Алгоритм решения задач по химии
- Ознакомьтесь с условиями задачи (если есть). Да, все знают — как решить проблему без условий — но в любом случае для полноты инструкции мы не могли не указать этот момент.
- Записывайте данные о деятельности. Мы не будем заострять внимание на этом моменте, так как требования разных учебных заведений, учителей и профессоров могут существенно различаться.
- Напишите уравнение реакции. Теперь начинается самое интересное! Здесь нужно быть осторожным! Обязательно правильно ставить коэффициенты перед формулами веществ. Если вы забудете это сделать, все наши усилия окажутся напрасными.
- Выполните соответствующие расчеты в соответствии с химическим уравнением. Далее мы рассмотрим, как произвести эти самые вычисления.
Для этого у нас есть два пути, как решить проблему в химии. Условно назовем их правильными (используя понятие количества вещества) и неправильными (используя пропорции). Конечно, мы рекомендуем вам правильно решать проблемы. Поскольку у неправильного пути много противников. Как правило, учителя считают, что ученики, решающие задачи пропорциями, не понимают самой сути процессов химических реакций и решают задачи просто математически.
Молярная масса вещества
Молярная масса — это масса 1 моля вещества, выраженная в граммах. Молярная масса моля любого химического элемента может быть легко найдена из периодической таблицы, поскольку молярная масса численно равна атомной массе, но их размеры разные (молярная масса имеет размер г / моль). Запишите и запомните формулы для расчета молярной массы, количества вещества и количества молекул:
- Формула молярной массы M = m / n
- Количество вещества формулы n = m / M
- Формула числа молекул N = NA n
где m — масса вещества, n — количество вещества (число молей), M — молярная масса, N — количество молекул, NA — число Авогадро. Благодаря молярной массе вещества химики могут считать атомы и молекулы в лаборатории, просто взвесив их. Это позволяет удобно использовать концепцию крота.
На рисунке изображены четыре колбы с разными веществами, но каждая из них содержит только 1 моль вещества. Вы можете дважды проверить, используя приведенные выше формулы.
Расчет по уравнениям химических реакций с использованием понятия количества вещества
Суть этого метода в том, что вещества реагируют друг с другом в строгой взаимосвязи. И уравнение реакции, которое мы написали ранее, дает нам это соотношение. Коэффициенты перед формулами веществ дают нам необходимые данные для расчетов.
Например, напишем простую реакцию нейтрализации серной кислоты и гидроксида натрия.
H_ {2} SO_ {4} + NaOH → Na_ {2} SO_ {4} + H_ {2} O
Зафиксируем коэффициенты:
H_ {2} SO_ {4} + 2NaOH → Na_ {2} SO_ {4} + 2H_ {2} O
Основываясь на этом уравнении, 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.
Теперь мы сделаем небольшой шаг назад от анализа проблем, чтобы ознакомиться с основными концепциями, которые будут полезны для решения задач по химии.
Подсчитать количество молекул, например, в 98 граммах серной кислоты — не самое удобное занятие. Цифры получатся огромными (≈ 6,022140857⋅1023 молекул в 98 граммах серной кислоты). Для этого в химии были введены понятия количества вещества (моль) и молярной массы.
1 моль (единица измерения количества вещества) — это количество атомов, молекул или любой другой структурной единицы, содержащейся в 12 граммах изотопа углерода-12. Впоследствии было обнаружено, что 12 граммов вещества углерода-12 содержат 6,022140857⋅1023 атома. Следовательно, можно сказать, что 1 моль — это масса вещества, содержащего 6,022140857⋅1023 атомов (или молекул) этого вещества.
Но ведь молекулы и атомы имеют разный состав и структуру. Разные атомы содержат разное количество протонов и нейтронов. В результате 1 моль для разных веществ будет иметь разную массу, несмотря на одинаковое количество молекул (атомов). Эта масса называется молярным.
Молярная масса — это масса 1 моля вещества.
Используя эти концепции, мы можем сказать, что 1 моль серной кислоты реагирует с 2 молями гидроксида натрия, и в результате получается 1 моль сульфата натрия и 2 моля воды.
Теперь, зная массу одного из веществ, мы можем рассчитать, сколько нам нужно второго вещества для полного протекания реакции и сколько конечных продуктов образуется.
Например, мы решаем несколько задач, используя одно и то же уравнение.
Проблема: сколько граммов гидроксида натрия (NaOH) необходимо, чтобы 49 граммов серной кислоты (H2SO4) полностью прореагировали?
Итак, наши действия: запишите уравнение химической реакции, расставьте коэффициенты. Для наглядности запишем эти задачи на уравнение реакции. Возьмем неизвестное значение для X.
Нет необходимости записывать данные по каждому веществу. Достаточно будет на интересующие нас вещества, из состояния проблемы. Приведенная выше запись предоставляется в качестве примера.
Примерно так должны выглядеть записанные данные в зависимости от состояния проблемы. Мы не претендуем на единственно правильный дизайн, требования у всех разные. Но, как нам кажется, все кажется достаточно ясным и информативным.
Наше первое действие — пересчитать массу известного вещества в молях. Для этого делим известную массу вещества (49 грамм) на молярную массу:
49 = 98 = 0,5 моль серной кислоты
Как упоминалось выше, согласно уравнению реакции 1 моль серной кислоты реагирует с 2 молями гидроксида натрия. В результате 1 моль гидроксида натрия будет реагировать с 0,5 моль серной кислоты.
n (NaOH) = 0,5 * 2 = 1 моль гидроксида натрия
Найдите массу гидроксида натрия, умножив количество вещества на молярную массу:
1 моль * 40 г / моль = 40 граммов гидроксида натрия.
Ответ: 40 граммов NaOH
Как видите, в решении задачи с помощью уравнения реакции нет ничего сложного. Задача решается за 2-3 действия, с которыми придется столкнуться младшим школьникам. Вам просто нужно запомнить несколько концепций.