Как оформлять олимпиадное решение
Из чего состоит решение
Олимпиадное решение читает проверяющий, у которого есть критерии — список утверждений, за каждое из которых начисляются баллы. «Вещество X — сульфат меди(II)» — 1 балл, «уравнение реакции X со щёлочью» — 1 балл, «расчёт, подтверждающий формулу» — 2 балла. Поэтому верный, но необоснованный ответ приносит мало, а обоснованное решение с арифметической ошибкой в конце — почти полный балл.
Что должно быть в решении:
- Ответ на каждый вопрос — отдельно, с номером пункта.
- Обоснование каждого вещества: какие данные условия на него указывают (цвет, реакция, расчёт массовой доли).
- Уравнения всех реакций с коэффициентами — даже тех, что кажутся очевидными.
- Расчёты в виде «формула → подстановка → результат» с единицами.
- Проверка: найденная формула или состав согласуются со всеми числами условия.
boltПишите для проверяющего
У проверяющего сотни работ, и угадывать ход ваших мыслей он не станет. Короткие фразы («газ Y тушит лучинку и мутит известковую воду → Y — \(\ce{CO2}\)»), нумерация пунктов, итоговые формулы отдельной строкой. Черновик сдают вместе с чистовиком, но оценивают чистовик.
errorНедостаточный аргумент
«Газ без цвета и запаха» подходит к десятку газов, «белый осадок» — к десяткам веществ. Идентифицирующий признак должен отличать вещество от разумных альтернатив: мутит известковую воду и не обесцвечивает бромную воду — \(\ce{CO2}\), а не \(\ce{SO2}\); белый осадок с солью бария не растворяется в кислотах — \(\ce{BaSO4}\), а не \(\ce{BaCO3}\).
scienceРеакции-опознаватели
- \(\ce{Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + H2O}\) и \(\ce{CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca(HCO3)2}\) — известковая вода мутнеет, а в избытке газа снова становится прозрачной.
- \(\ce{SO2 + Br2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HBr}\) — сернистый газ обесцвечивает бромную воду, углекислый — нет.
- \(\ce{Ba^2+ + SO4^2- -> BaSO4 v}\) — белый осадок, нерастворимый в кислотах; \(\ce{BaCO3 + 2HCl -> BaCl2 + H2O + CO2 ^}\) — карбонат бария в кислоте растворяется.
- \(\ce{Ag+ + Cl- -> AgCl v}\) — белый творожистый осадок, темнеющий на свету и растворимый в аммиаке: \(\ce{AgCl + 2NH3 -> [Ag(NH3)2]Cl}\).
- \(\ce{Cu^2+ + 2OH- -> Cu(OH)2 v}\) — голубой осадок, при нагревании чернеющий: \(\ce{Cu(OH)2 ->[t] CuO + H2O}\).
history_eduКак Менделеев поправил первооткрывателя
В 1875 году Поль Эмиль Лекок де Буабодран открыл галлий и измерил его плотность — 4,7 г/см³. Менделеев, за несколько лет до того предсказавший этот элемент как «экаалюминий», написал, что плотность должна быть около 5,9, а образец, вероятно, недостаточно чист. Лекок очистил металл и получил 5,9. Это лучшая иллюстрация того, что гипотезу проверяют по совокупности данных: если одно число «выбивается», его перепроверяют, а не подгоняют под него остальное.
Неизвестный элемент по массовой доле
Самый частый ход в олимпиадной неорганике — найти элемент по массовой доле. Пусть оксид элемента Э содержит долю \(w\) кислорода. В формуле \(\ce{Э2O_z}\), где \(z\) — степень окисления, на 2 атома Э приходится \(z\) атомов кислорода, откуда
Величина \(E = 8(1 - w)/w\) — эквивалентная масса элемента: масса, которая соединяется с 8 г кислорода (или с 1,008 г водорода, или с 35,45 г хлора). Атомная масса — кратное эквивалента, а множитель равен степени окисления. Дальше — перебор.
edit_noteОксид с 47,1 % кислорода
\(E = 8\cdot0{,}529/0{,}471 = 8{,}99\) г/моль.
| \(z\) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| \(A_r = zE\) | 9,0 | 18,0 | 27,0 | 36,0 | 45,0 |
| элемент | Be — но он только +2 | нет | Al | нет | Sc — но он только +3 |
Подходит только алюминий: \(\ce{Al2O3}\), \(w(\ce{O}) = 48{,}0/102{,}0 = 47{,}1\) %.
boltПеребор с отсевом
Не останавливайтесь на первом совпадении. Для каждого \(z\) проверьте: есть ли элемент с такой массой и бывает ли у него такая степень окисления. «Бериллий +1» или «скандий +5» отбрасываются сразу. Если подошли два варианта, ищите в условии признак, который их различит: цвет, растворимость, реакцию.
Тот же приём работает с хлоридами (\(E = 35{,}45\,(1 - w)/w\)), сульфидами (\(E = 16{,}03\,(1 - w)/w\)), гидридами (\(E = 1{,}008\,(1 - w)/w\)) и с данными реакций. Если 1,00 г металла вытесняет из кислоты 0,0308 г водорода, то \(E = 1{,}008\cdot1{,}00/0{,}0308 = 32{,}7\): при \(z = 1\) металла с массой 32,7 нет, при \(z = 2\) — 65,4, это цинк.
scienceРеакции, по которым определяют эквивалент металла
- \(\ce{Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2 ^}\) — по объёму водорода.
- \(\ce{2Mg + O2 ->[t] 2MgO}\) — по привесу при сжигании.
- \(\ce{CuO + H2 ->[t] Cu + H2O}\) — по массе воды или убыли массы оксида.
- \(\ce{MCl_z + zAgNO3 -> zAgCl v + M(NO3)_z}\) — по массе хлорида серебра.
Расшифровка цепочки превращений
Во многих задачах вещества зашифрованы буквами, а даны их превращения и наблюдения. Решение начинается с ключа — самого узнаваемого признака: цвета, запаха, характерной реакции, числа. От ключа цепочку распутывают в обе стороны.
scienceБертолетова соль и её «родственники»
- \(\ce{MnO2 + 4HCl -> MnCl2 + Cl2 ^ + 2H2O}\) — чёрный порошок с концентрированной соляной кислотой даёт жёлто-зелёный газ с резким запахом.
- \(\ce{Cl2 + 2KOH -> KCl + KClO + H2O}\) — на холоду хлор со щёлочью даёт гипохлорит.
- \(\ce{3Cl2 + 6KOH ->[t] 5KCl + KClO3 + 3H2O}\) — при нагревании получается хлорат, бертолетова соль.
- \(\ce{2KClO3 ->[t, MnO2] 2KCl + 3O2 ^}\) — с катализатором \(\ce{MnO2}\) хлорат разлагается на хлорид и кислород.
- \(\ce{4KClO3 ->[t] 3KClO4 + KCl}\) — без катализатора, при осторожном нагревании около 400 °C, идёт диспропорционирование до перхлората.
В этой цепочке \(\ce{MnO2}\) встречается дважды — как окислитель в первой реакции и как катализатор в четвёртой. Такие «переклички» — любимый приём составителей: если вещество ведёт себя в задаче двумя разными способами, это подсказка.
boltГде искать ключ
Цвет: жёлто-зелёный газ — \(\ce{Cl2}\), бурый — \(\ce{NO2}\) или пары брома, синий раствор — ионы \(\ce{Cu^2+}\). Запах: тухлых яиц — \(\ce{H2S}\), резкий удушливый — \(\ce{SO2}\), \(\ce{Cl2}\), \(\ce{NH3}\). Характерная реакция: мутит известковую воду, тлеющая лучинка вспыхивает, синеет иодкрахмальная бумага. Число: молярная масса, массовая доля, потеря массы. Одна находка «разматывает» всю цепочку.
history_eduСоль, которая взрывается
Хлорат калия получил в 1786 году Клод Луи Бертолле, пропуская хлор через горячий раствор щёлочи. Он надеялся заменить им селитру в порохе, но смеси с хлоратом оказались слишком чувствительны к удару и трению: в 1788 году при попытке наладить производство на пороховом заводе в Эсоне произошёл взрыв, унёсший жизни людей. Зато хлорат нашёл место в спичечных головках и фейерверках, а название «бертолетова соль» живёт до сих пор.
Проверка ответа
Проверка — отдельный этап решения, а не «перечитать ещё раз». Удобно держать в голове короткий список.
| Что проверить | Как |
|---|---|
| баланс | число атомов и заряд в каждом уравнении |
| размерность | единицы ответа те, что спрашивают |
| диапазон | доля от 0 до 100 %, масса продукта не больше массы реагентов, выход не больше 100 % |
| единственность | нет ли второго вещества, подходящего под те же данные |
| полнота | использованы ли все числа условия; если нет — зачем они даны |
| смысл | существует ли вещество и устойчиво ли оно в этих условиях |
errorЧастые потери баллов
- Вещество угадано, но не обосновано — балл за «идентификацию с доказательством» не ставится.
- Уравнение без коэффициентов или с неверным продуктом: \(\ce{Fe + HCl -> FeCl3}\) вместо \(\ce{FeCl2}\).
- Ответ на пункт «а» спрятан в середине решения пункта «в».
- Ответ без единиц или в неожиданных единицах (ммоль вместо моль без пометки).
edit_noteПроверка единственности
Оксид металла содержит 72,4 % металла. Для \(\ce{MO}\): \(A_r = 16\cdot72{,}4/27{,}6 = 42{,}0\) — такого двухвалентного металла нет. Для \(\ce{M2O3}\): \(A_r = 24\cdot72{,}4/27{,}6 = 63{,}0\) — «медь +3» не годится. Для \(\ce{M3O4}\): \(A_r = \tfrac{64}{3}\cdot72{,}4/27{,}6 = 56{,}0\) — железо: \(\ce{Fe3O4}\), \(167{,}5/231{,}5 = 72{,}4\) %. Если перебирать только целые степени окисления, ответ не найдётся вовсе.
auto_awesomeМагнетит — природный магнит
\(\ce{Fe3O4}\) — минерал магнетит, самый сильный природный магнит. Намагниченные, по-видимому, ударами молний куски магнетита — «магнитный железняк» — притягивают железо; из них делали первые компасы. Кристаллики магнетита есть и в клетках магнитотактических бактерий, которые с их помощью ориентируются по магнитному полю Земли.
push_pinГлавное
Баллы дают за каждое обоснованное утверждение, а не за угаданный ответ: вещество с доказательством, уравнение с коэффициентами, расчёт с единицами. Неизвестный элемент ищут через эквивалент: \(A_r = zE\), перебирая степень окисления \(z\) и отбрасывая химически невозможные варианты — и не забывая про смешанные оксиды вроде \(\ce{M3O4}\). Найденное вещество проверяют по всем данным условия.
Закрепите теорию: 13 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.