Часть III

Как решать задачи

1. Введение

Химия является основой многих практических производств, требующих расчетов материального баланса: расхода сырья и энергии, количества получаемой продукции, потерь в процессе производства и др. Владение приемами расчетов химических процессов является важным для их планирования и проведения как в лабораторных, так и в заводских условиях. Поэтому при изучении химии большое внимание уделяется методам решения расчетных задач. К тому же, решение задач способствует лучшему усвоению теории химических процессов.

В данной части электронного учебника напоминаются химические законы, необходимые для решения задач, рассматриваются основные типы задач, методика и образцы их решения. Приведены также контрольные задачи для самостоятельной учебной практической работы.

2. Основные понятия и законы, используемые при решении задач

Для решения расчетных задач необходимо знание основных физических характеристик веществ (масса, объем, плотность) и параметров состояния реагирующей системы (температура, давление, концентрация веществ), а также единиц измерения этих величин.

Выполнение расчетов основано на понимании и умении использовать взаимосвязи между физическими характеристиками и параметрами состояния, которые отражены в основных законах химии:

• закон постоянства состава

• закон сохранения массы и энергии

• закон Авогадро и т.д.

Для успешного решения задач необходимо также владение навыками математических операций: умение составлять и решать уравнения, неравенства, производить действия с числами и т.п.

Масса (m) – мера инерции тела. Основная единица измерения массы в Международной системе единиц (СИ) – 1 кг. Такой массой обладает 1 литр дистиллированной воды при 20С. 1/1000 кг = 1 г. Объем 1 г воды равен 1 мл. Соответственно, 1 м³ воды имеет массу 1000 кг или 1 т.

Практически массу тела определяют его взвешиванием, подбирая массу разновесов таким образом, чтобы весы пришли в равновесие.

Объем тела (V) – часть трехмерного пространства, занимаемая этим телом.

Единицы измерения объема:

• 1 см³ (мл);

• 1 дм³ (л) = 1 000 см³ (мл) = 10³ см³ (мл);

• 1 м³ = 1 000 дм³ (л) = 1 000 000 см³ (мл) = 10⁶ см³ (мл).

Отсюда: 1см³ (мл) = 10^-3 дм³ (л) = 10^-6 см³ (мл)

Основная единица объема в системе СИ – кубический метр (м³), остальные являются производными.

Объемы жидкостей измеряют с помощью специальной (мерной) посуды: мерных цилиндров стаканов, мензурок, калиброванных пипеток, бюреток, мерных колб.

Объемы твердых тел можно измерить при погружении их в воду, измерив объем вытесненной воды с помощью мерной посуды.

Плотность  (ро) – это масса единицы объема.

Эта величина вычисляется по формуле: . В системе СИ основная единица плотности – кг/м³, остальные (г/мл, кг/л, 1 т/м³ ) – производные.

Масса 1 мл воды равна 1 г. Масса 1 л воды 1 кг; масса 1 м³ воды 1 т. Следовательно,  (Н₂О) = 1 г/мл = 1 кг/л = 1 т/м³.

Равные объемы веществ с разной плотностью имеют разные массы. Например:

Соответственно, равные массы веществ, отличающихся плотностью, занимают разные объемы: