 |
III (областной) этап Всероссийской олимпиады школьников по химии
|
|
|
|
Год 9 КЛАСС
Условия задач
Задача 9–1.
В 1744 г. французский химик Руэль впервые четко разделил соли на средние, кислые и оснóвные. Однако долгое время эти понятия продолжали путать.
В статье «Новый способ получения вполне насыщенного углекислого кали» (1802 г.) известный русский химик Товий Ловиц указал на химические различия между средними и кислыми солями, а также описал способ приготовления одной из таких солей:
«Обыкновенный кали есть соль, химически пересыщенная свои основанием… Соль же, вполне насыщенную угольной кислотой, называют углекислым кали… Для получения углекислого кали холодный раствор обыкновенного кали в двойном количестве воды постепенно насыщают какой-либо слабой кислотой, например уксусом, растворенным в большом количестве холодной воды, при перемешивании деревянной лопаточкой. Так продолжают до тех пор, пока не обнаружится первый признак разогревания… Здесь действуют осторожно, поскольку та часть угольной кислоты, которой углекислый кали обязан состоянием своей полной насыщенности, настолько слабо связана с кали, что при одном лишь нагревании мало-помалу улетучивается…
Из двух фунтов обыкновенного кали мне удалось получить примерно 7 унций углекислого кали».
1. Приведите современные формулы и названия обыкновенного кали и углекислого кали.
2. Запишите уравнения двух реакций, описанных Т. Ловицем.
3. Как обычно получали обыкновенный кали в XVII-XVIII в.в.? Какое другое тривиальное название закрепилось в химии за обыкновенным кали?
4. Рассчитайте выход углекислого кали по рецепту Т. Ловица, качественно оцените полученное значение.
5. В газете «Химия» (приложение к газете «Первое сентября») в №10 за 2007 г. на странице 18 утверждается, что «кислые соли образуют только многоосновные кислоты». Согласны ли Вы с приведенным утверждением? Подтвердите или опровергните это суждение.
|
|
|
Для справки: 1 аптекарский фунт равен 12 унциям, 1 унция равна 29,86 г.
Задача 9–2.
Изоэлектронные молекулы (т. е. молекулы, имеющие одинаковое число электронов) обладают близкими характеристиками межмолекулярного взаимодействия, параметрами химической связи. В таблице приведены значения, характеризующие химическую связь и межмолекулярное взаимодействие для молекул O2, N2, NO и СО.
| Параметр | I | II | III | IV |
| Энергия связи, кДж/моль | 945,3 | 1076,4 | 631,6 | 493,6 |
| Длина связи, нм | 0,1098 | 0,1282 | 0,1151 | 0,1207 |
| Дипольный момент, Д | 0,11 | 0,16 | ||
| Тпл., ºС | – 210 | – 205 | –163,7 | – 218,8 |
| Ткип., ºС | – 195,8 | – 191,5 | – 151,7 | – 182,97 |
Дипольный момент – величина, характеризующая асимметрию распределения положительных и отрицательных зарядов в электрически нейтральной системе (молекуле). Два одинаковых по величине заряда +q и –q образуют электрический диполь с дипольным моментом равным μ = q∙l, где l – расстояние между зарядами.
Для справки: 1Д (Дебай) = 0,333∙10–30 Кл∙м.
1. Определите, какому из веществ (O2, N2, NO и СО) соответствуют данные столбцов I – IV таблицы. Укажите, на основе каких данных Вы сделали это заключение?
2. Какие из приведенных молекул являются изоэлектронными?
3. Определите кратность связи в молекулах O2, N2, NO и СО.
4. Приведите по одному примеру реакций лабораторного получения O2, N2, NO и СО.
Задача 9–3.
В зоне окисления сульфидных руд встречаются синие кристаллы минерала халькантита. Навеска халькантита массой 0,8546 г была растворена в воде. К полученному раствору был добавлен избыток раствора гидроксида натрия, при этом образовался синий осадок. После отделения осадка фильтрованием и последующего прокаливания на воздухе был получен черный порошок массой 0,3065 г. При нагревании черного остатка прокаливания в токе водорода был получен красный порошок массой 0,2175 г. К фильтрату полученному при отделении синего осадка, был добавлен избыток раствора хлорида бария, при этом образовался белый осадок массой 0,7988 г, нерастворимый в разбавленной соляной кислоте.
|
|
|
1. Выведите формулу халькантита, ответ подтвердите расчетами.
2. Напишите уравнения реакций, которые использовались для проведения анализа минерала.
3. Какие цветовые изменения могут наблюдаться при нагревании халькантита до 900ºС? Напишите уравнения химических процессов, которым соответствуют эти изменения.
Задача 9–4.
Хром является одним из важнейших легирующих элементов.
Чтобы определить количественное содержание хрома в стали, необходимо сначала перевести его в растворенное состояние. Лучшими растворителями хромистых сталей являются соляная и разбавленная серная кислоты в отсутствии окислителей.
Один из методов определения хрома в растворе основан на окислении его с помощью персульфат-ионов (в присутствии солей серебра). В результате окисления зеленый цвет раствора переходит в оранжевый. Присутствующий в стали марганец также переводится в раствор кислотами и затем окисляется персульфат-ионами, в результате чего окраска дихромат-ионов полностью маскируется фиолетовой окраской перманганат-ионов.
После окисления персульфатом анализируемый раствор кипятят с добавлением небольших количеств хлорида натрия, охлаждают и титруют солью Мора.
1. Почему хромистые стали следует растворять в кислотах в отсутствии окислителей?
2. Зачем в раствор добавляют соль серебра и не мешает ли она процессу титрования?
3. Почему в случае отсутствия в хромистых сталях марганца его специально вводят в раствор при анализе хрома?
4. С какой целью раствор перед титрованием кипятят с добавлением хлорида натрия?
5. Приведите в кратком ионном виде уравнения всех оговоренных в условии процессов.
Задача 9–5.
Мело, мело по всей земле
Во все пределы.
Свеча горела на столе,
Свеча горела.
Борис Пастернак, «Зимняя ночь»
В герметичный теплонепроницаемый сосуд объемом 1 л, заполненный воздухом (н. у.) (объемная доля кислорода 21%) поместили подожженный свечной фитиль. Горение фитиля происходит в две стадии. Сначала под действием теплоты происходит термическое разложение вещества фитиля (1). Собственно горение (т. е. реакцию с кислородом (2)) обеспечивает (А) – продукт термического разложения вещества фитиля. Некоторое время спустя фитиль погас: обгоревший кончик фитиля (практически незначительный) был черного цвета, масса фитиля уменьшилась на 0,42 г, а на стенках сосуда были заметны капельки бесцветной жидкости.
|
|
|
1. Полагая, что химическая формула материала фитиля С6Н10О5, приведите уравнение реакции, приводящее к образованию простого вещества черного цвета (А) под воздействием тепла.
2. Приведите формулы и названия двух газообразных продуктов сгорания (А) на воздухе. Напишите уравнения процессов сгорания (А), протекающие в сосуде.
3. Фитиль погас из-за того, что в сосуде не осталось кислорода. Оцените объемную долю продуктов сгорания в сосуде, считая, что количество несгоревшего вещества (А) пренебрежимо мало.
4. Теплота разложения С6Н10О5 по уравнению (1) составляет (+979,4 кДж/моль), теплота сгорания (А) при образовании продукта с меньшей молекулярной массой – (– 110,5 кДж/моль), с большей – (– 398,8 кДж/моль). Величины приведены в виде ΔН 
.
а) рассчитайте теплоту (ответ представьте в виде Q), выделившуюся в процессах (1) и (2);
б) оцените температуру, установившуюся в сосуде (теплоемкость образовавшейся газовой смеси 29,2Дж/(моль∙К), жидкости на стенках сосуда – 75,3 Дж/(моль∙К), теплоемкостью стенок сосуда и свечного фитиля пренебречь).
|
|
|
