Реферат: Методика обучения решению задач на вычисление массы компонентов в смеси
Название: Методика обучения решению задач на вычисление массы компонентов в смеси Раздел: Остальные рефераты Тип: реферат |
Пермский краевой институт повышения квалификации работников образования Методика обучения решению задач на вычисление массы компонентов в смеси Курсовая работа учителя химии МОУ «СОШ №6» г. Краснокамска Давыдовой Ирины Викторовны 2009 г., Пермь Введение.
Добиться усвоения знаний учащимися, можно, как известно, разными способами. Решение химических задач – важная сторона овладения знаниями основ химической науки. Включение задач в учебный процесс позволяет реализовать следующие дидактические принципы обучения: 1)обеспечение самостоятельности и активности учащихся; 2) достижение прочности знаний и умений; 3) осуществление связи обучения с жизнью; 4) реализация политехнического обучения химии, профессиональная ориентация. Формирование умений решать задачи является одним из компонентов обучения химии. Для успешного преподавания химии необходимо использование основного дидактического принципа единства обучения, воспитания и развития. В процессе решения задач происходит уточнение и закрепление химических понятий о веществах и процессах, вырабатывается смекалка в использовании имеющихся знаний. Задачи, включающие определённые химические ситуации, становятся стимулом самостоятельной работы учащихся над учебным материалом. Побуждая учащихся повторять пройденное, углублять и осмысливать его, химические задачи способствуют формированию системы конкретных представлений, что необходимо для осмысленного восприятия последующего материала. Решение задач является одним из звеньев в прочном усвоении учебного материала ещё и потому, что формирование теорий и законов, запоминание правил, формул, составление химических уравнений происходит в действии. У учащихся в процессе решения задач воспитываются трудолюбие, целеустремлённость, развивается чувство ответственности, упорство и настойчивость в достижении поставленной цели. В процессе решения задач реализуются межпредметные связи, показывающие единство природы, что позволяет развивать мировоззрение учащихся. В ходе решения задач идёт сложная мыслительная деятельность учащихся, которая определяет развитие как содержательной стороны мышления (знаний), так и действенной (операции, действия). Теснейшее взаимодействие знаний и действий является основой формирования различных приёмов мышления: суждений, умозаключений, доказательств. В свою очередь знания, используемые при решении задач, можно подразделить на два рода: знания, которые ученик приобретает при разборе текста задачи и знания, без привлечения которых процесс решения невозможен. Сюда входят различные определения, знание основных теорий, законов, разнообразные химические понятия, физические и химические свойства веществ, формулы соединений, уравнения химических реакций и т.д. Мышление при этом выступает как проблема «складывания» операций в определённую систему знаний с её последующим обобщением. Значительна роль задач в создании поисковых ситуаций, необходимых при проблемном обучении, а также в осуществлении процесса проверки знаний учащихся и при закреплении полученного на уроке учебного материала. Таким образом, при использовании химических задач в процессе обучения реализуются как ключевые, так и предметные компетенции учащихся и учителя: ценностно-смысловая, учебно-познавательная, информационная компетенции, компетенция личностного самосовершенствования, овладение основами химической науки, овладение общенаучными и частнонаучными методами познания, понимание социальной значимости химии и др. Химические расчётные задачи условно делят на три группы: 1. Задачи, решаемые с использованием химической формулы или на вывод формулы вещества. 2. Задачи, для решения которых используют уравнения химических реакций. 3. Задачи, связанные с растворами веществ. Каждая из этих групп включает различные типы задач. Большое значение имеют задачи, в которых наряду с известными явлениями, понятиями даются новые неизвестные. В этом случае решение задачи является средством применения имеющихся знаний и умений для получения и осмысливания новых знаний. Решение задач, связанных с определением состава смеси веществ, является одним из наиболее сложных для учащихся и интересных разделов при обучении химии. Для определения состава смеси веществ можно использовать разные способы и приёмы решения задач. В данной работе я попыталась представить поэтапное решение задач «на определение состава смеси веществ» для создания интерактивной химии, которое, на мой взгляд, послужит как вспомогательным материалом для обучения и развития школьников решению задач данного типа, так и средством контроля за уровнем обученности по предмету. Определение состава смеси, все компоненты которой взаимодействуют с указанными реагентами
Задача №1.
При растворении в соляной кислоте смеси железа и алюминия массой 11 г выделился водород объёмом 8,96 л. Определите массу каждого металла в исходной смеси. Дано: m (Fe и Al) = 11 г Vобщ (H2 ) = 8,96 л ----------------------- m (Fe) - ? m (Al) - ? Решение:
1 этап . Составим уравнения реакций. х г. а л 2 Al + 6 HCl - 2 AlCl 3 + 3 H 2 ↑ (1) 2 моль 3 моль М = 27 г/моль Vm = 22,4 л/моль m = 54 г V = 67,2 л (11- x ) г b л Fe + 2 HCl - FeCl 2 + H 2 ↑ (2) 1 моль 1 моль М = 56 г/моль Vm = 22,4 л/моль m = 56 г V = 22,4 л
2 этап. Зададим массы алюминия и железа: m ( Al ) = x г, m ( Fe ) = (11 – x ) г
3 этап. Вычислим объём водорода а , выделившегося в результате реакции (1). a = 67,2х / 54 = 1,244х
4 этап. Вычислим объём водорода b, выделившегося в результате реакции (2). b = (11 – x )*22,4 / 56 = 0,4(11 – х)
5 этап. Составим выражение для общего объёма водорода. По условию a + b = 8,96 , тогда уравнение для расчёта объёма водорода имеет вид: 1,244х + 0,4(11 – х) = 8,96
6 этап. Вычислим х: 4,56 = 0,844х, отсюда х = 5,4 г – масса алюминия. 7 этап . Вычислим массу железа: 11 – 5,4 = 5,6 г
Ответ: m ( Fe ) = 5,6 г, m ( Al ) = 5,4 г.
Задача №2
При действии соляной кислоты на 4,66 г смеси железа и цинка было получено 1.792 л водорода (н.у.). Каков состав смеси? Дано: m (Fe и Zn) = 4,66 г V (H2 ) = 1,792 мл М (Fe) = 56 г/моль М (Zn) = 65 г/моль Vm = 22,4 л/моль _________________ m (Fe) - ? m (Zn) - ? Решение:
1 этап. Зададим массы железа и цинка: m ( Fe ) = x г, m ( Zn ) = (4,66 – x ) г 2 этап . Составим уравнения реакций: Fe + 2 HCl - FeCl 2 + H 2 ↑ (1)
Zn + 2 HCl - ZnCl 2 + H 2 ↑ (2) 3 этап. Определим по уравнению реакции (1) объём выделившегося водорода a: x /56 = a / 22,4 a = 22,4 x /56 = 0,4 x
4 этап. Определим по уравнению реакции (2) объём выделившегося водорода b : 4,66 – х) /65 = b / 22,4 b = 22,4 *(4,66 – x ) /65 b = 1,6 – 0,34 x
5 этап. По условию выделилось 1,792 л водорода (общий объём). Выразим его как сумму объёмов Н2 в уравнениях (1) и (2): 0.4х + 1,6 – 0,34х = 1,792
6 этап . Вычислим х: 0,06х = 0,192 х = 3,2 (г) – масса железа
7 этап . Вычислим массу цинка: 4,66 – 3,2 = 1,46 (г)
Ответ: m ( Fe ) = 3,2 г, m ( Zn ) = 1,46 г.
Задача №3
При каталитическом гидрировании смеси уксусного и пропионового альдегидов массой 19,3 г затрачен водород объёмом 8,06 л. Определите массовую долю уксусного альдегида в смеси. Дано : m (смеси) = 19,3 г Vобщ (Н2 ) = 8,06 л Vm = 22,4 л/моль М (СН3 СНО) = 44 г/моль М (СН3 СН2 СНО) = 58 г/моль ------------------------------- W (СН3 СОН) - ? Решение :
1 этап. Составим уравнения реакций гидрирования уксусного и пропионового альдегидов. х моль х моль СН3 СНО + Н2 -- - СН3 СН2 ОН (1) y моль y моль СН3 СН2 СНО + Н2 - CH 3 CH 2 CH 2 OH (2)
2 этап . Выразим количества вещества уксусного и пропионового альдегидов соответственно через переменные величины: х моль и y моль . 3 этап . Выразим количество вещества водорода по уравнению реакции (1): n (CH3 CHO) = n (H2 ) = x моль . 4 этап. Выразим количество вещества водорода по уравнению реакции (2): n (CH3 CH2 CHO) = n (H2 ) = y моль .
5 этап. Выразим общее количество вещества водорода по формуле: n = V / Vm 8,06 / 22,4 = 0,36 моль
6 этап . Выразим общее количество вещества водорода через заданные величины: x + y = 0,36
7 этап . Выразим массы альдегидов через заданные переменные величины количества вещества по формуле: m = M * n : m (CH3 CHO) = 44x г , m (CH3 CH2 CHO) = 58y г .
8 этап . Масса смеси по условию 19,3 г . Выразим её через данные с переменными x и y : 44х + 58 y = 19,3
9 этап . Составим систему уравнений и решим её: x + y = 0,36 44 x + 58 y = 19,3 x = 0,36 – y 44*(0,36 – y ) + 58 y = 19,3 15,84 + 14 y = 19,3 y = 0,247 моль, х = 0,113 моль
10 этап. Вычислим массу уксусного альдегида: 44 * 0,113 = 4,967 г
11 этап. Вычислим массовую долю уксусного альдегида в смеси по формуле: W = m в-ва / m смеси W (СН3 СНО) = 4,967/19,3 = 0,258 или 25,8%
Ответ: 25,8 %
Задача №4
Известно, что 1,12 л (н.у.) смеси ацетилена с этиленом в темноте полностью связывается с 3,82 мл брома (ρ = 3,14 г/мл). Во сколько раз уменьшится объём смеси после пропускания её через аммиачный раствор оксида серебра? Дано: Vсмеси = 1,12 л М (Br2 ) = 160 г/моль Vраствора (Br2 ) = 3,82 мл Vm = 22,4 л/моль ρ (Br2 ) = 3,14 г/мл ___________________ V1смеси /V2смеси -?
Решение:
1 этап. Все ли компоненты смеси реагируют с бромом? Составьте уравнения реакций: C 2 H 4 + Br 2 - - C 2 H 4 Br 2 (1)
C2 H2 + 2Br2 -- - C2 H2 Br4 (2)
2этап. Обозначим количества вещества этилена и ацетилена через переменные величины соответственно: n ( C 2 H 4 ) = x моль, n ( C 2 H 2 ) = y моль.
