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

Всероссийская олимпиада школьников по химии - 2004 г.

ДЕВЯТЫЙ КЛАСС

Задача 9-1.

"За ручкою руку опустишь в карман -
а дальше ответ однозначен…"
(Бахыт Кенжеев)

"Селитреный газ, согласно Кирвану, имеет удельный вес 1,19; согласно Дэви 1,102; последнее и теперь является наилучшим приближением, поскольку это показывают мои опыты. Этот газ чрезвычайно вреден при вдыхании его в разбавленном состоянии: в чистом состоянии он мгновенно убивает. Селитряный газ, как уже было замечено, разлагается электричеством; половина азота освобождается, а другая половина соединяется с выделившимся кислородом и образует селитреную кислоту. Согласно анализу Дэви по углю, селитреный газ состоит из 2,2 частей азота и трех частей кислорода по весу или почти 42% азота и 58% кислорода; это то же, что я получаю путем электризации и другими средствами.

Др. Генри недавно открыл, что селитреный газ разлагается аммиачным газом; если смешать оба газа над ртутью в эвдиометре Вольта, то электрической искры оказывается достаточно для того, чтобы их взорвать. Если присутствует избыток селитреного газа, то продуктами являются азотный газ и вода с небольшим количеством селитреной кислоты; если присутствует избыток аммиака, то получаются азотный газ, вода и водород. Если аммиачный газ пропускать через трубку, наполненную раскаленным докрасна пиролюзитом, то, как нашел др. Мильнер, образуется селитреный газ."

"Джон Дальтон" (сборник избранных работ по атомистике 1802-1810), Л., 1940, стр 129)

1. Определите состав "селитреного газа" (формула).
2. С какой точностью определили "удельный вес" Кирван и Дэви (отн. %)?
3. Напишите уравнение реакции "разложения электричеством селитреного газа".
4. Напишите уравнение реакции "селитреного газа с аммиачным газом в эвдиометре". Как меняется объем в результате реакции, если использовать стехиометрическую смесь (после приведения продуктов к исходным условиям)?
5. Оцените точность результатов химического анализа "селитреного газа" по Дэви (ошибка в относительных %).
6. Напишите уравнение реакции "аммиачного газа с пиролюзитом".
7. Предложите уравнения реакций получения "селитреного газа" (два примера).
8. На рисунке в конце текста приведены формулы, которыми пользовался Дж. Дальтон для соединений азота. Определите под каким номером обозначен "селитреный газ", каким составам соответствуют другие формулы.

Задача 9-2.

" все ж, став записным пиитом, я по-иному подхожу
к старинным истинам избитым, поскольку ясно и ежу …"
(Бахыт Кенжеев)

В 1923 г. А. Кэмпбелл изучал растворение металлов в азотной кислоте. Согласно его данным, при растворении 6,714 г некоторого металла в 25%-ной азот­ной кислоте выделяется 1500 мл газовой смеси, содержащей окись азота (j = 39,0%, w = 53,81%), закись азота (j = 21,0%) и ещё один компонент.

1. Установите название третьего компонента газовой смеси и рассчитайте его массовую долю.
2. Рассчитайте плотность выделившейся смеси газов при н.у.
3. Какой металл растворял в своих опытах Кэмпбелл? Ответ подтвердите расчетом.
4. Приведите суммарное уравнение изученной Кэмпбеллом реакции (в расчете на
   1 моль металла).
5. Какие химические реакции возможны при нагревании выделившейся смеси газов?

Задача 9-3.

"…обнаружить истину, из числа
тех, что спят в земле, и рудничной соли,
и любовной влаге."
(Бахыт Кенжеев)

Минерал термонатрит встречается в виде выцветов в аридных областях, в отложениях фумарол. Его плотность составляет 2,255 г/см³, твердость 1 - 1,5. Минерал легко растворяется в воде. Если растворить 45 г  термонатрита в 100 г воды при 80 ^оС, то при охлаждении до 20 ^оС можно выделить 65,35 г другого минерала (II). При аккуратном добавлении к оставшемуся раствору 25 мл 36%-ного раствора соляной кислоты (пл. 1,18 г/см³) образуется 103,23 г раствора, при испарении которого досуха получается 15,72 г еще одного минерала (III). Растворение в воде этих минералов сопровождается различными тепловыми эффектами (см. таблицу).

1. Определите состав минералов (формулы).
2. Предложите названия минералов II, III.
3. Рассчитайте тепловой эффект растворения минералов (кДж/моль), можно считать теплоемкость образующихся растворов равной теплоемкости воды (4,18 Дж/г град).
4. При длительном выдерживании в сушильном шкафу при 100 ^оС минерал IIпревращается в термонатрит. Рассчитайте тепловой эффект для этой реакции (кДж/моль) и изменение массы (%).
5. Для указанных минералов нарисуйте качественные графические зависимости растворимости от температуры (s - ось абсцисс, t – ось ординат).
6. Какой элемент, на Ваш взгляд, обязан своим названием минералу II?

Задача 9-4.

