Привести данные из условия к удобному виду, пересчитав массу и объем в химическое количество там, где это возможно

Алгоритм 1

«Вертикальные схемы»

Правила составления:

1. Схемы химических превращений записываются сверху вниз.

2. Возле каждого вещества подписывается всё, что о нём известно (качественная и количественная информация)

3. Находится «слабое звено» – те данные, из которых можно извлечь новую информацию

4. По мере решения схема дополняется и исправляется (поэтому лучше начальную версию делать карандашом).

5. По окончании все превращения записываются в виде обычных уравнений реакции с коэффициентами

 

Пример

При действии воды на твердое вещество A образуется углеводород Б (легче воздуха). При присоединении к Б водорода образуется углеводород В (также легче воздуха). Вещество В в водном растворе при температуре 5оС реагирует с перманганатом калия с образованием вещества Г. При взаимодействии Г с избытком натрия образуется вещество Д и выделяется газ (н.у.). Найдите сумму молярных масс (г/моль) органических веществ В, Г и Д.

 

Алгоритм 2

«Стаканчики»

Шаги алгоритма

1. Представить наглядно действия из условия («изобразить стаканчики»).

2. Соотнести численные данные с соответствующими стаканами («расстаканить данные»)

3. Если есть стакан, по которому можно извлечь дополнительные данные (например, найти массу растворённого вещества), найти их.

4. Если необходимо, обозначить неизвестные величины переменными.

5. Дважды применив закон сохранения массы (по растворённому веществу и по раствору), составить уравнение либо систему уравнений.

6. Решить уравнение (систему)

 

Пример

К насыщенному водному раствору сульфата двухвалентного металла с массовой долей растворённого вещества 0,39 добавили 4,5 г той же безводной соли, при этом в осадок выпало 11,6 г пятиводного кристаллогидрата. Установите формулу соли.

 

Алгоритм 3

Таблица материального баланса

 

В столбцы таблицы вносятся формулы исходных веществ и продуктов, а в строки – их концентрации (или, в зависимости от формулировки условия, химические количества) по данным условия: исходные, конечные, а также изменение концентрации (количества) каждого из веществ в ходе реакции. Неизвестные величины при необходимости обозначаются переменными.

Свойства таблицы:

1) Строка 1 + строка 2 = строка 3

2) Значения в строке 2 для исходных веществ отрицательные, для продуктов положительные

3) Значения в строке 2 (без учёта знака) рассчитываются по уравнению реакции

Пример

Для реакции N₂ + 3H₂ = 2NH₃ начальные концентрации (моль/дм³) для N₂, H₂ и NH₃ равны соответственно 0,2; 0,6 и 0,01. Найдите концентрации всех веществ к тому моменту времени, когда прореагировала половина азота.

 

Шаг 1: ввод данных условия.

Вещества	N2	H2	NH3
Концен-трации	С0	0,2	0,6	0,01
ΔС	–0,1
С1

 

Шаг 2: использование коэффициентов уравнения для заполнения средней строки.

Вещества	N2	H2	NH3
Концен-трации	С0	0,2	0,6	0,01
ΔС	–0,1	–0,3 (–0,1∙3)	0,2 (0,1∙2)
С1

 

Шаг 3: нахождение конечных концентраций простым суммированием первой и второй строк.

Вещества	N2	H2	NH3
Концен-трации	С0	0,2	0,6	0,01
ΔС	–0,1	–0,3	0,2
С1	0,1	0,3	0,21

 

Алгоритм 4

«Таран»

 

1. Внимательно прочесть условие и выделить из него всю количественную и качественную информацию.

Качественная отвечает на вопрос «что», «как», «какой», количественная «сколько». Качественная используется в рассуждениях, количественная в расчётах. Возможна визуализация (см. алгоритм 1).

2. Записать уравнения всех реакций, упоминающихся в условии.

Возможны несколько особых случаев. Во-первых, иногда без проведения расчета неясно, какая именно реакция произойдет. В этих случаях сначала записывают все возможные реакции, а выбор делают на основании расчетов.

Во-вторых, иногда данных условия недостаточно, чтобы представить всю последовательность превращений конкретными уравнениями. В этом случае записывают стехиометрическую схему.

В третьих, бывают случаи, когда вещество, участвующее в реакциях, не названо конкретно (скажем, его формулу надо определить). В этом случае уравнения реакций нужно писать ­ в общем виде, обозначая индексы в формуле неизвестного вещества переменными.

Если же и класс вещества (либо его элементный состав) из данных условия однозначно определить невозможно, нужно просто обозначить его заглавной буквой латинского алфавита и вместо уравнения написать схему реакции, в которой по возможности расставлена хотя бы часть коэффициентов.

Привести данные из условия к удобному виду, пересчитав массу и объем в химическое количество там, где это возможно.

4. Ввести неизвестные, обозначив переменными либо химические количества веществ, либо индексы в формулах, либо атомные массы неизвестных элементов.

Даже в тех случаях, когда нужно определить, скажем, массу или массовую долю веществ в смеси, целесообразно обозначать переменными именно эти величины: для определения формулы неизвестного вещества – индексы, для задачи, например, на состав смеси – химические количества.

5. Выразив данные из условия, приведенные к удобному виду (п. 3), через введенные переменные, составить систему алгебраических уравнений.

Полученная система должна обычно содержать столько же уравнений, сколько в ней неизвестных. Однако иногда встречаются задачи, в которых неизвестных получается больше, чем уравнений. Порядок действий в таких случаях описан в п. 6.

6. Решить составленную систему.

Решение системы линейных уравнений не вызывает трудностей, если количество переменных равно числу уравнений. В случае же, если уравнений меньше, чем переменных, нужно поступить следующим образом: выразить переменную a, способную принимать много значений (например, атомную массу элемента) через переменные x, y, …, набор значений которых строго ограничен (например, индексы в формулах). Далее последовательной подстановкой перебрать все возможные значения x, y, … Решением будет значение переменной a, соответствующее реальному элементу.

7. Получить ответ на вопрос задачи.

Привести полученные величины к требуемому виду, например, пересчитать химическое количество в массу. Иногда также требуется проделать по окончании расчета какие-либо качественные или логические операции – например, выбрать изомер, подходящий по химическим свойствам.