Информационно-методическое письмо «Региональная олимпиада по химии 2011: особенности проведения, анализ заданий, результаты, рекомендации» (стр. 3 из 4)

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

m_исх.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, 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 (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 =) ( 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.