пʼятниця, 3 липня 2020 р.

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  -   ?

Розвязання:
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  C6H14O6.
Перевіряємо,   Mr(C6H14O6.)= 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 - ?
 Розвязання
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) -?

Розвязання
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)
Wза об’ємом (CH4) = 95%
Vдля людини(O2) = 2,1 м3

V(O2) - ?
V(CO2) -?
Кількість днів - ?
Розвязання
1.     Складаємо рівняння реакції
СН4    +   2      =    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    +   2      =    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%, 
DH2 (CxClyFz) = 60,5
W2(C)= 23,5 %,
W2(H)= 2 %,
W2(F)= 74,5%, 
DHe (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  CCl2F2.
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:    CCl2F2,  C2Н2F4.

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
Vімнати) =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.

Немає коментарів:

Дописати коментар