1
Ж.Ә.Шоқыбаев, Д.Ә.Қаражанова, М.А.Оразбаева
ХИМИЯ ЕСЕПТЕРІ МЕН
ЖАТТЫҒУЛАРЫ
Оқу құралы
Алматы
2011
2
УДК 542 (07)
ББК 24.1я7
Ш 77
Пікір жазғандар: хим. ғыл. док., профессор К.Б.Мұсабеков
профессор Ә.Ф.Сейтжанов
Баспаға Абай атындағы ҚазҰПУдің оқу әдістемелік бірлестігі ұсынған
Ж.Ә.Шоқыбаев, т.б.
Ш 77 «Химия есептері мен жаттығулары»/ Ж.Ә.Шоқыбаев,
Д.Ә.Қаражанова, М.А.Оразбаева
Алматы: Абай атындағы ҚазҰПУ, 2011. – 214 б.
ISBN 978-601-232-589-8
Оқу құралында жалпы химиядан кездесетін есептердің түрлері және
шығару жолдары келтірілген. Есеп шығарудың алгоритмдері, әртүрлі
нұсқалары беріліп, әр есеп түрлері бойынша жаттығу сұрақтары мен есептер
енгізілген. Оқу құралы орта мектеп химия мұғалімдеріне, химия мамандығы
студенттеріне арналған, сонымен қатар оқу кітабын орта мектеп оқушылары
да пайдалануға болады.
УДК 542 (07)
ББК 24.1я7
ISBN 978-601-232-589-8
© Ж.Ә.Шоқыбаев,
Д.Ә.Қаражанова,
М.А.Оразбаева, 2011
3
Алғы сөз
Химия есептері мен жаттығулары болашақ химия пәні мұғалімдері
үшін аса маңызды. Орта мектепте оқылатын химия курсының ғылыми-
теориялық ӛресінің ұлғаюы олардың маңызын бұрынғыдан да арттыра түсті.
Есептер мен жаттығулар химиялық заңдар мен құбылыстардың сандық
жағын жете түсінуге, теориялық білімді баянды етуге, оқушылардың ой-
ӛрісінің кеңеюіне жәрдемін тигізеді. Есептерді үздіксіз шығарып жаттығу
оқушыларды ӛздігінен дербес жұмыс істеуге, бастаған ісін ақырына дейін
жеткізбей тынбайтын табандылыққа үйретеді. Сонымен қатар, химиялық
есептер мен жаттығулар – оқушылардың химиядан білім сапасын
анықтаудың негізгі құралдарының бірі. Жоғары оқу орындарының 1 курс
студенттерінен химиядан бақылау жүргізгенімізде, орта мектепті
бітірушілердің химия есептерін шығару жӛніндегі білімі бағдарлама
талабына сай еместігі анықталды. Олар мектепте қарастырылған химия
есептерінің негізгі түрлерін, шығару әдістері мен амалдарын біле бермейді.
Мұның басты себептерінің бірі – жылдан-жылға химия есептерін шығару
тәсілдері түрленіп, дамуына орай солардың тиімділерін таңдап алда.
Сондықтан, болашақ химия пәні мұғалімдерін даярлау кезінде есептер мен
жаттығулар жинағының қажеттілігі күмән тудырмайды. Сонымен қатар, қазір
айырықша кӛңіл бӛлініп отырған бақылау әдісі- тест жүйесін де
қарастырдық.
Оқу құралында химияның типтік есептерін шығару әдістемесінің
жалпы және нақтылы мәселелері баяндалды. Соңғы кезде жиі кӛрініс бере
бастаған алгебралық тәсілге, алгоритмдер мен дайын формуланы
пайдалануға едәуір кӛңіл бӛлінді, жеке мысалдарды шешудің әр түрлі
тәсілдері келтірілді.
Химия есептері мен жаттығуларының шығару әдістемесі маңызды
тақырыптар бойынша топтастырылып берілді. Мысалдарды іріктегенде әрбір
тақырыптың мазмұны, оқу-тәрбиелік мәні және кейбір басқа ерекшеліктері
ескерілді. Мүмкіндігінше, жеке тақырыпта кездесуі ықтимал типтік
есептеулер қамтылды.
Тарауларда химияның жалпы мәселелеріне, жеке элементтерге және
олардың қосылыстарына арналған есептер мен жаттығулар берілді. Оларды
химиядан факультативтік сабақтарға қатысатын оқушыларға ұсынуға
болады. Сонымен бірге, бұл материалдар химия пәнінің болашақ мұғалімдері
– педагогикалық университет студенттері пайдалануға лайықты, оқу
құралының құрылымы студенттердің ӛзіндік жұмыс жасауына ыңғайлы.
Химияға ӛте қызығатын, оның мектептегі курсын жан-жақты, терең білуге
ұмтылатын оқушыларға осы оқу құралы пайдасын тигізеді деп есептейміз.
Негізінде оқу құралы химия пәні мұғалімдерін даярлайтын жоғары оқу
орындары студенттеріне арналған.
Оқу құралын оқу үрдісіне пайдаланып, ішінара кеткен қателерді
кӛрсеткен әріптестерімізге алдын-ала рахметімізді айтамыз.
4
І ТАРАУ
Бейорганикалық химияның теориялық негіздері
1. Есептерді шығару жолдары
Химия есептері сандық және эксперименттік есептер болып екіге
бӛлінеді. Эксперимент есептері химиялық қосылыстар мен құбылыстардың
сапалық жағын қамтиды. Сан есептерінде химиялық материалдарға
негізделген сандық мәліметтері болады, сондықтан оларды шығару үшін,
математикалық амалдарды жүзеге асыру керек. Химия есептерінің таза
математикалық есептерден айырмасы – сандық мәліметтер есептің шартында
толық берілмеуі мүмкін, оларды түгендеу үшін химиялық білім керек.
Мысалы, «Мыс сульфатының проценттік құрамы қандай болады?» есебінде
ешбір сандық дерек жоқ, оны химиялық таңбалар мен формулалардың
сандық сипаттамасына және стехиометриялық заңдарға сүйеніп табады. Мыс
сульфатының құрам тұрақтылық заңына сәйкес молекулалық формуласын
дұрыс жазбайынша, берілген есепті шығару мүмкін емес.
Сан есептерін ойдағыдай шешу үшін оқушының белгілі дәрежеде
химиялық және математикалық даярлығы болу керек. Мұны мұғалім
оқушыларға арналған есептерді іріктегенде әрдайым есте ұстағаны жӛн.
Химияның сан есептері мазмұнына қарай бірнеше түрге бӛлінеді.
Олардың жиі кездесетіндері мыналар:
1.
Тәжірибе мәліметтеріне және химиялық заңдарға негізделген
есептеулер (құрам тұрақтылық заңы, масса сақталу заңы, эквивалент заңы
т.б.).
2.
Газ заңдарымен байланысты есептер (молекулалық салмақты
табу, қалыпты жағдайда газдың кӛлемін және массасын табу т.б.).
3.
Химиялық формуланы табу және құру есептері.
4.
Химиялық формулалар бойынша есептеулер.
5.
Химиялық теңдеулер бойынша есептеулер.
6.
Ерітінділермен байланысты есептеулер.
7.
Аралас есептер.
Бұлардан басқа периодтық заң мен периодтық жүйе, атом құрылысы,
химиялық реакциялардың жылдамдығы және тепе-теңдік, химиялық
кинетика және электр тогы тақырыптарымен байланысты кӛптеген есептер
бар, бірақ оларды белгілі бір түрге жатқызатын жүйе жоқ.
Химия есептерінің мазмұны кӛп түрлі, шығару әдістері сан алуан.
Математикалық амалдарына қарай химия есептерін шығарудың әдістері
бірнешеге бӛлінеді: пропорция құру тәсілі; бірге келтіру тәсілі; алгебралық
тәсіл; дайын формуланы пайдалану; алгоритмді қолдану және графикалық
тәсіл.
