Бибн 2014-15 Исследовательский тур 11 класс Задача 11-1

Факир поставил на стол прибор, состоящий из двух стеклянных цилиндров, соединенных трубкой. В левом цилиндре содержится жидкость А, в правом - жидкость Б. Уровень жидкости ниже трубки, соединяющей цилиндры. В левый цилиндр факир бросил белый камень массой m, который он подобрал с земли, мгновенно закрыл пробку и закрыл прибор черным платком на несколько минут. Когда факир снял платок, камень переместился в правый цилиндр, но теперь он находится в раздробленном виде! Если аккуратно выделить белое вещество из правого цилиндра, окажется, что его масса точно равна массе камешка, который исчез в левом цилиндре.

1. 
   Приведите формулу соединения Х и состав жидкостей в каждом из двух цилиндров.
   
2. 
   Напишите уравнения химических реакций, описанных в условии задачи (включая подсказку)
   
3. 
   Выведите формулу, связывающую минимальную массу растворенного в жидкости Б вещества, необходимую, чтобы фокус удался с массой камешка m.
   
4. 
   Как изменится результат фокуса, если массу, которую вы рассчитали в п.3, уменьшить вдвое? Ответ объясните.
   

1. 
   Купоросное масло – H₂SO₄. «Дух солей» – HCl. Вещество Х – CaCO₃ (подходят также SrCO₃, BaCO₃). Жидкость А – раствор HCl, жидкость Б – раствор Ca(OH)₂
   
2. 
   H₂SO₄+ 2NaCl = Na₂SO₄+ 2HCl;
   

CaCO₃= CaO + CO₂ (при1000 °С);

CaO + H₂O = Ca(OH)₂;

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃+ H₂O.

3. 
   С_min(Са(OH)₂) = n(СаСО₃)⋅M(Са(OH)₂) = 74⋅m(CaCO₃) / 100 = 0.74⋅m(CaCO₃). При меньшем количестве Са(OH)₂ осадок СаСО₃ не образуется:
   

4. 
   Уменьшение массы Ca(OH)₂ в два раза приведет к полному растворению осадка (который будет образовываться сначала)  зрители увидят только цилиндры с прозрачными жидкостями.
   

Использование транспортных реакций является очень эффективным методом получения чистых металлов. Для получения чистого вещества по методу Ван Аркеля-де Бура 8.50 г переходного металла А (массовая доля примесей 5-10%) при нагревании реагирует с твердым йодом (см. рис.). Продукт реакции С испаряется и разлагается на раскаленной спирали на исходные вещества. При этом чистый металл осаждается на проволоке, а газообразный йод вступает в реакцию с новыми порциями неочищенного металла. В результате этого процесса нереагирующие с йодом примеси остаются на дне сосуда, а чистый металл конденсируется на проволоке. При прохождении реакции А_(к) + 2I_2(к) → С_(г) выделилось 46.638 кДж теплоты (стандартные условия).

Справочные данные: ∆_fH⁰₂₉₈(C(г)) = 516.2 Дж/г,

∆_fH⁰₂₉₈(C(к))= 386.6 кДж/моль.

При расчетах используйте значения молярных масс атомов с точностью до десятых.

1. 
   Определите зашифрованные вещества.
   
2. 
   Определите массовую долю примесей.
   

Для наглядности перепишем реакцию в следующем виде:

А_к+ 2I_2(к) → АI_4(г) С = АI₄

Поскольку энтальпии образования простых веществ в кристаллическом состоянии равны 0, то термохимическое уравнение можно записать в следующем виде:

А_к+ 2I_2(к) → АI_4(г) + 516.2 Дж/г; С = АI₄

Найдем массу йодида переходного металла, выделившегося в результате реакции:

46638 Дж/516.2Дж/моль=90.3 г

С учетом этого молярная масса переходного металла находится в интервале

Масса исходного металла, взятого для очистки, варьирует в интервале от 8.500.90=7.65 г до 8.500.95=8.075 г.

Основываясь на этих цифрах и уравнении реакции можно записать следующие соотношения:

(7.658.075)/М(А)=90.3/[М(А)+4М(I)]

(7.658.075)/М(А)=90.3/[М(А)+507.6]

Отсюда М(А)= (47.049.8) г/моль. В этот интервал молярных масс попадает только один металл – титан Ti, который имеет молярную массу 47.9 г/моль.

Таким образом, A=Ti, C=TiI₄.

2) n(Ti)=n(TiI₄)=m(TiI₄)/M(TiI₄)=90.3/555.5=0.1626 моль;

m(Ti)=0.1626 моль47.9 г/моль=7.79 г (Ti)=7.79/8.50=0.9164 или 91.64%

Массовая доля примесей 8.36 %.
Задача 11-3

Драгоценную монету не удалось растворить в соляной кислоте. В царской водке она растворилась лишь частично. Но в концентрированной азотной кислоте при нагревании монета растворилась целиком с образованием раствора синего цвета, при этом выделился бурый газ, который имеет темную окраску и при охлаждении обесцвечивался. К раствору постепенно приливали нашатырный спирт (NH₄OH) и наблюдали вначале обесцвечивание раствора и выпадение окрашенных осадков, а затем растворение осадков в избытке NH₄OH с образованием прозрачного темно-синего раствора. Его перелили в мерную колбу и довели объем ровно до 1л. Затем отобрали 200мл полученного раствора, добавили 7.442мл пропионового альдегида и нагрели. При этом ровно 15% альдегида превратилось в кислоту.

Определите качественный и количественный состав монеты, которая является сплавом 2 металлов и весит 16.00г. Составьте уравнения реакций, протекающих в ходе растворения металлов в азотной кислоте, выпадения и растворения осадков при участии NH₄OH, окисления альдегида. Плотность альдегида 0.81г/мл. Атомные массы металлов берите с точностью до десятых после запятой.
Решение

Синяя окраска раствора свидетельствует о наличии в монете меди. Медь растворяется в царской водке. Второй металл не растворяется в царской водке, это — серебро, которое предохраняется от окисления за счет образующейся поверхностной пленки AgCl. Обесцвечивание бурого газа NO₂ при охлаждении свидетельствует о димеризации его в бесцветный N₂O₄.

Ag + 2HNO₃ → AgNO₃ + NO₂↑ + H₂O

Сu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

2NO₂ ↔ N₂O₄

2AgNO₃ + 2NH₄OH → Ag₂O↓ + 2NH₄NO₃ + H₂O черный осадок

2Cu(NO₃)₂ + 2NH₄OH → Cu(OH)₂↓ + 2NH₄NO₃ голубой осадок

Ag₂O + 4NH₄OH → 2[Ag(NH₃)₂]OH + H₂O

Cu(OH)₂ + 4NH₄OH → [Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 2H₂O

2[Ag(NH₃)₂]OH + C₂H₅C(O)H → 2Ag↓ + C₂H₅C(O)ONH₄ + 3NH₃ + H₂O либо

2[Ag(NH₃)₂]OH + C₂H₅C(O)H → 2Ag↓ + C₂H₅C(O)OH + 4NH₃ + H₂O

2[Cu(NH₃)₄](OH)₂ + C₂H₅C(O)H → Cu₂O↓ + C₂H₅C(O)ONH₄ + 7NH₃ + 2H₂O либо

2[Cu(NH₃)₄](OH)₂ + C₂H₅C(O)H → Cu₂O↓ + C₂H₅C(O)OН + 8NH₃ + 2H₂O

Найдем объем, массу, количество прореагировавшего пропаналя:

V(C₃H₆O) = 7.442*0.15=1.1163мл. m(C₃H₆O) = 1.1163*0.81=0.9042г. n(C₃H₆O)=0.9042/58=0.01559моль.

Примем за х массовую долю Cu и за (1-х) массовую долю Ag в сплаве.

Тогда количества Cu и Ag будут: n(Cu)=16х/63.5 моль. n(Ag)=(16-16х)/108 моль.

Найдем количество пропаналя, которое может прореагировать с аммиачными комплексами меди n₁(C₃H₆O) и серебра n₂(C₃H₆O) с учетом, что лишь 20% раствора комплексов взяли на реакцию окисления альдегида:

n₁(C₃H₆O)=0.5*0.2*n(Cu)=1.6х/63.5 моль. n₂(C₃H₆O)=0.5*0.2*n(Ag)=(1.6-1.6х)/108 моль.

n(C₃H₆O)=n₁+n₂ 1.6х/63.5+(1.6-1.6х)/108=0.01559

Отсюда находим х=0.075. Массовая доля меди в монете 7.5%, а серебра - 92.5%.
Задача 11-4

При сжигании 18 г жидкого вещества А образуются 9 г воды и 16.8 л СО₂ (н.у.). Соединение А взаимодействует с HBr с образованием жидкого вещества Б, которое при нагревании водным 10%-ным раствором NaOH приводит к веществу В, имеющему M_r не более 200. Продукт В при комнатной температуре легко реагирует с водным раствором HBr, давая вещество Г. Нагревание индивидуального вещества Г приводит к его термической дегидратации с выделением вещества А. Следует отметить, что кроме основного вещества Б образуется в малых количествах его изомер Б1, который в аналогичных описанным выше операциях дает В1 (изомер В), Г1 (изомер Г), а при термической дегидратации твердый продукт Д. Напишите структурные формулы и назовите все указанные органические вещества А-Д, составьте уравнения реакций.

С₃Н₄О₂ + 3O₂ → 3CO₂ + 2H₂O

Вещество А может содержать С,Н,О, так как при горении дает только CO₂ и H₂O.

Найдем количество CO₂: n(CO₂)=16.8/22.4=0.75моль.

Найдем массу углерода в веществе А: n(С)=0.75моль. m(C)=0.75*12=9г.

Найдем количество H₂O: n(H₂O)=9/18=0.5моль.

Найдем массу водорода в веществе А: n(Н)=1моль. m(Н)=1г.

Суммарная масса углерода и водорода составляет: 9+1=10г.

Остальная масса приходится на кислород: m(О)=18-10=8г. n(O)=8/16=0.5моль.

Простейшая формула вещества А: n(С):n(Н):n(O) = 0.75:1:0.5 = 3:4:2 С₃Н₄О₂

Это – пропеновая (акриловая) кислота.

CH₂=CH-COOH + HBr → CH₂Br-CH₂-COOH 3-Бромпропановая к-та (Б)

CH₂Br-CH₂-COOH + 2NaOH_вод. → NaBr + H₂O + CH₂ОН-CH₂-COONa (В)

3-Гидроксипропановой к-ты натриевая соль, M_r=112<200, что соответствует условию задачи

CH₂ОН-CH₂-COONa + HBr → CH₂OH-CH₂-COOH + NaBr

3-Гидроксипропановая к-та (Г)

CH₂OH-CH₂-COOH → CH₂=CH-COOH + H₂O

CH₂=CH-COOH + HBr → CH₃-CHBr-COOH 2-Бромпропановая к-та (Б1 )

CH₃-CHBr-COOH + 2NaOH_вод. → NaBr + H₂O + CH₃-CH(OH)-COONa

2-Гидроксипропановой к-ты натриевая соль (В1)

CH₃-CH(OH)-COONa + HBr → CH₃-CH(OH)-COOH + NaBr

2-Гидроксипропановая (молочная) к-та (Г1)

2CH₃-CH(OH)-COOH → 2H₂O + [CH₃-CH(O-)C(O)O-]₂ Лактид молочной к-ты (Д)

БИБН 2014-15

Исследовательский тур

10 класс

Задача 10-1

Римский историк Плиний Старший в своих произведениях упоминал об использовании газа для уничтожения инфекции и насекомых. В поэме Гомера «Одиссея» рассказывается, как Одиссей, король Итаки, один из героев Троянской войны, окуривал этим газом помещение, чтобы побороть врагов, которые завладели его домом и хотели жениться на его супруге Пенелопе, пока он путешествовал.

Бинарный газ А при окислении раствором азотной кислоты превращается в кислоту Б. Реакция проходит с выделением газа. При растворении некоторого неактивного металла М в концентрированной кислоте Б образуется газ А, а растворение в концентрированной азотной кислоте приводит к образованию газа В. Молекулы газов А и В имеют одинаковое геометрическое строение, но лишь один из них способен димеризоваться. Оба газа растворимы в растворе щелочи. При взаимодействии газа А с кипящей водой образуется кислота Б и желтое твердое вещество Г. Присутствие в воздухе газа А вызывает кислотные дожди.

1. 
   Определите неизвестные вещества А-Г и возможный металл М. Может ли М быть железом? Объясните ответ.
   
2. 
   Напишите уравнения реакций.
   
3. 
   Какой из двух газов (А или В) способен димеризоваться? Объясните почему.
   
4. 
   Объясните, почему А является причиной кислотных дождей.
   
5. 
   Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции газа А с KMnO₄ в водном растворе (среда нейтральная).
   
6. 
   Напишите уравнения взаимодействия очень разбавленного раствора азотной кислоты с металлом М.
   

1. 
   А - SO₂, Б - H₂SO₄, В - NO₂, Г – S, М - неактивный металл, например, Cu. Металл М не может быть железом, поскольку железо пассивируется концентрированной серной кислотой.
   
2. 
   SO₂+ 2HNO₃ = H₂SO₄+ 2NO₂,
   

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O,

3SO₂ + 2HOH = 2H₂SO₄ + S.

3. 
   К димеризации способен NO₂, поскольку его молекула имеет неспаренный электрон.
   
4. 
   Кислотный дождь  это вид осадков с пониженным значением рН. Сернистый газ при окислении образует SO₃, что в присутствии влаги дает серную кислоту, которая снижает рН.
   
