Задача 2а (2б).

Количество воды и СО₂ равны: n(CO₂) = n(H₂O) = 11.325 л /22.4 л/моль = 9.11 г /18 г/моль = = 0.1011 моль. (2 балла)

Первое предположение – оксид металла:

Me₂O_n + nH₂ (nCO) = 2 Me + n H₂O (nCO₂).

A_r(Me) = 4.285 / (2 * 0.1011 / n) = 21.2n. Перебирая n, не находим приемлемых вариантов Me. (3 балла)

Рассмотрим другие варианты. Вещество может представлять собой гидроксид, карбонат или основной карбонат металла. Возможно только последнее, так как количества CO₂ и H₂O одинаковы. Общий вид реакций:

Me_a(OH)_2b(CO₃)_b + 2bH₂ = aMe + 3bH₂O + bCO₂,

Me_a(OH)_2b(CO₃)_b +2bCO = aMe + 3bCO₂ + bН₂О,

Откуда получаем M(Me) = 4.285 / (0.1011a / 3b) = 127 (b/a). При b = 1 и а = 2 получаем М(Ме) = 63.5, Me – Cu, вещество - Cu(OH)₂(CO₃) – малахит. (10 баллов)

Cu(OH)₂(CO₃) + 2H₂ = Cu + 3H₂O + CO₂, (5 баллов)

Me_a(OH)_2b(CO₃)_b +2bCO = aMe + 3bCO₂ + bН₂О, (5 баллов)

Аналогично решается задача 2б.

Задача 3а.

Приведём объём сероводорода к данной температуре с помощью уравнения Менделеева – Клапейрона: n = PV/RT = 101 325 Па * 0.258 *10^-3 м³ / 8.31 Дж/моль*К/293 К = 0.011 моль. Концентрация сероводорода в насыщенном растворе тогда составит: [H₂S] = 0.011 моль / 0.1 л = 0.11 моль/л.

(5 баллов, расчёт [H₂S] без приведения к заданной температуре – 1 балл)

Запишем равновесие между осадком и раствором:

FeS(т)  Fe²⁺ + S^2-; ПР = [Fe²⁺] [S^2-]. Условие выпадения осадка: C(Fe²⁺) * C(S^2-) = ПР.

Отсюда [S^2-] = ПР/[Fe²⁺] (1). (2.5 баллов)

Концентрация сульфид – ионов определяется протолизом сероводорода:

H₂S + H₂O  HS- + H₃O+; K_к1 = [HS^-] [H₃O⁺] / [H₂S] (2) (2.5 баллов) и

HS^- + H₂O  S^2- + H₃O⁺; K_к2 = [HS^-] [H₃O⁺] / [H₂S] (3) (2.5 баллов).

Решая систему уравнений (2) и (3) относительно [S^2-] , получаем

[S^2-] = K_к1 * K_к2 * [H₂S] / [H₃O⁺]² или [S^2-] = K_к1 * K_к2 * [H₂S] / 10^-2pH (4). (2.5 баллов)

Приравнивая (1) и (4), получаем

[H₃O⁺] = (K_к1 * K_к2 * [H₂S] * [Fe²⁺] / ПР)^1/2 (5)

и pH = -1/2 lg (K_к1 * K_к2 * [H₂S] * [Fe²⁺] / ПР) ~ 2.5

(5 баллов)

За предложенный графический способ решения – дополнительно 5 баллов.

Аналогично решается задача 3б относительно [Co²⁺].

Задача 4а.

Из описания опыта (цвет газов и жидкостей) следует, что речь идёт о разложении какого-либо нитрата металла. Так как выделяется смесь газов (один из которых NO₂), возможны два варианта:

1. M(NO₃)_x = M + xNO₂ + 2xO₂.

Молярная масса нитрата равна Mr(нитр) = (A_r(M) + 52*x)

Из уравнения реакции имеем

A_r(M) * 18.75 = 7.95 * (A_r(M) + 52*x).

Отсюда 10.8* A_r(M) = 492,9x и A_r(M) = 45.6х. Перебор целочисленных значений х подходящих вариантов не даёт.

2. M(NO₃)_x = MO_x/2 + xNO₂ + (x – y)O₂.

Молярная масса нитрата равна Mr(нитр) = (A_r(M) + 62*x), оксида – Mr(MO_y) = A_r(M) + 8x.

Из уравнения реакции имеем (A_r(M) + 8x) * 18.75 = 7.95 * (A_r(M) + 62*x).

Отсюда 10.8* A_r(M) = 263.4x и A_r(M) = 31.75х. При x = 2 получаем A_r(M) = 63.5 – Cu.

(9 баллов)

Таким образом, вещество А – Cu(NO₃)₂ (нитрат меди (II)). (0.5+0.5 = 1 балл)

Следовательно, протекают следующие реакции:

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂ + O₂, (1 балл)

2NO₂  N₂O₄(ж), (1 балл)

2N₂O₄(ж) + H₂O = N₂O₃(ж) + 2HNO₃, (1 балл)

3N₂O₃(ж) + H₂O = 2HNO₃ + 4NO. (1 балл)

Б – NO₂ (диоксид азота или оксид азота (IV)), (0.5+0.5 = 1 балл)

В - O₂ (дикислород), (0.5+0.5 = 1 балл)

Г - N₂O₄ (тетраоксид диазота), (0.5+0.5 = 1 балл)

Д - N₂O₃ (триоксид диазота или оксид азота (III)), (0.5+0.5 = 1 балл)

Е - HNO₃ (азотная кислота), (0.5+0.5 = 1 балл)

Ж – NO (монооксид азота или оксид азота(I)) (0.5+0.5 = 1 балл)

З – CuO (оксид меди(II)). (0.5+0.5 = 1 балл)

Строение молекул (4х1 = 4 балла)

Расчёт рН.

Суммируя все уравнения реакций, получаем, что из 1 моль нитрата по двум последним реакциям образуется 1 + 1/3 = 1.33 моль азотной кислоты. Тогда из 18.75 г нитрата образуется n(HNO₃) = 18.75 г / 187.5г/моль * 1.33 = 0.133 моль. Концентрация кислоты в растворе, следовательно, равна С = 0.133 моль / 0.1 л = 1.33 моль/л. Так как азотная кислота – сильная, pH = -lg (C(HNO₃)) = -0.12. (5 баллов)

Аналогично задача 4б, но там разлагается нитрат серебра (I) и вещество З – Ag. Соотношение нитрата к HNO₃ – 1:7/12. n(HNO₃) = 0.58*17/170 = 0.058 моль. С(HNO₃) = 0.058 моль / 0.2 л = 0.29 моль/л. pH = 0.54.