Получение вещества Х и исследование его свойств

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

Государственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Донецкий республиканский институт дополнительного педагогического образования»

ЗАДАНИЯ ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОГО ЭТАПА РЕСПУБЛИКАНСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ПО ХИМИИ

Учебный год

Класс

Задача 1. Превращения металла

Ну, начнем! Дойдя до конца нашей истории, мы будем знать больше, чем теперь

Х.К. Андерсен «Снежная королева»

При взаимодействии 6,75 г металла Х с 210 г раствора KОН выделилось 8,4 л (н.у.) газа Y и образовалось вещество Z.

1) Расшифруйте металл Х, газ Y и вещество Z. Напишите уравнение реакции, укажите окислитель и восстановитель. Учтите, что координационное число металла Х в образуемом Z составляет 4.

2) Вычислите массовую долю щелочи, если ее раствор взят в трехкратном избытке по массе.

3) Реакциями с ВаО, N₂O₅, (NH₄)₃PO₄, Na₂CO₃ и с растворами HCl и KОН проиллюстрируйте амфотерность оксида металла Х.

 

Задача2.Загадочная соль

Таким образом, в настоящее время этот вопрос совершенно ясен, что говорит о его слабой изученности.

        Д. Гранин. «Зубр»

100,00 г 6,80%-ного раствора неизвестной соли А разделили на две равные части.

Первую часть раствора обработали избытком щелочи. При этом после осторожного высушивания было получено 2,32 г твердого осадка Б.

Из второй части раствора после обработки исходного раствора избытком раствора хлорида бария было получено 2,87 г осадка В, который практически не растворяется в азотной кислоте.

1) Определите соль А и предложите способ ее получения из соответствующего металла Х. Известно, что соль А – нитрат.

2) Определите осадки Б и В. Напишите уравнения реакций, описанных в задаче. Вещества А, Б и В разлагаются на свету, превращаясь в черные порошки. Напишите уравнения соответствующих реакций.

3) Ионы Х ⁺могут образовывать комплексные соединения в 1 М растворе аммиака, если концентрация Х ⁺ превышает 6∙10⁻⁶ г/л. Будет ли осадок В растворяться в 1 М растворе NH₃, если ПР(В) = 1,8∙10⁻¹⁰? Ответ подтвердите расчетами.

 

Задача3.Этот многоликий фосфор

Если бы это было так, это бы ещё ничего. Если бы, конечно, оно так и было. Но так как это не так, так оно и не этак. Такова логика вещей.

Л. Кэррол. «Алиса в Стране Чудес»

Химия фосфорных кислот очень богата. Например, общей формуле H₃PO_n (n = 4, 3, 2) отвечают соответственно ортофосфорная, фосфитная, фосфорноватистая кислоты.

1) Учитывая, что фосфор в молекулах этих кислот проявляет валентность V, запишите их структурные формулы, определите степень окисления фосфора в них, укажитеосновность кислот и сравните их силу.

2) Приведите структурную формулу и название еще одной кислоты фосфора, в которой он имеет степень окисления +5, а содержание водорода составляет 1,25%.

3) Объясните, как фосфаты и ортофосфорная кислота тормозят процесс коррозии железа.

4) При растворении полифосфата натрия в воде образуется полианион, в состав которого входит три атома фосфора. Если к полученному раствору добавить раствор щелочи, объемом 600 мл с молярной концентрацией 0,1 моль/л, то образуется раствор ортофосфата натрия, объемом 1000 мл с концентрацией 0,03 моль/л. Установите состав полианиона и запишите уравнение реакции со щелочью в ионном виде. Изобразите структурную формулу полианиона, если он построен из тетраэдрических группировок (РО₄) причем фосфор и кислород образуют цикл чередующихся атомов.

 

Задача4.Алканы

В научном мышлении всегда присутствует элемент поэзии. Настоящая наука и настоящая музыка требуют однородного мыслительного процесса

А. Эйнштейн

Как известно, алканы в природе содержатся в природном газе и нефти. Однако некоторые из них обнаружены в живой природе. Так, н -гексан выделен из смолы сосен, произрастающих на западе США, ав пчелином воске был обнаружен алкангентриаконтан.

1) Что обозначает буква н - в названии «н -гексан»? Изобразите структурные формулы всех возможных изомеров гексана и назовите их. Укажите изомер, в котором содержится 2 третичных атома углерода и 4 первичных.

2) Определите молекулярную формулу гентриаконтана, если при сжигании его образца количеством вещества 0,1 моль образуется 136,4г оксида углерода (IV). Приведите уравнение реакции сгорания гентриаконтана.

3) Смесь двух предельных газообразных при 20°С углеводородов, имеющая плотность по водороду 15, реагирует с бромом на свету и образует смесь только двух монобромпроизводных углеводородов. Установите качественный и количественный (в объемн.%) составы смеси.

Задача5.

В действительности все совершенно иначе, чем на самом деле

А.де Сент-Экзюпери

Газ X раньше использовался в качестве отравляющего вещества, а сейчас широко применяется для производства пластмасс – поликарбонатов и полиуретанов. Он содержит 12% углерода, 16% кислорода и 72% хлора по массе.

1) Определите формулу X и напишите уравнение реакции получения Х из газообразного несолеобразующего оксида Y и газообразного простого вещества Z (учтите, что реакция равновесная, каталитическая, экзотермическая, на 1 моль Х выделяется 112,5 кДж тепла).

2) Запишите для реакции получения Х выражение закона действующих масс. Рассчитайте K_С химической реакции, если в системе установилось химическое равновесие при следующих концентрациях реагирующих веществ: [ Y ] = 0,08 моль/л, [ Z ] = 0,05 моль/л, [ Х ] = 0,2 моль/л.

3) Как изменится скорость химической реакции, в момент, когда прореагирует 20% Z, если начальные концентрации реагентов равны: С₀(Y) = 5,6 моль/л, С₀(Z) = 3 моль/л.

4) Напишите реакции Х с:	в) гидроксидом натрия в водном растворе;
а) аммиаком (образуется густой белый дым, состоящий из мочевины и хорошо известной неорганической соли);	г) железом (при хранении в стальных бочках);
б) водой;	д) при нагревании с оксидом меди (II).

Задача6.Экспериментальное задание

Для того чтоб изучить науку,

Надо наблюдать ее явления,

А затем, используя законы,

Делать выводы и принимать решения

ПОЛУЧЕНИЕ ВЕЩЕСТВА Х И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕГО СВОЙСТВ

Для опытов можно пользоваться готовым аптечным 3%-ным или 30%-ным раствором Х. Последний хранится в особых склянках, покрытых изнутри парафином и снабженных парафиновой пробкой. Вскрывая, следует держать отверстие склянки от себя, так как иногда небольшое количество Х, заключающееся в каналах пробки, выбрасывается при вскрывании и может попасть в лицо. На коже от концентрированного раствора Х образуются ожоги в виде белых пятен. Х следует хранить по возможности в холодном месте и в темноте.

Опыт 1. Получение Х.

Для опыта получения Х следует заранее приготовить гидрат перекиси бария (ВаО₂·8Н₂О). Для получения Х нужно заготовить в поставленном в лед (лучше с солью) стакане охлажденную до 0°С серную кислоту 1:10 и вносить в нее небольшими порциями влажный гидрат перекиси бария почти до полной нейтрализации. Дать большей части сернокислого бария осесть и отфильтровать полученный раствор Х.

1) Определите, о каком веществе Х идет речь в задании.

2) Напишите уравнения реакций, описанных в опыте 1.

3) Почему Х следует хранить по возможности в холодном месте и в темноте?

Опыт 2. Разложение Х нагреванием.

В колбу на 100-200 мл налить почти доверху 3%-ного раствора Х. Закрыть колбу пробкой с изогнутой газоотводной трубкой, конец которой погрузить в ванну с водой.Нагреть колбу и собрать некоторое количество Y в небольшой цилиндр для собирания газов.Испытать полученный Y тлеющей лучинкой.Во время опыта нужно следить за ходом разложения и, если оно пойдет слишком бурно, ослабить пламя горелки.

4) Напишите уравнения реакций, описанных в опыте 2: разложения Х и горения лучины в Y. Примите, что лучина – это целлюлоза (С₆Н₁₀О₅)_n.

5) Как называется способ собирания Y, использованный в опыте 2?

Опыт 3. Разложение Х под влиянием катализатора.

Налить в маленький стаканчик несколько миллилитров концентрированного (30%) раствора Х, сразу же начинают выделяться мелкие пузырьки Y. Бросить в Х немного двуокиси марганца в порошке или в кусочках. Происходит бурное разложение. Затем бросить немного двуокиси марганца в небольшую колбочку с 3%-ным раствором Х и через некоторое время внести в горло колбочки тлеющую лучинку, которая вспыхивает в выделяющемся Y.

Для того чтобы доказать, что двуокись марганца сама при реакции не изменяется, можно отфильтровать ее и снова бросить в пробирку с Х. Эффект получается тот же. Можно повторить опыт еще раз.

6) Напишите уравнение реакции, описанное в опыте 3. Опишите роль двуокиси марганца в этой реакции.

Опыт 4. Окисление сульфида свинца при помощи Х.

К налитому в пробирку раствору Рb(NО₃)₂ прилить немного сероводородной воды. Слив жидкость и слегка промыв осадокPbS декантацией, прилить к осадку 3%-ный раствор Х. Осадок белеет.

7) Напишите уравнения реакций, описанных в опыте 4. Для чего применяют эту реакцию в музеях?

Опыт 5. Окисление иодоводорода при помощи Х.

Взять в стакан несколько кристалликов иодида калия, растворить в нескольких миллилитрах воды, прилить несколько капель серной кислоты (1:5), долить раствор крахмала, прибавить немного 3%-ного раствора Х и размешать палочкой. Тотчас же появляется синее окрашивание.

8) Напишите уравнения реакций, описанных в опыте 5.

Опыт 6. Восстановительные свойства Х.

Х, будучи сильным окислителем, может действовать и как восстановитель. Так, например, Х может восстанавливать окись серебра. К слабому (1-2%) раствору азотнокислого серебра прилить немного 3%-ного раствора Х и затем немного раствора едкого натра (1:10). Образующаяся при реакцииокись серебра восстанавливается Х и получается черный осадок Z.

9) Расшифруйте вещество Z, напишите уравнения реакций, описанных в опыте 6.

Опыт 7.Х как кислота.

Х является слабой кислотой. Прилить к нейтральному раствору лакмуса чистой Х. Лакмус краснеет.Прилить Х к раствору гидрата окиси бария. Происходит образование осадкаВаО₂·8Н₂О – соли Х.

10) Напишите уравнения реакций, описанных в опыте 7.