Реферат: Информационно-методическое письмо «Региональная олимпиада по химии 2011: особенности проведения, анализ заданий, результаты, рекомендации»
Министерство образования, науки и молодежной политики Забайкальского края (Минобразования Забайкальского края) Государственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Забайкальский краевой институт повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования» (ЗабКИПКРО) Фрунзе ул., д.1, Чита, 672007 тел\факс 41-54-29 E-mail: zabkipkro@ mail.ru 23.05.2011 № 300 на № __________ от ____________ | Руководителям МОУО, ОУ |
Информационно-методическое письмо
« Региональная олимпиада по химии 2011: особенности проведения,
анализ заданий, результаты, рекомендации»
Химические олимпиады школьников являются одной из важных форм внеклассной работы по химии. Они дают учащимся возможность проверить свои знания в обстановке соревнований, сопоставить их со знаниями своих сверстников. Олимпиады позволяют выявить учащихся, проявляющих к химии определенный интерес, развить их способности, способствуют осознанному выбору профессий.
Что необходимо школьнику для успешного участия в этом нелегком интеллектуальном состязании?
Учитывая особенности химии как теоретической и экспериментальной науки, можно выделить три составляющие такого успеха:
· химический кругозор, знание свойств достаточно большого круга веществ, способов их получения, областей применения;
· умение решать химические задачи, владение необходимым для этого логическим мышлением и математическим аппаратом;
· практические умения и навыки, знание основных приемов проведения химических реакций, очистки веществ и разделения смесей, идентификации веществ, проведение измерений в ходе химического эксперимента.
Региональный этап олимпиады по химии проводился на базе Читинского государственного университета 1-2 февраля 2011 г. В региональном туре олимпиады принимало участие 74 школьника из 17 районов Забайкальского края и школ города Читы (21 – 9 класс; 27- 10 класс; 26 – 11класс). Наибольших успехов добились среди девятых классов — Намагуруева Ирина Вячеславовна МОУ «Агинская окружная гимназия», п. Агинское, учитель Анандаева А. Б.; Будаева Цындыма Будаевна МОУ «Агинская средняя общеобразовательная школа № 1», п. Агинское, учитель Балданова Т.Ц., занявшие II и III места соответственно. Среди десятых классов — Шмелев Никита Юрьевич МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 19», г. Чита, учитель Попыкина О.А.; Рымарева Юлия Михайловна МОУ«Средняя общеобразовательная школа № 30», г. Чита, учитель Данилова Л.А., также занявшие II и III места соответственно.
В одиннадцатых классах, к сожалению, призовых мест не было, но отмечены работы учеников — Елгина Ивана Игоревича, Полякова Александра Вячеславовича (ГОУ школа-интернат «Забайкальский краевой лицей-интернат», г. Чита) учитель Ельцова Э.В. и Ляпунова Александра Константиновича (МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 9», г. Чита) учитель Ковалик Е.П.
Региональная олимпиада традиционно проходила в два тура — теоретический и экспериментальный. Длительность каждого тура составляла 5 астрономических часов. Во время теоретического тура учащиеся должны были работать с пятью заданиями из различных разделов химии для каждой возрастной параллели участников. Система оценивания задач теоретического тура строилась, как и в прошлом году, на поэлементном анализе возможного решения задачи. Максимальная оценка за каждую задачу – 20 баллов.
Задание экспериментального тура было построено как мини-научное исследование. В ходе его выполнения учащиеся должны были проявить умения работать с химической посудой, приборами и реактивами, использовать знания о качественном и количественном анализе, предсказывать результаты химических реакций и др. Максимальная оценка за полностью и правильно выполненный эксперимент составила 25 баллов.
Кратко проанализируем выполнение учащимися олимпиадных заданий регионального тура химической олимпиады 2010 – 11 уч.г..
9 класс
Теоретический тур
1. Условия первой задачи представляют собой историческую «выжимку» из работы М.В. Ломоносова, посвященную «крепкой купоросной водке». «Когда в густой крепкой купоросной водке, с которой четыре доли воды смешано, влитую в узкогорлую стклянку, положены будут железные опилки, тогда выходящий пар от свечного пламени загорается… Иногда случается, что загоревшийся пар стклянку с великим треском разрывает» (М. В. Ломоносов, Полное собрание сочинений, – М.: 1953, т. 1, стр. 474).
