113967 (598355), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Задача 8. В разбавленной серной кислоте растворили 16,8 г некоторого металла. Определите металл если известно, что на реакцию израсходовалось 14,7 г серной кислоты.

Задача 9. Некоторый газ был смешан с аргоном в объемном отношении 1:9. Через трубку с раскаленными магниевыми стружками (800 С) пропустили 5,6 л (н.у.) этой смеси. Из трубки выходил чистый аргон, а масса твердого содержимого увеличилась на 3,02 г. Растворимая в холодной воде часть содержимого трубки составила 2,38 г. При действии раствора нитрата серебра на полученный раствор образовалось 7,13 г белого осадка, не растворимого в разбавленных кислотах, но растворимого в водном растворе аммиака. Твердый остаток в трубке был обработан разбавленной соляной кислотой. Нерастворившаяся часть составила 1,86 г, а после прокаливания на воздухе уменьшилась до 1,56 г. Остаток представлял собой бесцветную соль.

Определите молекулярную формулу газа. Объясните указанные превращения. Благодаря каким свойствам этот газ находит применение?

Задача 10. Предложите способ разделения смеси железных опилок, порошкообразной серы, оксида меди (II) и оксида цинка. Все эти вещества должны после разделения находится в том же химическом соединении в котором они присутствуют в смеси. Напишите уравнения используемых реакций. Предложите вариант разделения используя только химические процессы.

Задача 11. Смесь водорода и аммиака пропустили через нагретую трубку с избытком оксида меди (II) массой 107,33 г. Объем собранного газа после трубки составил 5,6 л (н.у.). Содержимое трубки перемешали и разделили на 2 равные части. Первую часть нагрели в атмосфере кислорода и ее масса увеличилась на 6,8 г. Вторую часть полностью растворили в 2 л 20% азотной кислоты (плотность 1,19 г/см3). Найти состав исходной газовой смеси в объемных процентах и массовую долю нитрата меди в полученном растворе.

Ответы на олимпиадные задачи по химии

Задача 1. Обозначим молекулярную массу бинарного соединения за М. Если молекула оксида содержит n атомов кислорода, то молекула кислоты имеет n+2 атомов кислорода, а ее молекулярная масса равна М+36. Решаем систему уравнений: 16n/M=0,47 и 16(n+2)/(M+36)=0,615 относительно n и М. Получаем М=68, n=2. Следовательно формула имеет вид Э_xO₂ и 1 моль оксида содержит 68-16*2=36 г второго элемента. Далее проверяем все полученные значения x:

при x=1 атомная масса элемента равна 36, что близко к Cl, но оксид ClO2 получается из HClO3 с отщеплением всего 1/2 молекулы воды на молекулу кислоты и еще с выделением кислорода, что не соотвествует условиям задачи;

при x=2 атомная масса элемента равна 16, что соотвествует кислороду, но O3 не является бинарным соединением;

при x=3 атомная масса элемента равна 12, что соответствует оксиду C3O2, образующемуся из малоновой кислоты CH2(COOH)2 с отщеплением 2 молекул воды и имеет линейное строение, что соответствует условиям; при x=4 атомная масса элемента равна 9, что соотвествует бериллию, но оксид Be4O2 не существует;

при x=5 атомная масса элемента равна 7,2, что близко к атомной массе лития, но при значениях x>4 значение валентности элемента становится меньше 1, что невозможжно.

Следовательно формула оксида C3O2. Его структура O=C=C=C=O; получают его дегидратацией малоновой кислоты.

Задача 2. По плотности паров по воздуху вычисляем молекулярную массу соединения Mr=3,19*29=92,5. Согласно условиям задачи у нас хлорированный предельный углеводород, т.е. имеет формулу C_nH_2n+2-xCl_x. Следовательно, молекулярная масса будет рассчитыватся по формуле Mr=12n+1(2n+2-x)+35,5x=92,5. Легко заметить, что дробная часть молекулярной массы существует только при нечетных значениях x. При x=3 35,5*3=106,5, что больше молекулярной массы, следовательно x=1. Отсюда вычисляем n: 12n+2n+2-1=92,5-35,5, откуда n=4 и формула вещества C4H9Cl. Вещество с такой формулой имеет 5 изомеров (у 2-хлорбутана 2 оптических изомера).

Задача 3. В зависимости от объемных соотношений реагирующих веществ могут протекать 2 реакции:

2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2 (1)

2H2S + O2 → 2H2O + 2S (2)

Если отношение H2S/O2=2/3, то протекает реакция (1) и начальное давление уменьшается на 20%; если отношение H2S/O2=2/1, то протекает реакция (2) и начальное давление уменьшается на 33,3%. По условиям задачи давление уменьшилось на 28,6%, то есть обе реакции протекают одновременно. Пусть x - количество моль взятого сероводорода и образовавшейся воды, y - количество моль взятого кислорода, z - количество моль диоксида серы, a - количество моль серы. Тогда получаем: a+z=x и 0,5a+1,5z=y, откуда высчитываем z=y-0,5x. При постоянных температуре и объеме (по условиям задачи) давление пропорционально количеству молей газообразных веществ. Откуда получаем уравнение 1: p/(1-0,286)p=(x+y)/(x+y-0,5x), где p - давление смеси. После введения 2,5 моль кислорода (80/32 г/моль) вся сера сгорела (т.к. в конечной смеси остался кислород). В этом случае взаимодействием x моль сероводорода с 1,5x моль кислорода образуется x моль паров воды и x моль двуокиси серы. После реакции в сосуде содержатся 2x+y+2,5-1,5x=y+0,5x+2,5 моль газов. Из чего составляем уравнение 2: p/1,43p=(x+y)/(y+0,5x+2,5). После решения системы уравнений 1 и 2 получаем x=2 моль, y=1,5 моль. Соответственно объемные доли: H2S=2/3,5=0,57, O2=1,5/3,5=0,43, т.е. в исходной смеси было 57 об% сероводорода и 43 об% кислорода.

Задача 4. Количество реактивов - 1. Это водный раствор гидрокарбоната кальция. Уравнения реакций:

Ca(HCO3)2 + H2SO4 → CaSO4 (осадок) + 2CO2 (выделение газа) + 2H2O

Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2 (выделение газа) + 2H2O

Ca(HCO3)2 + Na2SO4 → CaSO4 (осадок) + 2NaHCO3

Ca(HCO3)2 + 2NaCl → CaCl2 + 2NaHCO3

Задача 5. Заряд катиона равен +3, аниона -4. Мочевина электронейтральна, ион CN^- имеет заряд -1, поэтому в катионе хром имеет степень окисления +3, а в анионе +2. Остальные степени окисления - обычные.

Схема реакции:

[Cr(CO(NH2)2)6]4[Cr(CN)6]3 + KMnO4 + H2SO4 → K2Cr2O7 + KNO3 + CO2 + K2SO4 + MnSO4 + H2O

По способу электронного баланса:

4Cr⁺³ - 12e^- → 4Cr⁺⁶

48N^-3 - 384e^- → 48N⁺⁵

3Cr⁺² - 12e^- → 3Cr⁺⁶

18C⁺² - 36e^- → 18C⁺⁴

18N^-3 - 144e^- → 18N⁺⁵

Mn⁺⁷ + 5e^- → Mn⁺²

В реакции отдается 588 электронов и принимается 5 электронов. Еще следует полученные коэффициенты умножить на 2, чтоб получить четное число атомов хрома (для дихромат-иона). Окончательное уравнение:

10[Cr(CO(NH2)2)6]4[Cr(CN)6]3 + 1176KMnO4 + 1399H2SO4 → 35K2Cr2O7 + 660KNO3 + 420CO2 + 223K2SO4 + 1176MnSO4 + 1879H2O

Электронно-ионный баланс:

8[Cr(CO(NH2)2)6]³⁺ + 364H2O - 792e^- → 4Cr2O7^2- + 48CO2 + 96NO3^- + 92OH^-

6[Cr(CN)6]^4- + 201H2O - 384e^- → 3Cr2O7^2- + 36CO2 + 36NO3^- + 402H⁺

MnO4^- + 8H⁺ + 5e^- → Mn²⁺ + 4H2O

Итого:

40[Cr(CO(NH2)2)6]³⁺ + 30[Cr(CN)6]^4- + 1176MnO4^- + 2798H⁺ → 35Cr2O7^2- + 660NO3^- + 420CO2 + 1176Mn²⁺ + 1879H2O

Задача 6. Выпадение осадка в сильнокислой среде ведёт к мысли, что это сульфат бария. Но выделение газов при растворении в азотной кислоте наводит на мысль, что реакция окислительно-восстановительная. С образованием сульфата мог прореагировать сульфит. Обозначим сульфит как Me_nSO₃. Стабильные сульфиты известны для одно- и двухвалентных металлов. Соответственно n = 1 или 2.

Mr(BaSO4) = 233,40 г/моль, значит образовалось 34,95/233,40 = 0,15 моль сульфата бария. Так как из 1 моль сульфита образуется 1 моль сульфата, следовательно прореагировало 0,15 моль сульфит-иона, что составит 0,15*80,1 = 12 г от массы вещества А. 23,7 г вещества А относятся к его молярной массе, как 12 г сульфит-иона относятся к молярной массе сульфит-иона. Но молярная масса вещества А равна Mr = n * Mr(Me) + 80,1. Получаем: (n * Mr(Me) + 80,1)/80,1 = 23,7/12, откуда Mr(Me) = 78,1/n. Если n=1 то Ar(Me) = 78,1 - такого металла нет, если n = 2 то Ar(Me) = 39,05, что соответствует калию. Следовательно вещество А это сульфит калия.

Реакции:

K₂SO₃ + 2HNO₃ → K₂SO₄ + 2NO₂ + H₂O

K₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + 2KCl

Задача 7. Вещество З - это оксид. Пусть его состав Me_xO_y. Тогда его молекулярная масса Mr = Ar(Me) * x + 16 * y. Отсюда вычисляем, что массовая доля кислорода = 0,09334 = 16y / (x * Ar(Me) + 16y). Выводим Ar(Me) = 155,25 * y/x. При x = 1,2,4 нет решений ни при каких значениях y. При x = 3 и y = 1,2,5 - нет решений, при y = 4 - это Pb₃O₄. Получаем реакции:

3Pb + 2O₂ → Pb₃O₄

Pb₃O₄ + 6NaOH + 4H₂O → 2Na₂[Pb(OH)₄] + Na₂[Pb(OH)₆]

Pb₃O₄ + 4HNO₃ → 2Pb(NO₃)₂ + PbO₂ + 2H₂O

Газ Е - это CO₂ или SO₂, так как с гидроксидом кальция он образует осадок, который затем растворяется. Углекислый газ следует исключить, так как любое соединение свинца, углерода и кислорода при действии концентрированной азотной кислоты при нагревании растворяется полностью. Значит Е это сернистый газ, тогда Д - это сульфат свинца (II). Если Д - сульфат свинца (II), то А - сера или сульфид свинца, но так как смесь до 200 С не изменяется, то серу следует исключить, следовательно А - это PbS. Поскольку вещество А не содержит кислорода, то Б обязательно должно его содержать, а также он может содержать свинец и серу. Если Б не содержит свинца то это сернистый газ, что не подходит; также не подходит оксид серы (VI). Следовательно Б содержит свинец. Если Б содержит серу, то возможны только два варианта - сульфит или сульфат свинца. Оба не подходят, так как при обработке горячей концентрированной азотной кислотой образуют нерастворимый сульфат свинца и в растворе ничего не остается. Следовательно Б не содержит серы и является оксидом свинца. Из 3 окислов подходит только PbO, так как при реакции с азотной кислотой с другими окислами свинца в осадке всегда будет еще и PbO₂. Значит получаем еще следующие реакции:

PbS + 8HNO₃ → PbSO₄ + H₂O + 8NO₂

PbO + 2HNO₂ → Pb(NO₃)₂ + H₂O

PbS + PbSO₄ → 2Pb + 2SO₂

Ca(OH)₂ + SO₂ → CaSO₃ + H₂O

CaSO₃ + SO₂ + H₂O → Ca(HSO₃)₂

PbS + 2PbO → 3Pb + SO₂

Задача 8. Масса металла относится к массе серной кислоты, как масса эквивалента металла относится к массе эквивалента серной кислоты. Отсюда получаем: Э(Me) = m(Me)*Э(H2SO4)/m(H2SO4) = 16,8 * 49 / 14,7 = 56. Перебирая варианты валентностей получаем, что подходит только металл с формулой сульфата MeSO4 и Ar = 112, что соответствует кадмию.

Задача 9. В смеси искомого газа содержалось 0,1 часть, следовательно через трубку пропустили 0,56 * 22,4 = 0,025 моля неизвестного газа, который имеет массу 3,02 г, то есть его Mr составляет 121 г/моль. Растворимая в воде часть содержимого трубки это хлорид магния. Массу хлора находим из массы хлорида серебра и она составляет 1,77 г или 0,05 моля атомов хлора, то есть в состав газа входят 2 атома хлора (71 а.е.м.). Оставшиеся 50 а.е.м. приходится на элементы, которые с одной стороны дают с магнием соль не растворимую в воде и соляной кислоте, а с другой стороны при прокаливании на воздухе образует газообразный оксид (диоксид серы не подходит, так как сульфид магния - растворим). В нерастворимом остатке возможно наличие углерода в количестве 1,86-1,56 = 0,3 г или 0,025 моль, т.е. в состав газа будет входить 1 атом углерода. На долю оставшихся элементов приходится 38 а.е.м. Это может быть атом двухвалентного элемента (такого нет) или 2 атома фтора. Тогда оставшаяся соль - фторид магния (он не растворим в воде и соляной кислоте). Значит неизвестный газ - CCl2F2 (фреон-12). Он используется в промышленности в холодильных установках и аэрозольных баллонах благодаря своей инертности и нетоксичности.

Характеристики

Список файлов книги