Способы решения задач по химии
Пятница, 29.03.2024, 18:10
Приветствую Вас Гость | RSS

Решение задач по химии

Основные способы решения химических задач


Оглавление

  1. Как решать задачи по химии?
  2. Метод соотношения масс веществ
  3. Метод сравнения масс веществ
  4. Метод с использованием величины "количество вещества" и ее единицы измерения "моль"
  5. Метод составления пропорции
  6. Метод использования коэффициента пропорциональности
  7. Метод приведения к единице
  8. Вывод алгебраической формулы и расчет по ней

 


 

1. Как решать задачи по химии?

Почти каждая химическая задача может быть решена несколькими способами. На начальном этапе обучения поиск разных вариантов решения одной и той же задачи способствует развитию аналитического мышления и в последующем облегчает выбор наиболее рационального способа для решения конкретной задачи. Знание разнообразных методов решения химических задач создает необходимую базу для выбора нужного способа при решении конкретной задачи. Совсем не обязательно отлично владеть ими всеми. Для успешного решения химических задач достаточно хорошо освоить 3-4 метода.

Можно выделить следующие основные способы решения химических задач:

1) соотношение масс веществ;

2) сравнение масс веществ;

3) использование величины "количество вещества" и ее единицы измерения "моль";

4) составление пропорции;

5) использование коэффициента пропорциональности;

6) приведение к единице;

7) вывод алгебраической формулы и расчет по ней.

Из перечисленных методов решения расчетных задач по химии наиболее часто применяются использование величины "количество вещества" и ее единицы измерения "моль", составление пропорции, а также вывод алгебраической формулы и расчет по ней.

Рассмотрим различные способы решения задач, применив каждый из них к задачам, относящимся к разным группам: 1) задача, решаемая по формуле вещества; 2) задача, решаемая по уравнению реакции.

Задача 1. На завод была доставлена руда, содержащая 464 т магнитного железняка Fe3O4. Какая масса железа содержится в руде?

Задача 1 решается по формуле вещества. В данной задаче не говорится о химическом процессе, а требуется определить массу железа по массе магнитного железняка, для этого достаточно указать формулу магнитного железняка Fe3O4. По химической формуле Fe3O4 определяем, что в 1 моль Fe3O4 содержится 3 моль Fe. Если количество вещества Fe3O4 - 2, 5, 10 моль, то соответственно увеличится количество молей железа в 2, 5, 10 раз. Следовательно, между массой руды и массой железа существует прямая пропорциональная зависимость, используя которую можно рассчитать массу железа, применяя различные способы решений.

Задача 2. Вычислите массу сульфита натрия, необходимую для реакции с серной кислотой, чтобы получить 16 г оксида серы (IV).

Задача 2 решается по уравнению реакции. В условии указаны три вещества, участвующих в химическом процессе: сульфит натрия взаимодействует с серной кислотой, при этом получается оксид серы (IV). Записываем уравнение реакции, на основании которого делаем вывод, что при взаимодействии 1 моль Na2SO3 с кислотой выделяется 1 моль SO2. Для получения большего или меньшего количества вещества потребуется во столько же раз больше или меньше сульфита натрия, т.е. между массами или количествами веществ имеется прямая пропорциональная зависимость. Используя прямую пропорциональную зависимость между массой прореагировавшего сульфита натрия и получающейся массой оксида серы (IV) можно рассчитать массу оксида серы (IV), применяя различные способы решений.

 

2. Метод соотношения масс веществ

Согласно закону постоянства состава вещества состав сложного вещества один и тот же независимо от способа его получения. Установив по формуле или по уравнению реакции соотношение числа молей заданных веществ, вычисляют соответствующие этим количествам вещества массы данных веществ.

 

Задача 1

Дано:

m(Fe3O4)=464 т

m(Fe) - ?

Решение:

По химической формуле магнитного железняка Fe3O4 определяем, что в 1 моль Fe3O4 содержится 3 моль Fe. Вычислим соответствующие этим количествам вещества массы данных веществ по формуле:

m(Fe)=n(Fe)·M(Fe); M(Fe)=56 г/моль;

m(Fe)=3·56=168 (г);

m(Fe3O4)=n(Fe3O4)·M(Fe3O4); M(Fe3O4)=232 г/моль;

m(Fe3O4)=1·232=232 (г).

Найдем соотношение масс железа и магнитного железняка:

m(Fe):m(Fe3O4)=168:232≈1:1,38.

Следовательно, железа в магнитном железняке будет содержаться в 1,38 раз меньше. Вычислим, какая масса железа содержится в руде, содержащей 464 т магнитного железняка:

m(Fe)=1·m(Fe3O4)/1,38;

m(Fe)=1·464/1,38≈336 (т).

Ответ: В 464 т Fe3O4 содержится 336 т Fe.

 

Задача 2

Дано:

m(SO2)=16 г

m(Na2SO3) - ?

Решение:

Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2+H2O

По уравнению реакции определяем, что при взаимодействии 1 моль Na2SO3 с кислотой выделяется 1 моль SO2. Вычислим соответствующие этим количествам вещества массы данных веществ по формуле:

m(SO2)=n(SO2)·M(SO2); M(SO2)=64 г/моль;

m(SO2)=1·64=64 (г);

m(Na2SO3)=n(Na2SO3)·M(Na2SO3); M(Na2SO3)=126 г/моль;

m(Na2SO3)=1·126=126 (г).

Найдем соотношение масс оксида серы (IV) и сульфита натрия:

m(SO2):m(Na2SO3)=64:126≈1:1,97.

Следовательно, сульфита натрия потребуется в 1,97 раза больше, чем масса выделившегося оксида серы (IV). Вычислим, какая масса сульфита натрия потребуется для получения 16 г оксида серы (IV):

m(Na2SO3)=1,97·m(SO2);

m(Na2SO3)=1,97·16≈31,5 (г).

Ответ: Для получения 16 г SO2 нужно 31,5 г Na2SO3.

 

3. Метод сравнения масс веществ

Проводится сравнение массы вещества, данной в условии задачи, с массой этого же вещества, но вычисленной по формуле вещества или по уравнению реакции.

 

Задача 1

Дано:

m(Fe3O4)=464 т

m(Fe) - ?

Решение:

По химической формуле магнитного железняка Fe3O4 определяем, что в 1 моль Fe3O4 содержится 3 моль Fe. Вычислим соответствующие эти количествам вещества массы данных веществ по формуле:

m(Fe)=n(Fe)·M(Fe); M(Fe)=56 г/моль;

m(Fe)=3·56=168 (г);

m(Fe3O4)=n(Fe3O4)·M(Fe3O4); M(Fe3O4)=232 г/моль;

m(Fe3O4)=1·232=232 (г).

Сравним массу магнитного железняка, данную в условии задачи, с его массой, вычисленной по формуле:

464 т > 232 г в 2·106 раз.

Следовательно, и масса железа, содержащегося в Fe3O4, будет во столько же раз большей. Вычислим массу железа в руде, содержащей 464 т магнитного железняка:

m(Fe)=168·2·106=336·106 (г).

Ответ: В 464 т Fe3O4 содержится 336 т Fe.

 

Задача 2

Дано:

m(SO2)=16 г

m(Na2SO3) - ?

Решение:

Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2+H2O

По уравнению реакции определяем, что при взаимодействии 1 моль Na2SO3 с кислотой выделяется 1 моль SO2. Вычислим соответствующие этим количествам вещества массы данных веществ по формуле:

m(SO2)=n(SO2)·M(SO2); M(SO2)=64 г/моль;

m(SO2)=1·64=64 (г);

m(Na2SO3)=n(Na2SO3)·M(Na2SO3); M(Na2SO3)=126 г/моль;

m(Na2SO3)=1·126=126 (г).

Сравним массу оксида серы (IV), данную в условии задачи, с его массой, вычисленной по формуле: 16 г < 64 г в 4 раза.

Следовательно, и масса сульфита натрия, необходимого для получения 16 г оксида серы (IV), будет тоже меньше в 4 раза. Вычислим, какая масса сульфита натрия потребуется для получения 16 г оксида серы (IV):

m(Na2SO3)=126/4=31,5 (г).

Ответ: Для получения 16 г SO2 нужно 31,5 г Na2SO3.

 

4. Метод с использованием величины "количество вещества" и ее единицы измерения "моль"

 

Задача 1

Дано:

m(Fe3O4)=464 т=464·103 кг

m(Fe) - ?

Решение:

Согласно формуле магнитного железняка Fe3O4 в 1 моль Fe3O4 содержится 3 моль атомов Fe. Определим количество вещества магнитного железняка в 464 т руды по формуле:

n(Fe3O4)=m(Fe3O4)/M(Fe3O4); M(Fe3O4)=232·10-3 кг/моль;

n(Fe3O4)=464·103/(232·10-3)=2·106 (моль).

Тогда, в соответствии с формулой Fe3O4 2·106 моль Fe3O4 содержит 6·106 моль Fe.

Вычислим массу железа, соответствующую количеству вещества 6·106 моль по формуле:

m(Fe)=n(Fe)·M(Fe); M(Fe)=56·10-3 кг/моль;

m(Fe)=6·106·56·10-3=336·103 (кг)=336 (т).

Ответ: В 464 т Fe3O4 содержится 336 т Fe.

 

Задача 2

Дано:

m(SO2)=16 г

m(Na2SO3) - ?

Решение:

Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2+H2O

Согласно уравнению реакции при взаимодействии 1 моль Na2SO3 с кислотой выделяется 1 моль SO2. Определим количество вещества оксида серы (IV), соответствующее 16 г, по формуле:

n(SO2)=m(SO2)/M(SO2); M(SO2)=64 г/моль;

n(SO2)=16/64=0,25 (моль).

По уравнению реакции из 1 моля Na2SO3 образуется 1 моль SO2, тогда для получения 0,25 моль SO2 потребуется 0,25 моль Na2SO3. Вычислим массу сульфита натрия, соответствующую количеству вещества 0,25 моль по формуле:

m(Na2SO3)=n(Na2SO3)·M(Na2SO3); M(Na2SO3)=126 г/моль;

m(Na2SO3)=0,25·126=31,5 (г).

Ответ: Для получения 16 г SO2 нужно 31,5 г Na2SO3.

 

5. Метод составления пропорции

В основе решения химических задач этим способом лежат представления о том, что такое пропорция, знания свойств членов пропорции, а также знания о пропорциональных переменных. В ходе решения задач данным способом выполняются следующие последовательные действия: 1) установление пропорциональной зависимости между величинами; 2) составление пропорции; 3) решение полученной пропорции.

 

Задача 1

Дано:

m(Fe3O4)=464 т=464·103 кг

m(Fe) - ?

Решение:

По химической формуле магнитного железняка Fe3O4 определяем, что в 1 моль Fe3O4 содержится 3 моль Fe. Вычислим соответствующие эти количествам вещества массы данных веществ по формуле:

m(Fe)=n(Fe)·M(Fe); M(Fe)=56·10-3 кг/моль;

m(Fe)=3·56·10-3=168·10-3 (кг);

m(Fe3O4)=n(Fe3O4)·M(Fe3O4); M(Fe3O4)=232·10-3 кг/моль;

m(Fe3O4)=1·232·10-3=232·10-3 (кг).

Согласно формуле вещества устанавливаем пропорциональную зависимость:

в 232·10-3 кг Fe3O4 содержится 168·10-3 кг Fe

в 464 т Fe3O4 содержится x кг Fe

Составляем пропорцию, которую можно записать в разных вариантах, но с соблюдением прямой пропорциональной зависимости:

а) 232·10-3/(464·103)=168·10-3/х;

б) 232·10-3:(168·10-3)=464·103:x;

в) 464·103:(232·10-3)=х:(168·10-3).

Используя основное правило пропорции, рассчитаем неизвестное:

х=464·103·168·10-3/(232·10-3)=336·103;

m(Fe)=336·103 кг=336 т.

Ответ: В 464 т Fe3O4 содержится 336 т Fe.

 

Задача 2

Дано:

m(SO2)=16 г

m(Na2SO3) - ?

Решение:

Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2+H2O

По уравнению реакции определяем, что при взаимодействии 1 моль Na2SO3 с кислотой выделяется 1 моль SO2. Вычислим соответствующие этим количествам вещества массы данных веществ по формуле:

m(SO2)=n(SO2)·M(SO2); M(SO2)=64 г/моль;

m(SO2)=1·64=64 (г);

m(Na2SO3)=n(Na2SO3)·M(Na2SO3); M(Na2SO3)=126 г/моль;

m(Na2SO3)=1·126=126 (г).

Устанавливаем пропорциональную зависимость между массами, вычисленными по уравнению реакции (записываем под формулами веществ в уравнении реакции), и массами, данными в условии задачи (записываем над формулами веществ в уравнении реакции).

                                                                                                                        х г                                   16 г

Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2+H2O

                                                                                                                       126 г                                 64 г

Согласно уравнению реакции установленная пропорциональная зависимость выглядит следующим образом:

для получения 64 г SO2 необходимо 126 г Na2SO3

для получения 16 г SO2 потребуется х г Na2SO3

Составляем один из возможных вариантов пропорции:

х:126=16:64

Используя основное правило пропорции, рассчитаем неизвестное:

х=16·126/64=31,5;

m(Na2SO3)=31,5 г.

Ответ: Для получения 16 г SO2 нужно 31,5 г Na2SO3.

 

6. Метод с использованием коэффициента пропорциональности

Из курса алгебры известно, что отношение любых соответственных значений пропорциональных переменных x и y равны одному и тому же числу. Это число называют коэффициентом пропорциональности (k): k=y/x. При расчетах по химическим формулам веществ коэффициент пропорциональности (k) вычисляется как отношение массы вещества (mвещества), данной в условии задачи, к относительной молекулярной массе этого вещества (Mrвещества):

k=mвещества/Mrвещества

Тогда масса элемента (mэлемента) в веществе будет равна произведению коэффициента пропорциональности (k) на относительную атомную массу элемента (Arэлемента) и число атомов элемента в молекуле вещества (Nэлемента), определяемое по индексу в формуле:

mэлемента=k·Nэлемента·Arэлемента

Если необходимо решить обратную задачу, т.е. по массе элемента требуется рассчитать массу вещества, то

k=mэлемента/(Nэлемента·Arэлемента);

mвещества=k·Mrвещества

По уравнению реакции коэффициент пропорциональности вычисляется как отношение массы вещества, которая дана в условии задачи, к произведению количества вещества, указанного в уравнении реакции, на его молярную массу:

k=mвещества1/(nвещества1·Mвещества1)

Масса искомого вещества рассчитывается как произведение коэффициента пропорциональности на количество вещества и молярную массу определяемого вещества:

mвещества2=k·nвещества2·Mвещества2

 

Задача 1

Дано:

m(Fe3O4)=464 т

m(Fe) - ?

Решение:

Найдем коэффициент пропорциональности по формуле:

k=m(Fe3O4)/Mr(Fe3O4); Mr(Fe3O4)=232;

k=464/232=2 (т).

Вычислим массу железа, содержащуюся в 464 т магнитного железняка:

m(Fe)=k·N(Fe)·Ar(Fe); Ar(Fe)=56;

m(Fe)=2·3·56=336 (т).

Ответ: В 464 т Fe3O4 содержится 336 т Fe.

 

Задача 2

Дано:

m(SO2)=16 г

m(Na2SO3) - ?

Решение:

Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2+H2O

Найдем коэффициент пропорциональности по формуле:

k=m(SO2)/(n(SO2)·M(SO2); M(SO2)=64 г/моль;

k=16/(1·64)=0,25.

Вычислим массу сульфита натрия, соответствующую количеству вещества 0,25 моль по формуле:

m(Na2SO3)=k·n(Na2SO3)·M(Na2SO3); M(Na2SO3)=126 г/моль;

m(Na2SO3)=0,25·1·126=31,5 (г).

Ответ: Для получения 16 г SO2 нужно 31,5 г Na2SO3.

 

7. Метод приведения к единице

 

Задача 1

Дано:

m(Fe3O4)=464 т

m(Fe) - ?

Решение:

По химической формуле магнитного железняка Fe3O4 определяем, что в 1 моль Fe3O4 содержится 3 моль Fe. Вычислим соответствующие этим количествам вещества массы данных веществ по формуле:

m(Fe)=n(Fe)·M(Fe); M(Fe)=56 г/моль;

m(Fe)=3·56=168 (г);

m(Fe3O4)=n(Fe3O4)·M(Fe3O4); M(Fe3O4)=232 г/моль;

m(Fe3O4)=1·232=232 (г).

Согласно формуле магнитного железняка в 232 г Fe3O4 содержится 168 г Fe, тогда в 1 г Fe3O4 будет содержаться железа в 232 раза меньше, т.е. 168/232 г. В 464 т Fe3O4 железа будет больше, чем в 1 г, в 464·106 раз, т.е. (168/232)·464·106=336·106 (г) или 336 т.

Ответ: В 464 т Fe3O4 содержится 336 т Fe.

 

Задача 2

Дано:

m(SO2)=16 г

m(Na2SO3) - ?

Решение:

Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2+H2O

По уравнению реакции определяем, что при взаимодействии 1 моль Na2SO3 с кислотой выделяется 1 моль SO2. Вычислим соответствующие этим количествам вещества массы данных веществ по формуле:

m(SO2)=n(SO2)·M(SO2); M(SO2)=64 г/моль;

m(SO2)=1·64=64 (г);

m(Na2SO3)=n(Na2SO3)·M(Na2SO3); M(Na2SO3)=126 г/моль;

m(Na2SO3)=1·126=126 (г).

