Как решать олимпиады по химии?⁠⁠

Я тут потихоньку буду делать посты с разборами заданий с олимпиад разного уровня, ДВИ и сложных вариантов ЕГЭ. Очень надеюсь, что мои разборы помогут кому-нибудь. К решениям постараюсь приложить советы по учебным материалам, которые могут помочь в подготовке к тому или иному экзамену/олимпиаде. Если у вас есть какие-то интересные задачи с олимпиад для разбора, или вопросы по подготовке напишите в комментариях.

А начнем мы с чего-нибудь более менее доступного для любого школьника. А именно с Московской химической олимпиады. Она интересна тем, что не является такой сложной как Всероссийская олимпиада школьников (ВОШ), при этом держит планку и по сложности не уступает региональному этапу ВОШ. При этом дает вкусные бонусы при поступлении, что делает её отличным стартом для олимпиадников всех весовых категорий.

Сегодня разбирать мы будем четвертую задачу девятого класса с заключительного этапа Московской олимпиады 2016 года.

Первое что следует сделать, это дочитать задание до самого конца. Дело в том, что авторы заданий самими вопросами часто выдают нам ответы.

Мы видим, что элемент X требует довольно тяжелых условий для реакции с самым активным и агрессивным простым веществом. Поэтому сразу можно предположить, что элемент X довольно инертный.

Я решил разобрать эту задачу, так как тут есть типичная задачка по поиску элемента в бинарном веществе. Очень часто на олимпиадах нужно определить элемент, по его массовой доле в хлориде, оксиде, фториде или других бинарных веществах. Как же нам выйти на элемент, если мы про него ничего не знаем? Когда в школе нам дают вещество и просят найти массовую долю элемента, эта задача решается в одно действие, а тут мы видим обратную задачу. Давайте обозначим степень окисления элемента X за n, а его атомную массу за A, тогда чему была бы равна массовая доля фтора в этом веществе? Учитывая, что атомная масса фтора 19 а.е.м. получаем такую простую формулу.

т.к. массовую долю фтора нам дали, мы можем легко составить уравнение и решить его относительно неизвестной массы элемента, в каждом из трех случаев фторида, решим для X1.

Степень окисления осталась параметром, но мы можем её перебрать.

Если она +1, то с такой массой в таблице Менделеева ближайший элемент это цинк, но у него не бывает подобной степени окисления.

Пойдем дальше, +2 выходит 131 а.е.м. это ксенон, странный ответ, но почему нет, давайте попробуем еще что-то, +3 дает атомную массу 196,5, что довольно близко к массе золота, и да, золото тоже является неплохим вариантом для задачи, ведь оно может проявлять такую степень окисления и является довольно инертным веществом.

Для n=4,5 и больше, адекватных масс не появляется.

Что-ж... у нас есть два кандидата на ответ. Попробуем посмотреть что получится у других фторидов. Решим аналогичным способом уравнение но для второго фторида. Получаем

Опять перебираем разные степени окисления, для +1 ничего не находится в таблице, а для +2 получается цинк. Хороший вариант, но тогда у нас будут проблемы у предыдущего фторида, поэтому смотрим дальше, +3 это 98,25 близко технеций, но у нас не было технеция в предыдущих вариантах, для +4 получаем опять ксенон. Опа, пересечение. Значит это скорее всего именно он. Золото получается если n=6, но тогда для третьего фторида не остается никаких вариантов, там фтора еще больше, а степень окисления больше шести, золото не проявляет даже в самых смелых фантазиях.

Быстро проверяя что получается у третьего фторида, выходим на формулы веществ X1, X2 и X3

Эти соединения кажутся удивительными, т.к. в школе элементы восьмой группы никогда не реагируют, но на самом деле это не так. Ксенон и криптон могут реагировать со фтором. Если пользоваться вульгарным школьным объяснением, то можно сказать, что они для этого распаривают свои электроны на валентном уровне. В условии задачи видно, что получаются подобные вещества в тяжелых условиях.

Решим последний пункт и напишем реакцию X1 с водой.

В воде повышать свою степень окисления может только кислород (водород уже в максимальной), поэтому продуктом окисления будет являться кислород.

Если вас заинтересовала химия элементов восьмой группы, то я советую почитать:

"Неорганическая химия: В 3 тт: Т. 2: Химия непереходных элементов: Учебник для вузов (под ред. Третьякова Ю.Д.)"

Н. Турова: Таблицы-схемы по неорганической химии

Увы, но в школьных учебниках химию восьмой группы обходят стороной совсем.