Переписка с читателем

Алгоритмы решения задач

Алгоритм – конечная последовательность точно
сформулированных правил решения типовых задач.

М.С.Пак

Алгоритмы способствуют лучшему запоминанию и систематизации информации, развивают химический интеллект, «машинное» и творческое мышление при решении сложных задач.
В основе алгоритмов (см. также № 26/2001) – метод пропорции, для наглядности последний сопровождается химическими уравнениями, схемами реакций, графическим решением, что помогает лучше понимать задание.
При объяснении решений задач используются алгоритмы, что очень важно и для письменного экзамена по химии.
Помните! Задачи решают в единой системе измерения.

Алгоритм 1.
Метод суммарного уравнения параллельных реакций

Алгоритм можно использовать, когда в условии задачи есть слова «такое же количество» («такая же масса»).

1. Написать, что дано и что необходимо найти.
2. Написать схемы параллельных реакций, расставить коэффициенты.
3. Написать суммарное уравнение:
– только химические формулы задействованных веществ с соответствующими коэффициентами;
– коэффициенты перед одинаковыми химическими формулами суммируются.
Пример^*. Некоторое количество углеводорода состава C_nH_2n–2 дает с избытком хлора 21,0 г тетрахлорида. То же количество углеводорода с избытком брома дает 38,8 г тетрабромида. Напишите молекулярную формулу всех его возможных изомеров.

^* Здесь и далее использованы примеры из книги «Задачи по химии» Г.П.Хомченко и школьных олимпиад по химии.

а) п. 1.

Дано:
C_nH_2n–2,
M(C_nH_2n–2C_l4) = 21,0 г,
M(C_nH_2n–2Br₄) = 38,8 г.

Найти: химическая формула – ?

б) п. 2.

C_nH_2n–2 + 2Сl₂ = C_nH_2n–2Сl₄,
C_nH_2n–2 + 2Br₂ = C_nH_2n–2Br₄.

в) п. 3.

Обозначим M(C_nH_2n–2) = Z.
Решаем полученную пропорцию:

21/(Z + 142) = 38,8/(Z + 320), Z = 68.

Найдем индекс n:

M(C_nH_2n–2) = 12n + 2n – 2,
12n + 2n – 2 = 68, n = 5.

Ответ. С₅Н₈.

 Алгоритм 2.
Насыщенные растворы

1. Записать, что дано и что необходимо найти.
2. Составить первую пропорцию, используя определение коэффициента растворимости К_раств.
3. Составить вторую пропорцию, исходя из первой и данных задачи:

Решить пропорцию относительно х.
Записать ответ.
При решении обратных задач составляется такая же схема.
Для газов растворимость понижается при нагревании.
Растворимость (коэффициент растворимости K_раств) – количество вещества (в г), которое может раствориться в 100 г растворителя при определенной температуре, образуя насыщенный раствор.

Пример 1. Коэффициент растворимости соли при температуре 50 °С равен 40 г, при температуре 10 °С составляет 15 г. Определите массу осадка, полученного при охлаждении насыщенного при температуре 50 °С раствора массой 70 г до температуры 10 °С.

а) п. 1.

Дано:
K_раств(соли) при t = 50 °С – 40 г,
K_раств(соли) при t = 10 °С – 15 г,
m(насыщ. р-ра) при t = 50 °С – 70 г.

Найти: m(осадка) при 10 °С – ?

б) п. 2.

в) п. 3.

Ответ. m(осадка) при охлаждении равна 12,5 г.

Пример 2. При н. у. в воде массой 100 г растворяется хлороводород объемом 50,5 л. При температуре 50 °С и нормальном давлении коэффициент растворимости хлороводорода равен 59,6 г. Насыщенный при температуре 0 °С раствор HCl массой 40 г нагрели до температуры 50 °С. Определите массу полученного раствора.

а) п. 1.

Дано:
V(HCl) = 50,5 л (н. у.),
K_раств(HCl) = 59,6 г (50 °С, 1 атм),
m(насыщ. р-ра) = 40 г (0 °С).

Найти: m(р-ра HCl) – ?

б) п. 2.

в) п. 3.

5 г HCl улетучится при нагревании.

Ответ. m(полученного р-ра HCl) = 40 – 5 = 35 г.

Пример 3. В воде массой 100 г растворяется при температуре 30 °С бромид аммония массой 81,8 г. При охлаждении насыщенного при температуре 30 °С раствора NH4Br массой 300 г до температуры 0 °С выпадает в осадок соль массой 36,8 г. Определите, какая масса бромида аммония может быть растворена в воде массой 100 г при t = 0 °С.

а) п. 1.

Дано:
K_раств = 81,8 г (30 °С),
m(насыщ. р-ра) = 300 г (30 °С),
m(осадка) = 36,8 г (0 °С).

Найти: K'_раств(0 °С) – ?

б) п. 2.

Ответ. K'_раств(0 °С) = 59,5 г.

Алгоритм 3.
Расстановка коэффициентов методом полуреакций
(электронно-ионный баланс)

1. В уравнении окислительно-восстановительной реакции определить элементы, которые меняют степень окисления.
2. Составить электронно-ионный баланс с учетом среды:

– малодиссоциирующие вещества, недиссоциирующие вещества на ионы не расписывают;
– в кислой среде в реакции могут участвовать Н⁺ и Н₂О;
– в щелочной среде – ОН^– и Н₂О;
– в нейтральной среде – Н₂О, Н⁺ и ОН^–.

3. Записать сокращенное ионное уравнение согласно электронно-ионному балансу:

– суммировать процессы окисления и восстановления с учетом равенства электронов в этих процессах;
– сократить справа и слева в химическом уравнении одинаковые ионы, молекулы.

4. Записать уравнение в молекулярной форме по ионному уравнению, дописать формулы веществ, которые в электронно-ионном балансе не были задействованы.
5. Проверить коэффициенты в молекулярном уравнении.

Пример:

а) п. 1.

б) п. 2.

в) п. 3.

г) п. 4, п. 5.

3H₂S + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ = 3S + Cr₂(SO₄)₃ + 7H₂O + K₂SO₄.

Л.А.НУЯНЗИНА,
учитель химии школы № 5
(г. Ключи, Камчатская обл.)