加拿大化学竞赛考生情况

作为一名化学/生物/生化/环科相关专业的理工科学子,各类国际竞赛是为 profile 增添光辉一笔的好选择,在化学这一学科中,比较有名的竞赛有英国化学奥赛 UK Chemistry Olympiads (UKChO)/美国化学奥赛 US National Chemistry Olympiads (USNCO)/加拿大化学竞赛 Canadian Chemistry Contest (CCC) /加拿大化学奥赛 Canadian Chemistry Olympiads (CCO),其中 CCO 是在参加过 CCC 并拿到一定含金量的奖项时才能获得比赛资格的“进阶版”CCC。

笔者作为普高国际部的学生,从高一开始选修了学校的化学竞赛课程,跟随老师学习一些相较国内课本、AP 化学比较难的知识,在高二选了校内的 AP 化学课,没有像一些一直在学习竞赛的同学一样有很久的化学学习经历,但也在一系列包括 UKChO/CCC/CCO 在内的化学竞赛中拿到了金奖。

这也说明,在认真学习、充分备考的前提条件下,在国际化学竞赛中取得不错的成绩对普高学生来说,并非不可能的任务。笔者对化学竞赛也算是小有心得,也很荣幸能够与读者分享关于备考 CCO 的经验。

 CCO加拿大化学竞赛

什么是CCO化学竞赛?

CCO(Canadian Chemistry Olympiad)是由Chemical Institute of Canada举办的一年一度的、受到广泛认可的化学竞赛

笔者高二四月考完CCC后在七月左右拿到了金奖,成功晋级了CCO。在十月报名参加了CCO,并拿到了国家金奖。

在竞赛中,5%的参赛选手获得national top gold,10%获得金奖,20%获得银奖,35%获得铜奖。考到前35%就能拿下一个竞赛奖项,听起来好像比30%获奖率的CCC要容易,但是考虑到CCO难度非常大,同学们备考的时候可以仔细考虑一下。

想在CCO中拿到金奖,不是件容易的事情,做题做到自闭是常态,希望大家做好心理准备。

为什么要考CCO?

笔者没有考过美国化学奥赛,在所有的竞赛中,我认为CCO的难度是最大的。如果在CCO中能拿下金奖甚至是银奖,都能很好证明自己的硬学术实力。

此外,CCO中涉及的很多知识都和大学化学专业有关,不乏为一种探索学科兴趣的好选择。

CCO化学竞赛如何备考?

CCO一般有五道大题,在题目特别难的时候是若干道选择题+四道大题(我考的时候是9道选择+4道大题),大题分为有机化学、无机化学、分析化学、物理化学四个板块。

其中,每年的有机化学都会出现一道框图合成题,即展示工业或实验室合成一个化学物质的流程。考生需要根据给出的信息和自己的知识,推断出一长串反应中的中间产物,完成这道题目。

笔者也为大家总结了刷题时遇到的考点:

?1.有机化学

全流程合成

同分异构

高分子(可能单独一道大题)

生物化学(可能单独一道大题)

?2.物理化学

热力学

动力学

电化学

水溶液

?3.无机化学

原子结构和光谱

分子结构和分子轨道

配位化合物结构和晶体场理论

晶体和晶胞计算

元素化学中的常见物质转化

?4.分析化学:

滴定计算

多元酸碱、弱酸弱碱盐的分析计算

配位化合物的转化计算

无机物的转化定量计算

虽然涉及不少在AP阶段的知识点,但CCO考察得很难,计算量很大,且需要考生对化学原理有相当敏锐的直觉。以AP常考的化学计算为例,AP只会让考生进行较简单的化学计量数之间的转换,如在硫酸银和铜反应生成银和硫酸铜的反应中,让考生判断limiting reagent并求出反应后某离子的concentration/percent yield……,但CCO会有很多步,很多种不同的试剂,很容易绕晕考生,如2020年第2题:

2020年CCO化学竞赛第2题

本题重点是通过前两段算出粉末里杂质的占比,再算出次氯酸钙的质量,从而求出effective chlorine的百分比。注意这里使用的粉末溶液浓度应该是7.83g/1000ml水/10,因为在每次反应前溶液都被稀释成了原来的十分之一。

再看2022年第2题,了解一下CCO的风格:

CCO的题目都比较长,由于篇幅有限,笔者只讲解做题思路。

?第一问

第一问是元素化学的分析题目,需要根据已知的化学知识推导出所求物质。粗略读一遍题干,可以得出的信息是A是一个受热会分解的盐,溶于水中呈弱酸性,常被用做肥料和氧化剂。B和C都是A分解的产物。无色难闻气体D是A和氢氧化钠加热后的产物,E是A和氢氧化钠加热后的固体产物。气体D与硝酸银溶液反应生成褐色沉淀F,但过量D会使得溶液变澄清。
E受热分解生成燃烧必备的气体G和白色固体H,当H和硝酸反应时,生成棕色气体。本题的切入点是红棕色气体C为二氧化氮,燃烧必备气体G是氧气。无色难闻气体D可能是氯气或氨气,结合题目具体条件分析即可解答。

从这一小问就可以看出CCO对基本化学素养要求十分高,读者若有兴趣,不妨从现在就开始多多积累化学知识。

?第二问

从第一问得出每个化学物质是什么之后,第二问就不难了,注意别忘记配平。

?第三问

第三问leucine acid是弱酸,在水中不完全解离成酸根(CH3)2CHCH2CH(NH3+ )COO‐ (A-)和H+。在弱酸体系中,有水解平衡:[A- ] + [OH- ] = [A+] + [H+] ,从而求得Ka和Kb,A- 和A+的表达式。

Ka = [A- ][H+ ] / [A]
Kb = [A+ ][OH- ] / [A]

因为是个弱酸,所以只有很少一部分氢离子和氢氧根离子被电离,可得:
Since [A+ ] >> [H+ ] and [A- ] >> [OH- ] ,[A+ ] ≈ [A- ]
Kb[A] / [OH- ] = Ka[A] / [H+ ]
将[OH- ] 用Kw/[H+ ]表示。
[H+ ] 2 = Ka[A] * Kw / Kb[A]
从而求出氢离子浓度。根据pH=-log[H+ ]可求出pH = 5.98。

?第四问

第四问问用什么滴定,用什么做指示剂。溶液呈酸性,所以应该使用氢氧化钠滴定,酚酞做指示剂。第五问问用什么标准化第四问的titrant,我们选择的是氢氧化钠,所以应该要用一个有酸性的物质,邻苯二甲酸氢钾和草酸都可以。

如果你真的把上面的所有讲解都看了一遍,应该已经对CCO的难度和风格有所了解,总的来说,信息量很大,过程较多,需要脑子时刻保持清醒。最好的应对措施之一就是做题-总结-学习-做题这样循环,确保会的都能做对,不会的根据已有知识尽量做。虽然难度大,但是有过程分,所以如果基础足够扎实,还是能拿到不少分的。

CCO化学竞赛备考时间轴

CCO的考试时间一般在当年十月,而我是在当年七月左右收到通知说我入选CCO之后才开始全力准备。在这之前,学校化学竞赛老师也在给我们讲有机化学的基本反应和反应机理,帮助我们准备牛剑面试。

我收到信息后是直接在 asdan 官网填写个人信息,注册账号,报名比赛。据我所知,中国大陆应该没有别的报名途径,也可以询问学校老师是否有别的途径报名。

由于时间并不是很多,再加上基础比较扎实,我选择的策略是做题+总结+学习。我做真题的频率基本是一周一套,每周抽一个小时出来做往年真题并批改,总结错误。做题做多了就会发现很多考点是重复的,说明这些考点比较重要(如分析化学中cell晶胞的分析,有机化学中的各种基本反应),需要牢牢掌握,所以我就花了些时间理解这些考点。

到九月底基本所有题都做完了,除了我之前在刷题阶段我留下的近三年的模拟真题。到最后其实也就是看看错题,确保自己弄懂了每一道不会的题,每一个不理解的知识点,并且提醒自己不要再犯。偶尔有兴趣了我也会翻翻参考书(见下),学一学自己感兴趣的有机反应。

到最后上考场(线下考试,当时考点在我学校)的时候我心态也比较平和,毕竟是真的很难,做不对也是正常的。我当时也没有把所有题写完,只是尽可能把自己会的都写了,所幸最后结果不错,我的努力也是有意义的。

CCO化学竞赛备考tips

笔者总结了几个常考的知识点,读者可以着重准备:晶胞cell,轨道杂化与能量,络合物结构,弱酸弱碱水和平衡等。

还是那句话,在做题过程中一定要思考知识点之间的联系,总结pattern,提高效率。

CCO化学竞赛学习资源

在报名后会提示你在小程序注册账号,asdan会在报名界面给出“考试资料”的链接。真题是最重要的备考资料,没有之一。请尽可能做完所有真题,并弄懂所有题目。如果没有精力写完所有真题,也至少完成近三年的真题,对题型、考点有所了解。需要注意的是,在有机化学框图合成题中,经常会有重复考察的反应,所以在考前冲刺时可以重点关注这个部分的题目!

此外,我还参考了Ralph H.等人编写的General Chemistry Principles and Modern Applications和Jonathan Clayden 等人编写的Organic Chemistry,详细学习我没有理解透彻的知识点。后者是享有盛誉的一本有机化学教材,从最基础的轨道、杂化讲起,将看得人头大的各种有机化学反应阐述得非常清楚。如果同学们想自学有机化学,这是一本非常好的入门+dig in教材!

General Chemistry Principles and Modern Applications
Organic Chemistry

看到这里的你,想必对CCO已经有所了解了。如果想要参加并取得好成绩,那么就从现在开始行动起来,做好计划,先过了CCC这关吧!

2023年的CCO竞赛目前正在报名中,截止时间为:2023年8月31日,考试时间为:2023年9月9日,能够参加CCO竞赛的同学一定要及时报名哦~

预祝各位学习进步,在比赛中取得理想的成绩!

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