Главная страница
qrcode

Задачи-2011. Задача 1 Осуществите цепочку превращений. Напишите уравнения реакций 1 12 и укажите условия их протекания. Назовите серурсодержащие вещества а Е. (30 баллов)


НазваниеЗадача 1 Осуществите цепочку превращений. Напишите уравнения реакций 1 12 и укажите условия их протекания. Назовите серурсодержащие вещества а Е. (30 баллов)
АнкорЗадачи-2011.doc
Дата17.10.2017
Размер401 Kb.
Формат файлаdoc
Имя файлаЗадачи-2011.doc
ТипЗадача
#26604
Каталог

☺ II Олимпиада МИТХТ по общей и неорганической химии ☺


Задача 1

Осуществите цепочку превращений. Напишите уравнения реакций 1 – 12 и укажите условия их протекания. Назовите серурсодержащие вещества А – Е. (30 баллов).


Задача 2

Определите энергию связи С-С (в кДж на 1 моль связей) в алмазе и графите (внутри одного слоя), если энтальпии сгорания алмаза и графита равны -395.3 и -393.5 кДж/моль соответственно, а энтальпия испарения графита равна 714.9 кДж/моль. Интерпретируйте полученные результаты. (20 баллов).
Задача 3

Пользуясь справочными данными, рассчитайте температуру кипения водного раствора мальтозы, изотоничного децимолярному водному раствору уксусной кислоты. Определите молярную массу мальтозы, если известно, что в 1 литре такого раствора содержится 34.274 г мальтозы. (30 баллов)
Задача 4

Рассчитайте молярную концентрацию всех ионов в растворе, образовавшемся при сливании 20 мл 5%-го раствора нитрата серебра ( = 1.010 г/мл) и 30 мл раствора хлорида алюминия с концентрацией 20 г/л. Определите pH этого раствора. (40 баллов)

Задача 5

Рассчитайте массу осадка, образовавшегося на катоде в результате электролиза водного раствора сульфата меди, если за это же время в последовательно подключённом втором электролизёре при электролизе водного раствора сульфата натрия на аноде выделилось 5.6 л газа. (20 баллов)
Задача 6

Пользуясь справочными данными, рассчитайте разность стандартных потенциалов для реакции:

Сu(т) + 2H2SO4(ж)  Cu2+ + SO42- + SO2(г) + 2H2O(ж)

при T = 298 K, если известны следующие данные:

H2 + 1/2O2 = H2O(г), H10 = -241.8 кДж/моль, S1o = 188.7 Дж/моль·К*,

S + O2 = SO2(г), H20 = -296.9 кДж/моль, S2o = 248.1 Дж/моль·К*,

H2 + 2O2 + S = H2SO4(ж), H30 = -811.3 кДж/моль, S3o = 156.9 Дж/моль·К*,

Сделайте вывод о возможности протекания данной реакции в стандартных условиях. Определите равновесную концентрацию диоксида серы, константу равновесия и преимущественное направление процесса при 70оС. (40 баллов)

*Вместо S1o следует читать SoH2O(г), вместо S2o следует читать SoSO2(г), вместо S3o следует читать SoH2SO4(ж)
Задача 7

Взаимодействие 3.29 г соли серебра Q и 1,83 г бромида R дает 4.12 г AgBr и 1,00 г соединения S. При разложении 1,00 г S образуется 655 мл (н.у.) бесцветного газа T и 0,181 г вещества U по твердости близкого к алмазу. Напишите уравнения упомянутых реакций. Приведите формулы упомянутых в задаче соединений и предложите пространственное строение веществ S и U. Для чего может использоваться реакция разложения S на практике? (30 баллов)
Задача 8

Напишите уравнения реакций взаимодействия с водой следующих соединений: Cl2O6, POCl3, P2S5, Ca2C2, LiAlH4, NaHCO3, Na2SiO3, Cr2(SO4)3. Укажите значение pH получающихся растворов (>, < или =7). К какому типу относится каждая из этих реакций? (35 баллов)
Задача 9

Однажды химик, разбирая в своей лаборатории старый заброшенный сейф, обнаружил в нём неподписанную банку с белым кристаллическим веществом (соль X), окрашивающим пламя в фиолетовый цвет. «Что же это там такое?» – подумал химик. И, взяв с соседней полки концентрированную серную кислоту, прилил её к навеске соли массой 7,35 г (реакция 1). При этом он наблюдал выделение бурого газа с удушающим запахом (газ A) с плотностью по водороду 33,75.

«Налью-ка я лучше туда чего-нибудь другого», – решил химик и добавил к аликвоте соли этой же массы концентрированную соляную кислоту (реакция 2). Каково было удивление химика, когда он обнаружил выделение жёлто-зелёного газа (газ B). Плотность газовой смеси по водороду составляла 35,5.

«Однако, это вещество может быть очень опасным!», – воскликнул химик и осторожно прибавил к навеске данной соли немного концентрированного раствора щавелевой кислоты (реакция 3). При этом он наблюдал бурное выделение из раствора смеси газов A и C (плотность смеси по водороду 29,83).

«Теперь мне всё ясно, надо её подальше убрать, а то мало ли что может случиться», – твёрдо сказал химик и спрятал банку с солью подальше в сейф.

Результаты опытов сведены в таблицу.

Реакция

Мольное соотношение газов

Плотность газовой смеси по водороду

Объём раствора KOH (ρ = 1,092 г/мл, ω = 10 %), пошедший на полное поглощение газовой смеси
(t = 40 °C)

A

B

C

1

1

-

-

33.75

20.51

2

-

1

-

35.50

184.62

3

2

-

1

29.83

61.53


Вопросы:

1. Расшифруйте формулы газов А, B, C. Ответ подтвердите расчётами.

2. Напишите уравнения реакций поглощения газов А, В, С раствором KOH.

3. Какую соль обнаружил химик у себя в сейфе? Приведите необходимые расчёты.

4. Напишите уравнения реакций 1–3.

5. Напишите уравнения разложения соли X при 400 °C в присутствии катализатора (MnO2) и без него.

6. Объясните, чего опасался химик? Где применяется соль X? Дайте её тривиальное название. (45 баллов)
Задача 10

Навеску минерала энаргит массой 3,95 г подвергли обжигу в избытке кислорода. При обжиге получено 896 мл (н.у.) газа А с плотностью по водороду 32, а также 3,55 г смеси двух твердых продуктов Б и В. При обработке смеси Б и В разбавленным раствором гидроксида натрия вещество Б растворилось с образованием соли трехосновной кислоты. Молекула этой кислоты содержит 45.10% кислорода по массе. Нерастворившийся остаток представляет собой вещество В массой 2,40 г, оно растворимо в разбавленной серной кислоте с образованием голубого раствора.

1. Определите количественный состав (формулу) энаргита.

2. Определите степени окисления входящих в его состав элементов. К какому классу соединений можно отнести этот минерал?

3. Напишите уравнения упомянутых реакций. (20 баллов)
ИТОГО: 310 баллов


ВНИМАНИЕ!

КАЖДЫЙ сдаваемый листок с решениями должен быть подписан

(ФИО полностью, № группы, мобильный или домашний телефон)

ОГЛАШЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ОЛИМПИАДЫ, НАГРАЖДЕНИЕ ПОБЕДИТЕЛЕЙ И ПРИЗЁРОВ И РАЗБОР ЗАДАНИЙ ПРОЙДЁТ

24 марта в 18-30 в аудитории К2

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ


R = 8.31 Дж/моль·К

Постоянная Фарадея F = 96500 Кл/моль

So(Cu) = 33.3 Дж/моль·К

So(Cu2+) = -98.7 Дж/моль·К

So(SO42-) = 17.2 Дж/моль·К

H0f(Cu2+) = 64.39 кДж/моль

H0f(SO42-) = -907.51 кДж/моль

Энтальпия испарения воды H0исп (H2O) = 44 кДж/моль

Эбулиоскопическая постоянная воды Кэ = 0.52 К·кг/моль

Кк (CH3COOH/CH3COO-) = 1.74·10-5

Кк (Al3+·H2O/AlOH2+) = 9.55·10-6

Кк (H2CO3/HCO3-) = 4.27·10-7

Кк (HCO3-/CO32-) = 4.68·10-11

ПР(AgCl) = 1.8·10-10

РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

З
t
адача 1


1. 3S (т) + NaOH (к) = 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O

S + 2ē = S2- 2


t
S + 6OH- - 4ē = SO32- + 3H2O 1

2. Na2SO3 (р) + S (т) = Na2SO3S

3. 3Na2SO3S + 6H3O+ = 3SO2 + 3S + 9H2O + 6Na+

SO3S22- + 6H+ 4ē = 3S + 3H2O 2

SO3S22- + 3H2O - 8ē = 3SO2 + 6H+ 1

4. 2Na2SO3S + K[I(I2)] = KI + 2NaI + Na2S4O6

2SO3S2- -2ē = S4O62- 1

[I(I2)] + 2ē = 3I- 1

5. Na2S4O6 + 7Cl2 + 10H2O = 3H2SO4 + Na2SO4+ 14HCl

Cl2 + 2ē = 2Cl- 7

S4O62- + 10H2O - 14ē = 4SO42- + 20H+ 1

6. Na2SO3S + 4Cl2 + 5H2O = H2SO4 + Na2SO4+ 8HCl

Cl2 + 2ē = 2Cl- 4


t
SO3S22- + 5H2O - 8ē = 2SO42- + 10H+ 1

7. Na2SO4 (т) + 4C (т) = Na2S + 4CO

C - 2ē = C+II 4


t
S+VI + 8ē = S-II 1

8. 4 Na2SO3 (т) = Na2S + 3Na2SO4

S+IV - 2ē = S+VI 3


t
S+IV +6ē = S-II 1

9. Na2S (р) + S (т) = Na2S2 (допустимо Na2Sn)

10. Na2S2 + 2H3O+ = Na+ + H2S + S + 2H2O

1
t
1. Na2SO3 (т) + 2H2SO4 (к) = SO2 + 2NaHSO4 + H2O

12. SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O

S+IV + 4ē = So 1

S-II - 2ē = So 2

По 2 балла за каждую реакцию. Если ОВР будут написаны без полуреакций – 1 балл. Если не указаны условия – ещё минус 0.5 балла за реакцию. В реакциях 5 и 6 вместо хлора допустимо использовать любой другой сильный окислитель, в реакции 12 – любой подходящий восстановитель.

А – S (сера) или S8 (циклооктасера);

Б - Na2SO3 (сульфит натрия);

В - Na2SO3S (тиосульфат натрия);

Г - Na2S4O6 (тетратионат натрия);

Д - SO2 (диоксид серы или оксид серы (IV));

Е - Na2S2 (дисульфид натрия) или Na2Sn (полисульфид натрия).

По 1 баллу за каждое правильно определённое соединение вместе с названиями. Без названий – по 0.5 балла.
Задача 2

Энергия связи С-С графита равна энтальпии процесса

Сгр(т) = С(г)

в пересчёте на один моль связей, т.е.

Е(С-С)гр = H0исп (гр)/Nсв, (2 балла)

где Nсвколичество связей с соседними атомами углерода, приходящимися на один атом углерода в графите.

Графит имеет гексагональное строение слоя (sp2-гибридизация атомов углерода):
Очевидно, что в такой структуре на один атом углерода приходится

Nсв = 3·0.5 = 1.5 связей С-С. (3 балла)

Таким образом, энергия связи С-С в графите равна:

Е(С-С)гр = H0исп (гр)/Nсв = 714.9/1.5 = 476.6 кДж/моль. (2 балла)

Для алмаза аналогично имеем

Е(С-С)алм = H0исп (алм)/N’св,

где N’св - количество связей с соседними атомами углерода, приходящихся на один атом углерода в алмазе.

В алмазе каждый атом углерода находится в тетраэдрическом окружении соседних атомов углерода (sp3-гибридизация), поэтому

N’св = 4·0.5 = 2. (3 балла)

Для нахождения величины H0исп (алм) воспользуемя циклом Борна-Габера:


H0с (гр)

H0исп (гр)



Сгр(т) + O2(г) CO2(г)

С
H0с (алм)

H0ph (гр-алм)
(г)


H0исп (алм)



Салм(т) + O2(г) (5 баллов)

Из цикла следует, что

H0ph (гр-алм) = H0с (гр) - H0с (алм) = H0исп (гр) - H0исп (алм),

где H0ph (гр-алм) – энтальпия фазового превращения графит – алмаз,
H0с (гр) и H0с (алм) – энтальпии сгорания графита и алмаза соответственно.

