Методические рекомендации по содержательному и организационно-методическому обеспечению школьного и муниципального этапов Всероссийской олимпиады школьников по химии (Архангельская О. В., Тюльков И. А (стр. 3 из 4)

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 (схема 2).

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 (схема 3). 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 (схема 4). 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 (M_ср.).

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)/ М_х =75/ М_х моль третьего компонента.

Из закона Авогадро следует, что объемные проценты компонентов газовой смеси (

) равны мольным (χ)

Внесем дополнительные обозначения:

_х –объемная доля третьего компонента, χ_х – мольная доля третьего компонента, ν_см. – число моль газов в смеси, ν_х – число моль третьего компонента.

_х = χ_х = ν_х/ν_см. = , решая это уравнение , получаем

М_х = 32 г/моль. Такую молярную массу имеет кислород (О₂) или гидразин (N₂H₄).

Ответ: Третий компонент газовой смеси – кислород или гидразин. M_ср.=30,89моль/л.

Задача 5.

В газовой смеси содержится метан (CH₄) (j = 40%, w = 48,5%), оксид азота (II) (j = 20%) и некий третий компонент.

Проведя расчеты, установите название третьего компонента газовой смеси.

РЕШЕНИЕ:

Для удобства расчетов составим таблицу:

Газ	М, г/моль	j	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:

78	40	118
Al(OH)3 +	NaOH	= NaAl(OH)4
Было, моль	0,05	0,03
Прореагировало, моль	0,03	0,03
Образовалось, моль	0,02	0	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(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.
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 25^оС 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 = PV_М/T. При 273К и 1 атм. , V_М = 22400 мл.

Тогда R = 1^.22400/273 = 82,05атм^.мл/К^.моль

M_NO = 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;
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");

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.