Расчёты по уравнениям неорганических реакций
 Скачать 146.19 Kb.
|
| Муниципальное обшеобразовательное учреждение «Савалеевская средняя общеобразовательная школа» Открытый урок по химии 8 класс на тему: «Расчёты по уравнениям неорганических реакций» Составлен: Рыбак С.Д. учитель химии первой квалификационной категории, МОУ «Савалеевская СОШ» Заинского муниципального района 2008 г Решение задач является одним из приёмов обучения, посредством которого обеспечивается более глубокое и полное усвоение учебного материала по химии, удобным способом проверки знаний в процессе изучения предмета и важным средством их закрепления. При этом вырабатывается умение самостоятельного применения приобретённых знаний, т. е. умение решать задачи по химии является основным критерием творческого усвоения предмета. Известно несколько различных методов решения химических задач – логически-словесный (метод пропорций), табличный, алгебраический и др. Алгебраический метод удобен тем, что он унифицирует процесс решения задач по единому алгоритму и не требует больших затрат времени для подготовки ответа (экономия времени на экзамене важна для учащегося и абитуриента). Алгебраический метод заключается в выводе расчётной формулы для искомой величины с последующей подстановкой значений заданных величин и собственно числовым расчётом с помощью микрокалькулятора. Математический (алгебраический) метод решения химических задач подобен проведению расчётов в физике и математике. Он основан на использовании буквенных обозначений физико-химических величин и на расчётных уравнениях, представляющих собой определения величин как алгебраических соотношений между другими величинами и выражения стехиометрических законов химии. Конспект приведённого ниже урока наглядно показывает методику применения алгебраического метода решения задач по химии с предварительным объяснением учителем вывода необходимых формул при решении задач данного типа, а именно: расчёты по уравнениям неорганических реакций, задачи на «избыток» и «недостаток», задачи на практический выход продукта. Вывод осуществляется на основе ранее изученных формул. Далее следует разбор решения задач данного типа вместе с учителем. В заключение самостоятельная работа учащихся по решению задач алгебраическим методом, причём учащимся предоставляется на выбор целый ряд задач разного уровня сложности. Тема урока: Расчёты по уравнениям неорганических реакций Цели урока: 1) Продолжить работу по развитию умения решать задачи на нахождение количества вещества, массы или объема продукта реакции по количеству, массе или объему исходного вещества; на определение массовой доли вещества в растворе. 2) Способствовать формированию навыков решения задач по уравнениям неорганических реакций алгебраическим методом, задач на «избыток» и «недостаток» реагентов, на практический выход продукта. 3) Способствовать развитию умений учащихся выделять главное, сопоставлять факты, анализировать, высказывать свою точку зрения и отстаивать её по проблеме урока, а также развитию логического мышления. 4) Продолжить формирование мировоззренческих понятий о познаваемости природы, причинно следственной зависимости между строением и свойствами веществ; воспитывать культуру общения через работу в парах «ученик-ученик», «учитель-ученик», а также наблюдательность, внимание, пытливость, инициативу. Оборудование: таблицы: «Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева», «Физико-химические величины и постоянные», «Растворимость солей, кислот и оснований в воде», «Электроотрицательность химических элементов», «Ряд электроотрицательности неметаллов», «Ряд напряжений металлов», особая тетрадь учащихся с формулами, карточки с заданиями для самопроверки, отпечатанные списки задач для самостоятельной работы, компьютер, видеопроектор, слайды. Ход урокаI. Организационный момент. II. Актуализация знаний учащихся.
Информация для учителя. Учителю важно добиться понимания учащимися того факта, что отношение числа молекул реагирующих веществ и продуктов реакции, выраженное в уравнении реакции коэффициентами, есть в тоже время отношение числа молей. Напомните ребятам, что 1 моль любого вещества в любом агрегатном состоянии содержит одинаковое число молекул равное 6 • 1023. Из уравнения реакции 2KOH + H2SO4 = К2SO4 + 2H2O следует, что 1 молекула кислоты взаимодействует с 2 молекулами гидроксида, при этом образуется 1 молекула соли и 2 молекулы воды. Во взятых количествах веществ содержится огромное число молекул, но соотношение числа реагирующих молекул в реакции сохраняется. Например, с 1 млн. молекул H2SO4 реагирует 2 млн. молекул гидроксида, с 2 млн. молекул H2SO4 — 4 млн. молекул гидроксида и т. д. А с 6•1023 молекул кислоты реагирует в 2 раза больше молекул гидроксида, т. е. 2 • 6 • 1023 = 12 • 1023. Эти количества и есть 1 моль и 2 моль вещества. Более наглядно это можно представить следующим образом: 2KOH + H2SO4 = К2SO4 + 2H2O 2 молекулы 1 мол. 1 мол. 2 мол. 2 млн. мол. 1 млн. мол. 1 млн. мол. 2 млн. мол. 4 млн. мол. 2 млн. мол. 2 млн. мол. 4 млн. мол. 12•1023 мол. 6•1023 мол. 6•1023 мол. 12•1023 мол. 2 моль 1 моль 1 моль 2 моль Далее проводится актуализация знаний учащихся на основе предыдущего объяснения.
а) Если в реакцию вступит 2 моль алюминия, то потребуется ? моль кислорода, ? моль оксида алюминия (III). б) Для получения 4 моль оксида алюминия (III) потребуется ? моль алюминия и ? моль кислорода. в) Из ? г алюминия при взаимодействии с 67,2 л кислорода образуется ? г оксида алюминия (III). г) Для получения 20,4 г оксида алюминия (III) необходимо ? л кислорода и ? г алюминия.
III. Изучение нового материала. 1. Расчеты по уравнениям химических реакций Учитель напоминает учащимся, что они уже умеют производить расчеты по формулам, находить при этом количество вещества, массу, и объем соединения. По формулам химических соединений вы умеете рассчитывать массовые доли элементов. Сегодня мы научимся производить расчеты по уравнениям химических реакций. Конечно, в течение одного урока нельзя научиться решению задач различных типов. Но на этом уроке мы постараемся разобрать наиболее рациональную запись решения химических задач данного типа алгебраическим методом. Учитель предлагает учащимся сделать выводы из только что сделанной ими самостоятельной работы, и в ходе беседы аккуратно подводит их к тому, что
Далее учитель в форме лекции представляет теоретическую часть по теме «Расчёты по уравнениям неорганических реакций»: А) Количественной характеристикой химической реакции должна быть математическая функция, которая приводила бы к общему количественному описанию химической реакции, а также к установлению пропорциональных отношений количеств (молей) любых двух веществ химического взаимодействия. Этим требованиям отвечает формулировка: «Отношения количеств веществ, участвующих в химической реакции, к их собственным коэффициентам в уравнении химической реакции равны между собой». Выразим это в символах и знаках. Пусть дано уравнение химической реакции: aA + bB = cC + dD тогда выполняется соотношение nA nB nC nD ------ = ------ = ------ = ------ [моль] a b c d где nA , nB – количества вступивших в реакцию реагентов; nC, nD – количества продуктов; а = νA, b = νB, c = νC, d = νD – стехиометрические коэффициенты. От количества веществ легко перейти к их массам: (согласно формуле n = m/M) mA mB mC mD --------- = --------- = --------- = --------- [моль] aMA bMB cMC dMD Если количество или масса одного из веществ, участвующих в реакции, заданы, то можно рассчитать количество и массы остальных веществ в данной реакции. aMA mB например: mA = -------------- bMB Для газообразных веществ чаще задают или определяют их объёмы. Если реагент В и продукт D – газы, то проводят переход от количеств этих веществ к их объёмам (согласно формуле n = V/VM): VB VD --------- = --------- [моль] bVM dVM Зная одно из значений (VB или VD, а для веществ А и С – mA или mC), можно рассчитать значения всех остальных величин. bVM mC например: VB = -------------- cMC Б) Количества, массы и объёмы (для газов) реагентов не всегда берутся стехиометрическими, т.е. в соответствии с уравнением реакции. Чаще один реагент берётся в избытке, а следовательно, другой реагент окажется в недостатке. Избыток реагента вступать в реакцию не будет. Определение реагентов, взятых в избытке и в недостатке, проводят по неравенству (реагент А – в недостатке, реагент В – в избытке): nA nобщ.B nВ + nизб.B ------ < --------- = ---------------- [моль] a b b где nобщ.B – общее (взятое с избытком) количество реагента В, nВ – стехиометрическое (необходимое для реакции) количество В, nизб.B – избыточное (не реагирующее) количество В. Расчёт получаемых количеств, масс и объёмов (для газов) продуктов проводят только по реагенту в н е д о с т а т к е! В) Количество продукта, например В, рассчитанное по уравнению реакции, является максимально возможным значением (теоретическое количество nВ). На практике из-за потерь обычно получают меньшее количество (практическое количество, nпр.B < nВ). Практический выход продукта В (ηВ) определяется отношением его практического количества к теоретическому: nпр.B ηВ = --------- [доля 1 или в %] nВ Аналогичный вид имеют выражения для массы любого продукта и объёма газообразного продукта. Если nпр..= nтеор., то выход становится полным, т.е. ηВ = 1 (100%), его называют теоретическим выходом. Исходя из приведённой формулы ηВ = nпр.B/ nВ, и используя формулы n = V/VM и n = m/M, можно вывести следующие формулы: Vпр.B ηВ = --------- [доля 1 или в %] VВ mпр.B ηВ = --------- [доля 1 или в %] mВ 2. Разбор типовых задач Учитель разбирает с учащимися решение типовых задач. Выберите в качестве примера, для первого случая, наиболее легкий вариант задачи, в одно действие. Не стоит вводить в условия задачи сложные числовые данные, сосредоточьтесь на методике решения задачи, а не на арифметической стороне вопроса. В качестве расчетных задач берите такие, химическое содержание которых хорошо известно учащимся. Задача 1. (Решение задачи производится по алгоритму, имеющемуся у учащихся в особых тетрадях – он представлен выше) Вычислите объём кислорода (н. у.), необходимый для сжигания 3 г алюминия. (Такая реакция происходит при поджигании бенгальских огней). В первую очередь, учите ребят краткой записи условий задачи. Проводите этап 1 и, в данном случае появляется этап 2 – записывается соответствующее уравнение реакции, расставляются стехиометрические коэффициенты, затем проводите этап 3:  Р е ш е н и еVВ = ? 4Al + 3O2 = 2Al2O3 mА = 3 г (А) (В) Проводите этап 4, для вывода математической расчётной формулы необходимо использовать новые расчётные уравнения, определяющие отношения между величинами, с которыми учащиеся ознакомились на уроке во время объяснения нового материала, затем – этап 5. П р и м е ч а н и е. В данных этой задачи среди констант помещаете величины а и b – стехиометрические коэффициенты перед формулами веществ в уравнении реакции.  Р е ш е н и еVВ = ? 4Al + 3O2 = 2Al2O3 mА = 3 г (А) (В) ----------------------- MA = 27 г/моль mA VB mA bVM VM = 22,4 л/моль -------- = ------- → VB = ------------- а = 4 (Al) aMA bVM aMA b = 3 (O2) Проводите этап 6, его можно соединить с этапом 7. Р е ш е н и еVВ = ? 4Al + 3O2 = 2Al2O3 mА = 3 г (А) (В) ----------------------- MA = 27 г/моль mA VB mA bVM 3 г · 3 · 22,4 л/моль VM = 22,4 л/моль -------- = ------- → VB = ------------ = ------------------------- = а = 4 (Al) aMA bVM aMA 4 · 27 г/моль b = 3 (O2) = 1,87 л Ответ: V (O2) = 1,87 л Задача 2. (Предлагается более сложная задача с наличием практического выхода продукта реакции) При сгорании аммиака в избытке кислорода после охлаждения конечной смеси обнаружено 56 л (н. у.) газообразного продукта с практическим выходом 85%. Найдите массу (в граммах) взятой порции аммиака.  Р е ш е н и еmА = ? 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O Vпр.В = 56 л (А) (В) ηВ = 85% или 0,85 (использовать формулу ηВ = Vпр.В/VВ) ----------------------- MA = 17 г/моль aMAVB aMAVпр.B 4 · 17 г/моль · 56 л VM = 22,4 л/моль mА = ---------- = ------------ = ------------------------- = 100 г а = 4 (NH3) bVM bVMηВ 2 · 22,4 л/моль · 0,85 b = 2 (N2) Ответ: m (NH3) = 100 г IV. Закрепление нового материала. Самостоятельная работа (индивидуально-дифференцированная). (учащимся предоставляется на выбор решить любую задачу из целого ряда задач разного уровня сложности). Цель: совершенствовать умение производить вычисления по химическим уравнениям, используя алгоритм действий и формулы-дефиниции. Список задач – расчёты по уравнениям неорганических реакций 1. Составьте уравнение реакции горения магния и вычислите массу оксида магния (MgO), который получится при сжигании 6 г металла. 2. Составьте уравнение реакции взаимодействия железа с хлором (Сl2) и вычислите массу железа, необходимого для получения 42,6 г хлорида железа (III) FeCl3. 3. Составьте уравнение реакции горения фосфора (при этом получается оксид фосфора (V) Р2O5) и вычислите, хватит ли 10 г кислорода на сжигание 6,2 г фосфора. 4. Вычислите объемы водорода и кислорода (н.у.), которые образуются при разложении 90 г воды. 5. Какой объем (н.у.) углекислого газа можно получить при взаимодействии кислорода с 20 г углерода, содержащего 10% примесей? 6. Какой объем (н.у.) водорода выделится при обработке 56 г железа, содержащего 5% примесей, достаточным количеством соляной кислоты? 7. Рассчитайте объем углекислого газа, который выделится при взаимодействии 23 г карбоната калия, содержащего 10% примесей, с избытком кислоты. 8. Какой объем водорода (н.у.) образуется при взаимодействии 650 мг цинка, содержащего 20% примесей, с избытком соляной кислоты? Сколько молекул водорода при этом получится? 9. Какой объем углекислого газа (н.у.) образуется при взаимодействии с избытком азотной кислоты 250 г известняка (карбоната кальция), содержащего 20% примесей? Каково количество углекислого газа? Сколько ионов каждого вида образуется в результате реакции? 10. К раствору, содержащему 53,9 г хлорида кальция, добавили избыток разбавленной серной кислоты. Выпал осадок сульфата кальция массой 62,1 г. Рассчитайте практический выход (в %) этого продукта. 11. Определите массу сульфида меди (II), образовавшегося при проведении реакции между 2 г меди и 2 г серы. 12. Вычислите массу сульфата бария, выпадающего в осадок при сливании растворов, один из которых содержит 522 г нитрата бария, а второй – 500 г сульфата калия. 13. Определите массу осадка, полученного при взаимодействии 200 г 30%-го раствора хлорида магния и 50 г нитрата серебра. 14. Определите какой объём водорода (при н.у.) выделится, если к цинку массой 6,5 г добавить раствор массой 300 г, содержащий 0,25 массовые доли серной кислоты. Какое вещество взято в избытке? 15. Сколько выпадет осадка, если слить 30 г 10%-го раствора гидроксида натрия и 20 г 20%-го раствора нитрата серебра? 16. При сгорании 13,5 г металла в кислороде получено 25,5 г оксида металла (III). Определите, о каком металле идёт речь. 17. Ртуть массой 2,53 г нагрели при 250ºС на воздухе и получили красно-оранжевый оксид. Определите объём (в литрах, н. у.) затраченного воздуха, если объёмная доля азота в нём равна 78,09%. 18. Рассчитайте массу (в граммах) оксида натрия, прореагировавшего с водой, если получено 500 г 16%-го раствора. Определите также объём (мл) воды, использованной для приготовления раствора. 19. На 4 г оксида магния действуют избытком галогеноводородной кислоты. Образуется 9,4 г соли. О каком галогеноводороде идёт речь? 20. Определите суммарную массу (в граммах) осадка, полученного действием избытка нитрата серебра (I) на раствор, содержащий 0,3 моль хлорида калия, 0,2 моль бромида рубидия и 0,1 моль иодида цезия. V. Подведение итогов урока. — Выразите в виде формулы отношения количеств веществ, участвующих в химической реакции, к их собственным коэффициентам. — С помощью, какой формулы можно рассчитать массу (или объём) вещества в данной реакции, если масса одного из веществ, участвующих в реакции, задана. — Как (при помощи какого неравенства) можно определить, какое вещество в данной реакции взято в «избытке», а какое – в «недостатке»? — Как определить практический выход продукта? VI. Домашнее задание: § 28; конспект урока; выбрать и решить из предложенного списка не менее 3-х задач; записать выведенные формулы-дефиниции для расчёта по уравнениям неорганических реакций в особую тетрадь. Рассмотренный на уроке унифицированный алгебраический метод решения задач требует особой, математической аккуратности при его применении в химии. Не следует пренебрегать ни одним из этапов алгоритма решения. ВЫВОДЫ
| ||||||||