Анализ заданий ЕГЭ по химии «Скорость химической реакции»

Анализ заданий ЕГЭ по теме: «Скорость химической реакции».

Автор: Туманова Елена Борисовна, учитель химии ГБОУ СОШ № 806,

г. Москва

Прoведённый в конце 90-х г.г. ХХ в. анализ состояния российской системы образования выявил неудовлетворённость профессионального сообщества и общественности сложившейся практикой школьных выпускных экзаменoв и вступительных испытаний в учреждениях высшего и среднего профессионального образования. Традиционная система итогового контроля не давала надёжной информации о качестве общего образования, необходимой для принятия обоснованных решений в системе управления oбразованием.

Для пoвышения объективности итоговой аттестации выпускников общеобразовательных учреждений и обеспечения равных возможностей на получение среднего и высшего профессионального образования Правительством Российской Федерации была поставлена задача по изменению сложившейся системы выпускных и вступительных экзаменов с учётом результатов эксперимента по введению единого государственного экзамена (ЕГЭ).

Были oпределены цели введения ЕГЭ:

- повышение доступности профессионального образования в первую очередь для способной молодёжи из малообеспеченных семей и отдалённых от вузовских центров мест проживания;

- обеспечение преемственности общего и профессионального образования;

- обеспечение общегосударственного контроля и управления качеством образования на основе независимой оценки подготовки выпускников.

За годы эксперимента по введению ЕГЭ была сформирована нормативно-правовая база проведения экзамена по новой форме, отрабатывалась технология проведения экзамена, процедура создания контрольных измерительных материалов (КИМ).

За последние годы наметилась тенденция стабилизации результатов ЕГЭ. Однако при этом все еще выявляются повторяющиеся из года в год типичные ошибки экзаменуемых при выполнении заданий одинаковой тематики. Нужно заметить, что задания на скорость химических реакций во все годы проведения ЕГЭ вызывали определённые сложности у большинства выпускников. Обучающиеся формально, без учета конкретных условий задания используют знания о скорости химической реакции и факторах, влияющих на её изменение. Кроме того, прослеживается «путаница» понятий «факторов, влияющих на изменение скорости химической реакции» и «факторов, влияющих на смещение химического равновесия». Видимо, этой теме недостаточно внимания уделяется в школьном курсе. В настоящей работе я хочу проанализировать основные ошибки обучающихся при выполнении заданий ЕГЭ в блоке А по теме «Скорость химической реакции».

Типичные задания:

Пример 1.

Скорость прямой реакции

N₂ + 3H₂ ↔ 2 NH₃ + Q

возрастает при :

1. увеличении концентрации азота

2. уменьшении концентрации азота

3. увеличении концентрации аммиака

4. уменьшении концентрации аммиака

Вспомним, что в соответствии с законом действующих масс Гульберга и Вааге скорость химической реакции пропорциональна концентрации реагантов. В этой связи из рассмотрения сразу выпадают ответы 3 и 4, требующие изменить концентрацию не реагентов, а продукта реакции. Изменение (увеличение или уменьшение) концентрации аммиака никак не скажется на скорости реакции. Из

двух других выбираем первый ответ - именно увеличение концентрации одного из реагентов (в данном случае азота) приведёт к увеличению скорости прямой реакции. Верный ответ 1.

Пример 2.

С наибольшей скоростью при обычных условиях протекает реакция

1. 2Ba + O₂ = 2BaO

2. Ba²⁺ + CO₃^2- = BaCO₃ ↓

3. Ba + 2H⁺ = Ba²⁺ + H₂

4. Ba + S = BaS

Это проблемное задание. Часто приходится слышать, что школьники никогда не видели бария и не знают, с какой скоростью он реагирует с кислородом или серой. Дело в том, что при изучении химии нет надобности детально знакомиться со свойствами всех 118 химических элементов, достаточно изучить свойства наиболее типичных из них. А дальше - использовать мощь периодического закона и изученные химические теории для предсказания свойств неизвестных веществ и закономерностей протекания реакций.

