Как оформлять задачи по химии
Методические рекомендации по решению задач в школьном курсе химии
Разделы: Химия
Умение решать задачи есть искусство, приобретающееся практикой.
Введение
В научной и методической литературе в последнее время обсуждается необходимость поиска наиболее современных методик обучения решению задач на основе синтеза достижений ряда наук: логики, психологии, дидактики и методики обучения химии. Однако недостаток специальных руководств не позволяет применить задачи как один из способов совершенствования обучения, учитывать в достаточной мере методические и психологические требования к ним.
Преодоление этих недостатков является одной из главных целей, который ставит перед собой учитель, приступая к обучению решению расчетных задач.
В данных методических рекомендациях не ставится задача исчерпать все возможное многообразие расчетных задач по химии, а лишь рассмотреть вопросы, приводящие к наиболее рациональным и понятным учащимся способам их решения.
Роль и место расчетных задач в курсе химии
Химическая учебная задача – это модель проблемной ситуации, решение которой требует от учащихся мыслительных и практических действий на основе знания законов, теорий и методов химии, направленная на закрепление, расширение знаний и развитие химического мышления.
Значение решения задач:
Во-первых, это практическое применение теоретического материала, приложение научных знаний на практике.
Решение задач как средство контроля и самоконтроля развивает навыки самостоятельной работы; помогает определить степень усвоения знаний и умений и их использования на практике; позволяет выявлять пробелы в знаниях и умениях учащихся и разрабатывать тактику их устранения.
Во-вторых, прекрасный способ осуществления межпредметных и курсовых связей, а также связи химической науки с жизнью.
Классификация задач
На сегодняшний день не существует единого подхода к классификации химических задач. Окончательно разработанной классификации школьных химических задач нет. В учебных пособиях по методике химии, специальных методических пособиях по решению задач и в статьях приводятся различные варианты классификации задач. Общепризнанной является классификация химических задач на качественные и количественные, которые решаются устным, письменным и экспериментальным способом:
Простейшие расчетные задачи
Каждый их этих видов задач включает еще несколько типов задач.
Дидактическая классификация расчетных задач
1. Для усвоения соотношений физических величин:
а) для демонстрации учителем;
б) для самостоятельной работы учащихся.
2. Для усвоения количественных характеристик объектов изучения:
а) по отдельным вопросам темы;
б) по теме в целом;
в) по разделу в целом;
г) по курсу в целом.
а) текущего (опрос);
б) тематического;
в) по разделу;
г) по курсу.
Анализ задачи
Каждая задача складывается из совокупности данных – условия задачи – и вопроса (задания). Кроме этого, в ней есть система зависимостей, которые связывают искомое с данными и данные между собой. Задачи анализа: 1) выявить все данные; 2) выявить зависимости между данными и условиями; 3) выявить зависимости между данным и искомым.
1. О каких веществах идет речь?
Из условия задачи видим, что твердый гидроксид растворяют в вводе и получают раствор едкого натра (NaOH). Вспоминаем, что NaOH – гидроксид. Значит, исходным веществом был твердый гидроксид (NaOH), который, растворившись в воде, образовал раствор.
В условии задачи идет речь лишь о двух веществах – едком натре (гидроксиде) и воде.
2. Какие изменения произошли с веществами?
Вдумываемся: едкий натр (твердый) смешали с водой. Что получили? Раствор едкого натра. То есть, то же самое вещество (гидроксид натрия, едкий натр) сначала был в твердом состоянии, затем – в растворе. Вспоминаем, что растворы – это физические смеси, а не химические соединения. Значит, вода только растворитель, в реакцию она не вступает.
Причем, слова “Дано”, “Найти”, “Решение” писать не обязательно, т.к. разграничения в кратком условии четко определяют местоположение значений, им соответствующих. Это позволяет сэкономить время.
