Chemistry48.Ru

региональная олимпиада по химии

Уровень1

Задача 1.1

При обработке 20 г смеси порошков Fe и Fe₂O₃ соляной кислотой выделилось 3.36 л газа (н.у.). Определите процентный состав исходной смеси.

Решение

Прежде всего, необходимо понять, за счет каких реакций происходит выделение газа. Напишем протекающие в системе химические реакции:

Fe+2HCl = FeCl₂+H₂                Fe₂O₃ + 6 HCl = 2 FeCl₃+3 H₂O

Таким образом, выделение газа происходит в результате реакции железа с соляной кислотой. Определим массу железа в исходной смеси:

n(Fe) = n(H₂) = 0.15 моль               m(Fe) = n(Fe)* M(Fe) = 0.15 моль 56 г/моль = 8.4 г

Тогда масса Fe₂O₃ в исходной смеси составляет:
m(Fe₂O₃) = 20 г – 8.4 г = 11.6 г

Процентное содержание компонентов в смеси:

Задача 2.1

Какой объем воздуха (н.у.) необходим для сгорания 240 т угля?

Решение           Напишем реакцию горения угля: C+O₂  = СО₂

Чтобы узнать необходимое для горения количество воздуха, необходимо рассчитать количество кислорода, затраченного на горение угля. Из уравнения реакции следует, что на 1 моль углерода при горении расходуется 1 моль кислорода. Следовательно:

V(O₂) = 2 * 10⁷ моль * 22.4 л/моль = 4.48 * 10⁸ л = 4.48 * 10⁵ м³

Содержание кислорода в воздухе = 28 %. Следовательно, для сгорания 240 т угля необходимо:

Задача 3.1

Плотность смеси озона и кислорода по водороду равна 18. Найдите объемные доли газов в смеси.

Решение

Поскольку предлагается найти объемные доли газов в смеси, выгодно сделать следующее допущение:
Пусть общий объем смеси составляет 1 литр. Примем за х литров объем озона. Тогда объем кислорода составит (1- х) литров. Определим среднюю молярную массу газовой смеси:

  Следовательно: М(смеси) = D(H₂) * М(Н₂) = 18 * 2 г/моль = 36 г/моль

С другой стороны, молярная масса смеси выражается из молярных масс газов:

Следовательно: 16х = 4; х = 0.25 л

Таким образом, в смеси находится 0.25 л озона. Общий объем смеси составляет 1 л, значит:

Задача 4.1

Имеется смесь аргона и водорода, помещенная в закрытый сосуд (н.у.). Рассчитайте парциальные давления газов в сосуде, если плотность смеси по кислороду равна 1. 

Решение

На первых двух этапах задача полностью аналогична предыдущей.Рассчитаем молярную массу смеси газов: М(смеси) = D(О₂) * М(О₂) = 1 * 32 г/моль = 32 г/моль

Определим процентный состав газовой смеси. Пусть общий объем смеси составляет 1 литр. Примем за х литров объем аргона. Тогда объем водорода составит (1- х) литров.

Таким образом: 38х = 30; х = 0.79 л

Таким образом, в одном литре газа находится 0.79 л аргона и 0.21 л водорода. Поскольку по условию задачи газ находится при нормальных условиях, то общее давление в сосуде равно 1 атм. Следовательно:

Задача 5.1

Вычислить относительную молекулярную массу газовой смеси, содержащей равные массы неона, аргона и криптона.

Решение     Для решения данной задачи необходимо определить молярное соотношение газов в смеси. Молярные массы газов составляют:

M(Ne) = 20 г/моль; M(Ar) = 40 г/моль; M(Kr) = 84 г/моль

Пусть в смеси находится по 84 г каждого газа. Рассчитаем количество молей газов в такой смеси:

На основании этих данных можно рассчитать среднюю молярную массу газовой смеси по формуле:

Находим ответ:

Уровень 2

Задача 1.2

Определите массу 22.4 л газовой смеси гелия, неона и аргона (н.у.), если на 1 атом гелия приходится 2 атома неона и 3 атома аргона.

Решение

Состав смеси задан в условии. Таким образом, можно найти количества молей газов в исходной смеси: n(He):n(Ne):n(Ar) = 1:2:3; n(He) + n(Ne) + n(Ar) = 22.4 л = 1 моль, следовательно: n(He) = 1/6 моль n(Ne) = 1/3 моль n(Ar) = 1/2 моль

Определим массу газовой смеси:
m(cмеси) = М(He)n(He) + M(Ne)n(Ne) + M(Ar)n(Ar) = 0.67 + 6.73 + 20 = 27.4 г

Задача 2.2

Объем смеси СО и О₂ равен 200 мл (н.у.). После сгорания всего СО и приведения газа к н.у. объем смеси уменьшился до 150 мл. Во сколько раз уменьшится объем полученной смеси при пропускании ее через водный раствор КОН?

Решение               Монооксид углерода в присутствии кислорода сгорает в соответствии с реакцией:

2 CО  + O₂ = 2 СО₂

Пусть в исходной смеси было х мл СО. Тогда в ходе реакции было израсходовано х мл СО и х/2 мл О₂ – всего 3/2 x мл газа. Образовалось только х мл СО₂. Таким образом, в результате горения объем уменьшился на х/2 мл. Следовательно:

Откуда: х = 100 мл.

В исходной смеси было 100 мл СО и 100 мл О₂. В результате реакции образовалась смесь, состоящая из 100 мл СО₂ и 50 мл О_2. При пропускании данной газовой смеси через водный раствор КОН происходит следующее:

О₂ + KOH                              CO₂ + 2 KOH = K₂CO₃ + H₂O

В результате пропускания через раствор КОН углекислый газ прореагирует со щелочью. Таким образом, общий объем смеси составит 50 мл (О₂).

Объем газа уменьшится в 3 раза.

Задача 3.2

Смесь равных объемов воздуха и водорода (масса водорода = 2 г) взорвали в замкнутом сосуде (V = 50 л). Определите парциальные давления газов в полученной смеси при температуре 453°С. (Содержанием аргона и др. газов в воздухе пренебречь, считая, что содержание СО₂ в воздухе = 1%).

Решение    Определим количества веществ в исходной смеси. По условию задачи были взяты равные  объемы воздуха и водорода. Следовательно:  

 Зная количественный состав воздуха, находим содержание азота, кислорода и диоксида углерода в исходной смеси:

n(N₂) = 0.71 моль; n(О₂) = 0.28 моль; n(CO₂) = 0.01 моль

При взрыве газов в сосуде происходит следующее:

2 Н₂ + О₂ = 2 Н₂О

0.56 моль  0.28 моль 0.56 моль

Данная реакция протекает количественно, до полного израсходования одного из реагентов. Поскольку в исходной смеси находилось 1 моль водорода и 0.28 моль кислорода, то в результате взрыва образовалось 0.56 моль воды. В смеси осталось 0.44 моль водорода, не вступившего в реакцию.  Таким образом, конечной смеси находится:

1.      0.56 моль Н₂О
2.      0.44 моль Н₂
3.      0.71 моль N₂
4.      0.01 моль CO₂

Всего в сосуде находится 1.72 моль газа. Рассчитаем общее давление в сосуде: pV=nRT

Парциальные давления газов в сосуде равны:

Задача 4.2

23 г смеси этана, этилена и ацетилена смешали с избытком кислорода и подожгли в замкнутом сосуде (V = 100 л). Полученную газовую смесь охладили до температуры = 250°С, при этом парциальное давление СО₂ составило 0.6 атм. Какой объем водорода (н.у.) необходим для полного гидрирования исходной смеси?

Решение   При решении данной задачи следует обратить внимание на то, что конечным продуктом гидрирования углеводородов, составляющих смесь, является этан:

С₂H₆ + H₂                        С₂H₄ + H₂ = С₂H₆ + H₂               С₂H₂ + H₂ = С₂H₆ + H₂

Определим, какое количество углерода содержалось в исходной смеси:

p(СО₂)V = n(СО₂)RT; T = 250°C = 423K; p(СО₂) = 0.6 атм = 60.78 кПа

m(C) = n(С)*M(C)= 1.73 моль *12 г/моль = 20.76 г

Поскольку конечным продуктом при гидрировании является этан, то на основании массы углерода в смеси можно рассчитать массу этана, образовавшегося после гидрирования: х = 25.95 г