Проанализируем предложенные ответы. Для начала сравним ответы 1 и 4. Барий относится к наиболее активным металлам, который даже хранят под слоем минерального масла или керосина во избежание окисления его кислородом воздуха. Реакция с кислородом протекает довольно быстро, при нагревании бария на воздухе он эффектно сгорает, соединяясь с кислородом, но в любом случае это не самая быстрая реакция. С серой барий будет реагировать намного медленнее по сравнению с кислородом.

Несомненно, что барий очень бурно взаимодействует с раствором кислоты (ответ 3). Но нет ли ещё более быстрой реакции? Она есть - это реакция между водными растворами бария и угольной кислоты. Каждый, кто делал этот или аналогичный опыт в лаборатории, видел, что осадок карбоната бария выпадает мгновенно. И это не только особенность солей бария. Установлено, что с наибольшими скоростями протекают именно реакции в растворах электролитов - реакции нейтрализации, выпадения осадков и подобные им.

Итак, правильный ответ 2.

Пример 3.

Для увеличения скорости химической реакции

Zn_{( тв )} + 2H⁺_{( раств )} → Zn²⁺ + H₂ +154 кДж

необходимо:

1. уменьшить концентрацию ионов цинка

2. увеличить концентрацию ионов водорода

3. уменьшить температуру

4. увеличить концентрацию ионов цинка

Вспомним, что скорость химических реакций зависит от

- природы реагирующих веществ,

- температуры,

- концентрации реагирующих веществ,

- степени измельчения твёрдых веществ (от площади соприкосновения в случае гетерогенных реакций),

- наличия катализатора (ингибитора).

Очевидно, что

1. изменение концентрации ионов цинка (увеличение её или уменьшение) никак не скажется на скорости реакции, так как ионы цинка не реагенты, а продукты реакции;

2. уменьшение температуры всегда приводит к уменьшению скорости химической реакции.

Следовательно, только увеличение концентрации ионов водорода (т. е. реагентов) вызовет ускорение химической реакции. Итак, правильный ответ 2.

Пример 4.

Для увеличения скорости химической реакции

Fe_{( тв )} + 2H⁺_{( раств )} → Fe²⁺ + H₂ ↑

необходимо:

1) добавить несколько кусочков железа,

2) увеличить концентрацию ионов железа,

3) уменьшить температуру,

4) измельчить взятое железо.

Большинство из экзаменующихся на этот вопрос выбрали неверный ответ, а именно ответ 1. Действительно, если в пробирку с кислотой добавить не один, а два или три кусочка железа, количество выделяющегося водорода существенно увеличится. Но вот увеличится ли при этом скорость реакции? Конечно же нет! И вот почему. Скорость гетерогенной реакции равна количеству вещества продукта реакции, образующегося на единице площади поверхности соприкосновения реагентов (например, на каждом квадратном сантиметре). Независимо от того, сколько кусочков металла взято для опыта, с единицы площади поверхности каждого из них ( с 1 см²) будет выделяться одно и то же постоянное количество водорода. Поскольку площадь трёх кусочков металла больше, чем площадь одного кусочка, то водорода выделиться больше, хотя скорость реакции от этого не изменится - она будет постоянной. Правильный же ответ 4, поскольку скорость гетерогенной реакции зависит от площади соприкосновения реагентов (чем сильнее измельчено вещество, тем больше площадь соприкосновения).

Пример 5.

На скорость реакции между уксусной кислотой и этанолом не влияет:

1. катализатор

2. температура проведения реакции

3. концентрация исходных веществ

4. давление.

Рассуждение очень простое. Уксусная кислота и этанол - жидкости. Поэтому на скорость реакции между этими веществами не влияет изменение давления. Правильный ответ 4.

Пример 6.

С наибольшей скоростью с водородом реагирует

1. хлор

2. фтор

3. сера

4. углерод

Для ответа на вопрос вспомним сравнительную химическую активность неметаллов, указанных в задании. Углерод и сера относятся к малоактивным неметаллам. При нагревании их активность заметно возрастает, но при высокой температуре газообразный водород будет взаимодействовать с твёрдой серой (температура плавления серы 444⁰С) и твёрдым углеродом. А скорость реакций между газом и твёрдыми веществами, как правило, меньше, чем с участием только газообразных веществ. Химическая активность галогенов намного больше, чем других неметаллов (при прочих равных условиях). Самый активный среди галогенов - фтор. Как известно, в атмосфере фтора сгорают даже такие устойчивые вещества, как вода и стекловолокно. И действительно, водород с хлором взаимодействуют или при нагревании, или при ярком освещении, а фтор с водородом взрывается в любых условиях (даже при очень низких температурах). Правильный ответ 2.