В целом, с задачей большинство учащихся справились, у них не возникло проблем с инициализацией серной кислоты и с определением массовой доли растворенного вещества. Не все правильно привели уравнения реакций, которые могут протекать при взаимодействии железных опилок с раствором «купоросной водки» в зависимости от ее концентрации. А у многих вызвало затруднение определение соотношения объёмов разбавленного раствора «купоросной водки» и «выходящего пара» при нормальных условиях.
2. Вторая задача олимпиады посвящена качественным реакциям. Ребятам предлагалось определить по предложенной схеме, что представляют собой зашифрованные соединения.
AgNO3 | Pb(NO3 )2 | Hg(NO3 )2 | |
KX1 | ↓жёлтый осадок | ↓жёлтый осадок | ↓красно-оранжевый осадок |
KX2 | ↓белый осадок | ↓белый осадок | изменений нет |
KX3 | изменений нет | ↓белый осадок | изменений нет |
KX4 | ↓светло-жёлтый осадок | ↓светло-жёлтый осадок | ↓белый осадок |
Большинство школьников (70%) определили, что зашифрованные соединения представляют собой галогены. Кроме того, ими правильно приводились уравнения взаимодействия бинарных солей элементов X1, X2, X3 и X4 с нитратами серебра, свинца и ртути. Малое количество учащихся написали уравнения взаимодействия твёрдых бинарных солей калия элементов X1, X2, X3 и X4 с концентрированной серной кислотой, в особенности, с KI:
2KI + 3H2 SO4 → 2KHSO4 + I2 + SO2 + 2H2 O
6KI + 7H2 SO4 → 6KHSO4 + 3I2 + S + 4H2 O
8KI + 9H2 SO4 → 8KHSO4 + 4I2 + H2 S + 4H2 O
3. В третьей задаче нужно было определить вещество Х, которое образует большое количество кислородсодержащих кислот. Не все заполнили правильно пропуски в предложенной таблице.
Кислота | Формула кислоты | Название | Основность | Степень | |
молекулярная | графическая (структурная) | ||||
1 | Н3 PO2 | Фосфорноватистая кислота | 1 | +1 | |
2 | Н3 PO3 | Фосфористая кислота | 2 | +3 | |
3 | Н3 PO4 | Фосфорная кислота | 3 | +5 | |
4 | Н4 P2 O7 | Пирофосфорная кислота | 4 | +5 |
Нужно обратить внимание, что особые проблемы возникли с написанием структурных формул кислот и названием кислот, в особенности пирофосфорной. По – прежнему, вызывает затруднение написание окислительно-восстановительных реакций.
4. Четвертая задача представляет собой, так называемую задачу головоломку, решаемую на основе установления логических связей между описанными веществами и превращениями (Никифорова Е. И. Подготовка учащихся к химической олимпиаде. Методические рекомендации в помощь учителю химии. — Чита, ЗабКИПКРО, 2010. — 91 с.)
Газы, широко применяющиеся в медицине, в том числе в качестве компонента смеси для анестезии, а так же для наркоза, большинство учащихся определили верно. Ни один из учеников не представил уравнения с кислородом:
5O2 + P4 = P4 O10
O2 + PtF6 = [O2 ][PtF6 ]
10N2 O + P4 = P4 O10 + 10N2
5N2 O + 2P = P2 O5 + 5N2
5N2 O + 2KMnO4 + 3H2 SO4 = 10NO + 2MnSO4 + K2 SO4 +3H2 O
5. К пятой задаче теоретического тура практически никто не преступал. Задача связана с определением молярной массы гемоглобина при условии, что раствор 20 г гемоглобина в 1 л воды имеет осмотическое давление 7,52·10–3 атм при 25 °C. Для определения теплового эффекта реакции связывания кислорода с гемоглобином 100 мл водного раствора, содержащего 5,00 г дезоксигенированного гемоглобина, насыщали кислородом в теплоизолированном сосуде. Таким образом нужно было рассчитать тепловой эффект реакции на моль кислорода, учитывая, что 1 моль гемоглобина способен присоединить 4 моль кислорода и определить повысилась или понизилась температура раствора, если после полного насыщения гемоглобина кислородом температура раствора изменилась на 0,031 °C.
Данная задача оказалась самой трудной, поэтому стоит обратить на такие задачи пристальное внимание и усилить подготовку по данному разделу, посвященному термохимическим уравнениям, расчету тепловых эффектов и т.п.
10 класс
Теоретический тур
1. Первая задача для десятого класса, так же как и в девятом классе имеет историческую составляющую. К ней приступили практически все ученики, максимальный балл, набранный за ее решение, составил 8 баллов.
В целом, задача нетрудная, некоторые сложности в решении связаны с приведением правильных уравнений ядерных реакций образования изотопа 14 С в атмосфере и его радиоактивного распада, а так же расчетом во сколько раз уменьшается содержание 14 С в изолированном образце горной породы за 28500 лет.
2. Вторая задача вызвала определенные трудности, к ней либо не приступали, либо заработали всего от 1,5 до 2 баллов. Средний балл составил всего 0,4. В задаче нужно было определить состав пирофорного нанопорошка, но идентификация веществ по описанию превращений давалась большим трудом.
3. Третья задача довольно интересна. В качестве помощи в тексте задачи предложена сводная таблица описанных в задаче действий.
Реакция | Мольное соотношение газов | Плотность газовой смеси по водороду | Объём раствора KOH (ρ = 1,092 г/мл, ω = 10 %), пошедший на полное поглощение газовой смеси (t = 40 °C) | ||
A | B | C | |||
1 | 1 | – | – | 33,75 | 20,51 мл |
2 | – | 1 | – | 35,50 | 184,62 мл |
3 | 2 | – | 1 | 29,83 | 61,53 мл |
Нужно было расшифровать формулы газов А, B, C и подтвердить ответ расчётами, привести реакции искомых веществ с требуемыми веществами и т.д.
К задаче приступили практически все ученики, средний балл за задачу составил 4,5 балла.
4. Данная задача из раздела органической химии с элементами физической и неорганической химии. Можно отметить, что некоторые затруднения с ответами вызвал вопрос насколько изомер пентадиен-1,3, содержащий сопряжённую систему двойных связей, стабильнее, чем изомер пентадиен-1,4 c изолированными двойными связями. Затруднения также вызвала расшифровка, приведенной схемы превращений.
Пентадиен-1,3, и пентадиен-1,4 можно получить из пиперидина, используя превращения, показанные на приведённой ниже схеме. Именно таким путём Гофман впервые установил строение пиперидина.
5. Пятая задача принесла мало баллов ученикам десятых классов. Большая часть школьников получили 0 баллов, хотя практически все попробовали её решать. Задача посвящена определению неизвестного минерала по описанию его свойств, внешнего вида и представленным массовым долям элементов в его составе. Кроме того, задача требует знания элементов термохимии, а результаты показывают пробелы в знаниях в данной области у школьников.
11 класс
Теоретический тур
Все пять задач теоретического тура в одиннадцатом классе не остались без внимания школьников, ученики потратили все время, выделяемое для проведения этого этапа. Первая задача была точно такой же, как и задача, номер два для десятых классов. Если сравнить результаты, то ученики одиннадцатых классов справились чуть лучше: большее число учащихся к ней приступило и средний балл составил уже 1, а не 0,4 как в десятых классах.
2. Условия второй задачи основаны на реальных исследованиях количественного содержания в водах мирового океана урана в виде уранил-иона . В 2010 году американские учёные предложили использовать для этого 2,6-терфенилкарбоксилат ион, который селективно координирует уранил-ион, образуя устойчивый, малорастворимый в воде комплекс. Объёмные фенильные группы закрывают уранил-ион в виде капсулы, таким образом, вытесняя воду из внутренней сферы и усиливая прочность комплекса:
Составители задач для олимпиад подхватили эту интересную и актуальную тематику и предложили написать сокращённые ионные уравнения реакций образования комплекса и его разрушения раствором азотной кислоты, а также рассчитать молярную концентрацию уранил-иона в морской воде. Кроме того, ученикам предлагалось оценить через сколько лет следует ожидать истощения месторождений урановой руды, а также, предполагая, что после этого уран будет добываться из океана, и что скорость потребления останется неизменной, оценить количество воды, которое нужно будет перерабатывать в мире ежедневно, чтобы удовлетворить потребность в уране. Таким образом, был осуществлен прием синтеза химической и экономической составляющих. Данная задача оказалась одной из сложных, мало кто представил логичное и обоснованное решение.
3. В третьей задаче предлагалось определить зашифрованное органическое вещество по описанию физических и химических свойств. Анализ олимпиадных задач этого года по всем классам показал, что именно этот тип задач в меньшей степени вызывает затруднения у учащихся.