Таким образом, после полного гидрирования смеси ее масса составит 25.95 г. Масса исходной смеси составляет 23 г, следовательно, на гидрирование смеси требуется:

m(H₂) = m(кон.) – m(нач.) = 25.95г – 23 г = 2.95 г водорода

Задача 5.2

Смесь СО, СН₄ и С₂Н₆ с массовой плотностью по водороду 13 сожгли в избытке кислорода и пропустили через стеклянные трубки, содержавшие едкий кали и безводный сульфат меди. Масса первой трубки увеличилась на 66 г, а второй – на 36 г. Определите массы газов в исходной смеси.

Решение   Пусть х – количество молей СО, у – количество молей СН_4, z – количество молей С₂Н₆

Напишем протекающие в системе химические реакции:

СО + 2 О₂ = СО₂               СН₄ + 3 О₂ = СО₂ + 2 Н₂О                 С₂Н₆ + 7/2 О₂ = 2 СО₂ + 3 Н₂О

Составляем систему уравнений с тремя неизвестными:

1. Масса трубки с КОН увеличилась на 66 г за счет поглощения СО₂

СО₂ + 2 КОН = К₂СО₃ + Н₂О     х + y + 2z= 1.5

2. Масса трубки с CuSO₄ увеличилась за счет поглощения воды:

СuSО₄ + 5 Н₂O= СuSО₄ * 5Н₂O                   2y+ 3z= 2  

3. Плотность смеси по водороду равна 13. Следовательно:

M(смеси) = D(2)* M(H₂) = 13 * 2 г/моль = 26 г/моль

Решая систему уравнений, находим: x = 0.25 y = 0.25 z = 0.5 

Вычисляем массы газов: m(CO) = 0.25 моль * 28 г/моль = 7 г 

m(CН₄) = 0.25 моль * 16 г/моль = 4 г            m(C₂Н₆) = 0.5 моль * 30 г/моль = 15 г

региональная олимпиада по химии

Уровень1

Задача 1.1

При обработке 20 г смеси порошков Fe и Fe₂O₃ соляной кислотой выделилось 3.36 л газа (н.у.). Определите процентный состав исходной смеси.

Задача 2.1

Какой объем воздуха (н.у.) необходим для сгорания 240 т угля?

Задача 3.1

Плотность смеси озона и кислорода по водороду равна 18. Найдите объемные доли газов в смеси.

Задача 4.1

Имеется смесь аргона и водорода, помещенная в закрытый сосуд (н.у.). Рассчитайте парциальные давления газов в сосуде, если плотность смеси по кислороду равна 1. 

Задача 5.1

Вычислить относительную молекулярную массу газовой смеси, содержащей равные массы неона, аргона и криптона.

Уровень 2

Задача 1.2

Определите массу 22.4 л газовой смеси гелия, неона и аргона (н.у.), если на 1 атом гелия приходится 2 атома неона и 3 атома аргона.

Задача 2.2

Объем смеси СО и О₂ равен 200 мл (н.у.). После сгорания всего СО и приведения газа к н.у. объем смеси уменьшился до 150 мл. Во сколько раз уменьшится объем полученной смеси при пропускании ее через водный

Задача 3.2

Смесь равных объемов воздуха и водорода (масса водорода = 2 г) взорвали в замкнутом сосуде (V = 50 л). Определите парциальные давления газов в полученной смеси при температуре 453°С. (Содержанием аргона и др. газов в воздухе пренебречь, считая, что содержание СО₂ в воздухе = 1%).

Задача 4.2

23 г смеси этана, этилена и ацетилена смешали с избытком кислорода и подожгли в замкнутом сосуде (V = 100 л). Полученную газовую смесь охладили до температуры = 250°С, при этом парциальное давление СО₂ составило 0.6 атм. Какой объем водорода (н.у.) необходим для полного гидрирования исходной смеси?

Задача 5.2

Смесь СО, СН₄ и С₂Н₆ с массовой плотностью по водороду 13 сожгли в избытке кислорода и пропустили через стеклянные трубки, содержавшие едкий кали и безводный сульфат меди. Масса первой трубки увеличилась на 66 г, а второй – на 36 г. Определите массы газов в исходной смеси.