задачі ужиткового змісту

"Використання та впровадження задач ужиткового характеру під час вивчення хімії"

10 клас

Задача 1.

Хворим на цукровий діабет людям радять замінювати  цукор на речовину сорбіт, яка теж має солодкий смак, але не є вуглеводом.  Широко використовується сорбіт у виробництві жувальних гумок і деяких медичних препаратів. Визначте склад цієї речовини, якщо масові частки елементів у ній наступні:  Карбону – 39,56%, Гідрогену – 7,69%, також у сполуці міститься Оксиген. Відносна молекулярна маса речовини  у 45,5 разів більша від відносної молекулярної маси гелію.     

Дано:

W(C)= 39,56%

W(H)=7,69%

Mr(CxHyOz)=Mr(He)*45,5

CxHyOz  -   ?

Розв’язання:

1.     Обчислюємо відносну молекулярну масу  сорбіту:

Mr(CxHyOz)=Mr(He)*45,5 = 4*45,5 = 182

2.     Обчислюємо масову частку Оксигену в сполуці:

W(О)= 100% - (W(C)+ W(Н)) = 100%- 47,25% = 52,75%.

3.     Знаходимо кількість атомів кожного хімічного елемента у сполуці за формулою:

   , з якої виводимо наступну:

n( E) = W*Mr/Ar*100%

n(C)= 39,56% *182/12*100% = 6

n(H)= 7,69%*182/1*100% = 14

n(О)= 52,75%*182/16*100% = 6

Отже, формула сполуки  C₆H₁₄O_6.

Перевіряємо,   Mr(C₆H₁₄O_6.)= 182

Відповідь:  C₆H₁₄O₆  - формула сорбіту

Задача 2.

Антисептик – засіб, який допомагає очистити руки, коли поблизу немає води та мила. Його можна приготувати в домашніх умовах. Для цього потрібно взяти: 833 г розчину  етилового спирту з масовою часткою речовини 96%,  42г розчину перекису водню з масовою часткою 3%, 15 г розчину  гліцеролу з масовою часткою 98%. Змішати ці продукти, долити до них 110 г дистильованої води  і витримати 72 години перед використанням.

Завдання:

a)     обчисліть масові частки всіх компонентів в новоутвореному  розчині

b)    відомо, що знезаражувати може розчин з вмістом спирту не менше 60%, чи відповідає отриманий розчин цим вимогам?

c)     яким чином можна відрізнити такий домашній антисептик від розчину медичного спирту? Запропонуйте кілька способів.

Дано:

m _р-ну(C₂H₅OH)=833 г

W₁(C₂H₅OH)=96 %

m _р-ну(H₂O₂)=42 г

W₁(H₂O₂)=3 %

m _р-ну (C₃H₈O₃)= 15 г

W₁(C₃H₈O₃)=98 %

m (H₂O) = 110 г

W₂(C₂H₅OH) -?

W₂(H₂O₂)-?

W₂(C₃H₈O₃) - ?

Як відрізнити дані речовини - ?

 Розв’язання

1.     Обчислюємо маси усіх речовин за формулою

m(C₂H₅OH)=833г*96 % /100% = 800 г

m(H₂O₂)=42г*3 % /100% = 1,26 г

m(C₃H₈O₃)=15г*98 % /100% = 14,7 г

2.     Обчислюємо масу утвореного розчину:

m(розчину) = m _р-ну(C₂H₅OH) + m _р-ну(H₂O₂) + m _р-ну (C₃H₈O₃)+ m (H₂O) = 833 г + 42 г + 15 г + 110 г = 1000 г.

3.     Обчислюємо  масові частки речовин у новоутвореному розчині за формулою:

W₂(C₂H₅OH)=800 г*100%/1000г = 80%

W₂(H₂O₂)= 1,26 г*100%/1000г = 0,126%

W₂(C₃H₈O₃) = 14,7 г*100%/1000г = 1,47%

Оскільки W₂(C₂H₅OH) > 60%, то засіб є хорошим антисептиком.

Для того, щоб відрізнити даний засіб від медичного спирту, можна використати якісну реакцію на гліцерол, додавши свіжоосаджений  купрум (ІІ) гідроксид (спостерігатиметься розчинення синього осаду),  або перевірити наявність гідроген пероксиду,  додавши каталізатор манган (IV) оксид (виділятимуться бульбашки  газу кисню).

Відповідь: W₂(C₂H₅OH) = 80%

W₂(H₂O₂)= 0,126%

W₂(C₃H₈O₃) = 1,47%

Задача 3.

Для розчинення вапняного нальоту на побутових приладах  використовують оцтову або лимонну кислоту. На чайнику утворився накип масою 52 г, який утворений в основному кальцій карбонатом,  частка інших некарбонатних домішок в ньому становить  4 %.

Обчисліть, яку масу столового оцту з масовою часткою оцтової кислоти 9% потрібно взяти для розчинення  такої кількості  накипу.

Дано:

m(накипу) = 52 г

W(домішок)=4%

W(СН₃СООН)=9%

m _р-ну (СН₃СООН) -?

Розв’язання

1.     Записуємо рівняння реакції

2СН₃СООН + СаСО₃ = (СН₃СОО)₂Са  + Н₂О + СО₂↑

2.     Обчислюємо масу речовини кальцій карбонату

W(СаСО₃) = 100% - W(домішок)= 100% - 4% = 96%

m(СаСО₃) = 52 г*96%/100% = 50 г.

3.     Обчислюємо масу оцтової кислоти, яка потрібна для реакції за пропорцією:

х                         50 г                 

2СН₃СООН + СаСО₃ = (СН₃СОО)₂Са  + Н₂О + СО₂↑

2 * 60 г/моль    100 г/моль

 Х = 2*60г/моль*50 г/ 100 г/моль = 60 г

4.     Обчислюємо масу розчину оцтової кислоти

 m р-ну (СН₃СООН) = 60 г*100% / 9% = 667 г.

Відповідь: m р-ну (СН₃СООН) = 667 г.

Задача 4.

Користуючись показами газового лічильника, визначте, який об’єм природного газу ваша сім’я спалює за  місяць. Користуючись цими даними, обчисліть, який об’єм  кисню для цього витрачається і який об’єм вуглекислого газу виділяється (у м³). Врахуйте, що вміст метану у природньому газі становить 95%.  На скільки днів вистачило б цього кисню для дихання однієї людини, якщо відомо, що добова потреба у кисні становить 2,1 м³  на людину?

Дано:

V(природнього газу)=200 м³ _{(число довільне)}

W_{за об’ємом} (CH₄) = 95%

V_{для людини}(O₂) = 2,1 м³

V(O₂) - ?

V(CO₂) -?

Кількість днів - ?

Розв’язання

1.     Складаємо рівняння реакції

СН₄    +   2О₂      =    СО₂ + 2Н₂О

2.     Обчислюємо об’єм  метану

V реч = V суміші *W/100%

V(CH₄) = 200 м³ * 95% / 100% = 190 м³

3.     Обчислюємо об’єм кисню, потрібний для спалювання метану, та об’єм вуглекислого газу, що утвориться, за законом об’ємних відношень газів:

190 м³          х₁                х₂  

СН₄    +   2О₂      =    СО₂ + 2Н₂О

1 об’єм    2 об’єми   1 об’єм    

Х₁ = 190 м³ *2/1 = 360 м³       -   V(O₂)

Х₂ = 190 м³ *1/1 = 190 м³        -   V(CO₂)  

4.     Обчислюємо, на скільки днів вистачить цього кисню для дихання людини:

2,1 м³ – 1 день

360 м³ – х днів

 Х = 360 м³/2,1 м³ =  141,4 днів (20 тижнів, майже  5 місяців).

Відповідь: V(O₂) = 360 м³      

V(CO₂) = 190 м³        

Кількість днів = 141,4

Задача 5.

В  холодильних установках для охолодження використовують фреони – галогеновмісні органічні речовини, які  киплять при кімнатній температурі.  Основними з них є фреон R-12 (як згодом з’ясувалося,  спричиняє  руйнування озонового шару, тому його використання обмежили)  і R-134 (не впливає на озоновий шар).    Про ці речовини відоме  наступне:  у фреоні R-12  масова частка  Карбону  становить 9,92%, Хлору – 58,68%, Флуору – 31,4%,  густина за воднем сполуки становить 60,5.    У фреоні   R-134 вміст Карбону -  23,5 %, Гідрогену – 2 %, Флуору – 74,5%,  густина за гелієм речовини - 25,5.  Визначте хімічні та структурні формули сполук, а також формули їх ізомерів (якщо вони  можливі), назвіть їх.

Дано:

W₁(C)= 9,92%,

W₁(Cl)= 58,68%,

W₁(F)= 31,4%, 

D_H2 (CxClyFz) = 60,5

W₂(C)= 23,5 %,

W₂(H)= 2 %,

W₂(F)= 74,5%, 

D_He (CxHyFz) = 25,5

CxClyFz - ?

