Примеры заданий теоретического тура для 11 класса

 

Задача 1. При взаимодействии определенного количества некоторого металла с 20 %-ным раствором серной кислоты объемом 214, 91 мл (r= 1,14 г/мл) образовался 22,53 %-ный раствор сульфата. Металл и серная кислота взяты в стехиометрических соотношениях. Это же количество металла полностью взаимодействует с раствором гидроксида натрия массой 80 г. вычислите массовую долю образовавшегося при этом вещества. Определите, какой взят металл.

Решение:

Найдем массу раствора и содержание в нем серной кислоты:

m(раствора) = V×r = 214,91 мл 1,14 г/мл = 245 г,

m(H₂SO₄) = m(раствора) ×W (H₂SO₄) = 245 г ×0,2 = 49 г.

Найдем химическое количество серной кислоты:

N(H₂SO₄) = m/M = 49г /98 г/моль = 0,5 моль

В этом количестве кислоты содержится водород массой 1 г (49× 2: 98).

Пусть масса металла х г. Тогда масса конечного раствора равна:

245 г – 1 г + х г = (244 + х) г

Масса соли в растворе:

49 г – 1 г + х г = (48 + х) г.

Найдем массу металла:

В растворе массой 100 г содержится соль массой 22,53 г

В растворе массой (244 + х) г -               (48 + х) г

х = 9 г.

С серной кислотой количеством 1 моль реагирует металл массой 18 г

 (9× 1: 0,5). Если металл одновалентный:

2 Me + H₂SO₄ ® Me₂SO₄ + H₂ ­,

его молярная масса равна 9 г/моль (18: 2).

В случае двухвалентного или трехвалентного металла:

 Me + H₂SO₄ ® MeSO₄ + H₂ ­,

2 Me + 3 H₂SO₄ ® Me₂(SO₄) ₃ + 3 H₂ ­,

его молярная масса равна соответственно 18 г/моль; 27 г/моль (18×3: 2). Искомый металл – алюминий, так как металлов с молярной массой 9 г/моль и 18 г/моль нет.

При взаимодействии алюминия со щелочью протекает реакция:

2 Al + 2 NaOH + 2 H₂O ® 2 Na AlO₂ + 3 H₂ ­,

точнее

2 Al + 6 NaOH + 2 H₂O ® 2 Na[Al(OH)₄] + 3 H₂ ­

При этом образуется алюминат натрия массой 27,33 г

(9×82:27, где 82 г/моль – молярная масса NaAlO₂) и выделится водород массой 1 г (9×6:54).

Масса раствора равна: 80 г + 9 г – 1 г = 88 г.

Массовая доля алюмината натрия составит:

W = 27,33 / 88 = 0,31 или 31 %.

 

Задача 2. Навеску неизвестного минерала массой 4,42 г прокалили, при этом его масса уменьшилась на 28, 05 % и выделилось 0,448 л газа (н.у.) с плотностью по воздуху примерно 1,52. Такую же навеску минерала растворили в серной кислоте, при этом выделилось такое же количество газа. К образовавшемуся голубому раствору, содержащему только один вид катионов и анионов, прибавили избыток раствора сульфида натрия, образовавшийся осадок отфильтровали и прокалили без доступа воздуха. Его масса составила 3,82 г. Определите состав минерала.

Решение:

Голубой цвет раствора указывает на то, что в нем содержатся катионы меди.

Газ, выделяющийся при прокаливании минерала, имеет молярную массу:

М(газа) = D_возд ×М(возд.) = 1,52× 29 = 44 г/моль

Это соответствует молярной массе углекислого газа.

При растворении минерала в кислоте другие газы не выделяются, и образуется раствор, содержащий только один вид анионов, поэтому минерал представляет собой какое-то из карбонатных производных меди.

При смешении раствора, получающегося при взаимодействии минерала с серной кислотой, с сульфидом натрия, протекает реакция:

CuSO₄ + Na₂S ® Na₂SO₄ + CuS ¯

Рассчитаем химическое количество сульфида меди (II):

n(CuS) = m/M =3,82 /95,5 = 0,04 моль

При прокаливании минерала образуется остаток массой 4,42 г×0,7195 = 3,18 г, в состав которого входит медь.

Предположим, что количество вещества остатка равно количеству вещества меди.

Получаем М=79,5 г/моль, что соответствует молярной массе оксида меди. Еще 0,02 моль× 44 г/моль = 0,88 г приходится на долю выделившегося углекислого газа. В сумме это составляет 4,06 г. оставшееся вещество массой 0,36 г улетучивается при прокаливании минерала, но не представляющее собой газ, может быть только водой (0,02 моля).

Состав минерала равен:

0,04 моль СuO , 0,02 моль CO₂ , 0,02 моль H₂O т.е.

2CuO×CO₂ ×H₂O или Cu₂(OH)₂CO₃

Это малахит.

 

Задача 3. При внесении в воду 10 г твердого, дымящегося на воздухе белого вещества выделяется 5,0910 л газа (при н.у.).

1) Установите формулу этого вещества. Ответ подтвердите расчетом (растворимостью газа пренебречь).

2) Будет ли это вещество реагировать с водными растворами гидроксида натрия, карбоната натрия, гидрофосфата натрия и стеарата натрия? Напишите уравнения возможных реакций.

Решение:

Примем молярную массу вещества за М. Тогда можно составить пропорцию:

М г вещества выделяют n ×22,4 л газа

10 г вещества выделяют 5,0910 л газа

1. Из этого следует, что молярная масса вещества М = 44 n г. Этому условию при n=1 соответствуют вещества CO₂, N₂O, CH₃CHO, окись этилена. При обычных условиях ни одно из этих веществ не удовлетворяет условиям задачи. Однако в технике и промышленности используется легко превращающийся в твердое состояние диоксид углерода («сухой лед»). Именно он полностью отвечает условиям задачи (при расчетах растворимостью газа пренебрегаем).

2. NaOH + CO₂ = NaHCO₃

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O = 2 NaHCO₃

Na₂HPO₄ + CO₂ + H₂O = NaH₂PO₄ + NaHCO₃

C₁₇H₃₅COONa + CO₂ + H₂O = C₁₇H₃₅COOH + NaHCO₃

 

Задача 4. Сложный эфир образован предельной карбоновой кислотой и предельным одноатомным спиртом, причем число атомов углерода в молекулах кислоты и спирта одинаково. Для омыления 34,8 г эфира потребовалось 50 мл водного раствора гидроксида натрия с массовой долей NaOH 20 % и плотностью 1,2. Определите, какие кислота и спирт использовались для синтеза эфира, приведите формулу этого эфира.

Решение:

Составим общее уравнение омыления сложного эфира:

R-COO-R^* + NaOH® RСOONa + R^*OH

Как видно из уравнения реакции, для омыления одного моля эфира требуется один моль щелочи. Найдем число моль щелочи, определив тем самым число моль эфира:

m_NaOH =V×r×n = 50× 1,2× 0,2 = 12 г

n _NaOH =n_эфира =12/40 = 0,3 моль

М_эфира =m/n = 34,8 0,3 = 116 г/моль

Вычтем из полученной молярной массы эфира молярную массу сложноэфирной группы (COO-), равную 44 г/моль, и получим 72 г/моль. Это молярная масса углеводородных радикалов кислоты и спирта (R и R^*), образующих данный эфир.

При данном значении молярной массы единственно возможное соотношение углерода и водорода в радикалах: 5 атомов углерода и 12 атомов водорода. Из условия задачи следует, что число атомов углерода в молекулах кислоты и спирта, образующих данный сложный эфир, одинаково. В состав сложноэфирной группы входит один атом углерода (он перешел из молекулы кислоты), пять атомов в составе углеводородных радикалов. Следовательно, молекулы исходных кислоты и спирта содержали по три атома углерода. Искомый эфир: C₂H₅-COOC₃H₇.

 

Задача 5.  «Азотносеребряная соль AgNO₃, известная в практике под именем ляпис (lapis infernalis), получается растворением в азотной кислоте металлического серебра. Если для растворения взято нечистое серебро, то в растворе получается смесь азотномедной и азотносеребряной солей. Если такую смесь испарить досуха, а затем остаток осторожно сплавить до температуры начала каления, то вся азотномедная соль разлагается, а большинство азотносеребряной соли не изменяется. Обрабатывая сплавленную массу водой, извлекают эту последнюю, тогда как окись меди остается нерастворимою» (Д.И. Менделеев. Основы химии. Т.2.- М.; Л., 1947.- С.303-304).

1. Напишите уравнения реакций, происходящих:

а) при растворении «нечистого серебра» в концентрированной азотной кислоте;

б) при прокаливании сухого остатка.

2. Определите содержание серебра (массовая доля в %), если для растворения было взято 2,000 г «нечистого серебра», а масса остатка, полученного в результате прокаливания, составила 3,069 г.

3. Определите массу осадка, образующегося при добавлении избытка раствора хлорида натрия к раствору 2,000 г «нечистого серебра» в азотной кислоте.

Решение:

1. а) Ag+2HNO₃=AgNO₃+NO₂+H₂O;

   Cu+4HNO₃=Cu(NO₃)₂+2NO₂+2H₂O;

б) 2Cu(NO₃)₂=2CuO+4NO₂+O₂.

2. Масса серебра в исходном сплаве – х г, тогда масса меди – (2-х) г.

Количество серебра:

n(Ag)=x/107,87 (моль) и равно количеству образующегося нитрата серебра.

Количество меди:

n(Cu)=(2-х)/63,55 (моль) и равно количеству образующегося оксида меди.

Масса нитрата серебра: 169х/107,87=1,575х (г).

Масса оксида меди: 79,55(2-х)/63,55=2,504-1,252х (г).

Общая масса сухого остатка после прокаливания:

m(AgNO₃)+m(CuO)=1,575x+2,504-1,252x=2,504-0,323x (г).