Заключительный (городской) этап. Теоретический тур.

Класс

1.Темы: «Щелочные металлы», «Массовая доля растворенного вещества»

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

При добавлении металлического натрия к избытку воды образуется водный раствор гидроксида натрия (едкого натра) и выделяется газообразный водород.

Кол-во натрия 50/23 = 2,17 моль, соответственно, масса щелочи 2,17 ∙ 40 = 87 г.

Общая масса раствора = исходная масса воды + исходная масса натрия – масса газообразного водорода = 200 + 50 – 2,17 ∙ 2 = 245,7 г.

Массовая доля щелочи будет равна 87/245,7 = 0,354 или 35,4 %(масс).

Массовая доля воды находится по разности: 100 – 35,4 = 64,6 %(масс).

2.Темы: «Кристаллогидраты», «Тривиальные названия неорганических веществ», «Количество вещества. Число Авогадро»

А) Формула пентагидрата сульфата меди(II): CuSO₄∙5H₂O. Тривиальное название этого соединения – медный купорос.

Количество медного купороса 100/249,7 = 0,400 моль, а воды в данном количестве кристаллогидрата 0,400 ∙5 = 2,00 моль.

Количество молекул воды 6,022 ∙10²³ ∙ 2,00 = 12,042 ∙10²³

Б) Формула FeSO₄∙7H₂O. Тривиальное название этого соединения – железный купорос.

Количество кристаллогидрата (30 г)/(278,0 г/моль) = 0,108 моль, а воды в данном количестве кристаллогидрата 0,108*7 = 0,755 моль.

Количество молекул воды (6,022*10²³ моль^–1)*(0,755 моль) = 4,549 *10²³

3.Тема: «Типы химических реакций»

1) 2LiOH + H₂SO₄ = Li₂SO₄ + 2H₂O

или LiOH + H₂SO₄ = LiHSO₄ + H₂O

2) K₂O + CO₂ = K₂CO₃

3) 2Cu + O₂ = 2CuO

4) Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O

5а) Na₂SO₄ + BaCl₂ = 2NaCl + BaSO₄

или 5б) BaS + NaClO₄ = BaSO₄ + NaCl

6) 2KMnO₄ = O₂ + K₂MnO₄ + MnO₂

7) Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂

8) S + O₂ = SO₂

9) SO₂ + 2H₂S = 3S + 2H₂O

10) Fe + Cu²⁺ = Cu + Fe²⁺

Реакция соединения	Реакция разложения	Реакция обмена (взаимодействие двух сложных веществ с образованием двух других сложных веществ)	Реакция замещения (взаимодействие простого вещества со сложным, в результате которого образуются другие – простое и сложное – вещества)	Окислительно-восстановительная реакция
2, 3, 8		1, 5а	4, 7, 10	3, 4, 5б, 6, 7, 8, 9, 10

4.Темы: «Количество вещества», «Стехиометрические расчеты»

I. Расчет по формулам.

Согласно условию задачи n(Na₂SO₄) : n(Ba(OH)₂) = 1 : 3, n(атомы соли и щелочи) = 1 моль.

Пусть n(Na₂SO₄) = x моль, тогда n(атомы соли) = 7х, n(Ba(OH)₂) = 3x моль, n(атомы щелочи) = 5 ∙3х = 15x.

Так как n(атомов соли и щелочи) = 1 моль, то 7x + 15x = 1,

x = 1/22 = 0,0455 моль, n(Na₂SO₄) = 0,0455 моль; n(Ba(OH)₂) = 0,136 моль.

II. Расчеты по уравнению реакции.

Na₂SO₄ + Ba(OH)₂ = BaSO₄↓ + 2NaOH

0,0455 0,136 (по условию задачи)

Гидроксид бария взят в избытке, сульфат натрия прореагирует полностью.

В реакцию вступят по 0,0455 моль сульфата натрия и гидроксида бария, образуются 0,0455 моль сульфата бария (нерастворимого в воде) и 2 ∙0,0455 = 0,091 моль гидроксида натрия. Также в растворе останется неизрасходованный гидроксид бария в количестве 0,136 – 0,0455 = 0,091 моль.

Масса жидкости над осадком будет равна массе исходных веществ за вычетом осадка (сульфата бария):

m(жидкости) = m(исходный Na₂SO₄) + m(исходный Ba(OH)₂) + m(H₂O) – m(осадок, BaSO₄) = 0,0455 ∙142 + 0,136 ∙171 + 200 – 0,0455 ∙233 = 219 г.

5.Тема: «Определение формулы вещества по его элементному составу»

Формула соли K_aX_bO_c, где X – символ неизвестного элемента. Отношение индексов a, b, c может быть найдено следующим образом:

a:b:c = w(K)/A_r(K) : w(X)/A_r(X) : w(O)/A_r(O) = 31,8/39 : (100 – 31,8 – 39,2)/A_r(X) : 39,2/16 = 0,815 : 29/A_r(X) : 2,45 = 1 : 35,6/A_r(X) : 3.

