Методическое пособие по химии "36 заданий для победителей олимпиад"

Министерство образования и науки Российской Федерации Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение  «Лицей №3»  Муниципального образования г. Братска «36 заданий для победителей олимпиад» Методическое пособие Составила: Гладких Любовь Григорьевна учитель химии высшей квалифицированной категории Братск 2017 Химические олимпиады школьников являются одной из важных форм внеклассной работы  по химии. Они не только помогают выявить наиболее способных учащихся, но и  стимулируют углубленное изучение предмета, служит развитию интереса к химической  науке. Что   необходимо   школьнику   для   успешного   участия   в   этом   интеллектуальном состязании? Учитывая особенности химии как естественной и экспериментальной науки, можно выделить три составляющих такого успеха:     развитый   химический   кругозор,   знание   свойств   достаточно   большого   круга веществ, способов их получения, областей применения;  умение   решать   химические   задачи,   владение   необходимым   для   этого математическим аппаратом;  практические   умения   и   навыки,   знание   основных   приемов   проведения химических   реакций,   очистки   веществ   и   разделения   смесей,   идентификации веществ, проведение измерений в ходе химического эксперимента.  Эти ключевые моменты определяют и основные направления подготовки школьника.  Книг,   посвященных   решению   задач,   в   том   числе   и   олимпиадных,   достаточно   много. Много подборок задач различной сложности можно найти в журналах "Химия в школе", газете  "Химия",   размещаются   они   и   на   Интернет­ресурсах.   И   в  этом  море   задач  тоже желательно   иметь   ориентиры,   цели,   чтобы   их   решение   не   отбило   интерес   к   химии,   и максимально   эффективно   вело   к   основной   цели:   научиться   самостоятельно   находить способ решения самых разнообразных задач.  Данное пособие может быть применимо как  для учащихся, так  и учителей. Желаю успехов! 9 класс В сосуде емкостью 28 л, заполненным углекислым газом (н.у.) сожгли 18 г магния.  1 Твердый остаток отделили, а газ привели к нормальным условиям, прибавив в сосуд  необходимое количество воздуха. Найдите массовые доли компонентов твердого остатка и объемные доли газов в конечной газовой смеси. 9­2. Простое твердое вещество, образованное одним из элементов первых трех периодов Периодической системы, прошло через огонь, а получившееся соединение — через воду. Продукт последней реакции прохлорировали, в результате чего получились две кислоты, одна   из   которых   способна   преодолевать   нагретые   медные   трубы   лишь   в   разбавленном состоянии.   О   каком   исходном   веществе   идет   речь?   Приведите   уравнения   всех протекающих реакций. 9­3. Имеются две белые кристаллические соли А и Б. При внесении в пламя горелки они  изменяют его цвет на желтый. Соль Б при хранении на свету желтеет. Если к каждой соли  прилить концентрированную серную кислоту и немного нагреть, то в реакции с солью А  выделится бесцветный газ В, а с солью Б – образуется темно­серый осадок Г и газ Д с  неприятным запахом. При растворении в воде газа В создается  сильнокислая, а газа Д ­   слабо кислая среда. При взаимодействии кислоты В с солью Б в присутствии кислорода  образуется осадок Г и раствор соли А. Определите вещества А – Д и напишите уравнения  всех описанных реакций. 9­4. Когда Майкл Фарадей работал лаборантом у знаменитого Хэмфри Дэви, он поставил  не совсем обычным опыт. Фарадей получил 21,5 г некоего кристаллогидрата, который  содержал 14,4 г воды. Он поместил желтые кристаллы в трубку, запаял ее и нагрел. После  охлаждения в трубке оказались два слоя жидкости: нижний — желтый и масло­подобный,  верхний – бесцветный. Когда Фарадей попытался открыть трубку, произошел взрыв:  желтое масло исчезло, распространяя запах хлора, а бесцветная жидкость оказалась  обычной водой. Объясните результаты этого опыта и установите формулу  кристаллогидрата. 9­5. При смешении растворов соляной кислоты и гидрокарбоната натрия выделился газ,  объем которого вдвое превысил объем полученного   раствора (условия нормальные,  растворимостью газа пренебречь). Какова молярная концентрация соли в полученном  растворе? 9­6.  В  1929  году  у  подножья  горы  Магнитной   начал   строиться  город  Магнитогорск   и Магнитогорский   металлургический   комбинат.   Более   50   лет   основной   рудной   базой комбината   являлось   месторождение   магнитного   железняка   горы   Магнитной.   