Семинар «Сто задач по химии – 2 »

(Специальность «Химия», IV курс, II семестр)

Задачи олимпиады школьников по химии 2000- 2005 г

( Республиканский тур)

1. При растворении безводного бромида магния в воде выделяется в 9 раз больше теплоты, чем при растворении такой же массы гексагидрата бромида магния. Рассчитайте количество теплоты, которое выделится при образовании 2,5 г MgBr₂ × 6H₂О из безводной соли, если теплота гидратации ионов Mg²⁺ и Вr^– составляют соответственно +2635,8 и - 87,21 кДж/моль, а энергия кристаллической решетки MgBr₂ составляет 2424 кДж/моль. (Энергия кристаллической решетки или энергия структуры – это энергия, необходимая для разъединения твердого тела на отдельные атомы, ионы или молекулы, отнесенная к 1 моль кристаллического вещества, Q(крист.реш. MgBr₂) = - 2424 кДж/ моль ). (Q_r= 263,6 Дж)

(10класс )

2. Для устойчивого горения пиротехнической смеси без доступа воздуха необходимо, чтобы на 1 г этой смеси исходных веществ выделялось не менее 1,5 кДж теплоты.

Энтальпия сгорания угля (– 394 кДж/моль);

КСlO₃ = КС1 + 1,5 О₂ _r Н = – 48 кДж/моль

Вычислите минимальную массу (г) угля (допустимо считать его чистым углеродом), кото­рую нужно добавить к 100 г хлората калия для устойчивого горения смеси ( 3,54 г )

( 10 класс )

3. Водный раствор 9,29 г смеси хлорида натрия и гексагидрата хлорида магния поместили в U–образную трубку и подвергли электролизу при плотности тока 0,5 А/дм². На катоде при этом выделилось 5,6 л газа (в пересчете на нормальные условия). После электролиза было получено 200 мл раствора с рН = 13 и плотностью 1,004 г/мл. Полученный раствор не вызывает появления ок­рашивания при добавлении его к раствору иодида натрия, подкисленному серной кислотой.

• Напишите уравнения происходящих реакций.

• Объясните, как меняется рН раствора около электродов в процессе электролиза.

• Объясните, с какой целью полученный после электролиза раствор был исследован на отношение к раствору иодида натрия.

• Вычислите массы каждой из солей в исходной смеси.

(Конечный раствор – 0,1М NaOH, в смеси 1,71г NaCl)

• Вычислите массовые доли солей в исходном растворе (растворимостью газов пренебречь).

(Масса исходного раствора – 210,37 г, w(NaCl) = 0,556 % , w(MgCl₂) = 1,81 %)

• Вычислите, во сколько раз отличается растворимость гидроксида магния в чистой воде и в полученном после электролиза растворе, если его произведение растворимости ПР = [Mg²⁺ ] [OH^-]² = 5,5 × 10^-12.

(В 0,1М NaOH растворимость в более 200000 раз меньше, чем в чистой воде)

(11 класс)

4. Для ферментативного синтеза этанола использовали водный раствор сахарозы с массовой долей 25%. После завершения ферментативного процесса реакционную смесь профильтро­вали и подвергли простой перегонке, в результате чего получили 7 кг раствора этанола, содержащего спирт в количестве 83,6% от его теоретически возможного количества, образовавшегося в ферментативном процессе , и кубовый остаток массой 17,4 кг.

• Приведите уравнение реакции синтеза этанола из сахарозы в условиях ферментативного катализа.

• Рассчитайте массу раствора сахарозы, взятого для синтеза. (28 кг )

• Рассчитайте массовую долю этанола в полученном продукте. (45 %)

(11 класс)

5. На чашках весов уравновешены два сосуда, в которые налиты равные объемы одного и того же раствора соляной кислоты. В один из сосудов насыпали 1,0 г карбоната кальция. Какую массу карбоната бария нужно добавить в другой сосуд, чтобы равновесие не нарушилось. Рассмотрите все возможные варианты соотношения количеств солей и кислоты и постройте график зависимости массы добавленного карбоната бария от количества кислоты в растворе. (11 класс )

6. Определение атомных масс элементов:

а). В реакции простого вещества, образованного элементом Х, с водородом получаются соединения, принадлежащие к классу, аналогичному углеводородам. При гидрировании 5,000 г вещества Х образовалось 5,628 г смеси Х-аналогов метана и этана в мольном отношении 2:1. Определите элемент Х. ( Кремний )

б). Минерал аргиродит – это стехиометрическое соединение, которое содержит серебро

( степень окисления +1), серу ( степень окисления -2 ) и неизвестный элемент Y ( степень окисления +4 ). Массовое соотношение серебра и элемента Y в аргиродите равно: m ( Ag ) : m ( Y ) = 11,88 : 1. Элемент Y образует красновато-коричневый низший сульфид, где Y имеет степень окисления +2 , и белый высший сульфид, где Y имеет степень окисления +4 . Низший сульфид образуется при нагревании аргиродита в токе водорода. Другие продукты этой реакции - Ag₂S и H₂S . Для количественного восстановления 10,0 г аргиродита потребовалось 0,295 л водорода при 400 К и 100 кПа. Определите элемент Y и эмпирическую формулу аргиродита. ( Элемент Y –германий )

7. Некоторый металл массой 1,61 г был растворен в 200 г 0,55%-ного раствора соляной кислоты. При этом кислота, судя по изменению окраски индикатора, полностью вступила в реакцию. Массовая доля соли в полученном растворе составила 0,87%, а масса сухого безводного остатка после выпаривания раствора равна 3,355 г.

• Что за металл был растворен в кислоте? Ответ подтвердите расчетом. (Na)

• Какой объем водорода выделился при этом? (0,784 л)

• Каков качественный и количественный состав сухого остатка?

(1,755 г NaCl и 1,6 г NaOH) ( 9 класс)

7. Смесь аргона и кислорода (плотность по водороду 17,33) подвергнута действию тихого электрического разряда, после чего ее плотность возросла до 19,47.

• Что происходит при действии тихого электрического разряда на смесь кислоро­да с аргоном? Не противоречат ли результаты эксперимента известному факту инертности аргона?

• Рассчитайте количественный состав газовой смеси до эксперимента и после.

(после – 37,36% Ar, 37,92% O₂ и 24,72% О₃)

• Что может происходить при пропускании получившейся газовой cмecи через раствор иодида калия (уравнение реакции)? Меняется ли при этом объем смеси? Меняется ли плотность смеси?

( 9 класс)

7. Определите массу слабой одноосновной муравьиной кислоты (НСООН) в растворе и ее степень диссоциации, если известно, что суммарное количество ее недиссоциированных молекул и образовавшихся ионов совпадает с количеством ионов, образовавшихся при растворении в воде 2,42 г бария, а количество ионов водорода такое же, что и в водном растворе 73,31 мл хлороводорода ( измерен при t = 25°C и P = 1 атм.). (a = 6% и m = 2,3 г)

( 9 класс )

7. Слили раствор, содержащий 20 г NaOH , и раствор, содержащий 29,4 г Н₂SO₄. После окончания реакции полученный раствор испарили при температуре, не превышающей 32°С, и получили твердый остаток А. Этот остаток А прокалили при t < 500°C и его мас­са уменьшилась на 49.5% (остаток Б). Остаток Б прокалили при t > 600°C и потеря мас­сы составила 4 г. Определите массу и состав остатков А и Б. Напишите уравнения всех реакций. (Состав А: Na₂SO₄×10H₂O и NaHSO₄×H₂O, масса 78,2 г Состав Б: Na₂SO₄ и Na₂S₂O₇ )

( 10 класс )

7. При полном сгорании 12,84 г вещества В образовалось 8,1 л СО₂ (измеренного при температуре 25°С и давлении 110 кПа), 2,16 г воды и 8,28 г карбоната калия. Вещество В можно получить щелочным гидролизом препарата А, широко используемого в меди­цине. В 35,55 мг вещества В и в 29,9 мг вещества А содержится по 10²⁰ молекул.

• Определите формулы веществ А и В. (А – аспирин, В – C₇H₄K₂O₃ )

• Изобразите графические формулы веществ А и В.

• Какое тривиальное название имеет препарат А и для каких целей его назначают пациентам медики?

• Напишите уравнение реакции получения В из А.

(10 класс )

12. Газообразный хлор медленно пропустили через 100 г 14,4%-ного раствора гид­росульфида калия. Выпавший осадок отфильтровали. В фильтрате анализ показал на­личие исходного вещества и продукта реакции, массовые доли которых оказались рав­ны.

• Напишите уравнение проведенной реакции.

• Вычислите объем прореагировавшего хлора (н.у.). (1,1 л)

• Вычислите массовые доли продуктов реакции в растворе. (Растворимостью газов пренебречь.) (7,28 %)

( 11 класс )

13. В организме человека транспорт кислорода осуществляют молекулы гемоглобина ННb за счет присоединения к их четырем активным центрам молекул кислорода с образованием оксигемоглобина HHb(O₂)_n , где n – целое число от 1 до 4. Если человек вдыхает воздух, содержащий примеси токсичных газов СО и NO, то они блокируют часть активных центров с образованием карбоксигемоглобина HHb(CO)_n и нитрозогемоглобина HHb(NO)_n , вызывая кислородное голодание, приводящие к отравлению организма.

• Предельно-допустимая концентрация (ПДК) для СО в производственных помещениях равна 0,03 мг/л, а содержание СО в табачном дыме составляет 0,5 – 1% по объему (н.у.). Оцените время, за которое при вдыхании а) воздуха производственного помещения, б) табачного дыма человек получит легкое отравление (головная боль, тошнота), соответствующее блокированию 10 – 15% активных центров гемоглобина в виде карбоксигемоглобина HHb(CO)_n .

При расчете принять: общие количество молекул гемоглобина в крови  0,01 моль; объем вдоха 0,5 л, человек в минуту делает 15 вдохов и выдохов, а весь вдыхаемый угарный газ связывается с гемоглобином. (а) – 498 мин, б) – 2,4 мин )

• При работе двигателя внутреннего сгорания на холостом ходу в воздух в составе выхлопных газов выбрасывается приблизительно 80 мг СО и 15 мг NO ежеминутно. Оцените, через какой промежуток времени от начала работы двигателя в указанном режиме человек получит легкое отравление (см. выше), находясь в гараже площадью 15 м² и высотой 2,5 м, если токсичные газы, находящиеся во вдыхаемом воздухе, блокируют активные центры гемоглобина. Учесть нарастание содержания токсичных веществ во времени. Проведите качественный анализ приближений, использованных Вами при проведении расчета, и укажите те положения , которые могут не соответствовать реальной ситуации и существенно влиять на время получения легкого отравления? ( 109 мин )

• В состав выхлопных газов автомобилей входят, помимо СО₂ и Н₂О, также СО, NO, углеводороды (С_хН_у) и другие токсичные вещества. Почему максимальное количество угарного газа образуется при работе двигателя на холостом ходу (например, на автобусных остановках)? Почему в выхлопных газах присутствуют оксиды азота? Каковы современные способы снижения выбросов токсичных веществ в составе выхлопных газов автомобилей? Приведите уравнения соответствующих реакций и условия их протекания.

( 11 класс )

14. Газообразную смесь, образовавшуюся при полном сгорании 8,96 л (н.у.) метана на воздухе, без предварительного охлаждения поглотили 15-тью кг известковой воды. Какой должна быть массовая доля растворенного вещества в известковой воде, чтобы после поглощения продуктов сгорания массовая доля соли в конечном растворе совпадала с массовой долей щелочи в исходном растворе. ( 0,136 % )

( 11 класс)

15. В железный стакан налили 50 г 16%-ного раствора сульфата меди (II), а в медный стакан – 50 г 16%-ного раствора сульфата железа (III). По каким видимым признакам Вы можете судить о протекании реакций? Изменятся ли и как массы стаканов и растворов?

( 11 класс)

16. Один из возможных зарядов хлопушки представляет собой взрывающуюся при ударе стехиометрическую смесь красного фосфора и бертолетовой соли (хлорат калия KClO₃) (в стехиометрической смеси мольное отношение компонентов равно отношению их коэффициентов в уравнении реакции между ними). Пусть необходимо приготовить 1 млн. зарядов по 0,25 г. каждый. Какое минеральное сырье, и в каком количестве нужно взять для получения необходимой массы компонентов зарядов. Запишите уравнения реакции, укажите условия их протекания. Для упрощения расчетов примите, что сырье на 100% состоит из полезного компонента, а все реакции идут до конца со 100%-ным выходом. (10 класс)

17. В каждый из трех стаканов, содержащих по 100 г раствора соответственно азотной кислоты ( (HNO₃) = 6,3%), серной кислоты ( (H₂SO₄) = 90%) и соляной кислоты ( (HCl) = 1,46%) внесли по 0,96 г магния. Запишите уравнения протекающих реакций. Как изменится масса растворов в стаканах?

( I ст.- 100,96 г, II ст.- 100,62 г, III ст. – 100,44 г ) (10 класс)