Задачи 79-ой Санкт-Петербургской олимпиады школьников по химии 2013 года

Задачи 79-ой Санкт-Петербургской олимпиады школьников по химии 2013 года

Задания отборочного (районного) этапа

Ой Санкт-Петербургской олимпиады по химии

Класс

Автор заданий – Бегельдиева С.М.

1 вариант

1. В соединении титана с кислородом отношение масс элементов составляет 2 : 1. Установите формулу данного соединения. Определите степень окисления титана.

2. Великий волшебник Пристли заполнил 10-литровую колбу воздухом (при н.у.) и принялся изучать его состав. Он выяснил, что около 78% приходится на газ, которому было дано имя «БЕЗЖИЗНЕННЫЙ». Определите количество вещества и объем этого газа, приведите его формулу.

3. Выпишите из предложенного ряда химические явления. Укажите признаки, которые подтверждают Ваш выбор.

Плавление парафина; Горение свечи; Скисание молока; Выпечка блинов; Образование накипи

4. Недавно в Периодической системе Д.И.Менделеева появился новый химический элемент под № 114. Укажите: а) в какой группе (подгруппе) и в каком периоде он должен находиться; б) строение внешнего энергетического уровня. Опишите свойства этого элемента в соответствии с его положением в Периодической системе Д.И. Менделеева.

5. Кофеин принадлежит к тем немногим веществам, содержащимся в чае, которые практически не изменяются в процессе переработки. Его формула — C₆H₁₂O₂N_4.. Определите массу (в граммах) одной молекулы кофеина.

2 вариант

1. В соединении железа с кислородом отношение масс элементов составляет 7 : 3. Установите формулу данного соединения. Определите степень окисления железа.

2. Великий волшебник Пристли заполнил 10 л колбу воздухом (при н.у.) и принялся изучать его состав. Он выяснил, что около 21% приходится на газ, которому было дано имя «ФЛОГИСТОН». Определите количество вещества и объем этого газа, приведите его формулу.

3. Выпишите из предложенного ряда химические явления. Укажите признаки, которые подтверждают Ваш выбор.

Закипание воды; Горение спиртовки; Гашение соды; Выпечка пирога; Вздутие консервов

4. Недавно в Периодической системе Д.И. Менделеева появился новый химический элемент под № 116. Укажите: а) в какой группе (подгруппе) и в каком периоде он должен находиться; б) строение внешнего энергетического уровня. Опишите свойства этого элемента в соответствии с его положением в Периодической системе Д.И. Менделеева.

5. Основным витамином, содержащимся в чае, является витамин Р. Его формула — C₃₆H₂₈O₁₅. Определите массу одной молекулы витамина Р (в граммах).

Класс

Класс

Класс

Решение заданий отборочного (районного) этапа.

Класс

1 вариант

Задача 1.

Массовая доля элемента в соединении рассчитывается по формуле

= ω(х.э.)

Запишем формулу оксида титана в виде Ti_xO_y, тогда, зная из условия, что отношение масс титана и кислорода составляет 2 : 1, получим следующее уравнение: 2/3=48x/(48x+16y)

Предположим, что х=1, тогда, решая уравнение, получим у=1,5.

Если х=2, то получим у=3.х и у должны быть целыми числами, то есть подходит последний вариант – тогда исходный оксид - Ti₂O₃. Ответ: оксид титана (III)

Задача 2.

Как известно, для газов характерна способность занимать весь предоставленный объем. Тогда объем газа составит 10 литров. Количество вещества газа находят по формуле n= (газа), следовательно, n(газа)=7,8:22,4=0,35 моль. «Безжизненным» газом называли азот.

Задача3.

Химическими процессами являются:

– Горение свечи, так как выделяется тепло, образуются новые вещества – сажа и вода.

– Скисание молока, так как появляется запах и осадок.

– Выпечка блинов, так как происходит изменение цвета.

– Образование накипи, так как образуется осадок.

Плавление парафина не является химическим процессом.

Задача 4.

Химический элемент №114 находится в главной подгруппе IV группы, в VII периоде. Конфигурация внешнего энергетического уровня 7s²7p². Он является аналогом свинца, поэтому по химическим свойствам должен быть похож на него. Он должен быть типичным металлом, более химически активным, чем свинец. В своих соединениях он должен проявлять степени окисления +2 и +4. Его оксиды и гидроксиды должны проявлять основные свойства, давая два ряда солей.

Задача 5.

Массу одной молекулы кофеина находим по формуле m(C₆H₁₂O₂N₄)= , где N_А- число Авогадро

m(C₆H₁₂O₂N₄)=1·172:6,02·10²³=28,57·10^-23(г)

2 вариант

Задача 1.

Массовая доля элемента в соединении рассчитывается по формуле

= ω(х.э.)

Запишем формулу оксида железа в виде Fe_xO_y, тогда, зная из условия, что отношение масс железа и кислорода составляет 7 : 3, получим следующее уравнение:

=

Предположим, что y=1, тогда, решая уравнение, получим х=0,7.

Если у=2, то х=1,3.

Если у=3, то х=2.

х и у должны быть целыми числами, то есть подходит последний вариант – тогда исходный оксид- Fe₂O₃.

Ответ: оксид железа (III).

Задача 2.

Как известно, для газов характерна способность занимать весь предоставленный объем. Тогда объем газа составит 10 литров. Количество вещества газа находят по формуле n= (газа), следовательно, n(газа)=2,1:22,4=0,09 моль. «Флогистоном» Пристли называл кислород.

Задача 3.

Химическими процессами являются:

– Горение спиртовки, так как выделяется тепло.

– Гашение соды, так как выделяется газ.

– Выпечка пирога, так как происходит изменение цвета.

– Вздутие консервов, так как выделяется газ и появляется запах.

Закипание воды химическим процессом не является.

Задача 4.

Химический элемент №116 должен находиться в главной подгруппе VI группы, в VII периоде. Конфигурация внешнего электронного слоя 7s²7p⁴. Он является аналогом полония, поэтому по химическим свойствам должен быть похож на него. В химическом отношении он должен проявлять свойства как металла, так и неметалла. В своих соединениях он должен проявлять степени окисления +4 и +6. Его оксиды и гидроксиды должны проявлять кислотные свойства (возможно амфотерные).

Задача 5.

Массу одной молекулы витамина Р находим по формуле m(C₃₆H₂₈O₁₅)= , где Na- число Авогадро

m(C₃₆H₂₈O₁₅)=1·700:6,02·10²³=116,3·10^-23(г)

Класс

1 вариант

Задача 1

Анализ брутто-формул позволил определить строение веществ А-Г:

А –H₈O₃N₂С- (NH₄)₂CO₃ – карбонат аммония, средняя соль.

Б –H₂O₂Cl Fe– Fe(OH)₂Cl – хлорид дигидроксожелеза(III), основная соль.

В –H₂O₆S₂ Ba– Ba(HSO₃)₂ - гидросульфит бария, кислая соль.

Г –O₁₂ S₃ Al₂- Al₂(SO₄)₃ - сульфат алюминия, средняя соль.

Уравнения характерных реакций:

А:(NH₄)₂CO₃ = NH₃↑ +H₂O + CO₂ ↑ (нагрев.) или (NH₄)₂CO₃ + 2NaOH = NH₃↑+H₂O + Na₂CO₃ (нагрев.).

Б:Fe(OH)₂Cl + 2HCl = FeCl₃ + 2H₂O (обычные усл.)

В:Ba(HSO₃)₂ + Ba(OH)₂ = 2BaSO₃ ↓+ 2H₂O (об.усл.) или Ba(HSO₃)₂ = BaSO₃ + SO₂ ↑ + H₂O (нагрев.)

Г:Al₂(SO₄)₃ + 6NaOH = Al(OH)₃ ↓+ 3Na₂SO₄ (об.усл.) или Al₂(SO₄)₃ + 3BaCl₂ = 3BaSO₄ ↓+ 2AlCl₃ (об.усл.).

Задача 2

Уравнения протекающих реакций:

Fe + S = FeS FeS + 2HCl = FeCl₂ + H₂S↑H₂S + Pb(NO₃)₂ = PbS↓ + НNO₃

Из этих уравнений можно составить стехиометрическую схему:

S → PbS

из 32 г серы получается 239 г сульфида свинца из 4,8 г серы х г

отсюда масса сульфида свинца теоретическая равна: (4,8·239):32 = 35,85 (г).

Практический выход осадка: 21,15: 35,85 = 0,590 или 59,0%.

Задача 3

М (Na₂СO₃) = 106 (г/моль) М (Na₂СO₃ ·10H₂O) = 286 (г/моль)

Находим соотношение между массой «свободной» воды и массой кристаллогидратав 100 г 10%-ного раствора. Пересчитаем массу Na₂СO₃ на массу кристаллогидрата Na₂СO₃ ·10H₂O.

106 г Na₂СO₃ содержатся в 286 г Na₂СO₃ ·10H₂O 10 г Na₂СO₃ содержатся в х г Na₂СO₃ ·10H₂O

Масса Na₂СO₃ ·10H₂O равна: (10 : 106)· 286 = 26,98 (г). Масса «свободной воды» равна 100 – 26,98 = 73,02 (г).

Зная это соотношение, находим необходимую массу кристаллогидрата: В 73,02 г воды растворится 26,98 г Na₂СO₃ ·10H₂O. В 250 г воды растворится х г Na₂СO₃ ·10H₂O

Масса Na₂СO₃ ·10H₂O равна: (250 · 26,98) : 73,02 = 92,37 (г)

Задача 4

Pb²⁺ + Me = Pb + Me²⁺ (1)

А 207

Cu²⁺ + Me = Cu + Me²⁺ (2)

А 64

Увеличение массы пластинки может происходить тогда, когда атомная масса исходного металла будет меньше атомной массы вытесняемого металла ( в данном свинца), а уменьшение массы пластинки тогда, когда атомная масса исходного металла больше атомной массы вытесняемого металла.

Таким образом, по реакции (1) увеличение массы составляет (207 – А), а по реакции (2) уменьшение массы составляет (А – 64), где А – атомная масса неизвестного металла.

Масса выделившегося свинца: 207n Масса выделившейся меди: 64n

Увеличение массы пластинки: 207n - Аn Уменьшение массы пластинки: Аn - 64n (n - число молей)

Пусть масса пластинки – m, тогда:

m составляет 100% (207n - Аn) составляет 9,5%

m = (207n - Аn) · 100% : 9,5% m составляет 100%

(Аn - 64n) составляет 4,8% m = (Аn - 64n) · 100% : 4,8%

По условию задачи (207n - Аn) · 100% : 9,5% = (Аn - 64n) · 100% : 4,8%

А = 112 , металл кадмий – Сd

Задача 5.

Белый нерастворимый в кислой среде осадок, выпадающий при добавлении Ba(NO₃)₂, является сульфатом BaSO₄. Следовательно, купоросы – соли серной кислоты. При нагревании до 300°С может удаляться кристаллизационная вода. Следовательно, купоросы – это кристаллогидраты сульфатов двухвалентных металлов. Представим формулу Х в виде MSO₄·nH₂O. Прокаливание 3,000 г Х привело к потере 3,000·0,374 = 1,122 г воды, что соответствует 1,122:18,02 = 0,06226 моль Н₂О. В осадок выпало 2,904:233,40 = 0,01244 моль BaSO₄. Очевидно, что число молей купороса такое же. Следовательно, на моль купороса приходится 0,06226: 0,01244 = 5 моль Н₂О, то есть n = 5. Молярная масса купороса Х равна 3,000: 0,01244 = 241,15 г/моль. Молярную массу купороса Х можно представить в виде М(Х) = М(М) + M(SO₄) + nM(H₂O), где М(М) – молярная масса металла М. Отсюда М(М) = 241,15 – 96,06 − 5·18,02 = 54,99. Это – марганец. Таким образом, формула искомого купороса купороса – MnSO₄·5H₂O.

Уравнения реакций: MnSO₄·5H₂O = MnSO₄+5H₂O↑ MnSO₄+ Ba(NO₃)₂=Mn(NO₃)₂ + BaSO₄↓.

2 вариант

Задача 1

Анализ брутто-формл позволил определить строение веществ А-Г:

А –H₂O₅С Cu₂ - (CuОH)₂CO₃ – карбонат гидроксомеди, основная соль.

Б –O₂Cl₂Ca – Ca(ClО)₂ – гипохлорит кальция, средняя соль.

В –H₈O₇N₂Cr₂ - (NH₄)₂Cr₂O₇ –- дихромат аммония, средняя соль.

Г –H₄O₈P₂Mg - Mg(H₂PO₄)₂ -дигидроортофосфат магния, кислая соль.

Уравнения характерных реакций:

А: (CuOH)₂CO₃ = 2 CuO + H₂O↑ + СО₂↑ (нагрев.) или (CuOH)₂CO₃ + 4HCl = 2CuCl₂ + 3H₂O + СО₂↑ (об.усл.)

Б:Ca(ClО)₂ + 4HCl = CaCl₂ + 2Cl₂↑ + 2H₂O (об.усл.) или Ca(ClО)₂+СО₂ + H₂O = CaCO₃↓ + 2НOCl

В: (NH₄)₂Cr₂O₇ + 4NaOH = 2Na₂CrO₄ + 2NH₃↑ + 3H₂O (об.усл.) или (NH₄)₂Cr₂O₇ = N₂↑ + Cr₂O₃ + 4H₂O↑ (нагрев.)

Г:3Mg (H₂PO₄)₂ + 12NaOH = Mg₃(PO₄)₂↓ + 4Na₃PO₄ + 12H₂O (об.усл.)

Задача 2

Уравнения протекающих реакций:

4P + 5O₂ = 2P₂O₅ P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄ 2H₃PO₄ + 3Ba(OH)₂ = Ba₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O

Из этих уравнений можно составить стехиометрическую схему:

2P→Ba₃(PO₄)₂ из 62 г фосфора получается 601 г фосфата бария, из 7,5 г фосфора получается х г фосфата бария, отсюда теоретическая масса фосфата бария равна: (7,5·601): 62 = 72,7(г).

Практический выход осадка: 61,7 : 72,7= 0,849 или 84,9%.

Задача 3

М (Na₂SO₄) = 142 (г/моль) М (Na₂SO₄·10H₂O) = 322 (г/моль)

Находим соотношение между массой «свободной» воды и массой кристаллогидратав 100 г 5%-ного раствора: Пересчитаем массу Na₂SO₄ на массу кристаллогидрата Na₂SO₄·10H₂O.

В 322 г Na₂SO₄·10H₂O содержатся 142 г Na₂SO₄ В 57,4 г Na₂SO₄·10H₂O содержатся х г Na₂SO₄

Масса Na₂SO₄ равна: (57,4: 322)·142 = 25,31(г). Находим массу 5%-ного раствора, в которой должен содержаться безводный Na₂SO₄ : 25,31 : 0,05 = 506,26 (г).

Из этой массы раствора вычитаем массу исходного кристаллогидрата и получаем необходимую массу воды:

506,26 – 57,4 = 448,86 (г).Масса воды необходимая для получения раствора равна 448,86 (г).

Задача 4

Pb²⁺ + Me = Pb + Me²⁺ (1)

А 207

Cо²⁺ + Me = Cо + Me²⁺ (2)

А 59

Увеличение массы пластинки может происходить тогда, когда атомная масса исходного металла будет меньше атомной массы вытесняемого металла ( в данном свинца), а уменьшение массы пластинки тогда, когда атомная масса исходного металла больше атомной массы вытесняемого металла. Таким образом, по реакции (1) увеличение массы составляет (207 – А), а по реакции (2) уменьшение массы составляет (А – 59), где А – атомная масса неизвестного металла. Масса выделившегося свинца: 207n

Масса выделившегося кобальта: 59n Увеличение массы пластинки: 207n - Аn

Уменьшение массы пластинки: Аn - 59n (n - число молей) Пусть масса пластинки – m, тогда:

m составляет 100% (207n - Аn) составляет 1,42% m = (207n - Аn) · 100% : 1,42%

m составляет 100% (Аn - 59n) составляет 0,06% m = (Аn - 59n) · 100% : 0,06%

По условию задачи (207n - Аn) · 100% : 1,42% = (Аn - 59n) · 100% : 0,06%

А = 65 , металл цинк – Zn

Задача 5.

Белый нерастворимый в кислой среде осадок, выпадающий при добавлении BaCl₂, является сульфатом BaSO₄. Следовательно, купоросы – соли серной кислоты. При нагревании до 300°С может удаляться кристаллизационная вода. Следовательно, купоросы – это кристаллогидраты сульфатов двухвалентных металлов. Представим формулу Х в виде MSO₄·nH₂O. Прокаливание 2,000 г Х привело к потере 2,000·0,449 = 0,898 г воды, что соответствует 0,898:18,02 = 0,0498 моль Н₂О. В осадок выпало 1,662:233,40 = 0,00712 моль BaSO₄. Очевидно, что число молей купороса такое же. Следовательно, на моль купороса приходится 0,0498: 0,0712 = 7 моль Н₂О, то есть n = 7. Молярная масса купороса Х равна 2,000: 0,00712 = 280,90 г/моль. Молярную массу купороса Х можно представить в виде М(Х) = М(М) + M(SO₄) + nM(H₂O), где М(М) – молярная масса металла М. Отсюда М(М) = 280,90 – 96,06 − 7·18,02 = 58,70. Это – никель.Таким образом, формула искомого купороса купороса – NiSO₄·7H₂O.

Уравнения реакций: NiSO₄·7H₂O = NiSO₄+7H₂O↑ NiSO₄ + BaCl₂ = NiCl₂ + BaSO₄↓.

Класс

1 вариант

Задача 1.

6, 3, 2, 1

KNO_{3 (тв)} + H₂SO_{4 (конц)} = HNO₃ + KHSO₄

BaSO₃ = BaO + SO₂

AlCl₃ + H₂O = Al(OH)Cl₂ + HCl

СО_{2 (тв.)} = СО_{2 (газ)}

Задача 2.

Один из возможных вариантов:

Источник иода – водоросли. В золе после сгорания водорослей содержатся иодиды калия и натрия. Иод может быть получен электролизом водной суспензии золы с инертными электродами. Гидроксид натрия легко получить электролизом водного раствора каменной соли. При растворении иода в щелочи получается смесь иодида и иодата.

Реакции:

2MI + 2H₂O = 2MOH + H₂ + I₂ (электролиз)

2NaCl + 2H₂O = 2NaOH + H₂ + Cl₂ (электролиз)

6NaOH + I₂ = 5NaI + NaIO₃ + 3H₂O

Задача 3.

При взаимодействии металлов с очень разбавленной азотной кислотой возможно три варианта:

а) Me + HNO₃ ® Me(NO₃)_x + NO

б) Me + HNO₃ ® Me(NO₃)_x + N₂

в) Me + HNO₃ ® Me(NO₃)_x + NH₄NO₃

Реакции (а) и (б) относятся к случаю малоактивных металлов, а реакция (в) будет протекать в случае активных металлов. В случаях (а) и (б) при прокаливании сухого остатка будет происходить разложение нитрата либо до оксида металла, кислорода и диоксида азота, либо до металла, кислорода и диоксида азота.

Me(NO₃)_x = MeO_x/2 + xNO₂ + x/4O₂ Из 1 моль нитрата получается 1,25x моль газообразных продуктов.

Тогда получаем: 1,92:22,4 = 0,0857 = 4·1,25·х:М М = 58,34х – таких металлов нет

Me(NO₃)_x = Mе + xNO₂ + x/2O₂ Из 1 моль нитрата получается 1,5x моль газообразных продуктов.

Тогда получаем: 0,0857 = 4·1,5·х:М М = 70,01х – таких металлов нет

В случае (в) сухой остаток будет смесью нитрата металла и нитрата аммония. При прокаливании нитрата такого металла он будет разлагаться на нитрит и кислород или на оксид металла и диоксид азота, а нитрат аммония - на азот, кислород и воду (N₂O при данной температуре термически неустойчив). Рассмотрим первый вариант

Ме + 5x/4HNO₃ = Me(NO₃)_x + x/8NH₄NO₃ + 3x/8H₂O Me(NO₃)_x = Me(NO₂)_x + x/2O₂

2NH₄NO₃ = 2N₂ + О₂ + 4H₂O Таким образом, на 1 моль металла приходится 0,9375х моль газов.

0,0857 = 4·0,9375·х:М М = 43,76х. При х = 2 М = 87,52 г/моль, металл – стронций.

Задача 4.

Условием осуществления процесса получения металла из его оксида методом металлотермии является экзотермичность соответствующей реакции восстановления

xМg + M’O_x = xMgO + M’

Тепловой эффект этой реакции легко рассчитать по закону Гесса:

Q = xQ_обр(MgO) – Q_обр(M’O_x)

Тогда получаем:

Металл	Х	Q, кДж/моль
Ca		-33	Эндо
Ga	1,5	-7	Эндо
La	1,5	5,5	Экзо
Ti			Экзо
Zn			Экзо

Таким образом, из приведенных металлов методом магнийтермии могут быть получены лантан, титан и цинк. Препятствовать получению металла данным методом могут процессы образования твердых растворов и сплавов, снижающие чистоту продукта.

Задача 5.

Пусть M(Hal) = x г/моль, тогда по результатам анализа можно получить соотношение элементов в X-Hal:

= 3,36 : 6,11 : 53,56/x = x/15,94 : x/8,77 : 1.

Hal	M(Hal) = x, г/моль	Соотношение
F		1,19 : 2,17 : 1
Cl	35,5	2,23 : 4,05 :1
Br		5,02 : 9,12 : 1
I		7,97 : 14,48 :1

По химическому смыслу подходит только вариант с бромом: C₅H₉Br (X – C₅H₁₀ – удовлетворяет формуле С_nH_2n, соответствующей алкенам или циклоалканам)

Исходя из этой формулы, получим теоретические значения: ω(С) = 40,29% и ω(Н) = 6,10%. Следовательно, Δ(C) = 100·(40,33-40,29):40,29 = 0,1%.

Δ(H) = 100·(6,11-6,10):6,10 = 0,16%.

Всего существует 12 изомерных углеводородов:

По 6 моногалогенпроизводных имеют пентен-1 и метилциклобутан:

По 3 моногалогенпроизводных имеют 2-метилбутена-2 и транс-1,2-диметилциклопропан:

2 моногалогенпроизводных имеет 1,1-диметилциклопропан:

Задача 6.

По схеме реакций получается:С₆Н₁₂ → С₆H_12-nBr_n →nAgBr

Числа моль циклогексана и бромида серебра равны, соответственно: 10,5:84,18=0,1247 и 35,10:187,77=0,1869, а их отношение: 0,1869:0,1247=1,50. Это означает, что продукт представляет собой эквимолярную (т.е., с соотношениям по молям 1:1) смесь моно- и дибромциклогексана.

2 вариант

Задача 1.

2, 5, 6, 7

NH₄NO₃ = N₂O + 2H₂O

CH₄ = C + 2H₂ или 2CH₄ = C₂Н₂ + 3H₂

2BaO₂ = 2BaO + O₂

Zn + 2KOH + 2H₂O = K₂[Zn(OH)₄] + H₂

Задача 2.

Бром содержится в морской воде в виде бромид-ионов и легко может быть вытеснен хлором (отделить от иода можно путем охлаждения и последующего выделения кристаллов иода). Хлор для этих целей легко получить электролизом раствора хлорида калия, встречающегося в природе в виде минерала сильвина. При последующем растворении брома в щелочи получается смесь бромида и бромата.

Реакции:

2KCl + 2H₂O = 2KOH + H₂ + Cl₂ (электролиз)

Cl₂ + 2NaBr = 2NaCl + Br₂

6KOH + Br₂ = 5KBr + KBrO₃ + 3H₂O

Задача 3.

При взаимодействии металлов с очень разбавленной азотной кислотой возможно три варианта:

а) Me + HNO₃ ® Me(NO₃)_x + NO

б) Me + HNO₃ ® Me(NO₃)_x + N₂

в) Me + HNO₃ ® Me(NO₃)_x + NH₄NO₃

Реакции (а) и (б) относятся к случаю малоактивных металлов, а реакция (в) будет протекать в случае активных металлов. В случаях (а) и (б) при прокаливании сухого остатка будет происходить разложение нитрата либо до оксида металла, кислорода и диоксида азота, либо до металла, кислорода и диоксида азота.

Me(NO₃)_x = MeO_x/2 + xNO₂ + x/4O₂ Из 1 моль нитрата получается 1,25x моль газообразных продуктов.

Тогда получаем: 1,53:22,4 = 0,0683 = 5·1,25·х:М М = 91,5х – таких металлов нет

Me(NO₃)_x = Mе + xNO₂ + x/2O₂ Из 1 моль нитрата получается 1,5x моль газообразных продуктов.

Тогда получаем: 0,0683 = 5·1,5·х:М М = 109,81х – таких металлов нет

В случае (в) сухой остаток будет смесью нитрата металла и нитрата аммония. При прокаливании нитрата такого металла он будет разлагаться на нитрит и кислород или на оксид металла и диоксид азота, а нитрат аммония - на азот, кислород и воду (N₂O при данной температуре термически неустойчив). Рассмотрим первый вариант

Ме + 5x/4HNO₃ = Me(NO₃)_x + x/8NH₄NO₃ + 3x/8H₂O Me(NO₃)_x = Me(NO₂)_x + x/2O₂

2NH₄NO₃ = 2N₂ + О₂ + 4H₂O Таким образом, на 1 моль металла приходится 0,9375х моль газов.

0,0683 = 5·0,9375·х:М М = 68,63х При х = 2 М = 137,26 г/моль, металл – барий.

Задача 4.

Условием осуществления процесса получения металла из его оксида методом металлотермии является экзотермичность соответствующей реакции восстановления

xAl + 1,5M’O_x = x/2Al₂O₃ + 1,5M’

Тепловой эффект этой реакции легко рассчитать по закону Гесса:

Q = x/2Q_обр(Al₂O₃) – 1,5Q_обр(M’O_x)

Тогда получаем:

Металл	Х	Q, кДж/моль
Mg		-65	эндо
Sn		804,5	Экзо
In	1,5		Экзо
Cr	1,5	267,5	Экзо
Cd			экзо

Таким образом, из приведенных металлов методом алюминотермии могут быть получены олово, индий, хром и кадмий. Препятствовать получению металла данным методом могут процессы образования твердых растворов и сплавов, снижающие чистоту продукта.

Задача 5.

Пусть M(Hal) = x г/моль, тогда по результатам анализа можно получить соотношение элементов в X-Hal:

= 2,56 : 4,64 : 64,70/x = x/25,27 : x/13,94 : 1.

Hal	M(Hal) = x, г/моль	Соотношение
F		0,75 : 1,36 : 1
Cl	35,5	1,40 : 2,55 :1
Br		3,17 : 5,74 : 1
I		5,03 : 9,11 :1

По химическому смыслу подходит только вариант с иодом: C₅H₉I (X – C₅H₁₀ – удовлетворяет формуле С_nH_2n, соответствующей алкенам или циклоалканам). Исходя из этой формулы, получим теоретические значения: ω(С) = 30,63% и ω(Н) = 4,64%. Следовательно, Δ(C) = 100·(30,66-30,63):30,63 = 0,1%.

Δ(H) = 100·(4,64-4,64):4,64 = 0,0%. (Водород определен точно).

Всего существует 12 изомерных углеводородов:

По 6 моногалогенпроизводных имеют пентен-1 и метилциклобутан:

По 3 моногалогенпроизводных имеют 2-метилбутена-2 и транс-1,2-диметилциклопропан:

2 моногалогенпроизводных имеет 1,1-диметилциклопропан:

Задача 6.

По схеме реакций получается:С₆Н₁₂ → С₆H_12-nCl_n →nAgCl

Числа моль циклогексана и хлорида серебра равны, соответственно: 5,5:84,18=0,0653 и 14:143,32=0,0977, а их отношение: 0,1869:0,1247=1,50. Это означает, что продукт представляет собой эквимолярную (т.е., с соотношением по молям 1:1) смесь моно- и дихлорциклогексана.

Класс

1 вариант

Задача 1.

Один из возможных вариантов:

С + O₂ = CO₂

CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O

Na₂CO₃ + CaCl₂ = 2NaCl + CaCO₃

CaCO₃ + 4C = CaC₂ + 3CO

CaC₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂C₂

Задача 2.

Из бинарных соединений кальция при взаимодействии с водой газ будут образовывать гидрид, карбид, нитрид, фосфид. Соответственно, продуктами взаимодействия с водой могут быть водород, ацетилен, аммиак и фосфин. Поскольку относительная плотность по аргону выделяющегося при взаимодействии с селенистой кислотой газа равна 0,85, молярная масса этого газа составляет М = 0,85·40 = 34 г/моль. Данному условию отвечает фосфин, РН₃. По-видимому, второй газ поглощается кислотой. Из указанных выше вариантов основные свойства проявляет только аммиак. Следовательно, исходная смесь состояла из фосфида и нитрида кальция.

Ca₃P₂ + 6H₂O = 3Ca(OH)₂ + 2PH₃

Ca₃N₂ + 6H₂O = 3Ca(OH)₂ + 2NH₃

Ca₃P₂ + 3H₂SeO₃ = 3CaSeO₃ + 2PH₃

Ca₃N₂ + 4H₂SeO₃ = 3CaSeO₃ + (NH₄)₂SeO₃

Определим мольное соотношение нитрида и фосфида кальция. Пусть мольная доля аммиака в смеси газообразных продуктов составляет х. Тогда: 17х + 34·(1-х) = 0.65·40 = 26, х = 0,47, т.е., на 0,47 моль нитрида кальция приходится 0,53 моль фосфида. Тогда массовая доля нитрида кальция составит

0,47·148:(0,47·148 + 0,53·182) = 41,9% Массовая доля фосфида кальция – 58,1%.

Задача 3.

При электролизе будет протекать процесс:

2HCl = H₂ + Cl₂

Полученный хлор будет взаимодействовать с гидроксидом бария:

2Ba(OH)₂ + 2Cl₂ = BaCl₂ + Ba(ClO)₂ + 2H₂O и 6Ba(OH)₂ + 6Cl₂ = 5BaCl₂ + Ba(ClO₃)₂ + 6H₂O Следует отметить, что массы образующихся солей в обоих случаях одинаковы. В исходном растворе хлороводорода присутствовало 250·1,05·0,10:36,5 = 0,72 моль HCl. Для получения 1 моль хлора требуется 96500·2 = 193000 Кл. По условию задачи через раствор пропустили 5 000 Кл электричества, следовательно, хлороводород в недостатке. В результате электролиза получилось 5000:193000 = 0,026 моль хлора. В баритовой воде присутствовало 300·0,05:171,3 = 0,088 моль гидроксида бария. По-видимому, хлор взят в недостатке. Тогда в результате реакции получится 0,044 моль хлорида бария и 0,044 моль гипохлорита бария или 0,0073 моль хлорида и 0,0367 моль хлората или смесь хлорида, хлората и гипохлорита. Также останется непрореагировавший гидроксид бария в количестве 0,036 моль Масса продукта при этом составит m = 0,044·208,3 + 0,044·240,3 + 0,036·171,3 = 25,91 г

Задача 4.

Запишем кинетическое уравнение реакции.

V = k[CH₃CHO]²

Повышение давления равнозначно увеличению концентрации газообразных веществ. Следовательно, концентрация увеличилась в 1,52:1,1 = 1,382 раза.

V^’ = k[CH₃CHO]^’2 = k∙1,382²[CH₃CHO]² = 1,91V

По условию также уменьшили температуру на 10 ^oС. По правилу Вант-Гоффа:

V^’ = V∙g^DT/10 = V∙2,2^-1 = 0,4545V

В результате скорость реакции увеличится в 1,91∙0,4545 = 0,87 раза (< 1). Т.е. скорость реакции уменьшится в 1:0,87 = 1,15 раза.

Схема катализа:

СН₃СНО + I₂ → СН₃I + НI + СО (иодоформная реакция)

СН₃I + НI → СН₄ + I₂

Ответ: скорость реакции уменьшится в 1,15 раза.

Задача 5.

Кислотная дегидратация спиртов приводит к образованию алкенов или простых эфиров (только в случае первичных спиртов). Рассмотрим возможные случаи образования продуктов в температурном интервале нагревания до 140 ^oС (тогда исключается возможность образования алкенов из первичных спиртов):

1) первичный (1)/первичный (2) – эфир (1), эфир(2), эфир (3) – продукт перекрестной дегидратации: образуется 3 продукта, противоречит условию;

2) вторичный (1)/ вторичный (2) – алкен (1), алкен (2); для случаев третичный (1)/третичный (2) и вторичный/третичный аналогично: массовая доля углерода 12n:14n = 6/7 есть величина постоянная для любого алкена (C_nH_2n), противоречит условию;

3) первичный/ вторичный – эфир, алкен; для случая первичный/третичный аналогично – удовлетворяет условию.

Легко показать, что массовая доля углерода в любом эфире всегда меньше, чем в алкене. Общая формула эфира C_nH_2n+2O, ω(C) = 12n:(14n + 18) = 6/7 – 0,119. Решая это уравнение, получим n = 8. В спирте число атомов углерода в 2 раза меньше. Таким образом, один из спиртов н-C₄H₉OH.

ω(C в н-C₄H₉OH) = 100∙12∙4:74 = 64,9%, тогда ω(C в C_mH_{2m + 2}O) = (64,9 ± 4,9)% = 100∙12m:(14m + 18). Решая два уравнения, получим, m = 5,5 и m = 3. m должно быть натуральным числом, т.е. m = 3. Второй спирт – i-C₃H₇OH.

