Олимпиады по химии

2, Г/МОЛЬ


ла, равное


2М + 2Н₂О = 2МОН + Н₂ (металл в избытке).
2, Г/МОЛЬ
После взаимодействия с НС1 осталось количество вещества метал-
f 53,2 Л
0,4 моль. Это больше, чем п(Н_оО) = 1,913 моль.
z ) ¹
^1£-0,4> 1,913.
2


2 < 23 г/моль (литий).


61




8 класс

22. 
    (Харьков-98, 1.1.1)
    

Химические превращения соединений калия опи­сывает схема:


—
Лз


А


+о₂





+0,


+Н, у СО,, I, давление >






8


2


+С0₂, Н₂0


К


+СО
давление


_А

+СО., (избыток) . г,
■+ Е


14
_ч +Н₂О
в~~


5


+К
*


10


т->х₂- *^к₈'‘ >х₃


Известно, что Х_р Х₂, Х₃, Х₄ — бинарные соединения, которые имеют одинаковый качественный состав; при вза­имодействии К с О₂ вещество Х₁ образуется как основной продукт, а Х₂ — как примесь. Расшифруйте вещества, обо­значенные буквами, напишите уравнения реакций 1—14.
Решение
Вещество Х₄ — К0₂, Х₂ - К₂О₂, Х₃ — К₂0, Х₄ - К0₃;
— КН, А — КОН, М — КНСОО (формиат калия), Д — К₂СО₃, Е — КНСО₃.

1. 
   2К + Н₂ = 2КН;
   
2. 
   КН + СО₂ = КНСОО;
   
3. 
   2КНС00 + О₂ = Н₂0 + К₂СО₃;
   
4. 
   К₂СО₃ + С0₂ + Н₂0 = 2КНСО₃;
   
5. 
   КОН + СО₂ = КНСО₃;
   
6. 
   2КО₂ + 2Н₂О = 2К0Н + О₂ + Н₂О₂;
   
7. 
   К + О₂ = КО₂;
   
8. 
   2К + О₂ = К₂О₂;
   
9. 
   К₂О₂ + 2К = 2К₂О;
   
10. 
    2КОН + 2К = 2К₂О + Н₂;
    
11. 
    КН + Н₂О = КОН + Н₂;
    

62

12. 
    
    Всеукраинские олимпиады
    
    2КН + 0₂ = 2К0Н;
    
13. 
    4К0Н + 4О₃ = 4КО₃ + 2Н₂О + 0₂;
    
14. 
    КОН + СО = КНСОО.
    

63. 
    (Одесса-92, 1.1.1, 1.1.4)
    

В превращениях А^Б^В-^Г^Б^А уча­ствуют газы А и Б, твердые вещества В и Г. Молярные массы А, Б, В и Г относятся как 1 : 0,514 : 2,930 : 0,824.

1. 
   Определите вещества А, Б, В и Г, если известно, что в состав веществ Б, В и Г входят атомы, из которых со­стоит вещество А.
   
2. 
   Составьте уравнения соответствующих химических реакций.
   

Решение

1. 
   Предположим, что вещество А состоит из атомов одного сорта, двухатомных молекул А₂. Поскольку молярная масса А₂ примерно в два раза больше, чем масса Б, можно ожидать, что в состав Б входят атомы А и водорода Н, тогда Б — это НА и А может быть одним из галогенов.
   

Соотношению 1 : 0,514 удовлетворяют молярные массы газов С1₂ и НС1, тогда молярная масса вещества В — 208, а вещест­ва Г — 58,5 г/моль.
А — С1₂, Б — НС1, В — ВаС1₂, Г — NaCl.

2. 
   С1₂ + Н₂ = 2НС1;
   

2НС1 + Ва(ОН)₂ = ВаС1₂ + 2Н₂О;
BaCl, + Na„SO. = BaSO 1 + 2NaCl;
NaCl,TB. + H₂SO₄, KOH₄. = NaHSO₄ + HCl î ;
2KMnO. + 16HC1 = 2MnCl, + 5C1„ + 2KC1 + 8H,O.
4 2 2 2

63. 
    (Ужгород-89,1.1.1)
    

Превращения серы можно представить в виде следующей цепочки превращений: А1(0Н), _ч „л


₈сжш^ _А_О^
^А кат.


>Д


? v *\тг изб. NaOH v о


63

8 класс

Напишите уравнения всех реакций и названия соедине­ний, обозначенных буквами А—3. Где находят примене­ние вещества В, Д, Е? Какими свойствами обладает веще­ство Ж?
Решение
8 + О₂ = 8О₂ (А);
2ЭО₂ + О₂ = 2БО₃ (Б);
8О₃ + Н₂О = Н₂вО₄ (В);
ЗН₂ЗО₄ + 2А1(ОН)₃ = А1₂(8О₄)₃ (Г) + 6Н₂О;
Н₂8О₄ + 2ЫН₃ = (МН₄)₂8О₄ (Д);
А1₂(8О₄)₂ + (МН₄)₂ЭО₄ + 24Н₂О = 2[МН₄А1(8О₄)₂ • 12Н₂О] (Е);
МН₄А1(8О₄)₂ + 4МаОН = А1(ОН)₃>к (Ж) + 2На₂8О₄ + ЫНД + Н₂О;
А1(0Н)₃ + МаОН = Ма[А1(0Н)₄] (3).
В — Н₂ЭО₄ называют «хлебом химической промышленности»; Д — удобрение; Е — пропитывают бумагу, дубят кожу; Ж — А1(0Н)₃ обладает амфотерными свойствами.

63. 
    (Херсон-88,1.1.1)
    

Образец нитрата бария прокалили при высокой температуре, а твердый продукт разложения медленно охладили в токе кислорода. Образовавшееся вещество А при охлаждении добавили к разбавленному раствору сер­ной кислоты. Выпавший осадок отфильтровали, а к филь­трату добавили каплю раствора перманганата калия.

1. 
   Определите формулу вещества А. К какому классу со­единений оно относится?
   
2. 
   Напишите уравнения описанных выше реакций.
   

Решение

1. 
   Нитрат бария разлагается с образованием оксида ВаО, ко­торый с кислородом образует пероксид бария ВаО₂ (А), относя­щийся к классу солей.
   
2. 
   2Ва(МО₃ )₂ = 2ВаО + 4ЫО₂ + О₂;
   

2ВаО + О₂ = 2ВаО₂;
ВаО₂ + Н₂ЭО₄ = Ва8О₄^ + Н₂О₂;
5Н,О, + 2КМпО + ЗН,ЭО_Л = КЛЗО, + 2Мп8О, + 5О₂? + 8Н, О.
¿4 4 2 4 2 4 4 л 2

64




Всеукраинские олимпиады


65. (Херсон-94, 1.1.2)
Первый (Е - е~ = Е*) и второй (Е⁺ - е~ = Е²⁺) по­тенциалы ионизации атомов фтора, кислорода и азота рав­ны соответственно: 13,62; 14,53; 17,43 эВ и 29,60; 34,99; 35,12 эВ.

1. 
   Напишите электронные формулы атомов и ионов.
   
2. 
   Укажите, какому элементу отвечает каждый из приве­денных потенциалов ионизации.
   

Решение

1. 
   Г: 18²2з²2р⁵; Е⁺: 1в²28²2р⁴; Г²⁺: 1з²2з²2р³.
   

О: 18²2з²2р⁴; О⁺: 1з²2з²2р³; О²⁺: 1з²2з²2р².
Ы: 18²2з²2р³; Ы⁺: 1з²28²2р²; №⁺: 18²2в²2р¹.

2. 
   Из возможных для атомов Е, ионов Е⁺ и Е²⁺ электронных конфигураций при прочих равных условиях наиболее стабильна конфигурация 2р? (наполовину заполненный р-подуровень). На этом основании элементам Е, О и N отвечают следующие потенциалы ионизации:
   

Г: 17,42 и 34,99 эВ; О: 13,62 и 35,12 эВ; Ы: 14,53 и 29,60 эВ.

67. 
    (Черновцы-91, 1.1.2)
    

Имеются следующие твердые вещества: литий, бериллий, фосфор (белый), йод, хлорид алюминия, пер­манганат калия, хлорид фосфора (V), сахар.

1. 
   Укажите, какие частицы находятся в узлах кристал­лических решеток.
   
2. 
   Могут ли эти вещества существовать в молекулярной форме? Укажите условия, при которых это возможно.
   

Решение
1—2) Литий — в узлах кристаллических решеток находятся атомы и катионы лития, в парах существуют молекулы 1л₂; берил­лий — то же самое, но при испарении молекулы не образуются (вопрос о существовании молекул Ве₂ до сих пор остается откры­тым); белый фосфор — молекулы Р₄, при испарении в зависимости от условий существуют молекулы от Р₄ до Р₈; йод — молекулы 1₂, которые такими и переходят в газовую фазу (обычно сублимация);


65




8 класс


хлорид алюминия — ионы, при испарении образуются молекулы А1₂С1₆ и А1С1₃; перманганат калия — ионы, не существует в молеку­лярном виде (разлагается при нагревании); хлорид фосфора (V) — ионы РСЦ и РСЦ, при испарении образуются молекулы РС1₅; са­хар — молекулы С₁₂Н₂₂О_П, существует в молекулярном виде в ра­створах, но разлагается при нагревании.

67. 
    (Львов-96,1.1.2)
    

Структура многих алюмосиликатов подобна струк­туре минерала кремнезема 8Ю₂. Структуру минерала поле­вого шпата можно получить, если 1/4 часть кремния в кремне­земе заменить на алюминий и поместить в пустоты решетки соответствующее количество однозарядных ионов.

1. 
   Составьте формулы двух наиболее распространенных разновидностей полевого шпата.
   
2. 
   Напишите уравнение химической реакции «выветри­вания» полевого шпата, если одним из продуктов яв­ляется глина А1,8ЕО_г(ОНк.
   

2 2 5^{х 7}4
Решение

1. 
   Замена иона 81⁴⁺ на ион А1³⁺ приводит к тому, что часть зарядов ионов О² останется нескомпенсированной и решетка при­обретет отрицательный заряд.
   

В условной формуле 81₄О₈ замещаем один из четырех ионов Э1⁴⁺ на ион А1³⁺, тогда получаем ион А181₃О^ , заряд которого можно скомпенсировать однозарядным катионом М⁺А1Э1₃0^ . Оче­видно, наиболее распространенными разновидностями полевого шпата являются КаА181₃О₈ и КА181₃О₈.

2. 
   2(Ыа,К)А181₃О₈ + 2СО₂ + ЗН₂О = 2(Ма,К)НСО₃ + 4ЭЮ₂ + + А1₂81₂О₅(ОН)₄.
   

67. 
    (Симферополь-95,1.1.2)
    

Кристаллы металлической меди имеют кубичес­кую элементарную ячейку, в которой находятся 4 атома меди. С помощью дифракции рентгеновских лучей установлено, что длина ребра этой элементарной ячейки составляет


66




Всеукраинские олимпиады


3,61 • 10^-8см. Плотность меди равна 8,920 г/см³, а ее отно­сительная атомная масса 63,5.
На основании приведенных данных рассчитайте значе­ние постоянной Авогадро.
Решение
Объем одной элементарной ячейки кристаллической решетки меди (3,61 • 10 ⁸ см)³ = 4,705 • 10^-23 см³. Следовательно, в 1 см³ находится 1/4,705 • 10^-23 = 2,126 • 10²² элементарных яче­ек, которые содержат 4 • 2,126 • 10²² = 8,504 • 10²² атомов. Масса 1 см³ меди 8,920 г, значит, на 1 атом приходится 8,920 г/8,504 • 10²² = = 1,049 • 10"²² г. Однако масса 1 моль, или N_k атомов, меди со­ставляет 63,5 г. Значит, ?7_А = 63,5 г/моль/1,049 • 10^-22 г = = 6,05 • 10²³ моль^-1.

67. 
    (Симферополь-95, 1.1.3, 1.1.4)
    

При сливании растворов сульфата калия и соли, содержащей 36,5 % бария, 29,3 % марганца и кислород, выпадает фиолетово-черный осадок, не реагирующий с со­ляной кислотой. Прокаливание 1 г этого осадка при 250 °С дает 3,5 мл газа (н. у.).

1. 
   Определите состав осадка, напишите уравнения реак­ций.
   
2. 
   Объясните причину образования этого осадка и его свойства.
   

Решение

1. 
   Пусть состав неизвестной соли Ва_хМп О_г. Тогда: 137х : 55 г/ : 16и = 36,5 : 29,3 : (100 -*36,5 - 29,3), х : у : г = 0,2664 : 0,5327 : 2,1375 »1:2:8.
   

Простейшая формула соли ВаМп₂О₈, она совпадает с истинной формулой Ва(МпО₄)₂.
К₂ЗО₄ 4- Ва(МпО₄)₂ = ВаЗО/ + 2КМпО₄.
Однако сульфат бария устойчив к нагреванию. Предположим,


что осадок содержит некоторую примесь второго продукта реак-


ции, и рассчитаем количество этой примеси:


2КМпО. = К₉МпО. + МпО, + О,Т,
4 2 4 2 4
3,5 10 ³ л ₄
п(О₉) = = 1,56 • 10 моль,
22,4 л/моль


67




8 класс


n(KMnO₄) = n(0₂ ) • 2 = 3,12 • 10 ⁴ моль,
ти(КМпО₄) = 158 г/моль • 3,12 ■ 10^-4 моль = 0,049 г, О 049 г
со(КМпО₄) = — • 100 % = 4,9 %.
1 г
2) Перманганат калия и сульфат бария имеют сходные («изо­морфные») кристаллические решетки. Поэтому образовавшийся осадок представляет собой сульфат бария, в решетке которого не­большая часть ионов Ва²⁺ заменена ионами К⁺, а часть SO₄” — ионами МпО₄ (твердый раствор). Такой осадок не растворим в воде и очень медленно реагирует с кислотами при кипячении.

67. 
    (Симферополь-95, 1.1.4, 2.1.6)
    

Согласно открытому Дюлонгом и Пти правилу, мо­лярная теплоемкость большинства простых твердых веществ при обычных условиях примерно одинакова. Известно, что удельная теплоемкость серебра составляет 0,24 Дж/(г • К), а неизвестного металла — 0,128 Дж/(г-К). Этот металл об­разует оксид, в котором на 1 г кислорода приходится 8,5 г металла.

1. 
   Рассчитайте молярную массу эквивалентов металла и его атомную массу.
   
2. 
   Определите металл и формулу его оксида. Какие степе­ни окисления характерны для этого металла?
   
3. 
   Соединениям каких элементов I группы Периодичес­кой системы подобны соединения этого металла?
   

Решение
1) Молярную массу эквивалентов М|—Ме| металла опреде­ли ) лим из пропорции:

1. 
   г кислорода соединяется с 8,5 г металла
   

8г » » с М|—Ме| г »,
I 2 )


откуда М\ —Ме = 68 г/моль.
I г )


68




Всеукраинские олимпиады


Молярная теплоемкость серебра составляет 0,24 Дж/(г ■ К) х х 108 г/моль = 25,92 ДжДмоль • К). Согласно правилу Дюлонга — Пти, молярная теплоемкость неизвестного металла примерно та же.


Поэтому молярная масса металла примерно равна
25,92 Дж/(моль - К)
: ~~ = 202,5 г/моль .
0,128 Дж/(г• К)
2—3) Молярную массу металла можно уточнить с использова­нием точной молярной массы его эквивалентов:


М(Ме) 202,5 г/моль
2 — г- = - = 2, Уо ~ о,
1 ,, ) 68 г/моль
М — Ме
V г )
М(Ме) = 2-М( — Ме | = 3-68 г/моль = 204 г/моль,
V 2 )
металл — таллий, оксид Т1₂О₃.
Для таллия характерны степени окисления +1 и +3, причем соединения таллия (III) являются сильными окислителями. В этом проявляется небольшое различие таллия с золотом, хотя в ос­тальном свойства соединений этих металлов довольно сходны. Соединения таллия (I) похожи также на соединения лития.

67. 
    (Днепропетровск-87, 1.1.3—1.1.5)
    

Вокруг химического завода в радиусе до 5 км ощущается слабый запах сероводорода. Анализ проб воз­духа, взятых с помощью вертолета, показал, что газ про­никает на высоту до 2 км и среднее его содержание в райо­не завода (при и.у.) составляет 1/20 предельно допустимого, равного 1 • 10^-5 объемных долей.

1. 
   Какую массу раствора серной кислоты с массовой до­лей кислоты 95 % и плотностью 1,84 г/мл можно было бы получить, если бы удалось уловить в какой-то мо­мент весь сероводород из воздуха, окружающего пред­приятие?
   
2. 
   Рассчитайте молярную концентрацию этого раствора.
   

69




8 класс


Решение
1) Загрязненный воздух находится внутри цилиндра радиусом г = 5 км и высотой А = 2 км.
Объем этого воздуха
7(возд) = яг² Л = 3,14 5² • 2 = 157,08 км³.


Предельно допустимый объем сероводорода в этом воздухе
У_тах(Н₂3) = 157,08 км³ • 1 • 10 ⁵ = 1,5708 • 10 ³ км³.
Реальный объем сероводорода
У(Н₂8) = 1,5708 10’³ км³ ~ = 7,854 -10’⁵ км³


или 7,854 • 10-⁵ • 10¹² = 7,854 • 10⁷ л.
Количество вещества сероводорода (полагаем условия нормаль­ными):
^(Н₂8) 7,854 10⁷ л _ __ .
п (Н₂8) = = = 3,506 • 10 моль.
У_т 22,4 л/моль
Если весь этот сероводород превратится в серную кислоту, то


для расчета мы можем использовать стехиометрическую схему Н₂Э -> Н₂ЭО₄ (материальный баланс по атомам серы), откуда сле­дует, что п(Н₂8О₄) = п(Н₂Э). Тогда
/п(Н₂8О₄) = п(Н₂8О₄) • М(Н₂8О₄) = 3,506 • 10⁶ моль • 98 г/моль = = 3,436 - 10⁸ г,


тп(р-ра Н₂8О₄) = тп(Н₂8О₄)/'у(Н₂8О₄) = 3,436 • 10⁸ г/0,96 =
= 3,579 • 10⁸ г, или 358 т.

2. 
   Молярная концентрация раствора рассчитывается так:
   

Г(р-ра Н₂ЗО₄) =


т(р-раН₂ЗО₄) 3,579-Ю⁸ г ₈
7 г = = 1,945 • 10 мл,
р(р-ра) 1,84 г/мл
или 1,945 • 10⁵ л,
п(Н₂8О₄) 3,506 -10⁶ моль
—7 _ч = г = 18 моль/л.
У(р-раН₂8О₄) 1,945-10⁵ л


с(р-ра Н₂8О₄) =

67. 
    (Львов-96,1.1.4)
    

Для полной нейтрализации раствора щелочи, по­лученного после реакции с водой 2,78 г гидрида металла, использовали 80 мл раствора сильной одноосновной кис­лоты с концентрацией 0,5 моль/л.


70




Всеукраинские олимпиады

1. 
   Определите формулу гидрида металла.
   
2. 
   Рассчитайте объем газа, выделившегося при реакции гидрида с водой при н. у.
   

(1)


Решение
1) Щелочь может иметь формулу МеОН или Ме(ОН) .
2,78 г
МеН+Н₂О = МеОН + Н₂
МеОН + НА = МеА + Н₂О


п(МеН) = п(МеОН) = п(НА) = 0,5 моль/л • 0,08 л = 0,04 моль,
М(МеН) = —— = 69,5 г/моль и М(Ме) = 68,5 г/моль. 0,04 моль


Металла с такой атомной массой не существует. Повторим рас­чет для щелочи Ме(ОН)₂:
МеН₂ + 2Н₂О = Ме(ОН)₂ + 2Н₂