3 этап . Вычислим общее количество вещества газовой смеси по формуле: n = V / Vm n смеси = 1,12 / 22,4 = 0,05 моль
4 этап. Выразим общее количество вещества смеси через количества вещества этилена и ацетилена в уравнениях (1) и (2): x + y = 0,05
5 этап . По уравнению реакции (1) n ( Br 2 ) = n ( C 2 H 4 ). Выразим количество вещества брома, вступающего в реакцию с этиленом: n ( Br 2 ) = x моль
6 этап . По уравнению реакции (2) n ( Br 2 ) = 2 n ( C 2 H 2 ) . Выразим количество вещества брома, вступающего в реакцию с ацетиленом: n ( Br 2 ) = 2 y моль
7 этап . Вычислим общее количество вещества брома, которое дано по условию по формуле: n (Br2 ) = ρ*V /M n ( Br 2 ) = 3,82* 3,14 / 160 = 0,075 моль
8 этап . Представим общее количество вещества брома как сумму количеств по двум уравнения реакций: x + 2 y = 0,075
9 этап . Составим систему уравнений с двумя неизвестными: x + y = 0,05 x + 2 y = 0,075
10 этап . После решения системы уравнений получили: х = 0,025 моль, y = 0,025 моль
11 этап . Какое вещество реагирует с аммиачным раствором оксида серебра? Напишите уравнение реакции: NH3 , t С 2 Н 2 + Ag2 O --- - CH3 CHO + 2Ag (3)
12 этап. Зная, что количество вещества ацетилена в смеси 0,025 моль, вычислим, какой объём ацетилена вступил в реакцию с оксидом серебра, по формуле V = Vm * n : V ( C 2 H 2 ) = 0,025 * 22,4 = 0,56 л
13 этап . Вычислим, во сколько раз уменьшился объём смеси: V1 /V2 = 1,12 /0,56 = 2
Ответ: объём газовой смеси уменьшился в 2 раза. Задача №5*
При взаимодействии смеси металлического цинка и его карбоната с избытком водного раствора соляной кислоты выделяется 13,44 л (н.у.) газа. После полного сжигания образовавшегося газа на воздухе и конденсации водяных паров объём газа уменьшился до 8,96 л. Какова доля цинка (в %) в исходной смеси? Дано: Vгаза1 = 13, 44 л Vгаза 2 = 8, 96 л М (Zn) = 65 г/моль М (ZnCO3 ) = 125 г/моль Vm = 22,4 л/моль ____________________- W (Zn) - ? Решение: 1 этап. Составим уравнения реакций, которые соответствуют задаче: Zn + 2 HCl - ZnCl 2 + H 2 ↑ (1)
ZnCO3 + 2HCl - ZnCl2 + H2 O + CO2 ↑ (2) 2 этап . Какие газы образуются в результате реакций? Чему равен объём полученных газов? V ( H 2 ) + V ( CO 2 ) = 13,44 л
3 этап . Какой газ сожгли? Составим уравнение реакции: 2 H 2 + O 2 - 2 H 2 O (3) 4 этап. По условию пары воды сконденсировали, какой газ остался после конденсации паров воды? Чему равен объём оставшегося газа? После конденсации водяных паров газ стал состоять только из углекислого газа, т.е. V ( CO 2 ) = 8,96 л
5 этап . Вычислим объём водорода, выделившегося в результате реакции (1):. V ( H 2 ) = 13,44 – 8,96 = 4,48 л
6 этап . Вычислим количество вещества цинка в соответствии с уравнением реакции (1): по уравнению реакции (1) n ( Zn ) = n ( H 2 ) = 4,48 / 22,4 = 0,2 моль
7 этап . Вычислим массу цинка по формуле: m = n * M m ( Zn ) = 0,2 * 65 = 13 г
8 этап . Вычислим количество вещества карбоната цинка в соответствии с уравнением реакции (2): по уравнению реакции (2) n (ZnCO3 ) = n (CO2 ) = 8,96 / 22,4 = 0,4 моль
9 этап. Вычислим массу карбоната цинка по формуле: m = n * M m (ZnCO3 ) = 0,4 * 125 = 50 г
10 этап . Вычислим массу исходной смеси веществ: m смеси = m ( Zn ) + m ( ZnCO 3 ) = 13 + 50 = 63
