Все способы решения задач по химии

—>Решение задач по химии —>

Оглавление

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.

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;

Найдем соотношение масс железа и магнитного железняка:

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

Ответ: В 464 т Fe₃O₄ содержится 336 т Fe.

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:

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

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):

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.

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;

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

464 т > 232 г в 2·10 6 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)=168·2·10 6 =336·10 6 (г).

Ответ: В 464 т Fe₃O₄ содержится 336 т Fe.

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:

Сравним массу оксида серы (IV), данную в условии задачи, с его массой, вычисленной по формуле: 16 г 3 кг

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:

Тогда, в соответствии с формулой Fe₃O₄ 2·10 6 моль Fe₃O₄ содержит 6·10 6 моль Fe.

Вычислим массу железа, соответствующую количеству вещества 6·10 6 моль по формуле:

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

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

Ответ: В 464 т Fe₃O₄ содержится 336 т Fe.

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:

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:

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.

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);

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 /(464·10 3 )=168·10 -3 /х;

б) 232·10 -3 :(168·10 -3 )=464·10 3 :x;

в) 464·10 3 :(232·10 -3 )=х:(168·10 -3 ).

Используя основное правило пропорции, рассчитаем неизвестное:

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

m(Fe)=336·10 3 кг=336 т.

Ответ: В 464 т Fe₃O₄ содержится 336 т Fe.

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:

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).

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:

Используя основное правило пропорции, рассчитаем неизвестное:

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 (m_{вещества}), данной в условии задачи, к относительной молекулярной массе этого вещества (Mr_{вещества}):

Тогда масса элемента (m_{элемента}) в веществе будет равна произведению коэффициента пропорциональности (k) на относительную атомную массу элемента (Ar_{элемента}) и число атомов элемента в молекуле вещества (N_{элемента}), определяемое по индексу в формуле:

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

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:

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

Найдем коэффициент пропорциональности по формуле:

Вычислим массу железа, содержащуюся в 464 т магнитного железняка:

Ответ: В 464 т Fe₃O₄ содержится 336 т Fe.

Найдем коэффициент пропорциональности по формуле:

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

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

7. Метод приведения к единице

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;

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 464·10 6 раз, т.е. (168/232)·464·106=336·10 6 (г) или 336 т.

Ответ: В 464 т Fe₃O₄ содержится 336 т Fe.

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:

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:

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 (ω_{элемента}), которая показывает, какую часть относительной молекулярной массы вещества (Mr_{вещества}) составляет относительная атомная масса элемента (Ar_{элемента}), умноженная на число атомов элемента в молекуле (N_{элемента}):

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

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:

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:

где m_{вещества1} — масса вещества, известная по условию задачи; M_{вещества1} — молярная масса этого вещества; m_{вещества2} — масса вещества, которую нужно вычислить; M_{вещества2} — молярная масса этого вещества; n_{вещества1} и n_{вещества2} — количества вещества, указанные в уравнении реакции (для соответствующих веществ).

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

Расчет массовой доли железа в руде произведем по формуле:

Получаем общую формулу, по которой рассчитываем массу железа:

Ответ: В 464 т Fe₃O₄ содержится 336 т Fe.

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

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

Источник