пропускании 1,12л углекислого газа через раствор гидроксида натрия.

Алгоритм решения:

1. Записать краткое условие. Составить уравнение реакции и определить по нему количества интересующих веществ.

2. По известному объёму найти количество вещества:

V = V/Vm      Vm= 22.4 л/моль

ν (СО2) = 1,12г  /  22.4л/моль = 0,05моль

3. По соотношению в уравнении реакции определить количество второго
вещества:

СО2 ---------- -Nа2СО3

1 моль --------- 1 моль

0,05моль ------ 0,05моль

4. Найти массу нужного вещества:

m = ν • М      М(Nа2СО3) = 23∙2 + 12 + 1,6 ∙ 3 = 106г/моль

m (Nа2СО3) = 0,05моль • 106г/моль=5,3г

Ответ: m (Nа2СО3) = 5,3 г

Задачи для внеаудиторной самостоятельной работы

1. При взаимодействии меди с концентрированной азотной кислотой выделился газ объемом 0,224л. Определите массу меди.
2. При электролизе раствора поваренной соли  выделился газ объемом 1,12л. Определите массу соли в растворе.
3. Какая масса железа подверглась коррозии в нейтральной среде, если объем израсходованного кислорода составил 0,56л?
4. Какую массу оксида серы (IV) можно получить при обжиге пирита 448л кислорода?
5. Какая масса азота потребуется для получения 89,6 л аммиака?

Тип задачи: Расчеты по химическим уравнениям, если одно из реагирующих веществ дано в избытке.

Условие задачи:

Вычислите массу сульфата бария, выпавшего в осадок при сливании растворов, один из которых содержит 522г нитрата бария, а второй - 500г сульфата натрия.

Алгоритм решения:

1. Записать краткое условие. Составить уравнение реакции и определить по нему количества интересующих веществ.

2.        По известной массе найти количество вещества:

ν  = m/М       М (Nа2SО4) = 23∙2 + 32+16∙4 = 142г/моль

                      М (Ва(NОз)2) = 137 + 14 • 2 + 16 • 6 = 261г/моль

ν (Nа2SО4) = 500г / 142г/моль = 3,5моль

ν (Ва(NОз)2) = 522г / 261 г/моль = 2моль

3.        По соотношению в уравнении реакции определить, какое вещество дано в
избытке и количество продукта реакции:

Na2S04 -------Ва(NO3)2 --------ВаSО4

1моль--------1моль-------------1моль

3,5моль -----2моль------------2моль

(избыток)

4. Найти массу нужного вещества:

m = ν  • М    М(ВаSО4) = 137 + 32 + 16 • 4 = 233г/моль

m (ВаSО4) = 2моль • 233г/моль = 466г

Ответ: m (ВаSО4) = 466г

Задачи для внеаудиторной самостоятельной работы

1. Определить массу осадка полученного при сливании двух растворов содержащих 14,2г сульфата натрия и 13,05г нитрата бария.
2. Определить массу гашеной извести, полученной при взаимодействии 560г оксида кальция и 540г воды.
3. В 90 г воды растворили 20г оксида серы (VI). Определить массу полученной серной кислоты.
4. Соединили раствор, содержащий 8г гидроксида натрия и 6,3г азотной кислоты. Определить массу образовавшейся соли и характер среды полученного раствора.
5. Какая масса осадка образуется при пропускании 0,112л углекислого газа через известковую воду, содержащую 0,3г гидроксида кальция?

 Тип задачи: Вычисление массы или объёма продукта, по известной массе исходного вещества, содержащего примеси.

Условие:

Какой объём оксида серы (IV) образуется при обжиге пирита массой 30г, который кроме сульфида железа FеS2 содержит 20% (по массе) примесей?

Алгоритм решения:

1. Записать краткое условие. Составить уравнение реакции и определить по нему  количества интересующих веществ.

2. Определить массу чистого вещества:

m (FеS2) = m(пирита) - m (примесей)

m (примесей) = m(пирита) • ω(примес) / 100%

m (примесей) = (30г • 20%) / 100% = 6г

3. По известной массе найти количество вещества:

ν  = m / М       М(FеS2) = 56 + 32∙2 = 120г/моль

ν(FеS2)  = 24г / 120г/моль = 0,2моль

3.        По соотношению в уравнении реакции определить количество второго
вещества:

4 FеS2 ----------- 8 SO2

4моль ------------ 8моль

0,2моль ---------- 0,4молъ

4.        Найти объём газообразного вещества:

V = ν • Vm ;       Vm = 22.4 л/моль

V(SО2) = 0,4моль • 22.4 л/моль = 8,96л

Ответ: V(SО2) = 8,96л

Задачи для внеаудиторной самостоятельной работы

1. Определить объем водорода, выделившегося при действии соляной кислоты на 40г технического алюминия, содержащего 5% примесей.
2. Определить массу оксида кальция, полученного при разложении 300г известняка, содержащего 15% примесей.
3. Какой объем газа выделится при действии концентрированной серной кислоты на образец технического свинца массой 60г, содержащий 7% примесей?
4. Какую массу хлора можно получить при электролизе расплава 500г поваренной соли, содержащей 10% примесей?
5. Определите массу оксида фосфора (V), полученного при сжигании 16 г фосфора, содержащего 14% примесей.

Тип задачи: Определение массовой (или объёмной) доли выхода продукта от теоретически возможного выхода.

Условие:

При действии раствора, содержащего в избытке азотную кислоту, на 100г медных стружек получили после выпаривания 250г безводной соли. Рассчитайте практический выход соли в процентах от теоретически возможного,

Алгоритм решения:

1. Записать краткое условие. Составить уравнение реакции и определить по нему количества интересующих веществ.

2.По известной массе найти количество исходного вещества:

ν= m / М       М(Сu) = 64г/моль

ν (Сu) = 100г / 64г/моль = 1,56моль

3.        По соотношению в уравнении реакции определить, какое вещество дано в
избытке и количество продукта реакции:

ЗСu--------- ЗСu(NO3)2 

Змоль------        Змоль

1,56моль---        1,56моль

4. Найти теоретическую массу нужного вещества:

m = ν • М    М(Сu(NO3)2) = 64 + 14 • 2 + 16 • 6 = 188г/моль

m (Сu(NO3)2)теорет = 1,56моль • 188г/моль = 293,3г

5. Найти практический выход продукта:

η = (mпракт / mтеорет) ∙100%

η  (Сu(NO3)2) = (250г / 293,3г) • 100%  = 85,2%

Ответ: η  (Сu(NO3)2) = 85,2%

Задачи для внеаудиторной самостоятельной работы

1. При восстановлении 304г оксида хрома (III) алюминием был получен хром массой 96г. Определите практический выход продукта реакции.
2. При электролизе расплава 745г хлорида калия был получен металл массой 300г. Определите практический выход продукта реакции.
3. Определите практический выход продукта реакции, если из 44,8л азота был получен аммиак массой 60г.
4. Определите практический выход продукта реакции, если при разложении 400г известняка был получен оксид кальция  массой 180г.
5. Для получения 20г меди путем электролиза раствора соли израсходовали 64г сульфата меди. Определите практический выход продукта реакции.

Тип задачи: Определение массы продукта по известному практическому выходу реакции.

Условие:

Определить массу аммиака, полученного из 5,6 кг азота, если практический выход реакции составил 65% от теоретически возможного.

Алгоритм решения:

1. Записать краткое условие. Составить уравнение реакции и определить по нему количества интересующих веществ.

2. По известной массе найти количество исходного вещества:

ν= m / М       М(N2) = 14∙2 =  28г/моль

ν (N2)= 5600г / 28г/моль = 200моль

3.        По соотношению в уравнении реакции определить количество продукта реакции:

    N2 --------- 2NН3

1 моль---------2моль

200моль------400моль

4. Найти теоретическую массу нужного вещества:

m = ν ∙ М    М(NН3) = 14 + 1 • 3 = 17г/моль

m (NНз)теорт = 400моль • 17г/моль = 6800г = 6,8кг

5. Найти практическую массу продукта:

mпракт = (mтеорт • η) / 100%

m (NН3)практ = (6,8кг • 65%) / 100% = 4,42кг

Ответ: m (NН3)практ = 4,42кг

Задачи для внеаудиторной самостоятельной работы

1. Какую массу гидроксида калия можно получить при электролизе раствора, содержащего 22г сульфида калия, если практический выход реакции составляет 90%?
2. Определите массу железа, полученного при восстановлении 360г оксида железа (II) коксом, если практический выход продукта реакции составляет 85%.
3. Определите массу оксида серы (IV), полученного при обжиге 1т пирита, содержащего 5% примесей, если практический выход продукта реакции составил 70%
4. Определите массу аммиака полученного при взаимодействии 280г азота и 80 г водорода, если практический выход реакции составил 60%.

 Тип задачи: Вычисление по химическим уравнениям массы вещества, если известна массовая доля в растворе одного из вступающих в реакцию веществ.

Условие:

К 40г раствора гидроксида натрия с массовой долей NаОН 15% прилили достаточное количество раствора сульфата меди. Определите массу выпавшего осадка.

Алгоритм решения:

1. Записать краткое условие, Составить уравнение реакции и определить по нему количества интересующих веществ.

2. Определить массу растворенного вещества:

m (в-ва) = (m(р-ра) • ω) / 100%

m(NаОН) = (40г • 15%) / 100% = 6г

3.  По известной массе найти количество вещества:

ν = m / М   М (NаОН) = 23 + 16 + 1= 40г/моль

ν (NаОН) = 6г / 40г/моль = 0,15моль

3. По соотношению в уравнении реакции определить количество второго
вещества:

2NаОН --------Сu(ОН)2

2моль ----------1 моль

0,15моль-------0,075моль

4. Найти массу нужного вещества:

m = ν ∙ М    М (Сu(ОН)2) = 64 +16∙2+1∙2= 98г/моль

m (Си(ОН)2) = 0,075моль • 98г/моль = 7,35г

Ответ: m (Сu(ОН)2) = 7,35г

Задачи для внеаудиторной самостоятельной работы

1. Через 200г 5%-го раствора гидроксида натрия пропустили оксид серы (VI). Определить массу образовавшегося сульфата натрия.
2. Как изменится масса цинковой пластинки, помещенной в 160г раствора, содержащего 5% сульфата меди?
3. Определить массу и объем газа выделившегося на аноде при электролизе 300г  20%-го раствора нитрата серебра.
4. Какая масса гидроксида бария потребуется для нейтрализации 315 г раствора, содержащего 10% азотной кислоты.
5. Соединили 270г 7%-го раствора нитрата цинка и 60г 15%-го раствора сульфида натрия. Определите массу образовавшегося осадка.