Основным полезным   минералом   месторождения   был   магнетит,   содержащий   –   72,36   %   железа,   а второй элемент магнетита – самый распространённый элемент на земле.   1. Определите химическую формулу магнетита. К какому классу неорганических веществ он относится?  Руда   с   месторождения   поступала   на   обогатительную   фабрику,   где   она   дробилась   и обогащалась методом магнитной сепарации. В этом методе в магнитном поле происходит разделение   магнитных   минералов   (магнетита   и   пирротина,   который   состоит   из   двух элементов и содержит 63,57 % железа в степени окисленния (+2)) от немагнитных (пустой породы).   Магнитная   фракция   обогащения   железных   руд   называется   концентрат,   а немагнитная – хвосты. Концентрат содержит 60,5 % железа и 0,5 % вредной примеси – второй элемент пирротина.  Он располагается в  той  же группе  периодической системы элементов Д.И. Менделеева что и второй элемент магнетита. 2.Определите расчётом химическую формулу пирротина. К какому классу неорганических соединений он относится? Какое содержание пирротина и магнетита в массовых процентах в концентрате. 9­7.  Множество феноменов из разряда «дом с привидениями» объясняется всего­навсего плохо работающей системой отопления, вызывающей у жителей отравление угарным газом в малой концентрации. В число симптомов такого отравления, помимо головных болей и чувства усталости, входят также зрительные и слуховые галлюцинации.  Задания: Запишите известные Вам способы получения угарного газа (каждый способ будет оценен в 1 балл, максимальное количество баллов за данное задание 5 баллов).  Известно, что из угарного газа можно получить фосген. Рассчитайте сколько ядовитого газа можно получить, если для реакции взять 50м3 угарного газа и 20 кг хлора (считайте, что выход продукта составил 98%). 9­8.  Вам   выдана   смесь   следующих   сухих   солей:   сульфата   аммония,   сульфата   меди, сульфата цинка и сульфата бария. Кроме того, в вашем распоряжении вода, разбавленные растворы едкого калия и серной кислоты, необходимое лабораторное оборудование.  Составьте описание работы по разделению смеси и получению исходных солей в чистом виде. Напишите уравнения реакций, которые вы будете проводить при этом.  Составьте список минимально необходимого оборудования.  10 класс 10­1. Бишофит – это природный минерал, образующийся на дне водоемов. Он нашел  широкое применение в медицине и косметологии.  Целебные свойства бишофита  определяются его составом.Для установления состава минерала бишофит 10.15 г этого  вещества было растворено в 50 мл воды. К раствору добавили 100 мл 10% ­ного раствора  карбоната натрия ( = 1,102 г/мл). Выпавший в осадок массой 4,2 г представляет собой  карбонат и содержит 28,57% металла. После полного удаления осадка остался раствор,  содержащий хлорид и карбонат натрия, в котором массовая доля катионов натрия  составляет 2,88%. Определите состав бишофита. ρ На нейтрализацию 50 г олеума израсходовано 105 г 30%­ного раствора гидроксида  2 натрия (плотность 1,33 г/см3). Определите процентную концентрацию олеума. 10­3. В производстве интегральных микросхем используется следующий способ получения пленок сверхчистого германия: подложку, на которой необходимо вырастить микросхему, и образец германия располагают в противоположных концах запаянной стеклянной трубки, из которой откачан воздух, но содержится несколько кристалликов йода. Затем трубку нагревают так, чтобы на конце, где находится образец германия, температура была равна 300   ºС,   а   в   зоне   подложки   —   250°С;   спустя   некоторое   время   всю   трубку   нагревают равномерно до 600 °С и пары йода откачивают. В результате на подложке получается пленка германия заданной толщины, а часть германия оседает на стенках  трубки. На каких химических реакциях и равновесиях основан этот способ? Каковы максимально возможные потери германия, если пары йода откачивать при при 250 °С? Масса исходного германия — 1,450 г, йода — 0,063 г. 10­4. Твердое вещество, полученное при длительном пропускании тока водорода над 8.98 г смеси щелочного и щелочно­земельного металлов, внесено в 1 л воды. При этом  выделилось 6, 95 л газа ( 780 мм рт. ст. , 170С). При добавлении к полученному раствору  избытка раствора соды выпало 7,38 г осадка. При растворении осадка в избытке раствора  соляной кислоты выделилось 1,12 л газа (н.у.). Какие металлы были взяты для опыта?  Запишите уравнения описанных реакций. 10 ­5. Расшифруйте, какие вещества обозначены как А­К, и напишите уравнения реакций: 10­6. В мастерской по ремонту холодильников и климатического оборудования были  утеряны этикетки к емкостям с хранившимися в них фреонами (техническое название  группы насыщенных алифатических галогенсодержащих углеводородов, применяемых в  качестве хладагентов). Для установления формул фреонов были проведены следующие  исследования. При сжигании фреона 1 образовалось 2,24 л СО2 и 4 г HF. Фреон 2 не горит  ((С) = 9,92%; D(H2)=60,5). У фреона 3 ((F)=39,58%, (Н)=10,42%). При взаимодействии фреона 4 с натрием образовался этан и фторид натрия. При щелочном гидролизе фреона 5  образовались две соли – формиат натрия ((С)=17,65%; (О)=47,06%) и фторид натрия.  Установите структурные формулы указанных фреонов и дайте им химические названия.  10­7. В недалеком прошлом чуть ли не каждый человек пользовался галошами (или как  говорили раньше, калошами). Их надевали на разную обувь осенью, зимой, весной. Но жизнь меняется, и сегодня галоши, вроде бы  напрочь исключены из обихода. Тем не менее, немало людей до сих пор не расстаются с ними. Огородники, садоводы, рыболовы,  охотники в полной мере отдают должное галошам за то, что они непромокаемы, легки, их  можно быстро снять и надеть. Основа любой резиновой смеси, из которой изготавливают  галоши, или как их ещё называли калоши – это каучук.  Задания и вопросы:   1.Составьте  структурные формулы бутадиена­1,3 и изопрена, на основе которых получают каучук.   2.Сосчитайте общее число сигма и пи связей в каждой из указанных молекул.   3. Составьте уравнения реакции получение 1,3­бутадиена из винного спирта, а изопрена из 2­ метилбутана, в результате реакции дегидрирования  4.Составьте уравнения получения  синтетического бутадиенового и изопренового каучуков  5.С какой целью проводят  вулканизацию, и каким образом её осуществляют? 10­8.  «Медь, растворённая в крепкой водке, разделяется на нечувствительные частицы, которые в соединении с крепкой водкой, образуют жидкое тело зеленого цвета, какого раньше не было ни у крепкой водки, ни у меди. Когда селитряный спирт приливают к постоянной   щелочи,   то   сперва   возникает   теплота,   а   затем   из   двух   этих   тел,   имеющих весьма   острый   вкус,   образуется   тело   гораздо   более   мягкого   вкуса   и   обладающее специфическими   качествами,   иными,   чем   названный   спирт   и   щелочь,   а   также   исчезает невыносимая   вонь  спирта».  (М.В.Ломоносов.   Полное  собрание   сочинений.   Том  первый. Труды по физике и химии. – М.:Изд­во Академии наук СССР, 1950. – С.209) Вопросы и задания: 1) Запишите формулу и современное название  «крепкой водки».    2) Составьте  уравнения  реакций  концентрированного   и  разбавленного раствора   «крепкой водки» с медью.  3) В какой ещё жидкости, кроме крепкой водки можно при нагревании растворить   медь?   Составьте   соответствующее   уравнение   химической   реакции.4)   Какие соли называются селитрами? Как доказать, что выданная вам соль является селитрой? Составьте уравнение химической реакции. 5) Рассчитайте теплоту реакции нейтрализации (кДж/моль), если эксперимент показал, что при взаимодействии, раствора, содержащего 6,3 г селитряного спирта с избытком раствора щелочи выделилось 5,59 кДж теплоты. 11 класс 11­1. В лаборатории имелось твердое вещество “С”, 94,3% чистоты, способное реагировать с водой с выделением газа. Для поглощения этого газа приготовили раствор поглотителя “А”:   10г   соли   “В”   растворили   в   100мл   25%­ного   аммиака.   После   растворения   соли получился   бесцветный   прозрачный   раствор,   синеющий   при   стоянии   на   воздухе.   При контакте с  водой вещества “С”  выделился газ   “D”  и образовался  гидроксид кальция, который использовали для получения известковой воды. При пропускании полученного из вещества   “С”   газа   через   раствор   поглотителя   “А”   образовался   красный   осадок”  F”, который   отфильтровали.   При   поджигании   на   воздухе   осадок   взорвался   с   зеленой вспышкой, выделившийся при этом газ J пропустили через известковую воду, а выпавший в количестве 1,001г осадок H взвесили. Объясните проведенные эксперименты: 1. Напишите уравнения реакций, приводящих   к   появлению в растворе синей окраски. Приведите   примеры   солей   типа  B,   которые   можно   использовать   для   приготовления поглотительного раствора.  2. Определите вещества В, C , D, F, J, H , напишите уравнения химических реакций.   3. Найдите массу вещества С, взятого для химической реакции. 11­2. «Холмс молчал. После продолжительной тишины он бросился в свой лабораторный  угол, что­то нашептывая. Лейстред и я устремились за ним. У меня возникло неосознанное  чувство, что Холмс собирается позже спросить меня о чем­то.  Мы внимательно наблюдали за его действиями. Он растворил желтые кристаллы в воде и опустил в раствор синюю  лакмусовую бумажку. Мокрая часть бумажки стала красной. В водный раствор яда он ввел несколько капель сульфида аммония. Желтая жидкость после нагревания стала кроваво­ красной. Было видно, что Холмс напал на след. Он поставил на стол перед собой  стеклянную банку и две бутылки. Я прочел этикетки:… ­Ватсон, должен просить Вас отойти к камину. Следующий шаг довольно опасен… … Неожиданно позади нас раздался громкий взрыв, который потряс комнату.                         ­Холмс!­ окликнул я и бросился к нему. Он появился из облака дыма с мрачной улыбкой.  Не обращая на меня внимания он подошел прямо к Лестрейду…» 1.Какие вещества находились в банке и бутылках, какое вещество описано в рассказе про  Шерлока Холмса? 2. Составьте уравнения химических реакций получения описанного соединения и его  взаимодействия с сульфидом натрия. 3. При восстановлении желтых кристаллов, имевшихся в распоряжении Холмса, образуется вещество Х, благодаря которому Петер Грисс в 1858 году открыл новый тип химических реакций,   послуживший   началу   бурного   роста   анилинокрасочной   промышленности.   Как называется вещество Х  и тип реакций открытых Гриссом? Какие соединения получают с их помощью, приведите уравнения реакций? 11.3. При сжигании уксусной кислоты в кислороде выделилось 235,9 кДж теплоты, и  осталось 10,0 л непрореагировавшего кислорода, измеренного при давлении 104.1 кПа и  температуре 400С. Рассчитайте массовые доли компонентов в исходной смеси. ∆Нобр(СО2 ) = ­393,5 кДж/моль,  ∆Нобр(Н2Ог)= ­241,8 кДж/моль,  ∆Нобр(СН3СООН) = ­ 484,2 кДж/моль. 11 – 4. Обсудите возможность взаимодействий между: 1). Сульфидом аммония и сульфатом алюминия  в водном растворе                                          2). Сульфатом аммония и триэтиламином в водном растворе                                                     3). Сульфидом железа (II)  и серной кислотой                                                                               4). Оксидом серы (IV) и фенолятом натрия                                                                                   5). Сульфатом железа (III) и магнием. 11­ 5.  В лаборатории исследовали смесь с неизвестным соотношением фенола и о­крезола.  При бромировании  4,99 г смеси фенола и о­крезола  избытком брома получилось  15,28 г  продуктов  бромирования. Напишите уравнения реакций. Определите вероятный  качественный и количественный (в моль) состав продуктов бромирования. 11­6. Металл «А» может гореть в атмосфере газа «В» или в атмосфере газа «С». Продукт реакции металла с газом «В» тоже горит в газе «С». Газ «В» в газе «С» также дает пламя. Оксид   металла   «А»   взаимодействует   с   раствором   ортофосфорной   кислоты.   После окончания последней реакции из раствора можно выделить или безводную соль «D», в которой массовая доля металла составляет 29,41%, или дигидрат соли «D», в котором массовая   доля   металла   составляет   23,26%.   Определите   вещества   «А»,   «В»,   «С»,   «D», учитывая, что первые три из них – простые. Продукт взаимодействия газа «В» с газом «С» является одним из компонентов желудочного сока и слюны человека. Запишите уравнения всех, описанных в условии реакций. 11­7.  Продукты,   полученные   при   сжигании   1792   мл   этана   (н.у.)   полностью   поглотили известковой водой массой 740 г. При этом оказалось, что масса выпавшего осадка А равна массе соли Б в полученном растворе.  1)   Напишите   уравнение   реакции   сгорания   этана   и   уравнения   реакций,   которые   могли происходить при поглощении продуктов сгорания, назовите вещества А и Б;  2) Определите массы веществ А и Б, полученных при поглощении;  3) Рассчитайте ее массовую долю соли Б в полученном растворе.  11­8. Оксид углерода(II) смешали с водородом в молярном отношении 1:4 при давлении 10 МПа и температуре 327oС в замкнутом реакторе для синтеза метанола. После проведения синтеза   давление   газов   в   реакторе   при   той   же   температуре   уменьшилось   на   10%. Определите степень превращения оксида углерода(II) в метанол, объемную долю паров метанола в реакционной смеси и среднюю молярную массу этой смеси газов.  Образец заданий и его решения. 9­1. 4 г простого вещества А сожгли и полученный оксид растворили в 60 г 20%­ного  раствора гидроксида натрия. В результате получилось 96 г раствора щелочи с  Определите элемент, образующий вещество  А. ω  = 12,5%.  9­2. Навеска частично выветрившейся глауберовой соли массой 28,6 г была растворена в  воде. После того как к полученному раствору прилили избыток раствора хлорида бария  выпал осадок  массой 23,3 г . Определите формулу использованного кристаллогидрата  глауберовой соли. 9­3. Местоположение заводов, производящих азотные удобрения, можно определить по  «Лисьим хвостам» (красно­бурый дым) над их трубами. При повышенном атмосферном  давлении интенсивность окраски дыма уменьшается.  При смене сезона от зимы к лету  наблюдается обратный эффект. 1.Объясните описанные явления, используя знания о  закономерностях протекания химических реакций.  2.Как на основании приведенных  данных можно оценить тепловой эффект процесса?  3.Напишите уравнения реакций, с  помощью которых из «лисьего хвоста» можно получить оксиды азота N2O, NO, N2O3,  используя любые реактивы. 9­4. Магний и титан входят в состав бенгальских огней. Частицы этих металлов, сгорая за  счет кислорода воздуха, дают красивые блестящие искры. Определите объем кислорода  (н.у.),  необходимый для сжигания «бенгальского огня», в составе которого было 1,5 г  смеси этих металлов. 9­5. В лаборатории возникла необходимость приготовить 1 л раствора раствор,  имитирующего воду природного источника с содержанием Ca2+ − 160 мг/л, Mg2+ − 48 мг/л,  Na+ − 9,2 мг/л, HCO3 ­ − 610 мг/л, SO4 2­ − 115,2 мг/л. Какие  соли  понадобятся  вам для  этого? Рассчитайте массу каждой из  них. Будете  ли проводить химические реакции? Если да, то какие? Запишите ход выполнения задания и уравнения возможных реакций. Решения 9­1. M(NaOH) в исходном растворе 60⋅0,2 = 12 г В конечном растворе  96⋅0,125= 12 г Следовательно, щелочь не реагировала с оксидом. ∆mp­pa = 96 – 60 = 36 г m(оксида) = 36 г m(O) = 36 – 4 = 32 г n(O) = 2 моль Вторым элементом в оксиде может быть только  Н. 9­2. Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2 NaCl n(BaSO4) = 23,3  : 233  = 0,1 моль n(Na2SO4) = 0,1 моль m(Na2SO4) = 14,2 г m(H2O) =  28,6 – 14,2 = 14,4 г n(H2O) = 14,4 : 18 = 0,8 моль формула соли Na2SO4⋅8 H2O 9­3. В состав дыма входят окрашенный диоксид азота и его бесцветный димер.  Интенсивность окраски зависит от содержания NO2.                                                                    Поскольку в ходе реакции  2NO2⇄ N2O4 число объемов уменьшается, повышение давления  способствует смещению равновесия вправо, что будет уменьшать интенсивность окраски.    Летом с увеличением температуры воздуха равновесие процесса сдвигается в сторону  эндотермической реакции, что ведет к увеличению концентрации мономера. Это  свидетельствует о том, что прямая реакция – экзотермическая. A) 4NO2 + O2 +H2O = 4 HNO3      HNO3  + NH3 = NH4NO3      NH4NO3→t N2O + 2H2O Б) 8HNO3 (разб) + 3Cu = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O В) NO + NO2→на холоду N2O3  9­4. Составим уравнения реакций, о которых идет речь в условии: Ti +O2 = TiO2 2Mg + O2 = 2MgO Молярная масса титана составляет 48 г/моль, а магния ­ 24 г/моль, поэтому на сжигание одинаковых масс данных металлов расходуется одно и то же количество кислорода и для решения данной задачи неважно известен ли состав смеси металлов или нет.  Если при сгорании 48 г любого из металлов (или их смеси) расходуется 22400 мл О2, то при сгорании 1,5 г любого из металлов (или их смеси) израсходуется Х мл О2.  5,1  x  22400 48  700 мл 9­5. Рассчитаем молярные концентрации ионов в растворе: CaC ( 2  ) 1 л 160  40 г мг моль /  4 ммоль / л MgC ( 2  ) л 1 48  24 г мг / моль  2 ммоль / л NaC (  ) 1 л 2.9  23 г мг / моль  4.0 ммоль / л C ( HCO  )3 1 л 610  61 г мг / моль  10 ммоль / л SOC ( 2 )4  л 1 2.115  96 г / мг моль  2.1 ммоль / л Необходимо учесть, что гидрокарбонаты кальция и магния в твердом виде не выделены, и для приготовления раствора их использовать невозможно.  Для  приготовления  раствора с заданным составом необходимо взять: 0,2 ммоль Na2SO4; 1 ммоль MgSO4; 1 ммоль MgCO3; 2 ммоль CaCO3 и пропустить углекислый газ для перевода карбонатов магния и кальция в гидрокарбонаты, затем довести дистиллированной водой объем полученного раствора до 1 л.  CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 MgCO3 + CO2 + H2O = Mg(HCO3)2 Рассчитаем навески солей, необходимых для приготовления раствора: m(Na2SO4) = 0,2 ммоль ∙ 142 г/моль = 28,4 мг m(MgSO4) = 1 ммоль ∙ 120 г/моль = 120 мг m(MgСO3) = 1 ммоль ∙ 84 г/моль = 84 мг m(CaСO3) = 2 ммоль ∙ 100 г/моль = 200 мг Задание. 10 ­1. Искусственный криолит для промышленного производства алюминия получают из  гидроксида алюминия, карбоната натрия и  плавиковой кислоты, которую надо взять с  20%­ным избытком. Его используют для приготовления электролита, в состав которого  входят 5% оксида алюминия, 80% криолита и другие добавки.  1 Составьте уравнения реакций получения криолита и чистого алюминия. Дайте  химическое название криолита. Объясните его роль в процессе электролиза. 2 Рассчитайте объем 40%­ной плавиковой кислоты ( =1,13 г/мл), необходимый для  ρ получения криолита, который требуется для приготовления 100 кг электролита. 3 Какую массу металла можно получить из этого количества электролита, если его  выход составляет 75% от теоретического? 10­2.  Имеется углеводород С6Н12 , который А) легко реагирует с бромом, особенно в присутствии FeBr3; Б) легко присоединяет HI; В) гидрируется на никелевом катализаторе в 3­метилпентан; Г)не реагирует на холоду с раствором KMnO4. 1. Определите углеводород, составьте его графическую формулу. 2. Напишите уравнения описанных реакций. 3. Составьте графические формулы соединений, получившихся в результате реакций а, б, в. 10­3.  В лаборатории был проведен  электролиз  188 г воды, обогащенной дейтерием.  При  этом выделившийся на катоде  газ при 1000С и давлении 2,03⋅105 Па занимает объем 153 л.  Рассчитайте, в каком мольном соотношении находятся изотопы водорода в данной воде,  учитывая, что электролиз  протекает количественно. 10­4. В колбы, содержащие по 125 мл 1М раствора соляной кислоты помещены одинаковые количества двух солей А и Б. После завершения реакции, сопровождавшихся выделением  газов, масса каждого сосуда уменьшилось на 1,1 г. Анализ образовавшихся растворов  показал, что они содержат по 2,925 г хлорида натрия. Один из выделяющихся газов В  вызывает помутнение известковой воды, второй газ Г поддерживает горение и, в  зависимости от концентрации, обладает возбуждающим или наркотическим действием.  Установите формулы веществ А, Б, В, Г. Составьте уравнения соответствующих реакций. 10­5. В результате двух последовательных реакций этиловый спирт был превращен в  соединение, водный раствор которого обладает нейтральной реакцией среды и вза­ имодействует со свежеосажденным гидроксидом меди (II). При взаимодействии этого  соединения с избытком металлического натрия выделяется 33,6 л водорода (при н. у.). Составьте уравнения описанных реакций, определите какое соединение было получено и какова его масса, если выход на каждой стадии синтеза составляет 70 %. Решения 10­1 1 2 1) 3Na2CO3 + 12HF + 2Al(OH)3 = 2 Na3[AlF6] + 3CO2 + 9H2O Гексафтроалюминат натрия, необходим для создания электропроводной среды и снижения  температуры плавления электролита. 2) 2Al2O3 =эл.ток 4Al + 3O2 В 100 кг электролита содержится 80 кг криолита.  n(Na3[AlF6] =80000г : 210 г/моль = 381 моль. Количество плавиковой кислоты с учетом избытка: n(HF) =6n(Na3[AlF6]) ⋅1,2 = 381⋅6⋅1,2 = 2743 моль m(HF) = 2743 моль⋅19 г/моль = 54900 г = 54,9 кг mp­pa = 54,9 кг : 0,4 =137 кг Vp­pa = 137 кг : 1,13кг/л = 121 л 3 В электролизе участвует только оксид лалюминия m(Al2O3) = m(электроита)⋅ (ω Al2O3) = 100⋅0,05=5 кг n(Al2O3) = 5000 г: 102 г/моль = 49 моль. n(Al) = 98 моль  m(Al) = n(Al) ⋅М ⋅ = 98⋅27⋅0,75 = 1,95 кг. 10­2 (автор Круподер С.А.) Судя по брутто­формуле, углеводород может быть алкеном или циклоалканом. По свойству г)  алкеном он быть не может. По свойствам а) и б)  мы имеем дело с малым циклом – производным циклопропана или  циклобутана. По свойству в) при гидрировании с разрывом малого цикла получается единственный продукт,  стало быть молекула симметрична. Из структурной формулы 3­метилпропана СН3­ СН2­ СН(СН3) – СН2 – СН3 очевидно, что  исходный углеводород 1,2,3­триметилциклопропан. H3C H3C CH3 Уравнения реакций C6H12 + Br2 = C6H12 Br2                       СН3­ СН(Br)­ СН(СН3) – СН(Br) – СН3 C6H12 + HI = C6H13I                СН3­ СН2­ СН(СН3) – СНI – СН3 C6H12 + H2 = C6H14               СН3­ СН2­ СН(СН3) – СН2– СН3   10­3. Уравнение электролиза :     2Н2О = 2Н2 + О2 На катоде выделяется водород, количество которого рассчитаем по закону Менделеева ­  Клапейрона :  Hn ( ) 2  VP RT 03,2   3 5    10 10 153  31,8 373  10 моль Поскольку электролиз прошел количественно, n(H2O) = 10 моль. Из 188 г «тяжелой воды» 160 г кислорода и 28 г смеси водорода с дейтерием. n(смеси ) = 20 моль.  Обозначим n(дейтерия) = x и составим уравнение 2х+1 ⋅(20­х) = 28, откуда  х= 8. Тогда количество водорода равно 20­8=12, а мольное соотношение H : D = 12 : 8 = 3 : 2. 10­4. Количество вещества хлороводородной кислоты, вступившей в реакцию составляет n(HCl) = CV = 1 моль/л∙0,125л = 0,125 моль Количество вещества хлорида натрия составляет  n ( NaCl )  m M 925,2 г моль г /5,58  05,0 моль Описание газа В (вызывает помутнение известковой воды) позволяет предположить, что это  углекислый газ или диоксид серы: 1 2 Са(ОН)2 + СO2 = CaCO3 Са(ОН)2 + SO2 = CaSO3  + Н↓  + Н↓ 2O;  2O. Следовательно,   солью   А   может   быть   одна   из   следующих   солей:  Na2SO3;  NaHSO3;  Na2CO3; NaHCO3: 3 4 5 6 Na2CO3 + 2HC1 = 2NaCl + CO2 + H↑ 2O; (a) NaHCO3 + HC1 = NaCl + CO2 + H↑ 2O; (б) Na2SO3 + 2НС1 = 2NaCl + SO2 + H↑ 2O; (в) NaHSO3 + HC1 = NaCl + SO2 + H↑ 2O. (г) Исходя из уравнений реакций рассчитываем массы газов, выделившихся при образовании 0,05 моль хлорида натрия. т = n∙М т(CO2) = 44 (г/моль)∙0,025 моль = 1,1 г; (а) т(CO2) = 44 (г/моль)∙0,05 моль = 2,2 г; (б) т(SO2) = 64 (г/моль)∙0,025 моль = 1,6 г; (в) т(SO2) = 64 (г/моль)∙0,05 (моль) = 3,2 г. (г) Условию задачи соответствует уравнение (а). Следовательно, соль А ­ Na2CO3, а газ В ­ СO2: Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H↑ 2O. Вторая соль даёт то же количество хлорида натрия (0,5 моль) при том же количестве исходной соли; следовательно, второй газ также имеет молярную массу 44 г/моль. Известны по крайне мере ещё два газа с такой же молярной массой: C3H8 и N2O. Из этих двух соединений только оксид   азота   (I)   поддерживает   горение   и   обладает   наркотическим   или   возбуждающим действием. Следовательно, газ Г ­ N2O. Сравнение количественных данных показывает, что во второй соли С02  формально   заменён   на  N20,   и   формула   соли   Б   ­  Na2N2O2  (гипонитрит   натрия   ­   соль неустойчивой   азотноватистой   кислоты).   Разложение   гипонитрита   натрия   соляной   кислотой протекает по уравнению: Na2N2O2 + 2HC1 = 2NaCl + N2O + ↑ H2O. Ответ. А – Na2CO3; Б – Na2N2O2; В – СО2; Г – N2O. 10­5. В ходе описанного синтеза получается этиленгликоль: 1 C2H5OH H2SO4; 170oC ­H2O H2C CH2 2 С2Н4 + 2КМnО4 + 4Н2О = С2Н4(ОН)2 + 2МnО2 + 2КОН Этиленгликоль взаимодействует с гидроксидом меди (II) и натрием: 3) CH2OH CH2OH + Cu(OH)2 4)  H O O CH2 CH2 +  2H2O Cu H2C H2C O O H CH2OH CH2OH + 2Na CH2ONa CH2ONa + H2 Hn ( ) 2  V Vm  6,33 л /4,22 л моль  5,1 моль m(C2H4(OH)2) = 3,06 моль ⋅ 62 г/моль = 18,97 г 19 г≈  06,3 моль n H(C 2 (OH) 2 ) 4  5,1  7,07,0 Задание. 11­1. Металл А является важным компонентом сульфидных полиметаллических руд. Для его отделения руду обжигают, затем действуют на нее избытком газа Б, при этом металлы находящиеся в составе руды восстанавливаются до элементного состояния, А соединяется с   Б,   образуя   летучее   соединение   В,   которое   при   высоких   температурах   разлагается   с выделением   чистого   металла   А.   Известно,   что   химические   связи   в   тетраэдрической молекуле В с центральным атомом А образуются по донорно­акцепторному механизму. Для получения 85,35 г В требуется 44,8 л (н.у.) газа Б. Газ Б способен гореть, причем продукт горения Г при пропускании над раскаленным углем увеличивает  объем вдвое, образуя газ Б.  Определите вещества А, Б, В и Г? Составьте уравнения описанных реакций. 11­2.  В норме концентрация глюкозы в крови человека составляет 5­7 ммоль/л. При  анализе крови объемом 0,100 мл (после отделения белков) добавляют избыток  гексацианоферрата (III)  калия, который в присутствии карбоната калия взаимодействует с глюкозой.  К раствору прибавляют избыток йодида калия, который взаимодействует с  непрореагировавшим  гексацианоферратом (III)  калия. Образовавшийся йод удаляют  действием тиосульфата натрия. Запишите уравнения всех описанных реакций. Грозит ли донору диабет, если при  анализе было добавлено 2,00 мл раствора K3[Fe(CN)6]  с концентрацией  5,00 ? 10­3моль/л, а на последнюю реакцию израсходовано 1,28 мл раствора  Na2S2O3 такой же концентрации?  11­3. В книге Н.Н. Зинина «Работы казанского периода» описано выделение и свойства  органического соединения, которое плавится при 500С, кипит около 3000С, перегоняется  без разложения, представляет собой шелковисто­белые кристаллы в виде нескольких игл: «Нафталидам имеет своеобразный, сильный, неприятный запах и острый, горький, едкий  вкус. Он почти нерастворим воде и легко растворяется в винном спирте и эфире.  Нафталидам не дает щелочной реакции на лакмус, из всех солей вытесняется аммиаком.  Он соединяется со всеми кислотами, образуя белые соли, большей частью легко  кристаллизующиеся». Его состав определяли по следующим данным: Опыт 1. «0,341 г перегнанного нафталидама   при сожжении с окисью меди дали 0,203 г воды и  1,0483 углекислоты, что соответствует 6,61% водорода и 83,84% углерода Опыт 2.  0,361 г нафталидама …при сожжении с хромовокислым свинцом дали 0,2312 г воды и  1,1105 углекислоты, что соответствует 6,4% водорода и 83,9% углерода. Опыт 3. 0,543 г вещества, сожженные по методу Вилля и Варентрапа, дали 0,8380  платинохлористоводородного аммония, что соответствует 9,62% азота. Из винного спирта солянокислый нафталидам выпадает в виде маленьких блестящих  чешуек. Опыт 4. 0,3339 г возогнанной (солянокислой) соли при сожжении с окисью меди дали 0,1687 воды и 0,8153 углекислоты, следовательно, в 100 г : 5,61% водорода и 66,59% углерода. Опыт 5. 0,3608 г возогнанной соли при сожжении с чистой негашеной известью и окисью меди дали  0,2784 г хлористого серебра, следовательно соль содержит 19,03% хлора. Результаты опытов представлены в таблице            Опыт 1 % С Н N Cl 83,84 6,61 ­ ­ 2 83,9 6,4 ­ ­ 3 ­ ­ 9,62 ­ 4 66,59 5,61 ­ ­ 5 ­ ­ ­ 19,03 1 Что такое винный спирт? 2 По данным опытов 1­5 установите брутто­формулу «нафталидама». 3 Напишите уравнения реакций в 1,2 и 4 опытах. Для чего в опытах 1 и 2 используют  оксид меди и хромат свинца? 11.4. Предложите оптимальные пути синтеза, используя любые реактивы. ( CH ) 23 CH  CH 2  CH  CH  ( CH ) 23 CH  CH 2  CO  CH 3 2 11.5. Напишите уравнение реакции, происходящей при попадании капли соляной кислоты на капроновый чулок (чулок «прожигается»). Решения 11­1. Продукт горения газа Б – газ Г при пропускании над раскаленным углем увеличивает  свой объем вдвое, вновь превращаясь в газ Б; можно предположить, что Г ­ это углекислый  газ, а Б ­ монооксид углерода: 1 2СО + O2 = 2СO2, 2 СO2 + С = 2СО. Предположение о том, что газ Б ­ монооксид углерода, подтверждается тем фактом, что металл А соединяется с Б по донорно­акцепторному механизму, а в молекуле СО у атома углерода есть неподеленная электронная пара. Поэтому монооксид углерода может выступать в роли донора электронов. По условию задачи, структура молекулы В соответствует правильному тетраэдру с атомом А в центре. Из этого можно сделать вывод что каждый атом А присоединяет че­ тыре молекулы СО: Теперь можно определить металл А: А + 4СО = А(СО)4. n )CO(  8,44 л /4,22 л моль  2 моль n ( A(CO) 4 )  1 4 n )CO(  5,0 моль n ( A(CO) m ) 4 M  A(CO) ( 4 ( A(CO) 4 ) )   M ( A(CO) 4 )  m ( A(CO) 4 A(CO) n ( 4 ) )  г 35,85 5,0 моль  7,170 г / моль Теперь нетрудно вычислить молярную массу металла А: 170,7­28∙4 = 58,7. Металл А — Ni, Б­ СО, Г – CO2, соединение В ­ тетракарбонилникель Ni(CO)4. Уравнения реакций, происходящих при получении никеля из руды: 3) 2NiS + 3O2 = 2NiO+2SO2 4) NiO + CO = Ni + CO2 5) Ni + 4СО = Ni(СО)4. 11­2. 2K3[Fe(CN)6] + C6H12O6 +3K2CO3 + H2O = 2K4[Fe(CN)6] + C6H11O7K + 3KHCO3 2K3[Fe(CN)6] + 2KI = 2K4[Fe(CN)6] + I2 2 Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 +2Na I 1 2 3 Из стехиометрии уравнений 1­3 следует, что n(I2) = 0,5n (Na2S2O3 ) =0,5 C V =  0,5 ?5?10­3 ?1,28?10­3 = 3,2?10­6 моль. По уравнению 2:    n1 (K3[Fe(CN)6]) = 2 n(I2) = 6,4?10­6 моль. Исходное количество вещества комплекса :  n0 (K3[Fe(CN)6]) = C V = 5,00?10­3 ? 2,00?10­3 = 1,00?10­5моль. По уравнению 1: n(C6H12O6) = 0,5(n0 – n1) = 0,5? (1,00?10­5 ­ 6,4?10­6) = 1,8?10­6 моль. С(C6H12O6) = n /V = 1,8?10­6 : 0,1?10­3 = 1,8?10­2 моль/л или 18 ммоль/л. Донору грозит диабет. 11­3 (автор Лебедева О.К.) 1 Винный спирт – этанол. 2 Из опытов ясно, что нафталидам имеет формулу CxHyNz , его солянокислая соль  имеет состав CxHyNzCl. Исходя из данных таблицы, содержание азота в соли составляет 100 ­ 66,59 – 5,61 – 19,03 = 8,77%, отсюда n(C ): n(H) : n(N) : n(Cl) =  59,66 12 : 61,5 1 : 77,8 14 : 03,19 5,35  54,0:66,0:61,5:55,5  1:1:10:10 Аналогичный расчет для образца нафталидама дает результат по усредненным данным 1 и  2 опытов:  n(C ): n(H) : n(N) = 5,6 1 : 62,9 14 87,83 12 :  69,0:5,6:99,6  1:4,9:10 На основании результатов всех опытов, с учетом погрешности эксперимента, формула  нафталидама С10Н9N. 3 1) 4С10Н9N + 49O2  = 40CO2 + 18H2O + 2N2 ( опыты 1,2) 2) 4С10Н10NCl + 49O2 + 2СuO = 40CO2 + 2CuCl2 + 20H2O + 2N2 В опытах 1 и 2 оксид меди и хромат свинца нужны для полного окисления  нафталидама в углекислый газ. 11­4.   (автор Теренин В.И.) Возможные пути синтеза 1)  ( CH ( CH ) 23 ) 23 CH CH   CH CH 2 2   CH CO 2)  ( CH ( CH ) 23 ) 23 CH CH   CH CH 2 2   CH CO )1 Br 2 )2 NaNH 2  2 ( CH ) 23 CH  CH 2  C CH   CH  CH 3                   SOHHgOH 4 2 2 , , HOH , 2  2  ( CH ) 23 CH  CH 2  CH ( OH )  CH 3  KMnO , H 4   CH  CH 3 11­5. При действии соляной кислоты происходит гидролиз полиамидной цепи капрона (поли­ ­ε капронамида): …−CО−(CH2)5−NH−CО−(CH2)5−NH−… H2O, HCl …−CО−(CH2)5−NH3 + Cl­ +       + HO−CО−(CH2)5−NH−…