microbik.ru
1
Харьковская областная олимпиада юных химиков 2008-09 уч. г.

8 класс
1. Число Авогадро. 1 моль любого вещества содержит 6.02211023 частиц или молекул. Пользуясь таблицей Менделеева, рассчитайте абсолютные массы (в граммах) одной молекулы кислорода и одной молекулы озона. Какой объем (в литрах) приходится на одну молекулу этих газов при стандартных условиях ( = 25 оС, = 1.01310Па)?

2. Оксиды. Согласно определению, приведенному в Химической энциклопедии (Т.3. М.: "Большая российская энциклопедия", 1992. С. 353), "оксидами называют вещества, состоящие из атомов какого-нибудь элемента и атомов кислорода, находящихся в степени окисления –2". Все оксиды делятся на две группы – солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие, в свою очередь, подразделяются на три типа – оснóвные, амфотерные и кислотные. На основании каких свойств оксидов выделяют их группы и типы? Классифицируйте приведенные ниже соединения элементов с кислородом: Na2O, Al2O3, NO, Cl2O, Cl2O5, СO, CO2, H2O, H2O2, OF2.

Объясните, почему указанные вещества отнесены Вами к тому или иному типу или группе соединений.

3. Взрыв. При взрыве газообразной смеси водорода с кислородом образовался водяной пар и осталось 7.2 л (н.у.) непрореагировшего кислорода, при этом также выделилось 1.6 МДж теплоты. Рассчитайте массу и объем (при н.у.) исходной смеси, а также массовые и мольные доли компонентов в ней, если известно, что теплота образования водяного пара составляет 241.8 кДж/моль.

4. Растворимость сахара в воде. При 15оС к 200 мл водного раствора сахарозы (С12Н22О11) с массовой долей растворенного вещества 50 % и плотностью 1.23 г/см3 добавили 150 г С12Н22О11. После перемешивания раствор отфильтровали, а полученный осадок высушили. Масса сухого осадка составила 35.72 г, а плотность фильтрата – 1.33 г/см3. Рассчитайте массовую долю и молярную концентрацию сахарозы в насыщенном водном растворе.

5. Получение хлора и щелочи. В промышленности хлор получают электролизом водного раствора хлорида натрия, при этом кроме хлора в качестве продуктов реакции образуются газообразный водород и гидроксид натрия. Рассчитайте объем образовавшегося хлора (в пересчете на н.у.), если для проведения процесса было взято 5 т раствора с массовой долей NaCl, равной 27%, а после электролиза осталось 4180 л раствора с содержанием NaCl 170 г/л. Какова молярная концентрация NaCl и NaОН в оставшемся растворе? Какую максимальную массу твердого товарного продукта NaОН можно получить из этого раствора, если известно, что потери основного продукта при очистке составляют 2%, а после очистки он содержит в качестве примеси 3.2% (по массе) хлорида натрия.

6. Теория горения. В начале XVII века основной теорией, объясняющей сущность процесса горения, была теория флогистона, созданная немецким химиком Г.Э.Шталем. Согласно этой теории, все способные гореть вещества содержат флогистон – невидимый флюид, выделяющийся из вещества при его горении или прокаливании; добавляя же к продуктам горения флогистон из богатого им вещества, например, угля, можно получить исходное вещество. Наиболее противоречивым положением этой теории было то, что в ряде случаев приходилось считать, что флогистон имеет отрицательный вес. Какие опыты могли служить основанием для создания теории флогистона? Приведите три уравнения реакций, которые могут формально подтверждать теорию флогистона, укажите условия их протекания. Эта теория была опровергнута опытами А.Л.Лавуазье и М.В.Ломоносова, которые доказали, что при горении большинства веществ происходит присоединение кислорода к ним. Какие химические эксперименты являются подтверждением кислородной теории горения? Приведите три уравнения реакций (с условиями их протекания), которые подтверждают кислородную теорию горения.

7. Задание экспериментального тура. Для проведения опытов юные химики приготовили водные растворы некоторых неорганических веществ: Al2(SO4)3, Na2CO3, BaCl2, Н2SO4 и NaОН. Затем, однако оказалось, что они забыли подписать колбы с приготовленными растворами. Чтобы установить содержимое каждой колбы, они решили не использовать дополнительные реактивы, а смешать растворы попарно. Сначала они пронумеровали колбы, а потом отливали из них небольшое количество раствора в отдельные пробирки. При попарном смешивании растворов в пробирках наблюдались такие изменения: при добавлении раствора из 1-ой колбы к раствору из 2-ой выпал белый мелкокристаллический осадок, 1 + 3 → изменений нет, 1 + 4 → выпал белый мелкокристаллический осадок, 1 + 5 → выпал белый мелкокристаллический осадок; 2 + 3 → изменений нет, 2 + 4 → выделился газ, 2 + 5 → изменений нет; 3 + 4 → изменений нет, 3 + 5 → выпал белый студенистый осадок; 4 + 5 → выделился газ и выпал белый студенистый осадок. Определите, раствор какого вещества находился в каждой колбе. Дайте пояснение явлениям, которые наблюдаются при смешивании растворов, и запишите уравнение реакций, которые при этом протекают.