11 этап . Вычислим массовую долю цинка в исходной смеси по формуле: W = m в-ва / m смес W ( Zn ) = m ( Zn ) / m смеси = 13 / 63 = 0, 206 или 20,6%
Ответ: массовая доля цинка в смеси 20,6 %
Задача №6
Имеется смесь, содержащая 30% алюминия и 70% цинка. Определите, какую навеску смеси нужно взять для получения 10 л водорода при взаимодействии с соляной кислотой. Дано : W (Al) = 30% W (Zn) = 70% V (H2 ) = 10 л V m = 22, 4 л/моль М (Zn) = 65 г/моль M (Al) = 27 г/моль ________________ mсмеси - ? Решение:
1 этап . Зададим массу искомой навески: m смеси = а (г)
2 этап . Выразим массы алюминия (30%) и цинка (70%): m (Al) = 0,3a г , m (Zn) = 0,7a г
3 этап. Составим уравнения реакций: 0,7 a г х л Zn + 2 HCl - ZnCl 2 + H 2 ↑ (1) 1 моль 1 моль М = 65 г/моль Vm =22,4 л/моль m = 65 г V = 22,4 л
0,3а г y л 2 Al + 6 HCl - 2 AlCl 3 + 3 H 2 ↑ (2) 2 моль 3 моль М = 27 г/моль Vm =22,4 л/моль m = 54 г V = 67,2 л
4 этап. Определим объём выделившегося водорода х по реакции (1) с цинком: 0,7 а /65 = х /22,4 х = 0,24а
5 этап . Определим объём выделившегося водорода y по реакции (2) с алюминием: 0, 3 а /54 = y / 67,2 y = 0,37 a
6 этап . По условию нужно получить 10 л водорода. Выразим общий объём водорода как сумму объёмов по уравнениям: 0, 24а + 0, 37а = 10
7 этап. Вычислим массу навески смеси а : а = 16,4 г. Ответ: масса навески смеси алюминия и цинка составляет 16,4 Г.
Задача №7
Смесь массой 6 г из алюминия и меди обработали соляной кислотой и собрали 3,7 л водорода. Определите массовые доли (%) металлов в смеси. Дано: m смеси = 6 г V (H2 ) = 3,7 л М (Al) = 27 г/ моль М (Cu) = 64 г/ моль __________________ W (Al) - ? W (Cu) - ? Решение: 1 этап. Все ли компоненты смеси реагируют с соляной кислотой? Составьте уравнение реакции. С соляной кислотой вступают в реакцию те металлы, которые находятся в электрохимическом ряду напряжений до водорода. Из металлов данной смеси с соляной кислотой реагирует только алюминий.
х г 3,7 л 2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2 ↑ 2 моль 3 моль М = 27 г/моль Vm = 22,4 л/ моль m = 54 г V = 67,2 л/ моль
2 этап. По уравнению реакции вычислим массу алюминия. х / 54 = 3,7 / 67,2 x = 2,973 (г) 3 этап . Вычислим массу меди в смеси. По условию масса смеси 6 г, а масса алюминия 2,973 г. m ( Cu ) = 6 – 2,973 = 3,027 (г) 4 этап. Вычислим массовые доли металлов в смеси по формуле: W (Ме) = m (Ме) / mсмеси W ( Al ) = 2,973 / 6 = 0, 4955 или 49, 55 % W ( Cu ) = 3,027 / 6 = 0, 5045 или 50,45 %
Ответ : W (Al) = 49,55 % ; W (Cu) = 50,45 % Задача №8
При последовательном пропускании смеси газов: азота, оксида углерода (II), оксида углерода (IV) объёмом 10 л (н.у.) через избыток известковой воды и затем над нагретым оксидом меди (II) выпадает 10 г осадка и образуется 6,35 г меди. Определите объёмную долю каждого газа в смеси. Дано: Vc меси = 10 л m (CaCO3 ) = 10 г m (Cu) = 6,35 г М (СаСО3 ) = 100 г/ моль М (Сu) = 63,5 г/ моль _____________________ φ (N2 ) -? φ (CO) -? φ (CO2 ) -? Решение: 1 этап . С каким из газов реагирует избыток известковой воды при последовательном пропускании смеси? Составьте уравнение реакции. х л 10 г Са (ОН)2 + СО2 → СаСО3 ↓ + Н2 О (1) 1 моль 1 моль Vm = 22, 4 л/моль М = 100 г/ моль V = 22 , 4 л m = 100 г В результате реакции выпадает осадок карбоната кальция массой 10 г.
