Конкурс “Инструментальные исследования окружающей среды” проводится для школьников 7-11 классов с 2005 года. В рамках конкурса школьники могут пройти заочное тестирование по теоретическим вопросам выбранной темы исследования. Тестирование позволит участникам конкурса проверить свою подготовку по теоретической части темы исследования, а это в свою очередь может сыграть положительную роль во время защиты работы на конференции при ответах вопросы конкурсного жюри. Кроме того, участие в заочном тестировании напоминает сдачу ЕГЭ и ГИА. Тестирование проводится на сайте конкурса http://www.eco-konkurs.ru/.
Участникам предлагается выполнить задания: группы “А” - 1 правильный ответ из 4, группы “Б” - 2 правильных ответа из 4, группы “В” - , группы “Г” - вписать недостающее слово в определение, закончить фразу.
В 2011-2012 учебном году школьники в рамках VII конкурса “Инструментальные исследования окружающей среды” проходили заочное тестирование по химии. Тест “Химия-9” прошло 20 школьников, средний балл – 42,15 (max 50), тест “Химия-11”: прошло 14 школьников, средний балл – 37,2 (max 50). Как показали результаты, у школьников вызвали затруднения некоторые задания.
Неорганическая химия
- Строение атома.
В задании необходимо назвать ион, которому соответствует электронная конфигурация 1s22s22p63s23p6. Из перечисленных вариантов это S2– (вариант “b”). Некоторые участники тестирования указали неверный вариант “с” - Al3+. У этого иона электронная конфигурация 1s22s22p6.
Участники тестирования успешно справились с некоторыми заданиями, указав, что атомы химических элементов бора и алюминия имеют одинаковое число электронов во внешнем электронном слое, а также указав верное число электронов во внешнем электронном слое атома, ядро которого содержит 8 протонов (6)
- Гидролиз солей.
Как показали результаты тестирования, у школьников вызывают затруднения понятия “гидролиз по катиону”, “гидролиз по аниону”, “полный гидролиз”. Так, в ответах участники ошибочно указывали, что гидролизуются соли: NaF, CaCl2, K2SO4, KBr. Также участники ошибочно указывали, что AgNO3 и Na2CO3 гидролизуются по катиону и аниону одновременно.
На вопрос “Каково отношение к гидролизу сульфида алюминия:…” некоторые участники выбирали ответы “не гидролизуется” и “гидролизуется по аниону”. Сульфид алюминия образован слабыми кислотой и основанием, поэтому правильный ответ “гидролизуется по катиону и аниону”, в другом задании некоторые участники ошибочно указали, что соли Fe2(SO4)3 и (NH4)2CO3. подвергаются полному гидролизу.
Задание “Щелочную реакцию среды имеют растворы…” имеет два правильных варианта ответа из предложенных: Na2CO3 и Rb2S. Некоторые участники выбирали неверные варианты CsCl и KClO4. Карбонат натрия и сульфид рубидия образованы сильным основанием и слабой кислотой, поэтому реакция раствора щелочная. А хлорид цезия и хлорат калия образованы сильными основанием и кислотой.
- Тип химической связи и тип кристаллической решетки.
В задании “Веществом с ковалентной полярной связью является:…” ошибочно выбирали вещества NaBr и CaCl2, для которых характерна ионная связь.
В задании “Ионную кристаллическую решетку имеет…” из предложенных вариантов участники тестирования ошибочно выбирали ответы “хлор” и “хлорид фосфора (III)”.
- Степень окисления.
В задании “Наименьшую степень окисления хром имеет в соединении:…” ошибочно выбирали K2CrO4, где степень окисления хрома +6, и Cr2(SO4)3, где степень окисления хрома +3 (правильный ответ – CrSO4, где у хрома степень окисления +2).
Многие участники неправильно вычислили степень окисления азота в гидроксиламине NH2OH, называя варианты -3 и -2. Правильный ответ: степень окисления равна (-1).
В задании “Атомы азота и углерода имеют одинаковую степень окисления в соединениях…” было приведено по два варианта соединений углерода и азота: a)NH3, b)CO, c)NO2 и d)ССl4. В этом задании нужно было выбрать варианты с и d, поскольку в диоксиде азота и четыреххлористом углероде у азота и углерода одинаковая степень окисления +4. Однако некоторые участники ошибочно указывали варианты a и d (т.е. соединения NH3 и ССl4), b и d (т.е. соединения CO и ССl4), a и b (т.е. соединения NH3 и CO).
В одном из заданий участникам тестирования требовалось указать формулу соединения, в котором степени окисления химических элементов равны -3 и +1. Некоторые участники тестирования из предложенных вариантов выбрали NF3 (фторид азота). Однако, фтор является элементом с самым большим значением электроотрицательности, поэтому степень окисления фтора в соединениях равна -1, значит, степень окисления азота равна +3.
- Качественный и количественный состав неорганических соединений.
В одном из заданий к средним солям участники причисляли NaH2PO4 и KHS, которые относятся к кислым.
В задании “Химическое соединение состава K2ЭO3 образует каждый из двух элементов:…” некоторые участники тестирования ошибочно выбирали ответ “азот и сера”. Действительно, существует соединение состава K2SO3, однако соединение K2NO3 не существует. Правильный ответ на этот вопрос – углерод и сера, образующие соединения K2СO3 и K2SO3.
Для установления качественного состава раствора хлорида аммония некоторые участники тестирования предлагали использовать раствор нитрата бария, который не является реагентом ни на катион аммония, ни на хлорид-ион.
Все участники тестирования дали верные ответы в заданиях:
- значение массовой доли кислорода в силикате магния.
- верно указали сложное вещество
- назвали реактивы, необходимые для установления качественного состава серной и соляной кислот.
- Кислотно-основные свойства неорганических соединений.
При ответе на вопрос “Верны ли следующие суждения о магнии и его соединениях? А. Магний реагирует и с кислотами, и со щелочами. Б. Оксид магния является основным оксидом” часто выбирали вариант “верны оба суждения”, забывая, что магний не реагирует со щелочами. К тому же можно заметить, что два суждения явно противоречат друг другу: если бы магний реагировал и с кислотами, и со щелочами, то оксид магния также бы обладал амфотерными свойствами. В данном вопросе верным является только утверждение Б.
В задании “Общим свойством меди и железа является их способность растворяться в …” из ответов выбирали разбавленную серную кислоту и раствор щелочи. Но медь не реагирует с разбавленной серной кислотой, а со щелочью не реагируют, ни железо, ни медь. Из предложенных вариантов ответов правильным был “в азотной кислоте”.
В задании “Гидроксид натрия взаимодействует с каждым из двух веществ:…” участники ошибочно выбрали все неправильные варианты: a) MgO и HCl, b) NH3 и SO3, c) H2S и KNO3. Из предложенных вариантов ответов правильным был d: HNO3 и Al.
- Химические реакции между неорганическими веществами и условия их протекания.
В задании “C водой при обычных условиях реагирует…” ошибочно выбирали оксид азота (II) и оксид железа (II). Из предложенных вариантов ответов правильным был оксид азота (IV).
В одном из заданий некоторые участники утверждали, что химическая реакция возможна между NaOH и K3PO4, а другие - между HCl и Ba(NO3)2. Из предложенных вариантов ответов правильным был “между Zn и CuCl2”
В задании “Каждое из перечисленных веществ H2O и Cl2 взаимодействует с веществом:…” некоторые участники отвечали “с кислородом”. Из предложенных вариантов ответов правильным был d: с натрием.
В схеме превращений (рис. 1)
некоторые школьники утверждали, что веществами “X” и “Y” могут быть соответственно b) K2SO4 и H2O и d) KCl и CO2. Из предложенных вариантов ответов правильным был c: KOH и HCl
Некоторые участники ошибочно полагали, что разбавленная серная кислота может реагировать с серебром Ag и оксидом кремния SiO2. Правильные ответы на этот вопрос – Ba(NO3)2 и Fe2O3.
В задании “И серная кислота, и гидроксид калия способны реагировать с…” участники ошибочно выбирали варианты “с водородом” и “с оксидом магния”. Правильные варианты ответов – “с гидроксидом алюминия” и “с цинком”
В задании “Алюминий взаимодействует со следующими веществами…” из 4 предложенных вариантов правильными было три: Fe2O3, HNO3 (р-р) и NaOH(р-р). Единственный неверный вариант P2O3 некоторые участники тоже выбрали.
Среди веществ, реагирующих с кислородом при обычных условиях, некоторые участники выбирали веществ кислород, а он азотом при обычных условиях не реагирует, а реагирует с натрием.
Некоторые участники тестирования ошибочно посчитали, что оксид меди (II) и хлорид бария взаимодействует при обычных условиях с кремниевой кислотой.
Указанное некоторыми участниками вещество хлорид меди (II) CuCl2 не вступает в химическую реакцию с оксидом цинка.
Аммиак, указанный некоторыми участниками тестирования, нельзя получать методом собирания над водой.
Все участники успешно справились со следующими заданиями по этой тематике:
- выбрали из предложенных вариантов вещество, взаимодействующее с сульфатом меди,
- выбрали из предложенных вариантов вещество, реагирующее с раствором гидроксида калия,
- из предложенных вариантов указали 2 вещества, образующиеся при взаимодействии гидроксида железа(II) с раствором серной кислоты.
- Окислительно-восстановительные реакции.
В задании “Изменению степени окисления Fe+2 → Fe+3 соответствует схема:…” некоторые участники выбирали вариант ответа “Fe3O4 + HI → FeI2 + I2 + H2O”. Это неправильный ответ, поскольку в соединении Fe3O4 железо находится в степенях окисления +2 и +3. Правильный вариант ответа b: FeCl2 + Cl2 → FeCl3.
В одном из зданий некоторые участники тестирования ошибочно причисляли к окислительно-восстановительным следующие реакции: хлорида натрия (твердого) с концентрированной серной кислотой и димеризации оксида азота (IV). Остальные два ответа являлись правильными. Это реакции алюминия с разбавленной азотной кислотой и оксида марганца (IV) с соляной кислотой.
В задании “При взаимодействии CuSO4 и KI среди продуктов реакции образуются…” участники должны были выбрать “CuI” и “I2”. Реакция сульфата меди и иодида калия является окислительно-восстановительной, где медь выступает окислителем, а иод – восстановителем. Некоторые участники ошибочно указывали, что образуется соединение CuI2.
В одном из заданий необходимо было выбрать из 4 вариантов химических реакций только те, в которых сера является восстановителем.
Многие участники успешно справились с этим заданием, указав 2 верных варианта, однако некоторые, наряду с верным вариантом, указали
Из представленных в одном из заданий химических реакций участники тестирования выбрали реакцию, где сера является не восстановителем, как требовалось по условию, а окислителем.
- Электролитическая диссоциация.
Некоторые участники считают слабыми электролитами соляную кислоту и гидроксид натрия. Из предложенных вариантов ответов правильным была сероводородная кислота.
Участники успешно справились с другими заданиями по данной теме:
- из списка веществ выбрали неэлектролит,
- верно указали класс неорганических веществ, диссоциирующие с образованием катионов металла и анионов кислотного остатка,
- верно указали сокращенное ионное уравнение, соответствующее реакции между нитратом бария и серной кислотой.
- Скорость химических реакций.
Задание, с которым большинство участников не справилось, звучит так: “С наибольшей скоростью соляная кислота взаимодействует с…”. Участники выбирали варианты: с металлическим цинком, с металлическим железом, с твёрдым карбонатом железа (II) .но никто не выбрал правильный ответ: с раствором гидроксида натрия. Первые три вещества являются твердыми, соответственно реакция идет на границе твердой фазы и раствора. А в случае с раствором гидроксида натрия реакция идет в однородной (гомогенной) среде, где степень диффузии, а соответственно, и скорость реакции самая высокая.
- Периодический закон и периодическая система.
На вопрос: “В каком ряду химические элементы расположены в порядке возрастания их атомного радиуса?...” ошибочно выбирали ответ “Li, Be, B, C”. Но в периоде слева направо радиус атомов уменьшается. Правильный ответ – d: F, Cl, Br, I, поскольку в группах сверху вниз радиус атомов увеличивается.
В задании “Изменение свойств от металлических к неметаллическим происходит в ряду…” все участники тестирования указали верный вариант ответа: Mg → Al → Si.
Все участники тестирования верно указали, что:
- неметаллические свойства фосфора выражены сильнее, чем неметаллические свойства алюминия.
- в ряду химических элементов As – P – N увеличивается электроотрицательность и усиливаются кислотные свойства их высших оксидов
В некоторых заданиях участники давали неполные ответы:
“В ряду химических элементов Na - Mg – Al” указывали только “увеличивается число электронов во внешнем электронном слое”, при этом не называя “уменьшается радиус атомов”.
- Промышленные способы получения металлов.
Некоторые участники тестирования полагали, что из приведенных суждений о промышленных способах получения металлов (А. В основе пирометаллургии лежит процесс восстановления металлов из руд при высоких температурах. Б. В промышленности в качестве восстановителей используют оксид углерода (II) и кокс.) верным является только суждение под буквой Б. На самом деле оба суждения являются врными.
Органическая химия
В ответе на один из вопросов некоторые участники изомером 2-метилпропанола-1 назвали вещество 2-метилбутанол-1. Однако оно является гомологом, поскольку отличается группой СН3. Правильный ответ – метилизопропиловый эфир
Некоторые участники тестирования полагают, что только σ-связи присутствуют в молекуле бутена-2. Однако, это непредельный углеводород, содержащий в молекуле не только σ-, но и π-связи. Из предложенных вариантов ответов правильным был d: изобутан.
Некоторые участники тестирования полагают, что при восстановлении глюкозы образуется кислота. Но глюкоза содержит альдегидную группу, поэтому кислота может образоваться при окислении. А при восстановлении альдегидной группы образуется спирт.
В схеме превращений: этаналь → X → этилацетат некоторые участники тестирования полагают, что веществом “Х” является ацетат натрия, ацетилен. Из предложенных вариантов ответов правильным был a: этановая кислота.
В задании “Взаимодействие метановой кислоты с этанолом относится к реакциям…” из предложенных вариантов школьники в основном выбирали “присоединения”, что является неправильным ответом. Правильный ответ – c: этерификации.
Некоторые участники тестирования ошибочно причисляли к классу спиртов соединения глицин (на самом деле это аминокислота) и толуол (ароматический углеводород). Правильными ответами были “глицерин” и “бутанол-1”.
В одном из заданий тестирования из предложенных вариантов a) этан, b) 2-метилпропан, c) бутан, d) метан нужно было выбрать изомеры. Среди перечисленных веществ изомерами являются два вещества: 2-метилпропан и бутан. Некоторые участники ошибочно полагали, что изомерами являются вещества 2-метилпропан и метан.
Задание “Взаимодействие пропена и хлороводорода протекает…” предполагает выбор всех правильных характеристик реакции. Правильных вариантов ответов было два: “с разрывом π-связи в молекуле пропена” и “без катализатора”. Некоторые участники ошибочно указывали еще вариант “по цепному радикальному механизму”.
Общая химия
Все участники тестирования вено указали сумму коэффициентов в уравнении реакции между оксидом натрия и оксидом фосфора (V).
Не все участники тестирования выбрали рисунок, показывающий правильное нагревание жидкости в пробирке.
В заданиях группы Г необходимо решить расчетную задачу, либо завершить фразу или определение.
Не всем участникам тестирования удалось дать верный ответ на условие задачи:
К 200 г раствора серной кислоты с массовой долей 12,25% прилили избыток раствора нитрата бария. Определите массу выпавшего осадка.
Решение задачи:
H2SO4 + Ba(NO3)2 = BaSO4↓+ 2HNO3
Рассчитаем массу и количество вещества серной кислоты, содержащейся в растворе:
m (H2SO4) = 200 г x 0,1225 = 24,5 г.
n(H2SO4) = 24,5 / 98 = 0,25 моль
Определим массу вещества, выпавшего в осадок.
По уравнению реакции n(BaSO4) = n(H2SO4) = 0,25 моль.
m(BaSO4) = 0,25 моль ´ 233 г/моль = 58,25 г.
Ответ: m(BaSO4) = 58,25 г.
Некоторые участники давали неверный ответ 1 г.
С заданием “… - это химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, реализующихся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем и атомом-восстановителем” все участники тестирования справились успешно, дав правильный ответ “окислительно-восстановительные реакции”.
Все участники тестирования знают, что самым легкоплавким металлом (имеющим самую низкую температуру плавления) является ртуть.
Некоторые участники тестирования полагают, что явление, когда один и тот же элемент образует несколько простых веществ, называется “изомерия”.
Правильным является ответ “аллотропия”. Изомерия – это явление, заключающееся в существовании химических соединений, одинаковых по составу и молекулярной массе, но различающихся по строению или расположению атомов в пространстве и, вследствие этого, по свойствам.
Химическое и электрохимическое разрушение металлов и их сплавов в результате воздействия на них окружающей среды все участники тестирования верно назвали коррозией.
Количество атомов водорода кислот, способных замещаться на металл, называется основностью. С этим заданием большинство участников справились успешно. Некоторые участники дали ответы “кислоты”, “неорганические кислоты”.
Подробный разбор всех ошибок приведен в пособии на сайте конкурса http://www.eco-konkurs.ru
Литература
- Варианты заданий олимпиад по химии Санкт-Петербурга, Пермского края, Казахстана.
- Мельник А.А. Заочное тестирование в рамках VII конкурса исследовательских работ школьников “Инструментальные исследования окружающей среды”. Задания и ответы. – СПб.: Крисмас+, 2012. – 130 с.
- Тесты. Варианты и ответы централизованного тестирования, 11 класс - М.: Центр тестирования МО РФ, 2003. – 337 с.
- Тесты. Варианты и ответы централизованного (абитуриентского) тестирования - М.: Федеральное государственное учреждение “Федеральный центр тестирования”, 2005. – 382 с.
- Тесты. Варианты и ответы централизованного (абитуриентского) тестирования - М: ООО “РУСТЕСТ”, 2006. – 381 с.