4. В четвертой задаче нужно было по предложенной схеме определить некоторые вещества и указать реагенты для проведения химических реакций при превращении веществ D, F и H в А, а Е, G и I в В .
Из 26 учеников предоставили решение всего шесть учеников, набрав при этом не высокие баллы (от 0, 5 до 3). Проблемы были как с указанием реагентов, так и с расстановкой коэффициентов в уравнениях реакций.
5.В пятой задаче был использован известный всем принцип Ле-Шателье, и, казалось, что данная задача не должна вызывать какие-либо сложности. Тем не менее, ученики, написав выражение для константы равновесия Kx, затруднялись написать, в какую сторону сместится равновесие при изменении условий реакции.
Экспериментальный тур олимпиады прошел как обычно более успешно. Ребята с удовольствием демонстрировали практические навыки, большая часть учеников предоставляла правильные схемы эксперимента и допускалась к выполнению опытов. Поэтому традиционно данный этап соревнований принес большее количество баллов в общую «копилку» рейтинга.
Заканчивается учебный год. В следующем году будет новая химическая олимпиада, новые задания, решать которые совсем не просто. С начала следующего учебного года следует начинать подготовку к олимпиадам. Уже в сентябре предметно – методическим комиссиям предстоит готовить тексты для школьного этапа химической олимпиады, поэтому ниже предлагаем несколько олимпиадных заданий с решениями (были подготовлены центральной предметной методической комиссией: Лунин В.В, Тюльков И.А., Архангельская О.В. Методические рекомендации по разработке заданий для школьного и муниципального этапов всероссийской олимпиады школьников по химии в 2010/2011 учебном году).
Примеры заданий.
Задача 1.
При пропускании паров воды через оксид кальция масса реакционной смеси увеличилась на 9,65%. Определите процентный состав полученной твердой смеси.
РЕШЕНИЕ.
1. Запишем уравнения химической реакции:
СаO + H2 O = Са(OH)2
2. На основании анализа условия задачи следует, что:
· конечная смесь является твердым веществом и состоит из оксида и гидроксида кальция;
· вода прореагировала полностью и прирост массы реакционной смеси равен массе прореагировавшей воды.
3. Проведем расчеты:
пусть исходное количество оксида кальция равна х моль, тогда:
m( H2 Oпрореаг. ) = (40+16)х 0,0965= 5,4х,
( H2 Oпрореаг.. ) = 5,4х/18 = 0,3х = ( СаOпрореаг.. ) =( Са(OH)2, обрзов.. )
m(СаOоставш. ) = 0,7х (40+16) = 39,2х,
m(Са(OH)2, обрзов. ) = (40+32+2). 0,3х = 22,2х,
m(смеси) = 61,4х
w(СаO) = 3920х/ 61,4х = 63,84% w(Са(OH)2 ) = 2220х/61,4х = 36,16%
Ответ: w(СаO) = 63,84% w(Са(OH)2 ) = 36,16%
Задача 2.
После растворения смеси хлорида бария и сульфата натрия в воде, масса образовавшегося осадка оказалась в 3 раза меньше массы солей в фильтрате. Определите массовые доли солей в исходной смеси, если известно, что в фильтрате отсутствуют хлорид ионы
РЕШЕНИЕ:
Молярная масса | 142 | 208 | 233 | 58,5 |
Na2 SO4 + | BaCl2 | = BaSO4 ↓ | + 2NaCl | |
Было, моль | х | y | ||
Прореагировало, моль | y | y | ||
Осталось/Образовалось, моль | x–y | y | 2y |
233. 3y = 142x–142y + 117y;
699y = 142x – 142y + 117y
724y = 142x
y =0,2x
mисх.см. = 142x + 0,2. 208x = 142x + 41,6x = 183,6x
ω(Na2 SO4 ) = 14200x/183,6x = 77,3% ω(BaCl2 ) = 4160x /183,6x = 22,7%
Ответ: ω(Na2 SO4 ) = 77,3% ω(BaCl2 ) = 22,7%
*В журнале «Химия в школе», №5, 2008 г. Е.И. Миренковой дано очень изящное альтернативное решение этой задачи.
Задача 3.
