Моделирование при решении задач по химии , как средство развития мышления.

Решение олимпиадных задач стереотипными и нестереотипными методами. Применение моделирования при решении задач, как средства развития мышления (семинар для учителей) Используется и при подготовке к олимпиадам учеников  Задача 11. Смесь содержит равное число молекул этанола и уксусной кислоты. Рассчитайте массовые доли веществ в такой смеси. Решение задачи 11 Пусть в смеси содержится по х моль С2Н5ОН и СН3СООН. Массы веществ равны: m(С2Н6ОН) =46 •х m(СН3СООН) = 60 • х, m(смеси) = 60 • х + 46 • х = 106 x. Массовые доли веществ в смеси равны: w(С2Н5ОН) = 46x/106x)=0,434 или = 43,4%, w(СН3СООН) = 60x/106x)=0.566 или 56,6%. Массовые доли веществ не зависят от количества смеси (от х). Ответ. 43,4% С2Н5ОН, 56,6% СН3СООН. Планирование решения задача 11 С2Н5ОН и СН3СООН Мг/моль 46 60 vмоль х х m г 46х 60х m смеси= 46х+60х=106 x. w(С2Н5ОН) = 46x/106x)=0,434 или = 43,4%, w(СН3СООН) = 60x/106x)=0.566 или 56,6%. Массовые доли веществ не зависят от количества смеси (от х). Ответ. 43,4% С2Н5ОН, 56,6% СН3СООН. Задача 12. Органика  Какой объем хлороводорода (п.у.) может прореагировать с 15 г смеси, состоящей из триметиламина, пропиламина и метилэтиламина? Решение . Амины, содержащиеся в смеси, — (CH3)3N, C3H7NH2 и CH3NHC2H5 — являются изомерами (общая формула C3H9N), поэтому количество прореагировавшего хлороводорода определяется только общим количеством аминов и не зависит от индивидуального содержания каждого из них в смеси. Решение задачи 12 Общее уравнение реакций: C3H9N + НСl = [C3H9NH]Cl (общ количество аминов) = 15/59 = 0,254 моль = v(HCl)* V(HCl) = 0,254*22,4 = 5,69( л). Ответ. 5,69 л НСl. Задача 12 моделирование Все вещества изомеры, формула общая 15г C3H9N + НСl = [C3H9NH]Cl М г /моль 59 М v л/моль 22.4 Количество 0.254моль 0.254 моль V л 5.69л Задача 15 • Смешали 1 моль оксида кальция, 2 моль карбида кальция и 3 моль фосфида кальция. Какой объем воды может вступить в реакцию с 16 г такой смеси? Сколько граммов гидроксида кальция при этом образуется? Решение задачи 15 Пусть в смеси содержится х моль СаО, тогда v(СаС2) = 2x, v(СазР2) = 3x. Общая масса смеси m= m(СаО) + m(СаС2) + m(Ca3P2) = 56x + 64•2x + 182 • 3х - 730 x = 15 г, откуда х = 0,0219 моль. При действии воды на смесь происходят реакции: СаО + H2O = Са(ОН)2, СаС2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2 , Са3Р2 + 6Н2О = ЗСа(ОН)2 + 2PH3. В первую реакцию вступает х моль воды, во вторую — 4х моль, и в третью — 18 х моль, всего — 23 х моль воды. В первой реакции образуется х моль Са(ОН)2, во второй — 2 х моль и в третьей — 9x моль, всего — 12 х моль Са(ОН)2. v(H2O) =23x= 23*0,0219 = 0,504 моль, m(Н2О) = 0,504 • 18 = 9,07 г, V(H2O) = 9,1 мл. v(Са(ОН)2 =12x= 12*0,0219 = 0,263 моль, m(Са(ОН)2= 0,263 • 74 = 19,5 г. О т в е т. 9,1 мл Н2О, 19,5 г Са(ОН)2. Задача 15 моделирование 1 Пусть количество оксида 1 моль СаО + H2O = Са(ОН)2, 1моль 1моль 1моль СаС2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2 , 2моль 4 моль 2моль Са3Р2 + 6Н2О = ЗСа(ОН)2 + 2PH3 3моль 18 моль 9моль Масса смеси=56+64*2+182*3=730г v(H2O)=23 моль, m=18*23=414г v(Ca(OH)2)=6 моль, m=12*56=672г Смеси 16г.значит 16/730=0.0219,тогда масса воды= 0.0219*414=9.07г или9.07 мл Основания=888*0.0219=19.44г Решение 15 моделирование 2 Пусть количество оксида х моль СаО + H2O = Са(ОН)2, 1 1 1 x x x СаС2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2 2 4 2 2x 4x 2x Са3Р2 + 6Н2О = ЗСа(ОН)2 + 2PH3. 3 18 9 3 x 18 x 9x v воды=23x. m воды=23x*18=414x. v щелочи=12x. Масса—12x*74=888x найдем x. Масса смеси 16=56x+64*2x+182*3x=730x x=16/730=0.0219моль9,тогда масса воды= 0.0219*414=9.07г или9.07 мл Основания=888*0.0219=19.44г  Задача 16 органика смеси При сгорании смеси этиламина и паров метанола образовалось 43,2 г воды и 4,48 л газа (н.у.). не растворимого в растворе щелочи. Вычислите массовую долю метанола в исходной смеси. Решение задачи  16 Запишем уравнения реакций: 4 C2H5NH2+ 15О2 ­ 8СО2 + 2N2 +7H2O 2СН3ОН + ЗО2 = 2СО2 + 4Н2О.  Газ, не растворимый в растворе щелочи, — азот. Он выделяется только при сгорании  этиламина, v(N2) = = 4,48/22,4 = 0,2 моль,  v(C2H5NH2) = 0,2*2 = 0,4 моль,  m(C2H5NH2) = 0,4*45 = 18 г.  При сгорании 0,4 моль C2H5NH2 выделяется 1,4 моль воды, а всего воды образовалось  v(Н2О) = 43,2/18 = 2,4 моль Следовательно, 1 моль воды образовался при сгорании метанола.  v(СН3ОН) = v(Н2О)/2 = 0,5 моль, m(СН3ОН) = 0,5*32 = 16 г.  Общая масса смеси: m = m(C2H5NH2) + m(СН3ОН) = 16 + 18 = 34 г,  массовая доля метанола: (СН3ОН) = 16/34*100% =47,1%.  Ответ. 47,1% СН3ОН. Решение по схеме задачи 16                                                     4.48      4C2H5NH2+ 15О2 =8СО2 +2N2+    14H2O(1)    M=45г/моль                                             22.4 V=0.4                                    v  =0.2  m  = 0.4*45= 18г  0.4                                                               0.14(1) 2СН3ОН + ЗО2 = 2СО2 + 4Н2О   (2) Воды 43.2 г,v= 43.2/18=2.4  моль . значит на(1)воды1.4, а на(2) 1.0 моль=>cпирта 05 моль.,m=0.5*32=16г    wcп=16/16+18=0.471   или 47.1%   Задача 17 смесь органических веществ  Раствор смеси муравьиной и уксусной кислот вступил во взаимодействие с  0,92 г магния. Продукты сгорания такого же количества  смеси пропустили через трубку с  безводным сульфатом меди. Масса трубки увеличилась на 1,98 г. Вычислить молярные  соотношения кислот в исходном растворе. Решение 17 Запишем уравнения реакций:  Mg + 2HCOOH = Mg(HCOO)2+ H2  A) Mg + 2СН3СООН = Mg(CH3COO)2 + Н2 B)  2НСООН + О2 = 2CO2+ 2H2O C)  СН3СООН + 2О2 = 2СО2 + 2Н2О D)  Пусть в растворе было х моль НСООН и у моль СН3СООН,  тогда в реакции A) и B) вступило х/2 + у/2 молей Mg:  х/2 + у/2 = 0,92/24 = 0,03833. E)  По реакциям сгорания C) и D) образовалось х + 2у  молей воды, которая поглотилась безводным CuSO4:  х + 2у = 1,98/18 = 0,11. F)  Решая систему уравнений E) и F), находим:  х = 13/300 = v(НСООН), у = 1/30 = v(СН3СООН). х:у = 13:10.  Ответ. v(НСООН) : v(СН3СООН) = 13:10.  Решение задачи 17 методом моделирования х моль     2x Mg +      2HCOOH = Mg(HCOO)2+ H2  A) y моль      2y Mg +      2СН3СООН = Mg(CH3COO)2 + Н2 B) v(Mg)=0.92/24= 0.0383=x+y_  2x                                       2x 2НСООН + О2 = 2CO2+ 2H2O C)  2y                                           4y СН3СООН + 2О2 = 2СО2 + 2Н2О. D) (2x+4y) *18=1.98 , (2x+4y)=0.11 x+y =0.0383  решите систему  задача 18 (9 класс) В избыток воды массой А г поместили кусочек металлического натрия массой В г. Затем в раствор пропустили V мл хлороводорода (н.у.) до полной нейтрализации (без избытка). В растворе осталось одно растворенное вещество. Определите его массовую долю  ω  (%), выраженную через А, В, V. Напишите уравнения реакций. Решение задачи  18 B              X             Y 2 Na + 2 H2O = 2 NaOH + H2 46                            80         2 X                         Z NaOH + HCl = NaCl + H2O 40                     58,5 Масса HCl : 36,5(V/22400) Масса раствора в итоге : A + B – (1/23)B + 36,5(V/22400) Масса растворенного вещества (NaCl): Z = (58,5/40)   X = (40/23)B*(58,5/40) = (58,5/23)B Ответ:   (%) = 100% (58,5/23)B +A ω  Задача 44 Оксид магния, полученный при прокаливании 50,4 г карбоната магния, растворен в  строго необходимом количестве 25% ­ной серной кислоты. Полученный раствор был  охлажден, результате чего выпал семиводный гидрат соли, а массовая  доля  безводной соли в растворе составила 26,2%. Рассчитайте массу выпавших  кристаллов. Решение задачи  44 Запишем уравнения реакций: MgCO3 = MgO + CO2, A) MgO + H2SO4 = MgSO4 + H2O. B) Найдем количества веществ, участвующих в реакциях: v(MgCO3) = 50,4/84 = 0,6 моль, v(MgO) = v(MgCO3) = = 0,6 моль = v(H2SO4) = v(MgSO4). Массы веществ равны: m(MgO) = 0,6*40 = 24 г, m(H2SO4) = 0,6*98 = 58,8 г, m(MgSO4) = 0,6­120=72 г, m(р­ра H2SO4) = 58,8/0,25 = = 235,2 г. Общая масса раствора составляет 24 + 235,2 = 259,2 г, в нем содержится 72 г MgSO4 Пусть из раствора выпало х моль MgSO4 • 7Н2О (М=246), тогда масса конечного  раствора составляет 259,2 ­246 *х г, и в нем содержится 72 – 120* х г MgSO4. По условию, массовая доля MgSO4 в конечном растворе равна 0,262: 72­ 120*х) / 259,2 – 246*х) = 0,262, откуда х = 0,0736 моль, m(осадка) = 0,0736­246 = 18,1 г. Ответ. 18,1 г MgSO4 • 7Н2О.  Задача 45 . Известно, что 40 мл  раствора, содержащего нитрат меди (II) и серную кислоту, могут  прореагировать с 25,4 мл 16,02%­ного раствора  гидроксида натрия (плотность раствора 1,18 г/мл), а прокаливание выпавшего при этом осадка дает 1,60 г твердого  вещества. Вычислите концентрации (в моль/л) нитрата меди (II) и серной кислоты в  исходном растворе, а также объем газа (при н.у.), который выделяется при внесении  2,5 г порошкообразной меди в 40 мл этого раствора.  Решение  задачи 45 Запишем уравнения реакций:  H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2Н2О,  Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2+ 2NaNO3,  Cu(OH)2= CuO + H2O.  По этим уравнениям можно определить состав исходного раствора:  v(CuO) = 1,6/80 = 0,02 моль,  v(Cu(NO3)2 = n(Cu(OH)2 = n(CuO) = 0,02 моль,  v(NaOH) = 25,4­1,18­0,1602/40 = 0,12 моль.  На реакцию с Cu(NO3)2 расходуется 0,02 • 2 = 0,04 моль NaOH,  оставшиеся 0,12 ­ 0,04 = 0,08 моль NaOH реагируют с H2SO4.  v(H2SO4) = 0,08/2 = 0,04 моль.  C(Cu(NO3)2 = 0,02/0,04 = 0,5 моль/л,  C(H2SO4) = 0,04/0,04 = 1 моль/л.  Известно, что кислые растворы нитратов способны растворять металлы аналогично  разбавленной азотной кислоте.  Медь растворяется в данном растворе   с  образованием NO. Для того чтобы определить количество выделившегося газа,  запишем уравнение реакции в  сокращенной ионной форме:  ЗСи + 8Н+ + 2NO3­ = ЗСи2+ + 2NO + 4Н2О.  Избыток­недостаток определим по количеству молей исходных веществ:  v(Cu) = 2,5/64 = 0,0391 моль,  v(H+) = 2 • v(H2SO4) = 0,08 моль,  v(NO3)­ = 2 • v(Cu(NO3)2 = 0,04 моль.  С учетом коэффициентов ионной реакции оказывается,  что в недостатке находятся ионы Н+, поэтому:  v(NO) = v(H+)/4 = 0,02 моль, V(NO) = 0,02 • 22,4 = = 0,448 л.  О т в е т. 0,5 М Cu(NO3)2, I M H2SO4; 0,448 л NO.  У меня решены многие задачи, собираю по темам, оформляю в тетрадях, собираю  методы решения учеников, систематизирую, на этом семинаре представлены  решения некоторых задач, используемых при подготовке к олимпиадам, для  заданий сильным детям, имеющим собственную программу подготовки, на уроках,  т.к при подготовке к олимпиадам дети проходят материал не только программы  школы, но и факультативов, решают задачи по общей химии, физической,  аналитической, поэтому для них составляется индивидуальная программа  подготовки и на уроках и во внеурочное время. В данном семинаре представлены  некоторые задачи, решаемые с использованием метода моделирования, что  помогает легче прогнозировать решение, оформлять, облегчает понимание  сущности, при обычной записи канва  решения теряется, внимание рассеивается,  кроме того это позволяет более корректно записывать решение. Как к этому  пришли? Большинство участников олимпиад высокого уровня мальчики, не  желающие много писать, считающие устно,  и девочки с логическим  мышлением,часто решение было настолько коротким, что члены жюри не понимало  их и не оценивало, именно это повергло меня найти метод краткого оформления,  понятного всем. Очень часто используем метод графов. Сначала я писала каждую  задачу на отдельном листе, на обратной стороне решение, что способствовало  самопроверке, потом аналогично в тетрадях по темам, потом собирала решеня  учеников и систематизировала, сейчас этому помогает компьютер. Чтобы научиться решать, надо много решать, я сама решаю и заражаю этим многих  детей.Не все становятся химиками, но умения, приобретеные на уроках и внеурочное время помогают им в дальнейшем обучении.На уроках, решая типовые задачи, я  тоже применяю метод моделирования.