Олимпиады по химии

Всеукраинские олимпиады. I тур Масса воды в полученном растворе (с учетом образовавшейся в первой реакции):
т (Н₂О) = р • V (1 - со) + п (реакц. Н₂О) • М (Н₂О) =
1,07 г/мл-42,3 мл 0,87 + 0,100 моль 18 г/моль = 41,177 г.
Если в 100 г воды растворяются 1,8 г дигидрофосфата, тов41,177г воды растворяются х г дигидрофосфата, откуда х = 0,741 г. Итак, окончательно:
тп(СаНРО₄>1) = 0,040 моль • 136 г/моль = 5,44 г,
тп[Са(Н₂РО₄)₂4<] = 0,010 моль • 234 г/моль - 0,741 г = 1,60 г,
тп[Са(Н₂РО₄)₂ в р-ре] = 0,74 г,
соГса(Н₂РО₄) 1 = 51111 юо % = 1,77 %,
Ь V ² 4/^ ₄₁Д77_{Г +} О,74г
со(СаНР0₄)«0.

165. 
     (Чернигов-94, 1.1.3—1.1.5)
     

Навеску пирита массой 1,2 г растворили в 100 мл раствора азотной кислоты с массовой долей растворенного вещества 20% (плотность 1,115 г/мл). Плотность по во­дороду образовавшейся в результате реакции газовой сме­си при 100 °С равнялась 21.

1. 
   Рассчитайте массу гидроксида натрия, необходимую для полной нейтрализации кислоты, оставшейся после растворения пирита.
   
2. 
   Напишите необходимые уравнения реакций. Раствори­мостью газов можно пренебречь.
   

Решение
1—2) Исходя из плотности по водороду, средняя молярная масса газовой смеси
М_ср = 21-2 г/моль = 42 г/моль, т. е. М(КГО) = 30 г/моль < < М_ср < М(М0₂) = 46 г/моль (при 100 °С наличием в газовой фазе димера М₂О₄ можно пренебречь).
Следовательно, растворение пирита Ре8₂ происходило благода­ря двум параллельным реакциям:
Ре3₂ + 15МО^ + 14Н⁺ = Ее³⁺ + 28О³’ + 7Н₂О + 15ЫО₂Т, (1)


159




9 класс


(2)


Ге8₂ + 5МО₃ + 4Н⁺ = Ге³⁺ + 280*’ + 2Н₂О + 5X0?.
Количество вещества Ге8₂:
, . т(Ее8₂) .
п(Ке8₂) = —7 т = 1,2 г/120 г • моль ¹ =0,01 моль.
^{к 27} М(Ге8₂)
Пусть при реакции (1) растворилось х моль Ке8₂, при реак-
ции (2) — у моль Ее8₂. Тогда х + у = 0,01. При реакции (1) выде-
лилось 15х моль МО₂, при реакции (2) — 5г/моль NO.
Общее количество вещества газов п(газ) = (15х + 5г/) моль;
молярные доли газов: ф(МО₂) = —, «>(N0) = — .
15х + 5г/ 15х + 5г/
Средняя молярная масса газовой смеси:
М_ср = (р(ЫО₂) • М(М0₂) + <р(МО) ■ М(NO) =
15х 5 ц
= 46 г- моль^-1 + 30 г- моль^-1 = 42 г • моль^-1.
15х + 5г/ 15х + 5г/
Имеем систему алгебраических уравнений:
х + у = 0,01,
’ —— 46 + 30 = 42.
15х + 5г/ 15х + 5г/
Решая ее, находим: х = у = 0,005 моль. При реакции (1) расхо-
дуется 14х = 0,07 моль Н⁺, при реакции (2) — 4г/ = 0,02 моль Н⁺.
Суммарный расход ионов Н⁺ при растворении Ге8₂ составляет
0,09 моль. До реакции в растворе количество вещества кислоты:
п(НИО₃) = '»(Р*<™ор)Р«>

3. 
   М(НЫО_Ч)
   

где лг(раствор) — масса раствора, г; р — плотность, г/мл; со —
массовая доля HNO₃; Лf(HNO₃) — молярная масса NN(>3, 63 г/моль,
т. е.


,„_ктг. , 100 мл-1,115 г-мл ¹ 0,20
п(НМО₃) = - = 0,35 моль.
63 г/моль После реакции в растворе останется 0,35 - 0,09 = 0,26 моль ионов
Н⁺, на нейтрализацию которых расходуется 0,26 моль (10,4 г) МаОН.

