Олимпиады по химии

Всеукраинские олимпиады. I тур щелочью, то его объем уменьшается вдвое, а плотность не изменяется. При пропускании этого газа через трубку с раскаленной медной стружкой объем газа не изменяет­ся, а плотность уменьшается. При прохождении того же газа через трубку с нагретым древесным углем его объем увеличивается, а плотность уменьшается. Определите ка­чественный и количественный состав исходной смеси. По­ясните описанные превращения и найдите ошибку в про­ведении эксперимента. Все объемы и плотности приведены к нормальным условиям.

Решение
Из неорганических солей при нагревании без остатка разлагаются соли аммония. Если при поглощении щелочью поло­вины газа его плотность не меняется, то выделившийся газ — смесь нескольких газов с равными молекулярными массами, кото­рые равны 22 • 2 = 44 а.е.м. Такой газ, поглощаемый щелочью, — СО₂. Газ, реагирующий с медью,— оксид азота (I), что подтверж­дается постоянством объема. Таким образом, газовая смесь состо­ит из эквимолярных количеств С0₂ и Ы₂О.
СО₂ можно получить из карбоната аммония:
(ЫН.)₂СО₃ = 2ЫН₃ + Н,0 + СО, Т .
Ошибка эксперимента — использование серной кислоты при осушении — привела к поглощению аммиака:
2ЫН₃ + Н₂8О₄ = (МН₄)₂8О₄.
М₂О выделяется при термическом разложении нитрата аммония: МН₄МО₃=М₂О + 2Н₂О.
Итак, исходная смесь содержит по 0,25 моль (МН.),СО_ и МН₄МО₃.
Уменьшение объема при постоянной плотности:
СО₂ + 2КОН = К₂СО₃ + Н₂О (остается Ы₂О).
Уменьшение плотности без изменения объема:
Ы₂О + Си = СиО + Ы₂.
Увеличение объема при уменьшении плотности:
2Ы₂О + С=2Ы₂ + СО₂, *
возможно также: СО₂ + С = 2СО.

133




9 класс

135. 
     (Херсон-88, 1.1.4, 1.1.5)
     

Водный раствор массой 100 г с массовой долей в нем питьевой соды 8,4 % (при 20 °С) кипятили несколько часов. Массовая доля соли в растворе после кипячения стала равной 8,0 % (100 °С). После охлаждения этого раствора до 0 °С из него выпало 2,80 г кристаллов, из которых при дей­ствии избытка кислоты выделилось 0,22 л (н. у.) газа.

1. 
   Раствор какой соли образовался после кипячения?
   
2. 
   Определите формулу вещества, выпавшего в осадок при 0°С.
   
3. 
   Рассчитайте массовую долю соли в растворе при 0 °С.
   

Решение

1. 
   Питьевая сода — гидрокарбонат натрия NaHCO₃ — при нагревании разлагается:
   

2NaHCO₃ = NaCO₃ + Н₂О + СО₂.
Образуется раствор Na₂CO₃.

2. 
   При охлаждении раствора Na₂CO₃ в осадок выпадает крис­таллогидрат Na₂CO₃ • пН₂О. Взаимодействуя с НС1, последний вы­деляет СО₂:
   

2,80 г ₊ 0,22 л
Ма₂СО₃ • хН₂О —-—> СО₂
М(Ыа₂С0₃)+хМ(Н₂0)=[106+18х] г/ моль 22,4 л/моль
Из стехиометрического соотношения
2,80 г _ 0,22 л
[106 + 18х] г • моль^-1 22,4 л • моль^-1
находим х = 10.
Формула кристаллогидрата: Ма₂СО₃ • ЮН₂0.

3. 
   В исходном растворе находилось ти(МаНСО₃) = 8,4 г
   

и /и(Н₂0) = 91,6 г.
Количество вещества МаНСО₃
, . тп(МаНСО₃)
п (МаНСО₃) = —=


8,4 г
—- = - = 0,1 моль.
М (МаНСО₃) 84 г • моль^-1
При разложении МаНСО₃ образовалось 0,05 моль (5,30 г)
?п(Ма₂СО₃)
Ма₂СО₃. Поскольку массовая доля со(Ма₂С0₃)= у ,
после кипячения масса раствора:


134




Всеукраинские олимпиады. I тур


тп(раствор) = ?п(Ма₂СО₃)/сй(Ма₂СО₃) = = 66,25 г.
0,08
После охлаждения этого раствора его масса уменьшилась на
2,80 г и составляла т' (раствор) = 63,45 г .
Количество вещества Ма₂СО₃ -10Н₂О, выпавшего в осадок,
п (Ыа₂СО₃) = * -^Г г = 9,79 • 10~³моль . Следова-
^к ' [106 + 18 10] г моль"¹
тельно, в растворе осталось п'(Ма₂СО₃) = 0,05 - 9,79 • 10
= 4,02 • 10~² моль (4,26 г). Массовая доля Ма₂СО₃ в охлажденном
л 26г
растворе со'(Ма₂СО₃) = —- = 0,067 (6,7 %) .
63,45 г


1-3

135. 
     (Тернополь-90, 1.1.1, 1.1.4)
     

При растворении вещества X в избытке раство­ра кислоты выделилось 11,2л газа А. При растворении такого же количества вещества X в избытке раствора ще­лочи образовалось 11,2л газа В. Плотности газов А и В различаются в 2,59 раза. Определите вещество X и рас­считайте его массу. Объемы газов приведены к н. у.
Решение
Предположим, что при растворении вещества X в ра­створе щелочи выделился аммиак NH₃ (газ В). Если газ А тяже- 17 г/моль .
лее газа В, молярная масса газа А равна 2~Tg ⁼ °9 г/моль (такого газа нет). Если газ В тяжелее газа А, то молярная масса газа А равна 17 г/моль • 2,59 = 44 г/моль, это углекислый газ СО₂. Так как объемы выделившихся газов одинаковы, то исходное ве­щество X — гидрокарбонат аммония.
NH₄HCO₃ + HCl = NH₄C1 + СО₂ + Н₂О,
^< NH₄HCO₃ + 2NaOH = NH₃ + Na,CO₃ + 2H₂O.
Расчет массы гидрокарбоната аммония: th(NH₄HCO₃) = 79 г/моль = 39,5 г.
^{4 3} 22,4 л/моль '


135




9 класс

135. 
     (Ужгород-99, 1.1.4)
     

При растворении в избытке азотной кислоты при 90 °С 0,775 г простого вещества X масса исходного раство­ра уменьшилась на 5,75 г. На нейтрализацию раствора пос­ле реакции израсходовали 100 мл раствора гидроксида на­трия с молярной концентрацией 1 моль/л.

1. 
   Установите состав выделившегося газа (в объемных про­центах), если его плотность по водороду 38,3.
   
2. 
   Расшифруйте простое вещество X.
   
3. 
   Рассчитайте молярное отношение кислот в растворе после реакции.
   

Решение

1. 
   Предположим, что в реакции выделился газообразный ди­оксид азота ЫО₂.
   

X + аНЫО₃ -».!.+ аМО₂ + Н₂О.
+а
1 Х-ае = Х
+5 +4
а N+6 = N
Молярная масса газа 38,3 • 2 = 76,6 г/моль. Это больше мо­лярной массы NO., (46 г/моль). Возможно образование второго ком­понента газовой смеси — димера М₂О₄:
2МО₂ = Ы₂О₄, М(М₂О₄) = 92 г/моль.
Алгебраическое выражение для средней молярной массы:
76,6 = ф_Но₂ • 46 + (1 ~ Фыо₂)' 92, где ф_НОг — объемная доля NO.,, а (1-ф_ЫОг ) — объемная доля Ы₂О₄. Отсюда следует, <р_Ы02 = 33,5 %, = 66,5 %.

2. 
   На основе стехиометрической схемы реакции
   

0.775 г 5.75 г
X + аНМО₃ аМО₂ + Н₂О
^М' ^г/^моль 46 г/моль
можно определить молярную массу вещества X — М(Х). 0,775 5,75 _
= или М = 6,2а.
М 46 а
При а = 5 М = 31 г/моль (фосфор).
Р, + 20НМО, = 4Н„РО, + 20МО, + 4Н_?О.