Решение задач на растворы является важным разделом курса химии в современной школе. У многих ребят возникают определенные затруднения при проведении вычислений, связанные с отсутствием представлений о последовательности выполнения задачи. Проанализируем некоторые термины, которые включают в себя задачи на растворы по химии, и приведем примеры готовых решений.
Процентная концентрация
Задачи предполагают составление и решение пропорции. Учитывая, что выражается этот вид концентрации в массовых долях, можно определить содержание вещества в растворе.
Упомянутая величина является количественной характеристикой раствора, предложенного в задаче. В зависимости от типа задания, необходимо определять новую процентную концентрацию, рассчитывать массу вещества, вычислять объем раствора.
Молярная концентрация
Некоторые задачи на концентрацию растворов связаны с определением количества вещества в объеме растворителя. Единицами измерения такой величины является моль/л.
В школьной программе задания такого вида встречаются только на старшей ступени обучения.
Особенности задач на растворы
Приведем некоторые задачи на растворы по химии с решением, чтобы показать последовательность действий при их разборе. Для начала заметим, что можно делать рисунки, чтобы понять суть процессов, описываемых в предложенном задании. При желании можно оформлять задачу и в виде таблицы, в которой будут поставлены исходные и искомые величины.
Задача 1
В емкость, содержащую 5 литров 15%-раствора соли, влили семь литров воды. Определите процентную концентрацию вещества в новом растворе.
Для того чтобы определить искомую величину, обозначим ее через Х. Через пропорцию вычислим количественное содержание вещества в первом растворе: если 5 умножить на 0,15, получаем 0,75 грамма.
Далее вычисляем массу нового раствора, учитывая, что влили 7 литров воды, и получаем 12 граммов.
Находим содержание в процентах поваренной соли в полученном растворе исходя из определения данной величины, получаем: (0,75 : 12) х 100% = 6,25%
Приведем еще один пример задания, связанного с использованием при расчетах математической пропорции.
Задача 2
Сколько по массе меди необходимо добавить к куску бронзы, имеющему массу 8 килограммов, содержащему 13 процентов чистого металла, чтобы увеличить процентное содержание меди до 25 %.
Такие задачи на растворы сначала требуют определить массу чистой меди в исходном сплаве. Для этого можно воспользоваться математической пропорцией. В результате получается, что масса составляет: 8 х 0,13 = 1,04 кг
Искомую величину возьмем за х (граммов), тогда в новом сплаве получим ее значение (1,04 + х) килограммов. Выразим массу получаемого сплава, получаем: (8 + х) килограммов.
В задаче содержание металла в процентах в новом сплаве составляет 25 процентов, можно составить математическое уравнение.
Разнообразные задачи на растворы включают в тестовые задания для проверки уровня предметных знаний выпускников одинадцатых классов. Приведем некоторые условия и решения заданий такого типа.
Задача 3
Определите объем (при нормальных условиях) газа, который был собран после введения 0,3 моль чистого алюминия в 160 миллилитрах теплого 20% раствора едкого калия (1,19 г/мл).
Последовательность проведения расчетов в данной задаче:
- Сначала необходимо определить массу раствора.
- Далее вычисляется количество щелочи.
- Полученные параметры сравниваются между собой, определяется недостача. Последующие вычисления проводят по веществу, взятому в недостаточном количестве.
- Пишем уравнение реакции, происходящей между исходными веществами, расставляем стереохимические коэффициенты. Проводим вычисления по уравнению.
Масса раствора щелочи, используемой в задаче, составляет 160 х 1,19 = 190,4 г.
Масса вещества составит 38,08 грамма. Количество взятой щелочи - 0,68 моль. В условии сказано, что количество алюминия 0,3 моль, следовательно, в недостатке присутствует именно этот металл.
Последующие вычисления осуществляем именно по нему. Получается, что объем газа составит 0,3 х 67,2/2 = 10,08 л.
Задачи на растворы такого типа у выпускников вызывают максимальные затруднения. Причина в неотработанности последовательности действий, а также в отсутствии сформированных представлений об основных математических вычислениях.
Задача 4
Задачи по теме «Растворы» могут включать и определение чистого вещества при заданном процентном содержании примесей. Приведем пример подобного задания, чтобы у ребят не возникало сложностей с его выполнением.
