Девятый класс Задача 9-1

Задача 11-1

1. 
   Определите вещества А, Б, Г, Д и Е.
   
2. 
   Запишите уравнения проведённых реакций.
   
3. 
   Рассчитайте массу одной навески вещества А и одной навески вещества Б.
   
4. 
   Какой объем (при 25^оС и 1 атм.) газа Д выделился при взаимодействии порошка А с магнием?
   

Поскольку порошки окрашивают пламя в жёлтый цвет, в их состав входят соли натрия.

Продукты прокаливания солей растворяются в воде и образуют осадок с раствором хлорида бария. Причем только часть осадка растворяется в соляной кислоте. Значит один из продуктов прокаливания содержит сульфат ион и образует нерастворимый в кислотах сульфат бария, а другой – карбонат или сульфит. Кроме того, можно сделать вывод о том, что соли натрия (А и Б) – кислые, т.к. средние соли этих кислот при прокаливании не разлагаются.

Итак возможно сочетание солей А и Б: NaHSO₄ и NaHSO₃ или NaHSO₄ и NaHCO₃

Рассмотрим для двух случаев реакцию 1:

NaHSO₃ + NaHSO₄ = Na₂SO₄ + SO₂ + H₂O – реакция не идет до конца, т.к. кислоты HSO₄^– и H₂SO₃ сравнимы по силе.

NaHCO₃ + NaHSO₄ = Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O реакция 1

Итак соли А и Б – гидросульфат и гидрокарбонат.

Причем NaHSO₄ – соль А, т.к. в водном растворе реагирует с магниевыми стружками:

2NaHSO₄ + Mg = MgSO₄ + Na₂SO₄ + H₂ реакция 2

Соль Б – NaHCO₃ Газ Д – водород

2NaHSO₄ Na₂SO₄ + SO₃ + H₂O (SO₃– едкие белые пары – в-во Е)

реакция 3а

2NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O (СO₂– бесцветный газ Г)

реакция 3б

Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + 2NaCl реакция 4а

Na₂CO₃ + BaCl₂ = BaCO₃ + 2NaCl реакция 4б

BaCO₃ + 2HCl = BaCl₂ + CO₂ + H₂O реакция 5

m(BaSO₄) = 2.33 г; ν(BaSO₄) = 2.33/233 = 0.01 моль = ν(Na₂SO₄)

ν(BaCO₃) = (3.315 – m(BaSO₄))/197 = (3.315 – 2.33)/197 = 0.005 моль = ν(Na₂CO₃)

ν(NaHSO₄) = 0.01·2 = 0.02 моль

ν(NaHCO₃) = 0.005·2 = 0.01 моль

Масса одной навески NaHSO₄ = 0.02·120 = 2.4 грамма

Масса одной навески NaHCO₃ = 0.01·84 = 0.84 грамма

1. 
   Определение веществ А, Б, Г, Д и Е (по 2 б) 10 б
   
2. 
   Уравнения проведённых реакций (по 0,5 б) 3,5 б
   
3. 
   Массы навесок вещества А и Б (по 2 б) 4 б
   
4. 
   Объем (с.у.) газа Д 2,5 б
   

Задача 11-2

1. 
   Вещество Х в безводном состоянии состоит из трех элементов: Na (массовая доля 29,1 %), S (40,5 %) и O (30,4 %). Установите его молекулярную формулу и назовите его по известной Вам химической номенклатуре.
   
2. 
   Как обычно получают вещество Х? Напишите уравнение соответствующей реакции с указанием условий.
   
3. 
   В продажу «антихлор» обычно поступает в виде кристаллогидрата (вещество У), массовая доля кислорода в котором составляет 51,6 %. Вычислите молекулярную формулу вещества У, дайте и ему номенклатурное название.
   
4. 
   Рецепт пропиточной жидкости для масок 1915 г был следующий (в массовых частях): вещества У 30 частей, соды безводной 10 частей, глицерина чистого 10 частей, воды 70 частей. Рассчитайте массы глицерина, вещества У и воды, которые необходимо добавить к 270 г кристаллической соды (декагидрата карбоната натрия) для приготовления правильного пропиточного раствора.
   
5. 
   Что именно становилось причиной тяжелых последствий для человеческого организма в случае применения маски, пропитанной только водным раствором «антихлора»? Напишите уравнения реакций, протекающих при взаимодействии раствора «антихлора» с избытком и недостатком хлора.
   
6. 
   А можно ли успешно защититься от хлора маской, пропитанной раствором чистой соды? Аргументируйте свой ответ, напишите уравнение реакции.
   
7. 
   Напишите уравнение реакции, поясняющей важнейшую роль соды в составе пропитки, обеспечивающей более хорошую защиту человека от отравления хлором.
   
8. 
   Водный раствор «антихлора» обладает довольно высокой реакционной способностью не только по отношению к хлору. Он легко реагирует с бромной и йодной водой, а также растворяет практически нерастворимый в воде бромид серебра. Напишите уравнения этих реакций.
   

1. 
   Возьмем 100 г вещества Х. В них содержится 29,1 г или 29,1/23 = 1,27 моль Na, 40,5 г или 40,5/32 = 1,27 моль S, 30,4 г или 30,4/16 = 1,90 моль атомов O. Таким образом, мольное соотношение элементов в веществе Х: Na : S : O = 1,27 :1,27: 1,90 = 1 : 1 : 1,5 или 2 : 2 : 3, т.е. его молекулярная формула Na₂S₂O₃. Сейчас это вещество называется тиосульфат или триоксотиосульфат натрия, а раньше его называли гипосульфит натрия или серноватистокислый натрий.
   
2. 
   Тиосульфат натрия обычно получают кипячением порошка серы в водном растворе сульфита натрия:
   

Альтернативные способы получения:

- окисление полисульфидов натрия на воздухе:

2Na₂S_x + 3O₂ = 2Na₂S₂O₃ + 2(х-2)S (1а);

- взаимодействие сероводорода с сернистым газом в щелочном растворе или с сульфитом натрия:

2H₂S + 4SO₂ + 6NaOH = 3Na₂S₂O₃ + 5H₂O (1б) или

2NaHS + 4NaHSO₃ = 3Na₂S₂O₃ + 3H₂O (1в).

3. 
   Формула У Na₂S₂O₃*nH₂O. Массовое содержание кислорода в нем 100*16*(3+n)/(158+18n) = 51,6. Решая это уравнение, получаем: 1600n + 4800 = 8152,8 + 928,8n, откуда n = 3352,8/671,2 = 5,0. Таким образом, формула У Na₂S₂O₃*5H₂O, её название – пентагидрат тиосульфата натрия.
   
4. 
   Молярная масса декагидрата карбоната натрия Na₂CO₃*10H₂O составляет 286 г/моль, из которых 106 г/моль приходится на безводную соду и 180 г/моль – на воду. Следовательно, в 270 г кристаллической соды содержится 270*106/286 = 100 г соды безводной и 270*180/286 = 170 г воды. Глицерина по массе требуется столько же, сколько безводной соды, т.е. 100 г, вещества У – в 3 раза больше, т.е. 300 г. Воды требуется в 7 раз больше, чем безводной соды, т.е. 700 г, но 170 г воды уже содержится в кристаллической соде, поэтому ее нужно 700-170 = 530 г.
   
5. 
   Избыток хлора:
   

В случае избытка тиосульфата (а так обычно и бывает, поскольку хлор поступает через маску, содержащую весь тиосульфат), кислоты, образующиеся в результате предыдущей реакции, реагируют с тиосульфатом. Реакция сопровождается выделением газообразного оксида серы (IV), который менее ядовит, чем хлор, но также поражает дыхательную систему человека:

Na₂S₂O₃ + 2HCl = 2NaCl + S + H₂O + SO₂ (3);

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + S + H₂O + SO₂ (3а).

Если просуммировать реакции 2, 3, 3а получится:

6Na₂S₂O₃ + 4Cl₂ = 8NaCl + 2Na₂SO₄ + 5S + 5SO₂ (3б).

При большом избытке тиосульфата возможна и такая реакция:

2Na₂S₂O₃ + Cl₂ = 2NaCl + Na₂SO₄ + 2S + SO₂ (3в).

6. 
   Хлор реагирует и с раствором соды:
   

Na₂СO₃ + Cl₂ = NaCl + NaClО + CO₂ (4а).

Поэтому защиту органов дыхания такая маска Вам на какое-то время обеспечит. Однако, ожоги слизистой оболочки губ и ротовой полости Вы получите, поскольку образующийся в этой реакции гипохлорит натрия – очень сильный окислитель.

7. 
   Щелочной раствор соды препятствует кислотному разложению тиосульфата с выделением SO₂:
   

или при избытке хлора:

2Na₂S₂O₃ + Cl₂ + Na₂СO₃ = 2NaCl + Na₂SO₄ + 2S + Na₂SO₃ + CO₂ (5а).

В качестве правильного ответа можно засчитывать и взаимодействие соды с образующимися в реакции тиосульфата с хлором кислотами:

Na₂CO₃ + HCl = NaCl + NaHCO₃ (5б) или

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O + CO₂ (5в)

или запись одной из этих реакций в ионном виде.

8. 
   Уравнения реакций:
   

2Na₂S₂O₃ + I₂  2NaI + Na₂S₄O₆ (7);

2Na₂S₂O₃ + AgBr  Na₃[Ag(S₂O₃)₂] + NaBr (8).

Система оценивания.

1. 
   Молекулярная формула Х 2 б, любое верное название 1 б 3 б
   
2. 
   Одно из уравнений реакции 1 (1, 1а, 1б, 1в) 1 б, условия реакции 1 б 2 б
   
3. 
   Молекулярная формула У 2 б, название 1 б 3 б
   
4. 
   Расчет масс каждого из компонентов (по 1 б) 3 б
   
5. 
   Сернистый газ 1 б, уравнение реакции (2) 1 б, любое одно из ур-ний 3 (3, 3а, 3б, 3в) 1 б 3 б
   
6. 
   Любое одно из уравнений реакций 4 (4, 4а) 1 б, ожоги 1 б 2 б
   
7. 
   Любое одно из уравнений реакций 5 (5, 5а, 5б, 5в) 1 б 1 б
   
8. 
   Каждое из уравнений реакций (6-8) (по 1 б) 3 б