2.3 Алгоритмизация решения задач по уравнениям химических реакций.

Трудно дается ученикам решение задач по уравнениям химических реакций, поэтому, после изучения темы «Химические реакции», изучив закон сохранения массы веществ, начинаю отрабатывать расстановку коэффициентов в уравнении и определять массу веществ, участвующих в реакции. Стараюсь подобрать вещества простые и бинарные, с которыми ознакомились на предыдущих уроках

Далее выполняем следующую запись для расшифровки смысла написанного уравнения.

Mr 23 71 58,5

M 23г/моль 71 г/моль 58,5 г/моль

γ 2 моль 1 моль 2 моль

m 46г 71г 117г

Объясняю, что относительная молекулярная масса Mr численно равна молярной массе M; M={Mr}. Коэффициент, стоящий впереди вещества соответствует количеству вещества – γ. Исходя из формулы молярной массы определяем массу каждого вещества по отдельности.

Также определяем массу хлора и хлорида натрия. Сложив полученную массу в левой части уравнени убеждаемся, что она равна правой части уравнения

46г+71г=117г

46:71:117

1:1,54:2,54

Также убеждаемся в прямой пропорциональности масс.

На этом же уроке даю задачу по определению массы вещества, если известно одно из веществ, вступивших в реакцию. Например: Сколько граммов серы понадобится для проведения химической реакции с железом массой 112г.

Дано: Решение:

112г х г

Mr 56 32

M 56г/моль 32г/моль

γ 1 моль 1 моль

m 56г 32г

Что дано и что найти записываем над этими веществами. Исходя из этой записи, составляем пропорцию 112 :х=56:32. Напоминаю, что произведение крайних членов равно произведению средних членов.

112г:32г=56х, отсюда

Ответ: Для взаимодействия 112г железа понадобится 64г серы.

Для закрепления прорешиваем задачи на карточках самостоятельно. После решения проверяем на доске вместе.

2.4 Решение олимпиадных задач.

При решении трудных задач на занятиях кружка выяснилось, что ученики не могут использовать законы химии для составления математических уравнений, отражающих зависимость величин, данных в условии задач. Поэтому показываю логику перехода от анализа процессов и данных задачи к математическим уравнениям. Проблематичной становится идея построения некой «единой теории решения химических задач», т.к. мне кажется невозможным исследование аналитического аппарата мозга, поэтому попытался рассмотреть самые распространенные алгоритмы решения.

Задача 1. Никелевую пластинку массой 25,9 г опустили в 555 г раствора сульфата железа (III) с массовой долей 0,100. После некоторого выдерживания пластинки в растворе ее вынули, высушили, при этом оказалось, что массовая доля сульфата железа (III) стала равной массовой доле образовавшейся соли никеля (II). Определить массу пластинки после того, как ее вынули из раствора.

Дано: Решение

M 400г/моль 59г/моль 155г/моль

γ 1 моль 1 моль 1 моль

m 400г 59г 155г

Искомую массу пластинки обозначим переменной – х г. В ходе реакции масса пластинки уменьшается за счет растворения никеля, его растворилось (25,9-х)г, весь никель перешел в сульфат никеля (II). Находим его массу

По условию массовые доли сульфатов никеля и железа (II) в полученном растворе равны, следовательно, равны их массы.

По условию , значит

избавляемся от знаменателя

3274,5-10360+400х=4014,5-155х

400х+155х=4014,5+7085,5

555х=11100

х=20г

20г масса оставшейся никелевой пластины.

Обобщим ход решения задачи – сначала ввели переменную величину, затем построили цепь рассуждений

Значение каждой следующей величины выразили через значение предыдущей. Использовали количественные отношения веществ, выраженные в уравнении химической реакции. Полученную цепь замкнули на основании начальной посылки.

Стоит заметить, что расчеты упростятся, если массу вступившего в реакцию никеля (25,9-х)г обозначить другой переменной, например у. В этом состоит один из путей оптимизации решения

Это уравнение решить проще.

Эту же задачу учу решать другим способом. Согласно условию массовая доля сульфатов железа (III) и никеля равны:

Так как соли находятся в одном и том же растворе, то

или (1)

Допустим, что в реакцию вступило х моль Ni, значит количество прореагировавшего сульфата железа (III) тоже равно х моль.

Зная массу исходного раствора и массовую долю соли железа в нем, найдем исходное количество сульфата железа (III)

Количество сульфата железа (III) в полученном растворе составит (0,139-х)моль. Количество сульфата никеля в растворе х моль. Масса вынутой из раствора пластинки:

(2)

Подставляем переменные в уравнение (1)

(3)

Мы получили линейное уравнение с одним неизвестным.

400(0,139-х)=155х

55,6-400х=155х

-555х=-55,6

х=0,1моль

Подставляя значение х в уравнение (2) получаем массу остатка пластины.

m(пл)=25,9-59*0,1=25,9-5,9=20г

В составленном уравнении (3) значения двух величин были выражены через одну и ту же переменную.

Ответ: 20г масса остатка пластины.

Составление алгебраических уравнений при решении задач на нахождение молекулярных формул органических веществ вызывает у учеников затруднения. Предлагаю иной способ решения этого типа задач.

Задача 2. Определите молекулярную формулу углеводорода по следующим данным: при сжигании газообразного углеводорода массой 0,29г образовались диоксид углерода объемом 0,448л и пары воды массой 0,45г; относительная плотность по водороду данного углеводорода равна 29.

Дано: Решение

Т.к. и , то

х=? у=?

Подставим эти данные в схему реакции:

0,005моль 0,02моль 0,025моль

Разделив полученное количество вещества 0,02 моль на 0,005 моль получаем 4 моль , также определяем количество вещества воды 0,025 моль на 0,005 моль получаем 5 моль . Приходим к выводу, что углеводород количеством вещества 1 моль при сгорании образует количеством вещества 4 моль и количеством вещества 5 моль. Теперь запись выглядит так.

0,005моль 0,02моль 0,025моль

1 моль 4 моль 5 моль

Определяем количество атомов углерода в 4 моль , х=2; также определяем количество атомов водорода в 5 моль , у=5*2=10. Подставляем в формулу углеводорода полученные данные .

Ответ: , х=2, у=10.