2 этап. Вычислим объём углекислого газа, содержавшегося в смеси по уравнению реакции (1): х / 22,4 = 10 / 100 х = 2,24 л
3 этап. Какой из оставшихся газов вступает в реакцию с нагретым оксидом меди (II)? Составьте уравнение реакции. y л 6,35 г CuO + CO → Cu↓ + CO2 ↑ (2) 1 моль 1 моль Vm = 22, 4 л / моль М = 63, 5 г / моль V = 22, 4 л m = 63, 5 г
4 этап . Вычислим объём угарного газа по уравнению реакции (2): y /22,4 = 6,35 / 63,5 y = 2, 24 л 5 этап . Какой газ, содержавшийся в смеси, не прореагировал? Вычислите его объём. Вычислим объём азота: V ( N 2 ) = 10 – 2,24 – 2,24 = 5,52 л 6 этап. Вычислим объёмные доли газов в исходной смеси. φ ( N 2 ) = 5,52/ 10 = 0,552 или 55,2 %
φ ( CO ) = 2,24 /10 = 0,224 или 22,4 %
φ ( CO 2 ) = 2,24 / 10 = 0,224 или 22,4 % Ответ : φ (N2 ) = 55,2 %; φ (CO) = 22,4 %; φ (CO2 ) = 22,4 %. Задача №9
Определите массовую долю каждого из газов в смеси, состоящей из водорода и метана, если её плотность по водороду равна 5. Дано: D (H2 ) = 5 M (H2 ) = 2 г/моль М (СН4 ) = 16 г/моль ________________ W (H2 ) -? W (CH4 ) -? Решение:
1 этап. Обозначим массовые доли газов через переменные величины. W ( H 2 ) = х %, W ( CH 4 ) = (100 – х) %
2 этап. Вычислим среднюю молярную массу смеси по формуле М = M (H2 )* в (H2 ) М = 5 * 2 = 10 г/ моль
3 этап. Выразим массы водорода и метана с учётом массовой доли газов в смеси по формуле: m = M* W/ 100% m (H2 ) = 2*x/ 100; m (CH4 ) = 16*(100 – x)/ 100
4 этап . Выразим среднюю молярную массу смеси как сумму масс газов в смеси и вычислим х: 2*х /100 + 16*(100 – x ) / 100 = 10 х =42, 85 %
5 этап . Вычислим массовую долю метана в смеси: W (CH4 ) = 100 – 42, 85 = 57, 15 %
Ответ: W ( H 2 ) = 42, 85 %; W ( CH 4 ) = 57, 15 %.
Список литературы 1.Т.М. Варламова, А.И. Кракова Общая и неорганическая химия. Базовый курс. М.: Рольф, 2000, с. 58 – 60, 63. 2. А.С. Гудкова, К.М. Ефремова 500 задач по химии. М.: Просвещение, 1977, с. 39, 57, 118, 129. 3. Д.П. Ерыгин, Е.А. Шишкин Методика решения задач по химии. М.: Просвещение, 1989, с. 5 – 10, с. 136 – 142. 4. Н.Н. Магдесиева, Н.Е. Кузьменко Учись решать задачи по химии. М.: Просвещение, 1986, с. 79, 191. 5. Н.Е. Кузьменко, В.В. Ерёмин, В.А. Попков Начала химии (2 том). М.: издательство «Экзамен», 2007, с, 172, 225. 6. А.Г. Пилипенко, В.Я. Пачинок, И.П. Середа Справочник по элементарной химии. Киев: Наукова Думка, 1985. |