Методические рекомендации по разработке заданий для школьного и муниципального этапов всероссийской олимпиады школьников по химии в 2010/2011 учебном году Москва 2010

ЧАСТЬ IV. Примеры заданий. Типичной «олимпиадной» задачей является задача, в которой требуется получить численный ответ, но, на первый взгляд в задании нет практически никаких данных для расчетов. Задача 1. При пропускании паров воды через оксид кальция масса реакционной смеси увеличилась на 9,65%. Определите процентный состав полученной твердой смеси. РЕШЕНИЕ. Запишем уравнения химической реакции: СаO + H2O = Са(OH)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. Проведем расчеты: пусть исходное количество оксида кальция равна х моль, тогда: m( H2Oпрореаг.) = (40+16)х 0,0965= 5,4х, ( H2Oпрореаг..) = 5,4х/18 = 0,3х = ( СаO прореаг..) =( Са(OH)2, обрзов..) m(СаO оставш.) = 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 Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2NaCl Было, моль х y 0 0 Прореагировало, моль y y Осталось/Образовалось, моль x–y 0 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(Na2SO4) = 14200x/183,6x = 77,3% ω(BaCl2) = 4160x /183,6x = 22,7% Ответ: ω(Na2SO4) = 77,3% ω(BaCl2) = 22,7% *В журнале «Химия в школе», №5 за 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 Na2CO3 K2SO4 HCl BaCl2 выпадает осадок белого цвета выпадает осадок белого цвета без изменений Na2CO3 выпадает осадок белого цвета Без изменений выделяется газ без цвета и запаха K2SO4 выпадает осадок белого цвета Без изменений Без изменений HCl Без изменений Выделяется газ без цвета и запаха Без изменений Уравнения реакций: BaCl2 + Na2CO3 = BaCO3↓ + 2NaCl; (1) BaCl2 + K2SO4 = BaSO4↓ + 2KCl; (2) Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2↑ + H2O. (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 Мх = 32 г/моль. Такую молярную массу имеет кислород (О2) или гидразин (N2H4). 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 0,03 В результате двух реакций: В растворе будет только алюминат натрия, который может быть записан в виде: Na[Al(OH)4] , Na[Al(OH)4(H2O)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. 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 25оС 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/(м2К.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 : приготовление растворов с заданной концентрацией (w, c); растворимость; "цепочки" превращений по неорганике (9 класс), органике (10 класс) и комбинированная (11 класс); расчеты по уравнениям химических реакций (с использованием понятий "выход продукта", "массовая доля примесей", "избыток и недостаток"); задачи по физической химии (элементарные термохимические расчеты,)

Похожие:

	Методические рекомендации по разработке заданий для школьного и муниципального... Целью этих этапов является выявление и отбор учащихся, лучше других разбирающихся в экологии, которые затем примут участие в последующих...		Методические рекомендации по разработке заданий для школьного и муниципального... Целью этих этапов является выявление и отбор учащихся, лучше других разбирающихся в экологии, которые затем примут участие в последующих...
	Методические рекомендации по разработке заданий для школьного и муниципального... Методические рекомендации предназначены для организаторов первого (школьного) и второго (муниципального) этапов Всероссийской олимпиады...		Методические рекомендации по разработке заданий для школьного и муниципального... Методические материалы содержат рекомендации по порядку проведения олимпиады по обществознанию, определения содержания и типов олимпиадных...
	Методические рекомендации по разработке заданий для школьного и муниципального... «Порядок проведения олимпиад школьников» (Приказ министра образования и науки РФ от 22 октября 2007 г. №285)		Методические рекомендации по разработке заданий для школьного и муниципального... Школьный этап Олимпиады проводится по олимпиадным заданиям, разработанным предметно-методической комиссией муниципального этапа с...
	Методические рекомендации по разработке заданий и требований к проведению...		Методические рекомендации по разработке заданий и требований к проведению...
	Методические рекомендации по разработке заданий и требований к проведению...		Методические рекомендации по разработке заданий и требований к проведению...
	Методические рекомендации по разработке требований к проведению школьного... Форма и порядок проведения школьного (или муниципального) этапа всероссийской олимпиады школьников по экологии		Методические рекомендации по разработке заданий для школьного и муниципального... Методические материалы содержат рекомендации по порядку проведения олимпиад по экономике, требования к структуре и содержанию олимпиадных...
	Методические рекомендации по разработке заданий для школьного и муниципального... Целью этих этапов является выявление и отбор учащихся, лучше других разбирающихся в экологии, которые затем примут участие в последующих...		Методические рекомендации по разработке заданий и требований к проведению...
	Методические рекомендации по разработке заданий и требований к проведению...		О проведении школьного этапа всероссийской предметной олимпиады школьников Пермского края от 03. 10. 201 № сэд-26-01-20-682 «О проведении школьного и муниципального этапов всероссийской олимпиады школьников...