Задача на распознавание веществ, находящихся в пронумерованных пробирках. Такого типа задачи имеются в комплекте Всероссийской олимпиады школьников по химии за любой год. Однако оригинальность предлагаемой задачи заключается в том, что для ее решения требуется мысленный эксперимент. В решениях таких задач обычно представлена таблица, иллюстрирующая возможность взаимодействия между веществами попарно, уравнения химических реакций и, иногда, отдельные комментарии. Для 3-4 этапов такое схематическое решение вполне достаточно. Однако на школьном и районном этапах, особенно для восьмиклассников, необходимо разобрать полный, подробный ход решения с логическими умозаключениями и выводами. Это полезно, как для педагога-наставника, так и для самостоятельной работы школьника.
В четырёх пронумерованных пробирках находятся растворы хлорида бария, карбоната натрия, сульфата калия и хлороводородная кислота. В вашем распоряжении имеется необходимое число пустых пробирок. Не пользуясь никакими другими реактивами, определите содержимое каждой из пробирок.
Решение
Проведём мысленный эксперимент. Рассмотрим содержимое пробирок. Вещества визуально неразличимы – это бесцветные прозрачные растворы.
Составим таблицу возможных попарных взаимодействий веществ (табл. 2), в результате которых мы будем (или не будем) наблюдать определённые признаки реакций .
Таблица 2
BaCl2 | Na2 CO3 | K2 SO4 | HCl |
BaCl2 | выпадает осадок белого цвета | выпадает осадок белого цвета | без изменений |
Na2 CO3 | выпадает осадок белого цвета | Без изменений | выделяется газ без цвета и запаха |
K2 SO4 | выпадает осадок белого цвета | Без изменений | Без изменений |
HCl | Без изменений | Выделяется газ без цвета и запаха | Без изменений |
Уравнения реакций:
BaCl2 + Na2 CO3 = BaCO3 ↓ + 2NaCl; (1)
BaCl2 + K2 SO4 = BaSO4 ↓ + 2KCl; (2)
Na2 CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 ↑ + H2 O. (3)
Возьмём пробирку 1. Из остальных пробирок отольём примерно по 2 мл растворов в три пустые пробирки и добавим в каждую из них по 5–6 капель раствора из пробирки 1.
Рассмотрим 4 возможных варианта (см. табл. 2). Для наглядности в каждом случае приведены схемы распознавания веществ. В решении изображать схему не обязательно.
Вариант 1
В двух пробирках выпали белые осадки, в третьей признаков реакции не наблюдается (первая строка табл. 2). Это означает, что в пробирке 1 находится хлорид бария. В этом случае в той из пробирок, где нет признаков химической реакции, находится соляная кислота. Осадки в двух пробирках представляют собой карбонат и сульфат бария. Прильём в пробирки с осадками по несколько капель кислоты. Там, где осадок растворяется с выделением газа, изначально находился раствор карбоната натрия, там имели место реакции (1) и (3). В пробирке, где при прибавлении кислоты осадок не растворяется (BaSO4 не растворяется в кислотах), изначально находился сульфат калия и протекала только реакция (2).
Вариант 2
При добавлении нескольких капель из пробирки 1 в одной из трёх пробирок выпал белый осадок, в другой выделился газ, в третьей нет признаков реакции (вторая строка табл. 2). В этом случае в пробирке 1 находился карбонат натрия. Там, где выпал белый осадок, находился хлорид бария, где выделился газ – соляная кислота, где не было признаков реакции – сульфат калия.
Вариант 3
При добавлении нескольких капель из пробирки 1 в одной из трёх пробирок выпал белый осадок, в двух других нет признаков реакции (третья строка табл. 2). В этом случае в пробирке 1 находился сульфат калия. Там, где выпал белый осадок, находился хлорид бария. В две пробирки с исходными растворами, которые не прореагировали с сульфатом калия, добавляем хлорид бария. Выпадение белого осадка (BaCO3 ) указывает, что первоначально в этой пробирке находился карбонат натрия. В пробирке, где вновь нет признаков реакции, находился раствор кислоты.
Вариант 4
При добавлении нескольких капель из пробирки 1 в одной из трёх пробирок выделяется газ, в двух других нет признаков реакции (четвертая строка табл. 2). В этом случае в пробирке 1 находилась хлороводородная кислота. Там, где выделился газ, находился карбонат натрия. В две пробирки с исходными растворами, которые не прореагировали с кислотой, добавляем карбонат натрия. Выпадение белого осадка (BaCO3 ) указывает, что первоначально в этой пробирке был хлорид бария. В пробирке, где вновь нет признаков реакции, первоначально находился раствор сульфата калия.