Харківська обласна олімпіада юних хіміків 2008-09 навч. р.

8 клас
1. Число Авогадро. 1 моль будь-якої речовини містить 6.02211023 частинок або молекул. Використовуючи таблицю Менделєєва, розрахуйте абсолютні маси (у грамах) однієї молекули кисню та однієї молекули озону. Який об'єм (у літрах) припадає на одну молекулу цих газів за стандартних умов ( = 25 оС, = 1.01310Па)?

2. Оксиди. Відповідно до визначення, наведеного у Хімічній енциклопедії (Т.3. М.: "Большая российская энциклопедия", 1992. С.353), "оксидами називають речовини, що складаються з атомів якого-небудь елемента та атомів кисню, що знаходяться в ступені окиснення –2". Всі оксиди поділяють на дві групи – несолетворні та солетворні. Солетворні, у свою чергу, підрозділяються на три типи – основні, амфотерні і кислотні. За якими властивостями оксидів їх розділяють на групи та типи? Класифікуйте наступні сполуки елементів з киснем: Na2O, Al2O3, NO, Cl2O, Cl2O5, СO, CO2, H2O, H2O2, OF2.

Пояснить, чому зазначені речовини віднесені Вами до того або іншого типу та групи сполук.

3. Вибух. При вибуху газоподібної суміші водню з киснем утворилася водяна пара і залишилося 7.2 л (н.у.) кисню, при цьому також виділилося 1.6 МДж теплоти. Розрахуйте масу й об'єм (за н.у.) вихідної суміші, а також масові і мольні частки компонентів у ній, якщо відомо, що теплота утворення водяної пари складає 241.8 кДж/моль.

4. Розчинність цукру у воді. При 15 оС до 200 мл водного розчину сахарози (С12Н22О11) з масовою часткою розчиненої речовини 50% і густиною 1.23 г/см3 додали 150 г С12Н22О11. Після перемішування розчин відфільтрували, а отриманий осад висушили. Маса сухого осаду склала 35.72 г, а густина фільтрату – 1.33 г/см3. Розрахуйте масову частку і молярну концентрацію сахарози в насиченому водному розчині.

5. Одержання хлору і лугу. У промисловості хлор одержують електролізом водного розчину хлориду натрію, при цьому крім хлору як продукти реакції утворяться газоподібний водень та гідроксид натрію. Розрахуйте об'єм хлору, що утворився, (у перерахунку на н.у.), якщо для проведення процесу було взято 5 т розчину з масовою часткою хлориду натрію 27%, а після електролізу залишилося 4180 л розчину із вмістом NaCl 170 г/л. Яка молярна концентрація NaCl та NaОН у розчині, що залишився? Яку максимальну масу твердого товарного продукту NaОН можна одержати з цього розчину, якщо відомо, що втрати основного продукту при очищенні складають 2%, а після очищення він містить у якості домішки 3.2% (за масою) NaCl.

6. Теорія горіння. На початку XVII століття основною теорією, що пояснювала сутність процесу горіння, була теорія флогістону, яку створив німецький хімік Г.Е.Шталь. Відповідно до цієї теорії, усі речовини, що здатні горіти, містять флогістон – невидимий флюїд, який виділяється з речовини при його горінні або прожарюванні; додаючи ж до продуктів горіння флогістон з багатої на нього речовини, наприклад, вугілля, можна одержати вихідну речовину. Найбільш суперечливим положенням цієї теорії було те, що в ряді випадків приходилося вважати, що флогістон має негативну вагу. Які експерименти могли служити підставою для створення теорії флогістону? Приведіть три рівняння реакцій, що можуть формально підтверджувати теорію флогістону, вкажіть умови їх перебігання. Ця теорія була спростована досвідами А.Л.Лавуазьє і М.В.Ломоносова, які довели, що при згорянні більшості речовин відбувається приєднання кисню до них. Які хімічні експерименти є підтвердженням кисневої теорії горіння? Приведіть три рівняння реакцій (з умовами їх перебігання), що підтверджують кисневу теорію горіння.

7. Завдання експериментального туру. Для проведення дослідів юні хіміки приготували водні розчини деяких неорганічних речовин: Al2(SO4)3, Na2CO3, BaCl2, Н2SO4 та NaОН. Однак виявилося, що, готуючи розчини, вони забули підписати колби з ними. Щоб встановити вміст кожної колби, вони вирішили не використовувати додаткові реактиви, а змішати розчини попарно. Спочатку вони пронумерували колби, а потім відливали з них невелику кількість розчину в окремі пробірки. При попарному змішуванні розчинів у пробірках спостерігалися такі зміни: при додаванні розчину з 1-ої колби до розчину з 2-ої випав білий дрібнокристалічний осад, 1 + 3 → змін немає, 1 + 4 → випав білий дрібнокристалічний осад, 1 + 5 → випав білий дрібнокристалічний осад; 2 + 3 → змін немає, 2 + 4 → виділився газ, 2 + 5 → змін немає; 3 + 4 → змін немає, 3 + 5 → випав білий драглистий осад; 4 + 5 → виділився газ та випав білий драглистий осад. Визначте, розчин якої речовини знаходився в кожній колбі. Дайте пояснення явищам, що спостерігаються при змішуванні розчинів, та запишіть рівняння реакцій, які при цьому перебігають.

8 класс, решения



1. Число Авогадро. Относительная молярная масса простого вещества О2 составляет 32 атомных единицы массы, а озона – 48 единиц. В качестве атомной единицы массы (а.е.м.) используется 1/12 массы атома 12С, поэтому 1 а.е.м. составляет 12/(126.02211023) = 1.6605710–24 г. Следовательно, абсолютные массы молекул равны: кислорода – 321.6605710–24 = 5.313810–23 г, озона – 481.6605710–24 = 7.970710–23 г. Если допустить, что при стандартных условиях кислород и озон являются идеальными газами, то их молярный объем будет одинаковым; его можно найти из уравнения Менделеева–Клапейрона

= 8.314298/1.013105 = 0.02446 м3 = 24.46 л.

Тогда объем, приходящийся на одну молекулу кислорода и озона при стандартных условиях, равен 24.46/(6.02211023) = 4.061710–23 л.
2. Оксиды. Несолеобразующие оксиды практически не растворимы в воде, а также в растворах кислот и щелочей. Кислотные оксиды при растворении в воде дают соответствующие кислоты, если же последние не растворимы, то кислотные оксиды образуются при отщеплении воды от кислот. Оснóвные оксиды при растворении в воде дают соответствующие основания, или сами образуются при отщеплении воды от нерастворимых оснований. Также кислотные оксиды могут растворяться в растворах щелочей, а основные – в растворах кислот, при этом в обоих случаях образуются соли. Амфотерные оксиды обладают двойственной природой и способны реагировать как с кислотами, так и щелочами (соответствующие этим оксидам гидроксиды способны к такому взаимодействию). Наиболее ярким амфотерным оксидом является вода, которая диссоциирует с образованием ионов Н+ и ОН. В соответствии с этими определениями классифицируем указанные вещества: NO и СO – несолеобразующие оксиды; Na2O – основный оксид; Cl2O, Cl2O5, CO2 – кислотные оксиды; Al2O3, H2O – амфотерные оксиды; H2O2 – пероксид, степень окисления атомов кислорода равна –1; OF2 – фторид, степень окисления атомов кислорода равна +2.
3. Взрыв. Так как выделилось 1.6 МДж теплоты, то образовалось 1600/241.8 = = 6.62 моль воды. На образование такого количества воды необходимо 6.62 моль водорода и 6.62/2 = 3.31 моль кислорода. Оставшийся кислород составляет 7.2/22.4 = 0.32 моль, поэтому исходная смесь состояла из 6.62 моль водорода и 3.31 + 0.32 = 3.63 моль кислорода, общее количество вещества в системе – 6.62 + 3.63 = 10.25 моль, мольная доля водорода равна 6.62/10.25 = 0.6458, кислорода – 1 – 0.6458 = 0.3542. Объем исходной смеси при нормальных условиях равен 10.2522.4 л = 229.6 л. Массы компонентов в смеси составляют: 6.622 = 13.24 г водорода и 3.6332 = 116.16 г кислорода, масса смеси – 13.24 + 116.16 = 129.4 г. Массовая доля водорода равна 13.24/129.4 = 0.1023, а кислорода – 1   0.1023 = 0.8977.
4. Растворимость сахара в воде. При растворении сахарозы в растворе часть ее растворяется с образованием насыщенного раствора, а часть – выпадает в осадок. Масса исходного раствора равна 2001.23 = 246 г, а масса полученного насыщенного раствора сахарозы – 246 + 150 – 35.72 = 360.28 г. В исходном растворе массы воды и С12Н22О11 одинаковы и составляют 246/2 = 123 г. Вся вода находится в насыщенном растворе, поэтому масса сахарозы в нем равна 360.28 – 123 = 237.28 г, а ее массовая доля составляет 237.28/360.28 = 0.6586. Объем насыщенного раствора равен 360.28/1.33 = 270.89 см3 = 0.271 л, количество вещества сахарозы равно 237.28/342 = 0.6938 моль, а молярность раствора – 0.6938/0.271 = 2.56 моль/л.
5. Получение хлора и щелочи. До электролиза в исходном растворе содержалось 51060.27 = 1.35106 г или 1.35106/58.5 = 2.308104 моль соли. В оставшемся после электролиза растворе находится 1704180 = 7.11105 г соли, что составляет 7.11105/58.5 = 1.215104 моль. При электролизе водного раствора NaCl протекает реакция

2NaCl + 2Н2О → Cl2 + 2NaОН + 2Н2,

в результате которой из 1 моль соли образуется 1 моль щелочи и 0.5 моль хлора. Убыль хлорида натрия составляет 2.308104 – 1.215104 = 1.093104 моль, поэтому в результате процесса образовалось 1.093104 моль щелочи и 1.093104/2 = 5.46510моль газообразного хлора. Объем полученного хлора при нормальных условиях будет составлять 5.46510322.4 = 1.224105 л. Оставшийся после электролиза раствор содержит 1.215104/4180 = 2.91 моль/л соли и 1.093104/4180 = 2.61 моль/л щелочи, масса щелочи в растворе составляет 1.09310440 = 4.372105 г. Если в результате очистки щелочи 2% ее массы теряется, а масса примесей (NaCl) будет составлять 3.2%, то масса товарного продукта NaОН будет на 3.2 – 2 = 1.2% больше, чем имеется щелочи в растворе. Поэтому масса товарного продукта составит 4.3721051.012 = 4.4245105 г = 442.45 кг.
6. Теория горения. В качестве "подтверждения" теории флогистона можно рассматривать опыты по прокаливанию металлов на воздухе

2Сu + O2 → 2СuO,

3Fe + 2O2 → Fe3O4,

или неметаллов, если образующиеся оксиды являются твердыми, например, фосфора

4Р + 5O2 → 2Р2O5.

При протекании этих реакций масса твердого продукта реакции оказывается больше, чем масса исходного твердого вещества. Если считать, что при горении флогистон выходит из вещества, то его масса действительно должна быть отрицательной! Подтверждением того, что при горении веществ происходит не выделение какого-либо элемента, а присоединение к ним кислорода, могут являться вышеприведенные реакции, но проведенные в замкнутом сосуде, содержащем кислород. При этом общая масса сосуда не изменится, а масса твердого вещества – увеличится.

7. Задание экспериментального тура. Для наглядного решения задачи составим таблицу с результатами попарного смешения растворов

№ раствора

1

2

3

4

5

1




белый осадок



белый осадок

белый осадок

2

белый осадок






выделение газа



3










белый студенистый осадок

4

белый осадок

выделение газа






белый студ. осадок + газ

5

белый осадок



белый студенистый осадок

белый студ. осадок + газ





Анализируя результаты взаимодействия растворов, отметим, что при смешении раствора №4 с растворами №2 и №5 выделяется газ, это значит, что в растворе №4 содержится карбонат натрия. Тогда в растворе №2 находится серная кислота, а в растворе №5 – сульфат алюминия. Последний должен образовывать мелкокристаллический осадок с ионами Ва2+ и давать студенистый осадок со щелочами, поэтому раствор №1 содержит хлорид бария, а раствор №3 – гидроксид натрия. Итого имеем: №1 – BaCl2, №2 – Н2SO4, №3 – NaОН, №4 – Na2CO3, №5 – Al2(SO4)3. Запишем уравнения реакций

BaCl2 + Н2SO4 → BaSO4↓ + 2НCl,

BaCl2 + Na2CO3 → BaCO3↓ + 2NaCl,

3BaCl2 + Al2(SO4)3 → 3BaSO4↓ + 2AlCl3,

Н2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2Н2O,

Н2SO4 + Na2CO3 → Na2SO4 + Н2O + CO2↑,

6NaOH + Al2(SO4)3 → 2Al(OH)3↓ + 3Na2SO4,

3Na2CO3 + Al2(SO4)3 + 3Н2O → 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑ + 3Na2SO4.