Методическая разработка «Единый подход к решению расчетных задач по химии». Часть 1
методическая разработка по химии (11 класс)

Данная методическая разработка состоит из двух Частей. В Части 1 представлены алгоритмы решения базовых расчетных задач по химии : по уравнению реакции, когда дана масса (объем) одного из исходных веществ или продуктов реакции, на "выход" , когда одно из реагирующих веществ находится в "избытке". Часть 2 является логическим продолжением первой Части и рассматривает алгоритмы и схемы решения прямых и обратных задач, связанных с растворами.

Скачать:

ВложениеРазмер
Файл metodrazrabotka_po_himii._chast_1.docx81.12 КБ
Файл metodicheskaya_razrabotka._chast_2.docx71.83 КБ

Предварительный просмотр:

Цыренова Руслана Викторовна, учитель химии

МАОУ «Физико-математическая школа №56г.Улан-Удэ».

Методическая разработка

«Единый подход к решению расчетных задач по химии».

Часть 1.

Цыренова Руслана Викторовна,

учитель химии

МАОУ «Физико-математическая школа

№56г.Улан-Удэ».

г. Улан-Удэ, Республика Бурятия, 2016.


Решение расчетных задач при изучении химии является наиболее сложным для учащихся. Это затруднения особого порядка, связанные именно со спецификой химической науки.

Прежде всего, они вызваны с тем, что химические расчеты требуют использования особой физической величины, называемой «количество вещества» и ее единицы — моля. Для понимания этой величины очень мало опорных понятий, что не способствует реализации принципа доступности. Эти абстрактные понятия труднодоступны для учащихся, так как они не имеют аналогии в других, предшествующих химии предметах.

Кроме того, для непосредственного измерения определенного количества вещества нет соответствующих приборов. Можно измерить массу, объем, но не количество вещества в молях. Оно определяется опосредованно, расчетом.

Вторая причина трудностей в том, что в химии при расчетах приходится оперировать двумя рядами формул — химическими и математическими. Все эти трудности необходимо преодолеть, показывая учащимся, что все без исключения химические расчеты основаны на использовании моля как единицы количества вещества. Ученики должны это твердо осознать. Конечно, легче объяснить расчет традиционным способом обучения -составлением пропорции в граммах или объемах. Эти величины давно знакомы учащимся так же, как и пропорции. Если пойти по этому пути, есть риск в дальнейшем никогда не научить учащихся мыслить количественными химическими понятиями.

 В данной работе рассмотрены приёмы решения задач с использованием физической величины - количество вещества - ν (или n). 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;
  • развивать умение логически мыслить;
  • воспитывать самостоятельность, внимательность, умение анализировать, делать правильные выводы;
  • устанавливать связь химии с другими науками: физикой, математикой, биологией, экологией и др.

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

Период применения методической разработки: 2015-2019 гг.

Обучение учащихся решению расчетных химических задач следует начинать постепенно. Сначала научить рассчитывать относительную молекулярную массу Мг, постепенно переходить к молярной массе М (г/моль), затем к решению задач по химической формуле веществ и затем к расчетам по химическим уравнениям. При этом вначале расчеты не следует усложнять. Производить расчеты обязательно в молях, подбирая условия так, чтобы не требовалось перевода в граммы или литры. Впоследствии такой перевод будет казаться вполне естественным.

И только после всего этого допустимы всевозможные усложнения задач и их комбинирование, широко используемые для составления более сложных задач: олимпиадных и конкурсных.

 Блоки

Основа формирования умения школьников решать расчетные задачи

1.Химическая формула

Понятия: Химический знак, индекс

Умения: составлять формулы бинарных соединений по валентности

2.Количество вещества

Понятия: относительная молекулярная масса, количество вещества, моль, молярная масса, молярный объем, нормальные условия (н.у.)

Умения: находить в условии задачи известные и неизвестные данные; решать простейшие задачи на соотношения между величинами – количество вещества, масса и объем

3.Химические уравнения.

Понятия: Коэффициент, закон сохранения массы вещества

Умения: расставлять коэффициенты в уравнении реакции; записывать уравнения простейших реакций (соединения, разложения, замещения и обмена); оставлять уравнения реакций, исходя из условия задачи.

Перечисленные в таблице понятия и умения, которые лежат в основе обучения решению расчетных базовых задач:

 Например, по условии задачи дана масса или объем вещества А, надо найти массу или объем вещества Б:

1 этап – по формуле от массы вещества А переходим к его количеству вещества,

2 этап –по соотношению молей реагирующих веществ (продуктов реакции) в уравнении реакции переходим к количеству вещества Б,

3 этап – по формуле от количества вещества Б переходим к его массе (объему) вещества.

              Дано: m(A)илиV(A)                            Найти: m(Б) или V(Б)    

                 ν(A)= m(A):M(A)  или                                                 m(Б) = ν(Б)·M(Б) или

           ν(A)= V(A):Vm(A)     1этап                  3 этап        V(Б) = ν(Б)· Vm (Б)

                                                                2 этап

                                         ν (A)  по уравнению реакции     ν (Б)

                                             

Преимущество данного подхода в упрощении количественных (числовых) соотношений между величинами, благодаря этому внимание учащихся в большей мере будет направлено на химический смысл задачи в три стадии. Удобно использовать к решению базовых задач следующую схему:

С использованием этой схемы повышается эффективность обучения вычислениям по химическим уравнениям.  Рассмотрим пример.

 Задача 1.  Вычислите объем кислорода (н.у.), который необходим для сгорания фосфора массой 3,1г?

Вопросы для обсуждения

Рассуждения

Сколько действий нужно выполнить, чтобы решить задачу?

Показываем на схеме путь решения задачи

Дано: m(P)               Найти: V(О2)

            1                                      3

                               2

Итого: 3 действия.

Что определяется в первом действии?

Определяем количества вещества фосфора, масса которого известна, по схеме:

            m(P)

            ν(P)

Как рассчитать количество вещества фосфора?

По формуле:              ν (Р)=m(Р):M(Р)

 ν (Р) = 3,1 г:31 г/моль = 0,1 моль

Что определяется во втором действии?

Определяем количества вещества кислорода, объем которого следует определить, по схеме:

ν(Р)                     ν (О2)

Как рассчитать количество вещества кислорода?

С помощью коэффициентов в уравнении реакции:

                     +   2  =  2Р2О5 

по УР*:  4 моль    5 моль

по УЗ**: 0,1моль  х

    х = 0.1 ∙ 5: 4 = 0,125 моль

       ν (О2) = х = 0,125 моль.

Каким будет третье действие?

Рассчитать объем кислорода по формуле:

V(О2)=  ν(О2)∙ Vm, по схеме:

         V(О2)

         ν(О2)                                                                                      

Обучение решению базовых задач по данной схеме дает возможность школьникам наглядно представить все этапы решения задач и, что немаловажно, способствует формированию у школьников умений строить свои рассуждения на принципах от общего к частному и от частного к общему. Аналогичный подход можно использовать для обучения школьников решению более сложных задач.

Вычисления задач при условии, что один из реагентов содержит примеси, или задачи, связанные с выходом продукта реакции схожи между собой, поэтому они имеют и сходные пути решения. Во всех подобных задачах есть базовая составляющая: известна масса или объем реагента, или продукта реакции.  Но в случае задач на «выход продукта» учитывается, что на практике продукта реакции образуется меньше, чем соответствует уравнению реакции, а в случае задач «на примеси» учитывается, что в реакцию вступает меньше реагента, т.к. часть его массы приходится на примеси.

При решении задач «на выход продукта» обязательным действием является определение массы или объема продукта реакции, проведенной без потерь, т.е. теоретической массы. В задачах «на примеси» важно определить, сколько чистого реагента вступило в реакцию. Это можно вычислить, в зависимости от условия задачи, либо по химической формуле, либо решая базовую задачу с использованием массы продукта. Такой подход позволяет учителю построить единую логическую схему объяснения учащимся решения этих задач.

