Мастер-класс «Подготовка к ЕГЭ и ОГЭ ». Как научить школьников решать

задачи по химии

Решение задач – один из приемов обучения, посредством которого

обеспечивается более глубокое и полное усвоение учебного материала по химии

и вырабатывается умение самостоятельного применения приобретенных знаний.

Решение задач связано со сложной мыслительной деятельностью. На ЕГЭ и

вступительных экзаменах в высшие учебные заведения высокой оценки, как

правило, добиваются те абитуриенты, которые справляются с задачами

повышенной сложности.

Методика обучения учащихся количественным расчетам должна включать

несколько этапов:

1) накопление теоретических знаний;

2) обучение отдельным операциям и действиям, которые входят в общую

деятельность по решению задач;

3) решение и составление типовых задач;

4) решение разнообразных задач повышенной сложности.

При обучении химии в 8-м классе учащиеся приобретают навыки решения

задач определенных типов. Именно с начального момента обучения следует

прививать умения выполнять отдельные операции решения, которые учащиеся

могут применить в новых ситуациях. После изучения темы «Относительная

молекулярная масса» решаются задачи на вычисление относительных

молекулярных масс, массовых отношений химических элементов в сложном

веществе, нахождение массовой доли химических элементов в сложном

веществе, вывод химических формул, если известны массовые доли

химических элементов, входящих в состав данного вещества. Здесь можно

предложить следующие задачи.

Задача 1. Найдите относительные молекулярные массы:

а) гексагидрата хлорида кальция СаСl

2

* 6Н

2

О;

б) медного купороса CuSO

4

* 5H

2

О;

в) хромокалиевых квасцов K

2

SО

4

* Cr

2

(SO

4

)

3

* 24H

2

O.

Задача 2. Вычислите массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате

сульфата кальция CaSO

4

* 2Н

2

О.

Задача 3. Выведите простейшую формулу соединения, в котором мaccoвые доли

натрия, фосфора и кислорода равны 34,6 %, 23,3 %, 42,1 % соответственно.

Вычислите относительную молекулярную массу этого соединения.

В теме «Количество вещества. Моль. Молярная масса» вводится новая

величина – постоянная Авогадро. Следует дать разъяснение по поводу вывода

этой величины.

Масса атома углерода: m(C) = 1,995 * 10

–26

кг, М(C) = 0,012 кг/моль.

Найдем число атомов, содержащихся в 1 моль углерода:

NA= M(C) / m(C) = 0,012 (кг/моль) / (1,995 * 10

–26

(кг)) = 6,02 * 10

23

моль

–1

.

Moлярную массу связываем с NА, например:

М(Н

2

О) = m(Н

2

О) * NA = 3*10

–23

(г) * 6*10

23

(моль

–1

) = 18 г/моль.

На этом же уроке даются следующие формулы:

n= N/NA, n= m/M,

где n – количество вещества.

Учащимся можно дать задачи следующего типа на применение данных формул и

постоянной Авогадро.

Задача 1. Рассчитайте массу:

а) кислорода количеством вещества 0,5 моль;

б) 1,202 * 10

24

молекул кислорода.

Задача 2. Определите число структурных единиц в воде массой 54 г.

Школьникам предлагается заполнить таблицу «Количественная

характеристика вещества».

Таблица. Количественная характеристика вещества

В 8-м классе учащиеся

должны приобрести

умения составлять

количественные

соотношения реагентов и

продуктов реакции по

химическим уравнениям:

k1A + k2В= k3C + k4D.

Из уравнения следует,

что nA / nB = k1 / k2, nB /

nС= k2 / k3 и т.д.

Это отношение в будущем

применяется при

нахождении количества

вещества, которое

полностью вступило в

реакцию. Следующим

шагом будет нахождение

количества вещества

исходных веществ или

продуктов реакции по

условию задачи.

Задачи на расчеты по термохимическим уравнениям также не вызывают

больших затруднений. Учащихся нужно познакомить с понятием «энтальпия»

и законом Гесса. Здесь можно использовать схему-конспект «Тепловой эффект

и энтальпия реакции».

Q– А+ B = 2C + Q,

эндотермическая экзотермическая

где Q – тепловой эффект химической реакции.

2Н

2

(г.) + О

2

(г.) = 2Н

2

О(г.) + 484 кДж – термохимическое уравнение.

ΔrН – энтальпия химической реакции;

ΔrН – энтальпия образования вещества

{А+ В= 2С} + Q – экзотермический эффект (выделение теплоты, ΔrНº < 0).

{2С= А+ В} – Q – эндотермический эффект (поглощение теплоты, ΔrНº > 0).

– Δr Н = +Q и ΔrН = – Q.

Закон Гесса:

Δr Нº = ∑Δf Нº (прод.) – Δf Нº (реаг.).

П р и м е р: А+ В= 2С, Δr Нº = 2Δr Нº (С) – [Δr Нº (А) + Δr Нº (B)].

Учащимся предлагаются задачи следующего типа:

Задача 1. При образовании 1 моль водяного пара из водорода и кислорода

выделяется 242 кДж теплоты. Сколько выделится теплоты, если в реакцию

вступит 0,2 г водорода?

Задача 2. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 кг кокса, содержащего 10

% примесей, если при сгорании 1 моль углерода выделяется 393,5 кДж теплоты?

Большой интерес представляют задачи на растворы. Здесь учащиеся должны

свободно владеть следующими формулами:

ωр.в. = mр.в. /mр-ра * 100 (%);

С= V/Vр-ра.

При разбавлении растворов:

ωр.в. = m

р.в.

/(m

р-ра

+ m

H2

O) * 100(%).

При выпаривании растворов:

ωр.в. = m

р.в.

/ (m

р-ра

– m

H2

O) * 100 (%).

При смешивании растворов:

ωр.в. = (m

к

р.в.

+ m

р

р.в.

) / (m

к

р-ра

+ m

р

р-ра

) * 100 (%),

где mкр.в. – масса вещества в концентрированном растворе;

mрр.в.– масса вещества в разбавленном растворе;

mкр-ра – масса исходного концентрированного раствора;

mрр-ра – масса исходного разбавленного раствора.

Используя данные формулы, можно решать задачи разного типа.

Задача 1. Смешали 100 г раствора с массовой долей гидроксида натрия 0,05 и

200 г раствора с массовой долей гидроксида натрия 0,15. Вычислите массовую

долю гидроксида натрия в полученном растворе.

Задача 2. Сколько граммов раствора серной кислоты с массовой долей 0,2

следует добавить к 500 г раствора этой кислоты с массовой долей серной

кислоты 0,5, чтобы получить раствор серной кислоты с массовой долей 0,3?

Задача 3. Сколько глауберовой соли Na

2

SO

4

* 10H

2

O нужно добавить к 250 г

воды, чтобы получить раствор с массовой долей безводной соли 0,05?

Задача 4. К 150 г 5%-го раствора соли прилили 70 г 20%-го раствора этой же

соли, затем долили 50 г воды, добавили 15 г соли, выпарили 10 г воды. Какова

массовая доля соли в полученном растворе?

Задача 5. Прокипятили 4,2%-й раствор гидрокарбоната натрия. Определите

массовую долю вещества в полученном растворе. Испарением воды пренебречь.

Задача 6. Сколько мл 40%-го раствора азотной кислоты (плотность 1,4 г/см

3

)

потребуется для получения 300 мл раствора с молярной концентрацией 0,1

моль/л?

Далее рассматриваются задачи с использованием молярного объема,

относительной плотности газов, объемных отношений газов при химических

реакциях. Вводятся новые формулы:

V= V/ VM; DH 2= Mr/ 2; Dвозд= Mr/ 29

ρ= M / VM; ρ= m/V.

