ChemNet
 
Химический факультет МГУ

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

Всероссийская олимпиада школьников по химии - 2004 г.

ДЕВЯТЫЙ КЛАСС
(Решения)

Задача 9-1 (автор А. И. Жиров)

1. Масса моля "селитреного газа" по Кирвану 1,19 29 = 34,5; а по Дэви 1,102 29 = 32. Наиболее близкое значение из оксидов азота имеет NO (30).
2. Ошибка у Кирвана составляет(34,5 - 30)/30 = 0,15 (15%), у Дэви (32 - 30)/30 = 0,067 (6,7%).
3. 4NO = N2 + 2NO2 (N2O4)
4. 6NO + 4NH3 = 5N2 + 6H2O
После конденсации паров воды объем газовой смеси уменьшается вдвое.
5. Содержание азота в NO составляет 14 : 30 = 0,467 (46,7%), кислорода -53,3%. Погрешность по азоту (46,7 - 42) : 46,7 = 0,101 (10,1%); по кислороду - (58 - 53,3) : 53,3 = 0,088 (8,8%).
6.4NH3 + 15MnO2 = 5Mn3O4 + 4NO + 6H2O
7. Образование NO возможно при восстановлении соединений с более высоки­ми положительными степенями окисления азота :      2KNO2 + 2KI + 2H2SO4 = I2 + 2NO + 2H2O
и окислении соединений с более низкими степенями окисления азота: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
8. 1) NO; 2) N2O; 3) NO2; 4) NO3 4) N2O3

Задача 9-2 (автор Ю. Н. Медведев)

1. Поскольку объем газовой смеси 1500 мл, то V(NO) = 0,39 л, V(N2O) = 0,21 л, объём неизвестного компонента V(Y) = 0,40 л. Для удобства составим табличку:

газ М, г/моль

V(газа), л

m, г

NO 30 0,39 0,585 (0,585/22,4)•30 = 0,7835
N2O 44 0,21 0,315 (0,315/22,4)•44 = 0,6188
Y y 0,40 0,6 (0,6/22,4)•у = 0,0268у

Используя значение массовой доли NO, запишем:

откуда y = 2 г/моль, что отвечает молярной массе только одного газа – водорода Н2.
Массовая доля w(H2) = 0,0268•2/(0,0268•2+0,7835+0,6188) = 3,68%

2. = Mсм/Vm = (0,39•30+0,21•44+0,4•2)/22,4 = 0,97 г/л

3. По закону эквивалентов, nu.lc.gif (53 bytes)экв(Ме) = nu.lc.gif (53 bytes)экв(H2) + nu.lc.gif (53 bytes)экв(NO) + nu.lc.gif (53 bytes)экв(N2O) = (0,6/22,4)•2 + (0,585/22,4)•3 + (0,315/22,4)•8 = 0,0536 + 0,0784 + 0,113 = 0,245 моль. Тогда молярная масса эквивалента неизвестного металла равна Мэкв(Ме) = m/nu.lc.gif (53 bytes)экв = 6,714/0,245 = 27,4 г/моль, что отвечает двухвалентному марганцу: М(Ме) = 2•27,4 = 54,8 г/моль = М(Mn).
4. Mn + 2,440 HNO3 > Mn(NO3)2 + 0,220 H2 + 0,210 NO + 0,115 N2O + H2O
5. 2NO + 2H2 rarrow.gif (63 bytes) 2H2O + N2
    N2O + H2 rarrow.gif (63 bytes) H2O + N2
    2N2O rarrow.gif (63 bytes) 2N2 + O2

Задача 9-3. (автор А. И. Жиров)

1. Масса минерала II, выделенного в результате кристаллизации, больше массы взятого термонатрита, следовательно, может кристаллизоваться кристаллогид­рат с большим количеством воды.
Масса раствора, оставшегося после кристаллизации равна 100 +45 -65,35 = 79,65 (г). Масса соляной кислоты 25 1,18 = 29,5 (г). Количество хлороводорода составляет 29,5 1,18 0,36 : 36,45 = 0,29 (моль). Уменьшение массы при добавление соляной кислоты равно: 79,65 + 29,5 - 103,23 = 5,92 (г), может быть обусловлено газовыделением, тогда растворимый минерал был карбонатом щелочного металла.

CO22- + 2H+® CO2­ + H2O

Количество выделившегося углекислого газа составляет 5,92 : 44 = 0,1345 (моль). Соляная кислота была взята в избытке. В таком случае минерал III - хлорид щелочного металла, его количество составляет 0,1345 times.gif (63 bytes) 2 = 0,269 (моль). Тогда атомная масса щелочного металла будет равна 15,72 : 0,269 -35,45 = 23, что соответствует натрию. Минерал III - NaCl (галит, каменная соль).

Термонатрит- Na2CO3times.gif (63 bytes)xH2O (x geq.gif (61 bytes) 0), III - Na2CO3times.gif (63 bytes)yH2O (y >x).
Из баланса количества карбоната натрия следует:
45/(106 + 18x) = 65,35/(106 + 18y) - 0,1345 или
553y = 3668 + 1433x + 43,6xy
При x = 0, y = 6,6 ( не целочисленное значение)
x = 1, y = 10 , таким образом термонатрит - Na2CO3times.gif (63 bytes)H2O, II - Na2CO3times.gif (63 bytes)10H2O (сода).
2. Сода, галит (каменная соль).
3. Na2CO3times.gif (63 bytes)H2O: моль термонатрита был растворен в 124 : 5,44 times.gif (63 bytes) 100 = 2279 (г) воды, масса раствора 2279 + 124 = 2403 (г). Выделившаяся теплота при растворении составляет 2403 times.gif (63 bytes) 4,18 times.gif (63 bytes) 1,05 = 10549 (Дж). Тепловой эффект растворения составляет 10,5 кДж/моль.
Na2CO3times.gif (63 bytes)10H2O: моль соды был растворен в 286 : 3,97 times.gif (63 bytes) 200 = 14408 (г) воды, масса раствора 14408 + 286 = 14694 (г). При растворении моль соды поглощается 14694 times.gif (63 bytes) 4,18times.gif (63 bytes) 1,08 = 66334 (Дж) теплоты. Тепловой эффект растворения составляет 66,3 (кДж/моль).
NaCl: моль галита был растворен в 58,45 : 3,24 times.gif (63 bytes) 200 = 3608 (г) воды, масса раствора составила 3608 + 58,45 = 3666 (г). Теплоты в процессе растворения поглощается 3666 times.gif (63 bytes) 4,18 times.gif (63 bytes) 0,34 = 5210 (Дж) теплоты. Тепловой эффект раство­рения 5,2 (кДж/моль).
4. При нагревании происходит дегидратация декагидрата:

Na2CO3times.gif (63 bytes)10H2O ® Na2CO3times.gif (63 bytes)H2O + 9H2O­

По закону Гесса тепловой эффект данной реакции будет равен алгебраической разности теплот растворения (с учетом знака процесса) 66,3 - (-10,5) = 76,8 (кДж/моль). Столько теплоты поглотится при дегидратации 1 моль декагидрата с образованием моногидрата. Потеря массы составит (9 times.gif (63 bytes) 18) : 286 = 0,5664 (56,64%).
5. Растворимость - равновесие между твердой растворяемой солью и раствором. Тогда, по принципу Ле-Шателье, для процессов растворения солей, сопровождающихся экзотермическим эффектом, растворимость будет понижаться при повышении температуры, а для эндотермического растворения - увеличиваться. Причем, абсолютная величина теплового эффекта (по модулю) свидетельствует насколько существенно зависит растворимость от температуры. Таким образом, растворимость десятиводного карбоната натрия будет значительно увеличи­ваться при повышении температуры; растворимость хлорида натрия будет очень незначительно увеличиваться при повышении температуры, а растворимость моногидрата карбоната натрия будет уменьшаться при повышении температуры.

6. Натрию (в английском языке он так и называется sodium).

Задача 9-4. (автор А. И. Жиров)

1. Масса "моля" газообразных продуктов имеет массу 1,38 times.gif (63 bytes) 29 = 40 (г). В продуктах разложения мог находиться CO2 с другим, более легким газом.
Полученное вещество является окислителем (способно окислять иодид-ион в кислой среде). Попробуем рассчитать значение молярной массы, приходящейся на моль электронов в окислительно-восстановительной реакции:

2S2O32- -2e = S4O62-

Тиосульфат-ион является одноэлектронным восстановителем, тогда молярная масса вещества, приходящаяся на 1 моль электронов окислителя будет равна 0,1000: 1,01times.gif (63 bytes)10-3 = 99 г ( это значение даже немного меньше массы моля KHCO3). В случае двухэлектронного окислителя масса моля составляет 198 (г).
Масса выделяющихся продуктов реакции составит 198 times.gif (63 bytes) 0,303 = 60 (г). Тогда на моль CO2 в смеси может находиться еще 16 г - 1/2 моль кислорода. Твердый остаток 198 - 60 = 138 (г), что соответствует карбонату калия. Реакция разложения имеет вид:

K2C2O6 = K2CO3 + CO2 + 1/2O2или
2K2C2O6 = 2K2CO3 + 2CO2 + O2


2.2KHCO3 = K2C2O6 + H2­
2K2C2O6 = 2K2CO3 + 2CO2 + O2
K2C2O6 + 2KI + 2H2SO4 = 2K2SO4 + I2 + 2CO2­ + 2H2O
I2 + 2Na2S2O3 = Na2S4O6 + 2NaI

3.K2C2O6 + H2SO4 = K2SO4 + 2CO2­ + H2O2

4. Растворимость гидрокарбоната калия гораздо больше, чем растворимость гидрокарбоната натрия, а, по-видимому, растворимость пероксодикарбоната калия меньше растворимости пероксодикарбоната натрия.
5. Соединение ионное: K+, C2O62-. Строение иона C2O62-:

6. Наиболее близким по способу получения и свойствам является пероксоди­сульфат калия:
2KHSO4 = K2S2O8 + H2­ (электролиз водного раствора гидросульфата калия при охлаждении)
K2S2O8 + 2KI = 2K2SO4 + I2 (является сильным двухэлектронным окислителем в водных растворах)
Способ получения, свойства и строение K2C2O6 были представлены в работе:
R. E. Dinnerbier, S. Vensky, P. W. Stephens, M. Jansen, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 41 (11) 1902-1924 (2002). "Crystal Structure of K2C2O6 - First Proof of Existence and Constitution of a Peroxodicarbonate Ions."

Задача 9-5. (автор А. И. Жиров)

1. Полученное вещество - кислородсодержащая кислота (как минимум двухосновная). Силу кислоты можно оценить по переходам индикаторов. По первой стадии это кислота средней силы (рКа < 4,2), по второй слабая (рКа < 8). Тогда общей формулой (по правилу Полинга) для такой кислоты будет (HO)2ЭO, где под "Э" может скрываться не только элемент, но и еще одна группа (OH). Из результатов титрования можно рассчитать молярную массу кислоты: 0,5986 : 7,3times.gif (63 bytes)10-3 = 82 (г). Тогда на долю "Э" приходится 82 - 17 times.gif (63 bytes) 2 - 16 = 32, но "Э" не может быть серой, т. к. полученное вещество твердое. Тогда наиболее вероятный вариант - "Э" = PH. Состав кислоты: (HO)2HPO или H3PO3 - фосфористая кислота.

2. Графическая формула:    

Строение (координационное окружение фосфора ) - искаженный тетраэдр:   

3. Реакция синтеза (гидролиз трихлорида фосфора):  PCl3 + 3H2O = H3PO3 + 3HCl
4. Исходная бесцветная жидкость может быть получена из фосфора (эта модификация имеет название "белого фосфора", но окраска у нее желтоватая) и хлора:  2P + 3Cl2 = 2PCl3
5. Реакции фосфористой кислоты и фосфитов:

H3PO3 + NaOH = NaH2PO3 + H2O
H3PO3 + 2NaOH = Na2HPO3 + 2H2O
Na2HPO3 + BaCl2 = BaHPO3+ 2NaCl
Na2HPO3 + 2 AgNO3 = Ag2HPO3 + 2NaNO3 (белыйосадок)
Ag2HPO3 + H2O = 2Ag + H3PO4 (темнеющий со временем)

Задача 9-6 (автор А. И. Жиров)

1. а) средние соли (по составу): K2SO4, K2S2O7, K2CO3, K2P2O7, K2SO3, K2S2O5, K2S.
б) кислые (по составу) соли: KHSO4, KHCO3, KH2PO4, K2HPO4, KHS.

2. а) нейтральные растворы: K2SO4.
б) щелочные растворы: K2CO3, KHCO3, K2HPO4, K4P2O7, K2SO3, K2S, KHS.
в) кислыерастворы: KHSO4, K2S2O7, KH2PO4, K2S2O5.

3. CO32- + H2O  HCO3- + OH-
HCO3- + H2O  H2CO3 + OH-
HPO42- + H2O  H2PO4- + OH-
P2O74- + H2O  HP2O73- + OH-
SO32- + H2O  HSO3- + OH-
S2- + H2O  HS- + OH-
HS- + H2O  H2S + OH-
HSO4- + H2O  SO42- + H3O+
S2O72- + H2O = 2HSO4-
H2PO4- + H2O  HPO42- + H3O+
S2O52- + H2O  2HSO3-
HSO3- + H2O  SO32- + H3O+

4. При растворении в воде пиросульфат калия полностью превращается в гидросульфат:   S2O72- + H2O = 2HSO4его водный раствор можно рассматривать как 2М раствор KHSO4.
Тогда при добавлении раствора KHSO4 к раствору карбоната калия будет протекать реакция (при избытке карбоната):   CO32- + HSO4- = HCO3- + SO42-
Масса образующегося раствора равно 110 + 55 = 165 (г). В растворе (объемом 150 мл) будут находиться: 0,1 моль HCO3- (0,1 : 0,15 = 0,67 M), 0,1 моль SO42- (0,67 M); 0,3 моль K+ (2 M).
При обратном порядке смешивания ( раствор карбоната калия добавляется к гидросульфату ) будет происходить реакция:

2HSO4- + CO32- = CO2­ + H2O + 2SO42-

Выделится 0,05 моль CO2, масса полученного раствора составит 165 -2,2 = 162,8 (г). Концентрация раствора: 0,05 :0,15 = 0,33 М CO32-; 0,67 M SO42-; 2 M K+.

5. K2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2KCl
KHSO4 + BaCl2 = BaSO4 + KCl + HCl
K2S2O7 + H2O + 2BaCl2 = 2BaSO4 + 2KCl + 2HCl
K2CO3 + BaCl2 = BaCO3 + 2KCl
2KHCO3 + BaCl2 = BaCO3 + 2KCl + H2O + CO2­
K2HPO4 + BaCl2 = BaHPO4 + 2KCl

6. K2SO4 + H2SO4 = 2KHSO4 (в водном растворе, с последующей кристаллизацией)
2KHSO4 = K2S2O7 + H2O­ (при нагревании расплава)
KHSO4 + KHCO3 = K2SO4 + H2O + CO2­ (в водном растворе)
K2S2O7 + H2O = 2KHSO4 (в водном растворе)
K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3 (в водном растворе)
2KHCO3 = K2CO3 + H2O + CO2(в водном растворе выше 60о или твердый выше 150о)
K2HPO4 + H3PO4 = 2KH2PO4 (в водном растворе)
KH2PO4 + KOH = K2HPO4 + H2O (в водном растворе)
2K2HPO4 = K4P2O7 + H2O­ (нагревание соли выше 300о)
K4P2O7 + H2O = 2K2HPO4 (кипячение водного раствора, катализатор - кислота)




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