Согласно уравнению реакции для получения 64 г SO2 необходимо взять 126 г Na2SO3, тогда для выделения 1 г SO2 потребуется в 64 раза меньше Na2SO3, т.е. 126/64 г. Для образования 16 г SO2 нужно взять Na2SO3 в 16 раз больше, чем для выделения  1 г SO2.

Вычислим массу сульфита натрия, необходимую для образования 16 г SO2:

m(Na2SO3)=16·126/64=31,5 (г).

Ответ: Для получения 16 г SO2 нужно 31,5 г Na2SO3.

 

8. Вывод алгебраической формулы и расчет по ней

Данный способ решения химических задач предполагает использование алгебраических формул, отражающих законы, теоретические положения, взаимосвязь физических величин. Формула химического соединения позволяет провести расчет массовой доли элемента в веществе (ωэлемента), которая показывает, какую часть относительной молекулярной массы вещества (Mrвещества) составляет относительная атомная масса элемента (Arэлемента), умноженная на число атомов элемента в молекуле (Nэлемента):

ωэлемента=Nэлемента·Arэлемента/Mrвещества

Зная массу вещества и массовую долю элемента в веществе, можно определить массу этого элемента:

mэлементаэлемента·mвещества

или

mэлемента=Nэлемента·Arэлемента·mвещества/Mrвещества

Таким образом, чтобы рассчитать массу элемента по известной массе вещества, нужно число атомов элемента в молекуле вещества, определяемое по индексу при знаке элемента в формуле, умножить на относительную атомную массу элемента и на массу вещества, а полученное произведение разделить на относительную молекулярную массу вещества.

При решении обратной задачи, когда известна масса элемента в веществе, а необходимо вычислить массу вещества, формула для расчета будет следующей:

mвещества=mэлементаэлемента=mэлемента·Mrвещества/(Nэлемента·Arэлемента)

Чтобы определить массу вещества по известной массе элемента в нем, необходимо массу элемента умножить на относительную молекулярную массу вещества и разделить на произведение числа атомов элемента в молекуле вещества на относительную атомную массу элемента.

При химических реакциях массы реагирующих веществ и продуктов реакции связаны между собой стехиометрическими отношениями, которые можно выразить алгебраической формулой:

mвещества2=mвещества1·nвещества2·Mвещества2/(nвещества1·Mвещества1)

где mвещества1 - масса вещества, известная по условию задачи; Mвещества1 - молярная масса этого вещества; mвещества2 - масса вещества, которую нужно вычислить; Mвещества2 - молярная масса этого вещества; nвещества1 и nвещества2 - количества вещества, указанные в уравнении реакции (для соответствующих веществ).

 

Задача 1

Дано:

m(Fe3O4)=464 т

m(Fe) - ?

Решение:

Массу железа, содержащуюся в определенной массе магнитного железняка, можно определить, зная массовую долю железа в руде:

m(Fe)=m(Fe3O4)·ω(Fe)

Расчет массовой доли железа в руде произведем по формуле:

ω(Fe)=N(Fe)·Ar(Fe)/Mr(Fe3O4)

Получаем общую формулу, по которой рассчитываем массу железа:

m(Fe)=m(Fe3O4)·N(Fe)·Ar(Fe)/Mr(Fe3O4);

Ar(Fe)=56; Mr(Fe3O4)=232;

m(Fe)=464·3·56/232=336 (т)

Ответ: В 464 т Fe3O4 содержится 336 т Fe.

 

Задача 2

Дано:

m(SO2)=16 г

m(Na2SO3) - ?

Решение:

Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2+H2O

Массу сульфита натрия, необходимую для образования 16 г SO2 найдем по формуле:

m(Na2SO3)=m(SO2)·n(Na2SO3)·M(Na2SO3)/(n(SO2)·M(SO2));

M(SO2)=64 г/моль; M(Na2SO3)=126 г/моль;

m(Na2SO3)=16·1·126/(1·64)=31,5 (г).

Ответ: Для получения 16 г SO2 нужно 31,5 г Na2SO3.

Тема: Решение задач по химии
Просмотров: 8270
Всего комментариев: 0
Поиск
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Copyright © 2013 - 2024 reshchem.ucoz.ru
Бесплатный конструктор сайтов - uCoz