По данной методике алгоритмизированы мною все типы базовых задач (приложение 1-3). Это расчеты по уравнениям химических реакций, когда одно из исходных веществ взято в избытке, вычисления по уравнениям реакций, когда одно из исходных веществ содержит примеси или находится в растворе, вычисления по уравнениям реакции массовой доли выхода продукта реакции.

Решение задач по химии необходимо использовать как предлог для побуждения к самостоятельному поиску информации с использованием различных источников (научно-популярных изданий, компьютерных баз данных, ресурсов интернета) для объяснения химических явлений, происходящих в природе, быту и на производстве, для определения возможности протекания химических превращений в различных условиях и оценки их последствий, для критической оценки химической информации, поступающей из различных источников.

В процессе обучения решению задач по химии необходимо проверять степень усвоения материала по свойствам веществ, т.к. без полного овладения данными знаниями работа будет бесполезной.

Кроме знакомства с алгоритмами решения задач необходимо познакомить учеников с приемами, которые облегчают понимание условия задачи, произведение расчетов и поверку решения. К ним относятся рисунок-схема задачи, оформление в виде таблицы, самопроверка и составление условия задачи как способ отработки навыка решения задач.

Самостоятельная деятельность по составлению условий задач учащимися как один из методов обучения решает несколько проблем, одной из которых является индивидуальный подход. Это позволяет уделить внимание слабоуспевающим ученикам и способствовать развитию «сильных».  Кроме этого решая задачу в прямом и обратном порядке, учащиеся лучше отрабатывают навык решения и самопроверки задач.  


 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.


Приложение 1.

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

1. Известны массы (или объем) реагента и практически полученная масса (или объем) продукта реакции.

Ход решения

Рассуждения

Дано:

m (реагента)

m (продукта, практ.)

Найти:ή (продукта)

Решение:

1. дано:                                    найти:

m (реагента)            m(продукта, теорет.)                   

ν  (реагента)    по УР           ν(продукта, теорет.)  

2. Находим ή (продукта) по формуле 1.    

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

 Записываем формулу 1 (таблица 2) для вычисления выхода продукта реакции.

Чтобы вычислить выход продукта реакции, необходимо вычислить теоретическую массу, то есть ту массу продукта, которая должна получиться, если бы не было потерь, по схеме решения базовых задач. Во втором действии, по формуле 1 таблицы 2 вычисляем выход продукта.

Известны практически полученная масса (или объем) продукта реакции и выход продукта реакции. Нужно найти массу (или объем) реагента.

Ход решения

Рассуждения

Дано:

m (продукта, практ.)

ή (продукта)

Найти: m (реагента).

Решение:

1.Находим  m(продукта, теорет.) по формуле 2 2. Находим массу реагента по схеме:

m(продукта, теорет.)          m(реагента) 

ν(продукта, теор.)   по УР   ν(реагента)

     

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

По этим данным вычисляем теоретическую массу продукта, используя формулу 2, таблица 2.

Во втором действии, пользуясь схемой решения базовых задач, вычисляем массу реагента. Показать по схеме путь решения.

3. Известны масса (или объем) реагента и выход продукта реакции. Нужно найти практически получаемую массу (или объем) продукта реакции.

Ход решения

Рассуждения

Дано:

m (реагента)

ή (продукта)

Найти: m (продукта, практ.)

Решение:

1. Находим теоретическую массу по схеме

m (реагента)          m(продукта, теорет.)                   

n  (реагента)    по УР     n(продукта, теорет.)

2. По формуле 3 вычисляем практическую массу продукта реакции.

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

Практическую массу вычисляем из формулы 3, таблица 2, т.е. преобразовав формулу 1. В первом действии, по схеме находим теоретическую массу продукта. Во втором действии по формуле 3 вычисляем практическую массу продукта реакции.

Приложение 2.

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

1. Известна масса (или объем) реагента, содержащего примеси, и масса (или объем) продукта реакции. Нужно найти массовую долю примесей в исходном веществе.

Ход решения

рассуждения

Дано:

m (реагента с примес.)

m (продукта)

Найти:ω (примесей)-?

Решение:

1.m(реагента)                          m(продукта)

2.Вычисляем массу примесей:

m (примес) = m (реагента с примес.) –

m(реагента).