5. 
   3SO₂+ 2KMnO₄+ 2H₂O = 2MnO₂+ K₂SO₄+ 2Н₂SO₄.
   
6. 
   3Cu + 8HNO₃= 3Cu(NO₃)₂+ 2NO + 4H₂O.
   

Довольно распространенный бинарный газ А при определенных условиях взаимодействует с хлором, образуя несколько продуктов. Продукты реакции направили на ректификационную колонну и получили чистые жидкости (в порядке уменьшения температуры кипения) в таком количестве: 5 кг Б, 15 кг В, 25 кг Г. Оставшуюся газовую смесь пропустили через 500 л воды, затем направили на ловушку с сухим льдом, где конденсировалась определенная жидкость Д, а масса ловушки выросла на 10 кг. В конце остался исходный газ в количестве 10% от первоначального.

1. 
   Определите зашифрованные вещества. Приведите уравнения реакций.
   
2. 
   Рассчитайте начальный объем газа (н.у.).
   
3. 
   При тщательном исследовании в смеси можно обнаружить следы других продуктов, среди них такого вещества, которое образуется при взаимодействии А с хлором, но хлора не содержит. Назовите это вещество, приведите механизм его образования. Объясните, почему его количество мало.
   

1). Газ А - метан. Метан взаимодействует с хлором при облучении с образованием ряда соединений замещения водорода на хлор по свободнорадикальному цепному механизму. Соответственно, Б, В, Г, Д - это тетрахлорметан, хлороформ, дихлорметан, хлорметан. В ловушке (температура 78С) конденсируется хлорметан (т. кип. -24С).

CH₄+ Cl₂= CH₃Cl + HCl,

CH₃Cl + Cl₂= CH₂Cl₂+ HCl,

CH₂Cl₂+ Cl₂= CHCl₃+ HCl,

CHCl₃+ Cl₂= CCl₄+ HCl.

2) По уравнениям реакций имеем:

n(CH₄) = (10/50.5 + 25/85 + 15/119.5 + 5/154) кмоль = 0.65 кмоль,

что составляет 90% от начального количества метана. Следовательно, объем метана (22.40.65/0.9)м³= 16.2 м³.

3). Этан. Механизм реакции:

Cl₂= 2Cl· (зарождение цепи),

Cl· + CH₄= CH₃· + HCl (рост цепи),

CH₃·+ Cl₂ = CH₃Cl + Cl· (рост цепи),

2Cl· = Cl₂ (обрыв цепи),

Cl· + CH₃· = CH₃Cl (обрыв цепи),

CH₃· + CH₃· = С₂Н₆ (обрыв цепи).

Концентрация радикальных частиц очень мала, вероятность встречи двух СН₃- радикалов еще меньше, поэтому на процесс хлорирования и на состав продуктов наличие этана не влияет.
Задача 10-3

Драгоценную монету массой 16.00г не удалось растворить в соляной кислоте. В царской водке она растворилась лишь частично. Но в концентрированной азотной кислоте при нагревании монета растворилась целиком с образованием раствора синего цвета и выделением газа темной окраски. К раствору прибавили избыток хлорида калия, в результате чего выпал белый осадок хлорида металла А, а окраска раствора осталась прежней. Затем к раствору добавляли сульфит калия до тех пор, пока не прекратилась окислительно-восстановительная реакция и выпадение белого осадка хлорида металла Б, при этом раствор обесцветился. Далее осадки хлоридов двух металлов смешали, растворили в избытке нашатырного спирта (NH₄OH). Полученный бесцветный прозрачный раствор перелили в мерную колбу, довели водой объем ровно до 1 л. Затем отобрали 200мл полученного раствора и через него пропускали ацетилен до прекращения выпадения окрашенного осадка, представляющего смесь ацетиленидов двух металлов массой 3.5747г.

Определите качественный и количественный состав монеты, которая является сплавом 2 металлов. Атомные массы металлов берите с точностью до десятых после запятой. Что называется царской водкой? Почему один из металлов в ней не растворяется? Составьте уравнения реакций растворения металлов в азотной кислоте, осаждения хлоридов металлов, растворения хлоридов, осаждения ацетиленидов металлов.
Решение

Царская водка — смесь концентрированных HNO₃ и HCl. Синяя окраска раствора свидетельствует о наличии в монете меди. Медь растворяется в царской водке. Второй металл не растворяется в царской водке, это — серебро, которое предохраняется от окисления за счет образующейся поверхностной пленки AgCl.

Ag + 2HNO₃(конц.) → AgNO₃ + NO₂↑ + H₂O

Сu + 4HNO₃(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

AgNO₃ + КCl → AgCl↓ + KNO₃

2Cu(NO₃)₂ + 2КCl + K₂SO₃ + Н₂О → 2CuCl↓ + 2KNO₃ + K₂SO₄ + 2HNO₃ или:

2Cu(NO₃)₂ + 2КCl + K₂SO₃ + Н₂О → 2CuCl↓ + 4KNO₃ + Н₂SO₄

AgCl + 2NH₄OH → [Ag(NH₃)₂]Cl + 2H₂O или:

AgCl + 3NH₄OH → [Ag(NH₃)₂]ОН + 2H₂O + NH₄Cl

CuCl + 2NH₄OH → [Cu(NH₃)₂]Cl + 2H₂O или:

CuCl + 3NH₄OH → [Cu(NH₃)₂]OH + 2H₂O + NH₄Cl

2[Ag(NH₃)₂]OH + С₂Н₂ → Ag₂С₂↓ + 4NH₃ + 2H₂O или:

2[Ag(NH₃)₂]Cl + С₂Н₂ → Ag₂С₂↓ + 2NH₃ + 2NH₄Cl

2[Cu(NH₃)₂]OH + С₂Н₂ → Cu₂С₂↓ + 4NH₃ + 2H₂O или:

2[Cu(NH₃)₂]Cl + С₂Н₂ → Cu₂С₂↓ + 2NH₃ + 2NH₄Cl

Примем за х массовую долю Cu и за (1-х) массовую долю Ag в сплаве.

Тогда количества Cu и Ag будут: n(Cu)=16х/63.5моль. n(Ag)=16(1-х)/108моль.

Найдем количество и массы ацетиленидов металлов с учетом, что лишь 20% раствора комплексов взяли на реакцию с ацетиленом:

n(Cu₂С₂)=0.2*0.5*n(Cu)=1.6х/63.5=0.0252х моль; m(Cu₂С₂)=151*n(Cu₂С₂)=3.805х г.

n(Ag₂С₂)=0.2*0.5*n(Ag)=1.6(1-х)/108моль; m(Ag₂С₂)=240*n(Ag₂С₂)=3.556(1-х) г.

m(Cu₂С₂) + m(Ag₂С₂)= 3.5747 = 3.805х + 3.556(1-х) 0.0187=0.249x

Отсюда находим х=0.075. Массовая доля меди в монете 7.5%, массовая доля серебра в монете 92.5%.

При сжигании 33 мл жидкого вещества А с плотностью 0.8 г/мл образуются 32.4г воды и газообразный продукт, способный при пропускании через известковую воду выделить 150г осадка. Вещество А не может окисляться перманганатом калия без разрушения углеродного скелета. Оно при нагревании с серной кислотой образует два изомерных углеводорода Б и Б1. Основной изомер Б дегидрируется на Pt катализаторе до соединения В, которое в результате полимеризации приводит к высокомолекулярному продукту Г. Побочный изомер Б1 при нагревании с газообразным HBr в присутствии пероксидов дает галогенуглеводород Д, который при действии натрия превращается в углеводород Е, имеющий плотность паров по воздуху 4.897.

Составьте структурные формулы указанных соединений и назовите их, напишите уравнения реакций.
Решение

Вещество А может содержать С, Н, О, так как при горении дает только CO₂ и H₂O.

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

Найдем массу сгоревшей жидкости А: m(A)=33*0.8=26.4г.

Найдем количество CO₂: n(CO₂)= n(CaCO₃)=150/100=1.5моль.

Найдем массу углерода в веществе А: n(С)=1.5моль. m(C)=1.5*12=18г.

Найдем количество H₂O: n(H₂O)=32.4/18=1.8моль.

Найдем массу водорода в веществе А: n(Н)=3.6моль. m(Н)=1*3.6=3.6г.

Суммарная масса углерода и водорода составляет: 18+3.6=21.6г.

Остальная масса приходится на кислород: m(О)=26.4-21.6=4.8г. n(O)=4.8/16=0.3моль.

Простейшая формула вещества А: n(С):n(Н):n(O) = 1.5:3.6:0.3 = 5:12:1 С₅Н₁₂О

Это предельный третичный спирт, так как не окисляется перманганатом калия без разрушения углеродного скелета и дегидратируется при нагревании с серной кислотой.

СН₃СН₂С(СН₃)₂ОН → Н₂О + СН₃СН=С(СН₃)₂ 2-Метилбутен-2, основной изомер (Б)

СН₃СН₂С(СН₃)₂ОН → Н₂О + СН₃СН₂С(СН₃)=СН₂ 2-Метилбутен-1, побочный изомер (Б1)

СН₃СН=С(СН₃)₂ → Н₂ + СН₂=СНС(СН₃)=СН₂ (на Pt) Изопрен (В)

nСН₂=СНС(СН₃)=СН₂ → (-СН₂-СН=С(СН₃)-CН₂-)_n Полиизопрен (Г)

СН₃СН₂С(СН₃)=СН₂ + HBr → СН₃СН₂СH(СН₃)-СН₂Br 1-Бром-2-метилбутан (Д) (реакция в присутствии пероксидов, против правила Марковникова)

2СН₃СН₂СH(СН₃)-СН₂Br + 2Na → С₂Н₅СH(СН₃)СН₂СН₂СН(СН₃)С₂Н₅ + 2NaBr

3,6-Диметилоктан (Е)

Молярная масса диметилоктана должна составлять М(С₁₀Н₂₂)=142, это подтверждается известной плотностью по воздуху М=29*4.897=142г/моль.

С₅Н₁₂О + 15O₂ → 5CO₂ + 6H₂O

БИБН 2014-15

Исследовательский тур

9 класс

Задача 9-1

К смеси SO₂ и CO₂, соотношение объемов которых 1:4, добавили неизвестный газ. Его объем был таким же, что и объем начальной смеси. После добавления этого газа средняя молярная масса смеси уменьшилась на 10 ± 0.2 г/моль.

1. Определите интервал, в котором находится значение молярной массы неизвестного газа.

2. Приведите не менее двух газов, отвечающих условию задачи.

3. Приведите уравнения реакций каждого из предложенных вами газов с О₂, Н₂ и укажите условия проведения этих реакций.

Решение

1. 
   Молярная масса исходной смеси:
   

M_ср1=0.844+0.264=48 г/моль

После разбавления молярная масса смеси изменяется в интервале от
48-10.2=37.8 г/моль до 48-9.8=38.2 г/моль.

При этом молярная масса определяется следующим соотношением:

M_ср2=(СО₂)М(СО₂)+(SO₂)M(SO₂)+(Х)M(Х)

M_ср2=0.444+0.164+0.5М(Х)=24+0.5М(Х)

Из этого соотношения найдем, в каком интервале изменяется молярная масса неизвестного газа:

(38.2-24)/0.5=28.4 г/моль

(37.8-24)/0.5=27.6 г/моль

Таким образом, молярная масса неизвестного газа изменяется в интервале от 27.6 г/моль до 28.4 г/моль.

2. 
   Пример газов: азот N₂, угарный газ СО, этилен С₂Н₄
   
3. 
   N₂+ O₂= 2NO (катализатор Pt какой-либо другой, нагревание или электрический разряд);
   

CO + H₂= CH₄+ H₂O (нагревание);

2CO + O₂= 2CO₂ (горение, реакция начинается при поджигании СО);

C₂H₄+ 3O₂= 2CO₂+ 2H₂O;

C₂H₄+ H₂= 2C₂H₆.

Задача 9-2

Молодой алхимик Альтер исследовал химические свойства простого вещества Х желтого цвета. Его целью было создание уникального метода получения любого вещества, которое содержит элемент Х, на основе пяти соединений, которые также можно было бы взаимно превращать. После десятков лет, проведенных над решением этой задачи, опытному, но уже старому алхимику таки удалось систематизировать свои работы. Но Альтер желал, чтобы его дело было продолжено и не рассказал своим ученикам об этих соединениях, а вместо этого дал им схему, на которой были приведены взаимопревращения и некоторые сведения об этих веществах.

Известно, что вещества А, Б и Д  бинарные. Массовая доля кислорода в соединении Б составляет 50%. Количество атомов элемента Х в формульной единице соединения Д в 2.5 раза больше количества атомов другого элемента, а массовая доля X в этом соединении составляет 77.7%. Вещество Г является солью, массовая доля кислорода в котором равна 30.38%. Каждое из преобразований 1-5 происходит в одну стадию.

1. 
   Расшифруйте вещества Х, А, Б, В, Г и Д.
   
2. 
   Предложите вещества для превращений 1-5.
   
3. 
   Напишите уравнения всех реакций, о которых идет речь в задаче.
   

1). Х S; А H₂S; Б SO₂; В Na₂SO₃; Г Na₂S₂O₃; Д Na₂S₅

2).

