Математический подход к решениям задач на практических занятиях по химии

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены премеры решения задач по теме “Растворы”, инновационный метод к обучению курса «Химия» для студентов направления “Технология пищевых продуктов”.

ABSTRACT

This article presents the premieres of solving problems on the topic “Solutions”, an innovative method for teaching the course “Chemistry” for students of the direction “Food Technology”.

Ключевые слова: задача, метод, побочные вещества, примеси, госсипол, соапсток, экстракционное.

Keywords: task, method, by-products, impurities, gossypol, soap stock, extraction.

Курс "Химия", который преподают в технических вузах, является одной из основных профессиональных дисциплин, которая предназначена для подготовки будущих инженеров и технологов в области пищевых технологий к созданию конкурентоспособного персонала. Сосредоточение дидактического потенциала этого предмета на содержании и деятельности будущих профессий студентов служит для успешного выполнения этой задачи.

Помимо изучения химических свойств многих неорганических и органических веществ, которые определены в программе курса «Химия», важно работать над химическими проблемами, трудно освоить теоретическую часть, не зная, как работать с химическими проблемами. При изучении курса «Химия», преподаваемого в технических вузах, развитие навыков решения задач у «инженеров-технологов пищевых технологий» имеет большое значение не только в учебном процессе, но и в техническом процессе.

В преподавании курса «Химия» используются различные методы работы с химическими задачами. Для этого студенты должны быть знакомы с их начальными значениями и обладать навыками. Большинство химических задач в курсе «Химия» связаны с растворами, которые преподаются различными методами.

Состав раствора состоит из растворенных веществ и растворителей, растворенных веществ в растворе:

1) отношение растворенного вещества к раствору;

2) отношение количества растворенного вещества к объему раствора;

3) отношение эквивалентного количества растворенного вещества к объему раствора;

4) масса растворенного вещества в 1 мл раствора;

по этим значеним задачи решаются  четырьмя способами.

Вначале как пример можно рассмотреть задачу отношения растворенного вещества к раствору:

Задача №1. Рассчитайте массу (в граммах) исходного раствора, если концентрация раствора увеличилась на 15%, когда 37,5 грамма растворенного вещества было добавлено к раствору, содержащему 10 граммов растворенного вещества.

В этом случае есть 2 неизвестных значения:

1) масса исходного раствора;

2) начальная концентрация раствора.

Мы обозначаем данные неизвестные значения через "x" и "у". В соответствии с приведенным выше определением мы получаем значение «у» (концентрация раствора) по отношению массы растворенного вещества (10 г) к массе раствора «х» (раствора) по отношению растворенного вещества к раствору:

 ;                                                                                       (1)

В результате добавления в раствор 37,5 г соли концентрация раствора увеличилась на 15%. В процессе обработки задачи мы упрощаем задачу, принимая процентное значение 0,15 в массовой доле:

                                                                            (2)

В следующем этапе решения мы определим значения; (10 + 37,5) 47,5 г массы растворенного вещества в свежем растворе; «у» - концентрация исходного раствора, мы используем (1) для нового раствора;

                                                                          (3)

В следующих этапах мы находим сумму правой части уравнения:

                                                                          (4)

47,5x=(x+37,5)(10+0,15x)

0,15x² -31,875x+375=0

x² - 212,5x+2500=0

                                              (5)

Итак, согласно результатам, масса исходного раствора оказалась равной 200 граммам.

Задача№2: (Решение проблемы по соотношению количества растворенного вещества в растворе к объему раствора) 200 мл 20% раствора серной кислоты (r=1,4 г/мл) смешивали с 400 мл 60% раствора серной кислоты (r=1,5 г/мл). Рассчитайте молярную (м/л) концентрацию полученного раствора (r =1,37 г/мл).

Суть задачи в том, что необходимо рассчитать молярную (моль/л) концентрацию нового раствора в результате смешивания двух разных концентрационных растворов, для которых рассчитывают массу (г) первых двух растворов и массу (г) растворенных веществ в растворе. Получена сумма как растворов, так и растворенных веществ. Чтобы определить молярную (моль / л) концентрацию раствора, находим отношение количества растворенного вещества к объему нового раствора (л).

Расчет по 1-му раствору:

m₁=v*p=200 ml*1,4 g/ml=280 gr

m₂=m₁*0,2 = 280 g *0,2 = 56 gr

Расчет по 2-му раствору:

m₁=v*p=400ml*1,5g/ml =600gr

m₂=m₁*0,6 =600 gr *0,6=360 gr

массы раствора и растворенных веществ в новом растворе:

m₁= m₁₊ m1=280gr+600 gr = 880gr

m₂= m₂+ m₂= 56gr+360 gr=416 gr

Для определения молярной (моль/л) концентрации определяем объем раствора (мл), который представляет собой отношение массы нового раствора к его плотности:

Рассчитав объем 642 мл, находим молярность раствора:

С_m/l= 

Следовательно, молярная (м / л) концентрация полученного нового раствора оказалась равной 6,61.

