Интернет-семинар (вебинар) Методика подготовки к олимпиадам и интеллектуальным турнирам по химии. Часть 1. (На примере заданий заочного этапа XIV турнира им. М.В. Ломоносова) для учителей химии и родителей участников турнира 14 января 2014 г.

ЦЕЛИ ТУРНИРА: ВЫЯВИТЬ НАИБОЛЕЕ ПОДГОТОВЛЕННЫХ УЧАЩИХСЯ, ИМЕЮЩИХ ОСОБЫЕ СПОСОБНОСТИ И СКЛОННОСТИ К ПРЕДМЕТУ ХИМИЯ ПОДДЕРЖАТЬ И РАЗВИТЬ ПОЗНАВАТЕЛЬНЫЕ ИНТЕРЕСЫ УЧЕНИКОВ В ОБЛАСТИ химии Оценить уровень знаний по химии с целью отбора для участия в очном этапе Ломоносовского турнира 2

ПРЕДМЕТНЫЕ СЕКЦИИ 8 КЛАСС 11 КЛАСС 10 КЛАСС 3 9 КЛАСС

Дополнительные материалы На Турнире можно использовать таблицы: Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева Растворимость оснований, кислот и солей в воде Ряд стандартных электродных потенциалов. Участникам Турнира разрешается использование калькулятора (финансового или инженерного, без функции программирования). 4

Структура заданий 8 класса Общее количество заданий - 10 Задание состоит из одной части открытого типа. Ответами на задания могут быть химические символы, буквы и число ОБЩЕЕ ВРЕМЯ, ОТВОДИМОЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЙ – 90 МИНУТ 5

Перечень проверяемых умений в задание по темам Вычисление массы определенного количества вещества. Вычисление количества вещества (в молях) по массе вещества. Вычисление объема (массы) определенного количества газообразного вещества при заданных условиях. Составление химических переходов (уравнений реакций) одних веществ в другие с использованием генетической связи между классами соединений, (качественные задачи). 6

Система оценивания отдельных заданий и работы в целом 8 класс Максимальный балл - 40 Каждое правильно решенное задание оценивается в 4 балла Если задание предполагает несколько ответов, тогда 4 балла делится пропорционально количеству ответов 7

Структура заданий 9 класса Общее количество заданий - 10 Задание состоит из одной части открытого типа. Ответами на задания могут быть химические символы, буквы и число ОБЩЕЕ ВРЕМЯ, ОТВОДИМОЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЙ – 90 МИНУТ 8

Перечень проверяемых умений в задание по темам Вычисление массовых долей (процентного содержания) элементов в сложном веществе по его формуле. Вычисление массы определенного количества вещества. Вычисление количества вещества (в молях) по массе вещества. Вычисление объема (массы) определенного количества газообразного вещества при заданных условиях. Вычисление массы продукта реакции по известным массовым долям исходных веществ. Кинетические закономерности протекания химических реакций. Составление химических переходов (уравнений реакций) одних веществ в другие с использованием генетической связи между классами соединений, окислительно-восстановительные реакции (качественные задачи). 9

Система оценивания отдельных заданий и работы в целом 9 классе Максимальный балл- 50 Каждое правильно решенное задание оценивается в 5 баллов Если задание предполагает несколько ответов, тогда 5 баллов делится пропорционально количеству ответов 10

Структура заданий 10 класса Общее количество заданий - 10 Задание состоит из одной части открытого типа. Ответами на задания могут быть химические символы, буквы и число ОБЩЕЕ ВРЕМЯ, ОТВОДИМОЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЙ – 90 МИНУТ 11

Перечень проверяемых умений в задание по темам Вычисление массовой доли растворенного вещества в растворе, если известна масса растворенного вещества и масса раствора. Вычисление массы определенного количества вещества. Вычисление количества вещества (в молях) по массе вещества. Вычисление относительной плотности газообразных веществ. Вычисление объема (массы) определенного количества газообразного вещества при заданных условиях. Нахождение простейшей химической формулы по массовым долям элементов. Вычисление массы продукта реакции по известным массовым долям исходных веществ. 12

Перечень проверяемых умений в задание по темам Вычисление массы продукта реакции по известной массе одного из вступивших в реакцию веществ. Вычисление массовой доли компонентов смеси, на основе данных задачи. Установление молекулярной формулы газообразного вещества по продуктам сгорания. Энергетические закономерности протекания химических реакций. Составление химических переходов (уравнений реакций) одних веществ в другие с использованием генетической связи между классами соединений, окислительно-восстановительные реакции (качественные задачи). 13

Система оценивания отдельных заданий и работы в целом 10 классе Максимальный балл - 40 Каждое правильно решенное задание оценивается в 4 балла Если задание предполагает несколько ответов, тогда 4 балла делится пропорционально количеству ответов 14

Структура заданий 11 класса Общее количество заданий - 10 Задание состоит из одной части открытого типа. Ответами на задания могут быть химические символы, буквы и число ОБЩЕЕ ВРЕМЯ, ОТВОДИМОЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЙ – 90 МИНУТ 15

Перечень проверяемых умений в задание по темам Строение атома. Химическая связь. Кинетические и энергетические закономерности протекания химических реакций. Составление химических переходов (уравнений реакций) одних веществ в другие с использованием генетической связи между классами соединений, окислительно- восстановительные реакции, электролиз, гидролиз и др. (качественные задачи). Вычисление массы определенного количества вещества. 16

Перечень проверяемых умений в задание по темам Вычисление относительной плотности газообразных веществ. Вычисление объема (массы) определенного количества газообразного вещества при заданных условиях. Вычисление массы продукта реакции по известным массовым долям исходных веществ. Вычисление массы продукта реакции по известной массе одного из вступивших в реакцию веществ. Вычисление массовой доли компонентов смеси, на основе данных задачи. Установление молекулярной формулы газообразного вещества по продуктам сгорания. 17

Система оценивания отдельных заданий и работы в целом 11 классе Максимальный балл- 50 Каждое правильно решенное задание оценивается в 5 баллов Если задание предполагает несколько ответов, тогда 5 баллов делится пропорционально количеству ответов 18

Разновидности заданий для 8 класса Рассчитайте объем, который занимает (при н.у.) порция газа, необходимого для дыхания, если в этой порции содержится 2, молекул этого газа. Какой это газ? Решение. Газ, необходимый для дыхания - это, конечно, кислород. N(O 2 ) = 2, (молекул), V M = 22,4 л/моль (н.у.), N A = 6, моль -1, V(O 2 ) = ? (н.у.) В решении задачи используются уравнения, связывающие между собой число частиц N(O 2 ) в данной порции вещества n(O 2 ) и число Авогадро N A : n(O 2 ) = N(O 2 ) / N A, а также количество, объем и молярный объем газообразного вещества (н.у.): n(O 2 ) = V(O 2 ) / V M Отсюда: V(O 2 ) = V M * n(O 2 ) = (V M * N(O 2 )) / N A = (22,4 * 2,69* ) : (6,02 * ) [(л/моль) : моль -1 ] = 1,0 л Ответ. Порция кислорода, в которой содержится указанное в условии число молекул, занимает при н.у. объем 1 л. 19

Разновидности заданий для 8 класса Важнейшая проблема в промышленном производстве удобрений - получение так называемого "связанного азота". В настоящее время ее решают путем синтеза аммиака из азота и водорода. Какой объем аммиака (при н.у.) можно получить в этом процессе, если объем исходного водорода равен 300 л, а практический выход (z) - 43 %? Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде: N 2 + 3H 2 = 2NH 3 V(H 2 ) = 300 л; z(NH 3 ) = 43% = 0,43, V(NH 3 ) = ? (н.у.) Объем аммиака V(NH 3 ), который можно получить в соответствии с условием задачи, составляет: V(NH 3 )практ = V(NH 3 )теор. z(NH 3 ) = 2/3. V(H 2 ). z(NH 3 ) = = 2/ ,45 [л] = 86 л Ответ. 86 л (при н.у.) аммиака. 20

Разновидности заданий для 8 класса Для засола огурцов используют 7%-ный водный раствор поваренной соли (хлорида натрия). Рассчитайте массу соли и объем воды для приготовления 5 л 7%-ного раствора хлорида натрия, если его плотность равна 1048 г/л. Решение. V 1 = 5 л; d 1 = 1048 г/л; w(NaCl) = 7% = 0,07; M(NaCl) = 58,5 г/моль; d(воды) =1000 г/л,m(NaCl)=,V(воды)= ? Используется уравнение, связывающее между собой массу раств. вещества, его массовую долю, а также плотность и объем раствора: m(NaCl) = w(NaCl) * d 1 * V 1 = 0,07 * 1048 * 5 [(г/л) * л] = 366,8 г, V(воды) = m(воды) / d(воды) = (m 1 - m(NaCl)) / d(воды) = =(d 1 * V 1 ) ( (w(NaCl) ( d 1 * V 1 ) = (d 1 * V 1 ) * (1 - w(NaCl)) = = (1048 * 5) * (1 - 0,07) [(г/л) * л] = 4,873 л = 4873 мл Ответ. 366,8 г NaCl и 4873 мл воды. 21

Разновидности заданий для 9 класса Если растения (например, помидоры) в теплице были поражены фитофторозом, то рекомендуется после сбора урожая и удаления ботвы с грядок обработать землю 1,5%-ным (в расчете на безводную соль) раствором сульфата меди. Какая масса кристаллогидрата состава CuSO 4 * 5H 2 O (кр) требуется для приготовления 100 л такого раствора? Плотность 1,5%-ного раствора CuSO 4 равна 1014 г/л. Решение. Запишем условие задачи: V 1 = 100 л; d 1 = 1014 г/л; M(кр) = 250 г/моль; M(CuSO 4 ) = 160 г/моль; w(CuSO 4 ) = 1,5% = 0,015, m(кр) = ? В решении задачи используется соотношение: m(кр) = m(CuSO 4 ) * M(кр) / M(CuSO 4 ) = = w(CuSO 4 ) * d 1 * V 1 * M(кр) / M(CuSO 4 ) = = 0,015 * 1014 * 100 * 250 / 160 [(г/л) * л] = 2376 г = 2,376 кг Ответ. 2,376 кг CuSO 4 * 5H 2 O 22

Разновидности заданий для 9 класса В химическом кабинете пролили на пол немного соляной кислоты, и к концу урока она полностью испарилась.Много ли молекул HCl оказалось в воздухе, если масса хлороводорода, перешедшего в газообразное состояние, равна 1 г? Решение. Запишем условие задачи: m(HCl) = 1 г, M(HCl) = 36,5 г/моль, N A = 6, моль 1, N(HCl) = ? В решении этой задачи используется уравнение: n(HCl) = N(HCl) / N A ; отсюда: N(HCl) = n(HCl) * N A ; Чтобы найти n(HCl), необходимо воспользоваться соотношением: n(HCl) = m(HCl) / M(HCl) Итоговая расчетная формула для решения задачи такова: N(HCl) = [N A * m(HCl) ] / M(HCl) = [6,02 * * 1] / 36,5 [(моль -1 * г) : (г/моль)] = 1,65 * Ответ. В воздухе химического кабинета оказалось чрезвычайно много молекул HCl - 1,65 *

Разновидности заданий для 9 класса Прежде чем вылить в канализацию жидкие отходы лабораторных работ, содержащие соляную кислоту, полагается их нейтрализовать щелочью (например, NaOH) или содой (Na 2 CO 3 ). Определите массы NaOH и Na 2 CO 3, необходимые для нейтрализации отходов, содержащих 0,45 моль HCl. Какой объем газа (при н.у.) выделится при нейтрализации указанного количества отходов содой? Решение. Запишем уравнения реакций HCl+ NaOH = NaCl + H 2 O. 2HCl + Na 2 CO 3 = 2NaCl + H 2 O + CO 2 Для нейтрализации заданного количества HCl в соответствии с уравнениями реакций (1) и (2) требуется:n(NaOH) = n(HCl) =0,45 моль;m(NaOH)=n(NaOH)*M(NaOH)=0,45* 40 = 18 г n(Na 2 CO 3 ) = n(HCl)/ 2 = 0,45 : 2 [моль] = 0,225 моль; m(Na 2 CO 3 )=n(Na 2 CO 3 ) / M(Na 2 CO 3 ) = 0,225 * 106= 23,85 г Для расчета объема углекислого газа, n(CO 2 ) = n(HCl) / 2 = 0,45 : 2 [моль] = 0,225 моль; V(CO 2 ) = n(CO 2 ) * V M = 0,225 * 22,4 [моль. л/моль] = 5,04 л Ответ. 18 г NaOH; 23,85 г Na 2 CO 3 ; 5,04 л CO 2 24

Разновидности заданий для 10 класса Осуществить следующие превращения и в ответе указать вещества Х и У Al 4 C 3 Х CH 3 Cl C 2 H 6 C 2 H 2 CO 2 У CH 3 OH Al 4 C H 2 O 3CH 4 + 4Al(OH) 3 CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl 2 CH 3 Cl + 2Na C 2 H 6 + 2NaCl C 2 H 6 C 2 H 2 + 2H 2 2C 2 H 2 + 5O 2 4CO 2 + 2H 2 O CO 2 + C 2СO СO + 2H 2 CH 3 OH 25

Разновидности заданий для 10 класса Какой объем воздуха (н.у.) потребуется для сжигания смеси, состоящей из 5 л метана и 15 л ацетилена? Решение. (1) CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O на 1 моль CH моль O 2 (2) 2C 2 H 2 + 5O 2 = 4CO 2 + 2H 2 O на 2 моль 2C 2 H моль O 2 Объем кислорода, который пойдет на сжигание заданного объема метана V1(O 2 ) и ацетилена V 2 (O 2 ), составит: V1(O 2 ) = 2V(CH 4 ) = 2 х 5 = 10 л V2(O 2 ) = 5/2 V(C 2 H 2 ) = 5/2 х 15 = 37,5 л V(O 2 ) = V1(O 2 ) + V 2 (O 2 ) = 10 л + 37,5 л = 47,5 л Отсюда рассчитаем объем воздуха на сжигание (содержание кислорода в воздухе принимаем равным 21% по объему): V(воздуха) = V(O 2 ) : 0,21 = 47,5 л : 0,21 = 226 л Ответ. V(воздуха) = 226 л 26

Разновидности заданий для 10 класса При сгорании органического вещества массой 4,8 г образовалось 3,36 л CO 2 (н.у.) и 5,4 г воды. Плотность паров органического вещества по водороду равна 16. Определите молекулярную формулу исследуемого вещества. Решение: Найдем количество продуктов реакции (в моль): В состав исходного соединения входило 0,15 моль атомов углерода и 0,6 моль атомов водорода, вычислим их массы : m(H) = 0,6 моль х 1 г/моль = 0,6 г m(С) = 0,15 моль х 12 г/моль = 1,8 г Определим, входил ли кислород в состав исходного вещества: m(O) = 4,8 - (0,6 + 1,8) = 2,4 г Найдем число моль атомов кислорода: n(O) = m(O) / M(O) = 2,4 г : 16 г/моль = 0,15 моль n(CO 2 ) : n(H) : n(O) = 0,15 : 0,6 : 0,15 = 1 : 4 : 1 Итак, простейшая формула исходного вещества CH 4 O. Зная относительную плотность исходного вещества по водороду, найдем молярную массу вещества: M(CH 4 O)х = M(H 2 ) х D(H 2 ) = 2 г/моль х 16 = 32 г/моль x = 32 г/моль / 32 г/моль = 1 Ответ. Формула исходного органического вещества CH 4 O. 27

Разновидности заданий для 11 класса При гидрировании 1 моль циклогексена выделяется 28,5 ккал тепла, а при полном гидрировании 1 моль бензола выделяется 48 ккал. Определите, сколько тепла выделится при каталитическом разложении 49,2 г циклогексена на бензол и циклогексана. Решение: По условию C 6 H 10 + H 2 C 6 H ккал - Q (C 6 H 10 ) C 6 H 6 + 3H 2 C 6 H ккал - Q (C 6 H 6 ) Необходимо определить тепловой эффект реакции: 3C 6 H 10 C 6 H 6 + 2C 6 H 12 Видно, что он составляет 3*28,5 – 48 = 37,5 ккал на моль бензола. При диспропорционировании 49,2 г C 6 H 10 выделяется 49,2*37,5/(3*82) = 7,5 ккал. 28

Разновидности заданий для 11 класса Электролиз 470 г 8 %-ного раствора нитрата меди(II) продолжали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 19,6 г. Вычислите массовые доли соединений в растворе, полученном после окончания электролиза, и массы веществ, выделившихся на инертных электродах. Решение: Итоговое уравнение электролиза раствора нитрата меди(II): 2Cu(NO 3 ) 2 + 2H 2 O = 4HNO 3 + 2Cu +O 2. (1) Определим количество соли в исходном растворе: n(Cu(NO 3 ) 2 ) = 470 0,08/188 = 0,2 (моль). Масса раствора уменьшится на массу меди и кислорода, количества которых 0,2 и 0,1 моль. При этом масса раствора уменьшится на 16 г (0, ,1 32 = 16), электролиз продолжался согласно уравнению:2H 2 O = 2H 2 + O 2. В ходе этой реакции электролизу подверглось 3,6 г (19,6 – 16), или 0,2 моль воды. Масса раствора, оставшегося после электролиза: m(р-ра) = 470 – 19,6 = 450,4 (г). В этом растворе согласно уравнению (1) содержится 0,4 моль, или 25,2 г азотной кислоты. Определим массовую долю азотной кислоты: w(HNO 3 ) = (25,2/450,4) 100 % = 5,59 %. На катоде 0,2 моль (12,8 г) меди 0,2 моль (0,1 + 0,1) кислорода, его масса составляет 6,4 г 29

Разновидности заданий для 11 класса Смесь этина и пропина объемом 1,108 л (н.у.) подвергли гидратации в присутствии сульфата ртути (II). При нагревании продуктов реакции с аммиачным раствором окиси серебра выпало 2,16 г металла. Учитывая, что массовые доли выхода продуктов по каждой реакции составляют 90 %, определите состав исходной смеси в объемных долях. CH CH + H 2 O CH 3 COH CH 3 -C CH + H 2 O CH 3 COCH 3 CH 3 COH + Ag 2 O CH 3 COOH + 2Ag ν(Ag) = 2.16/108 = 0.02 моль V(C 2 H 2 ) = 0.02*22.4/(2*(0.9 *0,9) = л φ(C 2 H 2 ) = 0.277/1.108 = 0.25; φ(C 3 H 4 ) =

Рекомендуемая литература Хомченко Г.П. Химия для поступающих в вузы. М.; Высшая школа, любое здание. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Задачи по химии для поступающих в вузы. М.: Высшая школа, любое здание. Кузьменко Н.Е. и др. Сборник конкурсных задач по химии для школьников и абитуриентов. М.: Оникс, любое здание. Химия: Справочные материалы / под ред. Ю.Д.Третьякова. 1-3-е изд. М.: Просвещение, любое здание. 31

Спасибо за внимание! 14 января 2014 г.