Отсюда имеем:

H0исп (алм) = H0исп (гр) - H0с (гр) + H0с (алм) = 714.9 – 393.5 + 395.3 =
= 716.7 кДж/моль. (5 баллов)

В итоге получаем:

Е(С-С)алм = H0исп (алм)/N’св = 716.7/2 = 358.4 кДж/моль. (2 балла)

Таким образом, энергия связи С-С в графите заметно выше, чем в алмазе. Это объясняется тем, что в графите связи С-С двойные (sp2-гибридизация, 1- и 1 - связь), в то время как в алмазе – одинарные (sp3-гибридизация, 1 - связь). (3 балла)
Задача 3

Изотоническими называются растворы, у которых равны осмотические давления:

 = i1C1RT = i2C2RT (5 баллов),

где i1, i2 – изотонические коэффициенты, С1, С2 – молярные концентрации (моль/м3) мальтозы и уксусной кислоты соответственно. Для мальтозы (неэлектролит) изотонический коэффициент равен 1. Таким образом, имеем:

C1 = i2C2. (2 балла)

Это же соотношение справедливо и для концентраций, выраженных в моль/л.

Для слабых электролитов изотонический коэффициент связан со степенью протолиза соотношением:

i = 1 + (n-1), (5 баллов)

где n – число частиц, на которые диссоциирует в растворе электролит (для уксусной кислоты n = 2).

Степень протолиза уксусной кислоты можно рассчитать из закона разбавления Оствальда:

 = (Кк (CH3COOH/CH3COO-) · С2)1/2 = (1.74·10-5 0.1)1/2 = 0.0013. (3 балла)

Таким образом, получаем, что:

i2 = 1 + (n-1) = 1 + 0.0013 = 1.0013, (1 балл)

C1 = i2C2 = 1.0013 · 0.1 = 0.10013 моль/л. (1 балл)
Повышение температуры кипения раствора мальтозы равно

Ткип = Кэ·m1, (2 балла)

где Кэ – эбулиоскопическая постоянная воды, m1 – моляльность раствора мальтозы.

Преобразуем предыдущее уравнение:

Ткип = Кэ·m1 = Кэ·n1/m(H2O) = Кэ·n1 /(H2O·VH2O), (3 балла)

где n1 – количество мальтозы, m(H2O) – масса воды в растворе (кг),
VH2O – объём воды,·H2O – плотность воды (1 кг/л).

Для разбавленных растворов твёрдых веществ можно принять

Vр-ра = VH2O.

Тогда получаем:

Ткип = Кэ·n1 /(H2O·V1) = Кэ·С1/H2O =

= 0.52 К·кг/моль · 0.10013моль/л / (1кг/л) = 0.052 К. (2 балла)

Таким образом, температура кипения раствора мальтозы составляет:

Тк1 = ТкH2O + Ткип = 373.150 + 0.052 = 373.202 К = 100.052 оС (1 балл).
Так как

С1= n1/V1 = m1/(V1M1),

получаем, что молярная масса мальтозы равна:

M1 = m/С1V1 = 34.274 г / (0.10013 моль/л · 1л) = 342.3 г/моль. (5 баллов)
Задача 4

Очевидно, что при сливании данных растворов возможно выпадение осадка:

3AgNO3 + AlCl3 = 3AgCl + Al(NO3)3 (1 балл)

Ag+ + Cl- ↔ AgCl(т), ПРAgCl = [Ag+][Cl-] (2 балла)

Чтобы установить, выпадет осадок или нет, необходимо проверить условие выпадения осадка: CAg+·CCl- ≥ ПРAgCl. Для этого сначала рассчитаем начальные концентрации соответствующих ионов.

СoAg+ = CoAgNO3 = nAgNO3/Vр = m/MVр = Vр/MVр = /M,

где  - массовая доля раствора,  - его плотность, М – молярная масса нитрата серебра.

Таким образом,

СoAg+ = /M = 0.05·1010г/л·/ 170г/моль = 0.297 моль/л. (5 баллов)

Начальная концентрация хлорид-ионов равна:

СoCl- = 3CoAlCl3 = 3nAlCl3/Vр = 3mAlCl3/MVр = 3sAlCl3/M =
= 3·20г/л / 133.5г/моль = 0.450 моль/л (5 баллов).

При сливании растворов происходит их разбавление друг другом. Учтём это изменение концентраций:

СAg+ = (СoAgNO3·VAgNO3)/(VAgNO3 + VAlCl3) = 0.297моль/л · 0.02 л / (0.02л + 0.03л) = 0.119 моль/л; (3 балла)

СCl- = (Сo AlCl3·VAlCl3)/(VAgNO3 + VAlCl3) = 0.450моль/л*0.03л / (0.02л + 0.03л) =
= 0.270 моль/л. (3 балла)

Проверяем условие выпадения осадка:

СAg+·СCl- = 0.119·0.270 = 3.21·10-2 > ПРAgCl (1.8·10-10). Таким образом, осадок выпадает. (2 балла)

При этом хлорид-ионы находятся в избытке. В растворе останется (без учёта растворимости хлорида серебра):

[Cl-] = СCl- - СAg+·= 0.270 – 0.119 = 0.151 моль/л (2 балла)

хлорид-ионов. Концентрация ионов серебра в растворе составит:

[Ag+] = ПР/[Cl-] = 1.8·10-10 / 0.151 = 1.19·10-9 моль/л (3 балла)

Концентация нитрат-ионов, очевидно, равна концентрации нитрата серебра:

CNO3- = СAg+ = 0.119 моль/л. (2 балла)

Аналогично, концентрация ионов алюминия (без учёта гидролиза) равна:

CAl3+ = 1/3 СCl- = 0.270/3 = 0.09 моль/л. (2 балла)

В результате гидролиза аквакатиона алюминия в растворе появляются ионы оксония и ионы AlOH2+:

Al3+·H2O + H2O ↔ AlOH2+ + H3O+, (3 балла)

Так как

Кк (Al3+·H2O/AlOH2+) = [AlOH2+][H3O+]/[Al3+] = [H3O+]2/CAl3+, (3 балла)

получаем, что их концентрации равны:

[H3O+] = [AlOH2+]= (Кк (Al3+·H2O/AlOH2+)·CAl3+)1/2 = (9.55·10-6·0.09)1/2 =
= 9.27·10-4 моль/л. (2 балла)

Следовательно, pH = -lg[[H3O+] = -lg 9.27·10-4 = 3.03 (2 балла)

Задача 5

Процесс электролиза раствора сульфата меди можно описать следующими уравнениями:

анод: 2H2O - 4ē = O2 + 4H+ (2 балла)

катод: Cu2+ + 2ē = Cu (2 балла)

При электролизе водного раствора сульфата натрия протекают следующие процессы:

анод: 2H2O - 4ē = O2 + 4H+ (2 балла)

катод: 2H2O + 2ē = H2 + 2OH- (2 балла)

Согласно второму закону электролиза Фарадея:

mCu = MCuIt /n1F, (3 балла)

где MCu – молярная масса меди, I – сила тока, t – время электролиза, n1 – число электронов, участвующих в процессе, F – постоянная Фарадея.

Аналогично для второго электролизёра имеем:

mO2 = VO2/Vm · MO2 = MO2It /n2F. (3 балла)

Из этого уравнения получаем:

It = VO2 n2F /Vm (3 балла)

Так как электролизёры подключены последовательно (и, следовательно, сила тока в них одинакова) и продолжительность электролиза одинакова, количество электричества It, прошедшее через электролизёры одно и тоже.

Таким образом, имеем:

mCu = MCuIt /n1F = MCuVO2 n2/Vmn1 =

= 64г/моль · 5.6л · 2 / (4 · 22.4л/моль) = 8.0 г. (3 балла)

Задача 6.

Разность стандартных потенциалов реакции определяется её энергией Гиббса:

rG0 = -nFE; E = -rG0/nF. (2 балл)

Таким образом, необходимо рассчитать rG0.

По определению:

rG0 = rH0 - TrS0 = fH0прод - fH0исх – Т (S0прод - S0исх). (2 балла)

Рассчитаем fH0прод:

fH0прод = fH0Cu2+ + fH0SO42- + fH0H2O(ж) + 2fH0SO2. (2 балл)

fH0H2O(ж) определим через энтальпию образования газообразной воды (H10) и энтальпию испарения воды:

fH0H2O(ж)= fH0H2O(г) - H0исп (H2O) = H10 - H0исп (H2O) =

= -241.8 – 44.0 = -285.8 кДж/моль. (4 балла)

Так как fH0SO2 = H20, получаем

fH0прод = 64.39 - 907.51 – 2 · 285.8 –296.9 = -1711.62 кДж/моль. (2 балла)

Так как энтальпия образования простых веществ равна нулю, то

fH0исх = fH0Cu + 2·fH0H2SO4 = fH0Cu + 2·H30 =

= 0 - 2·811.3 = -1622.60 кДж/моль. (2 балла)

Таким образом, энтальпия реакции равна:

rH0 = fH0прод - fH0исх = -1711.62 + 1622.60 = -89.02 кДж/моль. (1 балл)

Для расчёта энтропии реакции необходимо знать энтропию образования жидкой воды. Она равна:

S0Н2O(ж) = S0Н2O(г) - S0фп­­­­ = S0Н2O(г) - H0исп (H2O)/Ткип(H2O) = 188.7 – 44000/373.15 = 70.78 Дж/моль·K, (5 баллов)

где S0фп – энтропия фазового перехода (испарения воды).

Таким образом,

S0прод = S0Cu2+ + S0SO42- + 2·S0H2O(ж) +SoSO2 =

= -98.7 + 17.2 + 2·70.78 + 248.1 = 308.16 Дж/моль·K (2 балла).
Аналогично:

S0исх = S0Cu + 2·S0H2SO4 = 33.3 + 2·156.9 = 347.10 Дж/моль·К. (1 балл)

Таким образом, энтропия реакции равна

rS0 = S0прод - S0исх = 308.16 – 347.10 = -38.9 Дж/моль·К. (1 балл)

Следовательно, энергия Гиббса реакции при 298 К равна:

rG0 = rH0 - TrS0 = -89020 + 298.15 · 38.90 = -77.4 кДж/моль. (2 балла)
При температуре 70оС:

rG0 = rH0 - TrS0 = -89020 + 343.15 · 38.90 = -75.7 кДж/моль. (1 балл)

Потенциал реакции равен:

E = -rG0/nF = 77400/2·96500 = +0.4 В. (2 балла)

Так как -0.4В ≤ E ≤0.4В, реакция обратима. (3 балла)

Рассчитаем константу равновесия при 70оС и равновесную концентрацию SO2:

rG0 = -RTlnKс; Kс = exp(-rG0/RT) = exp(75700/8.31/343) = 26.6.

Kс = [SO2] = 26.6 моль/л. (6 баллов)

Так как Kс >> 1, равновесие смещено в сторону продуктов. (2 балла)
Задача 7

Сначала проще всего определить молярную массу газа T по закону сохранения массы:

M(T) = (mS – mU) / (VT/Vm) = (1,00 – 0,181)/(0,655/22,4) = 28 г/моль. (2 балла)

Такую молярную массу имеют C2H4, CO, N2, причем в реакции термического разложения образование этилена маловероятно. Попробуем теперь разгадать формулу соли Q, по массовой доле серебра в ней:

w(Ag в Q) = (mAgBr/MAgBr·MAg)/mQ = 4,12×(108/188)/3,29 = 0,720 или 72%,

(2 балла)

откуда молярная масса Q:

M(Q) = MAg/w(Ag в Q) = (108/0,72)×n = 150×n г/моль, (2 балла)

где n – целое число соответствующее количеству атомов серебра в молекуле Q. При n = 1, масса аниона соли Q составляет: 150 – 108 = 48 г/моль. Отметим, что анион должен содержать азот, углерод или кислород, поскольку эти элементы содержатся в газе T (CO или N2). Учитывая это, можно предположить, что анионом Q является азид N3, а сама соль – азид серебра AgN3. (3 балла)

Определим массовую долю брома в R и аналогичным образом попытаемся разгадать состав:

w(Br в R) = (mAgBr/MAgBr·MBr)/mR = 4,12×(80/188)/1,83 = 0,958 или 95,8%,

(2 балла)

откуда молярная масса R:

M(R) = MBr/w(Br в R) = (80/0,958)×n = 83,5×n г/моль, (2 балла)

где n – целое число соответствующее количеству атомов брома в молекуле R. Таким образом, молярная масса приходящаяся на остаток (не бром) в молекуле R очень мала и составляет (83,5–80)×n = 3,5×n г/моль. При n = 1 и 2 масса остатка слишком мала, но при n = 3 она приблизительно соответствует массе бора 10,8 г/моль, т.е. R = BBr3.

Таким образом, в задаче описана реакция

3AgN3 + BBr3 = 3AgBr + B(N3)3 (3 балла)

(соотношение реагентов можно получить из их масс).
Разложение B(N3)3 протекает по уравнению:

B(N3)3 = BN + 4N2. (3 балла)

Вещество S - B(N3)3 имеет строение азида бора (можно написать несколько резонансных структур):

(3 балла)
Поскольку указано, что вещество U (BN) (3 балла) имеет твердость близкую к алмазу, можно предположить, что оно имеет алмазо- или графито-подобную структуру:

(3 балла)

Поскольку при разложении B(N3)3 выделяется большой объем газа, это вещество может применяться в качестве взрывчатки. Также можно предложить использовать B(N3)3 для покрытия поверхностей твердой пленкой пленкой BN. (2 балла)
Задача 8

1. Cl2O6 + H2O = HClO3 + HClO4 (2 балла), pH<7 (1 балл)

2. POCl3 + 3H2O = H3PO4 + 3HCl (1 балл), pH<7 (1 балл)

3. P2S5 + 8H2O = 2H3PO4 + 5H2S (1 балл), pH<7 (1 балл)

4. Ca2C2 + 4H2O = 2Ca(OH)2 + C2H4(1 балла), pH>7 (1 балл)

5. LiAlH4 + 4H2O = LiOH + Al(OH)3 + 4H2 (2 балла), pH>7 (1 балл)

6. NaHCO3 = Na+ + HCO3- (1 балл)

HCO3- + H2O = CO32- + H3O+ (2 балла)

HCO3- + H2O = H2CO3 + OH- (2 балла)

Ko(HCO3-) = Kw/ Кк (H2CO3/HCO3-) = 10-14 / 4.27·10-7 = 2.3·10-7. (2 балла)

Так как Ko(HCO3-) > Кк (HCO3-/CO32-) = 4.68·10-11, то pH>7 (1 балл)

7. Na2SiO3 = 2Na+ + SiO32- (1 балл)

SiO32- + H2O = HSiO3- + OH- (1 балла), pH>7 (1 балл)

8. Cr2(SO4)3 = 2Cr3+ + 3SO42- (1 балл)

Cr3+ + H2O = CrOH2+ + H3O+ (1 балла), pH<7 (1 балл)

Реакция 1 – ОВР, реакция дисмутации (1 балл), 2 – 4 – это реакции необратимого гидролиза (3 балла), реакция 5 – межмолекулярная ОВР
(1 балл), реакция конмутации (1 балл), реакции 6 – 8 – реакции обратимого гидролиза (3 балла).
9

1. Рассчитываем молярную массу газа B

(1 балл)

учитывая, что этот газ получен при взаимодействии соли X c соляной кислотой, им может быть хлор. Таким образом газ B – Cl2. (3 балла)

Рассчитаем молярную массу газа А.

(1 балл)

Исходя из дробной молярной массы A, его бурой окраски и удушающего запаха, можно предположить, что данный газ содержит хлор, тогда на оставшиеся элементы приходится 67,5 – 35,5 = 32 г/моль. Это соответствует 2 атомам кислорода, тогда возможная формула A – ClO2. (3 балла)

Зная молярную массу A и мольное соотношение, можно определить газ C.



(5 баллов)

Газом с такой молярной массой, выделяющимся из раствора щавелевой кислоты, может быть лишь CO2. Таким образом газ C – CO2. (3 балла)

2. Уравнения реакций взаимодействия газов со щёлочью в соответствии с условием задачи:

2ClO2 + 2KOH = KClO2 + KClO3 + H2O (1)

3Cl2 + 6KOH = KClO3 + 5KCl + 3H2O (2)

Cl2 + 2KOH = KCl + KOCl + H2O (2а)

CO2 + 2KOH = K2CO3 + H2O (3)

По 2 балла за каждое уравнение с полуреакциями. Без полуреакций – по 1 баллу. (8 баллов)

3. По окраске пламени и выделении двуокиси хлора при взаимодействии соли X с концентрированной H2SO4 можно судить о наличии в её составе калия и хлора. По реакции 1 рассчитаем молярную массу X.

(2 балла)



Из таблицы видно, что единственной солью с данной молярной массой, в которой присутствуют хлор и калий, может являться хлорат калия.
X – KClO3 (3 балла)

4. Уравнения взаимодействия KClO3 c кислотами.

3KClO3 + 3H2SO4 → 3KHSO4 + HClO4 + 2ClO2 + H2O

KClO3 + 6HCl → KCl + 3Cl2 + 3H2O

2KClO3 + H2C2O4 → K2CO3 + CO2 + 2ClO2 + H2O

По 2 балла за каждое уравнение с полуреакциями. Без полуреакций – по 1 баллу. (6 баллов)

5. Разложение KClO3 начинается уже при 400 °C. Так, в присутствии катализатора (MnO2 и др.) разложение преимущественно идёт по следующей реакции:

2KClO3 → 2KCl + 3O2 (2 балла)
В отсутствие катализатора образуются хлорид и перхлорат калия:

4KClO3 → 3KClO4 + KCl (2 балла)

6. Тривиальное название соли X – бертолетова соль. (2 балла)

Она применяется в спичечном производстве, при изготовлении взрывчатых веществ и сигнальных ракет. (2 балла)

Смеси этой соли с восстановителями (серой, фосфором и др.) легко взрываются от удара (видимо, это вызвало опасения химика, и он аккуратно убрал банку с бертолетовой солью глубоко в сейф). (2 балла)
Задача 10

В условии присутствует избыточное количество данных, они все для расчета не нужны, но полезны для проверки. Поэтому принимается любой разумный способ расчета. Например, такой.

Молярная масса газа А равна:

M = dH2·MH2 = 32·2 = 64 г/моль. (1 балл)

Очевидно, что этот газ - SO2 (2 балла)

Количество полученного диоксида серы составляет

nSO2 = V/Vm = 0.896/22.4 = 0.04 моль (1 балл)

Вещество В предположительно оксид меди (т.к. получено при обжиге и при растворении дает голубой раствор). (1 балл)

Тогда его количество равно

nCuO = m/M = 2,40 г / 80г/моль = 0.03 моль. (1 балл)

Масса вещества Б составляет 3,55 - 2,40 = 1,15 г. Вещество Б - кислотный оксид, образующий трехосновную кислоту. Формула трехосновной кислоты: H3ЭO3 или H3ЭO4. В первом случае

O2 = 3·ArO2 / Mr(H3ЭO3) = 48 / (3 + x + 48) = 0.451,

отсюда

х = 55.4. (2 балла)

Это недалеко от марганца и железа, однако эти элементы в степени окисления +3 не образуют трехосновных кислот.

(Помимо этого, минерал содержит 0,04 х 32 = 1,28 г серы и 1,92 г меди. На долю третьего элемента остается 0,75 г, а его оксид имеет массу 1,15 г. При желании можно проверить, что для Mn и Fe это условие не выполняется).

В случае H3ЭO4

O2 = 4·ArO2 / Mr(H3ЭO4) = 64 / (3 + x + 64) = 0.451,

отсюда

х = 74.9, (3 балла)

что соответствует мышьяку, и все проверки выполняются.

Минерал содержит 0,01 моль мышьяка. Так как по расчету соотношение
As : Cu : S составляет 1 : 3 : 4, то формула минерала Cu3AsS4. (3 балла)

Реакции:

4 Cu3AsS4 + 27 O2 = 12 CuO + 16 SO2 + 2 As2O5 (2 балла)

As2O5 + 6 NaOH = 2 Na3AsO4 + 3 H2O (2 балла)

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O (2 балла)





перейти в каталог файлов


связь с админом