Probleemoplossingsgewoontes en -kontroles in chemie

Lees die vraag vir die teikenhoeveelheid en sy eenheid

Voordat jy aan 'n sakrekenaar raak, vind die sin wat om iets vra en skryf die teiken as 'n hoeveelheid met 'n eenheid, soos dikte van die foelie, in cm. 'n Neergeskrewe teiken keer dat jy by 'n tussenwaarde, soos mol, stop wanneer die vraag gram wil hê.

Lys dan elke gegewe hoeveelheid met sy eenheid en beduidende syfers, en merk watter getalle presies is. Getelde voorwerpe en gedefinieerde verwantskappe, soos 1 L = 1000 mL of die koëffisiënte in 'n gebalanseerde vergelyking, is presies en beperk nie presisie nie. Let ook op na implisiete inligting: oormaat suurstof vertel jou watter reaktant nie beperk nie.

Noem laastens die verwantskap wat die gegewes met die teiken verbind: 'n digtheid, 'n molêre massa, 'n molverhouding of 'n molariteit. As jy nie een kan noem nie, lees die vraag weer; meer rekenkunde sal nie 'n ontbrekende idee vul nie.

Dra eenhede deur elke stap

Skryf 'n eenheid langs elke getal, insluitend tussenresultate, en kanselleer eenhede soos jy gaan. Dit is dimensionele analise as 'n lopende kontrole: as die eenhede wat oorbly nie die eenhede van die teiken is nie, is die opstelling verkeerd, hoe aanneemlik die getal ook lyk. 'n Omgekeerde omskakelingsfaktor wys dadelik, want g × (g/mol) laat g²/mol, wat nie 'n hoeveelheid van enigiets is nie.

Wees eksplisiet oor voorvoegsels. Om 25.0 mL as 0.0250 L te skryf voordat jy 'n molariteit in mol/L gebruik, verwyder 'n faktor-1000-fout wat andersins maklik gemis word.

Wanneer meer as een stof voorkom, maak sy identiteit deel van die eenheid: mol AgNO₃ en mol Ag is verskillende hoeveelhede, en om hulle te benoem maak die molverhoudingstap moeilik om oor te slaan.

Skat eers, vergelyk dan met die sakrekenaar

Rond elke gegewe waarde af tot een of twee beduidende syfers en doen die rekenkunde in jou kop. Die skatting het net die regte mag van tien en ongeveer die regte voorste syfer nodig. Skryf dit neer voordat jy die presiese waarde bereken.

Vergelyk dan. 'n Verskil van 'n faktor tien of meer dui op 'n voorvoegselfout, 'n invoerfout in wetenskaplike notasie, of 'n verhouding wat onderstebo toegepas is. 'n Klein heelgetalfaktor soos 2 of 3 dui op molverhoudings of onderskrifte. Ooreenstemming bewys nie dat die antwoord reg is nie, maar verskil wys dat iets verkeerd is.

Voeg 'n fisiese gesondheidskontrole by waar een bestaan. Massas, volumes, konsentrasies en absolute temperature is positief. 'n Persentasie-opbrengs kan nie 100% oorskry vir 'n suiwer, droë produk nie. 'n Verdunde oplossing is minder gekonsentreer as sy voorraadoplossing.

Uitgewerkte voorbeeld: dikte van 'n vel aluminiumfoelie

'n Reghoekige stuk aluminiumfoelie meet 30.5 cm by 22.0 cm en het 'n massa van 4.37 g. Die digtheid van aluminium is 2.70 g/cm³. Hoe dik is die foelie? Die teiken is 'n dikte in cm. Die verwantskappe is volume = massa ÷ digtheid en, vir 'n dun plaat, volume = lengte × breedte × dikte.

Skatting: 4.4 g ÷ 2.7 g/cm³ is ongeveer 1.6 cm³, en die oppervlakte is ongeveer 30 cm × 22 cm ≈ 660 cm². Die dikte is dan ongeveer 1.6 cm³ ÷ 660 cm² ≈ 0.0024 cm.

Bereken: V = 4.37 g ÷ 2.70 g/cm³ = 1.6185 cm³, met ekstra syfers vir eers gehou. A = 30.5 cm × 22.0 cm = 671 cm². t = 1.6185 cm³ ÷ 671 cm² = 0.002412 cm. Elke gemete waarde het drie beduidende syfers, dus rapporteer t = 2.41 × 10⁻³ cm, wat 24.1 µm is. Die eenhede kanselleer tot cm, en die resultaat stem met die skatting ooreen.

Redelikheid: 24.1 µm is baie dunner as 'n vel papier, wat pas by hoe foelie hom gedra. 'n Antwoord van 2.41 cm sou hierdie kontrole dadelik druip.

Uitgewerkte voorbeeld: atome in 'n suikerblokkie tel

Hoeveel koolstofatome is in 'n suikerblokkie van 4.20 g, as dit as suiwer sukrose, C₁₂H₂₂O₁₁, beskou word? Die teiken is 'n getal C-atome. Die pad is gram sukrose → mol sukrose → molekule sukrose → atome koolstof. Skryf die pad voordat jy bereken; elke pyl is een omskakelingsfaktor.

Molêre massa, met IUPAC-standaardatoomgewigte afgerond tot twee desimale (C 12.01, H 1.01, O 16.00): 12(12.01) + 22(1.01) + 11(16.00) = 144.12 + 22.22 + 176.00 = 342.34 g/mol. Skatting: 4 g ÷ 340 g/mol ≈ 0.012 mol; 0.012 mol × 6 × 10²³ mol⁻¹ ≈ 7 × 10²¹ molekule; × 12 ≈ 8 × 10²² koolstofatome.

Bereken: 4.20 g × (1 mol / 342.34 g) = 0.012269 mol sukrose. 0.012269 mol × 6.022 × 10²³ molekule/mol = 7.388 × 10²¹ molekule. 7.388 × 10²¹ molekule × 12 C-atome/molekuul = 8.866 × 10²² C-atome, gerapporteer as 8.87 × 10²² omdat 4.20 g drie beduidende syfers het. Die 12 is presies, en die molêre massa en Avogadro-konstante dra meer syfers as die massa. Die skatting stem ooreen.

As die hoeveelheid by die eerste stap tot 0.01 mol afgerond is, sou dit 7.23 × 10²² gegee het, ongeveer 18% te laag. Dra ekstra syfers deur tussenstappe en rond een keer af, aan die einde.

Organiseer meerstapprobleme as 'n kaart van hoeveelhede

Skets vir probleme met drie of meer stappe 'n kaart voordat jy bereken: blokkies vir hoeveelhede (massa van A, mol van A, mol van B) en pyle benoem met die verwantskap wat hulle verbind (molêre massa, molverhouding). Die kaart skei besluit wat om te doen van die rekenkunde doen.

Werk vorentoe vanaf die gegewes of agtertoe vanaf die teiken, na gelang van watter die minste vertakkings het. Agteruitredenering help wanneer 'n probleem baie data verskaf: vra wat jy nodig het om die teiken te bereken, dan wat jy nodig het om dit te kry, totdat jy gegewe hoeveelhede bereik.

Hou een omskakeling per reël, met eenhede en stofbenamings, sodat 'n verkeerde antwoord na die stap wat misluk het teruggespoor kan word.

• Skryf die teikenhoeveelheid met sy eenheid.
• Noem elke verwantskap en skets die pad van gegewes na teiken.
• Skat die antwoord tot een beduidende syfer.
• Bereken, en dra ekstra syfers in tussenresultate.
• Rond een keer af, aan die einde, tot die korrekte aantal beduidende syfers.
• Vergelyk met die skatting en kyk of dit fisies sin maak.

Algemene foute en die kontroles wat hulle vang

Die foute hieronder kom gereeld in algemene chemie voor, en elkeen het 'n vinnige kontrole wat nie vereis dat die hele probleem oorgedoen word nie.

Wanneer jy 'n fout in jou eie werk vind, let op watter gewoonte dit sou gevang het, en gee jou mees gereelde patroon elke keer 'n doelbewuste kontrole.

• By 'n tussenhoeveelheid stop, soos om mol te rapporteer wanneer gram gevra is. Kontrole: vergelyk die finale eenheid met die teiken wat jy aan die begin neergeskryf het.
• 6.022 × 10²³ as 6.022 × 10 EE 23 intik, wat die sakrekenaar as 6.022 × 10²⁴ lees. Kontrole: druk EE of EXP direk na 6.022, en vergelyk die mag van tien met jou skatting.
• mL en L deurmekaarkrap in 'n berekening wat mol/L gebruik. Kontrole: die eenhede kanselleer nie tot die teiken nie.
• 'n Omskakelingsfaktor omkeer. Kontrole: oorblywende eenhede soos g²/mol.
• Tussenresultate afrond. Kontrole: doen die laaste stap oor met ongeronde waardes; as die gerapporteerde syfers verander, dra meer syfers.
• 'n Presiese getal, soos 'n koëffisiënt of die 12 koolstofatome in sukrose, die beduidende syfers laat beperk.
• 'n Fisies onmoontlike waarde aanvaar, soos 'n negatiewe massa, 'n persentasie-opbrengs bo 100%, of 'n konsentrasie wat met verdunning toeneem.