Наименьшие целочисленные коэффициенты a, b, c получаются, если взять A_r(X) = 35,6. Следовательно, кислотообразующий элемент – хлор, а формула соли KClO₃.

Тривиальное название этого соединения – бертоллетова соль.

KClO₃ + S = KCl + SO₂ (нагревание)

KClO₃ = KCl + 3/2O₂ (нагревание, катализатор – диоксид марганца MnO₂)

4KClO₃ = KCl + 3KClO₄ (нагревание)

Получение

6KOH + 3Cl₂ = KClO₃ + 5KCl + 3H₂O (пропускание хлора в горячий водный раствор щелочи)

6.Тема: «Химия углерода»

Углерод образует два наиболее характерных оксида: CO (оксид углерода(II), угарный газ) и CO₂ (диоксид углерода, углекислый газ).

А) Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O (избыток щелочи)

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂ (избыток углекислого газа)

Б) 2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O (избыток щелочи)

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O = NaHCO₃ (избыток углекислого газа)

NaOH + CO = NaHCOO (формиат натрия, получается при нагревании в автоклаве CO с концентрированным водным раствором едкого натра; см. Неницеску К. Общая химия. М., Мир, 1968. С. 480.)

В) при нормальных условиях ни CO, ни CO₂ не реагируют с водным раствором хлорида бария. При высокой температуре возможен (высокотемпературный) гидролиз хлорида бария в токе влажного углекислого газа: BaCl₂ + CO₂ + H₂O = BaCO₃ + 2HCl↑

Аналогичная реакция идёт при создании высокого давления CO₂ над водным раствором хлорида бария.

Г) K₂CO₃ + CO₂ + H₂O = KHCO₃

7.Тема: «Тривиальные названия неорганических веществ»

каменная соль	NaCl	Соль (средняя)
едкое кали	KOH	Основание
негашеная известь	CaO	Оксид (основный)
купоросное масло	H2SO4	Кислота
питьевая сода	NaHCO3	Соль (кислая)
малахит	(CuOH)2CO3	Соль (основная)
глинозем	Al2O3	Оксид (амфотерный)
ляпис	AgNO3	Соль (средняя)
«веселящий газ»	N2O	Оксид (несолеобразующий)
нашатырь	NH4Cl	Соль (средняя)

Класс

1. Темы: «Гидриды металлов», «Тепловой эффект химической реакции»

А)Гидриды, входящие в состав водородного топлива, реагируют с водой, выделяя водород:

(1) LiH + H₂O = LiOH + H₂↑;

(2) СаH₂ + 2H₂O = Са(ОН)₂ + 2H₂↑.

Полученный водород сжигают:

(3) 2H₂ + O₂ = 2H₂O.

Б) Масса смеси гидридов в 500 г топлива равна:

500*(1 – 0,0095) = 495,25 (г).

М(LiH) = 8 г/моль, М(СаH₂) = 42 г/моль.

В смеси содержится: (500 ∙0,4021): 40 = 5,026 (моль) СаH₂ и также число молей LiH: (495,25 – 42 ∙5,026) : 8 = 35,52 (моль).

Число молей водорода, полученного из LiH (см. уравнение 1), равно 35,52 (моль), а из СаH₂ (см. уравнение 2): 5,026 ∙2 = 10,052 (моль). Суммарное число молей водорода равно: 35,52 + 10,052 = 45,572 (моль).

При сгорании 1 моль водорода выделяется 286 кДж теплоты

При сгорании 45,572 моль водорода выделяется 286 ∙ 45,572 = 13033,592 кДж теплоты.

Таким образом, при сгорании 500 г водородного топлива выделяется 13033,6 кДжтеплоты.

В) 46000 кДж теплоты выделяется при сжигании 1 л бензина

13033,6 кДж теплоты выделяется при сжигании V л бензина.

Отсюда V(бензин) = (130333,6 ∙1) : 46000 = 0,283 (л).

Г) Взаимодействие тетрагидридобората лития с водой протекает по уравнению: LiBH₄ + 4H₂O = Li[B(OH)₄] + 4H₂ .

М(LiBH₄) = 22 г/моль

22 г LiBH₄ выделяют 4 моль водорода

500 г « « х моль «

Значит LiBH₄ выделит водорода: 500 : 22 ∙4 = 90,91 моль

Теплота сгорания 45,572 моль водорода эквивалентна теплоте сгорания 0,283 л бензина

« « 90,91 моль « « « « х л «

Отсюда х = 90,91 ∙0,283 : 45,572 = 0,565 (л).

Таким образом, тетрагидридоборат лития является более эффективным водородным топливом (без учета экономических факторов, т.е. стоимости соответствующих веществ), чем смесь гидридов лития и кальция с неактивным компонентом.

