Решение задач по химии

Решение задач по химии
Результаты российских школьников в
международном исследовании PISA
(Programme for International Student
Assessment) – Международная программа по
оценке образовательных достижений
учащихся. Осуществляется Организацией
экономического Сотрудничества и Развития
ОЭСР.
Каталитический конвертер
ОЦЕНКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ





Ответ принимается полностью – 1 балл.
Процент российских учащихся, набравших данный
балл 33,6
Код 1: Упомянуто превращение монооксида углерода
или оксидов азота в другие соединения.
Монооксид углерода превращается в диоксид
углерода.
Оксиды азота превращаются в азот.
Он превращает вредные газы в невредные, например,
CO в CO2 (90%).
Вопрос 14.2
Изменения, которым подвергаются газы,
происходят внутри каталитического
конвертера. Объясните происходящее,
используя слова «атомы» И «молекулы».
.....................................................
.....................................................
........................
ОЦЕНКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
Ответ принимается полностью – 2 балла.
Процент российских учащихся, набравших данный балл 8,6
Код 2: Высказывается основная мысль о том, что атомы
перегруппируются и образуют другие молекулы; в
ответе используются оба слова – и атомы, и молекулы.
Молекулы расщепляются, и атомы объединяются для
образования других молекул.
Атомы перераспределяются, образуя другие молекулы.
ОЦЕНКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
Ответ принимается частично – 1 балл.
Процент российских учащихся, набравших данный балл
20,7
Код 1: Выражает идею об изменении порядка
расположения, но не использует оба понятия (атомы
и молекулы) ИЛИ не демонстрирует понимание
различия между атомами и молекулами.
Атомы перестраиваются, образуя другие вещества.
Молекулы превращаются в другие молекулы.
ГРУППА ЗАДАНИЙ 11* – Тесто
для хлеба
При приготовлении теста для хлеба повар
смешивает муку, воду, соль и дрожжи. После
этого тесто помещают на несколько часов в
какую-нибудь емкость, чтобы начался
процесс брожения. При брожении в тесте
происходят химические процессы: дрожжи
(одноклеточный гриб) преобразуют крахмал и
сахар, содержащиеся в муке, в углекислый газ
и спирт.
Вопрос 11.1
В результате брожения тесто поднимается. Почему
тесто поднимается?
A Тесто поднимается, потому что в нем образуется спирт,
который переходит в газообразное состояние.
B Тесто поднимается, потому что в нем размножаются
одноклеточные грибы.
C Тесто поднимается, потому что в нем образуется углекислый
газ.
D Тесто поднимается, потому что при брожении вода
превращается в пар.
ОЦЕНКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
Ответ принимается полностью – 1
балл.
Процент российских учащихся,
набравших данный балл 41,8
Код 1: C. Тесто поднимается, потому
что в нем образуется углекислый
газ.
ГРУППА ЗАДАНИЙ 24 – Парниковый
эффект
Вопрос 24.1 Каким образом графики подтверждают
вывод Андрея?
ОЦЕНКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
Ответ принимается полностью (трудность – 529) – 1 балл.
Процент учащихся набравших данный балл: Россия- 49,0; Средний по
ОЭСР- 54,0; Максимальный - 75,4 (Гонконг)
Код 1: Указывается на увеличение и (средней) температуры, и выбросов







углекислого газа.
При увеличении выбросов увеличивается температура.
Оба графика идут вверх.
Потому что с 1910 г. оба графика начинают возрастать.
Температура возрастает при увеличении выбросов CO2.
Линии на графиках одновременно идут вверх.
Все увеличивается.
Чем больше выброс CO2, тем выше температура.
Особенности школьных задач
по химии
Очень простые (физика,
математика, поступление в
МГУ)
Не интересные (не вызывают
интерес к предмету у
продвинутого ученика)
Типы расчетных задач по
химии (школьная программа)
 Расчеты по формулам (пропорции)
 Расчеты по уравнениям(пропорции)
 Концентрация растворов
 Вывод формул
 Задачи «на выход» продукта
 Задачи «на избыток» одного из
веществ
В классах химико-физического
профиля решаются задачи по темам:











