Скачать все материалы по проекту
Аннотация
Актуальность: Ежегодно старшеклассники сдают ЕГЭ по химии. Наиболее проблематичной темой в экзамене является органическая химия, в которую входят не только теория, но и решение задач на вывод формул органических соединений. Задумавшись над проблемой, я хочу составить алгоритм решения данных задач для успешного выполнения ЕГЭ.
Гипотеза: Можно ли создать алгоритм решения задач на нахождение молекулярной формулы вещества?
Цель: Создание буклетов с алгоритмом решения задач части С.
Задачи:
- Исследовать несколько задач по химии на вывод формул органического вещества.
- Определить разновидности данных задач.
- Выявить сущность задач.
- Создать алгоритм их решения по разновидностям.
- Создать ключ решения и буклеты с алгоритмом выполнения заданий.
Этапы работы над проектом:
- Исследование информации об общих формулах веществ разных классов.
- Решение задач на нахождение молекулярной формулы вещества.
- Распределение задач по типам.
- Выявить сущность выполнения данных заданий.
- Определение алгоритма и ключа решения задач на вывод формул органического соединения.
- Создание проектных продуктов – буклетов.
- Рефлексия.
Вид: монопредметный, информационный.
Тип: краткосрочный.
Заказчик проекта: МБОУ СОШ п.Дружба
Основная статья
Ежегодно практически все выпускники школ сдают ЕГЭ по химии. При оценке тестов экзамена я поняла, что наиболее сложными являются задания С5, темой которых служит предмет органической химии. Здесь требуется не только теория, но и решение задач на нахождение молекулярной формулы вещества.
Для того чтобы облегчить выполнение заданий на ЕГЭ, я решила составить алгоритм решения задач на вывод формулы органического соединения. Но для начала вывела гипотезу и поставила цель проекта:
Гипотеза: Можно ли создать алгоритм решения задач на нахождение молекулярной формулы вещества?
Цель: создание буклетов с алгоритмом решения задач части С.
Передо мной стояло несколько задач:
- Исследовать несколько задач по химии на вывод формул органического вещества.
- Определить разновидности данных задач.
- Выявить сущность задач.
- Создать алгоритм их решения по разновидностям.
- Создать ключ решения и буклеты с алгоритмом выполнения заданий.
I этап. «Информационный»
Итак, для осуществления своей цели я изучила несколько задач на нахождение молекулярной формулы органического соединения.
Для начала – исследовала общие формулы веществ разных классов:
Класс органических веществ | Общая молекулярная формула |
Алканы | CnH2n+2
|
Алкены | CnH2n
|
Алкины | CnH2n-2
|
Диены | CnH2n-2
|
Гомологи бензола | CnH2n-6
|
Предельные одноатомные спирты | CnH2n+2O
|
Многоатомные спирты | CnH2n+2Ox
|
Предельные альдегиды | CnH2nO
|
Кетоны | CnH2nO
|
Фенолы | CnH2n-6O
|
Предельные карбоновые кислоты | CnH2nO2
|
Сложные эфиры | CnH2nO2
|
Амины | CnH2n+3N
|
Аминокислоты | CnH2n+1NO2
|
II этап: «Обработка информации по данной проблеме»
Далее рассмотрела несколько задач на вывод формулы органического соединения:
Пример 1.
Определить формулу вещества, если оно содержит 84,21% С и 15,79% Н и имеет относительную плотность по воздуху, равную 3,93.
Решение примера 1.
1.
Пусть масса вещества равна 100г.
Тогда масса С будет равна 84,21г, а масса Н — 15,79 г.
2.
Найдём количество вещества каждого атома:
V(C) = m / М = 84,21 /12 = 7,0175 моль,
V(H) = 15,79 / 1 = 15,79 моль.
3.
Определяем мольное соотношение атомов С и Н:
С : Н = 7,0175 : 15,79 (сократим оба числа на меньшее) = 1: 2,25 (домножим на 4) = 4 : 9.
Таким образом, простейшая формула — С4Н9.
4.
По относительной плотности рассчитаем молярную массу:
М = D(возд.) * 29 = 114 г/моль.
Молярная масса, соответствующая простейшей формуле С4Н9 — 57 г/моль, это в 2 раза меньше истинно молярной массы.
Значит, истинная формула — C8H18
Ответ: C8H18
Пример 2.
Определить формулу алкина с плотностью 2,41 г/л при нормальных условиях.
Решение примера 2.
Общая формула алкина СnН2n-2.
Как, имея плотность газообразного алкина, найти его молярную массу? Плотность р — это масса 1 литра газа при нормальных условиях.
Так как 1 моль вещества занимает объём 22,4 л, то необходимо узнать, сколько весят 22,4л такого газа:
М = (плотность р) * (молярный объём Vm) = 2,41 г/л * 22,4 л/моль = 54 г/моль.
Далее, составим уравнение, связывающее молярную массу и n:
14 * n — 2 = 54, n = 4.
Значит, алкин имеет формулу C4H6
Ответ: C4H6
Пример 3.
Определить формулу предельного альдегида, если известно, что 3*1022 молекул этого альдегида весят 4,3г.
Решение примера 3.
В этой задаче дано число молекул и соответствующая масса. Исходя из этих данных, нам необходимо вновь найти величину молярной массы вещества.
Для этого нужно вспомнить, какое число молекул содержится в 1 моль вещества.
Это число Авогадро: Na = 6,02*1023 (молекул).
Значит, можно найти количество вещества альдегида: ‘
V = N / Na = 3*1022 / 6,02*1023 = 0,05 моль, и молярную массу:
М = m / n = 4,3 / 0,05 = 86 г/моль.
Далее, как в предыдущем примере, составляем уравнение и находим п.
Общая формула предельного альдегида СnН2nО, то есть М = 14n + 16 = 86, n = 5.
Ответ: С5Н10О, пентаналь.
Пример 4.
448 мл (н. у.) газообразного предельного нециклического углеводорода сожгли, и
продукты реакции пропустили через избыток известковой воды, при этом образовалось 8г осадка. Какой углеводород был взят?
Решение примера 4.
1.
Общая формула газообразного предельного нециклического углеводорода (алкана) — СnН2n+2 .
Тогда схема реакции сгорания выглядит так:
СnН2n+2 + О2 —► СО2+ Н2О
Нетрудно заметить, что при сгорании 1 моль алкана выделится п моль углекислого газа.
Количество вещества алкана находим по его объёму (не забудьте перевести миллилитры в литры!):
V(CnH2n+2) = 0,488 / 22,4 = 0,02 моль.
2.
При пропускании углекислого газа через известковую воду Са(ОН)г выпадает осадок карбоната кальция:
СO2 + Са(ОН)2 = СаСОз + Н2O
Масса осадка карбоната кальция — 8г, молярная масса карбоната кальция 100 г/моль.
Значит, его количество вещества у (СаСО3) = 8 / 100 = 0,08 моль.
Количество вещества углекислого газа тоже 0,08 моль.
3.
Количество углекислого газа в 4 раза больше чем алкана, значит формула алкана С4Н10.
Ответ: С4Н10.
Пример 5.
Относительная плотность паров органического соединения по азоту равна 2. При сжигании 9,8г этого соединения образуется 15,68л углекислого газа (н. у) и 12,6г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.
Решение примера 5.
Так как вещество при сгорании превращается в углекислый газ и воду, значит, оно состоит из атомов С, Н и, возможно, О. Поэтому его общую формулу можно записать как CxHyOz.
1.
Схему реакции сгорания мы можем записать (без расстановки коэффициентов):
CxHyOz + O2 —► СО2 + Н2O
Весь углерод из исходного вещества переходит в углекислый газ, а весь водород — в воду.
2.
Находим количества веществ СО2 и Н2О, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится:
V (CO2) = V / Vm = 15,68 / 22,4 = 0,7 моль.
На одну молекулу СО2 приходится один атом С, значит, углерода столько же моль, сколько СО2.
V(С) = 0,7 моль
V(H2O) = m / M = 12,6 /18 = 0,7 моль.
В одной молекуле воды содержатся два атома Н, значит количество водорода в два раза боль воды.
V(H) = 0,7 * 2 = 1,4 моль.
3.
Проверяем наличие в веществе кислорода. Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы С и Н. т(С) = 0,7 * 12 = 8,4 г, m(Н) = 1,4 * 1 = 1,4г Масса всего вещества 9,8г.
m(О) = 9,8 — 8,4 — 1,4 = 0, т.е.в данном веществе нет атомов кислорода.
Если бы кислород в данном веществе присутствовал, то по его массе можно было бы найти количество вещества и рассчитывать простейшую формулу, исходя из наличия трёх разных атомов.
4.
Дальнейшие действия вам уже знакомы: поиск простейшей и истинной формул.
С : Н = 0,7 : 1,4 = 1 : 2
Простейшая формула СН2.
5.
Истинную молярную массу ищем по относительной плотности газа по азоту (не забудьте, что азот состоит из двухатомныхмолекул N2 и его молярная масса 28 г/моль):
Мист. = Dпо N2 * M(N2) = 2 * 28 = 56 г/моль.
Истиная формула СН2, её молярная масса 14.
56/14 = 4.
Истинная формула С4Н8.
Ответ: С4Н8.
Пример 6.
Определите молекулярную формулу вещества, при сгорании 9 г которого образовалось 17,6 г СO2, 12,6 г воды и азот. Относительная плотность этого вещества по водороду — 22,5. Определить молекулярную формулу вещества.
Решение примера 6.
1.
Вещество содержит атомы С,Н и N. Так как масса азота в продуктах сгорания не дана, её надо будет рассчитывать, исходя из массы всего органического вещества. Схема реакции горения: CxHyNz + 02 —► СО2 + Н20 + N2
2.
Находим количества веществ С02 и Н20, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится:
V(CO2) = m / М = 17,6 / 44 = 0,4 моль. V(C) = 0,4 моль.
V(H2O) = m / М = 12,6 /18 = 0,7 моль. V(H) = 0,7 * 2 = 1,4 моль.
3.
Находим массу азота в исходном веществе.
Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы С и Н.
m(С) = 0,4 * 12 = 4,8 г, m(Н) = 1,4 * 1 = 1,4 г
Масса всего вещества 9,8 г.
m(N) = 9 — 4,8 — 1,4 = 2,8 г, V(N) = m /М = 2,8 /14 = 0,2 моль.
4.
С : Н : N = 0,4 : 1,4 : 0,2 = 2 : 7: 1 Простейшая формула — C2H7N.
Истинная молярная масса
М = Dn0 Н2 * М(Н2) = 22,5 • 2 = 45 г/моль.
Она совпадает с молярной массой, рассчитанной для простейшей формулы. То есть это и есть истинная формула вещества.
Ответ: C2H7N.
Пример 7. Определить формулу алкадиена, если г его могут обесцветить 80 г 2%-го раствора брома.
Решение примера 7.
1.
Общая формула алкадиенов — СnН2n-2.
Запишем уравнение реакции присоединения брома к алкадиену, не забывая, что в молекуле диена две двойные связи и, соответственно, в реакцию с 1 моль диена вступят 2 моль брома:
СnН2n-2 + 2Вr2 —► СnН2n-2 Вr4
2.
Так как в задаче даны масса и процентная концентрация раствора брома, прореагировавшего с диеном, можно рассчитать количества вещества прореагировавшего брома:
m(Вr2) = mраствора * ω = 80 * 0,02 = 1,6г
V(Br2) = m/ M = 1,6/160 = 0,01 моль.
3.
Так как количество брома, вступившего в реакцию, в 2 раза больше, чем алкадиена, можно найти количество диена и (так как известна его масса) его молярную массу:
СnН2n-2 + 2 Вr2 —► СnН2n-2 Вr4
4.
Мдиена = m / v = 3,4 / 0,05 = 68 г/моль.
5.
Находим формулу алкадиена по его общей формул, выражая молярную массу через n:
14n — 2 = 68
n = 5.
Это пентадиен C5H8.
Ответ: C5H8.
Пример 8.
При взаимодействии 0,74г предельного одноатомного спирта с металлическим натрием выделился водород в количестве, достаточном для гидрирования 112мл пропена (н. у.). Что это за спирт?
Решение примера 8.
1.
Формула предельного одноатомного спирта — CnH2n+1OH. Здесь удобно записывать спирт в такой форме, в которой легко составить уравнение реакции — т.е. с выделенной отдельно группой ОН.
2.
Составим уравнения реакций (нельзя забывать о необходимости уравнивать реакции):
2СnН2n+1 ОН + 2Na —► 2CnH2n+1ONa + Н2
С3Н6 + Н2 —► С3Н8
3.
Можно найти количество пропена, а по нему — количество водорода. Зная количество водорода, по реакции находим количество вещества спирта:
V(C3H6) = V / Vm = 0,112 / 22,4 = 0,005 моль => v(H2) = 0,005 моль,
Успирта = 0,005 * 2 = 0,01 моль.
Находим молярную массу спирта и n:
Мспирта = m / v = 0,74 / 0,01 = 74 г/моль,
14n + 18 = 74
14n = 56
n = 4.
Спирт — бутанол С4Н7ОН.
Ответ: С4Н7ОН.
Пример 9.
Определить формулу сложного эфира, при гидролизе 2,64г которого выделяется 1,38г спирта и 1,8 г одноосновной карбоновой кислоты.
Решение примера 9.
1.
Общую формулу сложного эфира, состоящего из спирта и кислоты с разным числом атомов углерода можно представить в таком виде:
СnН2n+1 COOCmH2m+1
Соответственно, спирт будет иметь формулу
СmН2m+1ОН, а кислота
СnН2n+1 COOH
Уравнение гидролиза сложного эфира:
СnН2n+1 COOCmH2m+1 + Н2О —► СmН2m+1ОН + СnН2n+1 COOH
2.
Согласно закону сохранения массы веществ, сумма масс исходных веществ и сумма масс продуктов реакции равны.
Поэтому из данных задачи можно найти массу воды:
mH2O = (масса кислоты) + (масса спирта) — (масса эфира) = 1,38 + 1,8 — 2,64 = 0,54г
VH2O = m / М = 0,54 /18 = 0,03 моль
Соответственно, количества веществ кислоты и спирта тоже равны моль.
Можно найти их молярные массы:
Мкислоты = m / v = 1,8 / 0,03 = 60 г/моль,
Мспирта = 1,38 / 0,03 = 46 г/моль.
Получим два уравнения, из которых найдём тип:
МСnН2n+1 COOH = 14n + 46 = 60, n = 1 — уксусная кислота
MСmН2m+1ОН = 14m + 18 = 46, m = 2 — этанол.
Таким образом, искомый эфир — это этиловый эфир уксусной кислоты, этилацетат.
Ответ: СН3СООС2Н5.
Вывод: Из анализа решения задач видно, что их можно разделить на несколько типов.
IIIэтап. «Типология задач»
Глядя на данные задачи, видно, что делятся они на три типа:
— по массовым долям химических элементов (примеры №1,2,3);
— по продуктам сгорания (примеры №4,5,6);
— по химическому уравнению (примеры №7,8,9).
IVэтап. «Выявление сущности задач»
Исходя из этого, видна сущность каждого типа заданий.
I-ый тип: вместо класса вещества указаны массовые доли элементов;
II-ой тип: указаны масса вещества, массы и объемы продуктов его сгорания;
III-ий тип: указан класс искомого вещества, массы и объёмы двух участников реакции.
Vэтап. «Создание алгоритма решения задач»
Для того чтобы легче выполнять задачи по химии на нахождение молекулярной формулы вещества, я создала алгоритм их решения:
Алгоритм решения задач I-ого типа (по массовым долям элементов):
- Найти мольное отношение атомов в веществе
(отношение индексов есть отношение частных от деления массовой доли элемента на его относительную атомную массу);
- Используя молярную массу вещества, определить формулу.
Алгоритм решения задач II-ого типа (по продуктам сгорания):
- Найти количество вещества элементов в продуктах сгорания
(C, H, O, N, S и других);
- Их отношение есть отношение индексов.
Алгоритм решения задач III-ого типа (по химическому уравнению):
- Составить общие формулы веществ;
- Молярные массы выразить через n;
- Приравнять количества веществ с учётом коэффициентов.
VIэтап. «Создание ключа»
Помимо этого, для того, чтобы лучше запомнить правила, необходим и ключ решений задач на вывод формулы органического соединения:
I-ый (нахождение формулы органического соединения по массовым долям химических элементов):
Для AxByCz :
x:y:z = ω(A) / Ar (A) : ω(B) / Ar (B) : ω(С) / Ar (С)
II-ый (нахождение формулы органического соединения по продуктам сгорания):
Для вещества CxHyNz :
x:y:z = v (CO2):2v(H2O):2v(N2)
III-ий (нахождение формулы органического соединения по химическому уравнению):
Для процесса CnH2n —► CnH2n+1OH:
m(алкена)/ 14n = m(спирта)/ (14n+18)
VIIэтап. «Создание проектного продукта — буклета»
Заключительным этапом стало создание буклетов. Вот такие буклеты я раздала своим одноклассникам (приложение):
VIIIэтап. «Рефлексия»
На открытом уроке-игре по обобщению кислородсодержащих органических соединений я предложила алгоритм для решения задач на нахождение молекулярной формулы вещества в буклетах. Ребята были рады получить буклеты. Теперь им не доставят проблем задания С5 на ЕГЭ!
Список литературы:
- О.С. Габриелян. Химия. 10 класс. Базовый уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений / О.С. Габриелян. – 5-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2009.
- http://infobusiness2.ru/node/16412
- http://www.liveedu.ru/2013/03/
Добавить комментарий