Мои уроки

Методика совершенствования умений обучающихся в решении расчетных задач по химии различного уровня сложности

при подготовки к ГИА

Учитель химии высшей категории

МБОУ СОШ №1 пгт Каа-Хем

Ооржак Алена Алексеевна

1. Введение

В целях успешной подготовки по химии необходимо уметь решать расчетные задачи.  Именно в процессе решения задач закрепляются основные теоретические положения курса химии. Решать задачи  необходимо на протяжении всего времени изучения химии и подготовки к экзамену или дифференцированному зачету по учебному предмету.

Большинство обучающихся представляют все химические процессы лишь как теоретический процесс, изученный на уроке химии. А чтобы научиться решать задачи по химии, этого не достаточно. Для решения задач потребуются определенные навыки. Для начала необходимо уметь пользоваться таблицей Менделеева, ведь практически в каждой задаче требуются данные из нее. Чаще всего, в 8 и 9 классах, практическое изучение химии начинается с простейших задач, где необходимо найти массу или объём по известной массе или объёму. Эти задачи являются основанием, не понимая, откуда берутся данные расчетов очень трудно решать задачи посложнее, но таких навыков у наших обучающихся, как правило, бывает не достаточно.

В школьном курсе химии предусмотрено решение задач, которые объединены по типам. Все типы задач должны быть усвоены в основной школе, в старших классах дополнительно решают лишь задачи на вывод молекулярных формул. В настоящее время в связи с сокращением числа часов на изучение химии решение задач на уроках порой сведено к минимуму. Это приводит к формальному заучиванию теории, учащиеся не видят практической значимости знаний по химии, не знают о применении химических процессов в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту. В результате они не умеют устанавливать логические связи, зависимости между химическими явлениями, находить рациональные приёмы решения задач.

На сегодняшний день не существует единого подхода к классификации химических задач. Окончательно разработанной классификации школьных химических задач нет. В учебных пособиях по методике химии, специальных методических пособиях по решению задач и в статьях приводятся различные варианты классификации задач. Общепризнанной является классификация химических задач на качественные и количественные, которые решаются устным, письменным и экспериментальным способом.

2. Классификация расчетных задач по химии

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.

Простейшие расчетные задачи I. Задачи, которые решаются без использования уравнений реакций:

1. Расчеты соотношений масс элементов в веществах.

2. Расчеты массовой доли элемента в соединении по его формуле.

3. Расчеты по соотношениям “масса — моль”.

4. Расчеты по соотношениям “объем — моль”.

5. Расчеты с использованием относительной плотности газов.

6. Выведение простейшей формулы вещества.

7. Выведение истинной формулы вещества.

8. Расчеты с использованием числа Авогадро.

9. Задачи, связанные с растворами веществ.

10. Задачи на смеси.

II. Задачи, решаемые с использованием уравнений химических реакций.

1. Расчет массы веществ по известной массе другого вещества.

2. Расчеты по соотношению “масса — моль”.

3. Расчеты по соотношению “объем — моль”.

4. Задачи с использованием понятия “избыток”.

5. Задачи с использованием веществ, одно из которых содержит примеси.

6. Задачи на выход продукта реакции и на производственные потери.

7. Задачи на нахождение химической формулы.

8. Задачи, в которых вещества даны в виде растворов.

9. Задачи на смеси.

III. Формирование у учащихся умений решать задачи

Выполнение химической задачи начинается с записи ее условия. Каков путь решения задачи? Какова конкретная динамика включения знаний в процесс мышления? Какие связи будут устанавливаться? Все это зависит от действия учащегося над условием задачи, от того, что и как он будет в ней вычислять и соотносить.

 Основные химические понятия и  формулы

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 1.1. Определите относительную молекулярную и молярную массу серной кислоты. Сколько молекул будет содержаться в 49 граммах кислоты?

Задача 1.2. Определите массовую долю и процентное содержание элементов в молекуле карбоната кальция СаСО3.

Задача 1.3. Найдите массу 112 литров оксида серы (VI). Сколько молекул оксида будет содержаться в этом объёме?

Задача 1.4. Рассчитайте объём 280 грамм окиси углерода (II).

2. Основные типы расчетных задач по уравнениям реакций

   =>      

    =>      

1. Определение массы вещества по известной массе.

Дано:                                         Ход решения:

m1                                                   Записать уравнение реакции

Найти:   m2                                       1) Рассчитать

                                                       2) Определить  по уравнению реакции

                                                       3) Рассчитать

2. Определение объема газа по известному объёму.

Дано:                                         Ход решения:

V1                                                   Записать уравнение реакции

Найти:   V2                                       1) Рассчитать

                                                       2) Определить  по уравнению реакции

                                                       3) Рассчитать

3. Определение массы вещества по известному объёму.

Дано:                                         Ход решения:

V1                                                   Записать уравнение реакции

Найти:   m2                                       1) Рассчитать

                                                       2) Определить

4. Определение объема газа по известной массе.

Дано:                                         Ход решения:

m1                                                   Записать уравнение реакции

Найти:   V2                                       1) Рассчитать

                                                       2) Определить  по уравнению реакции

                                                       3) Рассчитать

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 2.1. Какая масса гидроксида натрия может образоваться при взаимодействии 124 грамм оксида натрия с водой?

Задача 2.2. Какой объем оксида серы (VI) вступил в реакцию с водой, если образовалось 49 грамм серной кислоты.

Задача 2.3. Какой объем аммиака образуется при взаимодействии водорода с азотом, объём которого 44,8 литров? Какой объём водорода при этом потребуется?

Задача 2.4. Какая масса оксида фосфора (V)  может образоваться при сгорании необходимого количества фосфора в кислороде объёмом 224 литра? Какая масса фосфора при этом вступит в реакцию?

Задача 2.5. Какой объём  водорода  может вступить во взаимодействие с кислородом объёмом  89,6 л?

Задача 2.6. Чему равна масса осадка, выделяющегося при пропускании 448 л углекислого газа  через избыток раствора гидроксида кальция?

Задача 2.7. Какой объём оксида серы (IV) вступил в реакцию с избытком раствора гидроксида натрия, если при этом образуется сульфит натрия массой 25,2 г? Какая масса гидроксида натрия при этом прореагировала?

Задача 2.8. 12,5 г железа растворили в избытке разбавленной серной кислоты. Рассчитайте объем выделившегося в результате реакции водорода. Какая масса соли образуется при этом?

Задача 2.9. Какая масса осадка хлорида серебра образуется при взаимодействии 17 г нитрата серебра с необходимым количеством соляной кислоты?

Задача 2.10. Какая масса брома  может присоединиться к 140 граммам этена?

Задача 2.11. Какой объем кислорода потребуется для сжигания 224 литров пропана?

Задача 2.12. Какая масса хлора может прореагировать с 112 литрами метана?

3. Задачи, когда одно из веществ дано в недостатке, а другое в избытке

Дано:                                         Ход решения:

m1                                                   Записать уравнение реакции

 m2                                            1) Рассчитать 

  Найти: m3                       2) Рассчитать 

                                           3)Определить какое из веществ дано в избытке, а            

                                            какое в недостатке

                                         4 )Определить  по уравнению реакции, используя  

                                         количество вещества в недостатке

                                          5) Рассчитать

Дано:                                         Ход решения:

V1                                                   Записать уравнение реакции

 V2                                            1) Рассчитать 

  Найти: V3                       2) Рассчитать 

                                           3)Определить какое из веществ дано в избытке, а            

                                            какое в недостатке

                                         4 )Определить  по уравнению реакции, используя  

                                         количество вещества в недостатке

                                          5) Рассчитать

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 3.1. Вычислите массу сульфида железа (II), которую можно получить, взяв 0,7 г железа и 0,7 г серы.

Задача 3.2. Для получения азотной кислоты в лаборатории взяли  8,5 г нитрата натрия и 10 г серной кислоты. Сколько граммов азотной кислоты при этом получилось?  Какое вещество осталось в избытке? Вычислите его массу.

Задача 3.3. К 27,6 г  карбоната калия добавили 315 г  азотной кислоты. Вычислите, какой объём оксида углерода (IV) при этом образуется.

Задача 3.4. Вычислите, могут  ли  полностью вступить в реакцию 2,5 л водорода и 1,5 л хлора и какой объём хлороводорода получится.

Задача 3.5. Какая масса аммиака может образоваться при взаимодействии 112 л азота и 448 л водорода? Какое вещество осталось в избытке? Вычислите его объём.

4. Формулы для решения задач с растворами

Процентная  концентрация       

Связь между массой и объемом раствора

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 4.1. Рассчитайте процентную  концентрацию раствора, если в 150 граммах воды растворили 30 грамм соли.

Задача 4.2. Сколько необходимо взять воды и сахара, чтобы получить 500 грамм      10 % - ного раствора.

Задача 4.3. Смешали 100 грамм 5%-ного и 200 грамм 20%-ного растворов. Какова процентная концентрация полученного раствора?

Задача 4.4. К  200 г 10%-ного раствора хлорида калия добавили 25 г этой же соли. Какова концентрация соли в полученном растворе.

Задача 4.5. К 30 г 40 %-ного раствора сахара добавили   70 г воды. Чему равна массовая доля сахара в полученном растворе.

Задача 4.6. Смешали 200 грамм 10%-ного и 400 грамм 20%-ного раствора серной кислоты. Какова процентная концентрация полученного раствора?

Задача 4.7. Массовая доля солей в морской воде достигает 3,5%. Определите массу соли, оставшейся после выпаривания морской воды объёмом 18 л с плотностью 1,1 г/мл.

Задача 4.8. Сколько воды требуется добавить к 40 мл уксусной эссенции (содержание кислоты 70%, плотность 1, 3 г/мл), чтобы получить пищевой 5%-ный уксус. 

Задача 4.9. В 90 мл раствора формалина, плотностью 1,44 г/мл  содержится    18 г вещества. Вычислите массовую долю формалина в растворе.

Задача 4.10. Сколько воды требуется добавить к 200 мл соляной кислоты (содержание кислоты 52%, плотность 1, 16 г/мл), чтобы получить 36%-ный  раствор.

Задача 4.11. Рассчитайте процентную концентрацию раствора, полученного  при добавлении  к  280 г 10 %-ного раствора формалина   220 г воды.

Задача 4.12. К 140 г  8%-ного раствора соли добавили  20 г этой же соли и   40 г воды. Чему равна массовая доля соли в полученном растворе.

Задача 4.13. Смешали 160 грамм 5%-ного и 240 грамм 30%-ного раствора азотной кислоты. Какова процентная концентрация полученного раствора?

5. Задачи, когда одно из веществ дано в растворе

Дано:                                         Ход решения:

mр-ра                                                   Записать уравнение реакции

 w                                           1) Рассчитать  mв-ва= w  ·mр-ра

  Найти: m                       2) Рассчитать 

  или   V                            3) Определить  по уравнению реакции

                                        4) Рассчитать  ()

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 5.1. К 20 г 8%- ного раствора гидроксида натрия прилили избыток раствора сульфата железа (II). Определите массу образовавшегося осадка.

Задача 5.2. Определите объём газа, полученного при взаимодействии 200 г 7,3%- ного раствора соляной кислоты с раствором карбоната натрия.

Задача 5.3. К 57 г 20%- ного раствора серной кислоты прилили 400 г 5,2%- ного раствора хлорида бария. Определите количество сульфата бария, образовавшегося в результате реакции.

Задача 5.4. Вычислите массу гидроксида калия, полностью прореагировавшего с 200 г. 49%- ного раствора сульфата меди (II).

Задача 5.5. Определите массу осадка, полученного при взаимодействии 20 г 5%- ного раствора сульфата железа (III) с 20 г 8%- ного раствора гидроксида натрия.

Задача 5.6. При взаимодействии 200 г 10%- ного раствора хлорида натрия с избытком раствора нитрата серебра образуется осадок. Определите массу образовавшегося осадка.

6. Задачи, когда необходимо определить массу раствора

 или его массовую долю

Дано:                                         Ход решения:

m    (или   V)                             Записать уравнение реакции

 w                                       

  Найти: mр-ра                        1) Рассчитать

                                             2) Определить  по уравнению реакции

                                            3) Рассчитать

                                            4) Рассчитать

Дано:                                         Ход решения:

m    (или   V)                             Записать уравнение реакции

mр-ра                                       

  Найти: w                       1) Рассчитать

                                             2) Определить  по уравнению реакции

                                            3) Рассчитать

                                            4) Рассчитать    

IY. Расчеты с использованием понятия массовая доля вещества в растворе (Задание №27 ЕГЭ-2021)

Пример 1. Определите массовую долю сахара в растворе, полученном при растворении 15 г сахара в 185 г воды.

mр-ра(сахара) = m(сахара) + m( воды ) Вычисления:

1)        mр-ра(сахара) = 15 + 185 = 200 г

2)        ω( сахар) = 15/200 = 0,075, или 7,5%

Пример 2. Смешали 200 г 5%-ного и 300 г 30%-ного раствора сахара. Массовая доля сахара в полученном растворе   равна _____ %.

1. m1(сахар) = 0,05∙200 = 10 г
2. m2(сахар) = 0,3∙300 = 90  г
3. m3(сахар) = 10 + 90 =  100 г
4. mр-ра 3(сахар) = 200 + 300 = 500 г
5. ω3(сахар) = 100/500 = 0,2 . или 20%

Пример 3. Сколько миллилитров воды необходимо  добавить к 450 мл 10%-ного раствора нитрата калия плотностью 1,08 г/мл для получения раствора с массовой долей соли 3%?

Вычисления:

1)        mр-ра 1(KNO3) = 1,08∙450 = 486 г m1(KNO3) = 0,1∙486 = 48,6 г

2)        mр-ра 2(KNO3) = (486 + x) г

3)        0 ,03 = 48,6/(486 + x ) x = 1134 г

4)        V(H2O)доб. = m/ = 1134/1 = 1134  мл

Пример 4. Какую массу 17%-ного раствора хлорида калия надо взять, чтобы при добавлении 15 г воды получить раствор с массовой долей соли 10%? (Запишите число с точностью до целых.)

x        15        ( х  + 15)

17·x        + 0·x        = 10·( х  + 15)

17 х = 10х  + 150 7 х  = 150

x = 150 / 7 ≈ 21,43 ≈21 г

1. Число стаканчиков равно числу действий с растворами
2. В стаканчики записываем проценты вещества (чистое вещество = 100%, чистый растворитель = 0%) под стаканчиками - массы

Вычислите массу нитрата калия, который следует растворить в 150 г раствора с массовой долей этой соли 10% для получения раствора с массовой долей 12%. Ответ дайте в граммах точностью до десятых.

Решение.

Масса раствора, масса растворённого вещества и массовая доля растворённого вещества связаны соотношением:

m1·w1+ m2(в-ва)= m3(р-ра) ·w3

150·0,10+x=(150+x) ·0,12

15+x=18+0,12x

0,88x=3

X=3,4

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 6.1. Чтобы 20 г гидроксида натрия превратить в соль, использовали  6,3%- ный  раствор азотной кислоты. Определите массу необходимого раствора кислоты.

Задача 6.2. К 400 г раствора силиката калия прилили  избыток  раствора серной  кислоты и получили 19,5 г осадка. Определите массовую долю соли в исходном растворе.

Задача 6.3. К раствору нитрата бария прилили 200 г раствора серной кислоты и получили 93,2 г соли в осадке. Какова массовая доля кислоты (%) в исходном растворе?

Задача 6.4. Гидроксид лития  массой 12 г полностью прореагировал с 15%-ным раствором  сульфата меди (II). Рассчитайте массу раствора сульфата меди (II).

Задача 6.5. Вычислите массу воды (в граммах), которую следует выпарить из 155 г раствора поваренной соли с массовой долей 14%, чтобы увеличить концентрацию раствора до 20%. (Запишите число с точностью до десятых.)

Задача 6.6. Смешали 130 г раствора нитрата калия с массовой долей 8% и 50 г раствора с массовой долей 14%. Определите массовую долю соли (в процентах) в полученном растворе. (Запишите число с точностью до десятых.)

Задача 6.7. Из 190 г раствора хлорида натрия с массовой долей 10% выпарили 30 г воды. Определите массовую долю соли (в процентах) в полученном растворе. (Запишите число с точностью до десятых.)

Y. Расчёты объёмных отношений газов при химических реакциях. Расчёты по  термохимическим уравнениям (задание №28 ЕГЭ – 2021)

Пример 1. В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 484 кДж,

Выделилось 1694 кДж теплоты. Вычислите массу образовавшейся при этом воды (в граммах). ( Запишите число с точностью до целых. )

Анализ и решение

1. Главный вопрос задачи - найти H2O (количество, массу, …) 2 . Количество воды связано с количество выделившейся теплоты

1) Составляем пропорцию по уравнению реакции:                      

                      x           1694                    

2H2 + O2 = 2H2O + 484 кДж

                      2            484

по уравнению  (по пропорции) x = 2·1694/484 = 7 моль H2O

2) Находим массу воды:

M(H2O) = 18 г/моль. m = n·M = 7·18 = 126 г H2O  

Расчёты объёмных отношений газов при химических реакциях

Пример1 . Какой объём кислорода ( н.у .) теоретически необходим для

окисления 46 л ( н.у .) оксида серы (IV) в оксид серы серы ( VI)?

Ответ: ______ л. (Запишите число с точностью до целых.)

1) Составляем уравнение реакции:

2SO2 ( г)+ O 2 ( г)= 2SO 3 

Расчёт можно произвести 2-мя способами:

1) Стандартный расчёт с использованием количества

реагирующих веществ

2) С использованием следствия из закона Авогадро

1-й способ(с использованием количества реагирующих веществ)

Уравнение реакции:

2SO2(г)+ O2(г)= 2SO3(г)

Анализ и решение

1. Требуется найти объём кислорода (x)

2. Количество кислорода связано (пропорцией) с количеством SO2,

План решения:

1) Находим количество SO2

2) Составляем и решаем пропорцию  

а) Вычисляем количество вещества SO2(г)

n = V/VM; n(SO2) = 46/22,4 ≈ 2,05 моль

б) По уравнению реакции находим количество вещества O2(г)

n(O2)=2,05·1/2 = 1,025моль

Уравнение реакции:

2SO2(г)+ O2(г)= 2SO3(г)

в) Находим объём O2(г):

V(O2) = 1,025·22,4 = 22,96 ≈ 23 л

Ответ: 23

2-й способ(по следствию из закона Авогадро) (только для объёмов реагирующих газов)

По следствию из закона Авогадро: объёмы реагирующих газов относятся как коэффициенты в уравнении реакции

в) Находим объём O2(г)по пропорции:

46               x

2SO2(г)+ O2(г)= 2SO3(г)

2                 1

V(O2) = 46·1/2= 23 л

Задачи для самостоятельного решения

Задача 7.1.  В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 484 кДж,

образовалось 27 г воды. Какое количество теплоты (в кДж) выделилось при этом? (Запишите число с точностью до целых.)

Задача 7.2.  В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 484 кДж,

выделилось 1936 кДж теплоты. Какой объем кислорода (в л при н.у.) при этом вступил в реакцию? (Запишите число с точностью до десятых.)

Задача 7.3.  В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2AgNO3(тв) = 2Ag(тв) + 2NO2(г) + O2(г) - 317 кДж,

образовалось 5,4 г серебра. Какое количество теплоты (в кДж) поглотилось при этом? (Запишите число с точностью до десятых.)

Задача 7.4. В результате реакции, термохимическое уравнение которой

3Fe + 2O2 = Fe3O4 + 1200 кДж,

прореагировало 16,8 г железа. Какое количество теплоты (в кДж) выделилось при этом? (Запишите число с точностью до целых.)

Источники информации:

1. Ерохин Ю.М. Сборник тестовых заданий по химии: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.
2. Габриелян О.С., Лысова Г.Г. Химия: книга для преподавателя: учеб.-метод. пособие. — М., 2012.
3. Ерохин Ю.М. Химия: Задачи и упражнения: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.
4. www.hemi.wallst.ru(Образовательный сайт для школьников «Химия»).
5. «Легион» www.youtube.com 
6. https://chem-ege.sdamgia.ru/test?theme (Образовательный сайт)