ЕРІТІНДІЛЕР ТАҚЫРЫБЫНА АРНАЛҒАН ОЛИМПИАДАЛЫҚ ЕСЕПТЕРДІ ШЕШУ ӘДІСТЕРІ
Нұрсапа Нұрбай
Астана қаласы №66 мектеп-лицейінің химия пәні мұғалімі
Мектеп химиясындағы қызықты, күрделі әрі ең көп кездесетін ерітінділер тақырыбына арналған химия пән олимпиадасының аудандық, обылыстық және республикалық деңгейінде берілген есептердің ешуәдістерінің әр түрлі жолын қарасытруды жөн санадық.
1 Есеп: Натрий нитритінен тұратын сулы ерітіндінің 15,0 грамында 4,8∙1023 оттек атомы бар екені белгілі болса, онда сол ерітіндідегі натрий нитритінің массалық үлесін табыңыз.
Шешуі: Бұл есепте химиялық реакция орындалмайды. Математикалық айнымалылар енгізіп, теңдеулер жүйесі арқылы шешу ыңғайлы.
Ерітдідегі судың зат мөлшерін –𝑥 , ал натрий нитритінің зат мөлшерін – 𝑦 деп алсақ, онда:
𝑥 моль (Н2О) молекуласында . . . 𝑥 моль (О) атомы бар 𝑦 моль (NaNО2) молекуласында . . . .2𝑦 моль (О) атомы бар Оттегі атомының жалпы зат мөлшері 0,8моль екенін ескеріп, келесі теңдеуді жазуға болады.
𝑥 + 2𝑦 = 0,8 (1)
Ал, 𝑚 = 𝜈 ∙ 𝑀 формуласы бойынша, ерітіндінің жалпы массасын келесі теңдеу арқылы өрнектеуге болады.
18 𝑥 + 69у = 15 (2)
Жоғарыдағы (1) және (2) теңдеулерді біріктіріп теңдеулер жүйесін құрып, айнымалылардың мәнін табайық.
𝑥 + 2𝑦 = 0,8 18 𝑥 + 69у = 15
Осыдан: 𝑥 = 0,764моль ; 𝑦 = 0,018моль;
бұдан: m(NaNО2) = 0,018моль ∙ 69 г/моль = 1,242г ω(NaNО2) = 1,242
15 ∙ 100% = 8,36%
Жауабы: ω(NaNO2) = 8,36%
2 Есеп:Молярлық концентрациясы 0,6 моль/л , 200мл алюминий нитраты ерітіндісі мен массалық үлесі 0,12 болатын 123,9 мл натрий гидроксидінің ерітіндісін (тығыздығы 1,13 г/мл) араластырған. Алынған қоспаны буландырған және жоғары температурада қыздырғаннан кейін қалған қатты қалдықтағы оттегі элементінің массалық үлесін табыңыз.
Есепті шығарудан бұрын есептің химиялық және математикалық бөлімін талдап алайық.
Есептің шарты бойынша есептеулерді екі бөлікке бөлуге болады.
Бірінші бөлім: Бейорганикалық қосылыстардың әр түрлі екі класына жататын зат (түз және сілті) ерітінділері араластыру.
1) Ерітінділерде бар заттар:Al(NO3)3, NaOH және H2Oарасында қандай химиялық реакциялар жүруі мүмкін?
2) Екі ерітіндінің арасында жүретін химиялық реакцияда реагенттің біреуі артық мөлшерде алынған болуы мүмкін. Егер біреуі артық мөлшерде алынса, артық реагент түзілген реакция өнімдерінмен әрекеттесе алады ма?
Осы екі сұрақ негізінде екі ерітіндіні араластырғаннан кейін мүмкін болатын барлық химиялық реакция теңдеулерін жазып есептеулер жүргіземіз.
Екінші бөлім: Буландыру және жоғары температурада қыздыру.
3) Ерітіндіні буландырудан кейін еріген заттар ғана қалады. Осы қалған заттардың темиялық тұрақтылығы қандай? Олар термиялық тұрақсыз заттар болса, қандай химиялық реакциялар жүруі мүмкін?