В данном случае, все величины – известные и искомые – компактно, плотно выписаны на небольшой площади бумаги, легко охватываются взглядом и удобно поданы для последующего анализа: определения взаимозависимости между величинами и веществами.
Пример. Определите объем водорода, образовавшегося при взаимодействии избытка соляной кислоты с цинком массой 195 г.
Расчетные задачи по химии. Тема: «Методика решения расчетных задач с использованием основных физических величин»
Разделы: Химия
Расчётные задачи по химии учащиеся решают с начала VIII класса и до конца обучения в школе. Решение задач позволяет:
Решая задачи, учащиеся более глубоко усваивают учебный материал, учатся применять приобретённые теоретические знания на практике.
Традиционная методика обучения решения химических задач (чаще всего – это решение задач методом составления пропорций) имеет ряд недостатков. В результате лишь немногие учащиеся сознательно и творчески овладевают общим подходом к решению, умеют оценивать свои действия в процессе решения, самостоятельно составлять условия задач, умеют выбирать рациональные способы решения и др.
Задача учителя состоит в том, чтобы научить учащихся понимать смысл этих физических величин и применять физические формулы при решении расчётных задач различных типов, научить анализировать условия задач, через составление логической схемы решения конкретной задачи на основе знания общего подхода к решению. Составление логической схемы задачи предотвращает многие ошибки, которые допускают учащиеся.
Ниже приведены основные формулы физических величин и их взаимосвязи, которые учащиеся должны знать в обязательном порядке и использовать их при решении.
В данной работе показываются примеры решения некоторых основных типов задач, по которым можно понять методический подход при обучении учащихся.
Исходные формулы, отображающие взаимосвязь физических величин.
1. Относительная атомная масса (Ar):
, где x – любой химический элемент.
2. Относительная молекулярная масса (Mr): 
;
.
3. Плотность вещества (ρ) позволяет связать собой массу (m) и объем (V) вещества: 
.
4. Масса, объем, число частиц (N), количество теплоты (Q) связаны между собой универсальной физической величиной – количеством вещества – n(или ν):
5. Относительная плотность (D): 
элемента в веществе: 
; 
;
примеси в веществе: 
;
растворенного вещества в растворе: 
; mр-ра = mр.в.+ mр-ля
7. Объемная доля вещества в смеси (φ) (для газов): 
.
8. Молярная концентрация (Сm или С): 
.
Методика решения задач различных типов.
Расчеты по химическим формулам.
Решение данного типа задач начинается с осмысления понятия записи химической формулы, с осмыслением того, что учащиеся могут узнать по записи химической формулы. Рассмотрим примеры решения задач с использованием веществ только молекулярного строения. Молекулярная (истинная) формула показывает действительное число атомов каждого элемента в молекуле. В таблице №1 показано, какие сведения о веществе можно узнать по записи формулы вещества.
Алгоритм решения базовой задачи.
Графическая схема решения базовой задачи.
Примеры задач
Задача 1. Рассчитайте число атомов углерода и кислорода в 11,2 л. (н.у.) углекислого газа.
Задача 2. В каком объеме углекислого газа содержится 9,03·1023 атомов кислорода?
Задача 3. Газ, плотность которого равна 1,96 г/л (н.у.), состоит из углерода и кислорода, причем ω(C) = 0,27. Определите формулу данного вещества.
Логическая схема решения задачи:
Расчёты по химическим уравнениям.
Химическими уравнениями называют условную запись химической реакции посредством химических знаков, формул и коэффициентов.
Уравнение химической реакции показывает, какие вещества вступают в реакцию и какие образуются, а также соотношение количеств этих веществ. Иными словами, химическое уравнение – это способ выражения (передачи) качественной и количественной информации о химическом явлении.
Запишем уравнение реакции в общем виде: aA + bB ® cC +dD, где А и В – исходные вещества, С и D – продукты реакции, a, b, c, d – стехиометрические коэффициенты.
