Методические основы подготовки
к олимпиадам по химии

Учебный план курса

 

И.А.ТЮЛЬКОВ,
О.В.АРХАНГЕЛЬСКАЯ,
М.В. ПАВЛОВА

ЛЕКЦИЯ № 7
Методические подходы к выполнению
экспериментальных задач

 

Классификация задач экспериментального тура

Методические подходы к выполнению экспериментальных задачПримерная программа содержания экспериментального тура олимпиады была приведена в лекции № 3. Вне зависимости от этапа олимпиады экспериментальные задачи можно классифицировать по экспериментальным методам и лабораторным операциям:

• собрать прибор;

• провести качественный анализ предлагаемых веществ;

• провести очистку вещества;

• провести разделение смесей веществ;

• синтезировать вещество.

Приведем примеры олимпиадных задач различных лет (табл. 1).

Таблица 1

Экспериментальные методы, используемые для решения олимпиадных задач, намного разнообразнее, чем экспериментальные методы, применяемые в школьном учебном эксперименте, и охватывают больше разделов химии. Анализ задач Всероссийской, Международной Менделеевской олимпиады и Международной олимпиады школьников (Всемирной) показывает, что при разработке заданий этих олимпиад в основном используют выделенные выше экспериментальные методы. Следует отметить, что в последние годы наметилась тенденция включать в экспериментальный тур Всемирной химической олимпиады задачи по биохимии.

Практические навыки, необходимые для успешного
выполнения экспериментальных задач

Разрабатывая задачи для экспериментального тура Всероссийской олимпиады, методическая комиссия всегда учитывает разный уровень подготовки школьников. Не все участники имеют возможность работать в химических лабораториях вузов, а комплектация школьных химических кабинетов оставляет желать лучшего. Поэтому в каждом экспериментальном задании есть приемы и операции, которым мы обучаем участников непосредственно при выполнении экспериментального тура.

Формирование у учащихся исследовательских умений базируется на выполнении правил техники безопасности и следующих навыках работы в лаборатории:

– взвешивание веществ с заданной точностью;

– измерение объемов жидкостей;

– приготовление растворов с заданной концентрацией;

– нагревание на спиртовке, газовой горелке, с помощью колбонагревателя;

– измельчение веществ;

– фильтрование, центрифугирование;

– сушка, очистка газов и т.д.

Немаловажно также общее знакомство с химической посудой и умение правильно ее мыть. Эти навыки являются основой, без которой невозможно успешное выполнение эксперимента. К навыкам более высокого уровня относится проведение титрования.

Экспериментальный тур обязательно проводится, начиная с регионального III этапа. Для этого этапа центральная методическая комиссия готовила рекомендации по проведению его теоретической части, а экспериментальные задачи составлялись на местах. С 2009 г. III этап олимпиады будет проводиться по заданиям, разработанным центральной методической комиссией. Отсутствие экспериментального тура на первом и втором этапах олимпиады связаны как с техническими трудностями его организации, так и с недостаточной разработкой методики его проведения. Эта проблема начала решаться несколько лет назад.

Методические рекомендации по проведению
экспериментального тура на заключительном этапе олимпиады*

Для проведения экспериментального тура необходимы три или более химических практикумов, в которых должны быть оборудованы рабочие места для 50–60 школьников каждого класса, т.е. всего около 180 рабочих мест. К моменту приезда участников олимпиады должны быть подготовлены необходимые реактивы и оборудование. В день приезда куратор экспериментального тура передает председателю жюри тексты заданий с решениями и методическими рекомендациями по выполнению экспериментальных работ для всех классов. По этим материалам происходит окончательная подготовка задач. После этого на рабочие места и под тягу расставляются необходимые реактивы и оборудование. Рабочие места пронумеровываются. На дверях лабораторий вывешиваются списки школьников (с указанием класса). Если участники выполняют работы в нескольких помещениях, эти помещения должны находиться в непосредственной близости друг от друга.

Непосредственно перед экспериментальным туром его куратор проводит подробный инструктаж членов жюри по выполнению и оцениванию заданий, отмечает, что необходимо сообщить ребятам по технике безопасности; также проводится инструктаж технических дежурных.

В каждой лаборатории работают по несколько членов жюри из расчета один член жюри на 4–5 школьников. У каждой лаборатории должны находиться 1–2 технических дежурных.

На экспериментальный тур участники допускаются только в халатах. В каждой лаборатории должны быть защитные очки, аптечка и средства для тушения пожара (огнетушитель, сухой песок, асбестовое одеяло).

Экспериментальный тур проводится в течение 4–5 астрономических часов, один из которых отводится на беседу с членом жюри. Перед началом экспериментального тура в каждом практикуме член жюри проводит инструктаж школьников по технике безопасности.

Началом тура считается время, когда школьникам раздали задания. Вначале ребятам предлагается написать подробный план выполнения эксперимента. На это отводится от 20 до 40 мин. Участники олимпиады должны провести мысленный эксперимент, описать основные стадии своей будущей работы. Затем эти планы забираются и выдается методика выполнения эксперимента, заранее продуманная и утвержденная центральной методической комиссией. Только после этого школьники могут приступить к непосредственному выполнению эксперимента. В это время члены жюри оценивают написанные школьниками планы и следят за выполнением эксперимента. После окончания экспериментального задания члены жюри беседуют с каждым школьником и выставляют суммарный балл, который тут же сообщается участнику. В этот суммарный балл входят баллы за:

– написанный подробный план-конспект выполнения эксперимента;

– технику непосредственного выполнения эксперимента;

– результат решения экспериментальной задачи.

В заключение каждый школьник получает брошюру с заданиями экспериментального тура для 9–11-х классов, решениями и методическими рекомендациями.

В сборнике задач Всероссийских олимпиад по химии** можно увидеть, какие задачи предлагались школьникам на четвертом и пятом этапах олимпиады в 2000–2002?гг. Форма проведения экспериментального тура описана выше. Условие задачи задает проблему научного характера.

В период с 1976 по 1986 гг. выработались формулировки заданий, которые сейчас уже стали каноническими (табл. 2).

Таблица 2

Из анализа массива задач экспериментальных туров за 45 лет выявлено, что более 80% всех заданий приходится на задания по аналитической химии. Рассмотрим некоторые примеры условий задач, отнесенных к основным разделам химии.

 

Неорганическая химия.

Задание на неорганический синтез.

Раньше гидроксид натрия получали реакцией раствора соды с избытком гидроксида кальция. На чем основан этот процесс и от чего зависит фактический выход гидроксида натрия? Используя выданные вам реактивы, осуществите этот процесс экспериментально. (1990 г.)

Задание на очистку вещества от примесей.

Известно, что в техническом медном купоросе примесью зачастую является сульфат железа(III). Удалить эту примесь можно кипячением раствора технического медного купороса вместе с осадком, полученным взаимодействием гидроксида калия с избытком медного купороса. Для выделения очищенного медного купороса раствор фильтруют и упаривают. В раствор перед упариванием добавляют немного серной кислоты.

Проведите очистку выданного вам образца медного купороса массой 10 г, содержащего 5% сульфата железа(III). Объясните смысл каждой операции, приведите необходимые уравнения реакций. (1988 г.)

 

Органическая химия.

Задание на органический синтез.

Из выданных вам гексагидрата треххлористого железа, ацетилацетона, ацетата натрия и этилового спирта получите трис-(ацетилацетонат) железа.

Напишите уравнения осуществленных вами реакций. Объясните, зачем нужны ацетат натрия и этиловый спирт. (1992 г.)

Задание на разделение смесей.

Выданная жидкость представляет собой раствор фенола в бензоле. Разделите жидкость на индивидуальные вещества, проделайте характерные реакции на них и определите процентную концентрацию раствора. Нужные для решения задачи константы можно брать в химическом справочнике. (1973 г.)

 

Аналитическая химия.

Задание на качественный анализ.

В четырех пронумерованных пробирках находятся водные растворы индивидуальных солей, составленные из одного катиона и одного аниона следующего набора: Na⁺, Ba²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Cl^-, , .

Используя в качестве реактивов только растворы этих солей и индикаторы, установите состав соли в каждой пробирке. (2001 г.)

Задание на количественный анализ.

