Тайны задач по химии? 2. Вскрываем электролиз

"Ох, нелегкая это работа - из болота тащить бегемота!" (К.И. Чуковский). Эти слова из детской сказки вспомнились именно сейчас, когда я приступила к препарированию очередной задачи ЕГЭ и услышала жуткий вой. Как вы думаете, кто это воет? Да не просто воет - душа наизнанку выворачивается и мурашки по коже. Точно, не я, поскольку получаю невероятное удовольствие от копания в задачах. Точно, не задача (бегемот) - ей тоже нравится, когда ее поглаживают, чешут за ушком и делают массаж шейного отдела позвоночника. Вы не поверите, но это воет болото, вернее, воют те, кто сидит в мутном болоте. Знаете, почему? Потому что они не умеют решать задачи на электролиз. А вы не завыли бы, когда на ЕГЭ неожиданно, без предупреждения, попадается такая задача?! В лучшем случае, написали бы уравнение реакции электролиза. Но в задании, помимо электролиза, наворочено столько фишек...

Ну как, встряхнулись? Думаете, я просто так ерунду всякую рассказываю - о жутком вое, о болоте, о вскрытии? Как бы не так! Я стимулирую выработку клетками вашего мозга важнейшего нейромедиатора - норадреналина, который повышает активность всех органов, улучшает сенсорное восприятие и память, активирует иммунную систему. Результат - лучшее усвоение учебного материала. Даю добрый совет: читайте мои статьи каждый день, и вы подготовитесь к ЕГЭ на 100 баллов, будете в тонусе и не заболеете гриппом! Улыбнулись? Отлично! Теперь, я вижу - вы готовы к серьезной работе. Итак, поехали!

В 2018 году, впервые за время ЕГЭ, ввели серьезные задачи на электролиз. Именно, задачи, а не тестовые задания. Я восстановила один из вариантов 34-го задания ЕГЭ по памяти моих учеников и сканам их работ.

Задание 34

При проведении электролиза 500 г 16%-ного раствора сульфата меди (II), процесс прекратили после того, как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из отобранной порции раствора. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Решение задачи, как всегда, будет построено на Четырех Заповедях.

1. Первая Заповедь. Выписать данные задачи в разделе "Дано".

2. Вторая заповедь. Написать уравнения реакций.

3. Третья заповедь. Сделать предварительные расчеты.

4. Четвертая заповедь. Составить алгоритм решения задачи.

Как видно из условия, задача - комбинированная и включает два блока процессов: во-первых, электролиз, во-вторых, реакции с гидроксидом натрия. Для каждого блока необходимо: записать уравнения реакций (Вторая Заповедь), сделать предварительные расчеты (Третья Заповедь), составить алгоритм решения (Четвертая Заповедь). При "вскрытии" задачи я не ставлю цель подробного анализа алгоритма решения, этим буду заниматься в других статьях. Задача решается и оформляется по авторской системно-аналитической технологии (четыре заповеди, досье, легкие расчеты), а в процессе решения начинают проявляться фишки (алгоритмические приемы), которые были использованы при составлении конкретной задачи. Именно их я буду анализировать подробно.

Анализ "вскрытия" задачи ЕГЭ:

1. Экзаменуемый должен уметь писать уравнение электролиза. Писать, это значит составлять полное уравнение электролиза методом полуреакций с учетом среды. Расчеты по уравнению реакции проводят стандартно, но... в задачах на электролиз нужно уметь определять глубину протекания электролиза. Меня терзают смутные сомнения, что подавляющее большинство учеников и преподавателей даже не слышали об этом. Как само собой разумеющееся, вы полагаете, что электролиз и не мог пройти до конца разложения основного вещества. Так оно и есть в данной задаче. Но есть множество задач, где электролиз основного вещества протекает до конца и начинается электролиз воды. А газы на аноде как выделялись, так и продолжили выделяться. Как же выяснить, насколько глубоко прошел электролиз? По расчетам. Определяем исходное количество основного вещества (в нашем случае это сульфат меди). По кислороду, который выделился на аноде, определяем количество основного вещества, вступившего в электролиз. В нашем случае, только часть основного вещества вступило в электролиз (т.е. электролиз не прошел до конца).

2. В данной задаче использован интересный алгоритмический прием - для второго эксперимента был взят не весь раствор после электролиза, а только небольшая порция. Нужно твердо знать: массовая доля вещества не зависит от массы раствора (т.е. остается постоянной в любой порции раствора). При аналогичном условии, необходимо рассчитать массовые доли веществ в растворе после электролиза, затем, используя полученные данные, сделать пересчет на новый раствор.

При расчете массовой доли продуктов электролиза в исходном растворе следует учитывать изменение массы раствора за счет выведения из системы газа (кислород на аноде) и твердого вещества (медь на катоде).

3. В новом блоке реакций после добавления к порции раствора гидроксида натрия нужно оценивать возможность реакции для каждого растворенного вещества. В нашем случае и образовавшаяся серная кислота, и оставшийся сульфат меди реагируют со щелочью.

4. Массу раствора гидроксида натрия определяем стандартно, по массовой доле и массе растворенного вещества. Не забываем, что количество вещества щелочи рассчитываем по двум уравнениям реакций.

Что интересного, в плане алгоритмических приемов, мне удалось увидеть на препарировании очередной задачи ЕГЭ?

1. Составление уравнения реакций электролиза с учетом среды.

2. Определение глубины электролиза.

3. Пересчет количества растворенного вещества в разных порциях раствора по массовой доле.

4. Изменение массы раствора в процессе реакции (газ, осадок).

Читаем. Делаем выводы. Пробуем решать. Я еще вернусь к 34-м задачам на электролиз - и для нового "вскрытия", и для подробного объяснения и анализа алгоритма решения. До новой встречи на полях Яндекс Дзен!

PS! Чтобы вы не расслаблялись и находились в постоянном тонусе, а также, чтобы не поминали лихом авторов заданий ЕГЭ, привожу пример конкурсной задачи на электролиз моего любимого автора И.Ю. Белавина. Попробуйте решить эту задачу сами, предложите ее своему учителю или репетитору. По их счастливой реакции вы поймете преимущества ЕГЭ перед вступительными экзаменами в медицинские ВУЗы и больше никогда не скажете ни одного плохого слова в сторону ЕГЭ по химии.

Белавин И.Ю., 2005 год, задача 592

"В один из двух последовательно соединенных электролизеров поместили 150 г раствора сульфида калия с массовой долей соли 25,7%, в другой - 149 г раствора нитрата ртути (II) с массовой долей соли 4,36%. Электролиз продолжали до тех пор, пока массы растворов не стали одинаковыми, после этого растворы смешали. Определите молярные концентрации веществ в конечном растворе, если его плотность равна 1,1 г/мл. (Ответ: с(КNO3) = 1,58 моль/л, с(КОН) = 2,28 моль/л)"

Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии http://repetitor-him.ru. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами. Звоните мне +7(903) 186-74-55. Приходите ко мне на курс, на Мастер-классы "Решение задач по химии" - и вы сдадите ЕГЭ с высочайшими баллами, и станете студентом престижного ВУЗа!

PS! Если вы не можете со мной связаться из-за большого количества звонков от моих читателей, пишите мне в личку ВКонтакте, или на Facebook. Я обязательно отвечу вам.

Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова