Муниципальный этап всероссийской олимпиады школьников по химии. Задача10-1(11 баллов).Сосуд, заполненный азотом, имеет массу 80,84 г; тот же сосуд, заполненный алкеном

Класс

Задача10-1 (11 баллов). Сосуд, заполненный азотом, имеет массу 80,84 г; тот же сосуд, заполненный алкеном, имеет массу 81, 33 г. (газы в сосуде находятся при нормальных условиях). Определите структурную формулу алкена и назовите его, если известно, что он имеет одно ответвление от главной цепи. Учтите, что масса сосудов без газов равна 80,35 г.

Задача10-1 (11 баллов).Дано: m (c) = 80,35 (c – сосуд); m (с +N₂) = 80,84 г; m (с +а) = 81,33 г; (а – алкен). Определить: х – формулу алкена.

Решение. 1. Определяем массу и количество вещества азота, находящегося в сосуде

m(N₂) = m(c +N₂) – m(c); m(N₂) = 80,84 г – 80,35г = 0,49 г

n(N₂) = ; n(N₂) = = 0,0175 моль (2 балла)

2. Представим молярную массу в виде М(С _х Н_2х) = х М(С) + 2 х М(Н) (2 балла);

М(С _х Н_2х) = 14 х г/моль. Вычисляем массу и количество вещества алкена в смеси:

m(a) = m(c + a) – m(c); m(a) = 81,33 г – 80,35г = 0,98 г

n(a) = ; n(a) = = моль (2 балла)

СН2 = С – СН3   СН3 (2 балла)

3. Из закона Авогадро следует: n(N₂) = n(a); 0,0175 = ; х = 4. Эмпирическая формула алкена С₄Н₈ (3 балла). Учитывая, что алкен имеет одно ответвление от главной цепи, напишем его формулу:

 

Задача 10 – 2 (9 баллов). На нейтрализацию предельной одноосновной кислоты массой 7,4 г затрачен раствор с массовой долей гидроксида калия 40% объемом 10 мл и плотностью 1,4 г/мл. Определите формулу кислоты.

Задача 10 – 2 (9 баллов). Дано: m(ПК) = 7,4 г (ПК предельная одноосновная кислота) С _х Н_2х+1СООН; V = 10 мл; ρ = 1,4 г/мл; w (КОН) =40%. Определить:х – формулу кислоты.

Решение. 1. Вычисляем массу и количество вещества КОН, который содержится в растворе: m = V ∙ ρ; m =10 мл ∙ 1,4 г/мл =14г (1 балл)

m (КОН) = ; m (КОН) = = 5,6 г; n(КОН) = n(КОН) = = 0,1 моль (2 балла).

2.Расчитываем количество вещества кислоты, взятой для реакции.

М( ПК ) = хМ( С ) +(2х +1)М( Н )+М( С ) +2М( О ) +М( Н ); М( ПК )=(14х + 46) г/моль

n(ПК) = n(ПК) = (3 балл).

3.Составляем уравнение реакций: С_xH_2x+1COOH +КОН → С_xH_2x+1COOК + Н₂О (1 балл)

4.Из уравнения реакции следует: n(ПК) = n(КОН); = 0,1 (1 балл)

5.Отсюда следует, что х =2. Формула кислоты С₂Н₅СООН. Это пропионовая кислота (1 балл).

Задача 10 - 3. (12 баллов). Химические свойства хлора и йода отличаются во многих деталях. Приведите примеры, в которых хлор и йод реагируют по-разному.

Задача 10 - 3. (12 баллов).Решение. 1. С металлической медью или железом при нагревании: 2Сu + I₂ =2CuI; Cu + Cl₂ = CuCl₂; Fe + I₂ → Fe I₂; 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl ₃ (4 балла)._.

2. Со фтором: I₂ + 5F₂ → 2IF₅; Cl₂ + 3F₂ → 2ClF₃ (2 балла).

3. С раствором щелочи на холоде: 2NaOH + Cl₂ → NaCl + NaOCl + H₂O;

6NaOH + 3I₂ → 5NaI + NaIO₃ + 3H₂O (2 балла).

4. С раствором тиосульфата натрия: Na₂S₂O₃ + 4Cl₂ + 5H₂O → Na₂SO₄ + H₂SO₄ + 8HCl;

Na₂S₂O₃ + I₂ → Na₂S₄O₆ +2NaI (2 балла).

Задача 10 – 4 (9 баллов). Определите массовые доли (в %) сульфата железа (II) и сульфида алюминия в смеси, если при обработке 25 г этой смеси водой выделился газ, который

полностью прореагировал с 960 г 5%-ного раствора сульфата меди.

Задача 10 – 4 (9 баллов). Решение. 1) Составлены уравнения реакций: Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S; CuSO₄ + H₂S = CuS +H₂SO₄ (2 балла). 2) Рассчитано количество вещества сероводорода: n (CuSO4) = 960 ∙ 0,05 / 160 = 0,3 моль; n(H₂S) = n(CuSO4) = 0,3 моль (2 балла). 3) Рассчитаны количество вещества и массы сульфида алюминия и сульфата железа(II): n (Al₂ S ₃) = n (H ₂S) = 0,1моль; m(Al₂ S ₃) = 0,1∙150 =15 г; m(FeSO₄) = 25 -15 = 10 г (3 балла). 4) Определены массовые доли сульфата железа(II) и сульфида

алюминия в исходной смеси: ω(FeSO4) = 10 / 25 = 0,4, или 40%; ω (Al₂S₃) =15 / 25 = 0,6, или 60% (2 балла).

Задача 10-5 (20 баллов). Однажды химик Юра Б., разбирая в своей лаборатории старый заброшенный сейф, обнаружил в нём неподписанную банку с белым кристаллическим веществом (соль X), окрашивающим пламя в фиолетовый цвет. «Что же там?» – подумал Юра.

И, взяв с соседней полки концентрированную серную кислоту, прилил её к навеске соли массой 7,35 г (реакция 1). При этом он наблюдал выделение бурого газа с удушающим запахом (газ A) с плотностью по водороду 33,75.

«Налью-ка я туда чего-нибудь другого», – решил Юра и добавил к аликвоте соли этой же массы концентрированную соляную кислоту (реакция 2). Каково было удивление химика, когда он обнаружил выделение жёлто-зелёного газа (газ B). Плотность газовой смеси по водороду составляла 35,5.

«Как опасно!», – воскликнул Юра и осторожно прибавил к навеске данной соли немного концентрированного раствора щавелевой кислоты (реакция 3). При этом он наблюдал бурное выделение из раствора смеси газов A и С (плотность смеси по водороду 29,83).

«Теперь мне всё ясно, надо её подальше убрать, а то мало ли что может случиться», – твёрдо сказал химик и спрятал банку с солью подальше в сейф.

Результаты опытов сведены в таблицу.

 

Реакция	Мольное соотношение газов	Плотность газовой смеси по водороду	Объём раствора KOH (ρ = 1,092 г/мл, ω = 10 %), пошедший на полное поглощение газовой смеси (t = 40 °C)
A	B	C
		–	–	33,75	20,51 мл
	–		–	35,50	184,62 мл
		–		29,83	61,53 мл

 

Вопросы:

1. Расшифруйте формулы газов А, B, C. Ответ подтвердите расчётами.

2. Напишите уравнения реакций поглощения газов А, В, С раствором KOH.

3. Какую соль обнаружил Юра у себя в сейфе? Приведите необходимые расчёты.

4. Напишите уравнения реакций 1–3.

5. Напишите уравнения разложения соли X при 400 °C в присутствии катализатора (MnO₂) и без него.

6. Объясните, чего опасался Юра? Где применяется соль X? Дайте её тривиальное название.

Задача 10-5 (автор – К. А.Куриленко). Решение. 1. Рассчитываем молярную массу газа В (г/моль), учитывая, что этот газ получен при взаимодействии соли X c соляной кислотой, им может быть хлор. B – Cl₂.

Рассчитаем молярную массу газа А. (г/моль)

Исходя из дробной молярной массы A, его бурой окраски и удушающего запаха, можно предположить, что данный газ содержит хлор, тогда на оставшиеся элементы приходится 67,5 – 35,5 = 32 г/моль. Это соответствует 2 атомам кислорода, тогда возможная формула A – ClO₂.

Зная молярную массу A и мольное соотношение, можно определить газ С.

г/моль. Газом с такой молярной массой, выделяющимся из раствора щавелевой кислоты, может быть лишь CO₂. C – CO₂.

A – ClO₂

B – Cl₂

C – CO₂.

2. Уравнения реакций взаимодействия газов со щёлочью в соответствии с условием задачи:

2ClO₂ + 2KOH = KClO₂ + KClO₃ + H₂O (1)

3Cl₂ + 6KOH = KClO₃ + 5KCl + 3H₂O (2)

Cl₂ + 2KOH = KCl + KOCl + H₂O (2а)

CO₂ + 2KOH = K₂CO₃ + H₂O (3)

3. По окраске пламени и выделении двуокиси хлора при взаимодействии соли X с концентрированной H₂SO₄ можно судить о наличии в её составе калия и хлора. По реакции 1 рассчитаем молярную массу X.

, по уравнению реакции

Составим таблицу

Соотношение ν(X): ν(ClO2)	M(X)	X
1:1		–
2:1		–
3:2		KClO3
1:2		–

 

Из таблицы видно, что единственной солью с данной молярной массой, в которой присутствуют хлор и калий, может являться хлорат калия.

X – KClO₃

4. Уравнения взаимодействия KClO₃ c кислотами.

3KClO₃ + 3H₂SO₄ → 3KHSO₄ + HClO₄ + 2ClO₂ + H₂O

KClO₃ + 6HCl → KCl + 3Cl₂ + 3H₂O

2KClO₃ + H₂C₂O₄ → K₂CO₃ + CO₂ + 2ClO₂ + H₂O

5. Разложение KClO₃ начинается уже при 400 °C. Так, в присутствии катализатора (MnO₂ и др.) разложение преимущественно идёт по следующей реакции:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

В отсутствие катализатора образуются хлорид и перхлорат калия:

4KClO₃ → 3KClO₄ + KCl

6) Тривиальное название соли X – бертолетова соль. Она применяется в спичечном производстве, при изготовлении взрывчатых веществ и сигнальных ракет. Смеси этой соли с восстановителями (серой, фосфором и др.) легко взрываются от удара (видимо, это вызвало опасения Юры, и он аккуратно убрал банку с бертолетовой солью глубоко в сейф).

 

Система оценивания:

1. 3 газа + 3 расчёта = 3∙2 балла + 3∙0,5 балла 7,5 баллов

2. 3 уравнения по 1 баллу 3 балла

3. соль + расчёт = 2 балла + 0,5 балла 2,5 балла

4. 3 уравнения по 1 баллу 3 балла

5. 2 уравнения по 1 баллу 2 балла

6. Объяснение опасений Юры + применение 2∙0,5 балла
+ название 1 балл 2 балла

ИТОГО 20 баллов