CxHyFz - ?

Можливі ізомери - ?

Розв’язання:

1.     Обчислюємо відносну молекулярну масу  сполук:

Mr(CxClyFz)=D _H2 *  Mr(H₂) = 60,5 * 2 = 121

Mr(CxHyFz)=D _He *  Mr(He) = 25,5*4= 102

2.     Знаходимо кількість атомів кожного хімічного елемента у сполуці за формулою:

 

З якої виводимо наступну:

n( E) = W*Mr/Ar*100%

n₁(C)= 9,92% *121/12*100% = 1

n₁(Cl)= 58,68%*121/35,5*100% = 2

n₁(F)= 31,4%*121/19*100% = 2

Отже, формула сполуки  R-12  CCl₂F_2.

Структурна формула

        F

        │

Сl – С – Cl   - дифлуордихлорметан

        │

        F  

Ізомерів більше немає.

n₂(C)= 23,5% *102/12*100% = 2

n₂(H)= 2%*102/1*100% = 2

n₂(F)= 74,5%*102/19*100% = 4

Отже, формула сполуки  R-134   C₂Н₂F₄  - тетрафлуоретан

Структурна формула:

          F     F

           │   │

F - С – С – F     - 1,1,2,2 - тетрафлуоретан

           │   │ 

             H    H

           F     F

           │   │

F -  С – С – H    - 1,1,1,2 - тетрафлуоретан

           │   │ 

             F    H

Можливі два ізомери

 Відповідь:    CCl₂F_2,  C₂Н₂F_4.

Задача 6.

Ця органічна речовина відома як харчова добавка  E-240, окрім цього її 40%-й розчин  є сильним бактерицидним засобом. Водночас  її пари  дуже шкідливі, їх джерелом є дим цигарок, вихлопні гази, а також меблі з ДСП. Вдихання цих парів у концентрації 20 мг/м³ протягом 30 хвилин є смертельним.

Відомо, що при спалюванні цієї речовини  об’ємом 5,6 л (н.у.)  утворюється 11 г вуглекислого газу і 4,5 г води, густина її 1,34 г/л. Визначте молекулярну  і структурну формулу сполуки, якщо відомо що вона вступає у реакцію «срібного дзеркала».  

Перевірте, чи буде небезпечною така кількість речовини для учнів, які перебувають у класі  об’ємом 180 м³.

Дано:

V(орг.реч)=5,6 л

m(CO₂) = 11 г

m(H₂O)= 4,5 г

ρ = 1,34 г/л

V(кімнати) =180 м³

Формула - ?

Чи небезпечна така кількість речовини - ?

Розв’язання

1.     Обчислюємо відносну молекулярну і молярну масу речовини

ρ = m/V = M/Vm

M=Mr= ρ *Vm = 1,34 г/л * 22,4 л/моль = 30 г/моль.

2.     Складаємо рівняння реакції горіння речовини

СxHy(Oz)  + O₂ = xCO₂ +  y/2H₂O

3.     Обчислюємо кількості реагентів та продуктів реакції

υ(СxHy(Oz) ) = V/Vm = 5,6л/22,4 л/моль = 0,25 моль

υ(СO₂ ) = m/M = 11г/44 г/моль = 0,25 моль

υ(Н₂O) = m/M = 4,5г/18 г/моль = 0,25 моль

Порівнюємо кількості речовин:

0,25 моль           0,25 моль    0,25 моль  

         СxHy(Oz)     + O₂ = xCO₂ +  y/2H₂O

           1 моль                     1 моль    1 моль

Отже,  х = 1,   y/2=1, y = 2

Найпростіша формула речовини  СН₂, однак вона не відповідає істинній, оскільки Mr(СxHy(Oz)) = 30, а Мr(CH₂)=14. 

Різниця 30 – 14  = 16 вказує на наявність Оксигену.

Тому шукана формула СН₂О, їй відповідає речовина, яка дає реакцію «срібного дзеркала» - альдегід метаналь  НСОН.

4.     Перевіряємо, чи є така кількість речовини небезпечною

m(НСОН)= υ*M= 0,25 моль*30г/моль=7,5 г = 7500 мг

7500 мг міститься у 180 м³,

Х  міститься у 1 м³

Х = 7500мг/180 м³ = 41,7 мг/м³

41,7 мг/м³  >  20 мг/м³ , ця кількість речовини є небезпечною.

Відповідь: НСОН – метаналь, така кількість речовини є небезпечною.