Задачи повышенной сложностиПример 1. Массовая доля одновалентного металла в кристаллогидрате его сульфата составляет 14, 3%. Установите формулу этого кристаллогидрата и обоснуйте решение. Что вы знаете о применении этого вещества?
Решение. Для правильного решения этой задачи учащиеся должны знать, что собой представляют кристаллогидраты. После анализа условия задачи легко можно написать общую формулу кристаллогидрата в виде Ме2SO4 . nH2O. По условию задачи: 2 Ar (Me) --------------------------- = 0,143. 2 Ar (Me) + 96 + n18 n = 0,6667 Ar (Me) - 5,333. Подбирая металлы (это в основном щелочные), находим, что это натрий, тогда формула кристаллогидрата: Na2SO4 . 10 H2O, это глауберова соль (мирабилит), сульфат натрия применяется в производстве стекла, красителей, сульфида и силиката натрия, в текстильной и мыловаренной промышленности, медицине, ветеринарии. Учащихся путает наличие двух неизвестных, хотя перебрать одновалентных металлов совсем несложно. Пример 2. Кристаллическое вещество содержит 2,90 % азота, 11,62 % железа, 13,48 % серы, 5,6 % водорода и кислород. Определите формулу этого соединения. Что наблюдается при его нагревании и прибавлении к его водному раствору растворов карбоната натрия, сульфида натрия, иодида калия? Напишите уравнения химических реакций.
Решение. По условию задачи легко найти N: Fe: S: H: O = 1:1: 2: 28: 20.Для правильного решения этой задачи надо знать, что высокое содержание воды указывает на квасцы, тогда можно написать общую формулу квасцов: Me1 Me2 (SO4)n . 12H2 O, следовательно формула искомого соединения: NH4Fe(SO4)2 . 12H2O – железоаммиачные квасцы. При нагревании этого соединения будут происходить следующие процессы: 2NH4Fe(SO4)2 . 12H2O -> (NH4)2SO4 +Fe2(SO4)3 +24H2O; (NH4)2SO4 -> NH4HSO4 +NH3; (NH4HSO4 – аммиак не отщепляет); Fe2(SO4)3 -> Fe2O3 + 3SO3; 2SO3 -> 2SO2 + O2; В растворе будут протекать следующие реакции: с содой: 2Fe3+ + 3CO32- + 3H2O -> 2Fe(OH)3 + 3CO2; с иодидом калия: 2Fe3+ + 6I- -> 2FeI2 + I2; c сульфидом натрия: 2Fe3+ + 3S2- -> 2FeS + S.
Пример 3. Некоторый углеводород А, существующий в цис- и транс- формах, при действии избытка бромной воды образует дибромпроизводное, содержащее 57,5% брома по массе. Установите молекулярную и структурную формулы углеводорода А. Что произойдет при кипячении А с раствором перманганата калия в присутствии серной кислоты? Напишите уравнения реакций.
Решение. Пусть СхНу – углеводород А, тогда Мr(CxHy)=12x+y. СхНуВr2- дибромпроизводное углеводорода, Мr(CxHyBr2)=12x+y+160. Зная массовую долю брома в дибромпроизводном, можно рассчитать относительную молекулярную массу СхНуВr2 Mr(CxHyBr2)=160/0,575=278. Следовательно, Мr(CxHy)=118. Очевидно, что х<10. Так как А существует в цис- и транс-формах, присоединяет Вr2 c образованием дибромпроизводного, можно предположить, что это этиленовый углеводород СхН2х , Мr(CxH2x)=12х+2х=14х, а по приведенным выше расчетам эта относительная молекулярная масса равна 118. 14х = 118, х = 8,43, что не удовлетворяет условию задачи; но поскольку данное значение х больше 6, можно предположить, что в состав углеводорода А входит радикал, содержащий бензольное кольцо. Формулу углеводорода А можно представить в виде: С6Н5-R, где R должен быть остатком этиленового углеводорода СnH2n – 1. Mr(C6H5-)= 77; Mr(CnH2n-1)=14n-1. Так как относительная молекулярная масса углеводорода А равна 118, составляем уравнение: 77+14n-1=118, откуда n = 3. Радикал R имеет состав С3Н5 -. Вероятные структурные формулы углеводорода: С6Н5-СН=СН-СН3 С6Н5-СН2-СН=СН2 1-фенилпропен 3-фенилпропен Из приведенных формул веществ только 1-фенилпропен имеет пространственные изомеры, значит, углеводород А – 1-фенилпропен. Уравнение реакции окисления раствором пермангангата калия в кислой среде: 5 C6H5 – CH = CH –CH3 + 16 KmnO4 + 24 H2SO4 -> 5 C6H5 – COOH + 8 K2SO4 + 16MnSO4 + 10 CO2 + 34 H2O. Пример 4. В «Основах химии» Д. И. Менделеева находим следующее о минерале лазурит: «…встречается часто синь или лазурь, которая заключает те же элементы, как и малахит…» Определите состав лазурита, если при нагревании выше 3000 С он разлагается, теряя в массе 30,8%, образуя черный порошок. Нагрев последнего в токе водорода приводит к потере 20,1% по массе и образованию красного порошка. 1). Приведите уравнения описанных реакций. 2). Напишите уравнение реакции взаимодействия лазурита с избытком серной кислоты.
Решение. Задачу сравнительно легко решить, если правильно представить общую формулу лазурита. Малахит представляет собой основной карбонат, следовательно можно предположить, что лазурит тоже основной карбонат. Учащиеся обычно не могут в общем виде формулу сложных веществ представить, им надо подсказать, что в любом соединении суммы валентностей элементов, проявляющих отрицательную и положительную степени окисления равны. В данном соединении сумма валентностей меди должна быть равна сумме валентностей гидроксильной группы и карбоната. Если за х обозначить число атомов меди, то сумма валентностей меди – 2 . х; за у число гидроксильных групп, за m – карбоната, то 2. х = у + m; отсюда m = 2 . х – у или m = х –1/2y. Формулу лазурита можно представить так: Cux(OH)y(CO3)x-1/2y. Уравнение реакции: Cux(OH)y(CO3)x-1/2y -> x CuO + y/2 H2O + x-1/2y CO2. По условии задачи находим, что потеря в массе может быть только за счет воды и углекислого газа, тогда можно составить уравнение: 100 г лазурита ----------- 30,8 г воды и газа; по уравнению реакции 63,5х + 17у + 30(2х - у) ------ 9у + 22(2х –у); 30,8(123,5х –13у) = 100(44х – 13у); 596,2х = 899,6у; х = 1,5у. при у = 2, х = 3. Таким образом, формула лазурита – Cu3(OH)2(CO3)2. Cu3(OH)2(CO3)2 + 3H2SO4 -> 2CuSO4 + 2CO2 + 2H2O. Пример 5. При пропускании ацетилена в спиртовой раствор иода получено соединение, содержащее 90,7% иода и 0,7% водорода по массе. Определите формулу этого вещества, если плотность его паров по гелию равно 70.
Решение. Анализ условия задачи показывает, что при реакции соединения ацетилена с иодом получится иодопроизводное ацетилена, это может быть дииодэтен или тетраиодэтан. Учащиеся должны знать – водного раствора иода не бывает, спирт с иодом и ацетиленом не взаимодействует. Такой предварительный анализ задачи дает правильную ориентировку в решении задачи и увеличивает шанс успешного решения. В условии задачи не дана массовая доля углерода, ее значение легко вычислить: 100 – (90,7 +0,7) = 8,6%. Теперь можно вычислить соотношение числа атомов (числа молей атомов) С: Н:I = 8,6/12: 0,7/1: 90,7/127 = 1: 1: 1; можно сразу предположить, что это дииодэтен. Mr = 70 .4 = 280, учащиеся должны знать, что молекулы инертных газов одноатомны. Простейшая формула – CHI, Mr (CHI) = 140. Mr(CHI)n = 280; n = 2, истинная формула соединения – С2H2I2.
Пример 6. На титрование 0,19 г органической кислоты, плотность паров которой по воздуху равна 30, израсходовали 31,7 мл 0,1н. раствора гидроксида натрия. Вычислите эквивалент исследуемой кислоты, установите ее название и напишите структурную формулу.
Решение. Для успешного решения данной задачи, учащиеся должны знать, что такое титрование, когда, для чего применяется данный количественный метод исследования. В 31,7 мл 0,1 н. раствора щелочи содержится 0,1 . 0,0317 = 0,00317 эквивалент щелочи, поэтому эквивалент кислоты равен 0,19: 0,00317 = 59,94, а ее молекулярная масса равна М = 2 . 30 = 60, т.е. эквивалент кислоты совпадает с ее молекулярной массой, следовательно, кислота – одноосновная, R – COOH. Единственное решение уравнения М = 12х + у + 45 = 60; 12х +у = 15, х = 1, у = 3; тогда формула кислоты СН3 – СООН – уксусная кислота. Пример 7. Установите формулы двух медьсодержащих минералов, если при их термическом разложении в обоих случаях образуется твердый остаток, содержащий 80,0% меди и 20,0% кислорода, а также выделяются вода и СО2: А) при разложении образца массой 6,66 г выделяется 0,54 г воды и 0,672 л СО2 (н.у.); Б) при разложении образца массой 13,84 г выделяется 0,72 г воды и 1,792 л СО2 (н.у.). Дано: Минерал А m(минерала) = 6,66 г m(CuO) = 0,54 г V(CO2) = 0,672 л Минерал Б m(минерала) = 13,84 г m(CuO) = 0,72 г V(CO2) = 1,792 л Vm(CO2) = 22,4 л/моль Формулы минералов -? Анализ задачи
Пример 8. При проведении испытаний в лаборатории было подвергнуто электролизу 2 л 20%-ного раствора хлорида натрия с удельной плотностью 1,15 г/мл. Электролиз прекратили после того, как общий объем выделившихся газов, приведенный к нормальным условиям, составил 33,6 л (н.у.). Дайте характеристику катодного и анодного процессов. Какие вещества и в каких количествах (в граммах) находятся в растворе после прекращения электролиза? Каково значение рН этого раствора? Дано: V(раствора NaCl) = 2 л ω(NaCl) = 20% ρ = 1,15г/мл V(газов) = 33,6 л Vm = 22,4 л m (веществ после электролиза) -? Решение. При электролизе водного раствора хлорида натрия на катоде происходит процесс восстановления ионов водорода (ионы натрия Na+ не восстанавливаются из водного раствора), на аноде – процесс окисления ионов хлора Cl-. Согласно уравнению реакции, количество веществ H2 и Cl2 одинаковы.
Катод Н2 Сl2 Анод
восст-е H+ окисл-е Cl- р-р NaCl
Процесс на катоде Процесс на аноде 2H+ + 2ē = H2↑ 2Cl- - 2ē - Cl2
Решение. по 0,75 моль каждое 1,5 моль 33,6 л 1,5 моль Общее уравнение 2NaCl + 2H2O = H2↑ + Cl2 ↑ + 2NaOH ν: 2 моль 2 моль 1 моль 1 моль 2 моль М: 58,5 г/моль 22,4 л/моль 22,4 л/моль 40 г/моль 1) масса раствора NaCl = 2000 мл . 1,15 г/мл = 2300г. 2) m(безводного NaCl) = 2300 . 20% /100% = 460 г. 3) ν = 33,6 / 22,4 = 1,5 моль, значит, ν(Cl2) = 1,5 / 2 = 0,75 л, ν(Н2) = 1,5 / 2 = 0,75 л; тогда NaOH образовалось в два раза больше, т.е. ν(NaОН) = 1,5 моль, а в реакцию вступило ν(NaCl) = 1,5 моль, что составляет m(NaCl) = 1,5 моль . 58,5 г/моль = 87,75 г. В растворе осталось хлорида натрия m(NaCl) = 460-87,75 = 372,25 г: и образовалось m(NaОН) = 1,5 моль . 40 г/моль = 60 г. Ответ: после окончания электролиза в растворе содержатся m(NaCl) = 372,25 и m(NaОН) = 60 г; рН раствора > 7, т.к. в ходе электролиза образуется щелочь. Заключение
На основании вышесказанного можно утверждать, что решение задач есть вид творческой деятельности, а поиск решения – процесс изобретательства. Основным источником задач являются проблемные ситуации, решение которых возможно в результате творческого поиска. Таким образом, решение задач: - учит мыслить, ориентироваться в проблемной ситуации; - предполагает активную продуктивную деятельность с определенной глубиной, широтой и самостоятельностью решения, которая должна быть направлена на перенос знаний на новые объекты; - проявляет взаимосвязь представлений и понятий; - содействует конкретизации и упрочнению знаний; - ведет к лучшему п ониманию учащимися химических явлений в свете важнейших теорий; - позволяет установить связь химии с другими предметами, особенно с физикой и математикой; - является средством закрепления в памяти учащихся химических законов и важнейших понятий; - служит одним из способов учета знаний и проверки навыков, полученных в процессе изучения предмета; - воспитывает у учащихся умение использовать полученные знания для решения практических проблем, тем самым, связывая обучение химии с жизнью и деятельностью человека.
И в заключении еще раз перечислим учебную литературу для школьников: 1. Гольдфарб Я.Л. и др. Сборник задач и упражнений по химии: Учеб. пособие для учащихся 8-9 (8-11) кл. сред. шк. - М.: Просвещение, 1987 (или последних лет). 2. Гудкова А.С и др. 500 задач по химии: Пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 1981. – 159с. 3. Кузьменко Н.Е. и др. Задачи по химии для абитуриентов: Курс повышенной сложности с компьютерным прил. –М.: Просвещение, 1992. –191с. (или издание поздних лет) 4. Кульман А.Г. Сборник задач по общей химии. Учебное пособие. –М. «Высш. школа», 1975. – 205с. 5. Кушнарев А.А. Задачи по химии для старшеклассников и абитуриентов. – М.: Школа-Пресс, 1999. – 160 с. 6. Магдесиева Н.Н., Кузьменко Н.Е. Учись решать задачи по химии. – М.: Просвещение, 1986. 7. Свитанько И.В., Харон Ю.Я. ЭВМ в решении расчетных химических задач: Учебное пособие для средней школы. – М.: МИРОС, 1994. – 128с. 8. Слета Л.А. и др. Конкурсные задачи по химии с решениями (для старшеклассников и абитуриентов). – Москва-Харьков. – 1998. – 96с. 10. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Задачи по химии для поступающих в вузы: Учебное пособие. – М.: Высш.школа, 1991 (или других годов). – 253с. 11. Шамова М.О. Учимся решать расчетные задачи по химии: технология и алгоритмы решения – М.: Школа-Пресс, 2001. – 96 с.
|
