Факультативний курс по розв’язуванню розрахункових задач До кожної теми чинної програми для середньої загальноосвітньої школи вказані типи розрахункових задач, але годин для їх розв'язування відведено обмаль. При можливості в школі потрібно проводити факультативний курс по розв’язуванні розрахункових задач. Пропоновані розрахункові задачі для програми факультативного курсу диференціюються на рівні складності. Завдання, що включають перетворення органічних речовин та їх синтези, виходячи з простих речовин або з неорганічних і природних сполук, якісні задачі, дають змогу перевірити знання хімічних властивостей вивчених класів органічних і неорганічних сполук. Складніші задачі вимагають творчого підходу, знань законів хімії, зв'язку теорії з практикою і важливі з точки зору свідомого, глибокого і міцного засвоєння основ хімії. При розв'язування задач алгоритм дії може бути такий: 1. Уважно прочитайте умову задачі та запишіть скорочено умову, використовуючи при цьому загальновживані позначення величин. 2. Проаналізуйте задачу та складіть хімічні рівняння, зробіть його (їх) аналіз. Для цього: а). Зробіть відповідні позначення над і під формулами речовин. б). Осмисліть логічну послідовність дій та виберіть спосіб розв'язування. 3. Виконайте розрахунки в тих одиницях вимірювання, які задані умовою задачі, використовуючи по можливості формули або пропорції. Обчислення проводьте з точністю до 0,01. 4. Запишіть повну відповідь.
Розглянемо найбільш поширені типи розрахункових задач, якими слід розпочинати заняття факультативу і зразки таких задач (без розв’язків) для самостійного розв’язування. 1. Обчислення масової частки елемента в складі речовини за її хімічною формулою 1. Скільки кальцій карбонату міститься у 200 г вапняку, що містить 5 % домішок? 2. Масова частка халькозину, формула якого Сu2S, у мідній руді — 6,25 %. Яку масу міді можна одержати з такої руди масою 25 т? 2. Обчислення числа атомів (молекул) у певній кількості речовини 1. Обчисліть, скільки молекул води міститься в 5 моль цієї речовини. 2. Скільки атомів міститься у фосфорі кількістю речовини 0,25 моль? 3. Обчислення маси речовини за відомою кількістю і кількості речовини за відомою масою 1. Обчисліть молярну масу речовини А, якщо відомо, що 0,2 моль її мають масу 24 г. 2. При кімнатній температурі ртуть існує в рідкому стані, густина ртуті — 13,6 г/см3. Обчисліть кількість речовини ртуті, якщо її об'єм — 25 см3. 4. Обчислення маси, об'єму та кількості речовини за рівнянням реакцій Який об'єм водню виділився внаслідок взаємодії з кислотою суміші 0,65 г цинкових і 0,54 г магнієвих ошурок? 5. Обчислення, пов'язані з молярним об'ємом газів 1. Обчисліть об'єм кисню (н. у). узятого в кількості 0,2 моль. 2. Обчисліть масу азоту, об'єм якого дорівнює 8,96 л (н. у). 3. Який об'єм водню потрібно взяти, щоб його маса дорівнювала масі 224 мл азоту? 6. Обчислення, пов'язані з відносною густиною газів 1. Густина деякого газу за воднем дорівнює 17. Обчисліть молярну масу газу та його густину за киснем. 2. Густина газу за повітрям дорівнює 1,52. Який об'єм займуть 10 г цього газу (н. у)?
3. За деяких умов густина пари сірки за повітрям дорівнює 8,83? Скільки атомів Сульфуру в молекулі сірки за цих умов? 7. Обчислення із застосуванням закону об'ємних відношень газів 1. Змішали 5 л хлору і 2 л водню. Який об'єм хлору залишився після реакції? 2. Який об'єм повітря, об'ємна частка кисню в якому становить 21 %, витратиться на спалювання бутану С4Н10 об'ємом 5 л? 3. Суміш із 4 л водню і 5 л кисню вибухнула. Утворену газову суміш привели
до
нормальних
початкових
умов,
при
цьому
водяна
пара
конденсувалася. Обчисліть об'єм газу після реакції. 8. Обчислення за термохімічними рівняннями реакцій 1. Яка кількість тепла виділиться внаслідок згоряння 500 г вугілля. Термохімічне рівняння цієї реакції: С+О2=СО2; ∆Н= - 402кДж 2. Унаслідок розкладу кальцій карбонату масою 25 г поглинулося 45 кДж тепла. Складіть термохімічне рівняння розкладу кальцій карбонату. 9. Обчислення з використанням об'ємної частки газової суміші 1. Визначте густину за воднем газової суміші, що складається з аргону об'ємом 56 л і азоту об'ємом 28 л. Об'єми газів приведені до нормальних умов. 2. Підводники для дихання використовують «гелієве повітря» (суміш 1 об'єму кисню і 4 об'ємів гелію). Визначте відносну густину цієї суміші за повітрям і за воднем. 10. Обчислення з використанням понять, пов'язаних з розчинами 1. Яку масу солі натрій хлориду необхідно взяти для приготування 300 г 10%-го розчину? 2. До 120 г 15%-го розчину сульфатної кислоти додали 30 г води. Обчисліть масову частку сульфатної кислоти в новоутвореному розчині. 3. Хлороводень об'ємом 11,2 л розчинили в 73 мл води. Обчисліть масову частку хлороводню в розчині. 4. Амоніак, утворений у результаті взаємодії 112 л азоту з надлишком водню (н. у), розчинили в 5 л води. Обчисліть масову частку амоній гідроксиду в утвореному розчині.
5. Визначте маси розчинів з масовою часткою кислоти 10 і 90 %, які необ-хідні для приготування 160 г розчину з масовою часткою кислоти 30%. 11. Молярна концентрація розчину та розрахунки, пов'язані з нею 1. Скільки натрій гідроксиду треба для приготування розчину об'ємом 250 мл, молярна концентрація якого 0,3 моль/л? 2. У розчині об'ємом 200 мл міститься натрій гідроксид масою 8 г. Обчисліть молярну концентрацію цього розчину. 3. У воді розчинили калій гідроксид масою 11,25 г. Об'єм розчину довели до 200 мл. Визначте молярну концентрацію одержаного розчину. 4. До води масою 200 г долили розчин 2 М КС1 об'ємом 40 мл (густина 1,09 г/мл). Визначте молярну концентрацію і масову частку КС1 у одержаному розчині, якщо його густина дорівнює 1,015 г/мл. 12. Виведення хімічної формули речовини за масовими частками елементів та співвідношеннями мас елементів, що входять до складу речовини 1. Масові частки Сульфуру й Оксигену в оксиді становить 40 і 60 %. Визначте формулу цього оксиду. 2. Масова частка Хлору у фосфор хлориді становить 77,5 %. Визначте формулу хлориду. 3. До складу речовини входить Купрум (66,6 %) і Сульфур (33,4 %). Знайдіть хімічну формулу сполуки. 13. Обчислення маси або об'єму продукту реакції за відомою масою або об'ємом вихідної речовини, що містить домішки 1. Визначте масову частку домішок у зразку кальцій карбіду, якщо з 200 г його було одержано 56 л ацетилену. (Виробничі втрати не враховувати.) 2. Скільки грамів осаду утвориться внаслідок пропускання крізь вапняну воду вуглекислого газу, що виділиться в результаті обробки розчином хлоридної кислоти 25 г натрій карбонату, що містить 10 % некарбонатних домішок? 14. Обчислення з використанням понять «масова та об'ємна частки» виходу продукту реакції
1. Під час нагрівання калій нітрату масою 30,3 г зібрали 3 л кисню Обчисліть об'ємну частку виходу. 2. Розрахуйте об'єм розчину 65%-ї нітратної кислоти (густина — 1391 кг/м3), який можна одержати з 1,5 т амоніаку, як вихід кислоти становить 72 % від теоретично можливого. 15. Обчислення за хімічним рівнянням, якщо одна з реагуючих речовин дана в надлишку У таких задачах кількість продукту обчислюють за масою чи об'ємом речовини, яка в процесі реакції витрачається повністю, тобто за речовиною що перебуває у недостачі. 1. Обчисліть об'єм водню, що утвориться в результаті взаємодії цинку масою 13 г із сульфатною кислотою масою 20 г. 2. До 200 г 13,6%-го розчину цинк хлориду додали 20 г 10%-го розчину натрій гідроксиду. Яка маса цинк гідроксиду утворилась? 3. Унаслідок взаємодії розчину етанолу об'ємом 200 мл (густина 0,8 г/см 3, масова частка спирту 96 %) і оцтової кислоти масою 120 г утворився естер. Обчисліть масу естеру, якщо масова частка практичного виходу становить 95%. 16. Знаходження молекулярної формули органічної сполуки Вивести формулу — це встановити якісний і кількісний склад речовини. 1. Виведіть формулу газоподібної речовини, у якій масова частка Карбону дорівнює 0,83, масова частка Гідрогену — 0,17, а густина речовини за воднем — 29. 2. 13 г ацетиленового вуглеводню займає об'єм 11,2л (н. у). Визначте його формулу, якщо масова частка Карбону в ньому становить 85,7 %. 3. Унаслідок спалювання органічної речовини масою 60 г утворилось 44,8 л вуглекислого газу (н. у.) і 36 г пари. Об'єм, що займає пара цієї речовини за температури 30 °С і тиску 90 кПа, становить 55,95 л. Визначте молекулярну формулу. 4. У результаті нагрівання насиченого одноатомного спирту масою 12 г з концентрованою сульфатною кислотою утворився алкен масою
12 г. Вихід продукту становить 75 %. Визначте формулу спирту. 17. Розрахунки, пов'язані з використанням універсального рівняння стану газу 1. Який об'єм займе амоніак за температури 20 °С і тиску 250 кПа масою 51 г? 2. Визначте відносну молекулярну масу кисневмісної речовини, якщо її пара об'ємом 500 мл за температури 87 °С і тиску 94,7 кПа має масу 0,735 г. 18. Розв'язування задач за рівняннями хімічних реакцій між розчином солі й металом 1. Мідний провід масою 40 г витримали в розчині меркурій (ІІ) нітрату, маса його збільшилась до 45,48 г. Після цього провід нагріли до постійної маси без доступу повітря. Обчисліть масу проводу наприкінці хімічних реакцій. 2. У 500 мл розчину купрум (ІІ) сульфату опустили залізну пластинку масою 50 г. Через деякий час маса пластинки збільшилась на 4 %. Визначте масу міді, що виділилась. і молярну концентрацію розчину ферум (ІІ) сульфату. 3. У розчин, що містить 2,24 г двовалентного металу у вигляді суль-фату, занурили цинкову пластинку. Після повного виділення металу маса пластинки збільшилась на 0,94 г. Визначте метал. 19. Задачі на встановлення кількісного складу сумішей 1. Через розчин, що містить 170 г натрій флуориду та натрій іодиду, пропустили надлишок хлору. При цьому виділилось 12,7 г іоду. Визначте масові частки солей Натрію у суміші. 2. Маємо суміш фенолу й етанолу. До однієї половини суміші додали надлишок металічного натрію, одержавши водень об'ємом 672 мл (н. у.), до другої половини — надлишок розчину брому. При цьому утворився осад масою 6,62 г. Визначте масові частки фенолу й етанолу в суміші. 3. Після обробки хлоридною кислотою 9,92 г суміші карбідів Кальцію й Алюмінію утворилось 4,48 л суміші метану й ацетилену (н. у.) Визначте кількісний склад суміші. 4. Для гідрування 19,2 г суміші мурашиного та оцтового альдегідів використали 56 л (н. у.) газової суміші, що містить водень та карбон діоксид і
має густину за повітрям 1,2276. Визначте масову частку (%) мурашиного альдегіду в суміші. 5. Суміш метану й етилену об'ємом 400 мл (н. у) знебарвила бромну воду масою 40 г з масовою часткою Брому 3,2 %. Визначте об'ємну частку етилену в суміші. 20. Задачі на електроліз розплавів і розчинів солей 1. Електричний струм пропустили через 200 г розчину натрій хлориду з масовою часткою солі 40 %. За час електролізу на аноді виділилось 10 л газу (н. у). Визначте масові частки речовин (%), що міститимуться в утвореному розчині. 2. Через 1 л розчину натрій гідроксиду (ρ = 1,219 г/см 3) з масовою часткою лугу 20 % пропустили електричний струм, поки масова частка лугу не збільшилась в 1,4 раза. Обчисліть маси речовин, які виділились на електродах. 3. Електричний струм силою 6 А пропустіть через водний розчин сульфатної кислоти протягом 1,5 год. Обчисліть масу води, що розклалася, та об'єми кисню та водню (н. у), що виділились. 21. Експериментальні задачі та приклади синтезів — перетворень 1. У шести пробірках без етикеток містяться такі речовини: калій гідроксид, барій хлорид, фосфор(V) оксид, барій оксид та силіцій (IV) оксид. Визначте вміст кожної пробірки, використовуючи воду, сульфатну кислоту і розчин лакмусу. Опишіть хід виконання роботи і складіть рівняння реакцій. 2. У посудині міститься суміш магній карбонату, барій сульфату і натрій хлориду. Виділіть із суміші кожну речовину в чистому стані. 3. Розділіть суміш газів, що складається з амоніаку, ацетилену й азоту, на компоненти. (Підказка: використайте сульфатну кислоту, натрій гідроксид, амоніаковий розчин солі Аргентуму та хлоридну кислоту.) 4. Як хімічним способом із суміші міді, заліза, цинку і срібла виділити індивідуальні речовини в чистому стані? Складіть рівняння реакцій. 5. У трьох пробірках без етикеток містяться рідини: хлоридна кислота, мурашина кислота й ацетальдегід. Як хімічним способом встановити вміст кожної пробірки.
6. Речовина А енергійно взаємодіє з водою з виділенням газу В. здатного вибухати. Речовина А може реагувати з речовиною Г. При цьому утворюється речовина С, без якої людина не може обходитися у своєму щоденному раціоні. Визначте згадані речовини. Складіть рівняння реакцій. 7. У результаті сильного нагрівання суміші двох безбарвних газів (по 2,24 л кожного) утворюється 4,48 л газоподібного продукту, який швидко окиснюється на повітрі і бурий газ. Унаслідок розчинення бурого газу у воді у присутності одного з вихідних газів утворюється 100 г розчину кислоти. Що це за кислота та якою є її масова частка? (Об'єми газів виміряні за н. у.). При розв’язуванні задач ступінь їх ускладнення має бути поступовим, від найпростіших до все більш складних.