Инновационный сетевой проект
Перейти на Учительский сайт Радиной М.В.
МО учителей химии и биологии (перейти на сайт)
Темы на форуме Автор Дата

Задачи теоретического тура (9 класс)Домашнее задание / Тесты

Задачи теоретического тура (9 класс)

9-1. Напишите два уравнения окислительно-восстановительных реакций, в одном из которых азот в виде простого вещества проявляет свойства окислителя, а в другом - свойства восстановителя. Укажите условия проведения этих реакций.

9-2. В избытке воды массой А г растворили В г гидрида лития LiH.

            1) Напишите уравнение реакции

            2) Напишите формулу для выражения массовой доли растворенного вещества (С, %) в образовавшемся растворе.

9-3. Как меняется сила оснований (по первой ступени диссоциации) в ряду

Be(OH)2 - Mg(OH)2 - Ca(OH)2 (укажите самое сильное и самое слабое).

            Как можно объяснить это изменение силы оснований?

9-4. В избытке кислорода сожгли 4,8 г магния, к продукту сгорания добавили избыток воды и пропустили в полученную взвесь оксид серы (IV) до прекращения реакции.

            1) Напишите уравнения реакций

            2) Определите состав и массу образовавшейся соли

            2) Что изменится в ответах 1 и 2, если вместо кислорода для сжигания использовать воздух?

9-5. В четырех порциях 30%-ного раствора гидроксида калия растворили простые вещества: алюминий, кремний, серу, бром. К образовавшимся растворам медленно прилили 20%-ную соляную кислоту.

            1) Напишите уравнения реакций растворения простых веществ в щелочи.

            2) Напишите уравнения реакций, происходящих при добавлении к щелочным растворам кислоты. Опишите изменения (цвет, осадок) которые будут происходить после добавления избытка кислоты?

9-6. Известно, что наличие в воде растворенных веществ приводит к понижению температуры замерзания раствора по сравнению с чистой водой. На этом основано действие различных противогололедных реагентов.

            Величина понижения температуры замерзания (в градусах) прямо пропорциональна числу отдельных частиц (молекул или ионов) растворенного вещества, приходящихся на 1 кг воды и слабо зависит от природы этих частиц.

            Исходя из вышеизложенного:

            1) Оцените, какой из используемых в Москве реагентов наиболее эффективен против гололеда (при одной и той же температуре для плавления 1 кг льда требуется меньше всего граммов реагента):

            ХКМ (основной компонент - хлорид кальция)

            "Антиснег" (основной компонент - ацетат аммония  CH3COONH4)

            "Нордикс-П" (основной компонент - ацетат калия CH3COOK)

            "Бишофит" (основной компонент - хлорид магния)

            Поваренная соль

            2) Расположите реагенты в порядке уменьшения их противогололедной эффективности (слева самый эффективный).

Решения

9-1. Азот - окислитель (например, горение магния в азоте):3 Mg + N2 = Mg3N2 

Азот - восстановитель (например, реакция с кислородом в электрическом разряде):              N2 + O2 = 2 NO                  

9-2.      В                      Х             Y

1)         LiH + H2O = LiOH + H2-               

            8г                    24г       2г

2) Поскольку вода в избытке, расчет по гидриду лития:

Из В г гидрида получится Х = В(24/8) = 3В г гидроксида лития.

Масса раствора уменьшится на У = В(2/8) = 0,25 В г водорода.

            Получаем: С(%) = 100% * 3В/(А + 0,75В)                     

9-3. Ответ: Возрастает слева направо (от бериллия к кальцию) - из-за увеличения размера иона металла. Сверху вниз по подгруппе обычно по этой же причине усиливаются металлические свойства. С ростом радиуса при одинаковом заряде облегчается отрыв группы ОН.

9-4.         4,8   

1)         2 Mg + O2 = 2 MgO

            MgO + H2O = Mg(OH)2

            Mg(OH)2 + SO2 = MgSO3 + H2O

            MgSO3 + H2O + SO2 = Mg(HSO3)2 

2) 4,8 г магния соответствует 4,8/24 = 0,2 моль.

Получится 0,2 моль кислой соли или 186*0,2 = 37, 2 г

3) При сжигании магния на воздухе добавятся реакции:

            3 Mg + N2 = Mg3N2

            Mg3N2 + 6 H2O = 3 Mg(OH)2 + 2 NH3    далее те же реакции с SO2

Состав и масса продукта (гидросульфит магния) не изменится.    

Справка: растворимость сульфита магния: 32,4 г в 100 г воды при 250С. Гидросульфит обычно растворим еще лучше.

9-5. 1) Al + KOH + 3 H2O = K[Al(OH)4] + 1,5 H2-                 

            Si + 2 KOH + 4 H2O = K2[Si(OH)6] + 2 H2-               или K2SiO3

            3 S + 6 KOH = 2 K2S + K2SO3 + 3 H2O                            

            Br2 + 2 KOH = KBr + KBrO + H2

или     3 Br2 + 6 KOH = 5 KBr + KBrO3 + 3 H2O                                    

2)             K[Al(OH)4] + HCl = KCl + Al(OH)3¯ + H2O             студенист.

            Al(OH)3+ 3 HCl = AlCl3 + 3 H2O                                    

или   K[Al(OH)4] + 4 HCl = KCl + AlCl3 + 4 H2O  

            K2SiO3 + 2 HCl =  2 KCl + H2SiO3¯                     гель    

            2 K2S + K2SO3 + 6 HCl = 3 S ¯ + 6 KCl + 3 H2O светло-желт.

            KBr + KBrO + 2 HCl =  Br2¯ + 2 KCl + H2O             коричн.

9-6.  1) Фактически задача сводится к вопросу: <У какой из перечисленных солей будет больше ионов при растворении 1 г (или 100 г) ее в воде?>

Поскольку эффективность оценивается по массе, сравним, например, порции по 100 г:

В 100 г соли CaCl2 содержится 100/111 = 0,9 моль соли или 2,7 моль ионов;

в 100 г CH3COONH4  100/77 = 1,3 моль соли или 2,6 моль ионов;

в 100 г CH3COOK    100/98 = 1,02 моль соли или 2, 04 моль ионов;

в 100 г MgCl2    100/95 = 1,05 моль соли или 3,15 моль ионов;

в 100 г NaCl    100/58,5 = 1,7 моль соли или 3,4 моль ионов

            Больше всего частиц (ионов) будет в 100 г поваренной соли - это самый эффективный реагент для плавления льда.   

2) NaCl > MgCl2 > CaCl2 > CH3COONH4 > CH3COOK

Надо учесть, что хлориды кальция и магния используются в виде кристаллогидратов (до 6 молекул воды на формулу соли), так что их на самом деле нужно гораздо больше.

            Рассуждения про экологию не учитываются (про это нет вопроса)

Справка:  результаты расчетов по криоскопической формуле для химически чистых веществ - сколько г реагента нужно для расплавления 1 кг льда при 5 градусах мороза (-50):

            Вещество (диссоциация учтена)                        Масса (г) для плавления

            (нижние индексы даны в строке)                        1 кг льда (-5оС)

поваренная соль NaCl                                           78 г

хлорид магния (часть Бишофита) MgCl2              85

хлорид кальция (часть ХКМ) CaCl2               99,5

ацетат аммония ("Антиснег") CH3COONH4            103,5

ацетат калия ("Нордикс-П") CH3COOK                  131,5

нитрат магния (из НКММ) Mg(NO3)2                    132,5

нитрат кальция (из НКММ) Ca(NO3)2                     147

мочевина (из ХКМ, КАС, НКММ) CO(NH2)2            161,5 г

 

 

Задачи теоретического тура (10 класс)

10-1 Известно, что белая краска на старинных картинах, представляющая собой свинцовые белила - основной карбонат свинца, темнеет после длительного пребывания в помещениях. Один из методов реставрации состоит в обработке потемневших участков пероксидом водорода. Почему краска темнеет и почему снова становится белой? Почему при реставрации на картинах иногда пропадает желтый цвет? Напишите соответствующие уравнения реакций.

10-2 Даны правые части уравнений химических реакций. Каждое из них описывает взаимодействие двух веществ. Запишите эти уравнения полностью.

= NaOH + NH3
= I2 + 2 FeCl2 + 2 KCl
= CO2 + 2HCl
= 2 FeSO4 + 2H2 + 9CO
= Fe(NO3)3 + 2NO + CO2
= 2NaHSO4 + SO2 + S + 2H2O
= 2K2CO3 + O2
= 2 Cu(NO3)2 + 2NO2 + 3H2O
= 4 Al(OH)3 + 3CH4
= LiCl + AlCl3 + 4H2

10-3 Газовую смесь, полученную при разложении некоторого нитрата А, пропустили в раствор гидроксида калия. В поглотительном растворе были обнаружены нитрат- и нитрит-ионы. Масса твердого остатка В после разложения нитрата относится к массе исходного нитрата как 4 : 9. При прокаливании вещества В в токе CO был получен темный порошок С, масса которого относится к массе В как 7 : 10. Определите вещества А, В и С и напишите уравнения всех упомянутых реакций.

10-4 Согласно одной из методик определения "общего олова", к водному раствору пробы добавляют равный объем концентрированной соляной кислоты, затем вносят в колбу несколько железных гвоздей и некоторое время кипятят. Нерастворившиеся остатки гвоздей извлекают, раствор охлаждают, добавляют к нему кусочки мрамора и сразу титруют раствором иода до появления окраски иода.

1) Что такое "общее олово"? На каких химических реакциях основана указанная методика?
2) Зачем в реакционную смесь добавляют кусочки мрамора? (учитывая, что мелом его заменить нельзя).
3) Что будет определяться по этой методике, если пропустить стадию кипячения с железными гвоздями?
4) Какую массу олова (в пересчете на металл) содержал раствор, на титрование которого пошло 25 мл раствора иода с концентрацией 0,1 моль/л?

10-5 Смесь этена и пропена объемом 11,2 л имеет плотность по водороду 16,8. К смеси прибавили такой же объем водорода и пропустили ее над платиновым катализатором. Объем смеси на выходе из реактора составил 17,92 л. Определите состав начальной и конечной смеси газов (в % по объему) и степень превращения (в %), считая, что она одинакова для обоих алкенов. Все объемы измерены при н.у.

10-6 Три изомерных вещества А, Б и В содержат 49,0% углерода, 2,7% водорода и элемент X. Продукты сгорания этих веществ в кислороде не содержит нелетучего остатка и полностью поглощаются раствором щелочи. Плотность паров этих веществ в пересчете на нормальные условия равна 6,56 г/л. Молекула соединения А имеет нулевой дипольный момент, дипольный момент молекулы Б больше, чем молекулы В. Установите структурные формулы этих трех изомеров.

Решения

10-1.  Свинцовые белила взаимодействуют с сероводородом, при этом образуется черный сульфид свинца

Pb2CO3(OH)2 + H2S = PbS + 3H2O + CO2

При обработке пероксидом водорода PbS + 4 H2O2 = PbSO2 +4H2O

Желтый цвет пропадает, так как одновременно окисляется и сульфид кадмия, который образует желтый пигмент.

CdS + 4 H2O2 = CdSO4 +4H2O

10-2 NaNH2 + H2O = NaOH + NH3

2 FeCl3 + 2 KI = I2 + 2 FeCl2 + 2 KCl

COCl2 + H2O = CO2 + 2HCl

Fe2(CO)9 + 2 H2SO4 = 2 FeSO4 + 2H2 + 9CO

FeCO3 + NO2 = Fe(NO3)3 + 2NO + CO2

Na2S2O3 + 2 H2SO4 = 2 NaHSO4 + SO2 + S + H2O

2 K2O2 + 2 CO2 = 2K2CO3 + O2

Cu2O + 6 HNO3 = 2 Cu(NO3)2 + 2NO2 + 3H2O

Al4C3 + H2O = 4 Al(OH)3 + 3CH4

LiAlH4 + 4 HCl = LiCl + AlCl3 + 4H2

10-3.  Так как в растворе обнаружены нитрат- и нитрит-ионы, то при разложении нитрата был получен оксид (или металл), диоксид азота и кислород, а не нитрит. Изменение массы при прокаливании в токе CO свидетельствует о восстановлении оксида до металла. Значит, при разложении нитрата был получен оксид.

Определим металл: Пусть x - грамм-эквивалент металла. Так как грамм-эквивалент - это количество, которое присоединяет 8 г кислорода, то  x : (x + 8) = 7 : 10 отсюда 10 x = 7(x + 8), x = 56/3 = 18,67

Очевидный вариант - это железо(III).  При валентности I или II таких элементов нет.

Тогда вещество C - Fe, вещество B - F2O3.

 Теперь нужно определить нитрат.

Fe(NO3)3 с образованием Fe2O3 Отношение массы оксида к массе нитрата составляет:
(0,5  160) : 242 = 80 : 242 = 4 : 12,1, что не соответствует условию. (2 балла)

Остается предположить, что вещество A - нитрат двухвалентного железа, и при разложении железо окисляется.

Тогда отношение масс составит (0,5  160) : 242 = 80 : 180 = 4 : 9, что соответствует условию. Таким образом, вещество A - это Fe(NO3)2.

Вещество А при наличии расчета

Реакции         4 Fe(NO3)2 = 2 Fe2O3 + 8 NO2 +O2,                  тFe2O-3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2

10-4.  (1) Общее олово означает суммарное количество олова, независимо от его степени окисления, а именно сумму олова(II) и олова(IV)

Реакции: При кипячении с гвоздями: SnCl4 + Fe = SnCl2 + FeCl2  

При титровании иодом: SnCl2 + I2 + 2HCl = SnCl4 + 2HI                

Когда SnCl2 в растворе заканчивается, то иод перестает расходоваться, и можно наблюдать его окраску.

(В данном случае мы пишем SnCl4  как форму существования четырехвалентного олова в растворе, так как реакции идут в концентрированной HCl. Однако другие реальные формы также приветствуются).

(2) Так как мы имеем дело с кислотно-основным титрованием и в системе присутствуют вещества, которые легко окисляются, контакт с кислородом воздуха может исказить результаты анализа. Мрамор, представляющий собой карбонат кальция, взаимодействует с соляной кислотой с выделением CO2, причем мрамор растворяется медленно, в отличие от мела. Постоянное выделение CO2 в процессе титрования защищает раствор от контакта с кислородом.

 (3) Только двухвалентное (+2) олово.

(4) 25 мл 0,1 M раствора содержит 0,0025 моль иода. На основании уравнения реакции, раствор содержал такое же количество олова.

Масса олова 118,7  0,0025 = 0,3 г.

10-5. Определим состав исходной смеси. Пусть а - доля этена.  Тогда 14 a + 21(1 - a) = 16,8, a = 0,6.

Всего смесь содержит 0,5 моль газов. Т.е. ее состав 0,3 моль этена и 0,2 моль пропена.

Водорода также 0,5 моль. Общий объем 22,4 л.  C2H4 + H2 = C2H6     C3H6 + H2 = C3H8

По реакциям видно, что объем смеси уменьшается на объем израсходовавшегося водорода.

Конечный объем соответствует 0,8 моль (17,92 : 22,4). Значит, в реакцию вступило 0,2 моль водорода. Это соответствует 40% его общего количества. Углеводородов также прореагировало в сумме 0,2 моль, что составило 40% их общего количества.

Так как степени превращения алкенов по условию одинаковы, то степень превращения каждого из них составляет 40%.

 (другой способ подсчета с тем же результатом оценивается так же).

Определим состав конечной смеси.

H2 - 0,3 моль

C2H6 - 0,3  0,4 = 0,12 моль

C2H4 - 0,3 - 0,12 = 0,18 моль,

C3H8 - 0,2  0,4 = 0,08 моль.

C3H6 - 0,2 - 0,08 = 0,12 моль 

10-6. Молярная масса всех трех веществ - 6,56  22,4 = 147 г/моль

Определим содержание элементов:

Углерод: 147 • 0,49 = 72,03 г/моля (т.е. 6 атомов)

Водород: 147 • 0,027=4 г/моль (т.е. 4 атома)

На долю X приходится 147 - (72+4) = 71 г/моль

Логично предположить, что это два атома хлора. Т.к. продукты сгорания являются летучими и поглощаются щелочью - других вариантов нет.

Таким образом, формула каждого из веществ C6H4Cl2

Вещества - изомеры дихлорбензола: 1,2-, 1,3-, 1,4-

Дипольный момент молекулы представляет собой сумму векторов дипольных моментов отдельных связей.

Нулевой дипольный момент соответствует 1,4-изомеру. А - 1,4-дихлорбензол.  Дипольный момент 1,2-изомера больше, чем 1,3-изомера (т.к. угол между связями меньше) Таким образом, Б - 1,2 - дихлорбензол, В - 1,3 – дихлорбензол

Задачи теоретического тура (11 класс)

Условия задач

Берем перо, легко наносим знаки
На белый лист уверенной рукой.
Они просты. Понять их может всякий,
Есть сумма правил для игры такой:

Стихотворение "Буквы" из "Игры в Бисер" Г. Гессе

  1. Соединение А состава C3H8NO2Cl, выделенное из организма животного, обладает оптической активностью. При взаимодействии 1,000 г вещества А с раствором 0,3188 г NaOH образуется соединение B не содержащее хлора и натрия. Реакция А с избытком NaOH приводит к образованию вещества С состава С3H6NO2Na. Определите вещества A, В и C. Приведите тривиальное и номенклатурное название вещества B. С чем связана оптическая активность вещества А? Изобразите его пространственное строение.
  2. Белое твердое вещество A растворяется в воде с образованием кислого раствора. При взаимодействии A с концентрированной H2SO4 происходит выделение газа с молярной массой 20 г/моль, содержащего элемент X. Определите вещество A, если известно, что массовая доля элемента X в нем равна 48,7%. Почему раствор А в воде имеет кислую реакцию?
  3. На нейтрализацию водного раствора, образовавшегося при гидролизе 1,000 г некоторого ангидрида X, было израсходовано 22,73 мл одномолярного раствора NaOH. Определите строение органического соединения X и предложите метод его получения из неорганических веществ.
  4. Газ А реагирует с газом B в соотношении 1:2 с образованием белого кристаллического вещества С. При растворении С в воде образуется вещество D. Взаимодействие раствора 1,00 г D с избытком водного раствора BaCl2 приводит к выпадению 2,05 г белого осадка Е, который при действии HCl растворяется с выделением газа А. Определите вещества А, В, С, D и Е.
  5. Расшифруйте схему превращений органических веществ, если известно, что в каждом из соединений A, D, E и F атомы водорода не различимы. Приведите тривиальные названия веществ A, B, C, D, E и F.
  6. Неорганические вещества А и B реагируют в соотношении 1:1 с образованием в качестве единственного продукта вещества С имеющего молярную массу 100 г/моль. При реакции 1 моль С с 3 моль NaOH образуется 2 моль H2O и эквимолярная смесь двух солей D и E, молярные массы которых отличаются на 100 г/моль. Определите вещества А, B и C. Ответ подтвердите расчетом.

 

Краткие ответы

  1. A = Гидрохлорид аланина
    В = Аланин (по номенклатуре, например: a-аминопропионовая кислота)
    С = Натриевая соль аланина
    Оптическая активность возникает вследствие наличия асимметрического атома углерода. Природный изомер - L (S).
  2. Элемент X = F
    Вещество A = KHF2
    Раствор имеет кислую реакцию вследствие гидролиза аниона HF2-.
  3. X = HC(O)O(O)CCH3 смешанный ангидрид муравьиной и уксусной кислоты
    Синтез может быть любым разумным.
  4. А = CO2
    B = NH3
    С = NH2COONH4
    D = (NH4)2CO3
    Е = BaCO3
  5. A = ацетон
    B = пинакол
    C = пинаколин
    D = ацетат натрия
    E = пивалоат натрия (натриевая соль триметилуксусной кислоты)
    F = иодоформ
  6. A и В = SO3 и HF
    C = HSO3F
    D и E = Na2SO4 и NaF

 

Решения

":Все видно насквозь.
Для тех, кому не видно..."

А
. Зайцев

"...I didn't say it would be easy.
I just said it would be the truth:"

Morpheus, The Matrix

  1.  

 

 

 


  1. Обратим внимание на реакцию А с избытком NaOH. Полученное в ней вещество С содержит натрий. Наиболее простой вариант - это натриевая соль карбоновой кислоты, общей формулы R-COONa. Вычтем из молекулярной формулы С формулу остатка натриевой соли кислоты COONa и получим R=C2H6N. Перебирая возможные варианты структур, находим единственный, в котором есть асимметрический атом углерода (отмечен звездочкой) - условие оптической активности соединения. Итак, С - это натриевая соль аланина, а A (из молекулярной формулы) - гидрохлорид аланина. Поскольку B не содержит ни натрия ни хлора, то это сам аланин (это можно также получить из расчета). Аланин выделенный из любого животного может быть только L-конфигурации (бактерии которые иногда содержат D-аминокислоты за животных не считаются).
  2. Газ с молярной массой 20 г/моль существует только один - это HF (можно, конечно, предложить еще NHD2, но это слишком хитро). Итак, A - некий фторид (предположительно металла, так как он твердый). Пусть А имеет формулу вида MxFy, тогда молярная масса металла равна:
    M(M) = (y.M(F)/ω(F) - y.M(F))/x. Перебором целых чисел x и y находим единственное решение M=Ca. Однако, CaF2 не растворим в воде. Дело в том, что фтор образует еще один класс солей - гидрофториды - соли с анионом HF2-, который за счет гидролиза в воде образует кислую реакцию раствора. Учитывая этот анион, решение - KHF2 (M(Ca)=M(K)+M(H)).
  3. Предположим, что Х - ангидрид карбоновой кислоты (другие предположения для большинства школьников не естественны). Общее уравнение гидролиза ангидридов карбоновых кислот:
    R-COOOC-R' + 2NaOH = R-COONa + R'-COONa + H2O
    Отметим, что в большинстве случаев (в школьной программе и на практике) R=R', но это не обязательно. Из уравнения найдем молярную массу Х:
    M(X)=(1,000/0,02273)*2=88 г/моль.
    После вычитания молярной массы фрагмента COOOC остается:
    M(R+R')=16, что может соответствовать только R=H и R'=CH3. Таким образом, X - смешанный ангидрид муравьиной и уксусной кислоты. Один из  кратчайших синтезов такой:
    CaC2 + H2O = C2H2
    C2H2 + H3O+ + (HgSO4) = CH3CHO
    CH3CHO + KMnO4 = CH3COOH
    CH3COOH + SOCl2 = CH3COCl
    CH3COCl + HCOONa = HC(O)O(O)CCH3
  4. Белый осадок Е, растворяющийся с выделением газа - скорее всего карбонат бария. Рассчитаем отсюда молярную массу D:
    M(D)=(1,00/2,05)*M(BaCO3)=96 г/моль.
    Вероятно, что D - также некий карбонат (общая формула MCO3 или M2CO3), а реакция приводящая к выпадению осадка - реакция обмена. Найдем молярную массу M:
    M(M)=96-12-3*16=36 (для формулы MCO3) или M(M)=(96-12-3*16)/2=18 (для формулы M2CO3). При M(M)=18, M = NH4+ (это можно также заключить из того, что вещество D получается из взаимодействия двух газов и воды, поэтому оно вряд ли содержит металл. Один из наиболее распространенных, не содержащих металл катионов, это NH4+). Очевидно, что если D = (NH4)2CO3, то A и B - CO2 и NH3 соответственно. Вещество C можно попытаться отгадать из его состава - CH6N2O2. По аналогии с амидами карбоновых кислот, можно предложить формулу H2NCOONH4 - карбамат аммония.
  5. Реакция с I2/NaOH используется в органической химии практически только как качественная - иодоформная реакция, отсюда F=CHI3 (он образуется в обеих реакциях). В результате этой реакции образуются натриевые соли карбоновых кислоты. При условии эквивалентности всех атомов водорода вещества А и D могут быть только ацетоном и ацетатом натрия соответственно. Если решающему задачу не известна реакция ацетона с магнием, можно воспользоваться следующим предположением. Пусть Е - соль простейшей карбоновой кислоты, содержащей только один тип атомов водорода, но не ацетат и не формиат. Тогда это - (CH3)3CCOONa, а исходное соединение С - соответствующий метилкетон - (CH3)3CCOCH3. Образование этого кетона под действием кислоты - широко известная пинаколиновая перегруппировка. Таким образом B - это пинакол - (CH3)2C(OH)-C(OH)(CH3)2.
  6. Запишем уравнения реакции данные в задаче:
    A + B = C
    C + 3NaOH = D + E + 2H2O
    Из второго уравнения очевидно, что вещество C содержит один атом водорода. Из того, что при взаимодействии С с NaOH образуется смесь двух солей логично предположить, что С - это смешанный ангидрид двух кислот. Обозначим за x и y, части этих кислот входящие в С, тогда можно записать уравнения:
    x + y + M(H) = 100
    x + 2*M(Na) + M(O) = y + M(Na) + 100
    Второе уравнение следует из следующего соображения: при реакции C с 3 моль NaOH в продукты (D и E) переходит 3 атома Na и один атом кислорода. Из большой разницы молекулярных масс D и E логично предположить, что они разделяются следующим образом - 2 атома Na и кислород переходят в ту соль, которая тяжелее (в случае нашего уравнения - образованную остатком x), а оставшийся один Na - в другую соль. В результате решения системы уравнений получаем:
    M(x) = 80       M(y) = 19
    откуда y = F. Подбором по молекулярной массе находится и вторая часть x = SO3. Итак A и B - это HF и SO3, С = HSO3F, а D и E - NaF и Na2SO4.