Определите количественное содержание хлороводородной кислоты и йодата калия в выданном растворе, используя имеющиеся на столе приборы и реагенты.

Предложите план количественного определения указанных веществ. Напишите уравнения реакций, протекающих при определении. Приведите формулы для расчета количества веществ в граммах. (2001 г.)

Задание на приготовление раствора заданной концентрации.

Из данного раствора уксусной кислоты с известной массовой долей этой кислоты приготовьте 200 мл раствора с молярной концентрацией 0,1 моль/л. (1988 г.)

 

Физическая химия.

Задание на изучение кинетики процесса.

Экспериментально исследуйте процесс взаимодействия цинка с соляной кислотой. От каких параметров зависит скорость данной реакции? Запишите уравнение зависимости скорости реакции от этих параметров. (1989 г.)

Прежде чем перейти к методике решения задач экспериментального тура, следует еще раз повторить основные умения, которые необходимы участнику олимпиады для успешного выступления на экспериментальном туре.

Этот круг умений и навыков связан с синтезом органических и неорганических веществ, проведением качественного и количественного анализа выданных объектов и смесей, различными измерениями и процедурами с приборами, оценкой полученных результатов.

Методика решения задач на распознавание веществ,
находящихся в пронумерованных пробирках

Такого типа задачи имеются в комплекте Всероссийской олимпиады школьников по химии за любой год. Обычно эти задания предназначены для 8–9-х (редко 10-х) классов на всех этапах олимпиады. В решениях, как правило, представлена таблица, иллюстрирующая возможность взаимодействия между предложенными в задаче веществами попарно, уравнения химических реакций и, иногда, отдельные комментарии. Для III и IV этапов такое схематическое решение вполне достаточно. Однако на школьном и муниципальном этапах, особенно для восьмиклассников, необходимо разобрать полный, подробный ход решения с логическими умозаключениями и выводами. Это полезно и для педагога-наставника, и для самостоятельной работы школьника.

Разберем несколько примеров, начиная с самых простых задач (школьный или муниципальный этап, 8-й, 9-й классы).

Задача 1.

В четырех пронумерованных пробирках находятся растворы хлорида бария, карбоната натрия, сульфата калия и хлороводородной кислоты. Не пользуясь никакими другими реактивами, определите содержимое каждой из пробирок.

Методика решения

1) Рассмотрим содержимое пробирок. Мы увидим, что вещества визуально неразличимы – представляют собой бесцветные прозрачные растворы.

2) Составим таблицу (табл. 3) возможных попарных взаимодействий веществ, в результате которых мы будем (или не будем) наблюдать определенные признаки реакций.

 

Таблица 3

Взаимодействия веществ из пронумерованных пробирок (попарно)

Знаком «–» обозначено отсутствие признаков реакции.

3) Запишем уравнения реакций:

BaCl₂ + Na₂CO₃ = BaCO₃ + 2NaCl, (1)

BaCl₂ + K₂SO₄ = BaSO₄ + 2KCl, (2)

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂ + H₂O. (3)

4) Проведем мысленный эксперимент.

а) Если при прибавлении вещества из пробирки № 1 в другие пробирки в двух пробирках выпали белые осадки, а в третьей признаков реакции не наблюдается, то это означает, что в пробирке № 1 находится BaCl₂ (первая строка табл. 3). В той из пробирок, где не будет наблюдаться признаков химической реакции, следовательно, находится HCl. В двух других, где наблюдали выпадение белых осадков (BaCO₃ и BaSO₄), находились Na₂CO₃ и K₂SO₄ соответственно.

Различить карбонат натрия и сульфат калия можно с помощью уже определенной соляной кислоты (рис. 1). (Заметим, что соляную кислоту можно прибавлять в данном случае и к получившимся осадкам – сульфат бария, в отличие от карбоната бария, в кислотах не растворяется.)

б) Если при добавлении нескольких капель из пробирки № 1 в одной из трех других пробирок выпал белый осадок, в другой – выделился газ, а в третьей – не было признаков реакции, то в пробирке № 1 находится Na₂CO₃ (вторая строка табл. 3). В пробирке, в которой выпал белый осадок, находится BaCl₂, газ выделился из пробирки, содержащей HCl, признаков реакции не было замечено в пробирке с раствором K₂SO₄ (рис. 2).