Пример 7.

Для увеличения скорости реакции

2СО + О₂ = 2СО₂ + Q

необходимо:

1. увеличить концентрацию СО

2. уменьшить концентрацию О₂

3. понизить давление

4. понизить температуру

Известно, что скорость химической реакции зависит от следующих факторов:

- природы реагирующих веществ (при прочих равных условиях более активные вещества реагируют быстрее);

- концентрации реагирующих веществ (чем выше концентрация, тем выше скорость реакции);

- температуры (увеличение температуры приводит к ускорению реакции);

- присутствия катализатора (катализатор ускоряет процесс, ингибитор- замедляет);

- давления (для реакций с участием газов увеличение давления равносильно увеличению концентрации, поэтому скорость реакций с ростом давления увеличивается);

- степени измельчения твёрдых веществ9чем больше степень измельчения, тем больше поверхность соприкосновения твёрдых реагентов, и тем выше скорость реакции).

С учётом этих факторов проанализируем предложенные варианты ответов:

1) Увеличение концентрации СО (исходного вещества) действительно приведёт к увеличению скорости химической реакции.

2) Уменьшение концентрации О₂ приведёт не к увеличению, а к уменьшению скорости реакции.

3) Снижение давления по своей сути тоже самое, что и уменьшение концентрации реагентов, следовательно - скорость реакции тоже уменьшится.

4) Снижение температуры всегда приводит к уменьшению скорости химической реакции.

Значит, ответ 1.

Пример 8.

Для увеличения скорости взаимодействия железа с соляной кислотой следует

1) добавить ингибитор

2) понизить температуру

3) повысить давление

4) увеличить концентрацию НСL

Прежде всего, запишем уравнение взаимодействия железа с соляной кислотой:

Fe_{(тв )} + 2HCl_{( р-р )} = FeCl_{2( р-р )} + H_{2( г )}

Анализируя предложенные варианты ответов, отмечаем, что добавление ингибитора уменьшает скорость реакций, аналогично влияет и уменьшение температуры. Давление не сказывается на скорости данной реакции (т.к. среди реагентов нет газообразных веществ). Следовательно, для увеличения скорости реакции следует увеличить концентрацию одного из реагентов, а именно HCl. Ответ 4.

В заключении

Опыт проведения ЕГЭ показывает, что в основном выпускники достаточно успешно справляются с новой формой экзаменов. Однако для повышения объективности результатов необходимо осуществлять специальную подготовку обучающихся к итоговой аттестации, например, формировать умения работать с различными типами тестовых заданий. Шире вводить в практику преподавания тестовые формы оценки образовательных достижений наряду с традиционными методами и формами. Целесообразно организовать повторение пройденного материала, особенно за курс основной школы, выделив для этого специальное время в учебном процессе. Следует обратить внимание учителей, авторов учебников и разработчиков методических пособий на необходимость совершенствования учебного процесса с учётом результатов ЕГЭ.

Используемая литература

1. Медведев Ю.Н., Каверина А.А., Корощенко А.С. Единый государственный экзамен 2007. Химия. Учебно-тренировочные материалы для подготовки учащихся/ ФИПИ - М.: Интеллект-Центр, 2007

2. А.А. Каверина, Д.Ю. Добротин, А.С. Корощенко, Ю.Н. Медведев, М.Г. Снастина. Сдаем государственный экзамен. Химия - М.: Дрофа, 2008

3. Каверина А.А., Корощенко А.С., Медведев Ю.Н., Яшукова А.В. Единый государственный экзамен 2009. Химия. Универсальные материалы для подготовки учащихся/ ФИПИ. - М.: Интеллект-Центр, 2009

4. А.А. Каверина, Ю.Н. Медведев, Д.Ю. Добротин. ЕГЭ 2010. Химия: сборник экзаменационных заданий - М.: Эксмо, 2009 (ЕГЭ. Феднральный банк экзаменнационных материалов.