☺ III Олимпиада МИТХТ по общей и неорганической химии ☺

Задача 1

Осуществите цепочку превращений. Напишите уравнения реакций 1 – 12 и укажите условия их протекания. Назовите фосфорсодержащие вещества А – Е. (30 баллов).

В условии задачи опечатка! Стрелка реакции №5 должна быть направлена к веществу Г, а не к P₄O₁₀.

Задача 2

Вам необходимо зажечь спиртовку (бумагу, свечу, костёр, сигарету и т.п.), однако у вас нет ни спичек, ни зажигалки. Но в вашем распоряжении есть неограниченный выбор химических реактивов и химической посуды. Предложите безопасные способы получения огня исключительно химическими методами без использования каких-либо внешних воздействий (нагревание, трение, электрический ток и т.п.). Приведите краткое описание предлагаемых методов и уравнения протекающих реакций. (10 баллов за каждый предложенный способ).

Задача 3

В закрытом сосуде установилось гомогенное равновесие:

NO₂+H₂  NO+H₂O,

константа которого равна 1. Определите, сколько процентов NO₂ подвергнется превращению в NО, если смешать 2 моль NО₂ и 6 молей Н₂. Рассчитайте, в каких объемных соотношениях были смешаны NО₂ и Н₂, если к моменту наступления равновесия в реакцию вступило 80% первоначального количества водорода. (20 баллов).

Задача 4

В 8 неподписанных банках находятся следующие вещества: нитрат бария, хлорид кальция, хлорид алюминия, хлорид лития, сульфит натрия, сульфат натрия, карбонат натрия, фторид натрия. Предложите метод идентификации находящихся в банках веществ без использования других реактивов (кроме дистиллированной воды) и каких-либо инструментальных методов. Приведите уравнения всех химических реакций, предлагемых Вами для идентификации веществ. (40 баллов).

Задача 5

Пользуясь справочными данными, рассчитайте степень протолиза и pH раствора 58.5 г. уксусной кислоты в 500 г воды (плотность раствора ρ = 1.015 г/л), если температура его замерзания равна -3.638 ^оС. Определите, как и во сколько раз изменится степень протолиза уксусной кислоты при добавлении к данному раствору равного объёма 5%-ной соляной кислоты (ρ = 1.023 г/см³). (50 баллов).

Задача 6

Пользуясь справочными данными, рассчитайте константу равновесия реакции

Fe₂O₃(т) + 3H₂(г)  Fe(т) + 3H₂O(г)

при 200 ^оС, если известны стандартные энтальпии следующих реакций:

H_2(г) + 1/2O_2(г) = H₂O_(ж), _r1 = -285.84 кДж/моль,

2Fe_(т) + 3/2O_2(г) = Fe₂O_3(т), _r2 = -821.32 кДж/моль.

Определите преобладающее направление процесса при заданной температуре и равновесные парциальные давления газообразных веществ, если начальная концентрация кислорода равна C^o(O₂) = 5 моль/л. При каких температурах целесообразно проводить восстановление оксида железа водородом (в предположении, что энтропии веществ и энтальпии их образования не зависят от температуры в интервале 450 – 1000К)?

(40 баллов).

Задача 7

В результате взаимодействия 0.672л вещества А со 100 мл сантимолярного раствора гипохлорита натрия образуется жидкое вещество Б. При взаимодействии Б с соляной кислотой получается вещество В, при добавлении к раствору которого нитрита натрия образуется соединение Г, дающее малорастворимый осадок взрывчатого вещества Д с раствором нитрата свинца (II). Известно, что массовая доля азота в веществе Г составляет 97.67%. Рассчитайте массу осадка Д (без учёта его растворимости), если выход конечного продукта составил 95% от теоретического. Запишите уравнения реакций и назовите соединения А-Д. (40 баллов)

ВНИМАНИЕ!

КАЖДЫЙ сдаваемый листок с решениями должен быть подписан

(ФИО полностью, № группы, мобильный или домашний телефон)

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

R = 8.31 Дж/моль·К

S^o₂₉₈(Fe) = 27.15 Дж/моль·К

S^o₂₉₈(O₂) = 205.03 Дж/моль·К

S^o₂₉₈(H₂) = 130.60 Дж/моль·К

S^o₂₉₈(H₂O_(ж)) = 69.96 Дж/моль·К

S^o₂₉₈(Fe₂O_3(т)) = 89.96 Дж/моль·К

Энтальпия испарения воды H⁰_исп (H₂O) = 44 кДж/моль

Криоскопическая постоянная воды К_кр = 1.86 К·кг/моль

ПР(CaSO₃) = 1∙10^-8

ПР(BaSO₃) = 8∙10^-7

ПР(CaSO₄) = 3∙10^-5

ПР(BaSO₄) = 2∙10^-10

ОГЛАШЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ОЛИМПИАДЫ, НАГРАЖДЕНИЕ ПОБЕДИТЕЛЕЙ И ПРИЗЁРОВ И РАЗБОР ЗАДАНИЙ ПРОЙДЁТ

2 МАРТА в 19-00 в аудитории К2.

РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача 1

1. 2Ca₃(PO₄)₂ + 10C + 6SiO₂ = P₄↑ + 10CO↑ + 6CaSiO₃ 2 балла

4P^+V +20ē → P₄⁰ 1

C⁰ - 2ē → C^+II 10

2. 2P₄ + 3Ba(OH)₂ + 6H₂O = 2PH₃↑ + 3Ba(PH₂O₂)₂ 2 балла

P₄ + 12H₂O + 12ē = 4PH₃ + 12OH^- 1

P₄ + 8OH^- - 4ē = 4PH₂O₂^- 3

3. 3Ba(PH₂O₂)₂ + H₂SO₄(р) = BaSO₄↓ + 2HPH₂O₂ 2 балла

(фосфин с разбавленной серной кислотой не взаимодействует)

Таким образом, А – фосфин PH₃ (1 балл); Б – гипофосфит бария Ba(PH₂O₂)₂ (1 балл); В – фосфорноватистая (фосфиновая) кислота HPH₂O₂ (1 балл).

4. HPH₂O₂ + 4AgNO₃ +2H₂O = H₃PO₄ + 4Ag↓ + 4HNO₃ 2 балла

HPH₂O₂ + 2H₂O - 4ē = H₃PO₄ + 4H⁺ 1

Ag⁺ + ē = Ag⁰ 4

Г – ортофосфорная кислота H₃PO₄ (1 балл).

5. PH₃ + 2O₂ = Н₃PO₄ 2 балла

6. P₄O₁₀ + 6H₂O = 4H₃PO₄ (в избытке воды при нагревании) 2 балла

7. P₄ + 3O₂ = P₄O₆ (при нагревании и пониженном давлении кислорода) 2 балла

Д – оксид фосфора (III) P₄O₆ (1 балл).

8. P₄O₆ + O₂ = P₄O₁₀ (при нагревании и избытке кислорода) 2 балла

9. P₄ + 6Cl₂ + 12H₂O = 12HCl + 4H₂PHO₃ 2 балла

P₄ + 12H₂O - 12ē = 4H₂PHO₃ + 12H⁺ 1

Cl₂ + 2ē = 2Cl^- 6

Е – фосфористая (фосфоновая) кислота H₂PHO₃ (1 балл).

10. P₄O₆ + 6H₂O = 4H₂PHO₃ 2 балла

11. H₂PHO₃ + Hg(NO₃)₂ + H₂O = H₃PO₄ + Hg↓ + 2HNO₃ 2 балла

H₂PHO₃ + H₂O - 2ē = H₃PO₄ + 2H⁺ 1

Hg²⁺ + 2ē = Hg⁰ 1

12. 2H₃PO₄ + Ca²⁺ = Ca₃(PO4)₂↓ + 6H⁺ 2 балла

Задача 2

Возможны следующие способы получения пламени:

1). При добавлении глицерина к твёрдому перманганату калия происходит воспламенение и горение глицерина:

4KMnO₄ + C₃H₈O₃ = 4MnO₂ + K₂CO₃ + 4H₂O↑ + 2CO₂↑

(10 баллов)

2). При внесении в оксид марганца (VII) ватки, смоченной этиловым спиртом (или другим органическим растворителем), происходит воспламенение последнего (со взрывом):

2KMnO₄ + 2H₂SO₄(конц) = Mn₂O₇(ж) + 2KHSO₄ + H₂O

2Mn₂O₇ + C₂H₅OH = 4MnO₂ + 2CO₂↑ + 3H₂O↑

Далее ватка продолжает спокойно гореть на воздухе:

(С₆H₁₀O₅)_n + 6nO₂ = 6nCO₂ + 5nH₂O

(10 баллов)

3). Красный фосфор, внесённый в атмосферу хлора, самовоспламеняется и горит:

2P + 5Cl₂ = 2PCl₅

Далее горение фосфора может продолжаться на воздухе:

4P + 5O₂ = P₄O₁₀

(10 баллов)

4). Олово (в виде фольги) самовоспламеняется в атмосфере хлора:

Sn + 2Cl₂ = SnCl₄

(10 баллов)

5). Алюминий воспламеняется при внесении его в бром (в присутсвии следов воды):

2Al + 3Br₂ = 2AlBr₃ +Q

Далее алюминий продолжает гореть на воздухе:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

(10 баллов)

6). Если смочить каплей воды смесь алюминия с иодом, происходит разогревание смеси в результате протекания реакции:

2Al + 3I₂ = 2AlI₃ + Q

Далее алюминий воспламеняется и горит на воздухе:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

(10 баллов)

7). При добавлении к концентрированной серной кислоте твёрдого боргидрида натрия, происходит воспламенение последнего (со взрывом):

NaBH₄ + 2H₂SO₄(конц) = NaHSO₄ + B(OH)₃ + H₂S↑ + H₂O↑

Далее борогидрид натрия продолжает спокойно гореть на воздухе:

NaBH₄ + 2O₂ = NaBO₂ + 2H₂O

(10 баллов)

8). Смесь измельчённой бумаги с пероксидом натрия воспламеняется и горит при добавлении воды:

(С₆H₁₀O₅)_n + 12nNa₂O₂ = 6nNa₂CO₃ + 10nNaOH + nNa₂O

Далее бумага продолжает спокойно гореть на воздухе:

(С₆H₁₀O₅)_n + 6nO₂ = 6nCO₂ + 5nH₂O

Вместо бумаги можно взять порошок алюминия.

(10 баллов)

9). Белый фосфор (будучи намазанным тонким слоем на бумагу или другую поверхность) самовоспламеняется на воздухе:

P₄ + 5O₂ = P₄O₁₀

(10 баллов)

10). Бумага, смоченная скипидаром, воспламеняется в атмосфере хлора и далее горит на воздухе:

(С₆H₁₀O₅)_n + 6nO₂ = 6nCO₂ + 5nH₂O

(10 баллов)

11). Смесь хлората калия и сахарной пудры воспламеняется при добавлении концентрированной серной кислоты:

C₁₂H₂₂O₁₁ + 8KClO₃ = 12СO₂ + 11H₂O + 8KCl

(10 баллов)

Возможны и другие способы полученя пламени.

Реакции щелочных металлов с водой, а также реакции с использованием фтора безопасными не являются. Также небезопасными являются реакции, связанные с использованием металлорганических соединений.