Сорокин В.В., Загорский В.В., Свитанько И.В.Задачи химических олимпиад.

Определение формулы неизвестного вещества с использованием количественных данных

Пусть m - молекулярная масса металла, тогда: (2m + 288 г) сульфата дают (2m + 48)г оксида,

80 г сульфата - "- - - "- - - "   (m - 24) г -- - "- ,

m2 + 144m- 24m- 144 24 = 80m + 80 24;

Этот элемент - железо.

2. Соли типа М₂SО₄ не разлагаются; М₂(SО₃)₃ не существуют; расчет можно вести только с М²⁺.

MSO₃ MO + SO₂;

Находим М = 24 г/моль, следовательно, металл - магний.

3. Составим уравнение реакции:

xFе + yН₂О = Fе_хО_у + yН₂

Выделилось 0,8 г Н₂, что составляет (0,8/2) = 0,4 моль. Количество воды, вступившей в реакцию, также равно 0,4 моль, или 0,418 = 7,2 (г). По закону сохранения массы суммарная масса нелетучего продукта реакции составляет 16,8 + 7,2 - 0,8 = 23,2 г. Следовательно, массовая доля железа в полученном оксиде железа 16,8/23,2 = 0,724, или 72,4%.

Проводя расчеты по формуле Fe_xO_y, определяем состав оксида железа:

Искомая формула Fe₃O₄
Уравнение реакции: 3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂ (при нагревании)

4. Для схемы реакций, приведенной в условии   задачи, можно сделать следующие обобщения. Из простых веществ (А) - металлов - пригодны Li, Be, Mg, Ca (Na, К, Sr, Ba при горении образуют пероксиды).
Из простых веществ (Б) - неметаллов - непригодны: а) сера, так как при реакции SO₂ (вещество Д) с оксидом металла (вещество Г) образуется сульфит (вещество Е), а при окислении сульфида (вещество В) образуется сульфат; б) азот и углерод, так как в нитриде и нитрате, карбиде и карбонате различное соотношение металла и азота, а также металла и углерода соответственно. Из неметаллов подходит, например, фосфор. Тогда превращения, соответствующие условию задачи, записываются следующими уравнениями:

5. Определяем молярную массу вещества, содержащего 1 моль атомарного углерода: 12/0,0814 =   147,4 г/моль На кислород в полученном веществе приходится 147,4 - 0,325 = 48 г. Очевидно, в составе вещества имеется карбонат-ион СО₃ ^2-.

В случае одновалентного металла его молярная   масса равна г/моль. Такого металла нет.

Если металл двухвалентный, его молярная масса равна 147,4-60 = 87,4 г/моль. Металл - стронций.Полученный продукт Г - SrCO₃, тогда А - SrO, Б - Н₂О, В - Sr(OH)₂. Уравнения реакций:

SrO + H₂O = Sr(OH)₂
Sr(OH)₂ + CO₂ = SrCO₃ + H₂O.

6. Вещества: А - N₂, Б - NH₃, В - HNO₃, Г - NH₄NO₃, Д - N₂O, Е - NaNH_2, Ж - NaN₃. Уравнения реакций:

кат

N2 + 3H2 2NH3;

4NH3+5O2 = 4NO + 6H2O;

2NO + O2 = 2NO2;

4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3;

NH3 + HNO3 = NH4NO3;

NH4NO3 = N2O + 2H2O;(при to)

2Na + 2NH3 = 2NaNH2 + H2;

NaNH2 + N2O = NaN3 + 4 H2O.

Массовая доля азота в NaN₃ равна

что подтверждает условие задачи.

7. Порошок массой 9 г при взаимодействии с водой образуют 22,4 л, или 1 моль газа. Следовательно, первый порошок может содержать гидрид щелочного металла (LiH). По реакции

LiH + H₂O = LiOH + H₂

образуется 1 моль (22,4 л) водорода, следовательно, реагирует 1 моль (8 г) LiH и образуется 1 моль LiOH. Кроме того, порошок содержит 1 г вещества, что составляет 1,0417-1=0,0417 (моль). Молярная масса этого вещества равна 1/0,0417 = 24 (г/моль). Это может быть гидроксид лития LiOH.
Второй порошок - дейтерид лития LiD, молярная масса которого равна 9 г/моль:

			22,4л
	LiD + Н2О	= LiOH +	HD.
M	9 г/моль	2 4 г/моль	1 моль
		1 моль

Кроме того, возможно дополнительное решение: второй порошок - смесь LiH и LIT в соотношении 1:1 или смесь LiH и LiNH₂ (в соотношении 14:1).

8. Смесь должна удовлетворять следующим условиям: а) металл должен реагировать с разбавленной серной кислотой, а его оксид - полностью восстанавливаться водородом; б) металл в оксиде дол-жень иметь большую положительную степень окисления, чем в сульфате, полученном при реакции металла с H₂SO₄.

Примеры смесей
1) Sn и SnO₂.
SnO₂ + 2H₂ = Sn + 2H₂O;
Sn + H₂SO₄ = SnSO₄+ H₂.
Молярное соотношение 1:1.
2) Fe и Fe₂O₃.
Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe +3H₂O;
Fe+ H₂SO₄ = FeSO₄+ H₂.

1 моль Fе₂О₃ при восстановлении образует 2 моль Fe, при растворении которых в H₂SO₄ образуется 2 моль Н₂. 1 моль Fe при растворении в H₂SO₄ образует 1 моль водорода. Всего образуется 3 моль Н₂. Следовательно, молярное отношение металла и оксида в смеси 1:1.

3) Fe и Fe₃O₄.
Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O;
Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂
1 моль Fe₃O₄ образует 3 моль Fe,
3 моль Fe восстанавливают 3 моль H₂ + H₂SO₄
Поэтому молярное отношение металла и оксида в смеси 1:1.

9. Решение задачи ведем с конца: только три монохлорпроизводных, значит, только три типа атомов углерода в боковых цепях С₆Н_x(СН₂)nСН₃. Соединений - два, типов С-атомов - три, значит, в смеси присутствует толуол А (первый тип боковых С-атомов) и еще одно органическое соединение Б - гомолог толуола, дающий при окислении СO₂

Из 1 моль толуола и 1 моль Б образуется 2 моль бензойной кислоты, которую можно декарбоксилировать 4 моль NaOH. Значит, на поглощение СO₂ потребовалось 0,244 = 1 моль щелочи:
NaOH + CO₂  NaHCO₃.
Таким образом, на 1 моль Б образуется 1 моль СО₂ (n =1), т. е. Б - этилбензол.

Видимо, А = 2Вr^-, т. е. соль - ВаВr₂ (растворима в воде).

a) 2AgBr + Ba(NO₃)₂ 2AgNO₃ + BaBr₂.

57,4% Ag+ осадка 2 указывает на состав AgBr. Все эти необычные факты наводят на мысль, что раствор неводный. Но ведь в условии и не сказано, что он водный! Факты, изложенные в условии задачи, хорошо согласуются со свойствами аммиачных комплексов серебра:

6)AgBrp-p + NaOH	AgOHp-p + NaBr,
	(Ag(NH3)2OH)
в) AgBrp-p + H2O	AgBr
(Ag(NH3)2Br)

11. Из условия следует, что реакция в первом электролизере прошла полностью:

	анод	катод
BaCl2 + 2H2O Ba(OH)2	Cl2	+ H2

11,2 л Cl₂ (0,5 моль) на аноде означает образование 0,5 моль Ва(ОН)₂ в растворе после электролиза. Количество электричества во втором электролизере такое же, т. е. там прошла реакция с образованием 0,5 моль K₂SO_4:

K₂SO₃ + Н₂О K₂SO₄ + Н₂.

При электролизе K₂SO₃ кислород не выделяется, пока сульфит не окислится. При смешении растворов выпадает осадок:

	K2SO4 +	Ba(OH)2	2КОН	+ BaSO4  .
	0,5 моль	0,5 моль		0,5 моль

Таким образом, масса осадка составляет 117 г.