Муниципальный этап всероссийской олимпиады школьников по химии. Задача 11 - 1(6 баллав). При взаимодействии 25,5 г предельной однооснóвной карбоновой кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6

Класс

Задача 11 - 1 (6 баллав). При взаимодействии 25,5 г предельной однооснóвной карбоновой кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Определите молекулярную формулу кислоты.

Задача 11 -1 Решение. (6 баллав). 1. Cоставлено уравнение реакции в общем виде, и вычислено количество вещества газа: С_nH_2n+1COOH + NaHCO₃ = С_nH_2n+1COONa + H₂O + CO₂

n(CO₂) = 5,6: 22,4 = 0,25 моль (2 балла). 2. Рассчитана молярная масса кислоты: n(CO₂) = n(С_nH_2n+1COOH) = 0,25 моль; М(С_nH_2n+₁COOH) = 25,5/0,25 = 102 г/моль (2 балла)

3. Установлена молекулярная формула кислоты: М(С_nH_2n+₁COOH) = 12n + 2n + 1 + 45 = 102; 14n + 46 = 102; 14n = 56; n = 4; Молекулярная формула – C₄H₉COOH (2 балла).

Задача 11 -2 ( 4 балла). Железо растворили в горячей концентрированной серной кислоте. Полученную соль обработали избытком раствора гидроксида натрия. Выпавший бурый осадок отфильтровали и прокалили. Полученное вещество сплавили с железом. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Задача 11 -2 ( 4 балла). Решение. Написаны четыре уравнения описанных реакций:

1) 2Fe + 6H₂SO₄ →^t ° Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O (1 балл)

2) Fe₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Fe(OH)₃ + 3Na₂SO₄ (1 балл)

3) 2Fe(OH)₃ →^t ° Fe₂O₃ + 3H₂O (1 балл)

4) Fe₂O₃ + Fe = 3FeO (1 балл)

Задача 11 – 3 (7 баллов). Ученик слил растворы хлорида алюминия и карбоната калия. Учитывая особенности гидролиза данных солей, подробно опишите происходящие при этом процессы.

Задача 11 – 3 (10 баллов). Решение. AlCl₃ – соль, образованная сильной кислотой НCl и слабым основанием Al(ОН)₃ (1 балл). _. В водном растворе AlCl₃ подвергается гидролизу. Первая ступень: Al⁺³ + НОН ⇄ Al(ОН)²⁺ + Н⁺ (1 балл).

Вторая ступень: Al(ОН)²⁺ + НОН ⇄ Al(ОН) ₂⁺ + Н⁺ (1 балл).

Третья ступень: гидролиз не идет из-за накопления в растворе ионов водорода (1 балл).

Карбонат калия К₂СО₃ – соль, образованная слабой нестойкой кислотой Н₂СО₃ и сильным основанием КОН (1 балл), в водном растворе подвергается гидролизу:

Первая ступень: СО₃^2- + НОН ⇄ НСО₃ ^– + ОН^– (1 балл).

Вторая ступень: гидролиз не идет из-за накопления в растворе гидроксид-ионов (1 балл).

При сливании растворов AlCl₃ и К₂СО₃ ионы водорода первого раствора связываются гидроксид-ионами второго: Н⁺ + ОН^– = Н₂О. В соответствии с принципом Ле Шаталье равновесие смещается вправо и гидролиз двух солей идет до конца.

2AlCl₃ + 3К₂СО₃ + 3Н₂О = 2 Al(ОН)₃ + 3СО₂ + 6КСl (3 балла)

Задача 11 – 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 11 – 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 11 - 5. (12 баллов). Химические свойства хлора и йода отличаются во многих деталях. Приведите примеры, в которых хлор и йод реагируют по-разному.

Задача 11 - 5. (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 11- 6. (20 баллов). Нарушается ли принцип Ле Шателье? Аммиак – самый многотоннажный продукт химической промышленности, ежегодно его получают более 100 млн. тонн. Реакция синтеза обратима: N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃. При 200 °C и давлении 1 атм константа равновесия, выраженная через мольные доли, K_x = 1, а при 400 °C и том же давлении K_x = 0,01.

1. Напишите выражение для константы равновесия K_x.

2. С выделением или поглощением теплоты происходит реакция синтеза аммиака? Объясните.

3. Сколько молей аммиака может образоваться при 200 °C из 1 моль N₂ и 3 моль H₂?

4. В равновесной смеси при некоторых условиях находится 0,65 моль N₂, 0,25 моль H₂ и 0,1 моль NH₃. В какую сторону сместится равновесие при добавлении к этой смеси 0,25 моль азота? Объясните ваш ответ.

Задача 11-6 (автор – Ерёмин В. В.) (20 баллов).Решение 1.

2. При нагревании константа равновесия уменьшается, то есть равновесие смещается в сторону реагентов. Согласно принципу Ле Шателье это означает, что реакция идёт с выделением теплоты.

3. Пусть в реакцию вступило a моль N₂, тогда прореагировало 3 a моль H₂ и образовалось 2 a моль NH₃. Общее количество вещества после реакции: n(N₂) + n(H₂) + n(NH₃) = (1– a) + (3–3 a) + 2 a = 4 – 2 a.

.

 

.

.

a = 0,34.

 

n(NH₃) = 2 × 0,34 = 0,68 моль.

4. Рассчитаем мольные доли веществ после добавления азота и составим из них величину Q, по форме аналогичную константе равновесия:

 

.

 

.

Это значение превышает значение константы равновесия:

.

 

Это означает, что продукта реакции больше, чем необходимо в равновесной смеси, следовательно, для достижения равновесия должна пойти обратная реакция. Таким образом, в данном случае добавление реагента приводит к смещению равновесия влево.

Комментарий: Это противоречит традиционной формулировке принципа Ле Шателье (но не самому принципу!). Кажущееся противоречие объясняется тем, что количество азота в исходной смеси сильно превышает стехиометрическое, поэтому дальнейшее добавление азота термодинамически невыгодно.

Система оценивания

1. За правильное выражение для константы равновесия 2 балла

2. 2 балла за правильный ответ (выделение теплоты), 2 балла за объяснение 4 балла

3. За правильный расчёт числа молей 6 баллов

4. 2 балла за правильный ответ (равновесие сместится влево),
6 баллов за объяснение с расчётом (4 балла за объяснение без расчёта) 8 баллов

ИТОГО20 баллов

 

Список литературы и интернет-ресурсов

1. Артемов А.В. Школьные олимпиады. Химия 8 – 11 классы. – М.: Айрис-пресс, 2007. – 240 с.

2. Всероссийская химическая олимпиада школьников: Кн. Для учителя/ П.А.Оржековский, Ю.Н.Медведев, А.В.Чураков, С.С.чуранов; Под редакцией Г.В.Лисичкина. – М.: Просвещение, учебная литература, 1996. – 192 с.

3. Габриелян О.С. Химия. 8 – 11 классы. Региональные олимпиады. 2000/2002/авт. Сост. О.С.Габриелян, А.Н.Прошлецов. – М.:Дрофа, 2005. – 287 с.

4. Габриелян О.С. Химия, 8 класс: учебник для общеобразовательных учреждений – 13 – изд., испр. – М.: Дрофа, 2008. – 270 с.

5. Хомченко И.Г. Решение задач по химии. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2010 – 256 с.

6. Портал Всероссийской олимпиады школьников. Химия – http://chem.rosolymp.ru/

7.