WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаМатематика, Геометрія, Статистика → Задачі на складання систем рівнянь та нерівностей. Хімічні задачі - Реферат

Задачі на складання систем рівнянь та нерівностей. Хімічні задачі - Реферат

Реферат на тему:

Задачі на складання систем рівнянь та нерівностей. Хімічні задачі

Розглядаючи задачі на складання рівнянь, зупинимося насамперед на ті, рішення яких зв'язано з використанням понять "концентрація" і "процентний зміст". Звичайно в умовах таких задач мова йде про складання сплавів, чи розчинів сумішей двох чи декількох речовин.

Основні допущення, як правило, прийняті в задачах подібного роду, полягають у наступному:

а) усі сплави, що виходять, чи суміші однорідні;

б) при злитті двох розчинів, що мають обсяги і виходить суміш, обсяг якої дорівнює тобто

причому останнє співвідношення є саме допущенням, оскільки не завжди виконується в дійсності; при злитті двох розчинів не обсяг, а маса суміші дорівнює сумі мас складових її компонентів. Розглянемо для визначеності суміш трьох компонентів і Обсяг суміші складається з обсягів чистих компонентів:

а три відносини,

показують, яку частку повного обсягу суміші складають обсяги окремих компонентів:

Відношення обсягу чистого компонента у розчині до всього обсягу суміші

(*)

називається об'ємною концентрацією цього компонента.

Це — безрозмірні величини; сума концентрації всіх компонентів, що складають суміш, мабуть, дорівнює одиниці:

Тому для того, щоб структура розчину, що складає з компонент, була визначена, досить знати концентрацію -й компоненти.

Якщо відомі концентрації і компонент, що складають дану суміш, то її обсяг можна розділити на обсяги окремих компонентів (рис. 1):

(1)

Об'ємним процентним умістом компонента А називається величина

тобто концентрація цієї речовини, виражена у відсотках.

Якщо відомо процентний уміст речовини А, то його концентрація знаходиться по формулі

Так, наприклад, якщо процентний уміст складає 70%, то відповідна концентрація дорівнює 0,7. Процентному вмісту 10 % відповідає концентрація 0,1 і т.д.

Таким же способом визначаються і масові концентрація і процентний уміст, а саме, як відношення маси чистої речовини А в сплаві до маси всього сплаву. Про яку концентрацію, об'ємну чи масову, мова йде в конкретній задачі, завжди ясно з її умови.

Зустрічається порівняно небагато задач, у яких доводиться перераховувати об'ємну концентрацію на масову чи навпаки. Для того щоб це зробити, необхідно знати щільності компонентів, що складають розчин чи сплав. Розглянемо для прикладу двокомпонентну суміш з об'ємними концентраціями компонентів і і щільностями компонент і Маса суміші може бути знайдена по формулі

у якій і — об'єми складових сумішей компонент. Масові концентрації компонентів знаходяться з рівностей

які визначають зв'язок цих величин з об'ємними концентраціями.

Як правило, в умовах задач розглянутого типу зустрічається той самий повторюваний елемент: із двох чи декількох сумішей, що містять компоненти складається нова суміш шляхом перемішування вихідних сумішей, узятих у визначеній пропорції. При цьому потрібно знайти, в якому відношенні компоненти увійдуть у суміш, що вийшла.

Для рішення таких задач зручно взяти до розгляду об'єм чи масу кожної суміші, а також концентрації складових їхніх компонентів За допомогою концентрацій потрібно "розщепити" кожну суміш на окремі компоненти, як це зроблено у формулі (1), а потім зазначеним в умові задачі способом скласти нову суміш. При цьому легко підрахувати, який об'єм (яка маса) кожного компонента входить у суміш, що вийшла, а також повний об'єм (повну масу) цієї суміші. Після цього визначаються концентрації компонентів у новій суміші.

Проілюструємо сказане вище на прикладі наступної задачі.

Задача. Маємо два шматки сплаву міді і цинку з масовим процентним вмістом міді р % і q % відповідно. У якому відношенні потрібно взяти ці сплави, щоб, переплавивши узяті шматки разом, одержати сплав, що містить r % міді?

Розв'язок. Складемо ілюстративний рисунок до цієї задачі (рис. 2). Концентрація міді в першому сплаві дорівнює р/100, у другому — q/100.

Якщо першого сплаву взяти х кг, а другого у кг, то з допомогою масових концентрацій можна "розщепити" ці величини на окремі складові:

(кг міді) + (кг цинку)

і

(кг міді) + (кг цинку(.

Маса міді в сплаві, що вийшов, дорівнює

(кг міді),

а маса цього сплаву складе кг. Тому нова концентрація міді в сплаві, відповідно до визначення, дорівнює

За умовою задачі ця концентрація має дорівнювати r/100. Тому одержуємо рівняння

або

Розв'яжемо отримане рівняння. Насамперед відмітимо, що рівняння містить дві невідомі х і у. Неважко зрозуміти, що обидві невідомі однозначно не знаходяться. Концентрація сплаву, що виходить, визначається не масою узятих шматків, а відношенням цих мас. Тому в задачі і потрібно визначити не самі величини х та у, а тільки їхнє співвідношення.

Відзначимо попутно, що дроби виду

часто зустрічаються в задачах на складання рівнянь. У чисельнику і знаменнику такого дробу стоять лінійні однорідні вирази, що залежать від х та у. Якщо не розглядати випадок у = 0,то функція F (х, у)залежить фактично лише від однієї змінної, а саме, від відношення

При цьому рівняння F (х, у) = C дозволяє знайти це відношення.

Запишемо рівняння задачі в наступному вигляді:

Розглянемо можливі випадки:

1) p = r = q.

В цьому випадку концентрації всіх сплавів однакові і рівняння показує, що мається незліченна безліч розв'язків. Можна взяти скільки завгодно першого сплаву і скільки завгодно другого сплаву.

2) p = r q.

У цьому випадку рівняння набуває вигляду

звідки знаходимо: х — будь-яке, у = 0.Фізичний зміст цього розв'яку зрозумілий: якщо концентрація сплаву, що потрібно одержати, збігається з концентрацією першого сплаву, але не дорівнює концентрації другого сплаву, то першого сплаву можна взяти скільки завгодно, а другого сплаву не брати зовсім.

3) pr = q.

Одержуємо рівняння

звідки знаходимо: у — будь-яке, х = 0.

4) р м, р q, q r.

У цьому випадку можна написати

Оскільки у 0, то

Це значення буде давати розв'язок задачі, якщо виконується нерівність

яке, як неважко показати, має місце, якщо значення r знаходиться між значеннями р та q. Таким чином, якщо р q,то можна одержати сплав з будь-яким процентним вмістом міді між р і q.

Незважаючи на те, що цей приклад дуже простий, він досить добре ілюструє основний метод розв'язку задач, пов'язаних із сумішами.

Розглянемо ще одну задачу.

Задача. Три однакові пробірки наповнені до половини розчинами спирту. Після того як уміст третьої пробірки розлили нарівно в перші двох, об'ємна концентрація спирту в першій зменшилася на 20 % від первісної, а в другий збільшилася на 10 % від первісного значення. В скількох разів первісний об'єм спирту в першій пробірці перевищував первісний об'єм спирту в другій пробірці?

Рис. 3

Розв'язок. Введемо в розгляд об'єм половини пробірки V0 і концентрації розчинів спирту в кожній із пробірок c1і с2. Тоді первісний об'єм спирту в першій пробірці дорівнює V0c1,у другій V0c2,у третій V0c3(рис. 3). Для того щоб розв'язати задачу, підрахуємо об'єми спирту в першій і другій пробірках після того, як туди додадуть вміст третьої пробірки. Ці об'єми будуть рівні: у першій пробірці

у другій пробірці

Знайдемо нові концентрації спирту в цих пробірках. Для першої пробірки вона дорівнює

для другої

За умовою задачі і Тоді маємо систему двох рівнянь з трьома невідомими:

або

З цієї системи, так само як і в попередній задачі, не можна визначити всі три концентрації c1, c2 і с3. Але завдяки тому, що рівняння системи являють собою однорідні лінійні вирази, з неї можна знайти співвідношення двох концентрацій до третьої, наприклад с1/с3 і с2/с3:

Об'єм спирту в першій пробірці відноситься до об'єму спирту в другій пробірці як т/п. Дійсно,

Відповідь. У 3,25 рази.

Звернемося тепер до задач, які можна об'єднати в одну групу через те, що їхній розв'язок пов'язаний з виявленням загальної закономірності зміни тієї чи іншої величини в результаті багаторазово повторюваної операції.

Розглянемо наступний приклад.

У сосуді, об'єм якого дорівнює V0 л, міститься р %-й розчин солі (рис. 4). Із сосуду виливається а л суміші і доливається а л води, після чого розчин перемішується. Ця процедура повторюється п разів. Запитується, за яким законом змінюється концентрація солі в сосуді, тобто яка буде концентрація солі після п процедур?

Рис. 4

Розв'язок. Очевидно, що первісний об'єм солі у розчині дорівнює

Після того як відлили а л суміші, у розчині залишилося

літрів солі, а її концентрація після додавання а л води дорівнює

Після того як відлили ще а л суміші (але вже з концентрацією c1), у розчині залишилося солі

а її концентрація після додавання а л води дорівнює

Немає потреби ще раз проробляти ту ж процедуру, щоб переконатися, що концентрація солі в розчині після п переливань визначається формулою

(2)

що являє собою геометричну прогресію, що убуває. Множник

що є знаменником цієї прогресії, показує, у скільки разів убуває концентрація після чергового переливання.

Приклад 1. Нехай значення величини a/V0 відомо. Після скількох переливань концентрація солі в розчині зменшиться більш ніж у k разів?

Розв'язок. Використовуючи формулу (2) для концентрації солі в розчині після п переливань, одержуємо

Звідси знаходимо

Найменша кількість таких переливань дорівнює цілій частині числа плюс одиниця.

Приклад 2. Відомо, що після п переливань концентрація солі в розчині зменшилася в k разів. Визначити, яку частину об'єму судини складають а л.

Розв'язок. Відповідно до формули (2) маємо

чи

Звідси знаходимо відношення a/V0:

Приклад 3. У кожному із двох сосудів знаходиться по V0 л кислоти однакової концентрації. З першого сосуду відлили а л розчину і долили а л води. Потім цю процедуру повторили ще раз. З другого сосуду відлили 2а л розчину і долили 2а л води. Потім цю процедуру повторили ще раз. Відомо, що концентрація кислоти в першому сосуді виявилася в 25/16 рази більшою, ніж концентрація кислоти в другому сосуді. Яку частину від об'єму сосуду складають а л?

Loading...

 
 

Цікаве