в) Если при добавлении нескольких капель из пробирки № 1 в другие пробирки в одной из трех пробирок выпал белый осадок, а в двух других не было признаков реакции, то в пробирке № 1 находится K₂SO₄ (третья строка табл. 3). Белый осадок выпал в пробирке, где находился BaCl₂. Растворы карбоната натрия и соляной кислоты можно различить с помощью уже определенного хлорида бария (рис. 3, см. с. 9).

г) Если при добавлении нескольких капель из пробирки № 1 в одной из трех пробирок выделился газ, в двух других не было признаков реакции, то в этом случае в пробирке № 1 находится раствор HCl (четвертая строка табл. 3). Газ выделился из пробирки, в которой находился Na₂CO₃.

Растворы хлорида бария и сульфата натрия можно различить с помощью уже определенного карбоната натрия (рис. 4, см. с. 9).

5) Проведем химический эксперимент.

В три пустые пробирки наливают около 2 мл растворов из пробирок под номерами 2, 3, 4 и добавляют в каждую по 5–6 капель раствора из пробирки № 1. Записывают результаты первого этапа эксперимента. При необходимости проводят второй этап эксперимента (в данном случае он требуется в трех из четырех возможных вариантов) – в пробирки с двумя не определенными еще веществами добавляют по 5–6 капель из пробирки с уже известным раствором.

Результаты записывают.

Мы рассмотрели четыре возможные варианта (см. табл. 3). Естественно, каждому школьнику представлен только один, решение которого он должен подробно описать.

Для более ясного понимания приведены схемы распознавания веществ. Изображать такую схему в решении не обязательно, они приведены при разборе всех четырех вариантов только для наглядности.

Подобную задачу при необходимости легко можно упростить, взяв 2–3 раствора, или усложнить – более четырех веществ.

 

Задача 2.

В пяти пронумерованных бюксах находятся кристаллические соли бария: карбонат, сульфат, сульфит, хлорид и ортофосфат. Определите содержимое каждого бюкса, используя в качестве дополнительных реактивов воду и разбавленные растворы соляной кислоты и перманганата калия.

Методика решения

1) Сначала посмотрим на содержимое бюксов. Мы увидим, что соли визуально не различимы – представляют собой белые кристаллические вещества.

2) Затем составим таблицу (табл. 4, см. с. 10) возможных взаимодействий веществ с дополнительными реактивами, отметим определенные признаки протекания реакций.

 

Таблица 4

Взаимодействия веществ из пронумерованных пробирок
с дополнительными реактивами

Знаком «–» обозначено отсутствие признаков реакции.

К о м м е н т а р и и  к  т а б л и ц е.

Вспомним, что из всех данных веществ только хлорид бария растворим в воде. В соляной кислоте растворяются сульфит, карбонат и ортофосфат бария. При растворении в ней сульфита и карбоната выделяется газ. Ортофосфат бария растворяется с образованием кислых, растворимых в воде солей, при этом газообразных продуктов не образуется.

Вспомним, что SO₂, в отличие от CO₂, обесцвечивает подкисленный раствор KMnO₄ или бромную воду, проявляя при этом свойства восстановителя.

3) Запишем уравнения реакций:

BaCO₃ + 2HCl = BaCl₂ + H₂O + CO₂, (1)

BaSO₃ + 2HCl = BaCl₂ + H₂O + SO₂, (2)

Ba₃(PO₄)₂ + 4HCl = Ba(H₂PO₄)₂ + 2BaCl₂, (3)

5SO₂ + 2KMnO₄ + 2H₂O = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 2H₂SO₄. (4)

4) Непосредственное выполнение химического эксперимента.

а) Возьмем пять пустых пробирок, наполним их наполовину водой. В первую пробирку поместим несколько кристалликов из бюкса 1, во вторую – из бюкса 2 и т.д. Определим, в каком бюксе находится растворимый в воде хлорид бария.

б) Аналогичным образом, помещая несколько кристалликов каждой из четырех нерастворимых в воде солей бария в раствор соляной кислоты, идентифицируем нерастворимый в кислоте BaSO₄ и растворяющийся в кислоте без выделения газа Ba₃(PO₄)₂.

в) Чтобы различить карбонат и сульфит бария, поместим небольшое количество каждой из солей в отдельные пробирки. Сразу же после приливания к этим солям соляной кислоты плотно закрываем их пробками с газоотводными трубками. Пропускаем выделяющиеся газы через заранее приготовленный бледно-розовый подкисленный раствор перманганата калия. Газ, обесцвечивающий раствор, выделяется из пробирки, в которой изначально находился BaSO₃ (рис. 5).

Приведенные выше задачи требуют выполнения мысленного эксперимента и могут предлагаться не только на экспериментальных, но и на теоретических турах.

Приведем пример задачи экспериментального тура на количественный анализ.

 

Задача 3. (Заключительный (V) этап, 2001 г., 10-й класс.)

Определение содержания хлороводородной кислоты
и йодата калия в растворе при совместном присутствии

Задание. Определите количественное содержание хлороводородной кислоты и йодата калия в выданном растворе, используя имеющиеся на столе приборы и реагенты.

Предложите план количественного определения указанных веществ.

Напишите уравнения реакций, протекающих при определении.

Приведите формулы для расчета количества веществ в граммах.

Реагенты. KI (тв.), Na₂S₂O₃ (0,1 M р-р), H₂SO₄ (10%-й р-р), крахмал (1%-й р-р).

Оборудование. Бюретка (25 мл), пипетка Мора (10 мл), колбы для титрования (100 мл) – 3 шт., воронка, шпатель, мерная колба (100 мл), часовое стекло.

Методика определения

1) Количественно перенесите выданную пробу раствора в мерную колбу на 100 мл, доведите раствор до метки дистиллированной водой, плотно закройте пробкой и тщательно перемешайте.

2) Отберите пипеткой порцию исследуемого раствора (10,0 см³) в коническую колбу для титрования, добавьте около 10 мл дистиллированной воды, затем добавьте с помощью шпателя около 1 г сухого йодида калия и подкислите раствор серной кислотой (10 мл 10%-го раствора). Быстро оттитруйте полученный раствор стандартным раствором тиосульфата натрия до слабо-желтой окраски, добавьте 2–3 капли раствора крахмала и продолжите титрование до исчезновения синей окраски. Повторите титрование еще два раза. Запишите показания (среднее арифметическое из результатов трех титрований, V₁, мл).

3) Отберите пипеткой новую порцию раствора (10,0 см³) в коническую колбу для титрования, добавьте около 10 мл дистиллированной воды, добавьте с помощью шпателя примерно 1 г сухого йодида калия, накройте часовым или предметным стеклом и оставьте на 10 мин. Затем оттитруйте стандартным раствором тиосульфата натрия, добавляя крахмал в тот момент, когда раствор станет светло-желтым. Повторите титрование еще два раза. Запишите показания (среднее арифметическое из результатов трех титрований,V₂, мл).

Р е ш е н и е

При добавлении йодида калия к исследуемому раствору протекает реакция:

     (1)

В результате реакции выделяется йод в количестве, эквивалентном и для ионов , и для ионов H⁺. Первый этап титрования (в присутствии серной кислоты) позволяет определить содержание KIO₃.

На втором этапе (без добавления серной кислоты) определяют содержание HCl***:

KIO₃ + 5KI + 6HCl = 3I₂ + 3H₂O.

Реакция, протекающая при титровании:

I₂ + 2Na₂S₂O₃ = 2NaI + Na₂S₄O₆.   (2)

Расчет.

Если принять, что в изучаемом растворе было x моль KIO₃ и y моль HCl, то, согласно стехиометрии реакций (1) и (2), для первого этапа титрования требуется 6x моль Na₂S₂O₃, для второго этапа – y моль Na₂S₂O₃.

Приведем подробные расчеты для первого этапа титрования.

Концентрация KIO₃ после приготовления раствора для исследования (из выданной пробы) равна 10x моль/л. (Напоминаем, что выданную пробу раствора доводили до метки в колбе на 100 мл.)

В 10 мл 10x М раствора содержится 10x•0,01 = 0,1x моль KIO₃.

На титрование израсходовали V₁ (Na₂S₂O₃) мл раствора тиосульфата натрия c концентрацией c (Na₂S₂O₃) моль/л. Следовательно,

(Na₂S₂O₃) = V₁•c•10^–3 моль.

(Множитель 10^–3 появляется при переводе размерности объема из [м•л] в [л].)

Для второго этапа исследования на титрование было израсходовано V₂(Na₂S₂O₃):

m (HCl) = M (HCl) • V₂ (Na₂S₂O₃) • c (Na₂S₂O₃) • 10^–2 г.

В методических пособиях к олимпиадам даются итоговые формулы, по которым можно быстро подсчитать результаты эксперимента:

где m(KIO₃) и m(HCI) – масса йодата калия и хлороводородной кислоты в граммах; c (Na₂S₂O₃) – концентрация раствора тиосульфата натрия, моль/л; V₁(Na₂S₂O₃) и V₂(Na₂S₂O₃) – объемы раствора тиосульфата натрия, пошедшие на первое и второе титрование соответственно; М(KIO₃) и М(НСl) – молярные массы йодата калия и хлороводородной кислоты; V_колбы и V_{пипетки} – объем мерной колбы и объем пипетки, мл.

Обращаем внимание слушателей, что в ходе экспериментального тура выведение школьниками итоговой формулы необязательно, но необходимо показать все стадии расчетов.

 

Задача 4. (Заключительный (V) этап, 2005 г., 11-й класс.)

Изучение окисления йодид-ионов пероксидом водорода в кислой среде

Окисление йодид-ионов пероксидом водорода в кислой среде представляет собой многостадийный процесс.

Выражение закона действующих масс для скорости рассматриваемой реакции (v) выглядит следующим образом:

v = k • [H⁺]^m • [I ^–]ⁿ • [H₂O₂]^z, (1)

где k – константа скорости реакции, n, m, z – порядки реакции по H⁺, I ^– и H₂O₂ соответственно.

Задания.

1. Напишите уравнение исследуемой реакции. При каких условиях эксперимента выражение для скорости реакции (v) принимает следующий вид:

v = k_эксп • [I ^–]ⁿ, (2)

где k_эксп – экспериментально определяемая константа скорости реакции?

Для чего в реакционную смесь добавляют тиосульфат натрия? Напишите уравнение соответствующей реакции.

2. Предложите методику определения порядка реакции по йодид-иону с использованием имеющихся на столе реактивов и оборудования. Напишите уравнения реакций. Проведите эксперимент и сопоставьте полученную величину порядка реакции со стехиометрическим коэффициентом при ионе I ^– в уравнении реакции.

Реактивы. Na₂S₂O₃ (0,04 М раствор); KI (0,1 М раствор); раствор А (свежеприготовленная смесь: 1 объем 2 М H₂SO₄, 8 объемов воды и 1 объем 3%-го раствора H₂O₂); раствор крахмала.

Оборудование. Прибор для исследования скорости химической реакции (рис. 6); три пипетки или дозаторы, капельные или микробюретки; секундомер.

Для построения графиков используется миллиметровая бумага.

Р е ш е н и е

1. Уравнение исследуемой реакции:

2KI + H₂O₂ + H₂SO₄ = I₂ + K₂SO₄ + 2H₂O. (3)

Изучение таких реакций затруднено тем, что концентрации всех реагирующих веществ уменьшаются во времени. Вместе с тем, для того чтобы определить порядок реакции, нужно наблюдать зависимость скорости реакции от концентрации каждого реагента по отдельности. В некоторых случаях этого можно добиться, если все реагенты, кроме одного, или находятся в реакционной смеси в большом избытке (в 10 и более раз, тогда расходованием их в процессе реакции можно пренебречь), или если их концентрация постоянна.

Указанное в условии выражение (2) будет справедливо, если создать условия, когда изменением концентраций H⁺ и H₂O₂ в ходе реакции можно пренебречь.

Для того чтобы было удобно следить за скоростью протекания реакции, в реакционную смесь вводят определенное количество тиосульфата натрия, который быстро восстанавливает образующийся в реакции (3) йод до йодид-иона:

    (4)

Вследствие этого свободный йод в реакционной смеси появляется не сразу, а только после полного расходования тиосульфат-ионов в растворе. В момент появления йода реакционная смесь, содержащая крахмал, окрашивается в сине-черный цвет. За время протекания реакции принимается время расходования одного и того же количества тиосульфат-ионов, которое будет тем меньше (а скорость реакции тем больше), чем больше концентрация йодид-ионов в исходном растворе. Скорость изучаемой реакции (3) в этом случае будет равна скорости расходования тиосульфата (реакция (4)):

Поскольку конечная концентрация тиосульфат-иона равна нулю, уравнение для расчета скорости реакции окисления йодид-ионов пероксидом водорода в кислой среде принимает вид:

2. Методика выполнения работы.

1) С помощью дозатора налейте в пробирку-трубочку 3,00 мл (точно!) раствора А, прибавьте 3 капли раствора крахмала и поместите в гнездо специальной подставки. В фигурную пробирку с помощью пипеток, дозаторов или микробюреток (отдельных для каждого раствора) последовательно налейте 0,4 мл раствора KI, 0,3 мл раствора Na₂S₂O₃ и 2,3 мл H₂O.

Быстро перелейте раствор из пробирки-трубочки в фигурную пробирку, одновременно включив секундомер. Растворы сразу же перемешайте, опустив 2–3 раза пробирку-трубочку до дна фигурной пробирки. Отметьте время появления синей окраски во всем объеме раствора. Занесите результат в таблицу (табл. 5, см. с. 14).

 

Таблица 5

Концентрацию йодид-ионов рассчитывают исходя из начальной концентрации (с_исх = 0,1 моль/л), общего объема смеси растворов в фигурной пробирке и объема раствора йодида калия, взятого для конкретного эксперимента.

2) В пробирку-трубочку налейте то же количество раствора А, а в фигурную пробирку 0,8 мл раствора KI, 0,3 мл тиосульфата натрия, и 1,9 мл воды. (Общий объем раствора в фигурной пробирке должен оставаться постоянным, равным 3,00 мл.) Повторите эксперимент, занесите результат в таблицу (табл. 5).

3) Проведите эксперимент, наливая в фигурную пробирку то же количество тиосульфата натрия 1,2 мл раствора KI и 1,5 мл воды. Занесите результаты в таблицу.

4) Проведите эксперимент с 1,6 мл раствора KI и 1,1 мл H₂O. Результат занесите в таблицу.

На основе данных таблицы (см. табл. 5) постройте график в координатах ln – lnc_I– (при постоянной температуре). По графику определите порядок реакции по йодид-иону.

П р и м е ч а н и е. При построении графиков следует выбрать такой масштаб, чтобы:

а) точки экспериментальных значений занимали все поле координат (рис. 7, рис. 8).

б) угол наклона прямой был близок к 45°.

 

Тангенс угла наклона полученной экспериментально прямой к оси абсцисс равен порядку реакции по йодид-ионам.

* * *

В заключении лекции приведем цитату из документа более чем двадцатилетней давности: «У учеников всех классов слаба техника выполнения эксперимента (фильтрование, взвешивание, титрование)»****. Мы сталкиваемся с этой проблемой по сей день. Даже у участников Всероссийской олимпиады школьников по химии с хорошей теоретической подготовкой результаты выполнения экспериментального тура оставляют желать лучшего. При подготовке к олимпиадам различного уровня необходимо уделять должное внимание обучению основным экспериментальным навыкам в школе.

---

* Лунин В.В., Архангельская О.В., Тюльков И.А. Всероссийская олимпиада школьников по химии. М.: ACADEMIA; АПКиППКРО, 2005, 128 с.

** Задачи Всероссийских олимпиад по химии. Под ред. В.В.Лунина. М.: Экзамен, 2003.

*** Определение количества соляной кислоты таким способом возможно, если оно не превышает количество йодата калия более чем в 6 раз. – Прим. ред.

**** Об итогах XIII Всероссийской физико-математической и химической олимпиады школьников 1986/87 учебного года и о порядке проведения олимпиады в 1987/88 учебном году. Приказ Министерства просвещения РСФСР от 29 июня 1987 года № 116.