Задача 6.

Пусть Х – доля минорного компонента. Константа равновесия реакции изомеризации может тогда быть представлена следующим образом:

К = Х:(1-Х) = 0,25. Отсюда Х=0,2, т.е. доли изомеров составляют 20% и 80%. Наиболее термодинамически стабилен 2-хлорпропан, он будет в избытке.

Одним из удобных способов синтеза является следующий:

CaC₂ + 2H₂O = HC≡CH + Ca(OH)₂

Al₄C₃ + 12HCl = 3CH₄ + 4AlCl₃

CH₄ + Br₂ = CH₃Br

HC≡CH + NaNH₂ = HC≡CNa + NH₃ (вместо NaNH₂ можно использовать Na)

HC≡CNa + CH₃Br = HC≡CCH₃ + NaBr

HC≡CCH₃ + H₂ = H₂C=CHCH₃ (реакция идет в присутствии каталитически активного Pd)

H₂C=CHCH₃ + HCl = H₃CCHClCH₃

Однако возможны и другие пути синтеза.

2 вариант

Задача 1.

Один из возможных вариантов:

С + O₂ = CO₂

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃ + H₂O

CaCO₃ + 3C = CaC₂ + 3CO

CaC₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂C₂

H₂C₂ + 2HCl = CH₃CHCl₂

Задача 2.

Из бинарных соединений натрия при взаимодействии с водой газ будут образовывать гидрид, карбид, нитрид, фосфид. Соответственно, продуктами взаимодействия с водой могут быть водород, ацетилен, аммиак и фосфин. Поскольку относительная плотность выделяющегося при взаимодействии с водой газа по неону равна 1,30, молярная масса этого газа составляет М = 1,30·20 = 26 г/моль. Данному условию отвечает ацетилен, С₂Н₂.

По-видимому, второй газ поглощается кислотой. Из указанных выше вариантов основные свойства проявляет только аммиак. Следовательно, исходная смесь состояла из карбида и нитрида натрия.

Na₃N + 3H₂O = 3NaOH + NH₃

Na₂C₂ + 2H₂O = 2NaOH + C₂H₂

2Na₃N + 4H₃PO₃ = 3Na₂HPO₃ + (NH₄)₂HPO₃

Na₂C₂ + H₃PO₃ = Na₂HPO₃ + C₂H₂

Определим мольное соотношение нитрида и карбида натрия. Пусть мольная доля аммиака в смеси газообразных продуктов составляет х. Тогда:17х +26·(1-х) = 1,00·20 = 20; х = 2/3, т.е., на 2/3 моль нитрида натрия приходится 1/3 моль карбида. Тогда массовая доля нитрида натрия составит 2/3·83:(2/3·83 + 1/3·70) = 70,3% Массовая доля карбида натрия – 29,7%.

Задача 3.

При электролизе будет протекать процесс: 2HBr = H₂ + Br₂

Полученный бром будет взаимодействовать с раствором поташа: 3K₂CO₃ + Br₂ = 5KBr + KBrO₃ + 3CO₂

В исходном растворе хлороводорода присутствовало 200·1,15·0,15:81 = 0,426 моль HBr. Для получения 1 моль брома требуется 96500·2 = 193000 Кл. По условию задачи через раствор пропустили 7 000 Кл электричества, следовательно, бромоводород в недостатке. В результате электролиза получилось 7000:193000 = 0,036 моль брома. В растворе поташа присутствовало 200·0,08:138 = 0,116 моль карбоната калия. По-видимому, бром взят в недостатке. Тогда в результате реакции получится 0,18 моль бромида калия и 0,036 моль бромата калия, а также останется 0,01 моль карбоната калия. Масса сухого остатка составит m = 0,18·110 + 0,036·167 + 0,01·138 = 27,192 г

Задача 4.

Запишем кинетическое уравнение реакции.

V = k[CH₃CHO]²

Понижение давления равнозначно уменьшению концентрации газообразных веществ. Следовательно, концентрация стала равна (0,72:1,5)[CH₃CHO] = 0,48[CH₃CHO].

V^’ = k[CH₃CHO]^’2 = k∙0,48²[CH₃CHO]² = 0,2304V

По условию также увеличили температуру на 20 ^oС. По правилу Вант-Гоффа:

V^’ = V∙g^DT/10 = V∙2,2² = 4,84V

В результате скорость реакции увеличится в 0,2304∙4,84 = 1,12 раза.

Схема катализа: СН₃СНО + I₂ → СН₃I + НI + СО СН₃I + НI → СН₄ + I₂

Ответ: скорость реакции увеличится в 1,12 раза.

Задача 5.

Кислотная дегидратация спиртов приводит к образованию алкенов или простых эфиров (только в случае первичных спиртов). Рассмотрим возможные случаи образования продуктов в температурном интерва<