Осы сұрақ негізінде термиялық ыдыраудан қалған қатты қалдықтың жалпы массасын және сол қалдықтағы оттегі элементтінің жалпы массасын анықтаймыз. Алынған нәтиже арқылы есептің шартында сұралған есептеуді орындаймыз.
Шешуі: Екі реагенттің ерітінділеріндегі зат мөлшерін табамыз.
𝜐[Al(NO3)3] = Cm · Vер.ді = 0,2 л · 0,6 моль/л = 0,12 моль 𝜐 NaOH = 𝜌∙𝑉ер.ді∙𝜔
М NaOH =123,9 мл · 1,13 г мл· 0,12 40 г
моль
= 0,42 моль
Реагенттердің зат мөлшері арқылы олардың қайсысы артық мөлшерде екендігін анықтаймыз. Олар Теңдеудегі стехиометриялық коэффициенттері бойынша: 𝜐[Al NO3)3 : 𝜈(NaOH) : = 1: 3 қатынасындай мөлшерде әрекеттеседі.
𝜈(Берілгені) моль: 0,12 0,42
+ (1)
𝜈(Жұмсалғаны) моль: 0,12 0,36 𝜈(Түз-ні) 0,12 0,36 𝛥𝜈(хр-дан кейін) моль: 0 0,06 0,12 0,36
𝛥𝜈(Қалғаны) = 𝜈(Берілгені) − 𝜈(Жұмсалғаны)
Натрий гидроксиді артық мөлшерде берілген. Ол өнімдердегі алюминий гидроксидімен әрекеттесе алады.
𝜈(Берілгені) моль: 0,12 0,06
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al OH)4 (2) 𝜈(Жұмсалғаны) моль: 0,06 0,06 𝜈(Түз-ні) 0,06 𝛥𝜈(хр-дан кейін) моль: 0,06 0 0,06
Бастапқы берілген реагенттер бойынша, ерітіндіде екі химиялық реакция жүреді. Ең соңғы ерітіндіде қалған заттар:
ν NaNO3 = 0,36моль; ν[Al(OH)3] = 0,06моль; ν Na[Al(OH)4 ] = 0,06моль және H2O
Осы заттар бар ерітіндіні буландырып, жоғары температурада қыздырғанда бірнеше айырылу реакциясы жұреді:
𝜈 (Берілгені): 0,36моль
2NaNO3 t° 2NaNO2 + O2 ↑ (3) 𝜈(Әрекеттескені): 0,36моль 𝜈(Түз-ні): 0,36 моль
𝜈(Берілгені): 0,06 моль (4)
𝜈(Әрекеттескені): 0,06 моль 𝜈(Түз-ні): 0,06 моль 𝜈 (Берілгені): 0,06 моль (5)
𝜈(Әрекеттескені): 0,06 моль 𝜈(Түз-ні): 0,03 моль Қыздырудан кейін қалған заттар массасы:
m(NaNO2) = 0,36моль ∙ 69 г/моль = 24,84 г m(NaAlO2) = 0,06 моль ∙ 82 г/моль = 4,92 г
m(Al2O3) = 0,03 моль ∙ 102 г/моль = 3,06 г m(қалдықтың жалпы массасы) = 24,84 г + 4,92 г + 3,06 г = 32,82 г
Қалдық заттардағы оттектің зат мөлшері:
1 моль (Al2O3) … … … . . . 3 моль (О) бар 0,03 моль (Al2O3) … … … . . . 0,09 моль (О) бар
𝜈(О) = 0,72 + 0,12 + 0,09 = 0,93 моль m(О) = 0,93 моль · 16 г/моль = 14,88 г ω(О) = 14,88 г / 32,82 г = 0,4534
Жауабы: ω(О) = 45,34 %
3 Есеп: Үш тұзды 100 г суда еріткенде тығыздығы 1,1 г/мл және құрамындағы галоген, аммоний және натрий иондарының массалық үлестері бірдей болатын ерітінді алынған. Ерітіндідегі нитрат иондарының молярлық концентрациясы калий иондарының молярлық концентрациясынан артық, ал ацетат иондарының молярлық концентрациясы 1моль/л және калий иондарының молярлық концентрациясынан кем болып шыққан. ерітіндіні дайындауға алынған тұздардың массаларын анықтаңыз.
(РХО-2013ж. Талдықорған. 9 сынып)
Шешуі: Есептің берілгені бойынша: иондарынан тұратын, және Cm(NO3−) > Cm(K+) > Cm(CH3COO−) шартын қанағаттандыратынCm CH3COO− = 1 моль/л болатын, 100 г суда еріген, массасы белгісіз m1 , m2 , m3 үш тұздың ерітіндісі (тығыздығы 1,1 г/мл) берілген.
Бастапқы үш тұздің әр қайсысы қандай иондардан құралғандығын анықтайық:
Есептің шартында берілген аниондар() мен катиондардың(B+) зарядының сандық мәні(аниондарда -1, катиондарда +1) бірдей болуы, электробейтараптық шарты бойынша олар түзетін тұздардың барлығының ортақ химиялық формуласын АВ түрінде жазуға негіз болады. Мұндай тұздар диссоцияцияланғанда түзілген иондардың да саны бірдей
болатындықтан, сәйкесінше әрбір тұздан түзілетін катион мен анионның концентрациялары өзара тең: (1)
Есептің берілгеніндегі
Cm(NO3−) > Cm(K+) > Cm(CH3COO−) (2)
теңсіздігі (1) теңдеуді қанағаттандыру үшін келесі теңдеу орындалу керек:
Демек, бастапқы үш тұздың біреуі калий галогениді(КГ) , әрі (2) теңсіздікті аниондар бойынша келесідей жазуға да болады:
Cm(NO3−) > Cm(Г−) > Cm(CH3COO−) (4)
(1) теңдеу орындалу үшін (2) теңсіздіктегі: калий катионының концентрацисы нитрат ионымен тұз түзетін катионның концентрациясынан кіші, Сәйкесінше, ацетат анионымен тұз түзетін катионның концентрациясынан үлкен болатынын тұжырымдаймыз.
Бастапқы тұздардың массасы белгісіз, оны m(Тұздар қоспасы) = 𝓍 деп белгілейік. иондары бір ерітіндіде сақталған, сондықтан барлық иондар үшін жалпы ерітінді массасы:
Есеп шартында берілген тағы бір мәлімет: (5) (5) теңдеуді төмендегідей жазуға болады:
m(Na+)
𝓍 +100 = m(NH4+)
𝓍 +100 = m(Г−)
𝓍 +100 (6) M= 𝜈 ∙ 𝑀 формуласы бойынша (7) теңдеуді түрлендірсек:
Бұдан:
23𝜈(Na+) = 18𝜈(NH4+) = 𝜈(Г−) ∙ M(Г−) (9) (9) теңдеудегі 23𝜈(Na+) = 18𝜈(NH4+) орындалуының шарты:
𝜈(NH4+) > 𝜈 Na+ (10)
Сm = 𝜈 ∙Vер.ді формуласындағы: Vер.ді –барлық иондар үшін бірдей, сондықтан (10) теңсіздікті төмендегідей жазуға болады:
Ал (11) теңсіздіктің көмегімен катиондар концентрациясының келесідей теңсіздігін алуға болады.
(12) теңсідіктен бастапқы тұздардың аммоний нитраты, калий галогениді және натрий ацетаты екенін тұжырымдаймыз.
Белгісіз галогенидті анықтайық.
(3) теңдеуді ескеріп, (12) теңдеуі төмендегідей жазуға болады:
ν(NH4+) > ν(Г−) > ν Na+ (13)
Жоғарыдағы (9) теңдеумен (13) теңсіздіктің қанағаттануы үшін келесі теңсіздіктің орындалуы керек:Демек, белгісіз галогенид –фторид анионы (F−).
Тұздар массасын есептейміз.
𝜈 Na+ = 𝜈 CH3COO− = 𝜈 CH3COONa = 𝑦 m(CH3COONa) = 82𝜈 CH3COONa = 82𝑦 (15)
(16)
m(KF) = 58𝜈(KF) (17)
(15) ,(16) және (17) теңдеулердің қосындысы бастапқы еріген тұздың массасына тең:
(9) теңдеудегі үш шаманың теңдігін пайдаланып келесідей екі теңдеу алуға болады.
23𝜈(Na+) = 18𝜈(NH4+) (19) 23𝜈 Na+ = 19𝜈(F−) (20)
(19) және (20) теңдеуден сәйкесінше 𝜈(NH4+) және𝜈(F−)өрнектеп алайық.
𝜈 NH4+ = 𝜈 NH4NO3 = 23𝜈 (Na+)
18 = 23𝑦
18 (21) 𝜈 F− = 𝜈 KF =23𝜈 Na+
19 =23𝑦
19 (22)
(20) ,(21) теңдеуден алынған өрнекті (18) теңдеудегі орнына қойсақ:
𝑚(тұздар қоспасы) = 82𝑦 + 80 ∙23𝑦
18 + 58 ∙23𝑦 19 = 𝑥 бұдан : 𝑥 = 254,433𝑦
Онда жалпы ерітінді массасы: mер.ді = 𝓍 + 100 = 100 + 254,433𝑦 Vер.ді =𝑚ер.ді
𝜌 =100+254,433𝑦
1,1 мл =100+254,433𝑦
1,1∙1000 л (23) л. (24)
(23) және (24) теңдеулерді өзара теңестіріп 𝑦 –тің мәнін табамыз.
100 + 254,433𝑦 1,1 ∙ 1000 = 𝑦 100 + 254,433𝑦 = 1100𝑦
𝑦 = 0,118моль CH3COONa . y –тің мәнін (21) және (22) теңдеудегі орнына қойсақ:
ν(NH4NO3) = 23y
18 =23∙0,118
18 = 0,151 моль ν(KF) =23y
19 = 23∙0,118
19 = 0,143 моль
m(CH3COONa) = 0,118 моль ∙ 82 г/моль = 9,676 г m(NH4NO3) = 0,151 моль ∙ 80 г/моль = 12,080 г
m KF = 0,143 моль ∙ 58 г/моль = 8,294 г Жауабы:
m(CH3COONa) = 9,676 г; m(NH4NO3) = 12,080 г ; m(KF) = 8,294 г Қорытынды
Химия пәні екінің біріне бағына бермейтін, қызығы мен құпиясы мол, көбірек еңбектену мен ізденуды талап ететін жаратылыстану ғылымдарының бірі. Бірақ жалпыға ортақ бір заңдылық, кез келген ғылымды жүйелі түрде, өз заңдылығы бойынша үйренгенде ғана нәтижеге қол жеткізуге болатынын ұмытпаған жөн.
Химияда Теориялық білім – оқушылардың химияны үйренуіндегі алғашқы әрі маңызды бөлімі болса, эксперимент жасау – оқушының теориялық білімін қолдану арқылы өз біліміне деген сенімділігі арттырады.
Ал алған білімді іс жүзінде қолдана отырып әр түрлі деңгейдегі сандық есептер шығару – оқушының логикалық ойлау қабілетін дамытып, өз білімін
қолдануға деген ізденісін тудырады. Мектептегі химия пәнін үйретуде аталған үш бөлім бір-бірінсіз, оқушының кемелді білім алуына шектеу қоятындығын естен шығармау керек.
Оқушының алған білімін жүйелі түрде қолдана білуі оның табысқа жетуінің кілті.
Пайдаланылған әдебиеттер:
1. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В. 2500 задач и упражнений по химии. - М.: ООО: Издательский дом «ОНИКС21 век» ООО « Издательство «Мир и Образование», 2002. - 640 с.
2. Еремин В.В. Теоретическая и математическая химия для школьников. Подготовка к химическим олимпиадам.- М.: МЦНМО, 2007. - 392 с.
3. Бекiшев Қ. Химиядан олимпиада есептерi. - Алматы: Мектеп, 2002. - 200 б.