Вычислите объем газа, полученного при воздействии концентрированной серной кислоты на 292,5 г соли с 20% примесей.
Последовательность действий:
- Учитывая, что в условии задачи говорится о наличии 20 процентов примесей, необходимо определить содержание вещества по массе (80 %).
- Прописываем уравнение химической реакции, расставляем стереохимические коэффициенты. Проводим вычисления объема выделяющегося газа, используя молярный объем.
Масса вещества, исходя из того, что есть примеси, получается 234 грамма. А при проведении вычислений по данному уравнению, получим, что объем будет равен 89,6 литров.
Задача 5
Какие еще предлагаются в школьной программе по химии задачи на растворы? Приведем пример задания, связанного с необходимостью вычисления массы продукта.
Сульфид свинца (II), имеющий массу 95,6 г, взаимодействует с 300 миллилитрами 30%-раствора перекиси водорода (плотность 1,1222 г/мл). Продукт реакции составляет (в граммах) ...
Порядок решения задачи:
- Растворы веществ переводим через пропорции в массу.
- Далее определяем количество каждого исходного компонента.
- После сравнения полученных результатов, выбираем то вещество, которое взято в недостаточном количестве.
- Вычисления проводим именно по веществу, взятому в недостатке.
- Составляем уравнение химического взаимодействия и вычисляем массу неизвестного вещества.
Вычислим раствор перекиси, он составляет 336,66 грамма. Масса вещества будет соответствовать 100,99 грамма. Вычислим количество моль, оно составит 2,97. Сульфида свинца будет 95,6 /239 =0,4 моль, (он содержится в недостатке).
Составляем уравнение химического взаимодействия. Определяем по схеме искомую величину и получаем 121,2 граммов.
Задача 6
Найти количество газа (моль), которое можно получить при термическом обжиге 5,61 кг сульфида железа (II), имеющего степень чистоты 80%.
Порядок действий:
- Вычисляем массу чистого FeS.
- Записываем уравнение химического взаимодействия его с кислородом воздуха. Проводим вычисления по реакции.
По массе чистое вещество составит 4488 г. Количество определяемого компонента будет 51 литр.
Задача 7
Из 134,4 литров (при нормальных условиях) оксида серы (4) приготовили раствор. К нему прилили 1,5 литра 25%-раствора едкого натра (1,28 г/мл). Определите массу получившейся соли.
Алгоритм вычислений:
- Рассчитываем массу раствора щелочи по формуле.
- Находим массу и число моль едкого натра.
- Вычисляем эту же величину для оксида серы (4).
- По соотношению полученных показателей определяем состав образующейся соли, определяем недостаток. Расчеты проводим по недостатку.
- Записываем химическую реакцию с коэффициентами, вычисляем массу новой соли по недостатку.
В итоге у нас получается:
- раствор щелочи составит 1171,875 грамма;
- по массе гидроксида натрия составит 292,97 грамма;
- в молях данного вещества содержится 7,32 моль;
- анологично вычисляем для оксида серы (4), получаем 6 моль;
- в результате взаимодействия будет образовываться средняя соль;
- получаем 756 граммов.
Задача 8
К 100 граммам 10%-раствора хлорида аммония прилили 100 г 10%-раствора нитрата серебра. Определите массу (в граммах) осадка.
Алгоритм вычислений:
- Вычисляем массу и количество вещества хлорида аммония.
- Рассчитываем массу и количество вещества соли - нитрата серебра.
- Определяем, какое из исходных веществ было взято в недостаточном количестве, проводим по нему расчеты.
- Записываем уравнение происходящей реакции, проводим по ней расчеты массы осадка.
Холрида аммония по массе будет 10 г, по количеству - 0,19 моль. Нитрата серебра взято 10 граммов, что составляет 0,059 моль. При вычислениях по недосттаку, получим массу соли 8,46 грамма.
Для того чтобы справиться со сложными заданиями, которые предлагаются на выпускных экзаменах в девятом и одиннадцатом классе (по курсу неогранической химии), необходимо владеть алгоритмами и иметь определенные вычислительные навыки. Кроме того, важно владеть технологией составления химических уравнений, уметь расставлять коэффициенты в процессе.
Без таких элементарных умений и навыков даже самая простая задача на определение процентной концентрации вещества в растворе либо смеси, покажется выпускнику трудным и серьезным испытанием.
