Kémiai feladatmegoldási szokások és ellenőrzések

Olvassa ki a kérdésből a célmennyiséget és a mértékegységét

Mielőtt a számológéphez nyúlna, keresse meg azt a mondatot, amely kér valamit, és írja fel a célt mennyiségként, mértékegységgel, például a fólia vastagsága cm-ben. A felírt cél megakadályozza, hogy egy köztes értéknél, például a móloknál álljon meg, amikor a kérdés grammokat kér.

Ezután sorolja fel az egyes adott mennyiségeket a mértékegységükkel és értékes jegyeikkel, és jelölje meg, mely számok egzaktak. A megszámlált tárgyak és a definiált összefüggések, mint az 1 L = 1000 mL vagy a kiegyenlített egyenlet együtthatói, egzaktak, és nem korlátozzák a pontosságot. Jegyezze fel a hallgatólagos információkat is: a feleslegben lévő oxigén megmondja, melyik reaktáns nem limitáló.

Végül nevezze meg azt az összefüggést, amely az adottakat a célhoz kapcsolja: sűrűséget, moláris tömeget, mólarányt vagy molaritást. Ha nem tud megnevezni egyet, olvassa el újra a kérdést; több számolás nem pótol egy hiányzó gondolatot.

Vigye át a mértékegységeket minden lépésen

Minden szám mellé, a köztes eredményeket is beleértve, írjon mértékegységet, és haladás közben ejtse ki a mértékegységeket. Ez a folyamatos ellenőrzésként használt dimenzióanalízis: ha a megmaradó mértékegységek nem a cél mértékegységei, a felállítás hibás, bármilyen hihetőnek tűnik is a szám. A megfordított átváltási tényező azonnal kiderül, mert a g × (g/mol) g²/mol-t hagy, ami semmilyen anyagmennyiség nem.

Legyen egyértelmű az előtagokkal. A 25.0 mL 0.0250 L-ként való felírása a mol/L-ben megadott molaritás használata előtt kiküszöböl egy ezerszeres hibát, amely egyébként könnyen elkerüli a figyelmet.

Ha egynél több anyag szerepel, tegye az azonosságát a mértékegység részévé: a mol AgNO₃ és a mol Ag különböző mennyiségek, és a címkézésük megnehezíti a mólarány-lépés kihagyását.

Először becsüljön, aztán vesse össze a számológéppel

Kerekítse az egyes adott értékeket egy-két értékes jegyre, és fejben végezze el a számolást. A becsléshez csak a helyes tízes hatványra és nagyjából a helyes első jegyre van szükség. Írja le, mielőtt kiszámítaná a pontos értéket.

Ezután hasonlítsa össze. A tízszeres vagy nagyobb eltérés előtag-hibára, tudományos jelölés bevitelének hibájára vagy fejjel lefelé alkalmazott arányra utal. Egy kis egész számú tényező, például 2 vagy 3, mólarányokra vagy alsó indexekre utal. Az egyezés nem bizonyítja, hogy a válasz helyes, de az eltérés megmutatja, hogy valami nincs rendben.

Adjon hozzá fizikai épelméjűségi ellenőrzést, ahol van ilyen. A tömegek, térfogatok, koncentrációk és abszolút hőmérsékletek pozitívak. A százalékos hozam nem haladhatja meg a 100%-ot tiszta, száraz termék esetén. A hígított oldat kevésbé koncentrált, mint a törzsoldata.

Megoldott példa: egy alumíniumfólia-lap vastagsága

Egy téglalap alakú alumíniumfólia-darab mérete 30.5 cm × 22.0 cm, tömege 4.37 g. Az alumínium sűrűsége 2.70 g/cm³. Milyen vastag a fólia? A cél a vastagság cm-ben. Az összefüggések: térfogat = tömeg ÷ sűrűség, és vékony lemez esetén térfogat = hosszúság × szélesség × vastagság.

Becslés: 4.4 g ÷ 2.7 g/cm³ körülbelül 1.6 cm³, a terület pedig körülbelül 30 cm × 22 cm ≈ 660 cm². A vastagság ekkor körülbelül 1.6 cm³ ÷ 660 cm² ≈ 0.0024 cm.

Számítás: V = 4.37 g ÷ 2.70 g/cm³ = 1.6185 cm³, egyelőre a többletjegyeket megtartva. A = 30.5 cm × 22.0 cm = 671 cm². t = 1.6185 cm³ ÷ 671 cm² = 0.002412 cm. Minden mért értéknek három értékes jegye van, ezért adja meg t = 2.41 × 10⁻³ cm-ként, ami 24.1 µm. A mértékegységek cm-re egyszerűsödnek, és az eredmény egyezik a becsléssel.

