Матеріали "Методика розв'язування розрахункових задач з теми "Еквівалент"

Підготовка учнів до ІІ-ІІІ етапів Всеукраїнської учнівської олімпіади з хімії

Розв’язування задач, пов’язаних із поняттям «Еквівалент»

Підготувала

Авраменко Юлія Леонідівна

старший учитель, учитель хімії вищої категорії Кролевецької спеціалізованої школи І-ІІІ ступенів №3 Кролевецької районної ради Сумської області

Для нас, педагогів, наступає нелегка пора, коли потрібно готувати дітей до Всеукраїнських учнівських олімпіад. Це легко робити, якщо у школі є класи з поглибленим вивченням хімії або ж біолого-хімічний профіль у старшій школі. Проте більшість учителів такої змоги не мають і тому вони змушені працювати з учнями за звичайною програмою. Особливі труднощі відчувають педагоги сільських шкіл, маленьких містечок, де немає змоги робити ані повноцінне поглиблення, а ні профіль. Тому пропоную власний досвід роботи з обдарованими дітьми по формуванню поняття «еквівалент», адже задачі такого типу дуже часто зустрічаються у завданнях ІІ, ІІІ етапів олімпіад з хімії у 8,9 класах. Маю надію, що хоч трішки допоможу колегам при роботі зі здібними учнями.

Перш за все необхідно ознайомити дітей із теорією, тобто самим поняттям «еквівалент». У деяких підручниках це пояснюється дуже складно, учні не розуміють про що взагалі йдеться мова. Пропоную власне бачення подачі матеріалу для того, щоб пояснити це поняття і сформувати уміння розв’язувати деякі типи задач (адже їх дуже багато), які зустрічаються у ІІ етапі олімпіади з хімії.

І. Еквівалент (Е) – це така вагова кількість речовини, яка в певній хімічній реакції може заміщати або приєднувати 1 вагову частину Гідрогену, 8 вагових частин Оксигену або еквівалентне число іншого елемента. Еквівалентна маса – це кількість грамів речовини, чисельно рівне його еквіваленту, молярна маса еквівалента речовини (М_екв ) – молярна маса 1 г/екв речовини. Можна використовувати також молярний об'єм еквівалента ( V_екв ) (якщо у реакції бере участь газоподібна речовина) – це об’єм, який займає 1 еквівалент речовини при нормальних умовах.

 Еквіваленти водню і галогенів дорівнюють їх атомним масам, а так як їх молекули двохатомні, то їх V_екв = 11,2 л/моль ( 22,4 : 2), а V_екв кисню = 5,6 л/моль (22,4 : 4).

Зв’язок між еквівалентом (Е) і валентністю (В):

         Аr

Е =     B                    ; Аr = Е ^. В                    знаємо Аr – знаємо елемент.

Закон еквівалентів: маси речовин, які беруть участь у реакції, пропорційні моляним масам цих речовин:

М_{екв речов.}                    m(речовини)

 М екв (Н₂)     =        m  (Н₂)            ;                   

М_{екв речов.}                    m(речовини)

 М екв ( О₂)     =        m  (О₂)            ;            

М_{екв речов.}                    m(речовини)

 V екв (Н₂)     =         V  (Н₂)            ;

М_{екв речов.}                    m(речовини)

 V екв (О₂)     =         V  (О₂)           .

 Еквівалент йона =   Аr :  заряд йона.

Завдання 1. Розрахуйте еквівалент: а) Fe ²⁺ ;  б) Fe³⁺ ; в) Al³⁺ ; г) Ca ²⁺ ;д)K⁺ ;        е) NO₃^- ; є) SO₄ ^2-; ж)PO₃^3-.

 Еквівалент кислоти = Мr : основність (число атомів Н) або  еквівалент (Н) (1) + еквівалент кислотного залишку. Наприклад:

М_екв (Н₂ SO₄) = 98 г/моль : 2 =49г/моль  або   1+ 48(96:2) г/моль = 49 г/моль.

 Завдання 2. Розрахуйте двома способами еквівалент : а) нітратної кислоти, б) ортофосфатної кислоти; в) сульфідної кислоти; г) хлоридної кислоти; д) силікатної кислоти; д) карбонатної кислоти) е) хлоратної кислоти; є) HMnO₄;    ж ) H₂MnO₄;          з) HClO₄.

  Еквівалент основи = Мr : кислотність (число атомів ОН) або дорівнює еквівалент елемента + еквівалент ОН (17). Наприклад:

М_екв (Са(ОН)₂) = 74 : 2 = 37 г/моль  або  20( 40:2) + 17 = 37 г/моль.

