Главная      Лекции     Лекции (разные) - часть 9

 

поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  245  246  247   ..

 

 

Методика обучения решению задач на вычисление массы компонентов в смеси

Методика обучения решению задач на вычисление массы компонентов в смеси

Пермский краевой институт повышения квалификации работников образования

Методика обучения

решению задач на вычисление

массы компонентов в смеси

учителя химии

МОУ «СОШ №6» г. Краснокамска

Давыдовой Ирины Викторовны

2009 г., Пермь

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

Vобщ (H2 ) = 8,96 л

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

m (Fe) - ?

m (Al) - ?

Решение:

1 этап . Составим уравнения реакций.

х г. а л

2 Al + 6 HCl - 2 AlCl 3 + 3 H 2 (1)

2 моль 3 моль

М = 27 г/моль Vm = 22,4 л/моль

m = 54 г V = 67,2 л

(11- x ) г b л

Fe + 2 HCl - FeCl 2 + H 2 (2)

1 моль 1 моль

М = 56 г/моль Vm = 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

Vm = 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 - FeCl 2 + H 2 ↑ (1)

Zn + 2 HCl - 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

Vобщ2 ) = 8,06 л

Vm = 22,4 л/моль

М (СН3 СНО) = 44 г/моль

М (СН3 СН2 СНО) = 58 г/моль

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

W (СН3 СОН) - ?

Решение :

1 этап. Составим уравнения реакций гидрирования уксусного

и пропионового альдегидов.

х моль х моль

СН3 СНО + Н2 -- - СН3 СН2 ОН (1)

y моль y моль

СН3 СН2 СНО + Н2 - 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 (CH3 CHO) = n (H2 ) = x моль .

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

n (CH3 CH2 CHO) = n (H2 ) = y моль .

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

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 (CH3 CHO) = 44x г , m (CH3 CH2 CHO) = 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 (СН3 СНО) = 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:

Vсмеси = 1,12 л М (Br2 ) = 160 г/моль

Vраствора (Br2 ) = 3,82 мл Vm = 22,4 л/моль

ρ (Br2 ) = 3,14 г/мл

___________________

V1смеси /V2смеси -?

Решение:

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

уравнения реакций:

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

C2 H2 + 2Br2 -- - C2 H2 Br4 (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 / Vm

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 + Ag2 O --- - CH3 CHO + 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 = Vm * 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

Vгаза 2 = 8, 96 л

М (Zn) = 65 г/моль

М (ZnCO3 ) = 125 г/моль

Vm = 22,4 л/моль

____________________-

W (Zn) - ?

Решение:

1 этап. Составим уравнения реакций, которые соответствуют задаче:

Zn + 2 HCl - ZnCl 2 + H 2 ↑ (1)

ZnCO3 + 2HCl - ZnCl2 + H2 O + 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 - 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

________________

mсмеси - ?

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 - ZnCl 2 + H 2 ↑ (1)

1 моль 1 моль

М = 65 г/моль Vm =22,4 л/моль

m = 65 г V = 22,4 л

0,3а г y л

2 Al + 6 HCl - 2 AlCl 3 + 3 H 2 ↑ (2)

2 моль 3 моль

М = 27 г/моль Vm =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.

Ответ: масса навески смеси алюминия и цинка составляет 16,4 Г.

Задача №7

Смесь массой 6 г из алюминия и меди обработали соляной кислотой и собрали 3,7 л водорода. Определите массовые доли (%) металлов в смеси.

Дано:

m смеси = 6 г

V (H2 ) = 3,7 л

М (Al) = 27 г/ моль

М (Cu) = 64 г/ моль

__________________

W (Al) - ?

W (Cu) - ?

Решение:

1 этап. Все ли компоненты смеси реагируют с соляной кислотой?

Составьте уравнение реакции.

С соляной кислотой вступают в реакцию те металлы, которые

находятся в электрохимическом ряду напряжений до водорода.

Из металлов данной смеси с соляной кислотой реагирует только

алюминий.

х г 3,7 л

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2

2 моль 3 моль

М = 27 г/моль Vm = 22,4 л/ моль

m = 54 г V = 67,2 л/ моль

2 этап. По уравнению реакции вычислим массу алюминия.

х / 54 = 3,7 / 67,2

x = 2,973 (г)

3 этап . Вычислим массу меди в смеси. По условию масса смеси 6 г, а

масса алюминия 2,973 г.

m ( Cu ) = 6 – 2,973 = 3,027 (г)

4 этап. Вычислим массовые доли металлов в смеси по формуле:

W (Ме) = m (Ме) / mсмеси

W ( Al ) = 2,973 / 6 = 0, 4955 или 49, 55 %

W ( Cu ) = 3,027 / 6 = 0, 5045 или 50,45 %

Ответ : W (Al) = 49,55 % ; W (Cu) = 50,45 %

Задача №8

При последовательном пропускании смеси газов: азота, оксида углерода (II), оксида углерода (IV) объёмом 10 л (н.у.) через избыток известковой воды и затем над нагретым оксидом меди (II) выпадает 10 г осадка и образуется 6,35 г меди. Определите объёмную долю каждого газа в смеси.

Дано:

Vc меси = 10 л

m (CaCO3 ) = 10 г

m (Cu) = 6,35 г

М (СаСО3 ) = 100 г/ моль

М (Сu) = 63,5 г/ моль

_____________________

φ (N2 ) -?

φ (CO) -?

φ (CO2 ) -?

Решение:

1 этап . С каким из газов реагирует избыток известковой воды при

последовательном пропускании смеси? Составьте уравнение реакции.

х л 10 г

Са (ОН)2 + СО2 → СаСО3 ↓ + Н2 О (1)

1 моль 1 моль

Vm = 22, 4 л/моль М = 100 г/ моль

V = 22 , 4 л m = 100 г

В результате реакции выпадает осадок карбоната кальция массой 10 г.

2 этап. Вычислим объём углекислого газа, содержавшегося в смеси по

уравнению реакции (1):

х / 22,4 = 10 / 100

х = 2,24 л

3 этап. Какой из оставшихся газов вступает в реакцию с нагретым оксидом

меди (II)? Составьте уравнение реакции.

y л 6,35 г