Задачи «на смеси»
Образование кислых солей
Термохимия. Закон Г.И.Гесса
Термодинамические расчеты
Химическая кинетика
Газовые законы
Равновесие
Константа и степень диссоциации
рН
Электролиз
Олимпиадные задачи различного уровня
Чтобы нравилось решать задачи, необходимо:
 Наличие системы предлагаемых для
решения задач
 Постепенное усложнение решаемых задач
 Решение задач различных логических
типов
 Решение сюжетных задач
 Составление задач учащимися
 Индивидуальный подход к ученику
8 класс
 Имеется порция газа оксида серы
SO2, занимающая при н.у. объем
6,72л Рассчитайте а) число молекул
газа в этой порции ; б) массу данной
порции в) плотность этого газа при
н.у. в г/л; г)массу одной молекулы
оксида серы в граммах.
8 класс
В какой массе хлорида
магния MgCl2 содержится
столько же граммов
элемента хлора, сколько его
содержится в 26,7г хлорида
алюминия AlCl3 ?
8 класс
 Элемент, водородное
соединение которого
отвечает формуле ЭН,
образует высший оксид с
массовой долей кислорода в
нем 41,2%. Какой это
элемент?
8 класс
Рассчитайте массу
электронов,
содержащихся в 100 г
калия (порядковый
номер элемента 19). Масса
электрона равна 1/1836
а.е.м.
8 класс
 Природный галлий состоит из
двух изотопов с массовыми
числами 69 и 71. Средняя
атомная масса галлия равна
69,72. Рассчитайте содержание
каждого изотопа в процентах по
количеству атомов.
8 класс

0,25 моль вещества MeSO4
содержит 1,159 .1025
электронов. Какой металл
входит в состав данного
вещества?
8 класс
В смеси двух хлоридов FeCl2 и
FeCl3 на 5 атомов железа
приходится 13 атомов хлора.
Вычислите массовые доли
веществ в такой смеси.
Как разделить смесь?
Оксида и
хлорида кальция
Кислые соли
 Какие вещества и в каком
количестве получатся при
смешивании растворов
содержащих 0,18 моль
фосфорной кислоты и 0,4 моль
гидроксида калия?
 Сколько литров аммиака
потребуется для получения 4000 г
20%-ного раствора азотной
кислоты, если окисление аммиака в
присутствии Pt идет с выходом 95
%, превращение NO в NO2 – с
выходом 85 % , а поглощается
водой в присутствии кислорода 70%
NO2.
В двух сосудах одинакового
объема каждый при 20оС
заключено по 10 л аммиака и
азота. Одинаково ли давление
в этих сосудах? Ответ
поясните.
В раствор медного купороса
погрузили железную
пластинку. Сколько меди
выделилось на пластинке,
если масса ее увеличилась на
0,4 г?
8 класс
22,4 л (н.у.) смеси газов водорода,
кислорода и хлора поместили в прочный
герметический сосуд. Через газовую смесь
пропустили искровой разряд, После
окончания реакции и охлаждения смеси в
сосуде обнаружили газ и жидкость. На
нейтрализацию жидкости пошло 1,6 г
гидроксида натрия. Оставшийся в сосуде
после реакции газ полностью прореагировал
с нагретым оксидом меди, причем масса
последнего уменьшилась на 1,08 г.
Определите состав исходной газовой смеси в
% по объему и состав жидкости в % по
массе.
На 31,6 г перманганата калия подействовали
концентрированной соляной кислотой.
Газообразный продукт реакции полностью
провзаимодействовал с 625мл раствора
сернистой кислоты концентрации 0,8 моль/л.
Определите концентрацию ионов водорода в
растворе , полученном при взаимодействии газа
с сернистой кислотой. Какой объем 36%-ного
раствора соляной кислоты (пл. 1,18)
потребовался для взаимодействия с
перманганатом калия?
 Образец магниевой стружки сожгли на воздухе
и золу растворили в 60 мл 1М раствора соляной
кислоты. На нейтрализацию этого раствора
пошло 12 мл 1М раствора едкого натра. После
добавления избытка щелочи раствор
прокипятили, а выделившийся при этом газ
пропустили в колбу с 12 мл 1М соляной
кислоты. На нейтрализацию раствора в колбе
пошло 6 мл 1М раствора едкого натра.
Определите массу образца магния и состав
золы.
8 класс
После длительного
нагревания на воздухе смеси
порошков малахита и меди
масса смеси не изменилась.
Каков состав исходной смеси
в % по массе.
Через озонатор пропустили
600 мл кислорода. Объем
полученной смеси составил
при тех же условиях 550
мл. Каков ее состав?
При прокаливании 7,28 г
смеси нитратов калия и
натрия образовалось 6г
нитритов калия и натрия.
Определите состав исходной
смеси.
Закон Гесса
 Даны уравнения химических
реакций:
2H2+O2 = 2H2O(Ж) + 572 кДж
4NH3+3O2=6H2O(Ж)+2N2+1530 кДж
Определите тепловой эффект
реакции
N2 + 3H2 = 2NH3 + Q
МОУ гимназия № 9 г. Екатеринбурга
Открытая гимназическая олимпиада по химии.
11 класс. Октябрь 2005 г.
«Химики это те, кто по-настоящему
понимает мир». Л.Полинг
 Напишите уравнения реакций, с помощью которых
можно осуществить превращения:
С8Н10 → С8Н8→ С8Н8Br2→ С8Н6 →С7Н6O2 →A →С6Н6
Напишите уравнения реакций, укажите условия
их проведения, дайте названия веществ.
2. Напишите уравнения реакций, с помощью
которых можно осуществить следующие
превращения, укажите условия их проведения:
Fe  Х1 Fe2(SO4)3 X2  Fe2O3  X3  FeCl2  FeCl3
 Fe
МОУ гимназия № 9 г. Екатеринбурга
Открытая гимназическая олимпиада по химии.
11 класс. Октябрь 2005 г.
3. В смесь растворов нитрата калия
и гидроксида калия поместили
гранулы алюминия. Смесь
нагрели. Напишите уравнение
происходящей реакции, составьте
электронный баланс. Расставьте
коэффициенты.
МОУ гимназия № 9 г. Екатеринбурга
Открытая гимназическая олимпиада по химии.
11 класс. Октябрь 2005 г.
4. На смесь двух первичных одноатомных
спиртов массой 6,2 г подействовали при
нагревании избытком оксида меди (2).
При этом выделилось 9,6 г металла. На
смесь продуктов подействовали
избытком аммиачного раствора оксида
серебра, при этом выделилось 43,2 г
осадка. Какие спирты и в каком
количестве содержались в исходной
смеси?
МОУ гимназия № 9 г. Екатеринбурга
Открытая гимназическая олимпиада по химии.
11 класс. Октябрь 2005 г.
5. Газы, выделившиеся при
прокаливании 27,25 г смеси
нитратов натрия и меди,
пропущены через 89,2 мл воды.
При этом не поглотилось 1,12 л
газа. Определите концентрацию
полученного раствора и состав
исходной смеси.
Интересная задача
 В атмосфере кислорода сожгли 6г
вещества Х. полученное при сгорании
вещество поглотили 38,57 мл37%-ного
раствора гидроксида натрия
(плотность 1,4). При этом содержание
щелочи в растворе снизилось вдвое в
процентах. Образовавшийся раствор
может химически связать 11.2 л
углекислого газа (н.у.). Какое вещество
сожжено?
Решение