В химических реакциях с газообразными веществами необходимо ycвоить:

аA + вВ= cC + dD,

VA/ VB = а/ в, VA/ VC = а/ c

и т.д.

При использовании закона объемных отношений газов расчеты упрощаются.

Задача 1. Рассчитайте массу 2 л (н.у.) кислорода (ρ= 1,429 г/л).

Задача 2. Определите число молекул кислорода в 11,2 л этого газа (н.у.).

Задача 3. Какой объем при н.у. займут: а) 1,5 моль азота; б) 42 г азота; в)

1,2*10

26

молекул азота?

Задача 4. При сжигании 200 мл газообразного углеводорода израсходовано 700

мл кислорода и образуется 400 мл оксида углерода(IV). Установите

молекулярную формулу углеводорода.

В теме «Скорость химических реакций. Химическое равновесие» даются

формулы для нахождения скорости химических реакций:

V= ±Δc/ Δt.

По закону действующих масс для реакции

аA + вВ= cC + dD

cкорость определяют по формуле:

V= k * сaA * свВ,

где сA, сВ – молярные концентрации газообразных веществ А и В,

k – константа, равная скорости реакции при концентрации веществ 1 моль/л

(справочная величина).

При объяснении зависимости скорости химической реакции от

температуры ученикам следует дать математическое выражение правила

Вант-Гоффа:

v2= v1 * γ (t2 –t1)/10,

где γ – температурный коэффициент.

Полученные знания учащиеся используют при решении задач следующего типа.

Задача 1. Как изменится скорость реакции N2+ 3Н2 = 2NН3 при увеличении

концентрации водорода в 3 раза?

Задача 2. Как изменится скорость химической реакции 2А + В = С при

увеличении концентрации вещества А в 2 раза и одновременном уменьшении

концентрации вещества В в 2 раза?

Задача 3. В сосуде объемом 2 л смешали газ А количеством вещества 4,5 моль и

газ В количеством вещества 3 моль (н.у.). Газы А и В реагируют в соответствии с

уравнением А + В = С. Через 20 с в системе образовался газ С количеством

вещества 2 моль. Определите среднюю скорость реакции. Какие количества

непрореагировавших газов А и В остались в системе?

Комбинированные задачи, в которых присутствуют различные операции,

входящие в общую деятельность по решению задач. Между физическими

величинами необходимо устанавливать прямую непосредственную связь: ν– m,

m–ν, ν–V, ν–N и т.д. Это принцип рацинальности расчетов. Взаимосвязь

физических величин учащиеся выражают следующими схемами:

Учащимся предлагаются следующие задачи.

Задача 1. В 100 мл воды растворили 0,56 л оксида серы(IV) (н.у.). Найдите

массовую долю образовавшейся в растворе кислоты.

Задача 2. Какой станет массовая доля вещества в растворе, если к 100 г

раствора гидроксида лития с массовой долей 10 % добавить 10 г

металлического лития?

Задача 3. Оксид марганца(IV) реагирует с 10%-м раствором соляной кислоты (ρ=

1,05 г/мл) с образованием хлора. Выделившийся хлор полностью прореагировал

с 200 г 10,3%-го раствора бромида натрия. Определите объем выделившегося

хлора, расход оксида марганца(IV) (в г) и раствора соляной кислоты (в мл) в

реакции.

Расчёты по уравнениям с неполным реагированием (разложением)

исходных веществ.

Задача 1. При нагревании образца гидрокарбоната натрия часть вещества

разложилась. При этом выделилось 4,48 л (н.у.) газа и образовалось 63,2

г. Твёрдого безводного остатка. К полученному остатку добавили минимальный

объём 20% раствора соляной кислоты, необходимый для полного выделения

углекислого газа. Определите массовую долю хлорида натрия в конечном

растворе.

Пояснение:

Часть гидрокарбоната разложилась, остальная прореагировала с НCL

Осадок: (Na

2

CO

3

и NaHCO

3

остаток) их m = 63,2 г; HCl реагирует с Na

2

CO

3

и

NaHCO

3

; СО

2

выделится из раствора.

Решение

развернуть таблицу

0,2 моль

0,2 моль

2NaHCO

3

=

Na

2

CO

3

+

СО

2

+

Н

2

О

развернуть таблицу

развернуть таблицу

0,5 моль

0,5 моль

0,5моль

0,5моль

NaHCO

3

+

НСl =

NaСl +

СО

2

+

Н

2

О

развернуть таблицу

развернуть таблицу

0,2моль

0,2моль

0,2моль

0,2моль

Na

2

CO

3

+

2НСl =

2NaСl +

СО

2

+

Н

2

О

развернуть таблицу

(m

(р-ра) =

m(осадка)

+

m(НСl)

–

m(СО

2

))

Определяем nСО

2

по данным из условия задачи.

n(СО

2

)1р. = V/Vm = 4,48/22,4 = 0,2 моль

n(Na

2

CO

3

) = n(СО

2

) = 0,2 моль (т.к. их соотношение 1:1)

m(Na

2

CO

3

) = n*M = 0,2 *106 = 21,2 г.

m(NaHCO

3

) остаток = 63,2 – 21,2 = 42 г.

n(NaHCO

3

)остаток = m/M = 42/84 = 0,5 моль

Количество вещества НСl находим из реакций 2 и 3

n(НСl) = n (NaHCO

3

) + 2 n(Na

2

CO

3

) = 0,5 + 2*0,2 = 0,9 моль

m(НСl)в. = 0,9* 36,5 = 32,85г.

m(НСl)р-ра = 32,85/0,2 = 164,25г.

n(NaСl) = n(НСl) = 0,9 моль

m(NaСl) = 0,9 *58,5 =52,65 г.

n(СО

2

)2я, 3я р. = 0,5 + 0,2 = 0,7 моль

m(СО

2

) = 0,7 * 44 = 30,8 г.

m(р-ра) = 63,2 + 164, 25 – 30,8 = 196,65 г

W(NaСl) =52,65/196,65 = 0,268 (26,8%)

Задача 2. Водород объёмом 6,72 л (н. у.) пропустили при нагревании над

порошком оксида меди(II), при этом водород прореагировал полностью. В

результате реакции получили 20,8 г

твёрдого остатка. Этот остаток растворили

в концентрированной серной кислоте массой 200 г. Определите массовую

долю соли в полученном растворе.

развернуть таблицу

0,3

моль

0,3 моль

CuO + H

2

=

Cu +

Н

2

О

развернуть таблицу

развернуть таблицу

0,02моль

0,02моль

CuO +

Н

2

SО

4

=

CuSО

4

+

2Н

2

О

развернуть таблицу

развернуть таблицу

0,2моль

0,3 моль

Cu +

Н

2

SО

4

=

CuSО

4

+

SO

2

+

2Н

2

О

развернуть таблицу

( m (р-ра) =m(остатка)

+

m(Н

2

SО

4

)р-ра - m SO

2

n(H

2

) = 6,72/22,4 = 0,3 моль

n(H

2

) = n(Сu) = 0,3 моль; m(Сu) = 0,3*64 = 19,2г.

m(СuО) остаток = 20,8 - 19,2 = 1,6 г

n(СuО) остаток = 1,6/80 = 0,02 моль

n(CuSО

4

)2 р-я = n(СuО) остаток = 0,02моль

n(CuSО

4

)3 р-я = n(Сu) = 0,3 моль;

n(CuSО

4

)

общая = 0,02 + 0,3 = 0,32 моль

m(CuSО4) =

0,32 *160 = 51,2г

n(SO

2

) = n(Сu) = 0,3 моль

m(SO

2

) = 0,3*64 = 19,2 г

m(р-ра) = 20,8 + 200 - 19,2 = 201,6 г

W(CuSО

4

) = 51,2/201,6 = 0,254 (25,4%)