ChemNet
 
Химический факультет МГУ

Школьные олимпиады по химии
Всероссийская олимпиада школьников по химии - 2004 года

Всероссийская олимпиада школьников по химии - 2004 г.

ДЕСЯТЫЙ КЛАСС
(Решения)

Задача 10-1 (автор О. К. Лебедева)

1.Реакция иода с тиосульфатом
I2 + 2Na2SO3 = 2NaI + Na2S4O6
nu.lc.gif (53 bytes)экв(1) = nu.lc.gif (53 bytes)экв(S2O3 2-) = 10-2 4 10-2 = 410-4 (моль)
Соединение 1 -калиевая соль, изоморфная манганату или сульфату - содержит тетраэдрический анион и может быть представлена в виде K8-nAO4, где n – степень окисления А.
K8-nAO4 –окислитель, принимающий в реакции с иодидом Z электронов, тогда
Мэкв(1) =m/ nu.lc.gif (53 bytes)экв(1) = 0,0198/0,0004 = 49,5г/моль
M(1) = Мэкв(1)Z = 49,5Z
М(1) = (8-n)39 + M(A) +416 = 376 -39n + M(A)
Найдем А перебором

Z

3

4

5

6

n        
6 6,5 56 105,5 155
7 45,5 95 144,5 195

При Z=4 и n=6 M(A)=56,  A -  Fe
При Z=6 и n=7 M(A)=195,  тогда А –Pt, однако, полученные степени окисления (+7 и +1) не характерны для платины и кроме того платину используют как нерастворимый анод.
Итак, соединение (I) – феррат калия K2FeO4.
K2FeO4 + 4 KI + 4H2SO4 = FeSO4 +2I2 +4H2O + 3K2SO4
Найдем металл Б
Б + nHCl = БCln + 0,5nH2
экв(H2) = экв(Б) = 0,07/11,2 =0,00625
Мэкв(Б) =m/экв(Б) = 0,1/0,00625 = 16г/моль
Найдем Б перебором.
При n=3 получаем титан, который находится в одном периоде с железом
Для платины металла  отвечающего условию задачи нет.
Б – Ti.

2. Интерметаллид имеет состав FeTi.
M(FeTi)= 104
(FeTi) = 1/104 = 0,0096моль
(H2) = 0,0215/22,4=0,0096моль
Отсюда следует, что соединение 2 имеет состав FeTiH2.

3. Поскольку соединение 2 легко отдает водород, то его можно использовать в водородной энергетике

Задача 10-2 (автор О.К. Лебедева).

1. Винным спиртом называют этиловый спирт.
2. Из опытов ясно, что нафталидам имеет формулу CxHyNz .Его солянокислая соль имеет состав CxHy +1NzCl
Исходя из данных таблицы, содержание азота в соли составляет  100 -66,59 -5,61 -19,03=8,77%,  отсюда

 = 5,55 : 5,61 : 0,66 : 0,54 ~ 10:10:1:1

Аналогичный расчет для образца нафталидама дает результат по усредненным данным 1 и 2 опытов

= 6,99 : 6,5 :0,69 = 10:9,4:1

На основании результатов всех опытов, с учетом погрешностей эксперимента, формула нафталидама C10H9N

3. 2C10H9N +24,5 O2 =20 CO2 + 9H2O + N2 (оп.1,2)
    2C10H10NCl +24,5 O2 + CuO = CuCl2 + N2 +10H2O +20CO2
    2C10H10NCl +30 O2 + 20 CaO  CаCl2 + N2 +10H2O +20CaCO3
В оп.1 и 2 оксид меди и хромат свинца нужны для полного окисления нафталидама в оксид углерода.

4. Согласно описанным свойствам и брутто-формуле можно преложить, что графическая формула нафталидама

               

  a-нафтиламин и b-нафтиламин (1-нафтиламин и 2-нафтиламин)

5.

Если этот синтез проводить при нагревании (при температуре выше 160оC), то получается 2-нафтиламин, а при более низких температурах получается 1-нафтиламин

Задача 11-3 (автор Ю.Н.Медеведев).

1. Молярная масса соли Na3Y составит  = 207,7 г/моль. С учетом трехосновности кислоты и наличия в ней кислорода наиболее вероятная формула соли Na3ЭО4. Тогда М(Na3ЭО4) = 69 + А(Э) + 64 = 207,7, откуда А(Э) = 74,7 г/моль, что отвечает мышьяку. Итак, H3AsO4 – мышьяковая кислота.

2. а). AsO43– + H2O  HAsO42– + OH

[OH] = 10–14/[H+] = 10–14/10–12,26 = 1,82•10–2

Ka3 = 10–14/3,25•10–3 = 3,07•10–12 ( pKa3 = 11,51)

б).Для кислых солей в довольно широком интервале концентраций величина рН раствора не зависит от концентрации соли, и определяется по формуле рН = 1/2(рКn + рКn+1). Так как для Na2HAsО4  рН = 9,15, то 9,15 = 1/2 • (рКа2 + рКа3). С учетом найденного выше значения рКа3, находим рКа2 = 6,79 (или Ка2 = 1,62•10–7).

в). Аналогично, для NaH2AsО4 рН = 4,51, отсюда 4,51 = 1/2 • (рКа1 + рКа2). С учетом найденного ранее значения рКа2, величина рКа1 = 2,23 (или Ка1 = 5,89•10–3).

3.

Соль
Равновесия
Константа
Na3AsО4
AsO43– + H2O  HAsO42– + OH
Kb = 3,25•10–3
Na2HAsО4
НAsO42– + H2O  H2AsO4 + OH
Kb = 6,17•10–8
-
НAsO42– + H2O  AsO43– + H3O+
Ka = 3,07•10–12
NaH2AsО4
H2AsO4 + H2O  H3AsO4 + OH
Kb = 1,70•10–12
-
H2AsO4 + H2O  НAsO42– + H3O+
Ka = 1,62•10–7

4. Из выражения для Ка2 мышьяковой кислоты найдем соотношение концентраций соответствующих солей:

5. Арсин. Его образование и возможная очистка:

    4Zn + H2AsO4 + 9H+ 4Zn2+ + 4H2O + AsH3
    5AsH3 + 8MnO4 + 19H+ 5H2AsO4 + 8Mn2+ + 12H2O

6.Например:

As + 5HNO3 (конц) H3AsO4 + 5NO2 + H2O

Задача 10-4 (автор В.А.Емельянов).

1.   Из описанных способов получения очевидно, что А является калиевой солью угольной кислоты. Учитывая, что в способах в) и г) процедуре получения А предшествует нагревание при высокой температуре, соль не содержит гидрокарбонат-иона. Рассчитаем ее состав ( поскольку данные термического анализа приведены с 4 значащими цифрами, в данном решении расчет проведен также с учетом 4 значащих цифр необходимых атомных масс). Нагревание до 200 оС может привести только к удалению кристаллизационной воды. В остатке - карбонат калия, который при молекулярной массе 138,21 а.е.м. составляет 100-16,36 = 83,64 % от массы А. Потеря массы 16,36% отвечает 0,1636138,21/0,8364 = 27,03 а.е.м. на молекулу А, что соответствует 1,5 молекулам H2O. А - K2CO31,5H2O.
Остатком от прокаливания активной магнезии является MgO (40,31 а.е.м.), независимо от ее исходного состава. Потеря массы 70,88 % соответствует 0,7088 40,31/(1-0,7088) = 98,12 а.е.м. Нетрудно убедиться, что это число в точности совпадает с суммой масс 1 молекулы СО2 и 3 молекул Н2О. Б - MgCO33H2O.

Двойная соль Энгеля, судя по названию может содержать карбонаты или гидрокарбонаты калия и магния и, возможно, кристаллизационную воду. При нагревании до 200 оС останется смесь карбонатов, до 700 оС - оксид магния и значительно более устойчивый карбонат калия. В интервале от 200 до 700 оС разлагается только карбонат магния. Доля СО2, приходящегося на карбонат магния составляет 57,36 - 40,19 =17,17 % от исходной массы В и 17,17/(1-0,4019)=28,71 % от смеси карбонатов. Доля карбоната магния в этой смеси (44,05 + 40,31)28,71/44,05 = 54,98 %, мольное отношение MgCO3/K2CO3 = (54,98/84,36) : (45,02/138,21) = 2:1. Масса смеси состава 2MgCO3K2CO3 составляет 100 - 40,19 = 59,81 % от массы исходной соли Энгеля. На удаляющуюся до 200 оС часть (вероятно, CO2 и H2O) приходится 40,19 306,93/59,81 = 206,25 а.е.м. Рассчитаем число молекул в смеси газов, приходящееся на эту массу (n = PV/RT). Из 10,00 г В получается 7,561 л газов, из 206,25 + 306,93 = 513,18 г – 7,561513,18/10,00 = 388,02 л, что составляет 388,021/(0,082473,15) = 10,00 моль. Решив нехитрую систему, получим, что потеря массы 206,25 а.е.м. это одна молекула CO2 и 9 молекул H2O при остатке 2MgCO3K2CO3. Брутто-формула соли Энгеля K2Mg2(CO3)2(HCO3)28H2O. После сокращения всех коэффициентов на 2 получаем вполне приемлемую для двойной соли формулу: В – KHCO3MgCO34H2O

2.   Уравнения реакций 1-4:
(1) 3(MgCO33H2O) + 2KCl + CO2 = 2(KHCO3MgCO34H2O)Ї + MgCl2
(2) 2(KHCO3MgCO34H2O)  K2CO3 + 2(MgCO33H2O)Ї+ 3H2O + CO2­
(3) 2(KHCO3MgCO34H2O) + Mg(OH)2 K2CO3 + 3(MgCO33H2O)Ї + H2O
(4) (CH3)3N + KCl + CO2 + H2O = KHCO3Ї(Г) + (CH3)3NHCl (Д)
Процесс 5 лучше проводить в насыщенном водном растворе, т.к. в этом случае разложение гидрокарбоната калия идет при значительно более низкой температуре, чем в конденсированной фазе. Самый экономичный способ перевода хлорида триметиламмония в исходный триметиламин -  слабое нагревание с гашеной известью:
(5) 2KHCO3 K2CO3 + H2O + CO2­
(6) 2(CH3)3NHCl + Ca(OH)2 CaCl2 + (CH3)3N­

3.   Реакции 7-9:
(7) K2SO4 + Ca(OH)2 + 2CO = CaSO4Ї + 2HCOOK
(8) 2HCOOK + O2K2CO3 + H2O + CO2­
(9) K2SO4 + 2C + CaCO3 K2CO3 + CaS + 2CO2­

Процесс 8 проводят во вращающейся барабанной печи, чтобы обеспечить доступ кислорода в зону реакции. В обычной печи при недостатке кислорода возможен и другой путь термолиза:

2HCOOK  K2C2O4 + H2­ и K2С2О4  K2CO3 + СО­.

В результате получается экологически небезопасная смесь СО и Н2, а целевой продукт будет загрязняться оксалатом калия. Тем не менее, при соблюдении дополнительных мер безопасности и увеличении времени термообработки, можно обойтись и обычной печью.

4.   В процессах Сольве и Леблана получают, соответственно, гидрокарбонат и карбонат натрия. Метод Леблана отличается от способа г) только тем, что в нем используют сульфат натрия. В производстве соды по Сольве в качестве основания используют не триметиламин, а аммиак:

NaCl + CO2 + NH3 + H2O = NH4Cl + NaHCO3.

5.   Нефелины относятся к классу алюмосиликатов, фактически представляющих собой каркасную структуру SiO2, часть атомов кремния в которой замещена на атомы алюминия. Возникающий в результате такой замены отрицательный заряд компенсируется внешними катионами, в случае нефелинов это в основном катионы калия и натрия (приближенную среднюю формулу нефелинов часто записывают как KNa3(AlSiO4)4). В процессе комплексной переработки нефелинов получают поташ, соду, цемент и окись алюминия, из которой затем выделяют металлический алюминий.

Задача 10-5 (автор В.И. Теренин).

 

 

Задача 10-6 (автор Н.В.Копылов).

1.      Из размерности константы скорости (с-1) следует, что реакция имеет первый порядок.
2.      Удобно представить уравнение Аррениуса в логарифмической форме

Тогда составив  систему из двух уравнений, можно рассчитать и затем найти Ао для каждого процесса.
В результате, проводя попарные расчеты внутри интервала температур и получив среднее значение, получим:
для 600-700К Еа » 213 кДж/моль ;Ао = 4,5 109
для 900-975К Еа » 330 кДж/моль ;Ао = 3,6 1016

3.      Вещество А это СО

5CO + I2O5 = I2 + 5CO2

Исходя из качественного состава (CF3)2CO можно предположить, что B и C  это CxFy. Наиболее разумные  варианты CF4,C2F2,C2F4 и C2F6. Молярные массы приведенных фтороуглеродов равны 88, 62, 100 и 138 г/моль. Отношение молярных масс, по условию задачи, как и отношение плотности по воздуху, должно составлять 1.38.

Этому условию удовлетворяет отношение

Таким образом, B - C2F6, C - C2F4 .Тогда D , дающий при гидролизе кислую среду, должен содержать кислород и наиболее разумный вариант D – CF3C(O)F
При низких температурах (500-600К) пиролиз идет по уравнению (CF3)2CO = C2F6 + CO
При T>900К преобладает реакция:

(CF3)2CO = C2F4 + 2 CF3COF

Гидролизсоединения D: CF3COF + H2O = CF3COOH + HF

4.      Например, CF3CF2COONa




Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору