LXII Московская городская олимпиада школьников по химии

Задания 8 класса

8-1. Из курса математики Вам знакомо понятие "признак". Например, признак равенства треугольников гласит: "Если все стороны двух треугольников равны, то треугольники равны". Понятие "признак" является "необходимым и достаточным", то есть, обратное утверждение тоже верно: "У равных треугольников все три стороны равны". В химии тоже существует понятие признака. Вы знаете признаки протекания химической реакции. Это а) изменение окраски; б) выпадение (растворение) осадка; в) выделение газа; г) выделение (поглощение) энергии в виде тепла или света.  А. Для каждого признака приведите пример реакции, протекающей так, что его можно наблюдать (с уравнением). Б. Являются признаки протекания химической реакции "необходимыми и достаточными" (т.е. наблюдение одного или нескольких из этих явлений однозначно свидетельствует о протекании реакции)? Ответ поясните (можно просто привести примеры).

8-2. Студент Иванов нашел у себя на чердаке американские монеты достоинством 5 долларов чеканки 1885 года из золота 18-тикаратной пробы. Каждая монета весила 15 г. Приятель-коллекционер предложил Иванову по 200$ за каждую монету. Иванов решил оценить, сколько стоит золото, содержащееся в этих монетах.  А. Покрывает ли плата, предложенная коллекционером стоимость золота, содержащегося в монете?  Б. Сколько атомов золота содержится в одной монетке?
В. Сколько долларов стоит 1 атом золота (если исходить из биржевой стоимости золота)?

Для справок. Проба показывает массовую долю золота в сплаве. В России использовали тысячную пробу (массу золота в 1 кг сплава). Например, 950 проба показывала, что в 1000 г сплава содержится 950 г золота. В США пользовались каратной пробой (в ней проба 24 соответствовала Российской пробе 1000). 1 унция золота соответствует 31,1035 г и стоит на бирже 518$.

8-3. В химической лаборатории есть любое оборудование и источники энергии. Из реагентов - только дистиллированная вода, поваренная соль (NaCl), песок (SiO₂) и уголь. Какие вещества можно синтезировать в этой лаборатории? Напишите уравнения реакций, укажите условия их проведения, опишите возможное применение полученных веществ в быту или промышленности.

8-4. Ниже приведено два примера химических реакций и названия участвующих в них веществ.

SO₂Cl₂     +      2H₂O = H₂SO₄ +    2HCl                                SOBr₂ + H₂O = SO₂     +     2HBr

Хлорангидрид           серная      хлороводородная                                    бромангидрид                                        бромоводородная
серной кислоты       кислота              кислота                                             сернистой кислоты                                         кислота

Допишите уравнения нижеприведенных реакций, назвав все вещества.

А. SOCl₂ + H₂O =        Б.  SO₂ClBr + H₂O =     В.  SOClBr + H₂O =        Г. POCl₃ + H₂O =

8-5. При прокаливании 10,00 г минерала малахита образовалось 7,21 г оксида меди (II), 0,81 г воды, 1,98 г углекислого газа (оксида углерода (IV)). Массы воды и углекислого газа определяли по увеличению массы поглотительных склянок с растворами серной кислоты и гидроксида натрия.

А. Установите формулу минерала.  Б. В каком порядке должны быть расположены эти склянки и почему?  В. Напишите уравнения всех упомянутых реакций.

8-6. Как вы знаете, многие металлы способны гореть на воздухе. При этом образуются вещества, которые в XVIII в. назвали "землями", при этом масса "земель" превышала массу металла. Чтобы объяснить это явление, Георг Шталь предложил использовать теорию флогистона. Флогистоном он назвал невесомую субстанцию, которая обретает массу при сжигании веществ. В 80-е годы XVIII в. А.Л. Лавуазье во Франции и независимо от него М.В. Ломоносов в России показали несостоятельность этой теории.  А. Какому закону химии, изучаемому в школе, противоречит теория флогистона? Сформулируйте его.  Б. За счет чего увеличивается масса металла при сжигании?  В. Как Вы думаете, какие опыты нужно провести, чтобы опровергнуть теорию флогистона?  Г. Какой класс веществ в XVIII в. называли "землями"?

Решения

8-1. А) Любые уравнения из школьного курса подойдут. Изменение окраски:

Cu(OH)₂ CuO + H₂O

Выпадение осадка – CuSO₄ + 2NaOH=Cu(OH)₂ + Na₂SO₄ выделение энергии — 2H₂ + O₂ = 2H₂O, выделение газа – Zn+2HCl=ZnCl₂ + H₂

Б) Нет. Ответ очевиден При горении лампочки выделяется энергия, а химическая реакция не идет. При кипении воды выделяется газ, а реакции нет и т.п.

8-2. А) Сначала переведем каратную пробу в тысячную. . Следовательно, в 1000 г сплава содержится 750 г золота. Монета весит 15 г, значит, в ней 0,75*15=11,25 г золота. Это соответствует 11,25/31,1035=0,362 унции золота. Столько золота стоит 0,362*518=187,5 $. Т. е. плата друга покрывает стоимость золота.

Б) В одной монете содержится 11,25 г золота, т.е. 11,25 г/197 г/моль=0,057 моль золота. Что соответствует 0,057*6,02*10²³=3,43*10²² атомов.

В) Одна унция золота 31,1035 г содержит 31,1035/197*6,02*10²³=9,5*10²² атомов. Она стоит 518 $. Значит, 1 атом стоит 518/9,55e22=5,4*10^-21 $.

8-3. Любые разумные уравнения реакции.

8-4.А. SOCl₂ + H₂O =SO₂ +

Б. SO₂ClBr + 2 H₂O = H₂SO₄ + HBr +HCl

В. SOClBr + H₂O = SO₂ + HCl + HBr

Г. POCl₃ + 3 H₂O = 3HCl + H₃PO₄ (либо HPO₃)

Хлорангидридсернистойкислоты, хлорбромангидридсернистойкислоты, хлорбромангидридсернойкислоты, хлорангидридфосфорнойкислоты, ортофосфорнаякислота/метафософрнаякислота

8-5. Очевидно, что вещество состоит из атомов меди, углерода, кислорода и водорода. Найдем количества веществ: n(CuO)=7.21/(64+16)= 0,090 моль n(H₂O)=0,045 моль, n(CO₂)= 0,045 моль. Тогда количества моль атомов химических элементов равны: n(Cu)=0.090 моль, n(H)=0.090 моль, n(C)=0.045 моль, n(O)=0,090+0,045+0,090=0,225 моль. Тогда соотношение n(Cu):n(H):n(C):n(O)=2:2:1:5. Состав Cu₂H₂CO₅. Тем, кто написал формулу Cu₂(OH)₂CO₃ — бонус.

Cu₂(OH)₂CO₃=2CuO + H₂O + CO₂

CO₂ + 2NaOH= Na₂CO₃ + H₂O.

8-6. А) Теория флогистона противоречит закону сохранения массы: "Масса веществ, вступивших в реакцию равна массе образовавшихся в ней веществ"

Б) Масса металла увеличивается за счет поглощения кислорода из воздуха. За ответ "поглощение воздуха".

В) За любой разумный вариант (сжигание металла в запаянной колбе и т.п.).

Г) Оксиды.