m р-ра NaOH =38,57 мл. 1,4г/мл=54г
mNaOH = 54г . 0,37=20г
(NaОH)=20/40 =0,5 моль
(СО2)=11,2/22,4=0,5моль=(NaОH)
Полученный раствор может связать (значит,
больше - не может,т.е. получается кислая соль)
11.2 л СО2
NaOH+CO2=NaHCO3
Т.о. кол-во щелочи не изменилось! А массовая
доля уменьшилась вдвое!
Может, сожгли …
ВОДОРОД?
2Н2 + О2 = 2Н2О (Н2)= 6/2 =3 моль = (Н2О)
m воды=18.3=54г = m исходного р-ра NaOH
Просто раствор разбавился водой в два раза!
Задачи на вывод формул
 Минерал берилл содержит 31,3%
кремния, 53,6% кислорода, алюминий и
бериллий . Вывести формулу берилла.
 Минерал анортит содержит 14,4%
кальция, 19,4% алюминия, кремний и
кислород. Вывести формулу анортита.
Решение
 Формула берилла BexAlySizOk
 Не хватает данных?!
 В минералах степень окисления
Be+2 Al+3 Si+4 O-2
 2x+3y+4z=2k
 Пусть бериллия было х%, тогда
алюминия 100-31,3-53,6 -х=(15,1-х)%
 Пусть масса минерала 100г
 Be : Al : Si : о =х/9 : (15,1-х)/27
:31,3/28 : 53,6/16
 Учитывая равенство зарядов
 2х/9 + 3(15,1-х)/27
+4.31,3/28 = 2.53,6/16
 Х=4,96%
 Be : Al : Si : о =4,96/9 :
10,1/27 :31,3/28 : 53,6/16
=0,552:0,374:1,12:3,35 =
1,5:1:3:9=3:2:6:18
 3BeO.Al2O3.6SiO2
8 класс
Два образца белых порошков массой 8,0 г и 9,0г
растворили в воде, каждый – в отдельной
колбе. При этом из колб выделилось по 22,4 л
легкого горючего газа (н.у.) .Химический
анализ полученных водных растворов показал,
что они представляют собой растворы одной и
той же щелочи количеством вещества
1,0
моль. Что представляют собой исходные
порошки? Объясните результаты
эксперимента.
Решение
 Скорее всего, исходные порошки это
гидриды металлов (1А или 2А)
 Ме+1Н + Н2О = МеОН + Н2
(1)
 Ме+2Н2 + 2Н2О = Ме(ОН)2 + 2Н2 (2)
 Предположим, что (1). 1 моль гидрида
дает 1 моль водорода, получается 1
моль щелочи.
 ММеН=8г/моль и 9г/моль
 МLiH=8г/моль
 9г/моль?Дает 1 моль той же щелочи
 LiD + H2O = LiOH + HD
 (2) не подходит
Вывод формул
0,7 г вещества А при сгорании
образует 0,9г воды и 2, 2 г
углекислого газа. При
взаимодействии с
бромоводородом вещество А дает
только один продукт В с
содержанием брома 38,65%.
Определите вещества А и В.
Решение
 (Н2О)=0,9/18=0,05 моль =>
(Н)= 0,1 моль
 (СО2)= 2,2/44= 0,05моль =>
(С)= 0,05моль
 m(C+H)=0,1.1+0,05.12 =0,7г
=>«О» нет. Простейшая ф-ла СН2,
галогенпроизводное СnH2n+1Br
 80аем-38,65%
МСnH2n+1-61,35%
М
СnH2n+1=127,
 Варианты?
n=9
Решение

В молекуле алкана
содержится x первичных и y
третичных атомов углерода.
Найдите число
четвертичных атомов
углерода.
Решение
 Число вторичных атомов углерода (CH2 групп)
не влияет на число четвертичных, т.к. CH2
совпадает с гомологической разностью. Пусть в
молекуле алкана CnH2n+2 содержится x групп
CH3, y групп CH и z четвертичных атомов C,
тогда:
 n=x+y+z
2n+2=3x+y
 Умножая первую строчку на 2 и вычитая вторую
строчку, находим: z = 0.5(x – y) – 1.
 Ответ: Число четвертичных атомов углерода:
0.5(x – y) – 1.
 В равновесной смеси при некоторой
температуре содержится 6.0 моль HI, 3.0
моль H2 и 0.8 моль I2. При охлаждении
константа равновесия H2 + I2 ⇄ 2HI
увеличилась
в 2 раза. Рассчитайте количества веществ
в новой равновесной смеси.
Решение

H2 + I2 ⇄ 2HI.
 ( HI )
6.0
K 

 15

 ( I ) ( H ) 0.8  3.0
 Пусть при охлаждении образовалось еще x моль
HI, тогда израсходовано
по 0.5x моль H2 и I2:
2
(6  x )
K2  30 

(0.8  0.5x)( 3  0.5x)

x = 0.55,
 (HI) = 6 + x = 6.55 моль,
 (H2) = 3.0 – 0.5x = 2.73 моль,
 (I2) = 0.8 – 0.5x = 0.53 моль.
 Ответ: 6.55 моль HI, 2.73 моль H2, 0.53 моль I2.
2
2
1
2
2
Электролиз
 При пропускании через 160 мл раствора,
содержащего смесь Bi(NO3)3 и Hg(NO3)2, тока
силой 0.90 А в течение 161 минуты на катоде
выделилась смесь металлов общей массой
7.195 г. Напишите уравнения электролиза
каждой соли и определите молярные
концентрации солей в исходном растворе,
если известно, что на катоде не выделялись
газы, а после окончания электролиза
раствор не содержит ионов металлов.
Решение
Уравнения процессов электролиза
нитратов висмута и ртути:
Bi3+ + 3e  Bi
4
2H2O – 4e  O2 + 4H+ 3
4Bi(NO3)3 + 6H2O →4Bi + 3O2 + 12HNO3;
Hg2+ + 2e  Hg
2
2H2O – 4e  O2 + 4H+ 1
2Hg(NO3)2 + 2H2O → 2Hg + O2 + 4HNO3.
Пусть (Bi(NO3)3) = x моль, а (Hg(NO3)2) =
y моль. Тогда (Bi) = x моль, а (Hg) = y
моль.
Решение
Из условия задачи следует:
209x + 201y = 7.195.
m =M It /n F
mn/M=It/F = (e)
Количество электронов, прошедших через раствор:
(e) = It / F = 0.9016160 / 96500 = 0.09 моль.
Из уравнений восстановления ионов металлов
следует:
3x + 2y = 0.09.
Решая систему двух уравнений, находим:
x = 0.02, y = 0.015.
с(Bi(NO3)3) = 0.02 / 0.16 = 0.125 M,
с(Hg(NO3)2) = 0.015 / 0.16 = 0.094 M.
Вспомним геометрию
 Металлическое железо образует
кубическую объемноцентрированную
решетку (один атом в центре и 8 атомов в
вершинах куба). Расстояние между
центральным атомом и атомами в
вершинах равно 0,247 нм. Рассчитайте
плотность металлического железа.
Нарисуем куб
Решение
 Диагональ АСꞌ=0,247нм.2=0,494нм
=4,94.10-10м
 Пусть «а»-ребро куба
 По теореме Пифагора а2+ а2 = (АС)2 =2а2
 =(АС)2+ а2=(АСꞌ)2
 3а2 =(АСꞌ)2
 а=АСꞌ/√3= 4,94.10-10м/1,732= 2,8510-10м
Решение
 Vкуба= (2,851-10м)3=23,15.10-30м3= 2,315.1023см3
 Сколько атомов железа в кубе?
 1+8.1/8 = 2 атома
 2 атомаFe 2,315.10-23см3
6.1023атомов Fe – Vm(Fe)
Vm(Fe)=6,97см3
Плотность Fe = 55,85г/6,97см3= 8,01г/см3
Газовые законы
 При сжигании 5 л метана,
взятого при некоторой
определенной температуре,
объем газообразных продуктов
реакции, имеющих на 80о более
высокую температуру, составил
при неизменном давлении 19л.
Какова была первоначальная
температура метана?
Решение






5л
5л
10л
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О
Объем продуктов сгорания 5 л или
15л(если t>100о)
Закон Гей-Люссака T1/V1= T2/V2
А) если вода жидкая
T1/5= T1+80/19
T1=29oK ? Т.е.-244оС Не может быть!
Решение
5л
5л
10л
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О
Б) если вода газообразная
T1/15= T1+80/19
o
о
T1=300 K ? Т.е.27 С
Задача
 Смесь двух газообразных алканов
с относительной плотностью по
водороду 15 дает при
хлорировании смесь только двух
моногалогенпроизводных.
Определите алканы и укажите
объемную долю каждого в смеси.
Решение
 Молярная масса смеси 15.2г/моль= 30г/моль.
 Такую молярную массу имеет этан, но он не может
образовать смесь с М=30
 Другие газообразные алканы, дающие одно
моногалогенпроизводное: только метан и неопентан
(Ткип.= 9,5оС)
 Пусть (смеси)= 1 моль. Он содержит х моль метана
и (1-х)моль неопентана.
 16х+72(1-Х)=30 х=0,75 1-х= 0,25
 Ответ φСН4=75%; φС5Н12=25%
Оригинальный расчет по
формулам
 Приготовили 10 г смеси оксида кальция
СаО и оксида натрия Na2O.
Масса оксида кальция в этой смеси
больше массы оксида натрия, а масса
элемента кальция меньше массы
элемента натрия. Определите примерный
состав смеси в граммах.
Решение
 Пусть m(СаО)=хг, тогда m(Na2O)=(10-x)г
 (СаО)=(Са)=х/56 (моль)
 (Nа2О)=(10-х)/62 (моль)
 (Nа)=(10-х)/31 (моль)
 х > 10-х
40х/56 < 23(10-х)/31
 х>5
х<5,12

5 < х < 5,12
 По данным элементного анализа
массовая доля углерода в неизвестном
углеводороде Х равна 96,43%.Этот
углеводород обладает слабыми
кислотными свойствами и может
образовать соль Y, в которой массовая
доля металла равна 80%.Определите
молекулярную и структурную формулы
веществ Х и Y.
Решение
 (с):(Н)= (96,43/12):(3,57/1)
=8,04:3,57=2,25:1=9:4
 Формула С9Н4.
 Т.к. слабые кислотные свойства-алкин
с концевой тройной связью –С≡СН
 Можно предположить вариант
структуры
Решение
С≡СН
│
НС ≡С ─ С ─ С≡СН
│
С≡СН
Решение
Все четыре атома Н могут замещаться
атомами Ме, образуя Y состава С(С≡СМе)4
(С) : (Ме) =20/12:80/А(Ме)=
1,67:80/А(Ме)=9 : 431,14/А(Ме)
 Т.к. в молекуле 4 атома Ме
431,14/А(Ме)=4
А(Ме)=108
 Это СЕРЕБРО
 Соль Y
Спасибо за внимание!
Хочется думать, что я не
зря замерзал в Якутске
А.Эйнштейн. Формула
успеха.
А=X+Y+Z
A - успех
X - упорный труд
Y – отношение к жизни как к игре
Z - умение держать язык за
зубами
Ни один из этих факторов не
является определяющим