Эта задача также может быть решена с помощью второго более простого метода, мы сначала находим процент (%):

C_%= *100% =  47,3 %

Мы используем эту формулу:

Сm *Мr =C_%*p*10;

Cm = 

Такие простые методы также могут облегчить решение задач.

Задача №3.  Константа гидролиза цианида калия составляет 1,58*10^-5. Определить степень гидролиза и рН 0,1 М раствора цианида калия.

Вопросы решения выражены во всех темах курса «Химия», мы рассмотрим через этот вопрос:

КCN +HOH  → K ⁺ + OH ^- +  HCN

К =  

α ²=1,58*10^-5(1- α)

α ²+1,58*10^-4 α -1,58*10^-4 =0

; 1,26%

из которого мы рассчитываем на основе десятичного логарифма, чтобы найти значение рН

lg[OH^-] = -2,9; lg [H⁺] =-(14-2,9) = -11,1;

pH=11,1

Задача №4. 9,2 г щелочного металла растворяли в воде с образованием 200 г 8% раствора. Определите щелочной металл, растворенный в воде.

Эта задача также относится к растворам, это можно увидеть из данной концентрации раствора; в этом случае мы также определяем массу растворенного вещества, образовавшегося в растворе:

100 gr ― 8 gr; 200 gr― x gr

x=

составим уравнение данной задачи

2Me + 2HOH = 2MeOH + H₂↑

9,2gr     36x        16        2x

мы решаем уравнение алгебраическим методом согласно закону сохранения массы:

9,2 +36x = 16 + 2x

36x-2x  = 16 -  9,2

34x  =  6,8

x = 0,2

олинган “х” қиймат, олинган модданинг миқдори (моли) бўлиб, моддаринг массасини ушбу формула билан топамиз; М = m/n=9,2/0,2=46 gr /2 =23 олинган модда натрий метали эканлигини аниқладик.

полученное значение «х» представляет собой количество (вещество) полученного вещества, находим массу вещества по этой формуле; Мы обнаружили, что полученное вещество М=m/n=9,2/0,2 = 46 г/2 = 23 было металлическим натрием.

Решения задач по растворам также представлены в электрохимических процессах, поэтому можно рассмотреть также следующие вопросы.

Задача №3. Если 100 мл раствора, содержащего нитрат меди (II) и нитрат серебра, в течение 4825 секунд подвергали электролизу  током силой 0,8 А на катоде высвобождалось всего 2,04 г обоих металлов. Рассчитайте концентрацию солей в исходном растворе (м/л).

В этом случае мы сначала строим процесс электролиза в соответствии с законами Фарадея и находим количество (молей) исходных материалов;

M= =

Зная эквивалентность металлов, выделяющихся на катоде, мы определяем массу металлов в смеси с неизвестными значениями «х» и «у»; x + у = 2,04, и мы решаем уравнение, определяя их количество x + у = 0,04;  

32х + 32у = 1,28

76у=0,76

у= 0,01

х=0,03

полученные значения являются молярными концентрациями веществ в растворе, находим молярную (м / л) концентрацию веществ в растворе, чтобы найти молярную концентрацию раствора, мы соотносим количество веществ в растворе с объемом раствора (объем исходного раствора 100 мл / 1000 = 0,1 л);

С_М =

C_М = = 0,1 М

Эти задачи являются инновационным подходом к преподаванию курса «Химия» в напралении «Технология пищевых продуктов», теоретические знания используются на практических занятиях.

Список литературы:
1. Середа И. П. Сборник задач по химии.
2. Ёриев О.М. Шарипов М.С. Сборник задач и упражнений по общей и неорганической химии. В. В. Кузнецов Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва. Соросовский образовательный журнал, Том 7, №4, 2001
3. Номенклатурные правила ИЮПАК по химии. М.: ВИНИТИ, 1979. Т. 1, п/т. 2: Рекомендации по терминологии и обозначениям аналитической химии. 660 с.
4. Бейтс Р. Определение рН: Теория и практика. Л.: Химия, 1972. 398 с.
5. Подлепецкий Б.И., Фоменко С.В., Шальнов А.В. Исследование микроэлектродных первичных преобразователей концентрации ионов водорода. Препр. МИФИ. М., 1986.