Завдання 3. Розрахуйте двома способами еквівалент: а) ферум (ІІІ) гідроксиду; б) ферум (ІІ) гідроксиду; в) натрій гідроксиду; г) хром (ІІІ) гідроксиду; д) магній гідроксиду; е) алюміній гідроксиду; є) плюмбум (ІІ) гідроксиду; ж) калій гідроксиду; з) барій гідроксиду.

Еквівалент оксиду = еквівалент елемента + еквівалент О (8)

Наприклад: М_екв (СаО) = 20 +8 = 28 г/моль.

Завдання 4. Розрахуйте еквівалент : а) магній оксиду; б) алюміній оксиду; в) натрій оксиду; г) хром (ІІІ) оксиду); д) хром (ІІ) оксиду; е) карбон (ІV) оксиду; є) хром (VІ) оксиду.

Еквівалент солі = Мr/ В ^. n    (В – валентність металу; n – число атомів металу у солі) або  дорівнює М_екв (металу) + М_екв (кислотного залишку). Наприклад:

М_екв (Al₂(SO₄)₃)) = 342 : 6 ( 2^. 3) = 57г/моль або 9+ 48 = 57 г/моль.

Завдання 5. Розрахуйте еквіваленти двома способами: ферум(ІІ) фосфату; Б) магній хлориду; в) натрій карбонату; г) алюміній сульфіду; д) хром (ІІІ) сульфату; е) калій перманганату) ; е) калій сульфіду; є) барій фосфату; ж) магній силікату; з) стронцій броміду.

І тип задач. Приклад 1.Назвати елемент за такими даними: масова частка елемента в його оксиді  дорівнює 63,22%.

Розв’язання

Дано:                      1) Припустимо, що взяли 100 г речовини, тоді

W(Е) = 63,22 %             m (Е) = 63,22 г, m (О) = 100 – 63.22 = 36,78 г.

 Е_хО_у                                 За законом еквівалентів:

Е    - ?                    

                                      М_{екв речов.}                  m(речовини)

                                            М екв ( О₂)     =        m  (О₂)          

Хг/моль                       63,22г                                  

                      ==                        ;              Х ==13, 75 г/моль

8 г/моль                      36, 78 г

                                             Аr

2) Використовуючи: Е =   B    ; Аr = Е ^. В    , припустимо, що В (Е) =І, тоді   Аr( Е) =13,75^.1=13,75 – елемента з такою масою не існує.

Припустимо, що валентність Е =ІІ, тоді Аr( Е) =13,75^.2= 27,5 – елемента з такою масою не існує.

Припустимо, що валентність Е =ІІІ, тоді Аr( Е) =13,75^.3= 41,25  – елемента з такою масою не існує.

Припустимо, що валентність Е =ІV, тоді Аr( Е) =13,75^.4= 55 – цей елемент Манган.

Приклад 2. Назвати елемент за такими даними: масова частка елемента у леткій водневій сполуці дорівнює 91,18.

Дано:                             1) Припустимо, що взяли 100 г речовини, тоді

W(Е) = 91,85%             m (Е) = 91,85г, m (Н) = 100 – 91,18г = 8,82  г.

Е_хО_у                                               За законом еквівалентів:

Е – ?

       М_{екв речов.}                 m(речовини)

               М екв (Н₂)     =        m  (Н₂)                    

Хг/моль                       91,18г                                  

1 г/моль     =             8, 82 г        ;    Х = 10,3 г/моль

2) Використовуючи: 

       Аr

Е =       B       ; Аr = Е ^. В    , припустимо, що В (Е) =І, тоді  

         Аr( Е) =10,3^.1=10,3 – елемента з такою масою не існує.

Припустимо, що валентність Е =ІІ, тоді Аr( Е) =10,3^.2= 20,67 – елемента з такою масою не існує.

Припустимо, що валентність Е =ІІІ, тоді Аr( Е) =10,3 ^.3= 30,9   – елемент Фосфор.

Задачі для самостійного розв’язування.

Назвіть елементи за такими даними:

а) оксид елемента містить 74, 08 % Оксигену (  Нітроген  );

б) масова частка Оксигену у оксиді дорівнює 21,23% ( Станум );

в) масова частка елемента у оксиді дорівнює 78,77% ( Станум);

г) масова частка елемента у вищому оксиді дорівнює 60% ( Карбон);

д) масова частка Гідрогену у леткій водневій сполуці елемента дорівнює 12,5 % (Нітроген, враховуючи, що Літій               не утворює летких водневих сполук);

е) масова частка елемента у леткій водневій сполуці дорівнює 0,9412

( Сульфур, перевірити масову частку Н у воді) );

є)масова частка Оксигену у оксиді дорівнює 25,8% ( Натрій);

ж) масова частка Оксигену у елементі 30,48% ( Германій)

ІІ тип задач. Задача 1.  9 г тривалентного металу прореагувало з хлоридною кислотою. І при цьому виділилось 11,2 л водню. Назвіть елемент.

Задача має три варіанти розв’язку (через «стовпчики» (молярна маса, кількість речовини, маса), використовуючи поняття «кількість речовини» і за законом еквівалентів). Я пропоную розв’язування цієї задачі через закон еквівалентів, так як в олімпіадних задачах не вказується валентність елемента, що унеможливлює розв’язання за двома першими способами, коли не можливо записати рівняння реакції.

Розв’язання

1) За законом еквівалентів:

М_{екв речов.}                    m(речовини)

 V екв (Н₂)     =         V  (Н₂)           

Х                                          9г

11,2л/моль      =                11,2л             ;    х= 9г/моль

2) Аr (Е) = Е ^. В = 9 ^. 3 = 27 – елемент Алюміній.

Задача 2. При розчиненні у воді 1,6 г металу утворилось 0, 896 л (н.у.) водню. Який це метал?

Розв’язання

1) За законом еквівалентів:

М_{екв речов.}                    m(речовини)

 V екв (Н₂)     =         V  (Н₂)           

Х                                          1,6г

11,2л/моль      ==                 0,896 л        ;      х= 20 г/моль

2) Аr (Е) = Е ^. В, якщо В(Ме) =1 – нема елемента,

Якщо В(Ме) =2, то 20^. 2 = 40 – елемент Кальцій.

Задача 3. При взаємодії оксиду невідомого металу масою 1,2 г з воднем утворилось 0, 27 г води визначте елемент.

Розв’язання

1) За законом еквівалентів:

М_{екв МеО.}                        m(МеО)

М екв (Н₂О )     =         М  (Н₂О)           

Х+8                                          1,2 г

1 + 8 г /моль      =                0,27 г        ;                         х= 40 г/моль

2)

Аr (Ме) = 40 – 8 = 32 – такого металу не існує;

Якщо В(Ме) = 2, то 32 ^. 2 = 64 – Купрум.

Задачі для самостійного розв’язання.

1. Масова частка Оксигену в оксиді невідомого елементу становить 31,58%. Визначте цей елемент (Хром).

2. Масова частка металу в його хлориді становить 36%. Визначте форму­лу хлориду (кальцій хлорид).

3. При взаємодії 1,3 г гідроксиду невідомого металу із сульфатною кис­лотою утворилось 2,85 г солі. Визначте метал ( Алюміній).

4.При взаємодії 2,7 г оксиду невідомого металу з нітратною кислотою одержали 6,3 г солі. Визначте хімічну формулу одержаної солі ( Цинк нітрат).

5. Використавши 290 г гідроксиду невідомого металу, одержали його бромід масою, у 3,17 разу більшою від використаного гідроксиду. Ви­значте невідомий метал, що входив до складу гідроксиду ( Магній).

6. При спалюванні 12 г металу X у надлишку кисню одержали 22,67 г йо­го оксиду. Визначте молярну масу еквівалентів металу X (9 г/моль).

7. Масова частка невідомого елемента в його сполуці з Оксигеном стано­вить 50%. Визначте, що це за елемент (Сульфур).

8. При взаємодії 2,5 г карбонату невідомого металу з нітратною кисло­тою одержали 4,1 г нітрату цього металу. Визначте молярну масу екві­валентів металу (20 г/моль).

9. Відомо, що 7 г невідомого металу заміщує 0,215 г Гідрогену з кислоти. Визначте метал ( Цинк).

10. При розчиненні 16,25 г металу в хлоридній кислоті виділилось 5,6 дм³ газу (н.у.). Що це за метал? Визначте молярну масу його еквівалентів ( Цинк, 32,5 г/моль).

11.Невідомий метал масою 19,2 г розчинили в нітратній кислоті, одержав­ши при цьому 56,4 г солі. Визначте молярну масу еквівалентів металу ( 32 г/моль).

Використана література:

1. Березан О. Збірник задач з хімії. – Тернопіль: Підручники і посібники, 2005. – 320 с.
2. Бочкарьов А.Д., Жикол О.А., Красовська М.В. Хімія. Довідник з прикладами розв’язання задач. – Х.: Веста, 2011. – 416 с.
3. Дубковецька Г., Ніколайчук В., Ніколайчук В.. Збірник задач з хімії для учнів середніх загальноосвітніх навчальних закладів. – Тернопіль: Підручники і посібники, 2002. – 144 с.
4. Середа И.П. Конкурсные задачи по химии. В помощь поступающим в вузы. – Вища школа, 1974. – 208 с.
5. Фрадіна Н.В., Данильченко В.Є. Хімія, 9 клас. – Х., 2004. – 96 с.
6. Ярошенко О.Г., Новицька В.І. Завдання і вправи з хімії: Навчальний посібник. Вид 6-е., виправлене, доповнене, з прикладами розв’язків задач. К.:Станіца-Київ, 2007. – 294 с.