Стехиометрические коэффициенты подбирают на основе того, что число атомов каждого элемента до и после реакции остается неизменным. Это можно рассматривать как следствие закона сохранения массы.
Рассмотрим информацию, содержащуюся в стехиометрических коэффициентах.
Отношение стехиометрических коэффициентов равно:
отношению числа частиц, вступивших в реакцию и образовавшихся в результате реакции
a : b : c : d = N(A) : N(B) : N(C) : N(D)
отношению молярных количеств веществ, вступивших в реакцию и образовавшихся в результате реакции a : b : c : d = n(A) : n(B) : n(C) : n(D)
отношению объемов, вступивших в реакцию и образовавшихся в результате реакции газообразных веществ a : b : c : d = V(A) : V(B) : V(C) : V(D).
Последнее отношение выполняется, если:
Несмотря на большое разнообразие задач данного типа, принцип решения их одинаков: по известному параметру (N, m, V) одного вещества рассчитывается неизвестный параметр X (Nx, mx, Vx) другого вещества. Такая задача является простейшей (базовой).
Алгоритм решения базовой задачи (последовательность действий).
Графическая схема решения базовой задачи.
В качестве базовых рассмотрим решение следующих задач:
Задача 1. Вычислите n, m, V углекислого газа, полученного при действии на 50 г карбоната кальция избытком раствора соляной кислоты.
Задача 2. При взаимодействии цинка с избытком раствора соляной кислоты выделилось 1,12 л водорода (н.у.). Вычислите массы растворившегося цинка и образовавшейся соли.
Задача 3. При взаимодействии с избытком соляной кислоты металла (валентность, которого во всех соединениях равна II) массой 12 г образовался водород объемом 6,72 л (н.у.).
Определите, какой это металл.
Усложнение базовой задачи.
Расчет массы реагирующих или образующихся химических соединений на практике осложнен. Это обусловлено несколькими причинами:
1. Исходные вещества вводятся в виде раствора.
Задача. Сколько граммов 10%-ного раствора гидроксида натрия требуется для нейтрализации
20 г 4,9%-нго раствора серной кислоты?
2. Расчет количественных параметров продуктов реакции, если исходные вещества содержат примеси, расчет массовой доли примеси.
Абсолютно чистого вещества в природе не бывает, поэтому в химических производствах вынуждены использовать исходные вещества, содержащие примеси. Эти примеси обычно имеют отличные от основного вещества свойства и, поэтому не образуют в процессе производства нужные продукты.
В связи с этим, чтобы определить количественные параметры получаемого продукта, необходимо вначале рассчитать количественные параметры вступающего в реакцию чистого вещества, которое содержится в исходном объекте. После этого решается базовая задача.
Обратные задачи заключаются в оценке чистоты исходных веществ по количеству продуктов реакции.
Содержание примеси обычно выражают в частях от единицы (или выражают в %). Эта величина показывает массовую долю чистого вещества (примеси) в исходном образе (формула 1).
Для вычисления массы чистого вещества (или примесей), содержащегося в смеси, используют формулу 2.
(1)
Задача. При взаимодействии 10,8 г кальцинированной соды (безводный карбонат натрия)
с избытком раствора соляной кислоты получили 2,24 л (н.у.) оксида углерода (IV).
Вычислите содержание примеси в соде.
3. Расчеты по химическим уравнениям, если одно из реагирующих веществ дано в избытке.
Как быть, если одновременно заданы параметры нескольких реагирующих веществ? По какому из них вести расчет? Это определяют, сравнения отношения стехиометрических коэффициентов и отношение количеств вещества, взятых для данной реакции.
Если один из реагентов присутствует в количестве больше, чем стехиометрическое, то часть его остается неиспользованной после окончания реакции (избыток вещества). Очевидно, что расчеты нужно вести по веществу, которое в данной реакции расходуется полностью (т.е. находится в недостатке).
Задача. В реакционном сосуде смешали 6,72 л оксида углерода (II) и 2,24 л кислорода и смесь подожгли. Определите объемный состав полученной смеси.
Используемая литература:
Как решать задачи по химии. Расчет по уравнениям химических реакций.
Как решать задачи по химии? Как проводить простейшие расчеты по уравнениям химических реакций? Сколько выделяется газа, образуется воды, выпадает осадка или сколько получается конечного продукта реакций? Сейчас мы постараемся разобрать все нюансы и ответить на эти вопросы, которые очень часто возникают при изучении химии.
Решение задач в химии является неотъемлемой частью в изучении этой сложной, но очень интересной науки.
Алгоритм решения задач по химии
Для этого у нас есть два пути, как решить задачу по химии. Условно, назовем их правильным (используя понятия количества вещества) и неправильным (используя пропорции). Конечно же, мы бы рекомендовали решать задачи правильным путем. Так как у неправильного пути имеется очень много противников. Как правило, учителя считают, что ученики, решающие задачи через пропорции, не понимают самой сути протекания процессов химических реакций и решают задачи просто математически.
Расчет по уравнениям химических реакций с использованием понятия количества вещества
Суть данного метода, состоит в том, что вещества реагируют друг с другом в строгом соотношении. И уравнение реакции, которое мы записали ранее, дает нам это соотношение. Коэффициенты перед формулами веществ дают нам нужные данные для расчетов.
Для примера, запишем простую реакцию нейтрализации серной кислоты и гидроксида натрия.
H_<2>SO_ <4>+ NaOH → Na_<2>SO_ <4>+ H_<2>O
H_<2>SO_ <4>+ 2NaOH → Na_<2>SO_ <4>+ 2H_<2>O
Исходя из этого уравнения, мы видим, что одна молекула серной кислоты взаимодействует с двумя молекулами гидроксида натрия. И в результате этой реакции получается одна молекула сульфата натрия и две молекулы воды.
Сейчас мы немного отступим от разбора задач, чтобы познакомиться с основными понятиями, которые пригодятся нам в решении задач по химии.
1 Моль (единица измерения количества вещества) — это такое количество атомов, молекул или каких либо еще структурных единиц, которое содержится в 12 граммах изотопа углерода-12. Позднее выяснилось, что в 12 граммах вещества углерод-12 содержится 6,022140857⋅10 23 атомов. Соответственно, можно сказать, что 1 моль, это такая масса вещества, в которой содержится 6,022140857⋅10 23 атомов (или молекул) этого вещества.
Но ведь молекулы и атомы имеют различный состав и различное строение. Разные атомы содержат разное количество протонов и нейтронов. Соответственно 1 моль для разных веществ будет иметь разную массу, имея при это одинаковое количество молекул ( атомов). Эта масса называется молярной.
Молярная масса — это масса 1 моля вещества.
Используя данные понятия, можно сказать, что 1 моль серной кислоты реагирует с 2 молями гидроксида натрия, и в результате получается 1 моль сульфата натрия и 2 моль воды. Давайте запишем эти данные под уравнением реакции для наглядности.
\begin
Следом запишем молярные массы для этих веществ
\begin
Теперь, зная массу одного из веществ, мы можем рассчитать, сколько нам необходимо второго вещества для полного протекания реакции, и сколько образуется конечных продуктов.
Для примера, решим по этому же уравнению несколько задач.
Задача. Сколько грамм гидроксида натрия (NaOH) необходимо для того, чтобы 49 грамм серной кислоты (H2SO4) прореагировало полностью?
Итак, наши действия: записываем уравнение химической реакции, расставляем коэффициенты. Для наглядности, запишем данные задачи над уравнением реакции. Неизвестную величину примем за Х. Под уравнением записываем молярные массы, и количество молей веществ, согласно уравнению реакции:
\begin
Записывать данные под каждым веществом — не обязательно. Достаточно это будет сделать для интересующих нас веществ, из условия задачи. Запись выше дана для примера.