2. Тема: «Свойства неорганических веществ»

Один из возможных вариантов решения: А-O₂ , кислород; Б - Na₂SO₃, сульфит натрия; В - CH₃СООNa, ацетат натрия.

Уравнения реакций:

1) 4Fe(NO₃)₂ = 2Fe₂O₃ + 8NO₂↑ + O₂↑

2) O₂ + S = SO₂

3) SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O

4) Na₂SO₃ + ВаCl₂ = ВаSO₃↓+ 2NaCl

5) NaCl + CH₃СООAg = AgCl↓ + CH₃СООNa

6) CH₃СООNa + NaOH = Na₂CO₃ + CH₄↑

3.Темы: «Тепловой эффект химической реакции», «Химическое равновесие. Константа химического равновесия».

Н₂ + I₂ = 2НI + Q

Так как в результате реакции выделилось 8,4 кДж теплоты, то в реакции образовалось иодоводорода: 8,4/7,0 = 1,2 (моль).

На это количество иодоводорода израсходовалось по 0,6 моль водорода и иода.

Находим равновесные количества веществ. Состав равновесной (конечной) смеси: водорода 1,2 – 0,6 = 0,6 (моль), иода 0,7 – 0,6 = 0,1(моль).

Выразим равновесные концентрации через количества веществ и подставим их в выражение для константы равновесия K:

K = [HI]² / [Н₂] ∙[ I₂ ] = (1,2/V)²/(0,6/V ∙0,1/V) = 24,

где V – объем реакционного сосуда.

4. Тема: «Окислительные свойства азотной кислоты и ее солей»

А) При высокой температуре алюминий является очень сильным и активным восстановителем. Поэтому возможно протекание реакций восстановления различных веществ до наиболее стабильных состояний и образование оксида алюминия (или нитрида алюминия):

10Al + 6KNO₃ = 6KAlO₂ + 2Al₂O₃ + 3N₂.

Состав продуктов обычно зависит от соотношения количеств алюминия и нитрата калия.

Б) При повышенной влажности между алюминием и водой возможна реакция, в результате которой выделяется атомарный водород:

Al + H₂O à Al₂O₃∙n H₂O + Н.

Атомарный водород (водород в момент выделения) является одним из самых сильных и активных восстановителей и может восстанавливать нитрат-ионы до самых различных продуктов (NH₃, N₂, N₂О, NО, NО₂). Из-за очень высокой активности атомарного водорода преимущественным продуктом этой реакции является аммиак. Выделяющийся аммиак растворяется в воде и создает щелочную среду. Это способствует растворению пленки оксида алюминия и дальнейшему ускорению реакции алюминия с водой. В результате этих процессов разрушается весь нитрат калия и состав становится непригодным для использования.

В) Лучше хранится состав с нитратом калия, так как он обладает меньшей гигроскопичностью, чем нитрат натрия.

Г) Для предотвращения процессов, протекающих при хранении таких составов, следует ввести в их состав слабую кислоту (например, органическую) для связывания аммиака и предотвращения ускорения процесса разложения.

5. Тема: «Определение формулы вещества по его элементному составу»

А)В сплаве NaY содержится равное число молей этих элементов. Следовательно,

Подставляя численные значения, получим:

Отсюда M(Y) = 206,9 г/моль. Следовательно, Y – это свинец.

Б)Содержание свинца в Х составляет 100,00 – 29,71 – 6,23 = 64,06(%).

Представим формулу Х в виде Pb_aC_bH_c, тогда

Следовательно, молекулярная формула вещества Х имеет вид PbC₈H₂₀.

В) Твердым продуктом горения вещества Х является Pb₃O₄ (вещество Z) - сурик, описанный еще Плинием в качестве минерального пигмента.

Горение вещества Х описывается уравнением:

3PbC₈H₂₀ + 41O₂ = Pb₃O₄ + 24CO₂ + 30H₂O

Массу образовавшегося при горении Pb₃O₄ можно определить из пропорции:

Подставляя численные значения, получим:

Отсюда m (Pb₃O₄) = 7,07 г.

Г) Крупномасштабное производство вещества Х позволяет предположить, что это тетраэтилсвинец, который широко использовался в качестве антидетонационной добавки к топливу.

Использованные источники: Seyferth, D. Organometallics 2003, 22(12), 2346 – 2357; Seyferth, D. Organometallics 2003, 22(25), 5154 – 5178.

6.Темы: «Комплексные соединения», «Реакции замещения», «Химия иода», «Химия серебра»

А) Темнеют ювелирные изделия из-за взаимодействия меди и серебра, входящих в состав сплава, с кислородом воздуха. Соответственно, при обработке аммиаком протекают следующие процессы:

CuO + 4NH₃ + H₂O = [Cu(NH₃)₄](OH)₂

Ag₂O + 4NH₃ + H₂O = 2[Ag(NH₃)₂]OH

Б) В кислой среде силикат свинца, входящий в состав хрусталя и придающий ему блеск, будет частично выщелачиваться и переходить в раствор. С одной стороны, портится хрусталь (и теряет свой блеск), с другой – в растворе появятся ядовитые соли свинца.

В) В состав мельхиора входит медь, никель, иногда железо и марганец. Потемнение связано прежде всего с окислением меди. В указанных условиях пойдет электрохимический процесс:

Zn + CuO + H₂O = Cu + Zn(OH)₂.

Хлорид натрия играет роль электролита и обеспечивает перенос электронов.

Г) Сладкий вкус подмороженного картофеля связан с накоплением в нем глюкозы, являющейся хорошим восстановителем. Вместе с тем, в картофеле достаточно высоко содержание поташа, обусловливающего щелочную среду картофельного отвара. Тогда будет протекать реакция «серебряного зеркала»:

Ag₂O + C₆H₁₂O₆ + KOH = C₆H₁₁O₇K + 2Ag + H₂O

Д) Иод переходит в раствор в виде дииодоиодата(I) калия, который затем восстанавливается тиосульфатом натрия:

I₂ + KI = K[I₃]

K[I₃] + 2Na₂S₂O₃ = KI + 2NaI + Na₂S₄O₆

Е) Чернота и зелень на медных и латунных изделиях – это оксид меди и карбонат гидроксомеди, соотвественно.

При обработке аммиаком протекают реакции:

CuO + 4NH₃ + H₂O = [Cu(NH₃)₄](OH)₂

(CuOH)₂CO₃ + 10NH₃ + 2H₂O= 2[Cu(NH₃)₄](OH)₂ + (NH₄)₂CO₃

7. Темы: «Расчеты по уравнениям химических реакций», «Химия щелочноземельных металлов»

А) Так как масса полученного раствора равна сумме масс воды и растворенного вещества, то это позволяет исключить выделение газообразных продуктов, т.е. растворение гидридов, пероксидов и т.д., а также варианты полного гидролиза солей.

Выпадение осадка при охлаждении раствора, большее значение массы выпавшего осадка по сравнению с исходной навеской и значение рН фильтрата (щелочная среда) указывают на возможность следующих вариантов:

а) растворили оксид щелочноземельного металла, взаимодействующий с горячей водой, в осадке находится малорастворимое основание;

б) растворили оксид щелочноземельного металла, взаимодействующий с горячей водой, в осадке находится кристаллогидрат малорастворимого основания;

в) растворили соль (сильного основания и слабой кислоты), в осадке находится кристаллогидрат этой соли.

Допустим, растворили оксид щелочноземельного металла:

МеO à Ме(ОН)₂

(A+ 16) (A + 34)

Общее число молей образовавшегося гидроксида равно числу молей оксида: 9/(A+ 16) моль

Число молей гидроксида в осадке: 9,75/(А + 34) моль

Число молей гидроксида, оставшееся в растворе: 9/(A+ 16) – 9,75/(А + 34)

В растворе гидроксид диссоциирует по схеме: Ме(ОН)₂ à Ме²⁺ + 2ОН^- , поэтому число моль ионов ОН^- будет в 2 раза больше: 2[9/(A+ 16) – 9,75/(А + 34)]

Масса фильтрата равна: 29 – 9,75 = 19,25 (г).

Объем фильтрата равен: 19,25 : 1,03 = 18,69 (мл). Количество вещества гидроксид анионов в 1л раствора:

[OH^-] = 10^-рОН = 10^-(14-13,28) = 0,1905 (моль/л). В фильтрате содержится:

(0,1905 ∙18,69) : 1000 = 0,00356 или 3,56 ∙10^-3 моль ионов ОН^-.

Отсюда составляем уравнение: 2[9/(A + 16) - 9,75/(А + 34)] = 3,56*10^-3 .

Решая полученное квадратное уравнение, находим А = 137,3 г/моль. Это барий.

Таким образом, в воде мог быть растворен оксид бария:

ВаО + H₂O = Ва(ОН)₂ . При охлаждении раствора в осадок выпадает Ва(ОН)₂.

Б) Молярная концентрация вещества в растворе после выпадения осадка.

В 1 л раствора содержится 0,1905 моль ионов ОН^-, что соответствует 0,095 моль Ва(ОН)₂.

Значит, молярная концентрация Ва(ОН)₂ равна 0,095 моль/л.

В) Приготовленный раствор называется баритовой водой и используется (как и известковая вода) для очистки газов от углекислого газа.

Класс

1.Темы: «Комплексные соединения», «Реакции замещения», «Химия иода», «Химия серебра»

А) Темнеют ювелирные изделия из-за взаимодействия меди и серебра, входящих в состав сплава, с кислородом воздуха. Соответственно, при обработке аммиаком протекают следующие процессы:

CuO + 4NH₃ + H₂O = [Cu(NH₃)₄](OH)₂

Ag₂O + 4NH₃ + H₂O = 2[Ag(NH₃)₂]OH

Б) В кислой среде силикат свинца, входящий в состав хрусталя и придающий ему блеск, будет частично выщелачиваться и переходить в раствор. С одной стороны, портится хрусталь (и теряет свой блеск), с другой – в растворе появятся ядовитые соли свинца (карбоксилаты свинца).

В) В состав мельхиора входит медь, никель, иногда железо и марганец. Потемнение связано прежде всего с окислением меди. В указанных условиях пойдет электрохимический процесс:

Zn + CuO + H₂O = Cu + Zn(OH)₂.

Хлорид натрия играет роль электролита и обеспечивает перенос электронов.

Г) Сладкий вкус подмороженного картофеля связан с накоплением в нем глюкозы, являющейся хорошим восстановителем. Вместе с тем, в картофеле достаточно высоко содержание поташа, обусловливающего щелочную среду картофельного отвара. Тогда будет протекать реакция «серебряного зеркала»:

Ag₂O + C₆H₁₂O₆ + KOH = C₆H₁₁O₇K + 2Ag + H₂O

Д) Иод переходит в раствор в виде дииодоиодата(I) калия, который затем восстанавливается тиосульфатом натрия:

I₂ + KI = K[I₃]

K[I₃] + 2Na₂S₂O₃ = KI + 2NaI + Na₂S₄O₆

Е) Чернота и зелень на медных и латунных изделиях – это оксид меди и карбонат гидроксомеди, соотвественно.

При обработке аммиаком протекают реакции:

CuO + 4NH₃ + H₂O = [Cu(NH₃)₄](OH)₂

(CuOH)₂CO₃ + 10NH₃ + 2H₂O= 2[Cu(NH₃)₄](OH)₂ + (NH₄)₂CO₃

2. Темы: «Комплексные соединения», «Химия кобальта»

Обратимое изменение окраски с розовой на синюю характерно для соединений кобальта. При добавлении ацетона происходит усиление комплексообразования и переход от октаэдрических аквакомплексов (розовая окраска) к тетраэдрическим хлороаквакомплексам (синие), при добавлении воды идет обратный процесс. Таким образом, Х– кобальт.

Вещество, образующееся на стенках тяги – нашатырь, хлорид аммония. Газ, названный в честь древнеегипетского божества – это аммиак. При взаимодействии соли кобальта с нашатырем и аммиаком при окислении кислородом (продукт разложения перекиси водорода) образуются амминохлорокомплексы кобальта различного состава. Варианты:

[Co(NH₃)₆]Cl₃

[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂

[Co(NH₃)₄Cl₂]Cl

или гидраты этих комплексов [cм., например, Гринберг А.А. «Введение в химию комплексных соединений». М.-Л.: Химия, 1966.].

Потеря массы при температуре 100-110 ^оС, скорее всего, соответствует отщеплению слабо связанной (кристаллизационной) воды. Если предположить, что отщепляется одна молекула воды, то молярная масса оставшейся соли составляет 18*6,7/93,3 = 250,5 г/моль, что соответствует [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂. Таким образом, искомое вещество – розеохлорид кобальта [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂∙H₂O

Белый осадок, выпадающий при добавлении нитрата серебра – AgCl. Определим массу осадка, образующегося в каждом случае из 3,00 г соли кобальта:

[Co(NH₃)₆]Cl₃ – 4,83 г

[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ – 3,44 г

[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂∙H₂O – 3.21 г

[Co(NH₃)₄Cl₂]Cl – 1,84 г

Таким образом, искомое вещество Y – розеохлорид кобальта [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂∙H₂O.

Реакция его образования:

2CoCl₂ + 8NH₃ + 2NH₄Cl + H₂O₂ = 2[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂∙H₂O + H₂O (1)

Активированный уголь используется как сорбент, удерживающий выделяющийся при разложении перекиси водорода кислород.

При термическом разложении комплекса вначале должна отщепляться вода. Соответствующая потеря массы составляет 18/268,5 = 6,7%, что соответствует первому участку потери массы.

Далее должно происходить восстановление кобальта до степени окисления +2. Можно ожидать, что продуктом восстановления в инертной атмосфере будет хлорид кобальта. Потеря массы при превращении [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ → CoCl₂ составляет 51,6%, что и соответствует третьему превращению при нагревании. Уравнение реакции:

6[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ = 6CoCl₂ + N₂ + 28NH₃ + 6HCl (2)

Промежуточным этапом может быть образование комплексной соли (NH₄)₂CoCl₄:

6[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ = 3(NH₄)₂CoCl₄ + 3CoCl₂ + N₂ + 22NH₃ (3)

Образованию эквимолярной смеси (NH₄)₂CoCl₄ и CoCl₂ и соответствует потеря массы 31.7%.

При нагревании дихлорида кобальта в инертной атмосфере происходит его возгонка, а на воздухе – окисление:

3CoCl₂ + 2O₂ = Co₃O₄ + 3Cl₂ (4)

С последующим разложением:

2Co₃O₄ = 6CoO + 3O₂ (5)

Данные по термическому анализу взяты из работы E. Ingier-Stocka, A.Bogacz // J. Thermal Analysis, 35 (1989), 1373-1386.

3. Тема: «Химия металлов главных подгрупп»

Очевидно, что газ Б, образующийся при взаимодействии сплава с азотной кислотой – это NO₂. Это соотнесение подтверждается также и расчетом: M = d*R*T/p = (1,881 кг/м³)*(8,314 Дж/(моль*K))*{(273,15 + 25) K}/(101325 Па) = 46,0*10^–3 кг/моль.

2NO₂ + 2KOH = KNO₂ + KNO₃ + H₂O (1)

Количество NO₂ составляло 6,73:56 = 0,1201 моль.

Красное вещество В получается при прокаливании нитрата. Следовательно, это оксид металла. Поскольку при действии соляной кислоты на него образуется хлор (газ, получивший название за свою окраску), данный оксид должен обладать сильными окислительными свойствами. Такими свойствами обладает свинцовый сурик – Pb₃O₄ (В):

3Pb(NO₃)₂ = Pb₃O₄ + 6NO₂ + O₂ (2)

Pb₃O₄ + 4HNO₃ = 2Pb(NO₃)₂ + PbO₂ (Г) + 2H₂O (3)

Pb₃O₄ + 14HCl конц = 3H₂PbCl₄ + Cl₂ + 4H₂O (4)

Определим второй металл в составе сплава. Поскольку в ходе реакции получилось 2,21 г свинцового сурика, в исходной навеске содержалось 2,00 г свинца. При взаимодействии свинца с азотной кислотой образуется 0,0193 моль NO₂:

Pb + 4HNO₃ = Pb(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O (5)

Масса второго металла составляет 3,00 г, а количество образующегося диоксида азота – 0,1008 моль.

Если это одновалентный металл – его количество составляет 0,1008 моль, молярная масса 29,76 г/моль – такого металла нет.

Если двухвалентный металл, то молярная масса будет равна 59,52 г/моль. Такого металла нет (никель и кобальт имеют близкие молярные массы, но они пассивируются концентрированной азотной кислотой).

Если валентность металла равна трем, то молярная масса равна 89,28 г/моль; близок иттрий, но нитрат иттрия растворим в воде.

Если валентность металла равна четырем, то молярная масса равна 119 г/моль. Металл –олово:

Sn + 4HNO₃ конц = SnO₂*nН₂О + 4NO₂ + 2H₂O (6)

(образуется β-оловянная кислота (осадок А), нерастворимая ни в воде, ни в кислотах, ни в щелочах).

Таким образом, исходный сплав содержит 40% (по массе) свинца и 60% олова. Данный сплав – припой оловянно-свинцовый ПОС-60, используется для пайки.

С разбавленной азотной кислотой пойдут следующие реакции:

3Pb + 8HNO₃ = 3Pb(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O (7)

3Sn + 8HNO₃ = 3Sn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O (8)

Или с очень разбавленной кислотой

4Sn + 10HNO₃ = 4Sn(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O

Перевести осадок А в раствор можно в два этапа: восстановить оловянную кислоту углем при нагревании (SnO₂*nН₂О = SnO₂ + nH₂O, SnO₂ + C = Sn + CO), а затем растворить металлическое олово в кислоте (Sn + 2HCl = SnCl₂ + H₂).

Различие в атомной массе свинца в различных месторождениях обусловлено тем, что он является конечным продуктом радиоактивного распада урана и трансурановых элементов (см. Гринвуд, Эрншо Химия элементов, т. 1, стр. 348).

4. Тема: «Химическое равновесие. Константа химического равновесия»

N₂ + O₂ = 2NO

Выражение для константы K_P реакции синтеза NO из простых веществ, записанное через парциальные давления P(…), количества вещества n(…) или объемные доли y(…) компонентов смеси, дается следующими выражениями:

K_P = P(NO)²/( P(N₂) * P(O₂) ) = n(NO)²/( n(N₂) * n(O₂) ) = y(NO)²/( y(N₂) * y(O₂) ).

Исходное состояние: n(NO) = n₀ ≠ 0, n(N₂) = n(O₂) = 0.

Равновесное состояние: n(NO) = n₀*(1 – α), n(N₂) = n(O₂) = n₀*α/2, где α – доля разложившегося NO. Объемные доли компонентов в смеси могут быть найдены по формулам: y(NO) = n(NO)/( n(NO) + n(N₂) + n(O₂) )= (1 – α), y(N₂) = y(O₂) = α/2.

K_P = n₀*n₀*(1 – α)²/( n₀*α/2 )² = 4*(1 – α)²/α².

Разрешая это квадратное относительно α уравнение, получим

α = 2*(2 – K_P^0,5)/(4 – K_P);

второй корень отбрасываем по причине того, что он дает α > 1 (доля разложившегося NO не может превышать 1).

При T = 300K константа равна K_P = 6,2*10^–31, доля разложившегося NO равна α = 1 – 4*10^–16 ≈ 1,000000, состав равновесной смеси: по 50%(объемн.) N₂ и O₂.

При T = 3000K константа равна K_P = 1,847*10^–2, доля разложившегося NO равна α = 1 – 6*10^–2 ≈ 0,94, равновесная смесь имеет состав 6%(объемн.) NO и по 47%(объемн.) N₂ и O₂.

Можно сделать вывод, что синтез NO из простых веществ происходит только при очень высоких температурах. Существование NO при комнатной температуре обусловлено инертностью молекул этого соединения, однако «взрывоподобное разложение может быть инициировано запалом из взрывчатого вещества» (Неницеску К. Общая химия. М., Мир, 1968. С. 414).

5. Тема: «Химия алифатических углеводородов»

Судя по приведённым в условии реакциям, современное название триметилена – циклопропан.

Уплотнение – это устаревшее название полимеризации. Очевидно, что при полимеризации циклопропана должен образоваться полимер с повторяющимися звеньями -СН₂-:

6. Тема: «Химия алифатических углеводородов»

Ключевые стадии синтеза:

- неполное восстановление алкина до алкена с помощью катализатора Линдлара;

- присоединение НBr к алкену в присутствии перикиси водорода (или органического пероксида) происходит против правила Марковникова и приводит к первичному алкилбромиду;

- получение ацетиленидов натрия под действием амида натрия и их реакция с алкилгалогенидами с образованием дизамещённого алкина;

- действие амида натрия при нагревании на дизамещённые ацетилены приводит к их изомеризации в терминальные (концевые) ацетилены (реакция «ацетиленовой молнии»).

Схема синтеза выглядит следующим образом:

1)
2)
3)

7. Тема: «Химия алифатических углеводородов»

Для А и В: n(C) : n(H) = 85,7/12 : 14,3/1 = 7,14 : 14,3 = 1 : 2, т.е. общая

брутто-формула углеводородов А и В – (СН₂)_n, она отвечает алкенам или циклоалканам.

Для С: n(C) : n(H) = 84,2/12: 15,8/1 = 7,02 : 15,8 = 1 : 2,25. Однако число атомов должно быть целым, а число атомов водорода, кроме того, чётным. Умножаем полученное отношение на 8, получаем 8 : 18, т.е. (простейшая) брутто-формула углеводорода С – С₈Н₁₈.

Поскольку при гидрировании (переход А→ С или В→ С) число атомов углерода не меняется (n = 8), получаем, что брутто-формула углеводородов А и В – С₈Н₁₆. Так как эти углеводороды гидрируются в мягких условиях, то это алкены, а не циклоалканы, для которых этот процесс проводится при значительном нагревании. Кроме того, видно, что процесс образования А и В –это димеризация (брутто-формула изобутилена–С₄Н₈).

Существует 18 структурных изомеров С₈Н₁₈, из них только 7 имеют четвертичный атом углерода:

И только 2,2,4-триметилпентан (изооктан) может образовать 4 монобромпроизводных:

Тогда единственными возможными структурами для алкенов А и Вявляются следующие (отнесение производим на основе реакции с КMnO₄–газ (СО₂) будет выделяться при окислении алкена с концевой СН₂-группой):

К структуре 2,2,4-триметилпентана можно было прийти и по-другому, исходя из механизма реакции димеризации изобутилена:

Вещество C – 2,2,4-триметилпентан (или изооктан) – обладает высокими антидетанационными свойствами, его октановое число (отсюда и название) принято за 100 единиц (за 0 принята антидетонационная стойкость н-гептана).

Класс

1. Темы: «Комплексные соединения», «Карбонилы металлов»

Очевидно, газ, полученный при взаимодействии с «простым веществом, образованным самым распространенным на земле элементом» (это кислород, вещество Г– О₂) – это какой-то оксид. Молярная масса этого оксида должна составлять 1*44 = 44 г/моль. Таких оксидов два – N₂O и СО₂. Поскольку продукт реакции является единственным, а азот с кислородом реагирует только при условии сообщения большого количества энергии, продуктом реакции является CO₂. Тогда газом, полученным при разложении исходной жидкости, является СО (газ Б): 2СО + О₂ = 2СО₂

При взаимодействии оставшегося при разложении жидкости твердого вещества с кислотой получился газ. Наиболее вероятный вариант – выделение водорода при действии кислоты на металл.

Для металла валентности n количество выделяющегося водорода соотносится с молярной массой металла М следующим образом:

M/n – 0,5 моль водорода – 11,2 л водорода (н.у.)

Тогда можно составить пропорцию:

M/n – 11,2 л

1,03 г – 0,394 л

Тогда M/n = 11,2 ∙1,03/0,394 = 29,3 г/моль

При n = 2 получаем, что этот металл – никель.

В исходном веществе на 1,03 г никеля приходится 1,97 г СО. Тогда на 58,7 г никеля приходится 112,27 г СО. Формула исходного соединения (жидкость А) – Ni(CO)₄.

Уравнения реакций: Ni(CO)₄ = Ni + 4CO (1)

Ni + H₂SO₄ = NiSO₄ + H₂ (2)

2CO + O₂ = 2CO₂

Б) Ближайшими к кислороду элементами являются фтор и азот. Вероятно, речь идет о взаимодействии карбонила никеля с монооксидом азота. Согласно правилу Сиджвика («18 электронов»), формула продукта должна быть Ni(CO)(NO)₂.

Ni(CO)₄ + 2NO = Ni(CO)(NO)₂ + 3CO (см., например, Дж. Хьюи «Неорганическая химия». М., Химия, 1987)

В) Особенностью химической связи в карбонилах металлов является перенос электронов не только с лиганда на металл (донорно-акцепторное взаимодействие), но и перенос электронов с металла на разрыхляющие молекулярные орбитали лиганда (дативное взаимодействие). Другими примерами соединений с дативной связью могут быть аллильные комплексы (Ni(C₃H₅)₂), дибензолхром (Cr(C₆H₆)₂), ферроцен ((Fe(C₅H₅)₂) и так далее.

2. Тема: «Химия галогенов»

Х – фтор, Y – хлор; Х* = F₂, Y* - Cl₂; A – HF, B – HCl.

C – ClF, D – ClF₃, E – ClF₅

F – HClO, G – HClO₂, H – HClO₃.

Сила кислоты определяется тем, насколько легко её молекула диссоциирует с образованием ионов водорода. В молекуле HF взаимодействие атомов друг с другом очень сильное, потому степень диссоциации мала.

В ряду кислот хлора HClO – HClO₂ – HClO₃ сила кислот возрастает, а окислительные свойства уменьшаются.

3. Темы: «Строение атома», «Квантовые числа», «Связь электронного строения атома со свойствами образуемых элементов простых веществ и соединений»

Согласно условию задачи справедливы следующие соотношения:

l + m_l = 0

n/l = 2,5

n + l + m_l + m_s = 4,5

m_s может принимать только два значения: +1/2 и –1/2. Первое значение приводит к нецелочисленному значению орбитального квантового числа l. Второе значение приводит к решению: l = 2, n = 5, m_l = –2, m_s = –1/2.

Данный элемент имеет конфигурацию 5d⁶, что соответствует осмию.

Характерные степени окисления – +8, +6, +4, 0 (в соответствии с правилом четности). Высший оксид осмия – OsO₄, высший фторид – OsF₆, бромид – OsBr₄

Составы этих веществ определяются двумя основными факторами: окислительной способностью галогенов и кислорода и возможными стерическими (пространственными) затруднениями. Именно в силу того, что для достижения степени окисления осмия «+8» требуется только четыре атома кислорода, но 8 атомов фтора, высшая степень окисления достигается в оксиде. Бром отличается меньшей окислительной способностью и способен окислить осмий только до степени окисления «+4».

Ближайшие соседи:

Рутений – с помощью соединений рутения впервые было осуществлено связывание молекулярного азота в лабораторных условиях;

Рений – последний элемент, открытый в природе;

Иридий – рекордсмен по плотности.

4. Темы: «Электролиз. Законы Фарадея», «Карбоновые кислоты»

n = It/(zF).

A(+): 2CH₃OOC(CH₂)₄COO^– –2e = CH₃OOC(CH₂)₈COOCH₃ + 2CO₂.

Если содержание монометиладипината уменьшилось с 1,7 моль до 0,2 моль, значит, образовалось ν(диэфира) = (1,7 – 0,2)/2 = 0,75 моль.

Определим площадь поверхности электрода, находящегося в растворе:

S = S_бок. + S_осн. = 2πrl + πr² = 2π ∙0,5d ∙ 7/8h + π(0,5d)² = πd(0,875h + 0,25d).

ν = jSt/(zF) = jπd(0,875h + 0,25d)t/(zF); t = νzF/(jπd(0,875h + 0,25d))

С учетом размерностей j = 12 А/дм² = 1200 А/м², d = 0,03 м, h = 0,2 м, получим:

t = 0,75 ∙ 2 ∙96500/(1200π ∙0,03 ∙ (0,875 ∙0,2 + 0,25 ∙0,03)) = 7013 с = 1 ч 56 мин 53 с

1. CO₂, CH₃OOC(CH₂)₈COOCH₃, C₂H₆ и CH₃OOC(CH₂)₄CH₃ (за счет рекомбинации радикалов). Их количественное соотношение определяется скоростью движения анионов CH₃OOC(CH₂)₄COO^–, CH₃COO^– в растворе и их концентрацией. Чем меньше масса иона (тем быстрее он двигается в растворе)