Задачи для самостоятельного решения

Вариант 1

 

1. В качестве жаропонижающего средства в медицине многие годы использовался антифебрин (ацетанилид) C₆H₅NHCOCH₃. Как можно получить его из неорганических веществ? Напишите схемы возможных реакций.

2. Плотность некоторого газа по воздуху D_возд = 2,209. Определите плотность этого газа по хлору и число молекул, содержащихся в 1 г газа.

3. Какую массу цинка и серной кислоты можно получить из цинковой обманки массой 100 т, содержащей 35 % сульфида цинка?

4. Нагрели 1 кг смеси, включающей 50 % Ca(OCl)Cl, 30 % Ca(OCl)₂ и 20 % CaCl₂. В результате реакции получена смесь хлората и хлорида кальция, суммарная масса которой также равна 1 кг. Вычислите массовую долю (%) в ней хлората кальция.

5. Газы, образовавшиеся при полном сгорании 1120 см³ смеси ацетилена и пропилена (н. у.), пропущены через 300 см³ 0,5 моль/л раствора едкого кали. Полученный при этом раствор может поглотить еще 448 см³ диоксида углерода. Определите состав исходной смеси в процентах по объему.

6. Какой объем водорода образуется при взаимодействии 2,00 л метана (н. у.) со всем хлором, полученным при действии избытка диоксида марганца на 50 г 28,2 %-ной соляной кислоты? Приведите уравнения реакций.

 

Вариант 2

 

1. Как можно получить ацетон (диметилкетон), исходя из пропанола-1? Напишите необходимые уравнения реакций.

2. При 400 °С и определенном давлении кислород объемом 200 см³ в 1,935 раза легче, чем пары фосфора объемом 100 см³. Определите, из какого числа атомов состоит молекула парообразного фосфора при 400 °С.

3. Завод по производству серной кислоты заключил договор на поставку 5 т аккумуляторной кислоты, содержащей 35 % H₂SO₄ (плотность равна 1,260 г/см³). Для выполнения заказа было решено использовать 1750 кг 15,03 %-ной H₂SO₄ плотностью 1,102 г/см³ и 90,05 %-ную H₂SO₄ плотностью 1,814 г/см³: а) какую массу 90,05 %-ной кислоты необходимомо добавить к 1750 кг 15,03 %-ной кислоты, чтобы получить аккумуляторную кислоту нужной концентрации? б) какой объем воды и какая масса 90,05 %-ной кислоты потребуется для получения недостающей до 5 т аккумуляторной кислоты?

4. Газовую смесь объемом 5 л (н. у.), содержащую (объемные доли, %) HCl – 25, Cl₂ – 3 и N₂ – 72, пропустили через 50 г горячего раствора гидроксида калия с массовой долей КОН, равной 20 %, так что хлороводород и хлор полностью поглотилась. Какие вещества в растворе и какова их масса?

5. Смесь этана, этилена и пропилена имеет плотность по водороду, равную 15,9. К 1 л этой смеси прибавили 1 л водорода и полученную газовую смесь пропустили над нагретым платиновым катализатором. При этом ее объем уменьшился до 1,5 л (все газы измерены при нормальных условиях). Найдите состав исходной смеси в процентах по объему.

6. К 1 л смеси этана и ацетилена добавлено 2 л водорода. Полученная смесь пропущена над платиновым катализатором. Объем смеси после пропускания и приведения к исходным условиям составил 1,6 л. Определите состав исходной смеси в процентах по объему.

 

Вариант 3

 

1. Как можно получить анилин, используя в качестве исходных веществ только неорганические соединения? Укажите условия, в которых протекают предложенные вами для синтеза реакции.

2. Используемая при каталитическом окислении диоксида серы смесь этого вещества с кислородом имела плотность по кислороду 1,2. Определите состав смеси.

3. В открытой посуде нагрели хлорат калия KСlO₃ массой 12 г. Через некоторое время нагревание прекратили. Масса получившегося твердого остатка составила 8 г. Какая масса хлората калия разложилась?

4. При обжиге смеси пирита FeS₂ с сульфидом цинка ZnS массой 100 г выделилось 30 л (н. у.) диоксида серы. Определите состав смеси.

5. На гидролиз 2,90 г смеси фенилацетата с бензилацетатом (бензил – радикал С₆Н₅СН₂-) потребовалось 400 мл 0,05 моль/л раствора едкого натра. Определите состав смеси исходных эфиров.

6. К 1 л смеси этана и этилена добавили 1 л водорода и полученную смесь пропустили над никелевым катализатором. Объем смеси после пропускания при тех же условиях составил 1,3 л. Установите состав исходной смеси в процентах по объему.

 

Вариант 4

 

1. Предложите способы получения этилового спирта, ацетальдегида, уксусной кислоты, хлорвинила, бензола и анилина, исходя из известняка, угля и используя только неорганические вещества. Напишите уравнения реакций.

2. Определите плотность по водороду равновесной газовой смеси NO₂, NO, O₂, если исходным веществом был диоксид азота, а к моменту установления равновесия 10 % его превратилось в продукты реакции.

3. В процессе гашения извести CaO подачу воды прекратили, когда масса извести увеличилась на 25 %. Полностью ли жженая известь СаО при этом превратилась в гашеную Са(ОН)₂?

4. Смесь безводных нитратов бария и стронция массой 68,46 г многократным выпариванием с концентрированной соляной кислотой, а затем с водой с последующим высушиванием переведена в смесь хлоридов бария и стронция. Масса смеси равна 52,53 г. Какова масса каждой соли в исходной смеси?

5. Какое минимальное количество монохлоруксусной кислоты должно быть сожжено, чтобы после поглощения всех образовавшихся газообразных продуктов сгорания 100 г 1,12 %-ного раствора гидроксида калия не выпадал осадок от прибавления хлорида кальция?

6. Содержание предельного углеводорода в смеси, состоящей из всех углеводородов, содержащих по два атома углерода, составляет 32,8 % (по объему). 1 л смеси (условия в пересчете на нормальные) может присоединить 6,4 г брома. Найдите плотность смеси углеводородов (в г/л).

 

ЗАДАНИЕ 2

 

Задание включает следующие разделы химии: периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, свойства металлов, химические процессы, смеси веществ, газов, растворы, химическая связь, элементы качественного анализа.

 

Примеры решения задач

Пример 1.

Элементы А, В и С расположены в периодической системе химических элементов друг за другом. Соединение АС по своей твердости не уступает простому веществу, образованному одним из этих трех элементов. Из указанных элементов в соединениях между собой только два дают газообразное вещество формулы В₂С₂. Какие это элементы?

Решение:

Данным условия задачи соответствуют три элемента второго периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Это А – бор (№ 5), В – углерод (№ 6) и С – азот (№ 7). Бор и азот образуют нитрид бора BN (AC), вещество по твердости не уступающее алмазу (простое вещество, аллотропная модификация углерода). Углерод и азот образуют газообразное вещество С₂N₂ или (СN)₂ – дициан (В₂С₂).

Ответ: бор, углерод, азот.

 

Пример 2.

При обработке 0,84 г опилок сплава двух элементов избытком соляной кислоты выделилось 224 мл водорода и осталось 0,28 г нерастворимого остатка. При действии на то же количество исходного сплава избытка раствора щелочи выделилось 448 мл водорода (объемы газов измерены при нормальных условиях) и осталось 0,56 г нерастворимого остатка. Определите состав сплава.

 

Дано:

m (сплава) = 0,84 г

V (H₂)_кис. = 224 мл = 0,224 л

m (ост.)_кис. = 0,28 г

V (H₂)_щел.. = 448 мл = 0,448 л

m (ост.)_щел. = 0,56 г

Найти:

состав сплава

 

Решение:

Поскольку сумма масс остатков после растворения сплава в кислоте и щелочи равна массе сплава (0,28 + 0,56 = 0,84 (г)), очевидно, что в кислоте растворяется один компонент сплава массой 0,56 г, а в щелочи – второй массой 0,28 г.

Запишем схему процесса взаимодействия с кислотой:

Э₁ + хHCl ® H₂ + хлорид металла.

Вычислим количество вещества водорода, выделившегося в результате взаимодействия:

 (моль).

Если х = 1, то n (Э₁) = ½ n (H₂) = 0,005 моль, тогда молярная масса элемента равна:

 (г/моль), такого одновалентного металла не существует.

Если х = 2, то n (Э₁) = n (H₂) = 0,01 моль, тогда молярная масса элемента равна:

 (г/моль), искомый металл железо.

Уравнение реакции имеет вид:

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂.

Запишем схему процесса взаимодействия со щелочью:

Э₂ + NaOH ® H₂ + соединение элемента (соль или гидроксокомплекс).

Вычислим количество вещества водорода, выделившегося в результате взаимодействия:

 (моль).

Если х = 1, то n (Э₂) = ½ n (H₂) = 0,01 моль, тогда молярная масса элемента равна:

 (г/моль), этот элемент кремний.

Уравнение реакции имеет вид:

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂.

Ответ: сплав состоит из 0,28 г кремния и 0,56 г железа.

 

Пример 3.

В пробирках находятся растворы натриевых солей различных кислот: Na₂CO₃, Na₂SO₃, Na₂S₂O₃, Na₂S, NaNO₂ и NaCl. С помощью какого реактива можно определить все шесть солей? Напишите уравнения реакций.

Решение:

Искомым реактивом является разбавленная соляная кислота. Запишем уравнения реакций с указанием признаков протекания реакций:

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂↑ + H₂O (выделяется углекислый газ – без цвета, без запаха);

Na₂SO₃ + 2HCl = 2NaCl + SO₂↑ + H₂O (выделяется сернистый газ – без цвета, с резким запахом);

Na₂S₂O₃ + 2HCl = 2NaCl + SO₂↑ + S¯ + H₂O (выделяется сернистый газ – без цвета, с резким запахом и выпадает сера);

Na₂S + 2HCl = 2NaCl + H₂S↑ (выделяется сероводород – газ с запахом тухлых яиц);

Na₂NO₂ + 2HCl = 2NaCl + NO₂↑ + H₂O (выделяется оксид азота (IV) – газ бурого цвета с едким запахом);

NaCl + HCl ↛ (видимых изменений нет).

Ответ: разбавленная соляная кислота.

 

Пример 4.

Железную пластину массой 15 г опустили в раствор сульфата меди. По окончании реакции масса пластины оказалась равной 15,75 г. Определите массу растворившегося железа.

 

Дано:

m (пластины,1) = 15 г

m (пластины,2) = 15,75 г

M (Fe) = 56 г/моль

M (Cu) = 63,5 г/моль

Найти:

m (Fe)

 

Решение:

Запишем уравнение реакции:

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu.

Рассчитаем, насколько изменилась масса пластины в ходе реакции:

Dm = m (пластины,2) - m (пластины,1) = 15,75 - 15 = 0,75 (г).

Рассчитаем изменение молярной массы (оно равно изменению массы при взаимодействии 1 моль веществ):

DM = M (Cu) - M (Fe) = 63,5 - 56 = 7,5 (г/моль).

Определим массу растворившегося железа:

(г).

Ответ: m (Fe) = 5,6 г.

 

Пример 5.

Средством первой помощи при ожоге белым фосфором служит мокрая повязка, пропитанная 5 %-ным раствором CuSO₄; раствор CuSO₄ рекомендуется и для тушения горящего белого фосфора. Напишите уравнение химической реакции, благодаря которой белый фосфор «обезвреживается».

 

Решение :

Запишем уравнение реакции взаимодействия фосфора с раствором сульфата меди:

2P + 5CuSO₄ + 8H₂O = 2H₃PO₄ + 5Cu + 5H₂SO₄.

В результате реакции образуется фосфорная кислота и белый фосфор «обезвреживается».

Пример 6.

При нейтрализации 250 г водного раствора фенола и уксусной кислоты потребовалось 44,25 мл 12 %-ного раствора едкого натра (плотность равна 1,13 г/см³), а при действии на то же количество смеси избытка бромной воды выпало 16,55 г осадка. Определите (в процентах по массе) содержание уксусной кислоты в растворе.

 

Дано:

m (смеси) = 250 г

V (p-pa) = 44,25 мл

w (NaOH) = 12 %

r = 1,13 г/мл

m (осадка) = 16,55 г

M (C₆H₂Br₃OH) = 331 г/моль

M (C₆H₅OH) = 94 г/моль

M (CH₃COOH) = 60 г/моль

M (NaOH) = 40 г/моль

Найти:

w (CH₃COOH)

 

Решение:

Запишем уравнения протекающих реакций:

С₆Н₅OH + NaOH = C₆H₅ONa + H₂O                            (1)

СН₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂O                   (2)

С₆Н₅OH + 3Br₂ = C₆H₂Br₃OH¯ + 3HBr                        (3)

Рассчитаем количество выпавшего осадка по реакции (3):

 (моль).

По уравнению реакции (3) количество вещества трибромфенола C₆H₂Br₃OH равно количеству вещества фенола C₆H₅OH, следовательно, n (C₆H₅OH ) = 0,05 моль.

Рассчитаем количество вещества гидроксида натрия NaOH:

 (г);

 (г);

 (моль).

По уравнению (3) определили, что n (C₆H₅OH) = 0,05 моль. По уравнению реакции (1) количество вещества гидроксида натрия равно количеству вещества фенола, следовательно, n (NaOH), пошедшего на (1) реакцию, равно 0,05 моль. Тогда количество вещества гидроксида натрия, пошедшего на реакцию взаимодействия с кислотой, равно:

n (NaOH)₂ = n (NaOH)_исх - n (NaOH)₁ = 0,15 - 0,05 = 0,1 (моль).

По уравнению реакции (2) количество вещества гидроксида натрия равно количеству вещества уксусной кислоты, следовательно, n (CH₃COOH) 0,1 моль.

Рассчитаем массу уксусной кислоты:

m (CH₃COOH) = n × M = 0,1 × 60 = 6 (г).

Определим процентное содержание уксусной кислоты в растворе:

 (%).

Ответ: w (СН₃СООН) = 2,4 %.

 

Пример 7.

Напишите структурные формулы нескольких реально существующих, по вашему мнению, изомеров вещества состава С₃Н₅ClO₂ и напишите одно – два уравнения реакции, характеризующие химические свойства этих изомеров.

 

Решение:

                                      

2-хлорпропионовая кислота                 3-хлорпропионовая кислота

      

Пример 8.

Имеется смесь двух газов, характеризующаяся следующими свойствами: 1) при пропускании этой смеси объемом 10 л через раствор гидроксида кальция образуется соль массой 10 г; 2) при пропускании этой смеси объемом 5 л через раствор серной кислоты образуется соль массой 11,43 г. Определите качественный и количественный состав смеси, если ее плотность по водороду равна 11,52.

 

Дано:

V (смеси)₁ = 10 л

m (соли)₁ = 10 г

V (смеси)₂ = 5 л

V (смеси)₂ = 11,43 г

D (H₂) = 1,52

M (CaCO₃) = 100 г/моль

M ((NH₄)₂SO₄) = 132 г/моль

Найти:

j₁

j₂

Решение:

Газ, взаимодействующий с H₂SO₄, имеет основный характер (например, аммиак NH₃). Запишем уравнение реакции взаимодействия аммиака с серной кислотой:

2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄.

Тогда образующаяся соль – это сульфат аммония, определим количество вещества (NH₄)₂SO₄:

 (моль).

Определим количество аммиака. По уравнению реакции на 1 моль серной кислоты приходится 2 моль аммиака, поэтому количество вещества аммиак равно 0,1732 моль (2 × 0,0866). Рассчитаем объем газа:

V (NH₃) = n × V_m = 0,1732 × 22,4 = 3,88 (л).

 (%).

Газ, образующий соль с Са(ОН)₂, имеет кислотный характер (например, HCl, H₂S, SO₂, SO₃, CO₂ и т.д.).

j_х = 100 - 77,6 = 22,4 (%)

По закону Авогадро, j (NH₃) × M (NH₃) + j (NH₃) × M (NH₃) = D (H₂) × M (H₂). Отсюда,

 (г/моль).

Полученное значение соответствует молярной массе углекислого газа СО₂.

Сделаем проверку полученного результата по первому условию, запишем уравнение реакции взаимодействия углекислого газа и гидроксида кальция.

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃ + H₂O.

Вычислим объем углекислого газа в смеси объемом 10 л:

 (л); тогда

 (моль).

По уравнению реакции количество вещества углекислого газа равно количеству вещества карбоната кальция, т.е. n (CaCO₃) = 0,1 моль. Тогда масса карбоната кальция равна:

M (CaCO₃) = n × M = 0,1 × 100 = 10 (г). что соответствует условию задачи, следовательно, смесь состоит из аммиака (77,6 %) и углекислого газа (22,4 %).

Ответ: j (NH₃) = 77,6 %; j (CO₂) = 22,4 %.