Примерно так должны выглядеть данные, записанные по условиям задачи. Не претендуем на единственно правильное оформление, требования у всех разные. Но так, как нам кажется, смотрится все довольно наглядно и информативно.
Первое наше действие — пересчитываем массу известного вещества в моли. Для этого разделим известную массу вещества (49 грамм) на молярную массу:
49\98=0,5 моль серной кислоты
Как уже упоминалось ранее, по уравнению реакции 1 моль серной кислоты реагирует с 2 моль гидроксида натрия. Соответственно с 0,5 моль серной кислоты прореагирует 1 моль гидроксида натрия.
n(NaOH)=0.5*2=1 моль гидроксида натрия
Найдем массу гидроксида натрия, умножив количество вещества на молярную массу:
1 моль * 40 г/моль = 40 грамм гидроксида натрия.
Ответ: 40 грамм NaOH
Как видите, в решении задачи по уравнению реакции нет ничего сложного. Задача решается в 2-3 действия, с которыми справятся ученики начальных классов. Вам необходимо всего лишь запомнить несколько понятий.
Решение задач по химии через пропорцию
Ну и расскажем про второй способ вычислений по уравнениям химических реакций — вычисления через пропорцию. Этот способ может показаться немного легче, так как в некоторых случаях можно пропустить стадию перевода массы вещества в его количество. Чтобы было более понятно, объясню на том же примере.
Так же, как и в прошлом примере, запишем уравнение реакции, расставим коэффициенты и запишем над уравнением и под уравнением известные данные.
Для этого способа, нам так же понадобится записать под уравнением реакции, следом за молярной массой, массу вещества, соответствующую его количеству по уравнению. Если проще, то просто перемножить две строки под уравнением реакции, количество моль и молярную массу. Должно получиться так:
\begin
А теперь внимание, начинается магия! Нас интересует строка данных над уравнением, и самая нижняя строка под уравнением. Составим из этих данных пропорцию.
Далее находим неизвестное значение Х из пропорции и радуемся полученному значению:
Х=49*80/98=40 грамм
Как видим, получается тот же результат. Прежде всего, при решении задач в химии, главное все же — понимание химических процессов. Тогда решение задачи не станет для вас проблемой!
Как решать задачи по химии за 5 минут: толковые практические советы
Если ты уже учишься в университете, но до сих пор так и не освоил основы решения задач по химии, это можно назвать настоящим чудом. Однако, вряд ли такое чудо прокатит и во время сдачи сессии.
Как сдавать экзамены в целом, вы узнаете на нашем телеграм-канале. А чтобы не оплошать на занятиях по химии, давайте выяснять, что же необходимо, чтобы таки начать самому выполнять решение практических задач по химии.
Химия: глубоко системная наука
Что в школе (8-9 класс), что в вузе схема решения задач по химии примерно одинакова. Существует определенный набор определенных химических веществ. Каждое из этих веществ обладает определенными характеристиками.
Понимая систему этой науки в целом, а также систему и суть основных веществ, даже будучи гуманитарием до глубины души вы сможете выучить и понять правила решения задач по химии.
А для этого вам понадобятся:
Волшебный алгоритм решения задач по химии (для ОГЭ и вузов)
А вот еще несколько примеров решения задач по химии, которые вы вполне можете использовать в качестве примера и тщательно проанализировать:
На самом деле, решение задач по химии – дело не такое уж и сложное. Конечно, нам легко говорить, ведь за плечами наших авторов – многолетний опыт решения не только простейших, но и мега-супер-бупер-крутых по сложности задач. И если вам попалась одна из таких, не стесняйтесь обращаться за помощью в студенческий сервис, здесь вам никто никогда не откажет!
Кстати, чуть ниже вы можете посмотреть краткое видео с наглядными примерами решения задач по химии:
Наталья – контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нейрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.