"пытаясь в мире добавить что-то, как соль на кончике ножа…"
(Бахыт Кинжеев "Из старых тетрадей")

При длительном электролизе насыщенного раствора гидрокарбоната калия (при охлаждении, I=250 мА, U> 16 В, платиновые электроды) выпадают голубова­тые, похожие на лед, кристаллы (пл. 2,14 г/см³). При нагревании выше 140^оС соединение разлагается, теряя в массе 30,3%. Плотность газообразных продуктов по воздуху 1,38. Навеска вещества массой 0,1000 г была растворена в 10 мл 10%-ного раствора KI, подкисленного серной кислотой. На титрование образо­вавшегося иода пошло 10,1 мл 0,1 М раствора тиосульфата натрия.

1. Определите состав полученного вещества (формула).
2. Напишите уравнение реакций синтеза, термического разложения и анализа полученного препарата.
3. Напишите уравнение реакции полученного вещества с разбавленным раствором серной кислоты.
4. Почему, на Ваш взгляд, для синтеза был использован гидрокарбонат калия, а не более доступный гидрокарбонат натрия?
5. Каково, по Вашему мнению, строение (геометрическое) полученного соединения (рисунок).
6. Какое из известных Вам соединений получают аналогичным способом? Какими сходными свойствами они обладают (уравнения реакций)?

Задача 9-5.

"Дай-ка поделимся, милый, добычей,
всю аккуратно сочтем."

(Бахыт Кенжеев)

В четыреххлористом углероде (600 мл) растворили бесцветную жидкость (200 г,
пл. 1,57 г/см³; t_кип.= 75,3 ^оС), которую можно получить при взаимодействии двух простых желтоватых веществ. К полученному раствору при перемешива­нии и охлаждении добавили 75 мл воды. После расслоения реакционной смеси нижний слой был отделен на делительной воронке, прогрет до 60 ^оС на водяной бане с вакуумированием. После кристаллизации в вакуумном эксикаторе было получено бесцветное кристаллическое вещество (пл. 1,65 г/см³; t_пл.= 74 ^оС) с выходом 90%.
Навеску полученного вещества массой 0,5986 г растворили в воде. Объем раст­вора довели до 100 мл. На титрование аликвоты 10 мл полученного раствора расходуется 7,3 мл 0,1 М раствора гидроксида натрия при использовании в качестве индикатора метилового красного (рН перехода красный - желтый 4,2 - 6,2), а при использовании в качестве индикатора фенолфталеина (рН перехода 8,0 - 9,6 бесцветный - малиновый) расходуется 14,6 мл 0,1 М раствора гидрок­сида натрия. Нейтральный (по фенолфталеину) раствор дает белый осадок с раствором хлорида бария, а с нитратом серебра образующийся белый осадок достаточно быстро темнеет.

1. Определите состав синтезированного вещества (формула), предложите его название.
2. Какое строение имеет данное вещество (графическая формула и геометричес­кое строение - рисунок.)?
3. Напишите уравнение реакции синтеза.
4. Напишите уравнение реакции получения исходной жидкости.
5. Напишите уравнения реакций полученного вещества с гидроксидом натрия, хлоридом бария, нитратом серебра.

Задача 9-6.

"В чем же соль того завета…"
(Бахыт Кенжеев)

Рассмотрите перечень солей, представленных в данной таблице:

Константы диссоциации (К_а) некоторых кислот представлены в следующей таблице:

кислота	Ка	рКа=–lgKa	кислота	Ka	рКа=–lgKa
H2SO4	K2= 1,210-2	1,9	H2CO3	K1=4,4510-7	6,35
H2SO3	K1=1,5810-2	1,8		K2=4,6910-11	10,33
	K2=6,3110-8	7,20	H3PO4	K1=7,5210-3	2,12
H2S	K1=610-8	7,2		K2=6,3110-8	7,20
	K2=110-14	14,0		K3=1,2610-12	11,9

1. Из первой таблице приведите примеры солей, которые являются по составу: а) кислыми; б) средними.
2. Из первой таблицы приведите примеры солей, водные растворы которых будут: а) нейтральными (рН = 7 ± 1); б) щелочными; в) кислыми.
3. Приведите уравнения реакций (в краткой ионной форме), определяющих среду раствора.
4. Рассчитайте массу и концентрацию (можно по отдельным ионам) раствора, который образуется при сливании 100 мл 1 М раствора K₂CO₃ и 50 мл 1 М раствора K₂S₂O₇. (Плотности растворов можно принять за 1,1 г/мл).
5. Напишите уравнения реакций, происходящих при добавлении раствора BaCl₂ к растворам K₂SO₄; KHSO₄; K₂S₂O₇; K₂CO₃; KHCO₃; K₂HPO₄.
6. Приведите реакции взаимного превращения солей, используя не более одного дополнительного реактива (не приведенного в данном списке, вода не учитывается) для групп: а) K₂SO₄, KHSO₄, K₂S₂O₇; б) K₂CO₃, KHCO₃; в) KH₂PO₄, K₂HPO₄, K₄P₂O₇. Укажите условия проведения реакций (водный раствор, расплав, температурные условия, …).