Главная страница Химия Ответы на задачи по химии
Карта сайта
Пользовательский поиск

Ответы на олимпиадные задачи по химии.

Задача 1. Обозначим молекулярную массу бинарного соединения за М. Если молекула оксида содержит n атомов кислорода, то молекула кислоты имеет n+2 атомов кислорода, а ее молекулярная масса равна М+36. Решаем систему уравнений: 16n/M=0,47 и 16(n+2)/(M+36)=0,615 относительно n и М. Получаем М=68, n=2. Следовательно формула имеет вид ЭxO2 и 1 моль оксида содержит 68-16*2=36 г второго элемента. Далее проверяем все полученные значения x:
при x=1 атомная масса элемента равна 36, что близко к Cl, но оксид ClO2 получается из HClO3 с отщеплением всего 1/2 молекулы воды на молекулу кислоты и еще с выделением кислорода, что не соотвествует условиям задачи;
при x=2 атомная масса элемента равна 16, что соотвествует кислороду, но O3 не является бинарным соединением;
при x=3 атомная масса элемента равна 12, что соответствует оксиду C3O2, образующемуся из малоновой кислоты CH2(COOH)2 с отщеплением 2 молекул воды и имеет линейное строение, что соответствует условиям; при x=4 атомная масса элемента равна 9, что соотвествует бериллию, но оксид Be4O2 не существует;
при x=5 атомная масса элемента равна 7,2, что близко к атомной массе лития, но при значениях x>4 значение валентности элемента становится меньше 1, что невозможжно.
Следовательно формула оксида C3O2. Его структура O=C=C=C=O; получают его дегидратацией малоновой кислоты.
Назад к задачам









Задача 2. По плотности паров по воздуху вычисляем молекулярную массу соединения Mr=3,19*29=92,5. Согласно условиям задачи у нас хлорированный предельный углеводород, т.е. имеет формулу CnH2n+2-xClx. Следовательно, молекулярная масса будет рассчитыватся по формуле Mr=12n+1(2n+2-x)+35,5x=92,5. Легко заметить, что дробная часть молекулярной массы существует только при нечетных значениях x. При x=3 35,5*3=106,5 , что больше молекулярной массы, следовательно x=1. Отсюда вычисляем n: 12n+2n+2-1=92,5-35,5 , откуда n=4 и формула вещества C4H9Cl. Вещество с такой формулой имеет 5 изомеров (у 2-хлорбутана 2 оптических изомера).
Назад к задачам









Задача 3. В зависимости от объемных соотношений реагирующих веществ могут протекать 2 реакции:
2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2 (1)
2H2S + O2 → 2H2O + 2S (2)
Если отношение H2S/O2=2/3, то протекает реакция (1) и начальное давление уменьшается на 20%; если отношение H2S/O2=2/1, то протекает реакция (2) и начальное давление уменьшается на 33,3%. По условиям задачи давление уменьшилось на 28,6%, то есть обе реакции протекают одновременно. Пусть x - количество моль взятого сероводорода и образовавшейся воды, y - количество моль взятого кислорода, z - количество моль диоксида серы, a - количество моль серы. Тогда получаем: a+z=x и 0,5a+1,5z=y, откуда высчитываем z=y-0,5x. При постоянных температуре и объеме (по условиям задачи) давление пропорционально количеству молей газообразных веществ. Откуда получаем уравнение 1: p/(1-0,286)p=(x+y)/(x+y-0,5x), где p - давление смеси. После введения 2,5 моль кислорода (80/32 г/моль) вся сера сгорела (т.к. в конечной смеси остался кислород). В этом случае взаимодействием x моль сероводорода с 1,5x моль кислорода образуется x моль паров воды и x моль двуокиси серы. После реакции в сосуде содержатся 2x+y+2,5-1,5x=y+0,5x+2,5 моль газов. Из чего составляем уравнение 2: p/1,43p=(x+y)/(y+0,5x+2,5). После решения системы уравнений 1 и 2 получаем x=2 моль, y=1,5 моль. Соответственно объемные доли: H2S=2/3,5=0,57 , O2=1,5/3,5=0,43 , т.е. в исходной смеси было 57 об% сероводорода и 43 об% кислорода.
Назад к задачам









Задача 4. Количество реактивов - 1. Это водный раствор гидрокарбоната кальция. Уравнения реакций:
Ca(HCO3)2 + H2SO4 → CaSO4 (осадок) + 2CO2 (выделение газа) + 2H2O
Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2 (выделение газа) + 2H2O
Ca(HCO3)2 + Na2SO4 → CaSO4 (осадок) + 2NaHCO3
Ca(HCO3)2 + 2NaCl → CaCl2 + 2NaHCO3

Назад к задачам









Задача 5. Заряд катиона равен +3, аниона -4. Мочевина электронейтральна, ион CN- имеет заряд -1, поэтому в катионе хром имеет степень окисления +3, а в анионе +2. Остальные степени окисления - обычные.
Схема реакции:
[Cr(CO(NH2)2)6]4[Cr(CN)6]3 + KMnO4 + H2SO4 → K2Cr2O7 + KNO3 + CO2 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
По способу электронного баланса:
4Cr+3 - 12e- → 4Cr+6
48N-3 - 384e- → 48N+5
3Cr+2 - 12e- → 3Cr+6
18C+2 - 36e- → 18C+4
18N-3 - 144e- → 18N+5
Mn+7 + 5e- → Mn+2
В реакции отдается 588 электронов и принимается 5 электронов. Еще следует полученные коэффициенты умножить на 2, чтоб получить четное число атомов хрома (для дихромат-иона). Окончательное уравнение:
10[Cr(CO(NH2)2)6]4[Cr(CN)6]3 + 1176KMnO4 + 1399H2SO4 → 35K2Cr2O7 + 660KNO3 + 420CO2 + 223K2SO4 + 1176MnSO4 + 1879H2O
Электронно-ионный баланс:
8[Cr(CO(NH2)2)6]3+ + 364H2O - 792e- → 4Cr2O72- + 48CO2 + 96NO3- + 92OH-
6[Cr(CN)6]4- + 201H2O - 384e- → 3Cr2O72- + 36CO2 + 36NO3- + 402H+
MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O
Итого:
40[Cr(CO(NH2)2)6]3+ + 30[Cr(CN)6]4- + 1176MnO4- + 2798H+ → 35Cr2O72- + 660NO3- + 420CO2 + 1176Mn2+ + 1879H2O

Назад к задачам









Задача 6. Выпадение осадка в сильнокислой среде ведёт к мысли, что это сульфат бария. Но выделение газов при растворении в азотной кислоте наводит на мысль, что реакция окислительно-восстановительная. С образованием сульфата мог прореагировать сульфит. Обозначим сульфит как MenSO3. Стабильные сульфиты известны для одно- и двухвалентных металлов. Соответственно n = 1 или 2.
Mr(BaSO4) = 233,40 г/моль, значит образовалось 34,95/233,40 = 0,15 моль сульфата бария. Так как из 1 моль сульфита образуется 1 моль сульфата, следовательно прореагировало 0,15 моль сульфит-иона, что составит 0,15*80,1 = 12 г от массы вещества А. 23,7 г вещества А относятся к его молярной массе, как 12 г сульфит-иона относятся к молярной массе сульфит-иона. Но молярная масса вещества А равна Mr = n * Mr(Me) + 80,1. Получаем: (n * Mr(Me) + 80,1)/80,1 = 23,7/12, откуда Mr(Me) = 78,1/n. Если n=1 то Ar(Me) = 78,1 - такого металла нет, если n = 2 то Ar(Me) = 39,05, что соответствует калию. Следовательно вещество А это сульфит калия.
Реакции:
K2SO3 + 2HNO3 → K2SO4 + 2NO2 + H2O
K2SO4 + BaCl2 → BaSO4 + 2KCl

Назад к задачам









Задача 7. Вещество З - это оксид. Пусть его состав MexOy. Тогда его молекулярная масса Mr = Ar(Me) * x + 16 * y. Отсюда вычисляем, что массовая доля кислорода = 0,09334 = 16y / (x * Ar(Me) + 16y). Выводим Ar(Me) = 155,25 * y/x. При x = 1,2,4 нет решений ни при каких значениях y. При x = 3 и y = 1,2,5 - нет решений, при y = 4 - это Pb3O4. Получаем реакции:
3Pb + 2O2 → Pb3O4
Pb3O4 + 6NaOH + 4H2O → 2Na2[Pb(OH)4] + Na2[Pb(OH)6]
Pb3O4 + 4HNO3 → 2Pb(NO3)2 + PbO2 + 2H2O
Газ Е - это CO2 или SO2, так как с гидроксидом кальция он образует осадок, который затем растворяется. Углекислый газ следует исключить, так как любое соединение свинца, углерода и кислорода при действии концентрированной азотной кислоты при нагревании растворяется полностью. Значит Е это сернистый газ, тогда Д - это сульфат свинца (II). Если Д - сульфат свинца (II), то А - сера или сульфид свинца, но так как смесь до 200 С не изменяется, то серу следует исключить, следовательно А - это PbS. Поскольку вещество А не содержит кислорода, то Б обязательно должно его содержать, а также он может содержать свинец и серу. Если Б не содержит свинца то это сернистый газ, что не подходит; также не подходит оксид серы (VI). Следовательно Б содержит свинец. Если Б содержит серу, то возможны только два варианта - сульфит или сульфат свинца. Оба не подходят, так как при обработке горячей концентрированной азотной кислотой образуют нерастворимый сульфат свинца и в растворе ничего не остается. Следовательно Б не содержит серы и является оксидом свинца. Из 3 окислов подходит только PbO, так как при реакции с азотной кислотой с другими окислами свинца в осадке всегда будет еще и PbO2. Значит получаем еще следующие реакции:
PbS + 8HNO3 → PbSO4 + H2O + 8NO2
PbO + 2HNO2 → Pb(NO3)2 + H2O
PbS + PbSO4 → 2Pb + 2SO2
Ca(OH)2 + SO2 → CaSO3 + H2O
CaSO3 + SO2 + H2O → Ca(HSO3)2
PbS + 2PbO → 3Pb + SO2

Назад к задачам









Задача 8. Масса металла относится к массе серной кислоты, как масса эквивалента металла относится к массе эквивалента серной кислоты. Отсюда получаем: Э(Me) = m(Me)*Э(H2SO4)/m(H2SO4) = 16,8 * 49 / 14,7 = 56. Перебирая варианты валентностей получаем, что подходит только металл с формулой сульфата MeSO4 и Ar = 112, что соответствует кадмию.

Назад к задачам









Задача 9. В смеси искомого газа содержалось 0,1 часть, следовательно через трубку пропустили 0,56 * 22,4 = 0,025 моля неизвестного газа, который имеет массу 3,02 г, то есть его Mr составляет 121 г/моль. Растворимая в воде часть содержимого трубки это хлорид магния. Массу хлора находим из массы хлорида серебра и она составляет 1,77 г или 0,05 моля атомов хлора, то есть в состав газа входят 2 атома хлора (71 а.е.м.). Оставшиеся 50 а.е.м. приходится на элементы, которые с одной стороны дают с магнием соль не растворимую в воде и соляной кислоте, а с другой стороны при прокаливании на воздухе образует газообразный оксид (диоксид серы не подходит, так как сульфид магния - растворим). В нерастворимом остатке возможно наличие углерода в количестве 1,86-1,56 = 0,3 г или 0,025 моль, т.е. в состав газа будет входить 1 атом углерода. На долю оставшихся элементов приходится 38 а.е.м. Это может быть атом двухвалентного элемента (такого нет) или 2 атома фтора. Тогда оставшаяся соль - фторид магния (он не растворим в воде и соляной кислоте). Значит неизвестный газ - CCl2F2 (фреон-12). Он используется в промышленности в холодильных установках и аэрозольных баллонах благодаря своей инертности и нетоксичности.

Назад к задачам









Задача 10. С использованием физических процессов. Из всех компонентов железо обладает магнетизмом и его можно отделить магнитом завернутым в пластиковый пакет или бумагу. Оксиды растворяем в соляной кислоте и отфильтровываем серу. Полученный раствор обрабатываем избытком щелочи, получая осадок гидроксида меди и раствор гидроксокомплекса цинка. Раствор гидроксокомплекса цинка обрабатываем кислотой добавляя ее по каплям для полного осаждения гидроксида цинка. Полученные гидроксиды нагревают на воздухе с образованием оксидов.
Используя только химические процессы. Использовать кислоту нельзя, так как образующаяся соль меди прореагирует с железом усложняя разделение. Поэтому смесь обрабатывают избытком щелочи для растворения оксида цинка. Отфильтровывают нерастворившиеся компоненты. Из раствора гидроксокомплекса цинка оксид цинка выделяют осаждением гидроксида и его термическим разложением. Остаток обрабатывают раствором хлорида висмута (или палладия). При этом железо растворяется, а висмут осаждается. Из раствора хлорида железа железо регенерируют реакцией его с оксалатом натрия и термическим разложением оксалата железа. Оставшийся осадок обрабатывают соляной кислотой для растворения оксида меди. Из раствора хлорида меди оксид получают осаждением гидроксида и его термическим разложением. Оставшуюся смесь висмута и серы обрабатывают разбавленной азотной кислотой для растворения висмута.
ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O
CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O
ZnCl2 + 4NaOH → Na2Zn(OH)4 + 2NaCl
CuCl2 + 2NaOH → Cu(OH)2 + 2NaCl
Na2Zn(OH)4 + 2HCl → Zn(OH)2 + 2NaCl + 2H2O
Cu(OH)2 → CuO + H2O
Zn(OH)2 → ZnO + H2O
ZnO + 2NaOH + H2O → Na2Zn(OH)4
3Fe + 2BiCl3 → 3FeCl2 + 2Bi
FeCl2 + Na2C2O4 → FeC2O4 + 2NaCl
FeC2O4 → Fe + 2CO2
Bi + 4HNO3 → Bi(NO3)3 + NO + 2H2O

Назад к задачам









Задача 11. Реакции, описанные в задаче:
CuO + H2 → Cu + H2O
3CuO + 2NH3 → 3Cu + N2 + 3H2O
2Cu + O2 → 2CuO
CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O
3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Поскольку на выходе из трубке получено 5,6/22,4 = 0,25 моль азота, значит в реакцию вступило 3 * 0,25 = 0,75 моль оксида меди и 2 * 0,25 = 0,5 моль аммиака. При прокаливании в кислороде разница масс составила 6,8 г за счет присоединения кислорода, что составляет 6,8/32 = 0,2125 моль. Значит в реакцию вступило 2 * 0,2125 = 0,425 моль меди. А всего было восстановлено в 2 раза больше меди, т.е. 0,85 моль. Из этого количества 0,75 моль восстановлено аммиаком, а 0,85-0,75 = 0,1 моль - водородом. Следовательно в исходной смеси содержалось 0,1 моль водорода и 0,75 моль аммиака, что в объемных процентах составит соответственно 0,1*100/0,85=11,8% и 0,75*100/0,85=88,2%.
Всего оксида меди было 107,33/79,5 = 1,35 моль. В реакции вступило 0,85 моль, следовательно 1,35-0,85 = 0,5 моль оксида осталось непрореагировавшим. Кроме того образовалось 0,85 моль меди. Половина этой смеси, т.е. 0,25 моль оксида меди и 0,425 моль меди была растворена в азотной кислоте. Масса получившегося нитрата меди (0,25+0,425)*187,5=126,5 г. Масса раствора = m(Cu) + m(CuO) + m(р-ра HNO3) - m(NO) = 0,425*63,5 + 0,25*79,5 + 2000*1,19 + 2*0,425*30 = 2418,36 г. Отсуда массовая доля нитрата меди = 126,5*100/2418,36 = 5,2%.

Назад к задачам









Задача 12. В 43,5 мл 25% кислоты с плотностью 1,15 содержится 43,5*1,15*25/100 = 12,5 г = 0,2 моль азотной кислоты. 20 г мрамора это 20/100 = 0,2 моль карбоната кальция. 20 г карбоната магния это 20/84 = 0,24 моль. После окончания реакции в стакане с мрамором прореагирует 0,1 моль мрамора с 0,2 молями кислоты дав 0,1 моль или 4,4 г углекислого газа. В стакане с карбонатом магния прореагирует 0,1 моль карбоната магния также дав 0,1 моль или 4,4 г углекислого газа.
Вывод: равновесие весов не измениться.

Назад к задачам









Наверх