Обязательный тур (девятый класс задачи)

Задача 9-1.

"...А ты,мой мудрый химик, преданный до страсти
естествоиспытательству, ночами
беззвездными у вытяжного шкафа
мешаешь белый фосфор с мышьяком,
с толченой костью, с серным ангидридом "

Бахыт Кенжеев. "Послания". 1995 г.

К солям, легко дающим при накаливании серный ангидрид, относится железный купорос, т.-е. серножелезистая соль, или соль закиси железа FeSO 4 . Она содержит кристаллизационную воду и при накаливании сперва ее выделяет (хотя последний пай с трудом, как у MgSO4 .7H2O; при дальнейшем накаливании происходит разложение части серного ангидрида закисью железа (SO3 + 2FeO), которая превращается в окись железа Fe2O3, а от этого часть серного ангидрида переходит в сернистый газ. Таким образом, продуктами разложения железного купороса будут: окись железа Fe2O3, сернистый SO2 и серный SO3 ангидриды по уравнению: 2FeSO4 = Fe2O3 + SO2 + SO3. Так как с 2FeSO4 остается еще часть H2O, то в результате получается отчасти гидрат H2SO4 и в нем растворенный ангидрид SO3. Таким образом приготовляли долгое время серную кислоту; это производство было некогда развито около Нордгаузена, почему получающаяся из железного купороса серная кислота носит название дымящей, нордгаузенской кислоты или купоросного масла. В настоящее время дымящую серную кислоту готовят, пропуская летучие продукты разложения купороса в крепкую серную кислоту, приготовленную обыкновенным способом. Сернистый газ в ней не растворяется, а серный ангидрид поглощается. (Д.И.Менделеев "Основы химии" т.2, стр.210.)

  1. Рассчитайте массовую долю (%) серной кислоты, получающуюся при конденсации всех продуктов термического разложения железного купороса (20 оС).
  2. Сколько граммов безводного сульфата железа (II) надо подвергнуть термическому разложению, чтобы 100 г полученной (см. п.1) серной кислоты превратить в 10%-ный олеум.
  3. Рассчитайте максимальную массовую долю (%) соляной кислоты, которую можно получить из серной (см. п.1) добавлением к ней дигидрата хлорида бария.

 

Задача 9-2.

"...Чтобы стричь воду черную в пороховом ручье, чтобы филин
вещий, словно кукушка, темнолетящий сыч
благословил нас, бедных, круглоглаз и бессилен."

Бахыт Кенжеев

В 1885 г М.Бертло совместно с русским химиком Л.Н.Шишковым исследовали процессы горения дымного пороха и оптимизировали его состав. Ими было установлено, что если содержание калийной селитры в порохе в 4,64 раза превышает содержание серы и угля по массе, а содержание серы в 1,23 раза превышает содержание угля, то при сгорании 1 кг такого пороха выделятся 641 ккал теплоты и образуется 216 л (н.у.) газов.

  1. Рассчитайте состав пороха, предложенного Бертло и Шишковым (масс.%).
  2. Восстановите уравнение горения пороха по Бертло и Шишкову (учтите, что кислород воздуха в этом горении не принимает участия).
  3. Рассчитайте тепловой эффект этой реакции (1 кал = 4,18 Дж).
  4. Классик по поводу артиллерийской стрельбы отмечал: "... и дым багровый клубился к небесам...". Кто и где это написал? Почему "дым багровый" (что в составе дыма может определять окраску)? Почему "клубился к небесам"
  5. Опытные эксперты по запаху ствола (см. детективную литературу) могут определить было ли использовано данное орудие для стрельбы (зарядами на основе дымного пороха) в недавнее время. Что в остатках дымного пороха (нагаре) придает этот запах?
  6. Если бы мы смогли собрать твердые остатки дымного пороха в заметном количестве (нагар), какими химическими реакциями Вы бы могли подтвердить верность предложенного уравнения горения пороха?

Обязательный тур (девятый класс решения)

Задача 9-1.

1.

2FeSO4 .7H2O = Fe2O3 + SO2+ SO3+ 14H2O

SO3 + H2O = H2SO4

Тогда на моль образовавшейся кислоты приходится 13*18 =234 (г) воды. Массовая доля составляет 98:(98+234) = 0,295 или 29,5%.

2. В 100 г раствора полученной кислоты содержится 70,5 г воды (3,9 моль). Для превращения ее в серную требуется 3,9 моль SO3 (312 г). А для образования 10%-ного олеума необходимо еще (100 + 312).0,1/0,9= 45,7 г SO3 (0,57 моль). Всего 4,47 моль SO3. Для получения такого количества SO3 требуется 8,94 моль FeSO4 или 1359 г.

3. Максимальная концентрация хлороводорода соответствует эквимолярному соотношению серной кислоты и хлорида бария:

BaCl2 + H2SO4 = BaSO4+ 2HCl

В 100 г раствора содержится 29,5 г H2SO4 (0,301 моль). Дигидрата хлорида бария прореагирует 0,301 моль ( 73,5 г). Сульфата бария выпадет в осадок 0,301 моль (70,2 г). Хлороводорода получится 0,602 моль (21,9 г). Масса раствора составит 100 + 73,5 - 70.2 = 103,3 (г). Доля хлороводорода в растворе составит 21,9 : 103,3 = 0,212 или 21,2%.

Задача 9-2

1. Содержание калийной селитры (нитрата калия) в порохе составляет: 4,64:(4,64+1) = 0,823 или 82,3%.

Содержание серы и угля, соответственно, составляет 17,7%.

Содержание угля - 17,7:(1,23+1) = 7,94(%).

Содержание серы - 17,7 - 7,94 = 9,76 (%).

2. Молярное соотношение селитры, серы и угля в порохе составляет:

(KNO3) :   (S) : (C) = 82,3/101 : 9,76/32 : 7,94/12 = 0,815 : 0,305 : 0,662 = 2,67:1:2,17 =
= 16,02:6:13,02 (округляя до целых чисел, соотношение составит: 16KNO3 + 6S + 13C). Это соотношение можно считать левой частью уравнения горения (исходные вещества).

Можно определить сумму коэффициентов газообразных продуктов горения. Масса исходных веществ составляет 16 *101 + 6 * 32 + 13*12 = 1964 (г).

Объем газообразных продуктов в реакции 216 *1964/1000 = 424 (л); количество газовых продуктов реакции составляет 424/22,4 = 18,9 19 (моль). Основными газовыми продуктами могут быть азот (16 : 2 = 8 (моль в уравнении реакции), оксид углерода (IV) (до 13 моль в уравнении реакции) и оксид серы (IV) (в избытке окислителя). По реакции образуется 19 моль газа, тогда это 8 моль N2 и 11 моль CO2 (остающиеся 2 моль будут в твердом остатке, связанными в K2CO3 – 2 моль). В твердом остатке будет еще 12 моль калия, которые потребуются для связывания серы (как в форме сульфата калия, так и сульфида калия, так как окислителя в смеси недостаточно для перевода всей серы в сульфат). При образовании азота мы должны затратить 16*5 = 80 электронов:

N+5 + 5 e = N0, при окислении углерода можно освободить 13*4 = 52 электрона:

C0 - 4e = C+4,

еще 28 электронов должно быть образовано в реакциях серы. При окислении всей серы до сульфата образовалось бы 6*6 = 36 электронов, то есть не вся сера образует сульфат, а только пять моль и при этом образуется моль сульфида калия (6*5 =30; 30-2 = 28, что вполне соответствует электронному балансу).

К аналогичному выводу можно прийти, исходя из материального баланса кислорода. Из исходных 48 моль атомов кислорода нитрата калия в газовой фазе будут 22 моль атомов в CO2, 6 моль атомов кислорода будут в твердом остатке в составе карбоната калия, тогда на образование сульфата остается 48 -22 - 6 = 20; 20 : 4 = 5 - моль сульфата калия образуется в реакции. По балансу калия и серы можно определить, что еще может образоваться 1 моль сульфида калия. Уравнение Бертло имеет вид:

16KNO3 + 6S + 13C = 5K2SO4 + K2S + 2K2CO3 + 11CO2 + 8N2

3. Масса исходных веществ составляет 16*101 + 6* 32 + 13*12 = 1964 (г).

Тогда тепловой эффект реакции составляет 641 * 1,964 = 1259 (ккал) или 1259 *,18 =5262 кДж.

4. А.С.Пушкин, "Полтава".

Окраска определяется присутствием калия (паров) в составе пороховых газов (так же как соли калия окрашивают пламя, только в гораздо большей концентрации из-за высокой температуры). Дым - результат конденсации твердых продуктов горения пороха (сам по себе белый). Поднимался вверх за счет высокой температуры продуктов при экзотермической реакции.

5. “Нагар” - твердые остатки продуктов реакции горения пороха. Заметным запахом обладает только сульфид калия. Запах сероводорода, который образуется в результате гидролиза сульфида (или взаимодействия с углекислым газом воздуха):

K2S + H2O KHS + KOH

KHS + H2O KOH + H2S

6. Твердый остаток - K2SO4, K2CO3, K2 S. Для доказательства их присутствия в твердом остатке продукты горения можно растворить в воде. К полученному раствору прилить избыток раствора нитрата бария, образующийся белый осадок может содержать сульфат и карбонат бария. Сульфид остается в растворе, и после отделения осадка может быть обнаружен при действии нитрата свинца, или нитрата меди по образованию черного осадка сульфидов свинца (меди):

K2SO4 + Ba(NO3)2 = BaSO4 + 2KNO3

K2CO3 + Ba(NO3)2 = BaCO3   + 2KNO3

K2S + Pb(NO3)2 = PbS + 2 KNO3

Полученный осадок (после фильтрования или декантации) можно обработать раствором соляной кислоты, выделение газа свидетельствует о присутствии карбоната, а остающийся нерастворимым осадок в соляной кислоте - о наличии сульфата:

BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + CO2 + H2O

Обязательный тур (десятый класс задачи)

Задача 10-1

Белый нерадиоактивный порошок А массой 1,00 г нагрели до 500o С. Среди газообразных продуктов реакции содержался NO2, а в твердом остатке оказалось 0,63 г темно-серого порошка. Никаких продуктов, жидких при 40o С, не образовалось.

Что мог представлять собой порошок А в предположении, что это индивидуальное соединение, а точность взвешивания 0,01 г. Напишите уравнение реакции его разложения при нагревании.

Задача 10-2

Однажды, 30 ноября 1825 г., молодой французский ученый, препаратор университета в г. Монпелье, направил письмо в Парижскую Академию наук, в котором он сообщил об открытии нового элемента, названного им мурием. Этот мурий был выделен из осадка, кристаллизующегося из маточника после отделения природной поваренной соли. Этот же элемент был выделен и из золы некоторых морских водорослей. Академия признала факт открытия нового элемента, однако название его было изменено. Интересно, что за несколько лет до этих событий этот новый элемент буквально "держал в руках" великий Юстус Либих, однако он так и не понял, с чем имел дело. В 1826 г. Ю.Либих выразился по этому поводу: "Это не … открыл …, а … открыл для нас …!".

Массовая доля этого элемента в четырех бинарных соединениях составляет 83,3%; 96,4%; 88,6%; 71,4%. Плотность этих соединений, находящихся в газообразном состоянии, по водороду равна 96, 166, 135,5 и 112, соответственно.

  1. Каково современное название этого элемента? Что оно означает? Почему не подошло название "мурий"?
  2. Кто открыл этот элемент? Приведите полностью знаменитую фразу Ю.Либиха. За какое соединение принял Либих этот элемент?
  3. Что за бинарные соединения упомянуты в задаче? Установите состав и пространственное строение их молекул.

Обязательный тур (десятый класс решения)

Задача 10-1

Индивидуальное соединение, при нагревании которого выделяется NO2 может быть нитратом либо нитритом металла. Поскольку жидких продуктов не образовалось, это не кристаллогидрат. При его нагревании могут образовываться либо оксид металла, либо чистый металл. Оценим эквивалентную массу металла M(M)/n (n – его валентность) для всех случаев.

Случай 1. Исходное вещество - нитрат, при нагревании образуется металл.

M(M)/M(M(NO3)n) = 0,63/1,00

 

,

откуда M(M)/n = 105,6. Такого металла нет. Но взвешивание произведено с погрешностью, поэтому необходимо оценить диапазон эквивалентной массы металла. Максимальной она будет, если масса исходного вещества окажется 0,99 г (нижний предел истинной массы) при массе продукта 0,64 г (верхний предел истинной массы). Тогда соотношение в правой части уравнения становится равным 0,646, а M(M)/n = 113. Минимальной она будет, если масса исходного вещества окажется 1,01 г (верхний предел истинной массы) при массе продукта 0,62 г (нижний предел истинной массы). Тогда соотношение в правой части уравнения становится равным 0,614, а M(M)/n = 98,5. То есть, с учетом погрешности взвешивания эквивалентная масса металла лежит в диапазоне 98-113. В этот диапазон укладывается серебро с эквивалентной массой 107.

2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2.

Случай 2. Исходное вещество - нитрат, при нагревании образуется оксид металла в той же степени окисления. Для нахождения минимальной эквивалентной массы

M(MOn/2)/M(M(NO3)n) = 0,62/1,01

,

откуда M(M)/n = 77,8. Аналогично максимальная оценка дает M(M)/n = 90,7. Металлов с такими эквивалентными массами, разлагающихся до оксидов без изменения степени окисления металла и при этом не радиоактивных, нет.

Случай 3. Исходное вещество - нитрит, при нагревании образуется металл. Для нахождения минимальной эквивалентной массы

M(M)/M(M(NO2)n) = 0,62/1,01

,

откуда M(M)/n = 73. Аналогично максимальная оценка дает M(M)/n = 84. Металлов с такими эквивалентными массами, нитриты которых разлагались бы с образованием металла, нет.

Случай 4. Исходное вещество - нитрит, при нагревании образуется оксид металла в той же степени окисления. Для нахождения минимальной эквивалентной массы

M(MOn/2)/M(M(NO2)n) = 0,62/1,01

 

откуда M(M)/n = 52,4. Аналогично максимальная оценка дает M(M)/n = 61,5. Под все условия задачи ни один металл не подходит (Cd и РЗМ, подходящие по химическим свойствам, не образуют темно-серых оксидов).

Кроме четырех рассмотренных случаев возможны нитраты металлов, разлагающиеся с повышением степени окисления металла. К таким нитратам относятся, в частности, CuNO3, Mn(NO3)2. Так же ведут себя Fe(NO3)2 и Ce(NO3)3, но образующиеся при этом оксиды не имеют темно-серой окраски. Проверим первые два соединения на соответствие условиям задачи.

CuNO3 = CuO + NO2

M(CuO)/M(CuNO3) = 80/126 = 0,635, что вполне укладывается в диапазон 0,614 ч 0,646, получаемый с учетом погрешностей при взвешивании. То есть CuNO3 вполне может быть исходным соединением.

Mn(NO3)2 = MnO2 + 2NO2

M(MnO2)/M(Mn(NO3)2) = 87/179 = 0,486, что не укладывается в диапазон 0,614-0,646. То есть Mn(NO3)2 не может быть исходным соединением.

Таким образом, порошок А - либо AgNO3, либо CuNO3.

Задача 10-2

  1. Бром (от греческого "бромос" – зловонный). Название "мурий" не прижилось, т.к. муриевой кислотой (acidum muriaticum) называли соляную кислоту, из которой был получен в свое время хлор (т.е. название не приняли во избежание путаницы хлора и брома).
  2. А. Балар. Цитата Ю. Либиха "Это не Балар открыл бром, а бром открыл для нас Балара!" ICl – имеет близкую молярную массу.
  3. Кто не знает историю химии, то "выйти" на бром можно при ответе на этот вопрос.

Задача 11-1

Элемент X образует ряд бинарных соединений с кислородом:

Соединение

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

% кислорода

57.1

72.7

62.5

50.0

47.1

Эти соединения можно получить следующим образом:

 

Вопросы:
1.
Определите вещества Y1-Y5, A-K, элемент X. Напишите уравнения реакций.
2. Опишите пространственное строение молекул Y1-Y5 и назовите эти вещества.

Задача 11-2

Два изомерных углеводорода А и В содержат 93,7% углерода по массе. Углеводород А – бесцветное кристаллическое соединение, которое под действием концентрированной азотной кислоты на холоду образует мононитросоединение С, а при действии нитрующей смеси – динитропроизводное D, содержащее 12,84% азота. Второй углеводород B – ярко окрашенное, также кристаллическое вещество, которое под действием как холодной азотной кислоты, так и нитрующей смеси меняет окраску, а при разбавлении водой возвращается в неизменном виде. Однако при обработке В ацетилнитратом или нитратом меди в органических растворителях можно получить его азотсодержащее производное Е, изомерное C.

Вопросы:
1. Установите структурные формулы соединений A, B, C, D и E, ответ подтвердите расчетами.
2. Объясните выбор вами структуры E.
3. Объясните, почему соединение В не образует нитропроизводных при реакциях с кислотами. Изобразите структуру, которая образуется при обработке В кислотами.

Обязательный тур (одиннадцатый класс решения)

Задача 11-1

Определим элемент X.
Пусть состав Y2 = X2On (в Y2 больше всего (O)) , тогда ,откуда M(X)=3,0n. Подходит только n=4, X-углерод.

Тогда:

Соединение

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Простейшая формула

CO

CO2

C4O5

C4O3

C3O2

Очевидно, что вещество A (реакция сгорания которого используется довольно широко и которое способно тримеризоваться различными способами) – ацетилен.






Y1- CO – линейное строение / моноокись углерода
Y2- CO2 – линейное строение / двуокись углерода
Y3- C4O5 – плоское строение / ангидрид диоксоянтарной кислоты
Y4- C12O9 – плоское строение / ангидрид мелитовой кислоты
Y5- C3O2 – линейное строение / недоокись углерода 

Задача 11-2
Углеводороды А и В имеют формулу СxHy, тогда n(С):n(H) = 93,7/12:6,3/1 = 1,24:1 5:4, т.е. простейшая формула не удовлетворяет описанным в условии задачи превращениям. Удвоение формулы приводит к соединению С10Н8. Для одного из изомеров (А) можно предложить структуру нафталина. Это подтверждается тем, что на холоду нафталин действительно нитруется азотной кислотой с образованием мононитропроизводного (С), а в более жестких условиях (нитрующая смесь) - динитропроизводного (D), в котором содержание азота действительно составляет 12,84%. Введение первой нитрогруппы дезактивирует бензольное кольцо, и вторая группа вступает в незамещенное кольцо с образованием преимущественно 1,5-динитронафталина.

 

Возможность получения продуктов замещения (соединение Е - изомер С) позволяет предположить для В также ароматическую структуру. Однако гораздо более мягкие условия ароматического замещения допускают предположение, что ароматичность обеспечивается не бензольными кольцами, а скорее полностью сопряженной системой конденсированных пяти- и семичленных колец. (структура В1). В случае полного переноса заряда из семичленного кольца в пятичленное (структура В2) возникает комбинация двух ароматических систем - циклопентадиенил-аниона и катиона тропилия. Этот углеводород называется азуленом. Под действием сильных кислот протонирование азулена протекает по несущему частичный отрицательный заряд пятичленному кольцу (по нему же направляется атака электрофила при ароматическом замещении) с образованием мезомерного иона ВН+. При разбавлении водой депротонирование ВН+ приводит снова к азулену.

 

Нитрование - реакция электрофильного замещения, и при действии мягких нитрующих агентов в апротонной среде происходит образование нитроазулена (Е).

 

Задача 2.

Диметиловый эфир треонина может быть получен по следующей схеме:

 

1) Определите вещества A-J, напишите схему указанных реакций.

2) Изобразите оптические изомеры полученного эфира.
(ответ в формате PDF) - напечатано

 




Сказали спасибо: dasha ggg.

Автор новостиadmin Теги новости
Новость опубликована 2-06-2010, 15:49, её прочитали 21 253 раз.
Версия для печати
Похожие публикации:
Написать комментарий
Ваше Имя:
Введите Ваше реальное имя, или ник.
Ваш E-Mail:
Внимание! Вводите реально действующий адрес email.
Текст комментария:
Внимание! Текст комментария не должен нарушать правила сайта
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Код безопасности:
Введите код с картинки
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив