Задачи Санкт-Петербургской олимпиады школьников

Задачи Санкт-Петербургской олимпиады школьников

По химии 2012 года

Победители и призёры

Победители и призёры регионального этапа

Всероссийской олимпиады школьников по химии 2012 г.

9 класс
Победитель:
Вахренёв Роман Геннадьевич	ГБОУ ФМЛ №239
Призёры:
Коробов Артём Владимирович	ГБОУ ФМЛ №239
Чернышева Анна Михайловна	ГБОУ ФМЛ №239
Павлова Анжела Владимировна	ГБОУ ФМЛ №239
10 класс
Победитель:
Мосягин Иван Павлович	ГБОУ ФМЛ №239
Призеры:
Папков Михаил Константинович	ГБОУ лицей №281
Петров Николай Леонидович	ГБОУ ФМЛ №30
Заец Сергей Игоревич	ГБОУ СОШ №692
Топчий Ричард Загид Гаджиевич	ГБОУ СОШ №1
11 класс
Победитель:
Петрюков Кирилл Сергеевич	ГБОУ гимназия №526
Призёры:
Михайлов Кирилл Игоревич	ГБОУ ФМЛ №239
Кучумов Николай Игоревич	ГБОУ ФМЛ №30
Фризюк Кристина Сергеевна	ГБОУ ФМЛ №239

Поздравляем!

Задания заочного этапа Санкт-Петербургской олимпиады школьников по химии

Для учащихся 8 классов

Задача 1.

Каждый человек должен хотя бы приблизительно представлять, сколько энергии поступает в его организм с пищей и расходуется в течении суток. Количество поступающей энергии определяется количеством и составом пищи. Энергетический эквивалент пищи — его калорийность, принято выражать в килокалориях на 100 г данного продукта (1 ккал = 4,18 кДж). Подробные данные о составе и калорийности пищевых продуктов можно найти в специальных справочниках, книгах по домоводству и кулинарии, научно-популярных журналах. На упаковках многих продуктовых товаров также может быть указана их энергетическая ценность.

Составьте суточный режим дня (с указанием интенсивности занятий) и примерное пищевое меню, учитывая средний расход (ккал/ч) энегрии (п.1) и основной принцип рационального питания (п.2). Не забудьте указать после каждого приема пищи количество поступившей и потраченной энергии.

п.1.	Вид деятельности	Энергетические затраты (ккал/час)
	сон	50-70 *
	чтение, приготовление уроков
	занятия в школе
	мытье посуды, глажение	120-240 *
	пешая прогулка	160-190 *
	вытирание пыли, подметание
	стирка белья, мытье полов
	танцы	300-400 *
	бег трусцой	360-480 *
	езда на велосипеде	210-540 *
	игра в футбол	400-500 *
	бег на лыжах	400-800 *
	плавание	200-600 *

* разброс в значениях отражает разную интенсивность занятия

п.2	основной принцип рационального питания: количество поступающей с пищей энегрии не должно превышать расход энергии более чем на 5%.

Задача 2.

Альпинисты знают, что в горах трудно сварить яйцо, и вообще любую пищу, требующую более или менее длительного кипячения. Качественно причина этого ясна — с понижением атмосферного давления уменьшается температура кипения воды. Обычно, житель равнины, желающий приготовить на завтрак яйцо вкрутую, тратит на это около 5 минут. А житель г. Мехико? (высота 2265 м над уровнем моря, давление 580 мм рт.ст. Вода в таких условия кипит при 93 ⁰ С!) При этом реакция «свертывания» (денатурации) белка замедлится примерно в 12 раз. Рассчитайте, сколько времени хозяйка в г.Мехико должна тратить на приготовление яйца вкрутую и объясните, почему на практике это происходит почти в 12 раз быстрее?

Задача 3.

Люблю тебя, Петра творенье,

Люблю твой строгий стройный вид.

Невы державное теченье, береговой ее гранит. (А.С. Пушкин)

Гранит практически не впитывает влагу, что объясняет его высокую морозостойкость. По этой причине он прекрасно подходит для облицовки набережных. Вспомните великолепие набережных, выполненных из гранита в Петербурге, большая часть этих гранитных плит была заложена еще во времена Петра I.

Лучшие сорта мелкозернистого гранита начинают обнаруживать первые признаки разрушения более чем через 500 лет эксплуатации, поэтому его нередко называют «вечным» камнем.

По своему составу граниты относятся к полиминеральным породам, образованным несколькими минералами. Главные породообразующие минералы гранита — полевой шпат (35-40%) и кварц (25-35%). Именно шпат определяет цвет гранита. Наиболее распространенным является серый гранит, однако встречается и красный, розовый, оранжевый, голубовато-серый, голубовато-зеленый и другие. Цвет камня напрямую зависит от его месторождения. Например, в России добывают преимущественно белые, серые, красно-коричневые граниты, а в Испании – светло-зеленые, черные, розовые. Кварц присутствует в виде стекловидных трещиноватых зерен; обычно он бесцветен, в редких случаях имеет голубоватый оттенок, который может приобретать вся порода.

Кварц представляет собой практически чистый оксид одного из неметаллов. К какой группе оксидов Вы отнесете этот оксид (основные, кислотные, амфотерные, несолеобразующие)?

С какими веществами он способен вступать в химические реакции? Приведите не менее 3х уравнений реакций и укажите условия их протекания.

Что Вы можете сказать об устойчивости гранита к кислотным дождям?

С чем связана окраска гранитов?

Какие элементы занимают первые пять мест по распространенности в земной коре?

 

Задача 4.

В Эрмитаже находится самая большая коллекция малахитовых изделий в мире.

Малахит - самая древняя зеленая краска в мире. Его порошок был обнаружен на палетках (дощечках для растирания красок) в Африке. В Болгарии найден малахитовый амулет, изготовленный 10,5 тыс. лет назад. Малахит растет очень медленно на больших глубинах. Самый красивый малахит находили на территории России в Сибири. Активно эти месторождения начали разрабатывать в 19 веке. Сначала малахит для обработки вывозили за границу, затем в Петербурге была создана камнерезная мастерская, первая в России. Позднее там обучались мастера с Урала. К настоящему времени промышленные запасы этого камня в России практически исчерпаны.

Какую химическую формулу можно написать для малахита? К какому классу соединений Вы отнесете это вещество?

Какие химические опыты можно провести с малахитом? Приведите уравнения реакций и укажите условия их протекания.

Одним из богатейших месторождений на Урале был Медноруднянский рудник, где кроме магнетита, был еще и медный колчедан, который при выветривании, окисляясь, переходил в медный купорос, взаимодействовавший с окружающим известняком, давая малахит. Приведите формулы магнетита, медного колчедана, медного купороса, известняка. Напишите уравнения протекающих при образовании малахита реакций.

 

Задача 5.

Неизвестное вещество Х очень хорошо растворяется в палладии (до 900 объемов вещества Х в 1 объеме палладия). Со фтором вещество Х реагирует уже при - 270⁰С. Именно с веществом Х впервые в промышленных масштабах удалось связать азот воздуха. С кислородом вещество Х реагирует со взрывом, при нагревании с серой образует ядовитый газ.

1. Какова формула вещества Х?

2. Напишите уравнения реакций взаимодействия вещества Х с серой, кислородом, азотом, натрием.

3. Как выглядит продукт взаимодействия вещества Х с натрием? Похож ли он на продукт реакции вещества Х с сероводородом? Объясните причину сходства или различия физических свойств этих двух веществ.

4. Каковы условия протекания реакции вещества Х с азотом? Как используется продукт этой реакции в военной промышленности? Для чего еще его можно использовать?

5. Где в природе больше всего вещества Х?

6. Приведите примеры реакций замещения с участием вещества Х.

7. Охарактеризуйте окислительно- восстановительные свойства Х.

 

Задача 6.

Газ А из стального баллона пропускали через воду при 10⁰ С. Было зарегистрировано увеличение кислотности получающегося раствора и обнаружено, что:

а) через некоторое время после окончания эксперимента из оставленного на свету раствора начал выделять газ В.

б) если сразу по окончании пропускания газа А внести в образовавшийся раствор цинк, наблюдается выделение газа С.

в) если газ А пропускать в раствор едкого кали при нагревании, выпадает белый осадок D. При прокаливании 1,000 г сухого вещества D в присутствии пиролюзита происходит выделение 183,7 мл (н.у.) газа В.

Расшифруйте все вещества и укажите уравнения описанных реакций, если известно, что газы В и С в стехиометрическом соотношении реагируют со взрывом.

Укажите тривиальные названия всех веществ, имеющие отношение к задаче.

Какие свойства вещества D широко применяются в быту? Укажите уравнение реакции.

 

Задача 7.

В лаборатории имеется твердое, нерастворимое в воде, неядовитое темно-красное вещество. Если это вещество нагреть без доступа воздуха, оно превратится в белое ядовитое легкоплавкое вещество. При сгорании этого белого вещества в кислороде образуется новое белое вещество, бурно реагирующее с водой. После полной нейтрализации полученного раствора щелочью и обработки его избытком раствора нитрата серебра выпадает 64,85 г желтого осадка, хорошо растворимого в кислотах.

О каком вещесвте идет речь в задаче и какова масса его была взята для проведения эксперимента?

Напишите уравнения всех упомянутых реакций и укажите условия их протекания.

 

Задача 8.

Отдельная, наиболее освещенная в литературе и искусстве, эпоха развития химии — алхимия. Цель алхимии — поиски путей превращения неблагородных металлов в благородные (золото и серебро) с помощью «философского камня». Немецкий поэт Себастьян Брант в ХV в. писал в сатирической поэме «Корабль дураков»:

а) Алхимия примером служит

Тому, как плутни с дурью дружат...

Сказал нам Аристотель вещий:

«Неизменяема суть вещи»,

Алхимик же в ученом бреде

Выводит золото из меди...

Англичанин Бен Джонс в пьесе «Алхимик» (XVI – XVII вв) писал:

б) … Сегодня

Я должен приготовить талисман,

Наш перл творения — философский камень …

Дайте свою оценку отрывка а).

Как называется «талисман», о котором идет речь в отрывке б).

Какие свойства приписывали алхимики философскому камню?

Почему золото назвали — аурум (Au), а серебро — аргентум (Ag)?

РЕШЕНИЯ

ЗАДАНИЯ и РЕШЕНИЯ

Для учащихся 8 классов

Задача № 1.

Бинарное соединение, содержащие углерод и водород, смешали в замкнутом сосуде со строго необходимым для реакции объемом кислорода при 150⁰С и смесь подожгли. После завершения реакции и приведения продуктов к первоначальной температуре давление в сосуде не изменилось. Установите формулу исходного соединения, если средняя молярная масса полученной смеси составила 33,6 г/моль.

 

Возможный вариант решения.

2С_XH_Y + (2x+0,5y) O₂ = 2х CO₂ + y H₂O

При температуре 150⁰С H₂O – газ, по условию Р исх.= Р кон.,

следовательно n(С_XH_Y) + n(O₂) = n(CO₂) + n(H₂O); 2+2x+0,5y=2х+ y; y=4, следовательно соединение содержит Н₄.

Мср.=[ n(CO₂)* М(CO₂)+ n(H₂O)* М(H₂O)]: [n(CO₂)+ n(H₂O) ]; [2х*44+4*18]: [2х+4]=33,6; х=3, следовательно соединение содержит С₃; формула соединения С₃Н₄.

 

Задача 2.

Химик смешал 3 сложных вещества и получил соединение содержащие азот, водород, кислород и некоторый элемент Х в массовом соотношении 2,8: 1,0: 9,6: 2,4 соответственно, причем количество вещества азота равно количеству вещества Х. Установите формулу соединения, назовите его и запишите уравнение химической реакции, которую осуществил Химик.

 

Возможный вариант решения.

n(N): n(H): n(X): n(O); 2,8/14: 1,0/1: 9,6/16: 2,4/х; 0,2: 1: 0,6: 0,2; 1:5:3:1; 2,4/х = 0,2 следовательно х=12 – углерод С.

Формула соединения – NH₄HCO₃, это гидрокарбонат аммония, возможный способ получения: NH₃ + H₂O + CO₂ = NH₄HCO₃

 

Задача № 3.

Запишите уравнения химических реакций получения солей: а) из двух газообразных веществ, б) из двух твердых веществ, в) из твердого и газообразного веществ.

 

Возможный вариант решения.

а) NH₃ + HCl = NH₄Cl; б) 3CaO + P₂O₅ = Ca₃(PO₄)₂ ; в) CaO + CO₂ = CaCO₃

 

Задача № 4.

Завершите уравнения химических реакций:

1.	Ca(HCO3)2	+		→	H2O	+		+
2.	HgCl	+		→	Hg	+		+
3.	2 KOH	+		→	K2CO3	+		+
4.	KOH	+		→	NH3	+		+
5.	FeS	+		→	FeCl2	+		+
6.		+		→	Fe(OH)2	+	BaSO4	+
7.	CaCO3	+		→	Ca(NO3)2	+		+
8.	Fe	+		→	Cu	+		+
9.	6 LiOH	+		→	3 Li2SO4	+		+
10.	NH4HSO3	+		→	NH4 NO3	+		+

Возможный вариант решения.

11.	Ca(HCO3)2	+	Ca(OH)2	→	H2O	+	2CaCO3
12.	2HgCl	+	Fe	→	2Hg	+	FeCl2
13.	2 KOH	+	CO2	→	K2CO3	+	H2O
14.	KOH	+	NH4Cl	→	NH3	+	H2O	+	НCl
15.	FeS	+	2НCl	→	FeCl2	+	Н2S
16.	FeSO4	+	Ba(OH)2	→	Fe(OH)2	+	BaSO4
17.	CaCO3	+	2НNO3	→	Ca(NO3)2	+	H2O	+	CO2
18.	Fe	+	CuSO4	→	Cu	+	FeSO4
19.	6 LiOH	+	Al2(SO4)3	→	3 Li2SO4	+	2Al(OH)3
20.	NH4HSO3	+	НNO3	→	NH4 NO3	+	H2O	+	SO2

 

Задача № 5.

Предложите способ разделения смеси железных опилок, оксида меди (II), оксида цинка и порошкообразного угля. Все эти вещества должны после разделения находится в том же химическом соединении в котором они присутствуют в смеси. Напишите уравнения используемых реакций.

 

Возможный вариант решения.

Из всех компонентов железо обладает магнетизмом и его можно отделить магнитом. Далее, на оставшуюся смесь действуем соляной кислотой, растворяются соли цинка и меди, и отфильтровываем уголь. Оставшийся раствор солей обрабатываем избытком щелочи, получая осадок гидроксида меди и раствор гидроксокомплекса цинка. Отделяем осадок от раствора. Раствор гидроксокомплекса цинка обрабатываем кислотой, добавляя ее по каплям для полного осаждения гидроксида цинка. Полученные гидроксиды нагревают на воздухе с образованием оксидов.

Уравнения протекаемых химический реакций.
ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O
CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O
ZnCl₂ + 4NaOH → Na₂Zn(OH)₄ + 2NaCl
CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂ + 2NaCl
Na₂Zn(OH)₄ + 2HCl → Zn(OH)₂ + 2NaCl + 2H₂O

Cu(OH)₂ → CuO + H₂O
Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O

 

Задача № 6.

Газовую смесь (состав приведен в таблице) объемом 5 литров (н.у.) пропустили через 50 г горячего раствора гидроксида калия с массовой долей КОН 20%, так что хлороводород и хлор полностью поглотились. Какие вещества оказались в растворе и какова их масса?

Состав газовой смеси (объемные доли, %)	НСl	Cl2	N2

 

Возможный вариант решения.

V (НСl)=1,25 л, V (Cl₂)=0,15 л; n(НСl)=0,556 моль, n(Cl₂)=0,0067 моль.

1) КOH + НСl = КСl + H₂O

2) 6КOH + 3Cl₂ = КСlО₃ + 5КСl + 3H₂O

n(КСl)= n(КСl)₁+ n(КСl)₂= n(НСl)₁+5/3 n(Cl₂)₂ = 0,0556 + 0,0112 = 0,0668 моль

n(КСlО₃)= 1/3n(Cl₂)₂ = 0,0022 моль

m (КСl) ≈ 5 г m (КСlО₃) ≈ 0,3 г

 

ЗАДАНИЯ и РЕШЕНИЯ

Класс

Задача 1

1 вариант

Какой объем кислорода необходим для сгорания 3 л смеси аммиака и водорода, плотность которой по воздуху равна 0,12? Объемы измерены при одинаковых условиях.

Решение:

Относительная молекулярная масса смеси: 29*0,12 = 3,48

Находим долю каждого газа в смеси: 17х + 2(1-х) = 3,48. Из этого уравнения рассчитываем долю аммиака – 0,1 и долю водорода – 0,9.

Следовательно, в смеси было 0,3 л аммиака и 2,7 л водорода

Уравнения горения газов:

0,3 л 0,225 л

4NH₃ + 3O₂ à 2N₂ + 6H₂O

4 л 3 л

2,7 л 1,35 л

H₂ + 0,5O₂ à H₂O

По этим уравнениям находим общий объем кислорода: 0,225 + 1,35 = 1,575 (л).

 

2 вариант

Какой объем воздуха необходим для сгорания 10 м³ смеси пропана (С₃Н₈) и водорода, плотность которой по гелию равна 9,95? Объемы измерены при одинаковых условиях.

Решение:

Относительная молекулярная масса смеси: 4*9,95 = 39,8

Находим долю каждого газа в смеси: 44х + 2(1-х) = 39,8. Из этого уравнения рассчитываем долю пропана – 0,9 и долю водорода – 0,1.

Следовательно, в смеси было 9 м³ пропана и 1м³ водорода

Уравнения горения газов:

0,9м³ 4,5м³

С₃Н₈ + 5O₂ à 3CO₂ + 4H₂O

0,1м³ 0,05м³

H₂ + 0,5O₂ à H₂O

По этим уравнениям находим общий объем кислорода: 4,5 + 0,05 = 4,55 (м³).

Воздуха необходимо в 5 раз больше: 4,55*5 = 22,75 (м³).

Задача 2

1 вариант

В трех склянках без надписей находятся растворы следующих веществ: едкого натра, фторида калия и нашатыря. Как с помощью одного реактива определить эти растворы? Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде, укажите признаки их протекания.

 

Растворы: NaOH (каустическая сода), KF, NH₄Cl (нашатырь).

Реактив – раствор AgNO₃. Уравнения реакций:

2NaOH + 2AgNO₃ = 2NaNO₃ + Ag₂Oi + H₂O (Ag₂O -бурый осадок)

2Na⁺ + 2OH^- + 2Ag⁺ + 2NO₃^- = 2Na⁺ + 2NO₃^- + Ag₂Oi + H₂O

2OH^- + 2Ag⁺ = Ag₂Oi + H₂O

KF + AgNO₃ = реакция не идет

NH₄Cl + AgNO₃ = Ag Cli + NH₄ NO₃ (Ag Cli - белый осадок)

NH₄⁺ + Cl^- + Ag⁺ + NO₃^- = Ag Cli + NH₄⁺ + NO₃^-

Cl^- + Ag⁺ = Ag Cli

2 вариант

В трех склянках без надписей находятся растворы следующих веществ: азотной кислоты, ляписа и аммонийной селитры. Как с помощью одного реактива определить эти растворы? Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде и укажите их признаки.

Решение:

Растворы: HNO₃, AgNO₃ (ляпис), NH₄ NO₃ (аммонийная селитра).

Реактив – раствор КОН. Уравнения реакций:

HNO₃ + КОН = КNO₃ + H₂O (нет видимых изменений)

Н⁺ + NO₃^- + К⁺ + OH^- = К⁺ + NO₃^- + H₂O

Н⁺ + OH^- = H₂O

2AgNO₃ + 2КОН = Ag₂O↓ + H₂O + 2КNO₃

2Ag⁺ + 2NO₃^- + 2К⁺ + 2OH^- = Ag₂O↓ + H₂O + 2К⁺ + 2NO₃^-

2Ag⁺ + 2OH^- = Ag₂O↓ + H₂O

NH₄ NO₃ + КОН = КNO₃ + NH₃ + H₂O

NH₄⁺ + NO₃^- + К⁺ + OH^- = К⁺ + NO₃^- + NH₃↑ + H₂O

NH₄⁺ + OH^- = NH₃↑ + H₂O

 

Задача 3

1 вариант

Термохимическое уравнение разложения нитрата меди имеет вид:

2Cu(NO₃)_2(тв) = 2CuO_(тв) + 4NO_2(тв) + O_2(г) – 613,6 кДж

Вычислите теплоту образования нитрата меди, если известно, что теплоты образования оксида меди (II) и оксида азота (IV) равны 155,1 и –33,8 кДж/моль соответственно.

 

Решение:

2Cu(NO₃)_2(ТВ.) = 2CuO_(ТВ.) + 4NO_2(г.) + O_2(г.) - 613,6 кДж или

Cu(NO₃)_2(ТВ.) = CuO_(ТВ.) + 2NO_2(г.) + 0,5O_2(г.) - 306,8 кДж

По следствию из закона Гесса тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ. Причем, теплота образования простых веществ принята равной нулю.

На этом основании составляем выражение:

Q_{(реакции)} = q(CuO) + 2q(NO₂) - q(Cu(NO₃)₂). Отсюда получаем:

q(Cu(NO₃)₂) = q(CuO) + 2q(NO₂) - Q_{(реакции)}

Подставляем в это выражение известные теплоты образования и находим теплоту образования нитрата меди:

q(Cu(NO₃)₂) = 155,1 + (-33,8*2) – (-306,8) = 394,3 кДж

2 вариант

Термохимическое уравнение обжига сульфида цинка имеет вид:

2ZnS_(тв.) + 3O_2(г.) = 2ZnO_(тв.) + 2SO_2(г.) + 885,7 кДж

Вычислите теплоту образования оксида серы (IV), если известно, что теплоты образования оксида и сульфида цинка равны 347,8 и 201,5 кДж/моль соответственно.

Решение:

2ZnS_(ТВ.) + 3O_2(г.) = 2ZnO_(ТВ.) + 2SO_2(г.) + 885,7 кДж или

ZnS_(ТВ.) + 1,5O_2(г.) = ZnO_(ТВ.) + SO_2(г.) + 442,85 кДж

По следствию из закона Гесса тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ. Причем, теплота образования простых веществ принята равной нулю.

На этом основании составляем выражение:

Q_{(реакции)} = q(ZnO) + q(SO₂) - q(ZnS). Отсюда получаем:

q(SO₂) = - q(ZnO) + q(ZnS) + Q_{(реакции)}

Подставляем в это выражение известные теплоты образования и находим теплоту образования оксида серы (IV):

q(SO₂) = - 347,8 + 201,5 + 442,85 = 296,55 кДж

Задача 4

1 вариант

В мерную колбу объемом 250 мл поместили 3,58 г кристаллогидрата Cr₂(SO₄)₃·18H₂O. Затем в колбу налили дистиллированной воды, добились растворения соли, довели водой до метки и перемешали. Сколько моль ионов SO₄^2- содержится в одном литре такого раствора?

 

Cr₂(SO₄)₃.18H₂O

М = 716 г/моль

Число молей соли: 3,58: 716 = 0,005 (моль)

0,005 моль 0,015 моль

Cr₂(SO₄)₃ = 2Cr³⁺ + 3SO₄^2-

1 моль 3 моль

Концентрация (SO₄^2-) равна: 0,015: 0,25 = 0,06 (моль/л)

2 вариант

Имеется раствор хлорида железа (III) с концентрацией 0,03 моль ионов Cl^- в одном литре. Какая масса кристаллогидрата FeCl₃.6H₂O получится при медленном испарении 200 мл такого раствора?

Решение:

Число моль ионов Cl^- в 200 мл в 5 раз меньше: 0,03: 5 = 0,006 (моль)

FeCl₃ = Fe³⁺ + 3Cl^-

1 моль 3 моль

Число молей соли в три раза меньше (см.равнение диссоциации): 0,006: 3 = 0,002 (моль)

М (FeCl₃*6H₂O) = 276,5 г/моль

Масса (FeCl₃*6H₂O) = 0,002*276,5 = 0,553 (г).

Задача 5

1 вариант

При обработке 17,40 гсмеси железа, алюминия и меди концентрированной азотной кислотой выделилось 4,48 л газа (н.у.), а при действии на такую же массу смеси соляной кислоты – 8,96 л газа (н.у.). Определите состав смеси металлов в массовых долях.

 

Решение:

С концентрированной азотной кислотой реагирует только медь:

6,4 г 4,48 л

Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂h + 2H₂O (1)

64 г 44,8 л

По этому уравнению (1) находим массу меди: 6,4 г.

Масса смеси железа и алюминия: 17,4 – 6,4 = 11 (г)

С соляной кислотой реагируют железо и алюминий:

 

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂h (2)

56 г 22,4 л

2Al + 6HCl = Al Cl₃ + 3H₂h (3)

54 г 67,2 л

На основе уравнений 2 и 3 составляем алгебраическое уравнение:

(Х:56)*22,4 + (11 – Х): 27*1,5*22,4 = 8,96, где Х – масса железа в смеси.

Решая это алгебраическое уравнение находим массу железа: 5,6 г.

Масса алюминия: 11 – 5,6 = 5,4 (г).

W (Cu) = 6,4: 17,4 = 0,368 или 36,8%

W (Fe) = 5,6: 17,4 = 0,322 или 32,2%

W (Al) = 5,4: 17,4 = 0,310 или 31,0%

2 вариант

Определите состав смеси меди, железа и алюминия в массовых долях, если известно, что при действии на 19,5 г этой смеси раствором гидроксида натрия выделилось 10,08 л газа (н.у.), а при действии на такую же массу смеси соляной кислотой 13,44 л газа (н.у.)

Решение:

С гидроксидом натрия реагирует только алюминий

10,08 л

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂h 1)

54 г 67,2 л

С раствором соляной кислоты реагируют железо и медь:

 

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂h (2)

56 г 22,4 л

2Al + 6HCl = Al Cl₃ + 3H₂h (3)

54 г 67,2 л

По уравнению (1) находим массу алюминия:

(54*10,08): 67,2 = 8,1 (г).

Алюминий с соляной кислотой реагирует с выделением водорода в такой же стехиометрии, как и с гидроксидом натрия (см. уравнения 1 и 3). Значит объем водорода, выделенного алюминием из соляной кислоты равен 8,96 л.

Объем водорода, который выделило железо из соляной кислоты, равен:

13,44 – 8,96 = 4,48 (л). По этому объему водорода из уравнения (2) находим массу железа: (56*4,48): 22,4 = 11,2 (г).

Масса меди в смеси: 19,5 – 8,1 – 11,2 = 0,2 (г)

W (Al) = 8,1: 19,5 = 0,415 или 41,5 %

W (Fe) = 11,2: 19,5 = 0,575 или 57,5%

W (Cu) = 0,2: 19,5 = 0,010 или 1,0%

 

Класс

Задача 1

1 вариант

Навеску цинка массой 3,0 г сожгли в 0,5 л (н.у.) газа, имеющего при н.у. плотность 3,17 г/л, после чего реакционную смесь охладили до комнатной температуры и полностью растворили в 40% водном растворе гидроксида натрия (плотность 1,43 г/мл). Какой минимальный объем раствора щелочи для этого потребовался? Какова будет массовая доля растворенного вещества в полученном растворе?

Решение:

Для начала определим, о каком газе идет речь в задаче. Поскольку его

плотность при н.у. составляет 3.17 г/л, молярная масса этого газа равна:

М = 3.17·22.4 = 71.008 г/моль. По-видимому, искомый газ – хлор, при взаимодействии которого с цинком протекает реакция:

Zn + Cl₂ = ZnCl₂

По условию задачи в реакцию вступило 3.0/65.4 = 0.046 моль цинка и 0.5/22.4 = 0.022 моль хлора. Следовательно, после окончания реакции смесь содержит 0.024 моль цинка и 0.022 моль хлорида цинка.

При обработке смеси раствором гидроксида натрия протекают реакции:

ZnCl₂ + 4NaOH = 2NaCl + Na₂[Zn(OH)₄]

Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

Для растворения смеси требуется не менее (4·0.022 + 2·0.024) ·40 = 5.44 г гидроксида

натрия, что соответствует 13.6 г (или 9.51 мл) водного раствора этой щелочи.

При взаимодействии выделится 0.024 моль (0.048 г) водорода.

Масса раствора после окончания реакции составит: 13.6 + 3 + 0.5·3.17 – 0.048 =18.137 г

Масса растворенного вещества (тетрагидроксоцинката натрия и хлорида натрия) – 0.046·179.4 + 0.022·58.5 = 9.539 г

Массовая доля растворенного вещества: 9.539/18.137 = 52.6%

2 вариант

Навеску алюминия массой 2,0 г обработали при нагревании 1,0 л (н.у.) газообразного вещества, имеющего при 100 ^оС плотность 5,23 г/л, после чего реакционную смесь охладили до комнатной температуры и полностью растворили в 40% водном растворе гидроксида калия (плотность 1,40 г/мл). Какой минимальный объем раствора щелочи для этого потребовался? Какова будет массовая доля растворенного вещества в полученном растворе?

Решение:

Для начала определим, о каком газе идет речь в задаче. Поскольку его плотность при н.у. составляет 5.23 г/л, молярная масса этого газа равна:

М = 5.23·22.4·373,15/273,15 = 159.936 г/моль. По-видимому, искомый газ – пары брома, при взаимодействии которых с алюминием протекает реакция:

2Al + 3Br₂ = 2AlBr₃

По условию задачи в реакцию вступило 2.0/27 = 0.074 моль алюминия и 1.0/22.4 = 0.0446 моль брома. Следовательно, после окончания реакции смесь содержит 0.044 моль алюминия и 0.030 моль бромида алюминия.

При обработке смеси раствором гидроксида калия протекают реакции:

AlBr₃ + 4KOH = 3KBr + К[Al(OH)₄]

2Al + 2KOH + 6H₂O = 2K[Al(OH)₄] + 3H₂

Для растворения смеси требуется не менее (4·0.030 + 0.044) ·56 = 9.184 г гидроксида

калия, что соответствует 22.96 г (или 16.4 мл) водного раствора этой щелочи.

При взаимодействии выделится 0.066 моль (0.132 г) водорода.

Масса раствора после окончания реакции составит: 22.96 + 2 + 7.14 – 0.132 = 31.968 г

Масса растворенного вещества (тетрагидроксоалюмината калия и бромида калия) – 0.044·134 + 0.030·3·119 = 16.606 г

Массовая доля растворенного вещества: 16.606/31.968 = 51.9%

Задача 2

 

1 вариант

Пользуясь Периодическим Законом Д. И. Менделеева, дайте характеристику элемента № 114 по следующей схеме: электронное строение атома, характерные степени окисления, 2-3 характерные реакции простого вещества, его высшего оксида и соответствующего гидроксида.

Решение:

Электронный паспорт элемента № 114: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶7s²5f¹⁴6d¹⁰7p²

Поскольку речь идет о металле, отрицательные степени окисления для данного элемента должны быть нехарактерны. Тогда можно ожидать проявления данным элементов четырех степеней окисления: 0, +2, +4.

Характерные реакции простого вещества:

Э + 2F₂ = ЭF₄

Э + О₂ = ЭО₂

Э + I₂ = ЭI₂

Высший оксид и соответствующий ему гидроксид будут, вероятно, проявлять амфотерные свойства:

ЭО₂ + 4HCl = ЭCl₄ + 2H₂O

ЭО₂ + 2NaOH = Na₂ЭO₃ + H₂O (сплавление)

ЭО₂·nH₂O + 4HCl = ЭCl₄ + (2+n)H₂O

ЭО₂·nH₂O + 2NaOH = Na₂[Э(OH)₆] + (n-2)H₂O

2 вариант

Пользуясь Периодическим Законом Д. И. Менделеева, дайте характеристику элемента № 116 по следующей схеме: электронное строение атома, характерные степени окисления, 2-3 характерные реакции простого вещества, его высшего оксида и соответствующего гидроксида.

Решение:

Электронный паспорт элемента № 116: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶7s²5f¹⁴6d¹⁰7p⁴

Поскольку речь идет о металле, отрицательные степени окисления для данного элемента должны быть нехарактерны. Тогда можно ожидать проявления данным элементов трех степеней окисления: 0, +2, +4, +6.

Характерные реакции простого вещества:

Э + 3F₂ = ЭF₆

2Э + 3О₂ = 2ЭО₃

Э + 2Br₂ = ЭBr₄

Высший оксид и соответствующий ему гидроксид будут, вероятно, проявлять кислотные свойства, высший оксид должен проявлять и свойства окислителя:

ЭО₃ + 2КОН = К₂ЭО₄ + H₂O

ЭО₃ + СО = ЭО₂ + СО₂

Н₂ЭО₄ + 2КОН = К₂ЭО₄ + 2Н₂О

Н₂ЭО₄ + КОН = КНЭО₄ + Н₂О

Задача 3

1 вариант

В раствор, содержащий равное число молей хлоридов железа(III), ртути (II) и магния, опустили оловянную пластинку массой 20,00 г. После окончания реакции ее масса изменилась на 2,00 г. Определите массы всех солей в полученном растворе.

Решение:

При взаимодействии материала пластинки с солями в растворе будут протекать реакции:

Sn + 2FeСl₃ = SnCl₂ + 2FeCl₂

Sn + HgCl₂ = SnCl₂ + Hg

Изменение массы пластинки будет обусловлено растворением олова и выделением на пластинке ртути.

Пусть в растворе содержалось х моль хлорида ртути. Тогда в ходе реакции на пластинке выделилось х моль ртути, а в раствор перешло 1.5 х моль олова (х при взаимодействии с солью ртути и 0.5 х при взаимодействии с хлоридом железа).

Изменение массы пластинки составляет: х ·200.6 – 1.5 х ·118.7 = 2.00 г. Тогда х = 0.091 моль

По окончании реакции в растворе будут содержаться:

х моль хлорида железа(II) – 11.56 г

1,5х моль хлорида олова (II) – 25,89 г

х моль хлорида магния – 8,65 г

2 вариант

В раствор, содержащий равное число молей нитратов железа(III), серебра и цинка, опустили медную пластинку массой 10,00 г. После окончания реакции ее масса изменилась на 1,52 г. Определите массы всех солей в полученном растворе.

Решение:

При взаимодействии материала пластинки с солями в растворе будут протекать реакции:

Cu + 2Fe(NO₃)₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Fe(NO₃)₂

Cu + 2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Ag

Изменение массы пластинки будет обусловлено растворением меди и выделением на пластинке серебра.

Пусть в растворе содержалось х моль нитрата серебра. Тогда в ходе реакции на пластинке выделилось х моль серебра, а в раствор перешло х моль меди (0.5 х при взаимодействии с солью серебра и 0.5 х при взаимодействии с нитратом железа).

Изменение массы пластинки составляет: х ·108 – х ·63.5 = 1.52 г. Тогда х = 0.034 моль

По окончании реакции в растворе будут содержаться:

х моль нитрата железа(II) – 6.12 г

х моль нитрата меди (II) – 6.375 г

х моль нитрата цинка – 6.44 г

 

Задача 4

1 вариант

Укажите, какие из приведенных ниже факторов влияют на скорость взаимодействия железа с водным раствором хлорида меди(II): 1) температура; 2) давление; 3) освещение; 4) концентрация хлорида меди в растворе; 5) степень измельчения железа; 6) концентрация хлорида железа в растворе. Приведите номера правильных ответов, расположив их в порядке убывания. Ответ поясните.

Решение:

Ответ: 5, 4, 1.

При повышении температуры увеличивается число столкновений взаимодействующих частиц, а сами частицы обладают большей энергией (выше вероятность протекания реакции при столкновении)

С повышением концентрации хлорида меди растет вероятность столкновений

С увеличением степени измельчения железа увеличивается площадь соприкосновения двух фаз, растет вероятность столкновений

2 вариант

Равновесие в системе H₂ + Br_{2 (газ)} 2HBr _(газ) + Q не смещается под влиянием следующих факторов: 1) температура; 2) давление; 3) освещение; 4) присутствие катализатора; 5) присутствие ингибитора; 6) концентрация паров брома. Приведите номера правильных ответов, расположив их в порядке убывания. Ответ поясните.