РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ ПО ХИМИИ.

9 КЛАСС

9-1. Определите простейшую формулу вещества, в котором массовые доли натрия, фосфора и кислорода составляют 34,59, 23,31 и 42,10% соответственно. (7 б.)

Решение

1). Пусть формула вещества будет Na_xР_yO_z. Тогда x:y:z= ν(Na): ν(P): ν(O)= : . 3 балла

2) Если взять m(Na_xР_yO_z)=100г, то m(Na)=34,59 г; m(Р) = 23,31г; m(О) =42,10г.

x:y:z = 34,59/23 : 23,31/31 : 42,10/16 = 1,504 :0,752: 2,63 = 2 : 1 : 3,5 = 4:2:7 3 балла

Простейшая формула вещества Na₄Р₂O_7. 1 балл

Ответ: Na₄Р₂O₇

9-2. Для окисления 20 л неизвестного газа потребовалось 10 л кислорода, а для восстановления 20 л этого же газа – 20 л водорода (объемы газов измерены при одинаковых условиях). Установите формулу газа и напишите уравнения обеих реакций. 9 баллов

Решение.

1) К веществам, способным в одних случаях окисляться, в других восстанавливаться, можно, например, отнести NO, СО и CH₂O. 3 балла

Уравнения реакций окисления:

2NO + O₂ → 2NO₂;

2CO + O₂ → 2CO₂;

2CH₂O + O₂ → 2HCOOH;

Число молей газов в этих реакциях и, соответственно, объемы газов в два раза больше

числа молей кислорода, что согласуется с условием задачи. 3 балла

Уравнения реакций восстановления:

2NO + 2Н₂ → N₂ + 2Н₂O;

CO + Н₂ → C + Н₂O;

CH₂O + Н₂ → СН₃ОН.

Число молей газов в этих реакциях и, соответственно, объемы газов равны числу молей

водорода, что также согласуется с условием задачи. 3 балла

9-3. В 1744 г французский химик Руэль впервые чётко разделил соли на средние, кислые и оснóвные. Однако долгое время эти понятия продолжали путать.

В статье «Новый способ получения вполне насыщенного углекислого кали» (1802 г.) известный русский химик Товий Ловиц указал на химические различия между средними и кислыми солями, а также описал способ приготовления одной из таких солей:

«Обыкновенный кали есть соль, химически пересыщенная своим основанием... Соль же, вполне насыщенную угольной кислотой, называют углекислым кали... Для получения углекислого кали холодный раствор обыкновенного кали в двойном количестве воды постепенно насыщают какой-либо слабой кислотой, например уксусом, растворенным в большом количестве холодной воды, при перемешивании деревянной лопаточкой. Так продолжают до тех пор, пока не обнаружится первый признак разогревания... Здесь действуют осторожно, поскольку та часть угольной кислоты, которой углекислый кали обязан состоянием своей полной насыщенности, настолько слабо связана с кали, что при одном лишь нагревании мало-помалу улетучивается...

Из двух фунтов обыкновенного кали мне удалось получить примерно 7 унций углекислого кали».

1. Приведите современные формулы обыкновенного кали и углекислого кали.

2. Запишите 2 уравнения реакций, описанных Т.Ловицем.

3. Как обычно получали обыкновенный кали в XVII-XVIII в.в.? Какое другое название закрепилось в химии за обыкновенным кали?

4. Оцените выход углекислого кали по рецепту Т.Ловица.

Для справок: 1 аптекарский фунт равен 12 унциям, 1 унция равна 29,86 г. 15 баллов

Решение.

1. Обыкновенный кали – К₂СО₃, углекислый кали – КНСО₃. 3 балла

2. К₂СО₃ + СН₃СООН → КНСО₃ + КСН₃СОО

2КНСО₃ К₂СО₃ + Н₂О + СО₂↑ 3 балла

3. Карбонат калия получали из золы растений. Так, зола подсолнуха содержит до 75% К₂СО₃. Золу нагревали с водой, полученный щелок фильтровали и упаривали. Более привычное название карбоната калия – поташ. 3 балла

4. В соответствии с уравнением реакции:

К₂СО₃ + СН₃СООН → КНСО₃ + КСН₃СОО

из 2 фунтов (717 г) карбоната калия должно получиться 523 г (17,5 унций) гидрокарбоната калия. Практический выход равен 7/17,5 ·100 = 40%, что связано с большой растворимостью гидрокарбоната калия и большими потерями при перекристаллизации. 6 баллов

9-4. Изоэлектронные молекулы (молекулы, имеющие одинаковое число электронов) обладают близкими характеристиками межмолекулярного взаимодействия, параметрами химической связи. В таблице приведены значения, характеризующие химическую связь и межмолекулярное взаимодействие для O₂, N₂, NO и CO.

	I	II	III	IV
Энергия связи, кДж/моль	945,3	1076,4	631,6	493,6
Длина связи, нм	0,1098	0,1282	0,1151	0,1207
Дипольный момент, Д	0	0,11	0,16	0
Ткип., оС	-195,8	-191,5	-151,7	-182,97
Тпл., оС	-210	-205	-163,7	-218,8

(Дипольный момент – величина, характеризующая асимметрию распределения положительных и отрицательных зарядов в электрически нейтральной системе (молекуле). Два одинаковых по величине заряда +q и –q образуют электрический диполь с дипольным моментом равным  = ql. где l – расстояние между зарядами. 1Д (Дебай) = 0,33310^-30 Клм)

1. Определите, какому из веществ (O₂, N₂, NO и CO) соответствуют данные столбцов I – IV (укажите, на основе каких данных Вы сделали это отнесение).

2. Какие из приведенных молекул являются изоэлектронными?

3. Определите кратность связи в молекулах (O₂, N₂, NO и CO).

4. Приведите по одному примеру реакций лабораторного получения O₂, N₂, NO и CO (по одному примеру).

Решение.

1. Для двухатомных молекул простых веществ (неполярная связь) дипольный момент равен 0 Д, следовательно, I и IV – N₂ или O₂, а II и III – CO и NO. Энергия связи I существенно больше, чем IV, следовательно, I – N₂, IV – O₂. Равенство энергий связи I и II, близость их температур кипения и плавления, показывают, что II - CO (молекула изоэлектронная с N₂ см. п.2). Тогда, III – NO (с этим согласуется и про­межуточное значение энергии связи между I и III, и длина связи в NO близка к сумме ковалентных радиусов I и IV: 1/2(0,1098 +0,1207) = 0,1153 (нм). 2 балла

2. Суммарное число электронов в молекуле N₂ равно 7 + 7 =14; CO – 6 + 8 =14; NO – 7 + 8 = 15; O₂ – 8 + 8 = 16. Изоэлектронные молекулы – N₂ и CO (обладают близкими значениями энергии связи, температур плавления и кипения). 2 балла

3. Кратность связи в молекуле N₂ – 3 (тройная связь в молекуле), аналогичное значение и для CO. Для O₂ кратность связи равна 2, а для NO – промежуточное значение (меньше, чем для N₂, но больше, чем для O₂), т.е. 2,5. 2 балла

4. Примеры реакций лабораторных способов получения O₂, N₂, NO и CO:

2H₂O₂ = 2H₂O + O₂

NH₄Cl + NaNO₂ = NaCl + N₂ + 2H₂O

2KNO₂ + 2KI + 2H₂SO₄ = 2K₂SO₄ + I₂ + 2NO + 2H₂O

HCOOH = H₂O + CO 4 балла

9-5. При взаимодействии 31 г фосфора с хлором выделилось 400 кДж теплоты и и образовалась смесь хлоридов фосфора (III) и (V). Определите объем прореагировавшего хлора(н.у.), если теплоты образования хлорида фосфора(III) и хлорида фосфора (V) равны 318 и 455 кДж/моль соответственно. 6 баллов

Решение

1) Записываем термохимические уравнения реакций и рассчитываем количество вещества фосфора, вступившего в реакции:

Р_(тв) + 1,5 Cl_{2(газ) →}РCl_3(ж) + 318 кДж

Р_(тв) + 2,5 Cl_{2(газ) →}РCl_5(ж) + 455 кДж

ν(P)= 31/31 = 1 моль 2 балла

2) Обозначим количество вещества фосфора, вступившего в первую реакцию за х и количество вещества фосфора, вступившего во вторую реакцию за у. Составим пропорцию по первой реакции : 1 моль Р выд. 318 кдж

а х моль 318 х

по второй реакции: выделилось 455 у

Составим систему уравнений и решим ее:

х + у = 1 у = 1 - х Подставляем 318 х +455(1- х)= 400

318 х + 455 у= 400 137 х = 55; х = 0,401

у = 0,599 2 балла

3) Рассчитываем количество вещества вступившего в обе реакции хлора и определяем его объем:

ν (Cl₂) = 1,5 х + 2,5 у= 0,401·1,5 + 0,599·2,5 = 2,1 моль

V(Cl₂) = 2,1·22,4= 47 л. Ответ 47 л. 2 балла

10 Класс

10-1

Напишите уравнения реакций в соответствии со схемой превращений:

+ Н₂; t,Fe +О₂; t,Рt О₂ О_2,Н₂О СuO t

а зот Х₁ Х₂ Х₃ Х₄ Сu(NO₃)₂ СuО+Х₅ +Х₆

Вычислите по указанной схеме объемный состав газовой смеси (Х₅ и Х₆) после реакции, если в реакцию вступило 3,36 л азота. 10 баллов

Решение

t, Fe

1) N₂ + 3H₂ → 2NH₃ 1 балл

t, Pt

2) 4NH₃+ 5O₂ → 4NO + 6H₂O 2 балла

3) 2NO + O₂ ↔ 2NO₂ 1 балл

4) 4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃ 1 балл

5) 4HNO_{3 +} CuO → Cu(NO₃)₂ + H₂O 1балл

6) 2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂ 2 балла

Если учесть, что весь азот переходит в NO₂, то ν(N₂) = = 3.36/22.4= 0.15 моль

ν(NO₂) = 2 ν (N₂) = 0,3 моль; (NO₂) = 22,4 · 0,3= 67,2 л.

По уравнению (6) объем кислорода составляет четверть объема диоксида азота: 6,72/4=1,68 л. 2 балла

Ответ: 1,68 л кислорода и 6,72 л азота.

10-2

Известны различные способы придать неспелым арбузам товарный вид.

Oдни пичкают арбузы селитрой, другие шприцуют марганцовкой, третьи помещают в фургоны с недоспелыми арбузами некие капсулы или баллоны с газом этиленом, способствующим быстрому покраснению арбузных внутренностей. Последний метод безопаснее всего, поскольку этилен - природный фитогормон и выделяется, например, гнилыми фруктами, вследствие чего положенные рядом с гнилушками незрелые плоды быстрее созревают.

1. Напишите формулы упомянутых веществ.

2. Напишите в сокращенно-ионном виде уравнение реакции между «повышателями товарного вида», если арбуз, обработанный перманганатом калия, долгое время лежит рядом с гнилыми плодами. Каков будет, по вашему мнению, цвет арбузной мякоти?

3. Исходным веществом для получения марганцовки обычно служит природный минерал пиролюзит, из которого предварительно готовят твердый манганат (VI) калия K₂MnO₄, потом его переводят в раствор и подвергают окислению, используя хлор или озон. Напишите уравнения всех упомянутых реакций получения марганцовки из пиролюзита.

10 баллов

Решение

1. KNO₃, KMnO₄, C₂H₄ 1 балл

2. Среда в арбузе слабокислая, кожура арбуза повреждена во время шприцевания, тогда продуктами реакции окисления этилена перманганатом будут

MnO₄^- + C₂H₄ + H⁺ + H₂O = 2CO₂ + MnO₂ (или Mn²⁺) (1) 2 балла

Цвет мякоти будет бурым или бледно-розовым

3. Схема получения перманганата калия следующая: окисление пиролюзита (MnO₂) в щелочной среде известными окислителями (например, бертолетовой солью, кислородом и т.п.) до манганата (VI) с последующим окислением его хлором, озоном или током. Манганаты (VI) получают сплавлением MnO₂ с окислителем в щелочной среде (щелочи или карбонаты):

3MnO₂ + KClO₃ +6KOH = 3K₂MnO₄ + KCl + 3H₂O (2) 2 балла

Далее

2K₂MnO₄ + Cl₂ = 2KMnO₄ + 2KCl (3) 1 балл

2K₂MnO₄ + O₃ +H₂O= 2KMnO₄ + 2KOH + O₂ (4) 2 балла

Современная технология состоит в анодном окислении манганата калия

Анод : MnO₄ ^2- -e^- = MnO₄ ^–

Катод: 2H₂O +2e^- = H₂ + 2OH^-

Суммарное уравнение

2K₂MnO₄ +2H₂O= 2KMnO₄ + 2KOH + H₂ (5) 2 балла

10-3

Органическое вещество массой 11 г содержит 54,55% углерода, 9,09% водорода, 36,36 % кислорода. Его пары имеют плотность по водороду 22, Оно легко восстанавливает аммиачный раствор оксида серебра. При восстановлении его водородом в присутствии платинового катализатора при 30 ⁰С и последующей дегидратации продукта реакции образуется углеводород, который обесцвечивает раствор брома. При этом образуется дибромпроизводное массой 37,6 г. Определите:

1. формулы исходного соединения, полученного дибромида и выход дибромида;

2. Напишите уравнения всех реакций. 10 баллов