Задачу при необходимости можно упростить, взяв два или три вещества, и усложнить, предложив более четырёх веществ.
Трудности при решении задач часто связаны с некими стереотипами, которые сложились у школьников в процессе изучения химии. Например, учащиеся привыкают, что в условиях задач на газовые законы даны объёмные доли веществ, а в задачах на нахождение молекулярной формулы – массовые. Однако автор задачи имеет полное право использовать в любой задаче объёмные, массовые или мольные доли компонентов смесей.
Задача 4.
Трудности при решении задачи часто связаны с некими стереотипами, которые сложились у школьника в процессе изучения химии. Например, учащиеся привыкли, что при решении задач на газовые законы, в условии задач даны объемные проценты, а в задачах на нахождение молекулярной формулы – массовые. Однако автор задачи имеет полное право давать в любой задаче как объемные, так и массовые или мольные проценты.
Массовые доли азота и оксида углерода (II) в трехкомпонентной газовой смеси равны, соответственно, 10,00% и 15,00%. Объемная доля третьего компонента равна 72,41%. Определите неизвестный компонент газовой смеси и среднюю молярную массу смеси (Mср. ).
РЕШЕНИЕ:
Примем массу смеси за 100 г. Тогда в ней содержится 10/28 + 15/28 = (10+15)/28 = 0,893 моль N2 и CO, и (100-25)/ Мх =75/ Мх моль третьего компонента.
Из закона Авогадро следует, что объемные проценты компонентов газовой смеси () равны мольным (χ)
Внесем дополнительные обозначения: х –объемная доля третьего компонента, χх – мольная доля третьего компонента, νсм. – число моль газов в смеси, νх – число моль третьего компонента.
х = χх = νх /νсм. = , решая это уравнение, получаем
М х = 32 г/моль. Такую молярную массу имеет кислород (О2 ) или гидразин (N2 H4 ).
Ответ: Третий компонент газовой смеси – кислород или гидразин. Mср. =30,89моль/л.
Задача 5.
В газовой смеси содержится метан (CH4 =) ( 40%, w = 48,5%), оксид азота (II =) ( 20%) и некий третий компонент.
Проведя расчеты, установите название третьего компонента газовой смеси.
РЕШЕНИЕ:
Для удобства расчетов составим таблицу:
Газ | М, г/моль | | V, л (на 100 л смеси) | m (газа), г |
СН4 | 16 | 0,40 | 40 | 40/22,4 ∙16 = 28,57 |
NO | 30 | 0,20 | 20 | 20/22,4 ∙30 = 26,78 |
Х | х | 0,40 | 40 | 40/22,4 ∙х = 1,79х |
Т.к. известна массовая доля метана в смеси, то
,
откуда х = 2 г/моль.
Газом с молярной массой 2 г/моль может быть только водород Н2 .
Ответ: водород.
Задача 6.
К 158,19 мл 10% раствора нитрата алюминия (плотностью 1,081г/мл) прилили 210,80 мл 3,3% раствора едкого натра (плотностью 1,035г/мл). Определите % концентрацию веществ в полученном растворе.
РЕШЕНИЕ:
Для полного осаждения алюминия в виде гидроксида:
Al(NO3 )3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaNO3
Потребуется 0,05. 3 = 0,15 моль NaOH. Поскольку гидроксида натрия больше 0,15 моль, то осадок начнет растворяться, до тех пор, пока не израсходуется вся щелочь:
Молярная масса | 78 | 40 | 118 |
Al(OH)3 + | NaOH | = NaAl(OH)4 | |
Было, моль | 0,05 | 0,03 | |
Прореагировало, моль | 0,03 | 0,03 | |
Осталось/Образовалось, моль | 0,02 | 0,03 |
В результате двух реакций:
1. В растворе будет только алюминат натрия, который может быть записан в виде: Na[Al(OH)4 ], Na[Al(OH)4 (H2 O)2 ] или Na3 [Al(OH)6 ], но никак не в виде NaAlO2, который образуется только при сплавлении реактивов. В данном решении взята наиболее употребимся формула комплексной соли.
2. Осадок гидроксида алюминия растворится лишь частично и это необходимо будет учесть при определении массы раствора.
m(раствора) = 158,19. 1,081 + 210,80. 1,035 – 0,02. 78 = 387,62 г
w(NaAl(OH)4 ) = m(NaAl(OH)4 )/m(раствора) = 0,03. 118.100/387,62 = 0,91%
Ответ: (NaAl(OH)4 ) = 0,91%
Задача 7.
Очень часто школьники не решают задачи правильно из-за несоблюдения размерности величин при расчетах.
Какова масса 5 мл оксида азота (II) при 25о С и давлении 1,2 атм.?
РЕШЕНИЕ:
Решение этой задачи сводится к элементарным расчетам по уравнению Менделеева-Клайперона:
Несмотря на важность использования универсальной газовой постоянной при решении различных типов расчетных задач, ее применение вызывает большие затруднения у школьников, абитуриентов, поступающих в ВУЗы и даже у части студентов. Основная трудность заключается в том, что учащиеся не соблюдают соответствия между размерностями газовой постоянной и размерностями физических величин данной конкретной задачи.
Известно, что универсальная газовая постоянная входит в уравнение состояния идеального газа: pV=nRT, где n-число молей газа (n=m/M), а p, V и T — соответственно — давление, объем и абсолютная температура газа. Это уравнение носит еще название уравнения Менделеева-Клапейрона.
Таким образом, для одного моля газа: R=pV/T. Температура в этом уравнении всегда выражается в Кельвинах. Давление же и объем можно выразить в различных единицах. В зависимости от выбора этих единиц, значения R будут иметь то или иное значение. В любом случае R легко рассчитать, используя следующее следствие закона Авогадро: при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем, равный 22,4 л. (Напомним, что при нормальных условиях Р = 760 мм рт. ст. = 1атм.=.101325 Па и Т = 273К) В системе СИ значение R = 8,31 Дж/моль К. В этом случае объем газа выражается в м, давление в Па и температура в К. Это значение R рассчитывается следующим образом:
Напомним, что
Па=Н/м2 и Дж = Н. м, отсюда: Па. м3 /(м2 К. моль)=Н м /(К моль) = Дж/(К моль).
Однако R можно выразить и в других единицах, используемых на практике:
и т. д.
Если пользоваться принятой в школе величиной R = 8,314 Дж /К. моль = 8,314 Па. м3 /К. моль, то давление, данное в атм. надо перевести в Па, объем в м3. Но можно вместо двух расчетов произвести один, а именно выразить R в атм.. мл/К. моль:
R = PVМ /T. При 273К и 1 атм., VМ = 22400 мл.
Тогда R = 1. 22400/273 = 82,05атм. мл/К. моль
MNO = 14 + 16 = 28 (г/моль)
Ответ: 0,008 г.
Кроме перечисленных типов задач на школьный и муниципальный этапы можно предложить задачи на:
1. приготовление растворов с заданной концентрацией ( w, c);
2. растворимость;
3. «цепочки» превращений по неорганике (9 класс), органике (10 класс) и комбинированная (11 класс);
4. расчеты по уравнениям химических реакций (с использованием понятий «выход продукта», «массовая доля примесей», «избыток и недостаток»);
5. задачи по физической химии (элементарные термохимические расчеты).
Для подготовки к олимпиадам любого уровня можно использовать интернет – ресурсы, которые позволяют найти множество примеров олимпиадных задач с решениями, прочитать интересные факты о веществах и процессах, глубоко изучить сложные теоретические вопросы химии, без знания которых невозможно успешно участвовать в олимпиаде, принять участие в обсуждении актуальных вопросов олимпиадного движения и др.
Интернет-ресурсы
festival.1september.ru/articles/529470/
himiavmeste.narod.ru/zadachi1.html
chem-solution.narod.ru/example_offline_book_10.html
moupschool1.narod.ru/himia.htm
www.chem.msu.su/rus/elibrary/zadachi_olimpiad.html
works.tarefer.ru/94/100126/index.html.
mou22vd.edusite.ru/p77aa1.html.
www.himhelp.ru/section23/section5/section37/.
www.kristallikov.net/page34.html.
chemie.ucoz.ru/index/primery_reshenija_zadach/0-8.
gymn22.narod.ru/Systems/Chemist/.
www.zomber.ru/chemistry_lec/Index73.php.
lib.repetitors.eu/himiya/159-2010-07-16-04-14-33/2033-------9-.
chem.olymp.mioo.ru/login/index.php.
ru.wikipedia.org/wiki/Всероссийская_олимпиада_школьников_по_химии.
www.icho39.chem.msu.ru/html/russian/Olympiades/RossChemOlymp.htm.
him.1september.ru/2003/40/1.htm.
www.muctr.ru/entrant/shag_v_bud.php.
chemworld.narod.ru/olimp/index.html.
www.olymp74.ru/index.php?razd=0&page=event&id=70.
www.kontren.narod.ru/lttrs/to_Oli.htm.
www.school.edu.ru/catalog.asp?cat_ob_no=5&ob_no=12699&oll.ob_no_to=.
maratakm.narod.ru/index.files/tr1.htm.
www.chemistry.narod.ru/inform/knigi.htm.
papshuli.narod.ru/predmet/Himiya_links.htm.
Литература
1. Бенеш П., Пумпт В., Свободова М., Мансуров Г. Н. 111 вопросов по химии … для всех / Кн. для учащихся. – М.: Просвещение, 1994. – 191 с.
2. Всероссийская химическая олимпиада школьников: кн. для учителя. / П. А. Оржековский, Ю. Н. Медведев, А. В. Чуранов, С. С. Чуранов. Под ред. Лисичкина. – М.: Просвещение, 1996. – 192 с.
3. Дайнеко В. И. Как научить школьников решать задачи по органической химии: кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1987. – 160 с.
4. Дмитров Е. Н. Познавательные задачи по органической химии и их решения / Пособие для учителей и учащихся. – Тула, «Арктоус», 1997. – 86 с.
5. Зубович Е.Н., Асадник В.Н. Химия. Решение задач повышенной сложности: Справочное пособие. – Мн.: Книжный дом, 2004. – 224 с.
6. Кузьменко Н. Е., Магдесиева Н. Н. Еремин В. В. Задачи по химии для абитуриентов: Курс повышенной сложности с компьютерным приложением. / Под ред. Кузьменко Н. Е. М.: Просвещение, 1992. – 191 с.
7. Кузьменко Н., Еремин В., Попков В. Химия. Для школьников старших классов и поступающих в вузы: Учебное пособие. – М.: Дрофа, 1997. – 528 с.
8. Лабий Ю. М… Решение задач по химии с помощью уравнений и неравенств: кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1987. – 80 с.
9. Лунин В.В. Химия. Всероссийские олимпиады. Вып.I/ В.В. Лунин, О.В. Архангельская, И.А. Тюльков; под ред. В.В. Лунина. – М.: Просвещение, 2010. – 191 с.
10. Николаенко В. К. Решение задач повышенной сложности по общей и неорганической химии: Пособие для учителя; / Под ред. Г. В. Лисичкина. — Киев: «Радяньска школа, 1990. — 160 с.
11. Оржековский П. А., Давыдов В. Н., Титов Н. А. Экспериментальные творческие задания и задачи по неорганической химии: Кн. для учащихся. – М.: АРКТИ, 1998. – 48 с.
12. Свитанько И. В. Нестандартные задачи по химии. – М.: МИРОС, 1995. – 80 с.
13. Слета Л.А., Чёрный А.В., Холин Ю.В. 1001 задача по химии с ответами, указаниями, решениями. – М.: Илекса, 2005. – 368 с.
14. Сорокин В.В., Загорский В.В., Свитанько И.В. Задачи химических олимпиад, изд-во МГУ, 1989. – 256 с.
15. Степин Б.Д. Занимательные задания и эффектные опыты по химии / Б.Д. Степин, Л.Ю. Аликберова. – М.: Дрофа, 2002. – 432 с.
16. Ушкалова В.Н., Иоанидис Н.В. Химия: конкурсные задания и ответы: Пособие для поступающих в Вузы. – М.: Просвещение, 2000. – 224 с.
17. Химия: сборник олимпиадных задач. Школьный и муниципальный этапы: учебно – методическое пособие / Под ред. В.Н. Доронькина. – Ростов н/Д: Легион, 2009.- 253 с.
18. Чмиленко Ф. А., Виниченко И. Г., Чмиленко Т. С. Подготовка к экзамену по химии с контролем на ЭВМ. – М.: Школа – Пресс, 1994. – 144 с.
19. Чуранов С. С. Химические олимпиады в школе. – М.: Просвещение, 1982. – 191 с.
20. Школьные олимпиады: биология, химия, география. 8 – 11 классы / Серия «Здравствуй, школа!». Ростов н/Д: Феникс, 2004. – 192 с.
Проректор Л.К.Портнова
Никифорова Елена Ивановна
(3022)26-35-31
Салогуб Е.В., зам. зав. каф. химии ЧитГУ