В ЕГЭ по химии несколько расчетных задач. Три из них относительно просты. Это задача на растворы (№27) и задачи, связанные с расчетами по химическому уравнению (№№ 28 и 29).
Более сложная задача на нахождение массовой доли вещества в смеси
(№ 34) отличается своеобразием как в химизме, так и в расчетах. В основе этой задачи как минимум 2 последовательных или параллельных реакции различных типов, включая электролиз и гидролиз. Набор реагентов, промежуточных веществ и продуктов – самый разнообразный, от олеума до кислых и комплексных солей.
Особенности расчетов связаны с использованием растворимости веществ, избытка одного из реагентов, неполнотой протекания реакции или использования реакционной смеси, применением в реакции металлической пластинки и т.д.
Можно сказать, что 34 задача – один из самых «грозных» вопросов ЕГЭ по химии. По силу справиться с ней только тому, кто не допустит ошибок в химизме и правильно выберется из лабиринта расчетов.
В интернете представлено множество видеоматериалов и статей, направленных на помощь школьникам в решении этой задачи. Общим для большинства материалов является подход, учитывающий особенности оценки 34 задачи: сперва – рекомендуется написать все уравнения, затем – выявить логику решения и в соответствии с ней провести расчеты. Этот подход сформировался в то время, когда задание на нахождение массовой доли было проще и «прозрачнее» (см.таблицу).
Для устранения (уменьшения) этих проблем мною при обучении школьников решению 34 задачи применяется прием «step by step» (шаг за шагом). Его сущность заключается в анализе каждого предложения текста задачи, извлечении из него максимума информации, и только после этого мы переходим к следующему предложению. В этом случае на каждый этап решения задачи ученик приходит уже полностью вооруженным информацией о составе реакционной смеси. Это дает ему возможность более успешно определиться с химизмом и логикой последующего решения.
Продемонстрирую данный прием на решении задач, приведенных в таблице.
1. Задача 2018 года
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 282 г 40%-ного раствора нитрата меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 32 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 140 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щёлочи в полученном растворе.
Необходимо отметить, что я давно перестала заносить числовую информацию в раздел «Дано». Причины - в ЕГЭ не оценивается наличие этого раздела, на его запись тратится драгоценное время, а самое главное – прием «step by step» позволяет обходиться без дополнительного акцентирования внимания на числах.
При оформлении решения буду выделять цель каждого действия.
Решение.
1. Цель – анализ и использование информации из 1 предложения
«Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 282 г 40%-ного раствора нитрата меди(II)».
а) уравнение реакции:
2Cu(NO3)2 +2H2O=2Cu↓+O2↑+4HNO3(1)
б) находим количество вещества Cu(NO3)2:
n Cu(NO3)2=282*0,4/188=0,6моль
2. Цель – извлечение максимума информации из 2 предложения
«После того как масса раствора уменьшилась на 32 г, процесс остановили».
а)Из уравнения реакции (1) видно, что 32 г= m(Cu)+m(O2)
На основании этой информации находим количество вещества Cu и O2.
Пусть n O2 = х моль, тогда n Cu = 2 х моль
32х+64*2х=32, откуда х=0,2 моль.
n O2= 0,2 моль, n Cu = 0,4 моль
б) на основании полученных результатов по уравнению реакции (1) находим количества
образовавшейся HNO3: n HNO3 = 0,8 моль
прореагировавшей Cu(NO3)2 : n Cu(NO3)2 прореаг = 0,4 моль
оставшейся в растворе Cu(NO3)2 : n Cu(NO3)2 оставш = 0,6-0,4 =0,2 моль
в) найдем массу образовавшегося раствора:
m пол.рра= m исх.рра –Δm=282-32=250 г
г) подведем итоги: в образовавшемся растворе содержатся
n HNO3 = 0,8 моль, n Cu(NO3)2 оставш = 0,2 моль, m пол.рра= 250 г
3. Цель – анализ и использование информации из 3 предложения
«К образовавшемуся раствору добавили 140 г 40%-ного раствора гидроксида натрия».
а) напишем уравнения потенциально возможных реакций между образовавшимся раствором и щелочью:
HNO3 +NaOH=NaNO3 +H2O (2)
Cu(NO3)2 + 2NaOH=NaNO3 +Cu(OH)2↓ (3)
б) найдем n NaOH исх =140*0,4/40=1,4 моль
найдем n NaOH прореаг = 0,8+0,2*2=1,2 моль (по 2 и 3 реакциям)
n NaOH оставш.=1,4-1,2=0,2 моль
в) найдем массу конечного раствора:
m кон.рра= 250 + m рра NaOH – m Cu(OH)2 =250+ 140-0,2*98=370,4 г
4.W(NaOH)=100*0,2*40/370,4=2,16%
Задача 2019 года
Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество карбоната натрия к 200 мл воды. Раствор разлили на две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток соляной кислоты, при этом выделился газ объёмом 4,48 л (н.у.). К раствору во второй колбе добавили 222 г 25%-го раствора хлорида кальция. Определите массовую долю хлорида кальция в конечном растворе во второй колбе.
Решение.
1. Цель – извлечение максимума информации о приготовленном растворе
«Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество карбоната натрия к 200 мл воды.».
а)найдем массу и количество вва Na2CO3, растворившегося в 200 мл воды:
В 100 г воды --------31,8 г Na2CO3
В 200 г воды ---------х г Na2CO3, откуда х=63,6 г
n Na2CO3=63,6/106=0,6 моль
б)найдем массу раствора: m рра=200+63,6=263,6г
2. Цель – анализ и использование информации из 2 предложения
«К раствору в первой колбе добавили избыток соляной кислоты, при этом выделился газ объёмом 4,48 л (н.у.).».
а)уравнение реакции
Na2CO3 +2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O (1)
n(CO2)=4,48/22,4=0,2моль
б)найдем количество вва Na2CO3 в первой колбе
n1 Na2CO3=0,2 моль
в)найдем количество вва Na2CO3 и массу раствора во второй колбе
n2 Na2CO3=0,6-0,2 =0,4 моль, m2 раствора= 263,6*0,4/0,6=175,7 г
3. Цель – извлечение максимума информации из 3 предложения
«К раствору во второй колбе добавили 222 г 25%-го раствора хлорида кальция. Определите массовую долю хлорида кальция в конечном растворе во второй колбе».
а) уравнение :
Na2CO3 +СаCl2=2NaCl+СаСО3↓ (2)
Б)найдем n исх СаCl2=222*0,25/111=0,5 моль
Из условия задачи следует, что СаCl2- в избытке
Тогда n прореаг СаCl2= n2 Na2CO3=0,4 моль
n СаCl2 оставш=0,5-0,4=0,1 моль
в) найдем массу конечного раствора во второй колбе:
m кон.рра= 222+175,7- mСаСО3 =222+175,7-0,4*100=357,7 г
4.W(СаCl2)=100*0,1*111/357,7=3,1%
Таким образом, на двух примерах был продемонстрирован прием «step by step», упрощающий решение сложных многостадийных задач.
В следующей публикации будет разобрано решение этим приемом задач с участием кислых и комплексных солей.