Қандай болмасын химиялық есепті шығару оның мазмұнына жан-
жақты талдау жасаудан, берілген шамалар арасындағы тәуелділікті ашудан
басталады. Талдау нәтижесінде есептің түрі, соған лайық шығару әдісі
белгіленеді. Бұл арада есептің мазмұнын физикадағы сияқты қысқа және дәл
5
жазып үйренудің маңызы зор екенін айта кеткен жӛн. Ол үшін физика мен
химияда жиі қолданылатын қысқартуларды білу керек, солардың
кейбіреулерін 1-кестеде келтіреміз.
1-кесте
Түсініктің аты
Белгіленуі
Салыстырмалы атомдық масса
А
r
Атомның салмағы
г/атом
Салыстырмалы молекулалық масса
М
r
Молекулалық масса
г/моль
Масса
m
Эквивалент
Э
Эквиваленттің мольдік массасы
М
Э
Кӛлем
V
Қысым
Р
Тығыздық
Салыстырмалы тығыздық
D
Массалық үлес
Ерітіндінің мольдік концентрациясы
C
M
Ерітіндінің моляльдық
концентрациясы
C
M/кг
Ерітіндінің нормальдық
концентрациясы
C
Н
Сан есептерін шығару әдістері:
Пропорция құру тәсілі. Пропорция тәсілін қолдану стехиометриялық
заңдылықтарға
толық
сәйкес
келеді.
Стехиометрия
химиялық
қосылыстардағы элементтердің және химиялық реакциялар кезіндегі
заттардың массалық қатынастарын зерттейді. Бұл қатынастар масса сақталу
заңына, құрам тұрақтылық және эквивалент заңдарына негізделген.
Сондықтан, пропорция құру - соңғы кезге дейін мектеп тәжірибесінде кең
таралған әдістің бірі. Пропорция құрғанда жүзеге асатын амалдардың саны
есептің түріне байланысты.
1-мысал. Мыс сульфатының қандай мӛлшерінде 38,4 г мыс болады?
Шешуі. Берілгені mCu=38,4г; mCuSO
4
=? Бұған қарағанда есептің
шартында мыстың массасы ғана кӛрсетілген, пропорция құру үшін үш шама
белгілі болу керек. Қалған екі шаманы заттың формуласынан іздейміз.
1.
Заттың формуласын жазып, молекулалық массасын табамыз:
М(CuSO
4
)=64+32+16
4 =160 к.б.
2.
Заттың молекулалық массасын анықтаймыз:
1 моль CuSO
4
= 160 г.
3.
Егер мыс сульфатының 1 грамм молекуласында (160 г) 1 г-атом,
яғни 64 г мыс бар, оның қандай мӛлшерінде 38,4 г мыс болады?
4.
Пропорция құрамыз: 160
х
64
38,4.
5.
Пропорцияны шешеміз: х
160
38,4/64
96 г.
6
6.
Жауабы: 96 г мыс сульфатында 38,4 г мыс болады.
2-мысал. Мыс сульфатының ерітіндісіне 3,5 г темір ұнтағы салынды.
Неше грамм мыс бӛлініп шықты?
Шешуі. m(Ғе)=3,5 г;
M(Cu)=?
1. Реакция теңдеуін жазамыз:
Cu
FeSO
CuSO
Fe
4
4
2. Реакция теңдеуі бойынша есептің шартында берілген заттардың
грамм-атомдарының қатынасын табамыз. Темірдің 1 г-атомы мыстың 1 г-
атомын ығыстырады.
3. Грамм-атомдарды массаның физикалық ӛлшемдеріне айналдырып,
реакцияға қатысатын заттардың массалық қатынасын табамыз. Темірдің 1 г-
атомы 56 г, мыстың 1 г-атомы 64 г. Реакцияға темір мен мыс 56
64 массалық
қатынасында кіріседі.
4. Реакция теңдеуіне қарағанда 56 г темір 64 г мысты ығыстырып
шығарады, ендеше 3,5 г темір қанша мысты ығыстырады?
5. Талқылауды схема түрінде жазамыз:
a
b немесе 56 г
64 г
c
x 3,5 г x г
6. Пропорция құрамыз: 64
х
56
3,5.
7.
Пропорцияны шешеміз:
4
56
5
,
3
64
x
г
8.
Жауабы: 3,5 г темір 4 г мысты ығыстырады.
Мектеп тәжірибесінде химияның оқу құралдарында келтірілген
амалдардың бәрі жүзеге асырылмай кейбіреулері қысқарып қалады.
Оқушылар пропорцияны ойланбай құрып есептің дұрыс жауабын табуға ғана
тырысады. Осы тәсілді қолдануға негіз болатын стехиометриялық заңдарды
ескермейді. Бұдан химия есептерін шешудің басқа әдістерін де пайдалану
қажеттігі келіп туады. Әдістемелік әдебиеттерде заттың проценттік құрамын
табу үшін пропорция құрудың тиімсіз екені орынды сыналды. Кейінгі кезде
мұндай есептерді шығару үшін арифметиканың: «Екі санның проценттік
қатынасын есептеп шығару үшін, сол сандардың қатынасын тауып, жүзге
кӛбейтеміз» деген ережесін пайдаланады.
3-мысал. Мыс сульфатының проценттік құрамы қандай?
Шешуі. Берілгені:
4
CuSO
;
Cu
- ?;
S
-?;
O
-?.
Құрамына кіретін элементтердің атомдық массаларына сүйеніп, мыс
сульфатының молекулалық массасын табамыз:
А (
Cu
)
64 к.б.; А(
S
)
32 к.б.; А(
O
)
16 к.б.
7
М (
4
CuSO
)
64 + 32 + 16
4
160 к.б.
Бұл есептің математикалық мәні 64, 32 және 64 сандарымен 160
проценттік қатынасын табуда, яғни 64, 32 және 64 сандарының әрқайсысы
160-тың проценті екенін анықтауда болып отыр. Ол үшін бұл есепті шешудің
математикада қолданылатын толық жолын келтіріп, алдымен мыстың
проценттік мӛлшерін табамыз.
Егер 160 к.б. 100
деп алсақ, онда 64 к.б. неше процент болады? Оны
табу үшін 1
- те қанша кӛміртектік бірлік бар екенін табамыз, ол 160-тан
100 есе кем болуы керек:
1,6 кӛміртектік бірлік 1
-ке сәйкес келсе, 64 кӛміртектік бірлік, онда
қаншама 1,6 к.б. болса, соншама процентке сәйкес келеді:
64
1,6
40.
Бұл есепті шешудің жоғарыда келтірілген ережесін қорытып шығару
үшін қандай амалдар қолданғанымызды анықтайық:
160
1
100
64
100
160
:
64
немесе
%
40
160
100
64
.
Мыс сульфатындағы оттегінің мӛлшері де - 40
. Күкірттің проценттік
мӛлшері:
%
20
160
100
32
S
.
Оқушылардың математикадан алған білімін химиялық есептерді
шешуге қолдану пәнаралық байланысты жүзеге асыруға мүмкіншілік береді.
Бірге келтіру тәсілі пропорция құру тәсіліне ұқсас, бірақ одан гӛрі
есепті шығару жолы қысқа, ықшамды болып келеді. Бірге келтіру тәсілін
қолданғанда, заттың берілген мӛлшеріндегі ӛлшем бірлігінің шамасын
немесе осыған керісінше берілген ӛлшем бірлігінің шамасын - заттың
мӛлшерін табады.
4-мысал. Мырыш кендерінің ішіндегі ең маңыздысы - мырыш
алдамышы (
ZnS
). Осы кенді анализ жасап тексергенде, оның 100 грамында
32,5 г мырыш бар екені анықталды. Кендегі мырыш сульфидінің (
ZnS
)
проценттік мӛлшері қандай?
Шешуі. Берілгені:
m(кен)=100 г;
m(
ZnS
) =32,5 г;
ZnS
-?.
а) мырыш сульфидінің молекулалық массасын табамыз:
М(
ZnS
)
65+ 32
97.
ә) Мырыш сульфидінің молекулалық массасы -97 г.
8
б) 97 г мырыш сульфидінде 65 г мырыш бар. Бұған қарағанда
мырыштың 1 грамы мырыш сульфидінің берілгендегісінен гӛрі 65 есе аз
мӛлшерінде, ал 1 грамымен салыстырғанда 32,5 г мырыш мырыш
сульфидінен 32,5 есе кӛп мӛлшерде болады.
в) Мырыш сульфидінің массасын табамыз:
m(
ZnS
)
97
32,5/65
48,5 г.
Жауабы: кенде 48,5
мырыш сульфиді бар.
Алгебралық тәсіл. Бұл тәсіл химия есептерін шешуде арифметикалық
тәсілдер тиімсіз болған жағдайларда қолданылады. Ерітінділердің
концентрациясы, заттардың қоспалары қатысатын реакциялар және
изотоптармен байланысты есептерді алгебралық тәсілмен шығарған жӛн.
5-мысал. Күкірт пен кӛмірдің 2 г қоспасын жаққанда, күкірт (IV)
оксиді (
2
SO
) мен кӛміртегі (IV) оксидінің (
2
CO
) 6 г қоспасы шықты. Алғашқы
қоспада неше грамм кӛмір болғаны?
Шешуі. а) Алгебралық ӛрнектеулер жасаймыз. Бастапқы қоспадағы
кӛміртегінің массасын х г деп белгілесек, ол қоспадағы күкірттің массасы
2 ___ х г болады.
ә) Кӛміртегі мен күкірттің осы мӛлшерінен қанша кӛмір қышқыл газы
және күкірт (ІV) оксиді түзілетінін реакция теңдеулері бойынша есептейміз:
2
2
CO
O
C
12 г 44 г
12 г кӛміртегінен 44 г
2
CO
түзіледі,
х г кӛміртегінен у г
2
CO
түзіледі,
бұдан:
3
11
12
44
x
x
y
;
2
2
SO
O
S
32 г 64 г
32 г күкірттен 64 г
2
SO
түзіледі,
2 – х г күкірттен у
1
г
2
SO
түзіледі,
бұдан:
)
2
(
2
32
)
2
(
64
1
x
x
y
.
б) у және у
1
мәндерінен бір белгісіз теңдеу құрамыз:
;
6
5
;
18
6
12
11
;
6
)
2
(
2
3
11
x
x
x
x
x
2
,
1
5
6
x
г кӛмір.
9
6-мысал. Орташа атомдық массасы 10,82 болатын бор элементіндегі
В
10
және В
11
изотоптарының проценттік қатынасы қандай?
Шешуі. Бұл есептің мәні - әрбір 100 атомның қаншасы В
10
, қаншасы
В
11
болып келетінін табу. а) Атомдық массасы 10-ға тең бор атомдарының
санын х-пен белгілесек, онда В
11
саны 100 – х болады. Қоспадағы В
10
атомдарының массасы – 10 ∙ х, В
11
атомдарының массасы – 11(100 - х) – ке
тең.
ә) Осы табылғандарға сүйеніп алгебралық теңдеу құрамыз:
10 ∙х + 11(100-х) = 100∙ 10,82;
10∙х + 1100 - 11∙х = 1082;
-х = -18 (-);
х = 18.
Жауабы: В
10
изотопының мӛлшері 18 %, В
11
изотопы 100- 18 = 82%.
Сондықтан орташа атомдық масса ауыр изотоптың атомдық массасына жуық
болады.
Дайын формуланы қолдану. Соңғы кезге дейін дайын формуланы
пайдалану физикамен байланысты есептерде ғана жүзеге асырылады.
Мұндай есептерге жататындар: салыстырмалы тығыздық бойынша
молекулалық массасын табу, молекулалық массалардың қатынасы арқылы
салыстырмалы тығыздықты табу және газ заңдарының біріккен теңдеулері
бойынша есептеулер. Олардың мысалдары газ заңдары, атомдық және
молекулалық массаларды табу тақырыптарында келтіріледі.
Жалпы заңдылықтар негізінде формулалар қорытып шығару, оларды
және жеке есептерді шығаруға қолдану химияның сан есептерін, әсіресе
ерітінділермен байланысты есептерді шешуде кең ӛріс ала бастады. Мұндай
есептердің нақтылы мысалдарын жеке тақырыптарда келтірдік.
Стехиометриялық схеманы пайдалану. Химия ӛнеркәсібінде
шикізаттан ӛнім алу реакциялары бірнеше сатыда жүруі мүмкін. Мұндай
жағдайда шикізаттың реакцияға түскен мӛлшерінен қанша ӛнім алынатынын
білу үшін бірнеше аралық реакциялардың химиялық теңдеулерін жазып,
олардың әрқайсысы бойынша есептеулер жүргізу қажет болады. Сондықтан
ӛндіріспен
байланысты
есептеулерде
химиялық
теңдеу
орнына
стехиометриялық схеманы пайдалану тиімді. Стехиометриялық схемада
шикізат, ондағы ӛнім түзуге қатысатын элементтің мӛлшері және ӛнімнің
формуласы ғана кӛрсетіледі.
7-мысал. 2% қосымшасы бар 43,35 тонна натрий селитрасынан 28,35
тонна азот қышқылы алынды. Теориялығымен салыстырғандағы азот
қышқылының практикалық шығымы қанша?
Шешуі. а) Бастапқы қоспадағы таза селитраның мӛлшерін табамыз:
100% - 2% = 98%
3
NaNO
.
Тоннаға шағып есептегенде
43,35 т ∙ 0,98 = 42,5 т
3
NaNO
бар.
10
ә) Стехиометриялық схема:
3
NaNO
→
3
HNO
.
б) Азот қышқылының теориялық шығымын схемаға сүйеніп табамыз.
.,
.
85
3
б
к
M
NaNO
оны есептің шартына сай ӛлшем бірлігімен алмастырсақ, 85 т
шығады.
.,
.
63
3
б
к
M
HNO
1 тонна – молекуласы 63 т.
42,5 т
х
3
NaNO
→
3
HNO
.
85 т 63 т
Схемаға қарағанда 85 т селитрадан 63 т қышқыл, 42,5 тоннадан х т қышқыл
алынатыны кӛрінеді. Бұдан:
42,5 : 85 = х : 63
;
5
,
31
85
63
5
,
42
x
т алынады.
в) Азот қышқылының процентпен алынған практикалық шығымы:
%.
90
100
5
,
31
35
,
28
Алгоритм тәсілі. Химиялық есептерді шығаруда алгоритм жиі
қолданылады. Алгоритм дегеніміз – есептің берілген түрін шығару үшін ең
қажетті іс -әрекеттердің жиынтығы. Алгоритм алдын-ала белгіленіп
қойылатын бірнеше сатыдан тұрады. Химиялық формула бойынша
шығарылатын есептерде алгоритмнің үш сатысы бар:
1) химиялық формула бойынша зат массасы (т
з
) мен элемент
массасы (т
э
) арасындағы осы зат үшін тұрақты шама (К
з
) табу;
2) зат массасының функциясы ретінде қарастырып, элемент массасын
табу;
3) жауабын тұжырымдау.
Айтылғандарды жалпы түрде былай жазуға болады:
,
3
M
nA
K
);
(
3
m
f
m
э
.
3
m
M
nA
m
э
Мұнда
3
K
-зат тұрақтысы;
n
- іздеп отырған элемент атомының саны;
3
m
- заттың массасы;
f
- функция; А –іздеп отырған элементтің массасы; М –
берілген заттың молекулалық массасы.
Достарыңызбен бөлісу: |