3. Находим ω (примесей) в исходном веществе:

ω (примесей)= ∙100%

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

Чтобы вычислить массовую долю примесей в реагенте, необходимо знать массу примесей, поэтому в первом действии, по базовой схеме вычисляем массу чистого реагента.

Во втором действии определяем массу примесей.

В третьем действии находим массовую долю примесей по пропорции и получаем формулу 1 таблицы 3.

2. Известны масса (или объем) продукта реакции и массовая примесей в исходном веществе (реагенте), необходимо вычислить массу или объем реагента, содержащего примеси.

Ход решения

Рассуждения

Дано:

ω (примесей)

m(продукта)

Найти: m (реагента с примес.)

Решение:

1. m(чистого реагента)     m(продукта)

2. ω (чистого реагента) = 100% - ω (примесей)

3.  =

= ∙100%

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

По известной массе продукта можно определить массу чистого реагента по базовой схеме, в первом действии.

Во втором действии можно найти массовую долю чистого реагента.

В третьем действии составляем пропорцию и решаем эту пропорцию и получаем формулу 2 из таблицы 3 и вычисляем массу реагента с примесями.

3. Известны масса (или объем) реагента с примесями и массовая доля примесей в исходном веществе. Необходимо определить массу (или объем) продукта реакции.

Ход решения

Рассуждения

Дано:

ω (примесей)

m(реагента с примес.)

Найти: m (продукта)

Решение:

1. ω (чистого реагента) = 100% - ω (примесей)

2.  =

=

3.        m (продукта)

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

Массу продукта реакции можно вычислить по базовой схеме, если известна масса чистого реагента. Но из данных условия задачи сразу определить массу чистого реагента невозможно. Можно найти лишь массовую долю чистого реагента. Поэтому в первом действии находим чистого реагента как разность между 100% и массовой долей примесей.

Во втором действии определяем массу чистого реагента. Для этого составляем пропорцию, используя полученный результат (массовую долю чистого вещества) и данные задачи, приняв за 100% массу реагента с примесями. Решаем эту пропорцию и получаем формулу 3 таблица 3.

В третьем действии определяем массу продукта, исходя из массы чистого реагента.

Приложение 3.

При решении задач, когда один из реагентов находится в избытке, можно использовать ниже предложенный ход решения.

Рассмотрим задачу. Вычислите массу соли, образующейся при взаимодействии 5,6 г оксида кальция и 4,9 г серной кислоты.

Ход решения

Рассуждения

Дано: m (CaO) = 5,6г

           m (H2SO4) = 4,9г  

Найти: m(соли) - ?

Решение:

1. ν =

ν(CaO) =  =  = 0,1моль

ν(H2SO4) =  = =0,05 моль

2.     CaO    +     H2SO4 = CaSO4 + H2О

УР  1 моль       1 моль     1 моль

УЗ   0,1 моль   0,05моль  х моль

       избыток   недостаток

3. ν (H2SO4) = ν (CaSO4) = 0,05 моль

    m(CaSO4)   = M ∙ ν = 0,05 ∙ 136 = 6,8 г.

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

        В первом действии  вычисляем количества вещества реагентов по формуле: ν =

Во втором действии пишем соответствующее условию уравнение реакции и определяем, какое из реагентов находится в избытке, для этого сравниваем количества вещества реагентов по уравнению реакции (УР) и условию задачи (УЗ).  По уравнению реакции исходные вещества реагируют без остатка в соотношении количества вещества 1:1, по условию задачи 0,1:0,05 или 1:0,5. Следовательно, только серная кислота полностью расходуется в реакции.  Все дальнейшие расчеты ведем по недостатку. Недостаток — это вещество, которое полностью расходуется в реакции.

В третьем действии вычисляем массу соли по формуле: m = M ∙ ν

                                                                                                           

Приложение 1.

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

1. Известны массы (или объем) реагента и практически полученная масса (или объем) продукта реакции.

Ход решения

Рассуждения

Дано:

m (реагента)

m (продукта, практ.)

Найти:ή (продукта)

Решение:

1. дано:                                    найти:

m (реагента)            m(продукта, теорет.)                   

ν  (реагента)    по УР           ν(продукта, теорет.)  

2. Находим ή (продукта) по формуле 1.    

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

 Записываем формулу 1 (таблица 2) для вычисления выхода продукта реакции.

Чтобы вычислить выход продукта реакции, необходимо вычислить теоретическую массу, то есть ту массу продукта, которая должна получиться, если бы не было потерь, по схеме решения базовых задач. Во втором действии, по формуле 1 таблицы 2 вычисляем выход продукта.

Известны практически полученная масса (или объем) продукта реакции и выход продукта реакции. Нужно найти массу (или объем) реагента.

Ход решения

Рассуждения

Дано:

m (продукта, практ.)

ή (продукта)

Найти: m (реагента).

Решение:

1.Находим  m(продукта, теорет.) по формуле 2 2. Находим массу реагента по схеме:

m(продукта, теорет.)          m(реагента) 

ν(продукта, теор.)   по УР   ν(реагента)

     

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

По этим данным вычисляем теоретическую массу продукта, используя формулу 2, таблица 2.

Во втором действии, пользуясь схемой решения базовых задач, вычисляем массу реагента. Показать по схеме путь решения.

3. Известны масса (или объем) реагента и выход продукта реакции. Нужно найти практически получаемую массу (или объем) продукта реакции.

Ход решения

Рассуждения

Дано:

m (реагента)

ή (продукта)

Найти: m (продукта, практ.)

Решение:

1. Находим теоретическую массу по схеме

m (реагента)          m(продукта, теорет.)                   

n  (реагента)    по УР     n(продукта, теорет.)

2. По формуле 3 вычисляем практическую массу продукта реакции.

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

Практическую массу вычисляем из формулы 3, таблица 2, т.е. преобразовав формулу 1. В первом действии, по схеме находим теоретическую массу продукта. Во втором действии по формуле 3 вычисляем практическую массу продукта реакции.

Приложение 4. Алгоритмы решения прямых и обратных задач, с условием, когда один из реагентов находится в растворе.

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

Ход решения

Рассуждения

Дано:

ω (растворённого вещества)

m (раствора.)

Найти: m (продукта)

Решение:

1.  =

=

2. дано:                                   найти:

m (р.в.)                        m(продукта)                   

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

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

Массу продукта реакции вычислить по базовой схеме, если известна масса чистого реагента.

Из данных условия задачи нужно вычислить массу чистого реагента по формуле.

Во втором действии определяем массу чистого реагента. Для этого составляем пропорцию, используя полученный результат (массовую долю чистого вещества) и данные задачи, приняв за 100% массу реагента с примесями. Решаем эту пропорцию и получаем формулу 3 таблица 3.

В третьем действии определяем массу продукта, исходя из массы чистого реагента.



Предварительный просмотр:

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)=Vp.

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

Массовая доля растворенного вещества в растворе: ω =

Ход решения

Рассуждения

Дано:

ω (растворённого вещества (р.в.))

m (раствора.)

Найти: m (продукта)

Решение:

1.  =

=

2. дано:                                   найти:

m (р.в.)                        m(продукта)                   

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

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

Массу продукта реакции вычисляем по базовой схеме, если известна масса чистого реагента.

Из данных условия задачи в первом действии вычисляем массу чистого реагента- растворённого вещества по формуле.

 ==

Во втором действии в три шага вычисляем массу продукта. Для этого по формуле n =   вычисляем количество растворённого вещества; по уравнению реакции, по соотношении молей исходных веществ и продуктов реакции определяем n(продукта) и массу продукта m= nM

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.

Ход решения

Рассуждения

Дано:

ω (растворённого вещества (р.в.))

m (продукта)

Найти: m (исходного раствора).

Решение:

1. дано:                                   найти:

m (р.в.)                        m(продукта)                     

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

2. m(раствора) =

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

Массу раствора вычисляем по формуле, m(раствора) = массу растворенного вещества, вычисляем по базовой схеме.

Из данных условия задачи в первом действии вычисляем количество молей продукта; по уравнению реакции, по соотношении молей продукта реакции и исходных веществ определяем количество исходного вещества и по формуле m = M ∙ n вычисляем массу растворённого вещества.

Во втором действии по известной формуле массу 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 – https://him.1sept.ru/2005/04/o1.gif1, во втором – https://him.1sept.ru/2005/04/o1.gif2, а в их смеси – https://him.1sept.ru/2005/04/o1.gif3. 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.

Ход решения

Рассуждения

Дано:

m1=150 г

ω1 = 30%=0,3

m2= 250г

ω2 = 10%=0,1

Найти: m3-? ω3-?

Решение:

По формуле (1):  

m3 =150+250=400г

По формуле (1):  

ω3 =  =    0, 175 или 17,5 %  

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

Составляем базовую схему:

   

1 раствор                2 раствор                  3 раствор

По правилам смешения: m1 +m2=m3                  (1)

                                  m1ω1 + m2ω2 = m3ω3 (2)

                                                      ω3 =        (3)

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

Ход решения

Рассуждения

Дано:

ω2 = 36%

ω3 = 20%

m3= 400г

Найти: m2-? m1-?

Решение:

ω1 -массовая доля воды

ω2, ω3- массовые доли растворов 2,3.

По формулам (3)  и (1) вычисляем массу второго раствора и массу воды:

m2 = = 222 г

Массу воды вычисляем по формуле:

m1 = m3-m2

m1 = 400-222=178 г

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

Составляем базовую схему:

1 раствор                2 раствор                  3 раствор

По правилам смешения: m1 +m2=m3 (1)

                                   m1ω1 + m2ω2 = m3ω3 (2)

ω12О) =0, то m1ω1 = 0, следовательно,

 m2ω2 = m3ω3  

           (3)

2.3. Смешение соли и раствора.

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

Ход решения

Рассуждения

Дано:

ω3 = 30%=0,3

m3= 400г

ω2 = 20%=0,2

Найти: m2-? m1-?

Решение:

m1= =  =50г

m2 = m3 - m1 = 400- 50=350 г

Анализ известных и неизвестных данных задачи.

Составляем базовую схему:

1 раствор(соль)         2 раствор                 3 раствор

По правилам смешения: m1 +m2=m3 (1)

                                   m1ω1 + m2ω2 = m3ω3 (2)

где ω1 =1, то (2) m1 + m2ω2 = m3ω3

Решаем систему уравнений (1) и (2).        

Из формулы (1): m2 =m3 - m1

Подставим в формулу (2):

m1ω1 +( m3 +m1) ω2 = m3ω3        преобразуем

m1ω1 +m1ω2 = m3ω3 - m3ω2

m1(ω1 2) = m3(ω3 - ω2)

m1=  

m2 =m3 - m1

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.


По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Решение расчетных задач по химии с детьми с повышенной мотивацией к обучению.

Программа предназначена для учащихся 8-9 классов, имеющих базовую подготовку по теоретическим основам химии и желающих повысить уровень знаний в области неорганической химии и совершенствоваться в реш...

Рабочая программа элективного курса по химии, 10 класс "Решение расчетных задач по химии"

Представленный материал содержит рабочую программу элективного курса по химии, 10 класс "Решение расчетных задач по химии"...

Рабочая программа по элективному курсу по химии в 11 классе " Решение расчетных задач по химии"

Рабочая программа элективного курса по химии расчитана для 11 класса и составляет 34 часа...

Рабочая программа элективного курса по химии «Способы решения расчетных задач по химии» в 10 классе

 Программа рассчитана на 18 часов. Курс разделен на  три блока: расчеты по химическим формулам, количественные характеристики растворов, вычисления по химическим уравнениям....

Методическая разработка "Единый подход к решению расчетных задач по химии". Часть 2.

Данная разработка является продолжением Части 1 "Единый подход к решению задач по химии".и представляет алгоритмы решения прямых и обратных задач, связанных с растворами веществ....

Рабочая программа курса внеурочной деятельности по химии "Решение расчетных задач по химии в повседневной жизни"

Программа курса внеурочной деятельности по химии включает тематическое и поурочное планирование....