165. 
     (Днепропетровск-87, 1.1.3, 2.1.6)
     

Образец минерала массой 3,427 г размельчили в порошок и подействовали раствором серной кислоты. 160




Всеукраинские олимпиады. I тур


При этом выделилось 0,448 л (н. у.) газа А, а раствор Б стал окрашенным. В него добавили избыток железных опи­лок, окраска раствора изменилась, а масса опилок увели­чилась на 0,231 г. Опилки отделили, остаток упарили до­суха. Получили 8,340 г кристаллического вещества В. Газ А пропустили через раствор гидроксида бария. Выдели­лось 3,946 г осадка Г, который растворялся в соляной кис­лоте.

1. 
   Определите вещества А—Г.
   
2. 
   Установите состав минерала.
   

Решение

1. 
   Газ А, вероятнее всего, является оксидом углерода или серы (IV):
   

ХО₂ + Ва(ОН)₂ = ВаХО₃-[ + Н₂О,
0,448 л
п(ХО₂) = — = 0,020 моль = п(ВаХОз),
22,4 л/моль


\ НВаХО₃) 3,946 г .
М(ВаХО,) = = = 197,3 г/моль.
п(ВаХОз) 0,020 моль '


А_г(Х) = 197,3 - 137,3 - 3 • 16,0 = 12,0, следовательно, X — углерод, а газ А — углекислый газ.
Предположим, что в растворе не остается избытка серной кис­лоты. Прирост массы осадка можно объяснить выделением метал­ла в реакции замещения. Тогда кристаллическое вещество В пред­ставляет собой сульфат железа (II), точнее, его семиводный


кристаллогидрат.
п(Ге8О. • 7Н₂О) = ^8>34°^Г = 0,030 моль,
278,0 г/моль
п(Ге) = 55,85 г/моль • 0,030 моль = 1,676 г.
Молярная масса эквивалентов железа в описанной реакции составляет 27,92 г/моль, так как оно окисляется до двухзарядно­го катиона. Составляем пропорцию:
для 1,676 г железа прирост массы составляет 0,231 г,
для 27,92 г/моль » » » » х г,
откуда х = 3,85 г/моль.
Теперь молярная масса эквивалентов неизвестного металла со­ставляет 27,92 + 3,85 = 31,77 г/моль. Перебирая валентности I,


161

9 класс

II, III, получаем единственное решение: валентность металла — II, металл — медь.
Fe + CuSO₄ = Си + FeSO,.
Итак, раствор Б представляет собой раствор сульфата меди (II).

1. 
   n(Cu) = 0,03 моль, п(СО₂) = 0,02 моль. Минерал содержит карбонат-ионы и катионы меди: n(CuCO₃) = 0,02 моль, ?п(СиСО₃) = 2,458 г. Есть еще 0,01 моль катионов меди, связан­ных, вероятно, с гидроксид-ионами: n[Cu(OH)₂] = 0,01 моль, ти[Си(ОН)₂] = 0,969 г; 0,969 г + 2,458 г = 3,427 г, что совпадает с условием.
   

Состав минерала: Си(ОН)₂ • 2СиСО₃.

165. 
     (Запорожье-97, 1.1.3, 2.1.6)
     

Навеску минерала родохрозита массой 0,2760 г растворили при нагревании в серной кислоте. Выделился газ, плотность которого при н. у. составляет 1,96 г/л. Де­сятую часть полученного раствора нейтрализовали и от­титровали раствором перманганата калия (молярная кон­центрация эквивалентов, определенная по щавелевой кислоте, 0,0235 моль/л), которого израсходовано на тит­рование 32,0 мл. Добавление избытка щелочи к исходно­му раствору минерала в серной кислоте приводит к обра­зованию бледно-розового осадка, который на воздухе буреет.

1. 
   Какое соединение является основой родохрозита? От­вет обоснуйте.
   
2. 
   Напишите уравнения упомянутых превращений.
   
3. 
   Рассчитайте содержание основного компонента мине­рала, если примеси не реагируют с серной кислотой.
   
4. 
   Почему в целях повышения точности анализа к нейт­ральному раствору перед титрованием добавляют ок­сид цинка?
   

Решение
1—2) Описанный в условии переход окраски характерен для гидратированного катиона марганца (2+). Это сильный восстано­витель, поэтому главным компонентом минерала является какое- то не растворимое в воде соединение. Молярная масса выделив­

162




Всеукраинские олимпиады. I тур


шегося газа составляет 1,96 г/л • 22,4 л/моль = 44 г/моль, вероят­но, это углекислый газ. Тогда искомое вещество — карбонат мар­ганца (II) МпСО₃. Проверим наше предположение.
2КМпО. + 5Н₂С,О. + ЗН„8О = КЯ)₄ + 2Мп8О₄ + 10СОД + 8Н,О,