Решение химических задач

Программа элективного курса • 10–11 классы

Пояснительная записка

Умение решать задачи по химии является основным критерием творческого усвоения предмета. Поэтому в программу вступительных экзаменов всегда включаются задачи, и прежде всего расчетные. Это удобный способ проверки знаний в процессе изучения предмета и важное средство их закрепления. Сейчас все вузы проводят вступительные экзамены в письменной форме, при этом задание в большей степени состоит из качественных или расчетных задач. Анализ школьных учебных программ по химии показывает, что необходимый уровень сложности расчетных задач, которым необходимо овладеть школьникам, очень низкий. Типология задач также весьма узкая. Наблюдается формальный подход к решению задач и эпизодическое включение их в учебный процесс. Ни в одной программе на обучение решению задач не выделено хоть какое-нибудь время. В имеющихся учебниках по химии практически отсутствуют примеры решения задач или эти примеры даны в слишком малом количестве и потому не очень доступны для понимания. Как следствие, многие преподаватели вузов, принимающие вступительные экзамены по химии, отмечают тот факт, что абитуриенты часто совершенно не умеют решать задачи.

По современным психолого-педагогическим требованиям важная роль в процессе усвоения химических знаний отводится использованию получаемых знаний при решении задач различных типов. Решение расчетных и качественных задач развивает творческую самостоятельность учащихся, способствует более глубокому освоению учебного предмета. Именно через решение задач различных типов и уровней сложности может быть эффективно освоен курс химии.

Цель курса. Научить свободно решать любые задачи, от легких до достаточно сложных, с тем, чтобы подготовить учащихся к сдаче вступительных экзаменов по химии в высшие учебные заведения.

Задачи курса. Охватить почти все основные типы задач для письменного вступительного экзамена по химии.

Весь курс разбит на четыре темы. В 1-й теме «Основные понятия и законы химии» рассмотрены понятия «моль», «относительные атомные и молекулярные массы», «количество вещества»
и т.п., которые вводились в школьном курсе 8-го класса на самых ранних этапах овладения химическими знаниями и поэтому, как правило, воспринимались учениками очень приблизительно. Следует расширить данный перечень такими понятиями, как «объемная и мольная доли», «средняя молярная масса смеси газов». Основные стехиометрические законы химии необходимо давать взаимосвязанно, с вытекающими из них следствиями, особенно газовые законы.

Во 2-й теме «Расчеты по уравнениям химических реакций» все расчеты выполняются с использованием понятия о количестве вещества, а не метода составления пропорций, который предлагается в школьных учебниках. На всех этапах решения задачи необходимо воспитывать у учащихся навыки контроля и самоконтроля. Важно научиться практически оценивать вероятность и достоверность ответа, полученного в результате решения задачи.

Ни одно конкурсное испытание по химии не обходится без задач на растворы. Этим задачам уделяется особое внимание в теме 3 «Растворы». В ней рассматриваются также «правило смешивания растворов» и «молярная концентрация». После каждой темы (1–3) проводятся контрольные работы, которые включают набор разноуровневых задач, в том числе по органической химии.

Ряд задач, всегда вызывающих затруднения, связан с составлением уравнений окислительно-восстановительных реакций. Поэтому в теме 4 «Окислительно-восстановительные реакции» главное место отводится методу полуреакций при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций. Эту тему, требующую достаточного количества часов, можно рассматривать только при планировании двухчасовой недельной нагрузки.

Содержание программы

На изучение курса отводится 34 ч (1 ч в неделю) или 68 ч (2 ч в неделю). Материал, выделенный курсивом, изучается при двухчасовой нагрузке в неделю. Этот курс ориентирован на органическую химию, поэтому в зависимости от выбранных авторов учебников изучается либо в 10-м, либо в 11-м классе. За основу взят задачник Г.П.Хомченко и И.Г.Хомченко «Задачи по химии для поступающих в вузы». В пособии имеются разделы, в которых приводятся примеры решения типовых задач. Для всех расчетных задач даны ответы.

При двухчасовой недельной программе необходимо использовать учебное пособие Н.Е.Кузьменко, В.В.Еремина, В.А.Попкова «Химия. Для школьников старших классов и поступающих в вузы». В нем имеется необходимый теоретический материал по каждой теме, приведены подробные решения основных типов задач, а также современные экзаменационные вопросы и задачи с ответами. Диапазон сложности задач очень широк – от стандартных вопросов для обычных школьников до сверхсложных задач для медалистов. Все задачи разбиты на три уровня – очень простой, средний и очень сложный. При изучении данного элективного курса 1 ч в неделю используются задачи и задания первых двух уровней. При двухчасовой недельной нагрузке количество рассматриваемых задач значительно возрастает, что, безусловно, сказывается на качестве знаний.

Т е м а 1. Основные понятия и законы химии

Основные стехиометрические законы химии: закон сохранения массы веществ, закон постоянства состава, закон Авогадро. Абсолютная атомная масса, абсолютная молекулярная масса. Относительная атомная масса, относительная молекулярная масса. Количество вещества, моль. Молярная масса вещества. Число Авогадро. Массовая доля, молярная доля. Расчеты по химическим формулам. Вычисление числа частиц, содержащихся в определенной массе вещества. Вывод формул соединений по массовым долям химических элементов. Закон Авогадро и его следствия. Нормальные условия (н.у.). Молярный объем газов. Относительная плотность газов и смеси газов. Средняя молярная масса смеси газов. Уравнение Клайперона–Менделеева и его следствия. Газовые законы.

Т е м а 2. Расчеты по уравнениям химических реакций

Объемные отношения газов в химических реакциях. Расчеты: практический выход вещества, избыток вещества в химической реакции. Расчеты по уравнениям реакций нейтрализации, если кислота или кислотный оксид взяты в избытке. Расчеты по нескольким уравнениям реакций. Определение состава смеси. Вывод формулы вещества по результатам химической реакции. Вывод формулы вещества по результатам его сгорания. Задачи на определение массы металла, выделившегося на пластинке или перешедшего в раствор. Комбинированные задачи.

Т е м а 3. Растворы

Массовая и объемная доли компонентов в растворе. Разбавление растворов. Правило смешивания растворов. Молярная концентрация. Расчеты по уравнениям реакций, протекающих в растворах. Комбинированные задачи.

Т е м а 4. Окислительно-восстановительные реакции

Важнейшие окислители и восстановители. Метод электронно-ионного баланса (метод полуреакций). Окислительно-восстановительные возможности органических веществ. Расчеты по уравнениям окислительно-восстановительных реакций.

Учебно-тематический план

Контрольная работа № 1

Работу выполняют по уровням А–В. Уровень А самый легкий, он рассчитан на оценку «3», уровень Б – на «4» и уровень В – на «5».

1. У р о в е н ь А. Определите количество вещества бензола, содержащегося в массе 12,8 г.

У р о в е н ь Б. Какое количество вещества (моль) атомарного водорода содержится в пропине массой 10 г?

У р о в е н ь В. В каком количестве вещества метана содержится такое же число атомов углерода, что и в этилене массой 24 г?

2. У р о в е н ь А. Рассчитайте массовую долю углерода в этане.

У р о в е н ь Б. Природный газ одного из месторождений содержит 90% метана и 10% этана. Определите массу атомарного водорода, содержащегося в таком газе массой 30 г.

У р о в е н ь В. Некоторый элемент проявляет в оксиде степень окисления +4. Массовая доля этого элемента в оксиде составляет 71,19%. Какой это элемент?

3. У р о в е н ь А. Некоторая кислота содержит водород (массовая доля ₁ = 0,52%), йод
(₂ = 66,15%) и кислород (₃ = 33,33%). Определите простейшую формулу этой кислоты.

У р о в е н ь Б. В углеводороде массовая доля углерода равна 84%. Относительная плотность паров углеводорода по воздуху равна 3,45. Определите эмпирическую формулу углеводорода.

У р о в е н ь В. Образец соединения фосфора и брома массой 81,3 г содержит 9,3 г фосфора. Определите простейшую формулу этого соединения.

4*. У р о в е н ь  А. Какой объем займет при нормальных условиях пропадиен массой 20 г?

У р о в е н ь  Б. Имеется газовая смесь, массовые доли газов в которой равны: ацетилена – 35%, бутана – 65%. Определите объемные доли газов в смеси.

У р о в е н ь  В. Определите плотность по водороду газовой смеси, состоящей из дивинила объемом 56 л и этана объемом 28 л (н.у.).

Контрольная работа № 2

1. При сгорании 0,1 моль предельного углеводорода образовалось 13,2 г углекислого газа. Вычислите массу воды, которая образовалась при этом.

2. Какую массу бромной воды с массовой долей брома 1,6% может обесцветить пропилен объемом 1,12 л (н.у.)?

3. При гидрировании ацетилена объемом 672 мл (н.у.) получили смесь этана и этилена, которая обесцвечивает раствор брома в тетрахлориде углерода массой 40 г, массовая доля брома в котором составляет 4%. Определите массовые доли углеводородов в полученной смеси.

4. Смесь бензола с циклогексеном массой 4,39 г обесцвечивает бромную воду массой 125 г с массовой долей брома 3,2%. Какая масса воды образуется при сжигании в кислороде той же смеси массой 10 г?

Контрольная работа № 3

1. При взаимодействии 200 г раствора фенола в бензоле с избытком бромной воды получили бромпроизводное массой 66,2 г. Определите массовую долю фенола в растворе.

2. Определите объемную и массовую доли этилового спирта в водном растворе 11М C₂H₅OH, плотность которого составляет 0,9 г/мл. Плотность этилового спирта равна 0,79 г/мл, воды – 1 г/мл.

3. Какой объем формальдегида (газ при н.у.) надо растворить в воде массой 300 г для получения формалина с массовой долей формальдегида 40%? Какая масса формалина будет получена?

4*. Через раствор уксусной кислоты массой 150 г пропустили аммиак объемом 4,48 л (н.у.). Определите массовую долю уксусной кислоты в полученном растворе, если в исходном растворе массовая доля кислоты составляла 20%.

1. В каких из приведенных ниже уравнений реакций оксид марганца(IV) проявляет свойства окислителя, а в каких – восстановителя?

а) 2MnO₂ + 2H₂SO₄ = 2MnSO₄ + O₂ + 2H₂O;

б) 2MnO₂ + O₂ + 4КOН = 2К₂MnO₄ + 2H₂O;

в) MnO₂ + H₂ = MnO + H₂O.

2. В каких из указанных ниже веществ марганец может проявлять: а) только восстановительные свойства; б) только окислительные свойства; в) и те, и другие свойства?Вещества: KMnO₄, MnO₂,
Mn₂O₇, Mn, K₂MnO₄, MnO.

3. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции:

NaNO₂ + KMnO₄ + Н₂SO₄ …

4. Найдите массу бурого осадка, образовавшегося при пропускании 4 г этилена через раствор перманганата калия.

* Задание выполняется при нагрузке 2 ч в неделю.

Л и т е р а т у р а

Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Химия. Для школьников старших классов и поступающих в вузы. Учебное пособие. М.: Дрофа, 2001; Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Задачи по химии для поступающих в вузы. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1993; Габриелян О.С., Решетов П.В., Остроумов И.Г. и др. Готовимся к единому государственному экзамену. Химия. М.: Дрофа, 2003.

Е.В.ИЛЬИЧЕВА,
учитель химии Воротынской средней школы
(р. п. Воротынец, Нижегородская обл.)