3). 2H₂S + O₂= 2SO₂+ 2H₂O

S + H₂= H₂S

SO₂+ 2NaOH = Na₂SO₃+ H₂O

S + O₂= SO₂

Na₂SO₃+ S = Na₂S₂O₃

3S + 6NaOH = Na₂SO₃+ 2Na₂S + 3H₂O

4Na₂S₂O₃= Na₂S₅+ 3Na₂SO₄

S + Na₂SO₃= Na₂S₂O₃

Na₂S₅+ 2HCl = H₂S +2NaCl + 4S

5S + 2Na = Na₂S₅
Задача 9-3

Драгоценную монету массой 16.00г не удалось растворить в соляной кислоте. В царской водке она растворилась лишь частично. Но в концентрированной азотной кислоте при нагревании монета растворилась целиком с образованием раствора синего цвета и выделением газа темной окраски. Полученный раствор перелили в мерную колбу, довели водой объем ровно до 1 л. Затем отобрали 200мл полученного раствора и к нему прибавляли сульфид калия до прекращения выпадения черного осадка массой 3.759г.

Определите качественный и количественный состав монеты, которая является сплавом 2 металлов. Атомные массы металлов берите с точностью до десятых после запятой. Что называется царской водкой? Почему один из металлов в ней не растворяется? Составьте уравнения реакций растворения металлов в азотной кислоте, осаждения сульфидов металлов.
Решение

Царская водка — смесь концентрированных HNO₃ и HCl. Синяя окраска раствора свидетельствует о наличии в монете меди. Медь растворяется в царской водке. Второй металл не растворяется в царской водке, это — серебро, которое предохраняется от окисления за счет образующейся поверхностной пленки не растворимого AgCl.

Ag + 2HNO₃(конц.) → AgNO₃ + NO₂↑ + H₂O

Сu + 4HNO₃(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

2AgNO₃ + К₂S → Ag₂S↓ + 2KNO₃

Cu(NO₃)₂ + К₂S → CuS↓ + 2KNO₃

Примем за х массовую долю Cu и за (1-х) массовую долю Ag в сплаве.

Тогда количества Cu и Ag будут: n(Cu)=16х/63.5моль. n(Ag)=16(1-х)/108моль.

Найдем количество и массы cульфидов металлов с учетом, что лишь 20% раствора комплексов взяли на реакцию с ацетиленом:

n(CuS)=0.2*n(Cu)=3.2х/63.5=0.0504хмоль; m(CuS)=95.5*n(CuS)=4.813х г.

n(Ag₂S)=0.2*0.5*n(Ag)=1.6(1-х)/108моль; m(Ag₂S)=248*n(Ag₂S)=3.674(1-х) г.

m(CuS) + m(Ag₂S)= 3.759 = 4.813х + 3.674(1-х)=3.674+1.139x 0.085=1.139х

Отсюда находим х=0.075. Массовая доля меди в монете 7.5%, массовая доля серебра в монете 92.5%.

Задача 9-4

Вычислите массу твердого перманганата калия, нагревание которого может обеспечить заполнение 10 медицинских кислородных подушек объемом 24.64л каждая (н.у.). Найдите объем 10-молярного водного раствора пероксида водорода, достаточный для заполнения 20 подушек. Определите, сколько подушек можно заполнить кислородом, если соединить вычисленные количества перманганата калия и пероксида водорода друг с другом и перемешивать без нагревания? Напишите уравнения упомянутых реакций.

2KMnO₄ → О₂↑ + K₂MnO₄ + MnO₂

2Н₂О₂ → О₂↑ + 2Н₂О

Определим количество кислорода в 10 подушках (246.4л): n(О₂)=246.4/22.4=11 моль. Тогда n(KMnO₄)=2n(О₂)=22 моль; m(KMnO₄)=158*22=3476г.

Определим количество пероксида водорода: в 20 подушках n(О₂)=22 моль; n(Н₂О₂)=2n(О₂)=44 моль; V(раствора Н₂О₂)=44/10=4.4л.

При перемешивании 44 моль Н₂О₂ и 22 моль KMnO₄ при комнатной температуре будет протекать реакция:

3Н₂О₂ + 2KMnO₄ → 3О₂↑ + 2KOH + 2MnO₂ + 2Н₂О

Перманганат калия окажется в недостатке. n(О₂)=1.5n(KMnO₄)=33моль.

V(О₂)=33*22.4=739.2л, этого хватит для заполнения 739.2/24.6=30.05 подушек.
БИБН 2014-15

Исследовательский тур

8 класс

Задача 8-1

В двух запаянных ампулах установились равновесия:

А = В +СО₂ и С = D +O₂, где A, B, C и D - твердые вещества. Куда сместится равновесие после вскрытия ампулы на воздухе? Ответ поясните.

Решение

Содержание СО₂ в атмосфере незначительно, поэтому равновесие при вскрытии первой ампулы сместится вправо, в результате улетучивания продукта реакции – СО₂. Реакция станет необратимой.

Парциальное давление кислорода в атмосфере значительно и равно 0.21 атм пропорционально содержанию кислорода в атмосфере (21% объемн.). Смещение равновесия при вскрытии второй ампулы будет определяться равновесным давлением кислорода. При Р_равн  0.21 атм равновесие сместится вправо, при Р_равн0.21 атм - влево. При Р_равн = 0.21 атм равновесие смещаться не будет.
Задача 8-2

Вещества АБ, ВГ и ДЕ являются представителями важнейших классов неорганических соединений. Все частицы А - Е содержат по10 электронов.

1. 
   Запишите химические формулы частиц А - Е и соединений АБ, ВГ и ДЕ.
   
2. 
   Запишите электронные формулы частиц А – Е.
   
3. 
   Одинаковы ли радиусы частиц? Если нет, то какая частица имеет наибольший радиус, а какая наименьший?
   
4. 
   Что происходит при действии воды на вещества АБ, ВГ и ДЕ? Напишите необходимые уравнения реакций, укажите условия их протекания.
   

1). Частицы, содержащие 10 электронов - атом Ne, ионы Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺, F^-, O^2-, N^3-. Соединений неона не получено.

А  Na; Б  F; В  Mg; Г  O; Д  Al; Е  N.

2). Электронные формулы ионов Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺, F^-, O^2- и N^3- одинаковые - 1s²2s²2p⁶

3). Радиусы частиц с одинаковым электронным строением с ростом заряда ядра уменьшаются. Наибольший радиус имеет ион N^3-, наименьший - Al³⁺.

4). NaF в воде растворяется, но с ней не реагирует. MgO + H₂O = Mg(OH)₂ (при комнатной температуре очень медленно, быстро идет при кипячении)

AlN + 3H₂O = Al(OH)₃+ NH₃
Задача 8-3

Смесь порошков угля 4.8г, фосфора 6.2г и кальция 20г прокалили в герметичном сосуде массой 200г, содержащем 32г кислорода. По окончании экзотермической реакции сосуд охладили до комнатной температуры и взвесили (m). Затем откачали газообразные О₂ и СО₂ и сосуд вновь взвесили (251г). Запишите уравнения образования оксидов и возможных реакций между ними. Вычислите количества вещества твердых продуктов реакций, значение m.

Найдем количество исходных веществ. n(C)=4.8/12= 0.4моль. n(Р)=6.2/31= 0.2моль. n(Са)=20/40= 0.5моль. n(О₂)=32/32= 1моль. Общая масса сосуда с простыми веществами 263г.

С + О₂ → CО₂

4Р + 5О₂ → 2Р₂О₅

2Са + О₂ → 2СаО

Остаток кислорода составляет 1-0.4-0.25-0.25=0.1 моль. Масса его 3.2 г.

Найдем количество образовавшихся оксидов. n(CО₂)=n(C)=0.4 моль. n(Р₂О₅)=0.5n(Р)=0.1 моль. n(CаО)=n(Cа)=0.5 моль.

После реакции общая масса сосуда с веществами не изменится, m=263г по закону сохранения массы.

СаО + СО₂ → СаCО₃

3СаО + Р₂О₅ → Са₃(РО₄)₂

После удаления газов масса сосуда снизилась с 263г до 251г. Понижение составило 12г и включает весь непрореагировавший кислород 3.2 г и остальные 8.8г - часть образовавшегося углекислого газа (0.2 моль).

Найдем количество образовавшихся солей. n[Са₃(РО₄)₂]=n(Р₂О₅)=0.1 моль. При этом израсходовалось 0.3 моль СаО. Оставшиеся 0.2 моль СаО прореагировали с 0.2моль СО₂ с образованием 0.2 моль СаCО₃.

Вычислите массу твердого перманганата калия, нагревание которого может обеспечить заполнение 10 медицинских кислородных подушек, вмещающих по 35.2г кислорода каждая. Найдите объем 10-молярного водного раствора пероксида водорода, достаточный для заполнения 10 подушек. Напишите уравнения упомянутых реакций. Каков объем одной подушки при нормальных условиях?

2KMnO₄ → О₂↑ + K₂MnO₄ + MnO₂

2Н₂О₂ → О₂↑ + 2Н₂О

Определим количество кислорода в 10 подушках, содержащих 352г кислорода: n(О₂)=352/32=11 моль. Тогда n(KMnO₄)=2n(О₂)=22 моль; m(KMnO₄)=158*22=3476г