Алгоритмы решения задач по химии и биологии

Лысенко Ольга Александровна

учитель химии муниципального общеобразовательного учреждения

«Александровская Марьинского района» г. Донецк

lisenkooo@gmail.com

Алгоритмы решения задач по химии и биологии

Алгоритм решения расчётных задач по химии

1. Внимательно прочитайте условие задачи.

2. Слева, запишите слово «Дано», а под ним кратко данные задачи и что необходимо найти.

3. Правее запишите слово «Решение», и производите все остальные записи и расчёты под ним:

а)

• запишите уравнение реакции, если данная задача подразумевает какое-либо химическое взаимодействие;

• в уравнении одной чертой подчёркните химические формулы веществ, данные которых (m, V, ) указаны в условиях задачи, а двумя чертами – формулы тех веществ, данные которых требуется вычислить;

• по уравнению реакции определите: количество (моль) тех веществ, формулы которых подчёркнуты (одной или двумя чертами). Коэффициент, стоящий перед формулами подчёркнутых (в данном случае) веществ, будет показывать количества данных веществ (): M_r , M, V, V_m;

• найденные значения запишите под соответствующими химическими формулами;

б) запишите расчётные формулы, необходимые для решения данной задачи;

в) произведите расчёты;

4. Запишите ответ.

I. Вывод химической формулы

1. Нахождение химической формулы вещества по массовым долям элементов.

Задача 1. Элементарный состав вещества следующий: массовая доля элемента железа 0,7241 (или 72,41 %), массовая доля кислорода 0,2759 (или 27,59 %). Выведите химическую формулу.

2. Нахождение химической формулы по отношению масс элементов, входящих в состав данного вещества.

Задача 2. Найдите химическую формулу вещества, в состав которого входит 9 массовых частей алюминия и 8 массовых частей кислорода.

Задача 3. В состав вещества входят 30,7 % калия, 25,2 % серы, 44 % кислорода. Вывести формулу этого соединения.

Задача 4. Подвергнув анализу вещество, установили, что в его состав входят: натрий с массовой долей 0,4207 (или 42,07 %), фосфор с массовой долей 0,1891 (или 18,91 %), кислород с массовой долей 0,3902 (или 39,02 %). Найдите форму соединения.

II. Расчёты по химическим формулам

1. Вычисление относительной молекулярной массы вещества Мr.

Задача 1. Найдите относительную молекулярную массу сульфата натрия Na₂SO₄.

1. Нахождение отношения масс элементов по химической формуле сложного вещества.

Задача 2. Найдите отношение масс элементов в гидроксиде кальция.

1. Нахождение содержания массовых долей элементов в сложном веществе.

Задача 3. Вычислите массовые доли элементов в гидроксиде натрия.

1. Нахождение массы элемента по известной массе сложного вещества.

Задача 4. Вычислите, сколько фосфора содержится в 10 т фосфата кальция Ca₃(PO₄)₂.

1. Нахождение массы сложного вещества по заданной массе элемента.

Задача 5. В какой массе оксида меди (II) содержится 3,2 т меди?

III. Расчёты с использованием понятия «моль».

1. Вычисление количества вещества, соответствующего определённой массе вещества.

Задача 1. Какое количество вещества составляют 66 г оксида углерода (IV)?

Задача 2. В результате реакции получено 22 г сульфата железа (II). Какое количество сульфата железа (II) соответствует этой массе?

2. Вычисление массы вещества по известному числу молей вещества.

Задача3. Дано 2 моль серной кислоты. Вычислите массу серной кислоты.

Задача 4. В реакции с серой взаимодействует 0,5 моль железа. Определите массу железа, которую следует взять для реакции.

3. Вычисление числа атомов и молекул, содержащихся в определённой массе вещества.

Задача 5. Сколько молекул содержится в 36 г воды?

IV. Расчёты, связанные с использованием плотностей, относительных плотностей и молярного объёма газов

1. Нахождение плотности и относительной плотности газа по химической формуле данного газа.

Задача 1. Вычислите плотность и относительные плотности оксида углерода (IV) по водороду, метану, воздуху.

2. Вычисление объёма определённой массы газообразного вещества при н.у.

Задача 2. Какой объём занимают 48 г кислорода?

3. Вычисление массы газообразного вещества, занимающего определённый объём.

Задача 3. Вычислите массу газовой смеси, состоящей из 5,6 м³ метана и 2,24 м³ оксида углерода (II).

4. Вычисление массы вещества по уравнениям химических реакций, в которых участвуют или образуются газы.

Задача 4. Какой объём кислорода и воздуха потребуется, чтобы сжечь 224 м³ оксида углерода (II), если содержание в нём негорючих примесей в объёмных долях равно 0,25 (или 25 %).

Д ано: Решение:

V (СО) = 224 м³ 1) Вычисляем, сколько чистого оксида углерода (II) содержится в смеси

 (прим.) = 25 % 100 % – 25 % = 75 % (чистого СО)

Найти: в 100 м³ смеси содержится 75 м³ СО

V (O₂) -? в 224 м³ ----------------- x м³;

x = =168 (м³) – V(CO)

V (возд.) -? 2) Определяем, какой объём кислорода потребуется, чтобы сжечь 168 м³ оксида углерода (II).

Запишем уравнение химической реакции, расставим коэффициенты:

168 м³ у м³

2 СО + О₂ = 2СО₂

2 моль 1 моль

V_m 22,4 м³/моль

V (CO) = 2 22,4 =44,8 (м³) V (O₂) = 122,4 = 22,4 (м³)

; y = = 84 V (O₂) = 84 м³

3) Находим объём воздуха, необходимый для реакции.

Воздух содержит 0,209 объёмных долей (или20,9 %) кислорода. Отсюда следует:

100 м³ воздуха содержит 20,9 м³ кислорода

z м³ ------------------------ 84 м³ кислорода

; z = = 401,9 (м³) - V (возд.)

Ответ: 84 м³ кислорода; 401,9 м³ воздуха.

Задача 5. Сколько граммов воды образуется при взрыве смеси 2 г водорода и 20 г кислорода.

V. Расчёты, связанные с определением массовой доли растворённого вещества в растворе

1. Вычисление массы растворённого вещества и растворителя, если известны массовая доля растворённого вещества и масса раствора.

Задача 1. Вычислите массу хлорида натрия и воды, необходимых для приготовления 500 г раствора, в котором содержание хлорида натрия в массовых долях равно 0,05.

Задача 2. Какой объём хлороводорода (н.у.) и воды потребуется, чтобы приготовить 1 л раствора ( = 1,05 г/см³), в котором содержание хлороводорода равно 10 %?

Задача 3. Вычислите массовую долю растворённого вещества в растворе массой 5 кг, содержащем растворённое вещество массой 1 кг.

2. Вычисления, связанные с разбавлением растворов.

Задача 4. Какой объём раствора ( = 1,80 г/см³), в котором содержание H₂SO₄ в массовых долях равно 0,88, потребуется, чтобы приготовить 1 л раствора, содержащем 10 % серной кислоты ( = 1,069 г/см³)?

Задача 5. Какой объём воды потребуется для разбавления 200 мл раствора ( = 1,4 г/см³), содержание азотной кислоты в котором составляет 68 %, чтобы получить раствор с содержанием азотной кислоты, равным 10 %?

VI. Расчёты по уравнениям химических реакций

При решении задач по уравнениям химических реакций рекомендуется соблюдать указанную ниже последовательность:

• Внимательно прочитайте условие задачи и сделайте краткую запись: что дано? следует найти?

• Если вещества даны с примесями, то сначала вычислите массу чистого вещества, содержащегося в примеси.

• Составьте уравнение соответствующей химической реакции.

• В уравнении одной чертой подчёркните химические формулы веществ, данные которых (m, V, ) указаны в условиях задачи, а двумя чертами – формулы тех веществ, данные которых требуется вычислить.

• По уравнению реакции определите: количество (моль) тех веществ, формулы которых подчёркнуты (одной или двумя чертами). Коэффициент, стоящий перед формулами подчёркнутых (в данном случае) веществ, будет показывать количества данных веществ (): M_r , M, V, V_m .

• Найденные значения запишите под соответствующими химическими формулами и произведите вычисления (составив пропорцию).

• Запишите ответ.

Задача 1. Какова масса воды, которая образовалась при сгорании 8 г водорода?

Д ано: Решение:

m (Н₂) = 8 г m = M   8 г x г

2 H₂ + O₂ = 2 H₂O

2 моль 2 моль

Найти: M_r 2 18

m(H₂O) - ? M 2 г/моль 18 г/моль

m 2 г/моль  2 моль 18 г/моль  2 моль

По уравнению реакции:

из 4 г Н₂ образуется 36 г Н₂О,

а из 8 г ---------------- x г

Составим пропорцию

; (г)

Ответ: m(H₂O) = 72 г.

Задача 2. Какая масса гидроксида натрия образуется при взаимодействии 2,3 г натрия с водой?

Задача 3. Титан в промышленности получают магний – термическим методом:

Ti Cl₄ + 2 Mg = Ti + 2 MgCl₂

Сколько магния надо взять, чтобы из хлорида титана (IV) получить 9,6 кг титана?

Задача 4. Рассчитайте объём водорода, который выделится при растворении алюминия массой 10,8 г в избытке соляной кислоты (нормальные условия).

Задача 5. Смесь медных и магниевых опилок массой 1,5 г обработали избытком соляной кислоты. В результате реакции выделился водород объёмом 0,56 л (н.у.). Вычислите массовую долю меди в смеси.

VII. Расчёты по термохимическим уравнениям

1. Вычисление на основе термохимического уравнения количества поглощённой теплоты по известной массе одного из реагирующих веществ.

Задача 1. S + O₂ = SO₂ + 297 кДж

Вычислите по термохимическому уравнению количество теплоты, выделяемой при сгорании 1 кг серы.

Задача 2. Термохимическое уравнение реакции разложения известняка:

СаСО₃ = СаО + СО₂ – 157 кДж

Сколько теплоты затрачивается на разложение 1 кг известняка?

Задача 3. Термохимическое уравнение реакции ацетилена:

2 С₂Н₂ + 5 О₂ = 4 СО₂ + 2 Н₂О + 2610 кДж

Сколько теплоты выделится, если будет израсходовано: а) 1 моль ацетилена; б) 13 г ацетилена; в) 1,12 л ацетилена?

2.Нахождение масс реагирующих веществ, если известно, какое количество теплоты выделилось в данной реакции.

Задача 4. По термохимическому уравнению реакции:

С + О₂ = СО₂ + 402,24 кДж

вычислите, сколько сгорело угля, если при реакции выделилось 33520 кДж теплоты.

Задача 5. Термохимическое уравнение реакции оксида меди (II) с соляной кислотой:

CuO + 2 HCl = CuCl₂ + H₂O + 63,6 кДж

Сколько теплоты выделится при растворении 200 г оксида меди в соляной кислоте?

VIII. Расчёты, связанные с понятием «избыток – недостаток»

Задача 1. К раствору, содержащему нитрат кальция массой 8,2 г, прилили раствор, содержащий карбонат натрия массой 6,36 г. Рассчитайте массу полученного оксида.

Задача 2. Для образования хлорида аммония было взято 11,2 л (н.у.) газообразного аммиака и 11,4 л (н.у.) хлороводорода. Какова масса образовавшегося продукта реакции?

Задача 3. 10,7 г хлорида аммония смешали с 6 г гидроксида кальция и смесь нагрели. Какой газ и сколько его по массе и объёму (н.у.) выделилось?

Задача 4. К 300 г раствора, содержащего 0,1 массовых долей гидроксида калия, прилили 400 г раствора, содержащего 0,1 массовых долей азотной кислоты. Сколько граммов соли образовалось?

Задача 5. К раствору, содержащему 40 г сульфата меди (II), прибавили 12 г железных опилок. Рассчитайте, останется ли в растворе сульфата меди после того, как закончится реакция.

IX. Расчёты, связанные с понятием «выход»

Задача 1. Вычислите объём оксида серы (IV), который надо взять для реакции с кислородом, чтобы получить оксид серы (VI) массой 20 г. Массовая доля выхода продукта равна 80 %. Объём рассчитайте при нормальных условиях.

Задача 2. Сколько ортофосфорной кислоты можно получить из 31 тонны ортофосфата кальция, если выход кислоты составляет 80 % по сравнению с теоретическим?

Задача 3. Сколько граммов аммиака можно получить, нагревая смесь 20 г хлорида аммония с 20 г оксида кальция, приняв, что выход составляет 98 % от теоретического?

Задача 4. Титан в промышленности получают магний – термическим методом:

Ti Cl₄ + 2 Mg = Ti + 2 MgCl₂

Сколько граммов титана можно получить из хлорида титана (IV) массой 9,6 г, если выход от теоретического составляет 95 %?

Задача 5. Сколько азотной кислоты можно получить из 14 т аммиака, если выход кислоты составляет 87 % по сравнению с теоретическим?

Алгоритмы решения заданий по биологии.

1.На рисунке 1. изображено строение сердца человека. Определите, какие структурные элементы обозначены цифрами на рисунке. Дайте ответы на вопросы.

Сердце человека состоит из четырёх отдельных полостей, называемых камерами: левое предсердие, правое предсердие, левый желудочек, правый желудочек. Они разделены перегородками. На рисунке обозначены цифрами следующие структурные элементы: 1-левый желудочек; 2-мышца (миокард) и жировая ткань; 3-правое предсердие; 4-левое предсердие; 5- правый желудочек;6-аорта; 7-верхняя полая вена; 8-ветви легочной артерии; 9- ветви легочной вены.

1.1.Стенка какого отдела сердца имеет наибольшую толщину? Почему? У левого  желудочка сердца самые толстые стенки.11-14 мм, потому что у него самая большая нагрузка, так как он выталкивает кровь в большой круг кровообращения.

1.2. В каком отделе сердца, и каким сосудом начинается и заканчивается малый круг кровообращения? Какая кровь в этом отделе в сосуде? Малый круг кровообращения начинается в правом желудочке, венозная кровь течёт по лёгочному стволу, затем по лёгочной артерии. В капиллярах лёгких венозная кровь становится артериальной и продолжает свой путь в лёгочные вены. Заканчивается малый круг в левом предсердии.

1.3. Какова роль сердечных клапанов? Укажите, где в сердце они расположены? Они переливают  или останавливают кровь во время диастол или систол; полулунный клапан расположен между правым предсердием и легочным стволом, трехстворчатый между правыми предсердием и желудочком, двустворчатый между левыми предсердием и желудочком.

1.На рисунке 2. Приведены этапы митоза. Охарактерезуйте последовательность событий, происходящих в клетке на этих фазах. Укажите биологическую роль митоза.

Процесс митоза принято подразделять на четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Так как он непрерывен, смена фаз осуществляется плавно — одна незаметно переходит в другую.

В профазе увеличивается объем ядра, и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы. К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Постепенно растворяются ядрышки и ядерная оболочка, и хромосомы оказываются беспорядочно расположенными в цитоплазме клетки. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется веретено деления, часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а часть — прикрепляется к центромерам хромосом. Содержание генетического материала в клетке остается неизменным (2n).

Схема митоза: 1- интерфаза; 2,3 - профаза; 4 - метафаза; 5,6 - анафаза; 7,8 - телофаза; 9 - образование двух клеток.

В метафазе хромосомы достигают максимальной спирализации и располагаются упорядоченно на экваторе клетки, поэтому их подсчет и изучение проводят в этот период. Содержание генетического материала не изменяется (2n).

В анафазе каждая хромосома «расщепляется» на две хроматиды, которые с этого момента называются дочерними хромосомами. Нити веретена, прикрепленные к центромерам, сокращаются и тянут хроматиды (дочерние хромосомы) к противоположным полюсам клетки. Содержание генетического материала в клетке у каждого полюса представлено диплоидным набором хромосом, но каждая хромосома содержит одну хроматиду (4n4c).

В телофазе расположившиеся у полюсов хромосомы деспирализуются и становятся плохо видимыми. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Одновременно идет деление цитоплазмы. Дочерние клетки имеют диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной хроматиды (2n2c).

1.Охарактеризуйте общий план строения дыхательной системы человека. К органам дыхания относятся: носовая полость, глотка. гортань, трахея, бронхи и легкие.

Рисунок 1. Дайте ответы на вопросы:

1.1. Какой процесс изображен на рисунке 1, где он протекает и каково его биологическое значение? На рисунке изображен процесс газообмена в легких: на конечных бронхиальных веточках находятся мельчайшие легочные пузырьки — альвеолы, заполненные воздухом. Стенки альвеол выстланы однослойным плоским эпителием, покрытым плотной пленкой вещества, препятствующего их спаданию. Альвеолы пронизаны густой сетью кровеносных сосудов — капилляров. Через их стенки происходит газообмен.

1.2. Опишите механизмы регуляции дыхания. Регуляцией дыхания называют процесс управления вентиляцией легких. Механизмы регуляции дыхания определяются нервной и гуморальной регуляцией. Обычно человек не замечает, как он дышит, потому, что процесс этот регулируется независимо от его воли.

Непроизвольную регуляцию дыхания осуществляет дыхательный центр, находящийся в продолговатом мозге (одном из отделов заднего мозга). Нервные механизмы саморегуляции дыхания проявляются в том, что вдох рефлекторно вызывает выдох, а выдох — вдох. Это происходит потому, что во время вдоха при растяжении легочной ткани в нервных рецепторах, находящихся в ней, возникает возбуждение, которое передается продолговатому мозгу и вызывает активацию центра выдоха и торможение центра вдоха, образующих дыхательный центр. Сокращение дыхательных мышц прекращается, они расслабляются, и происходит выдох. При выдохе поток импульсов от рецепторов прекращается, центр выдоха перестает активизироваться, центр вдоха растормаживается, активизируется и наступает вдох.

Гуморальная регуляция дыхания состоит в том, что повышение концентрации углекислого газа в крови возбуждает дыхательный центр — частота и глубина дыхания увеличиваются. Уменьшение содержания углекислого газа в крови понижает возбудимость дыхательного центра — частота и глубина дыхания уменьшаются.

Дыхание очень тесно связано с кровообращением. Увеличение скорости дыхания может способствовать циркуляции крови. Чем глубже вдох, тем больше снижается давление в грудной полости. Это падение давления не только нагнетает воздух в легкие, но и заставляет оттекать к сердцу кровь из вен, расположенных в различных частях тела. Если долго неподвижно сидеть или стоять, это может вызвать глубокий и непроизвольный вздох, заставляющий притекать к сердцу большие количества крови и, таким образом, способствующий циркуляции крови.

Формой дыхательной деятельности являются чихание и кашель. Они регулируются защитными дыхательными рефлексами.

1. Какой вид изменчивости предопределяет различия в строении листьев у стрелолиста? Определите причину такой изменчивости и охарактеризуйте ее основные свойства (рисунок 2).

Различия в строении листьев у стрелолиста предопределяет ненаследственная (модификационная) изменчивость. Причина такой изменчивости: зависит от условий окружающей среды. Основное свойство – она не наследуется.

1.Опишите строение рефлекторной дуги двигательного защитного рефлекса, изображенной на рисунке 1.(отдергивается рука при ожоге). В каком элементе нервного пути произошли нарушения, если боль человек ощущает, а рука непроизвольно не отдергивается?

Рисунок 1. Рефлекторная дуга защитного рефлекса

Безусловные рефлексы обеспечивают выживание организма и вида в постоянных условиях среды и на ранних этапах жизни. Строение рефлекторной дуги двигательного защитного рефлекса: рецепторы на коже пальца, дотронувшегося до горячего предмета ➡ чувствительный нейрон ➡ центральная нервная система (спинной мозг через задние рога спинного мозга - тело двигательного нейрона в передних рогах спинного мозга) ➡ вставочный нейрон ➡ мышца руки (сокращается - отдергивание руки от горячего). На рисунке под цифрой 1 находится рецептор (окончание чувствительного нейрона), под цифрой 2 - нервные пути, по которым сигнал передается в центральную нервную систему — чувствительный нейрон, который передает сигнал в спинной мозг; под цифрой 3 - вставочный нейрон; 4 - двигательный нейрон, 5 -  орган, производящий ответную реакцию — мышца.

Нарушения произошли во вставочном нейроне, так как именно он передает сигнал мышце и, в результате, рефлекс не работает.

2.Охарактеризуйте экологические факторы и установите закономерности их действия. Рассмотрите график, показывающий влияние температуры на скорость роста растений (рисунок 2). Определите температурный диапазон:

1. для оптимального роста растений;

2. приводящий к угнетению роста;

3. определяющий границы экологической толерантности.

Экологические факторы — это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные. Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений.

.Биотические факторы — совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания. В последнем случае речь идет о способности самих организмов в определенной степени влиять на условия обитания. Например, в лесу под влиянием растительного покрова создается особый микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создается свой температурно-влажностной режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом — прохладнее и влажнее.

Антропогенные факторы — факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение. , эрозия почв, уничтожение лесов и т. д.),

Экологичсекие факторы бывают разной интенсивности (в недостатке, в норме, или в избытке) . Температура среды, например, бывает высокой, средней или низкой.

Точка 1 на оси абсцисс (это 22-28 ⁰С), соответствующая наилучшим показателям жизнедеятельности организма, означает наиболее благоприятную для организма величину воздействующего фактора — это точка оптимума. Для большинства организмов определить оптимальное значение фактора с достаточной точностью зачастую трудно, поэтому принято говорить о зоне оптимума. Крайние участки кривой, выражающие состояние угнетения организмов при резком недостатке или избытке фактора, называют областями пессимума или стресса - точки 2 на оси абсцисс (это 10-22 ⁰С и 28-35 ⁰С). Вблизи критических точек лежат сублетальные величины фактора - точки 3 на оси абсцисс (это 5-10 ⁰С и 35-40 ⁰С), а за пределами зоны выживания — летальные (ниже 5 и выше 40⁰С) .

Подобная закономерность реакции организмов на воздействие экологических факторов позволяет рассматривать ее как фундаментальный биологический принцип: для каждого вида растений и животных существует оптимум, зона нормальной жизнедеятельности, пессимальные зоны и пределы выносливости по отношению к каждому фактору среды.

1. Сравните строение скелета млекопитающих и человека и объясните, чем обусловлены их отличия (рисунок 1).

Рисунок 1. Строение скелета млекопитающего (слева) и человека (справа)

Характерной особенностью скелета человека, связанной с прямохождением, является S-образный изгиб позвоночника, смягчающий толчки при ходьбе. Амортизации способствует и сводчатая стопа. Тазовые кости более широкие, грудная клетка шире и короче.

Важное значение для трудовой деятельности имеет противопоставление большого пальца руки остальным, что позволяет захватывать различные предметы. Плечевой сустав обеспечивает большую подвижность верхних конечностей с размахом почти до 180°. Мозговой отдел черепа преобладает над лицевым, что объясняют развитием мышления и уменьшением роли челюстей при питании приготовленной пищей.

2. На рисунке 2 приведены плоды различных сортов томатов, которые получены в результате селекционной работы. Охарактеризуйте методы селекции, которые можно использовать для получения нового сорта растения. Относятся ли растения на рисунке к одному биологическому виду?

Селекция — наука о методах создания и улучшения пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов с целью увеличения их продуктивности, повышения устойчивости к болезням, вредителям, приспособления к местным условиям и другое. Селекцией называют также отрасль сельского хозяйства, занимающуюся выведением новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур и пород животных. Основными методами селекции являются отбор и гибридизация, а также мутагенез, полиплоидия (кратное увеличение диплоидного или гаплоидного набора хромосом, вызванное мутацией), клеточная и генная инженерия. Как правило, эти методы комбинируют. В зависимости от способа размножения вида применяют массовый или индивидуальный отбор. Скрещивание разных сортов растений и пород животных – основа повышения генетического разнообразия потомства.

Растения, изображенные на рисунке относятся к разным сортам и гибридом одного и того же вида.