Входная диагностика

15 заданий

Как устроен курс

Олимпиадная задача по неорганической химии почти всегда устроена одинаково: дано несколько наблюдений и чисел, нужно понять, какие вещества участвуют, написать уравнения реакций и подтвердить догадку расчётом. Поэтому курс идёт двумя линиями одновременно — химия веществ (что с чем реагирует, при каких условиях и почему) и инструменты (расчёты, строение вещества, равновесия), без которых догадку не проверить.

В курсе 34 темы и 270 уроков. Основной маршрут — 203 урока: он даёт общую олимпиадную базу. Ещё 67 уроков углублённые — для регионального и заключительного этапов ВсОШ. Урок состоит из нескольких порций: кусок теории и сразу задания к нему. Урок засчитывается от 70 % верных ответов, тематический тест — от 80 %. После ошибки задание вернётся в другой форме, а в журнал ошибок попадёт её причина: неверная модель, потерянный баланс, ошибка в преобразовании или вычислении, неверная интерпретация, единицы.

Этот урок — входная диагностика. Нового он не объясняет, а показывает, где именно у вас «протекает»: в формулах, в уравнениях, в количестве вещества или в долях. Решайте на бумаге и без подсказок — тогда журнал ошибок станет вашим личным планом повторения.

boltТри прохода по условию

Прочитайте условие целиком, до последнего вопроса. Выпишите все числа в столбик вместе с единицами — это ваша «таблица данных». Отметьте, что спрашивают в каждом пункте. Только потом начинайте решать: так вы не потратите десять минут на пункт, ответ на который прямо следует из следующего абзаца.

history_eduОлимпиады по химии

Первая Международная химическая олимпиада (IChO) прошла в 1968 году в Праге, и участвовали в ней команды всего трёх стран — Чехословакии, Венгрии и Польши. Советские школьники впервые выступили на IChO в 1970 году, а в 1972 году олимпиада прошла в Москве. Сегодня в ней участвуют команды более 80 стран, и задачи по неорганической химии по-прежнему строятся на том, чему посвящён этот курс: на реакциях, расчётах и распознавании неизвестных веществ.

infoЧто понадобится

Периодическая таблица, таблица растворимости и научный калькулятор. Относительные атомные массы берутся с точностью, принятой на олимпиадах (\(A_r(\ce{Cl}) = 35{,}45\), \(A_r(\ce{Cu}) = 63{,}55\)); ответы принимаются с разумным допуском, так что округление масс до десятых на результат не влияет.

Формулы и уравнения

Формула соединения должна быть электронейтральной: сумма зарядов ионов (или степеней окисления) равна нулю. Для солей это «правило креста»: заряд катиона становится индексом аниона, и наоборот, затем индексы сокращают. Ионы \(\ce{Al^3+}\) и \(\ce{SO4^2-}\) дают \(\ce{Al2(SO4)3}\), \(\ce{Ca^2+}\) и \(\ce{PO4^3-}\) — \(\ce{Ca3(PO4)2}\), \(\ce{Fe^3+}\) и \(\ce{O^2-}\) — \(\ce{Fe2O3}\).

Уравнение реакции — закон сохранения атомов, записанный компактно: слева и справа одинаковое число атомов каждого элемента и одинаковый суммарный заряд. Коэффициенты подбирают так, чтобы выполнялись оба условия, и приводят к наименьшим целым.

boltПорядок подбора коэффициентов

Сначала уравняйте элементы, которые входят в одно вещество слева и одно справа (обычно металлы и «редкие» неметаллы).
Затем — неизменные группы целиком: \(\ce{SO4}\) или \(\ce{PO4}\) считайте одним «кирпичиком».
Водород — предпоследним, кислород — последним: по кислороду удобно проверять.
Если кислород не сходится «на полмолекулы», поставьте перед \(\ce{O2}\) дробный коэффициент, а потом умножьте всё уравнение на знаменатель.

Пример — обжиг пирита, с которого начинается производство серной кислоты. Железо: ставим 2 перед \(\ce{FeS2}\), тогда серы 4 и нужно 4 \(\ce{SO2}\). Кислорода справа \(3 + 8 = 11\) атомов, то есть \(\tfrac{11}{2}\ce{O2}\). Умножаем всё на 2:

\[\ce{4FeS2 + 11O2 ->[t] 2Fe2O3 + 8SO2}\]

task_altПроверка

Пересчитайте атомы каждого элемента слева и справа ещё раз — отдельно, не глядя на то, как подбирали. В ионных уравнениях проверьте и заряд: в \(\ce{Cu + 2Ag+ -> Cu^2+ + 2Ag}\) слева \(+2\) и справа \(+2\).

Количество вещества

Химия считает не граммами, а количеством вещества — числом частиц, выраженным в молях. Коэффициенты уравнения — отношения количеств, а не масс: в реакции \(\ce{Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2}\) на 1 моль цинка расходуется 2 моль хлороводорода, хотя по массе это 65,4 г и 72,9 г.

Три моста между количеством вещества и измеряемыми величинами:

\[n = \frac{m}{M} = \frac{N}{N_A} = \frac{V}{V_m}\]

Здесь \(M\) — молярная масса (г/моль), \(N_A = 6{,}022\cdot10^{23}\) моль⁻¹ — постоянная Авогадро, \(V_m = 22{,}4\) л/моль — молярный объём идеального газа при нормальных условиях (0 °C, 101,3 кПа). Последнее равенство верно только для газов и только при тех условиях, для которых взят \(V_m\).

edit_noteСхема расчёта по уравнению

Сколько литров водорода (н. у.) выделится при растворении 13,0 г цинка в избытке соляной кислоты?

Уравнение: \(\ce{Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2 ^}\).
\(n(\ce{Zn}) = 13{,}0/65{,}38 = 0{,}199\) моль.
По уравнению \(n(\ce{H2}) = n(\ce{Zn}) = 0{,}199\) моль.
\(V(\ce{H2}) = 0{,}199\cdot22{,}4 = 4{,}45\) л.

errorТипичная ошибка

Пропорцию составляют по массам: «65 г цинка дают 2 г водорода, значит, 13 г дают …». Это верно, только если массы взяты из уравнения с учётом коэффициентов. Надёжнее всегда переходить к молям: там коэффициенты работают напрямую.

Доли и пропорции

Доля — это всегда отношение части к целому, и главный вопрос в задаче на доли: что здесь целое?

массовая доля элемента в веществе: \(w(\ce{N}) = \dfrac{2A_r(\ce{N})}{M_r(\ce{NH4NO3})}\) — индекс в формуле обязателен;
массовая доля растворённого вещества: \(w = m_\text{в-ва}/m_\text{р-ра}\), где масса раствора включает и воду, и растворённое вещество;
объёмная доля газа в смеси: \(\varphi_i = V_i/V_\text{смеси}\); для идеальных газов она равна мольной доле.

При разбавлении и смешивании растворов сохраняется масса растворённого вещества — на этом строится любой расчёт:

\[w_1m_1 + w_2m_2 = w\,(m_1 + m_2)\]

boltПроверка здравым смыслом

Концентрация смеси всегда лежит между исходными. Если при смешивании 10 %-го и 30 %-го растворов в равных массах у вас вышло 12 % — ошибка: должно быть ровно 20 %. Доля больше 100 % или отрицательная масса воды — верный признак, что перепутано целое.

auto_awesomeАзот в удобрениях

Самое «азотное» твёрдое удобрение — мочевина \(\ce{CO(NH2)2}\): 46,6 % азота. В аммиачной селитре \(\ce{NH4NO3}\) его 35,0 %, в сульфате аммония \(\ce{(NH4)2SO4}\) — всего 21,2 %. Поэтому перевозить на большие расстояния выгоднее мочевину: меньше груза на ту же массу азота.

push_pinГлавное

Большинство потерянных на олимпиаде баллов теряется не в «трудной химии», а на первых шагах: неверная формула, пропущенный коэффициент, масса вместо количества вещества, доля от неправильного целого. Ошибки этого урока записаны в журнал — повторите эти вопросы до темы 5.

Закрепите теорию: 15 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.