Ésszerűség: a 24.1 µm sokkal vékonyabb egy papírlapnál, ami megfelel a fólia viselkedésének. A 2.41 cm-es válasz azonnal megbukna ezen az ellenőrzésen.

Megoldott példa: atomok megszámlálása egy kockacukorban

Hány szénatom van egy 4.20 g-os kockacukorban, ha tiszta szacharóznak, C₁₂H₂₂O₁₁-nek tekintjük? A cél a C-atomok száma. Az út: a szacharóz grammjai → a szacharóz mólja → a szacharóz molekulái → a szén atomjai. Írja fel az utat a számolás előtt; minden nyíl egy átváltási tényező.

Moláris tömeg, két tizedesjegyre kerekített IUPAC standard atomtömegekkel (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. Becslés: 4 g ÷ 340 g/mol ≈ 0.012 mol; 0.012 mol × 6 × 10²³ mol⁻¹ ≈ 7 × 10²¹ molekula; × 12 ≈ 8 × 10²² szénatom.

Számítás: 4.20 g × (1 mol / 342.34 g) = 0.012269 mol szacharóz. 0.012269 mol × 6.022 × 10²³ molekula/mol = 7.388 × 10²¹ molekula. 7.388 × 10²¹ molekula × 12 C-atom/molekula = 8.866 × 10²² C-atom, amelyet 8.87 × 10²²-ként adunk meg, mert a 4.20 g-nak három értékes jegye van. A 12 egzakt, a moláris tömeg és az Avogadro-állandó pedig több jegyet hordoz, mint a tömeg. A becslés egyezik.

Az anyagmennyiség első lépésben 0.01 mol-ra kerekítése 7.23 × 10²²-t adott volna, ami körülbelül 18%-kal alacsony. Vigyen át többletjegyeket a köztes lépéseken, és csak egyszer, a végén kerekítsen.

Szervezze a többlépéses feladatokat a mennyiségek térképévé

A három vagy több lépéses feladatoknál a számolás előtt vázoljon fel egy térképet: dobozok a mennyiségeknek (az A tömege, az A mólja, a B mólja) és nyilak, amelyeket a köztük lévő összefüggéssel (moláris tömeg, mólarány) címkéz. A térkép szétválasztja annak eldöntését, hogy mit kell tenni, a számolástól.

Dolgozzon előre az adottaktól vagy visszafelé a céltól, amelyiknek kevesebb az ága. A visszafelé gondolkodás akkor segít, ha a feladat sok adatot ad: kérdezze meg, mire lenne szüksége a cél kiszámításához, aztán mire annak megszerzéséhez, amíg el nem ér az adott mennyiségekhez.

Soronként egy átváltást végezzen, mértékegységekkel és anyagcímkékkel, hogy a rossz válasz visszavezethető legyen a hibás lépésre.

• Írja fel a célmennyiséget a mértékegységével.
• Nevezze meg az egyes összefüggéseket, és vázolja fel az utat az adottaktól a célig.
• Becsülje meg a választ egy értékes jegyre.
• Számoljon, a köztes eredményekben többletjegyeket megtartva.
• Kerekítsen egyszer, a végén, a helyes számú értékes jegyre.
• Vesse össze a becsléssel, és ellenőrizze a fizikai értelmet.

Gyakori hibák és az ezeket kiszűrő ellenőrzések

Az alábbi hibák gyakoriak az általános kémiában, és mindegyikhez van egy gyors ellenőrzés, amely nem igényli a teljes feladat újraszámolását.

Ha hibát talál a saját munkájában, jegyezze fel, melyik szokás szűrte volna ki, és a leggyakoribb mintázatát minden alkalommal ellenőrizze tudatosan.

• Megállás egy köztes mennyiségnél, például mólok megadása, amikor grammokat kértek. Ellenőrzés: vesse össze a végső mértékegységet a legelején felírt céllal.
• A 6.022 × 10²³ beírása 6.022 × 10 EE 23-ként, amelyet a számológép 6.022 × 10²⁴-nek olvas. Ellenőrzés: az EE vagy EXP gombot közvetlenül a 6.022 után nyomja meg, és vesse össze a tízes hatványt a becslésével.
• Az mL és az L keverése egy mol/L-t használó számításban. Ellenőrzés: a mértékegységek nem esnek ki a célig.
• Az átváltási tényező megfordítása. Ellenőrzés: megmaradó mértékegységek, például g²/mol.
• A köztes eredmények kerekítése. Ellenőrzés: számolja újra az utolsó lépést kerekítetlen értékekkel; ha a közölt jegyek megváltoznak, vigyen át több jegyet.
• Hagyni, hogy egy egzakt szám, például egy együttható vagy a szacharóz 12 szénatomja korlátozza az értékes jegyeket.
• Fizikailag lehetetlen érték elfogadása, például negatív tömeg, 100% feletti százalékos hozam vagy hígításkor növekvő koncentráció.