ОБ`ЄМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОДНИХ РОЗЧИНІВ

Харьковская областная химическая олимпиада 2015 г
9 класс
1. Спички. Хлорат калия (бертоллетова соль), KClO3, применяется, в частности,
для производства спичек.
1. Какой максимальный объем кислорода (н. у.) можно теоретически получить из
100 г KClO3?
2. Какую массу KClO3 необходимо взять, чтобы обеспечить полное сгорание серы
массой 100 г, если известно, что требуется 4-хкратный избыток окислителя?
2. рН. После растворения некоторых неорганических сложных веществ в
дистиллированной воде образовавшийся раствор имеет щелочную реакцию.
1. Приведите не менее трёх принципиально различных вариантов таких веществ.
2. Напишите химические реакции, отвечающие за образование щелочной среды, в
молекулярном и ионном виде.
3. При добавлении водного раствора NaHCO3 к водным растворам некоторых
неорганических солей выделяется газ. Приведите два примера таких солей, запишите
уравнения происходящих реакций.
3. Взрыв. Бинарные вещества А и Б очень опасны в чистом виде, но достаточно
стабильны в растворах органических растворителей. В чистом виде жидкость А
разлагается со взрывом уже от небольшого сотрясения с образованием двух
газообразных простых веществ В и Г, причем объем Г в 3 раза больше объема газа В, а
масса Г в 7.59 раз больше массы газа В. Газ Б детонирует уже при изменении давления
на 10 мм рт. ст., причем образуется смесь газов В и Г, объем Г в 3 раза меньше объема
газа В, а масса Г в 1.185 раза меньше массы газа В.
1. Определите все зашифрованные вещества, приведите уравнения реакций.
2. Как можно получить соединения А и Б? Напишите уравнение реакции между
соединениями А и Б при низкой температуре, изобразите структуру полученного
продукта.
3. Изобразите пространственное строение молекул А и Б, укажите тип
гибридизации неконцевых атомов в их структурах.
4. Сплав. Сплав серебра с золотом, используемый для изготовления ювелирных
изделий, плавится при 932.6оС, а чистое серебро – при 960оС.
1. Вычислите массовую долю золота в ювелирном сплаве, если криоскопическая
константа серебра равна 48.6 кг×К/моль.
2. Как добывают золото (приведите не менее двух принципиально различных
методов)?
3. Как получить 560 г сплава, содержащий 5.5 % золота и 94.5 % серебра, если есть
сплав золота и серебра, содержащий 20.8 % золота и: а) чистое серебро; б) сплав золота
и серебра, содержащий 3 % золота?
Справка: криоскопическая постоянная показывает, на сколько градусов
уменьшается температура кристаллизации раствора, содержащего 1 кг растворителя
и 1 моль растворенного вещества, по сравнению с чистым растворителем.
5. АБВГД. При осторожном нагревании неорганическое вещество А превращается
в бинарную смесь газообразных продуктов (Б и В), относительная плотность которой по
азоту равна 0.6863 (н. у.). После пропускания полученной газовой фазы через воду и
концентрированную серную кислоту ее плотность (при н. у.) стала равной 1.25 г/л, а
объем уменьшился в 5 раз. Известно, что вещество А с соляной кислотой образует две
соли (Г и Д) с содержанием хлора 51.74 % и 67.54 %, соответственно.
1. Определите с помощью расчетов все зашифрованные вещества. Назовите их.
2. Предложите способ получения А. Как это вещество реагирует с азотистой
кислотой?
3. Изобразите структурную формулу А. Укажите тип гибридизации и степень окисления неконцевых атомов в его составе.
6. Смесь. 50.0 г смеси MgCO3 и Na2CO3 растворили в избытке соляной кислоты.
Выделившийся газ был полностью поглощен избытком известковой воды (раствор
Ca(OH)2), причем образовалось 52.0 г осадка.
1. Напишите уравнения всех протекающих реакций.
2. Определите массовую долю карбонатов в исходной смеси.
3. Какие процессы протекали бы, если бы был взят недостаток раствора Ca(OH)2?
7. Задание экспериментального тура. Лаборант приготовил для опытов растворы
NaOH, H2SO4, HCl, Na2S2O3, NaNO2, Na2SO3, Na2CO3, Na2S и NaCl. Он успел подписать
только три первые банки с растворами NaOH, H2SO4 и HCl, как неожиданно выключили
свет. Пока он разбирался с причиной исчезновения света, студенты решили пошутить и
переставили банки на другой стол. Вернувшись в лабораторию, лаборант увидел это и на
минутку задумался. После этого он взял только один из подписанных реактивов и
добавил его к каждому неподписанному реактиву, после чего сразу же определил, где и
что находилось.
1. Какой реактив выбрал лаборант?
2. Напишите уравнения произошедших реакций. Укажите, что именно
наблюдалось, и как лаборант определил все растворы.
Харківськая обласна хімічна олімпіада 2015 р.
9 клас
1. Сірники. Калію хлорат (бертолетова сіль), KClO3, застосовується, зокрема, для
виробництва сірників.
1. Який максимальний об‘єм кисню (н.у.) можна теоретично отримати з 100 г
KClO3?
2. Яку масу KClO3 необхідно взяти, щоб забезпечити повне згоряння сірки масою
100 г, якщо відомо, що необхідний 4-икратний надлишок окислювача?
2. рН. Після розчинення деяких неорганічних складних речовин в дистильованій
воді розчин, що утворився, має лужну реакцію.
1. Наведіть не менше трьох принципово різних варіантів таких речовин.
2. Запишіть хімічні реакції, які відповідають за утворення лужного середовища, в
молекулярному та іонному вигляді.
3. При додаванні водного розчину NaHCO3 до водних розчинів деяких
неорганічних солей виділяється газ. Наведіть два приклади таких солей, запишіть
рівняння реакцій, які відбуваються.
3. Вибух. Бінарні речовини А та Б дуже небезпечні у чистому вигляді, але
достатньо стабільні у розчинах органічних розчинників. У чистому вигляді рідина А
розкладається з вибухом вже від невеликого струшування з утворенням двох
газоподібних простих речовин В та Г, причому об’єм Г у 3 рази більше об’єму газу В, а
маса Г у 7.59 разів більше маси газу В. Газ Б детонує вже при зміні тиску на
10 мм рт. ст., причому утворюється суміш газів В та Г, об’єм Г у 3 рази менше об’єму
газу В, а маса Г у 1.185 раза менше маси газу В.
1. Визначте всі зашифровані речовини, наведіть рівняння реакцій.
2. Як можна отримати сполуки А та Б? Напишіть рівняння реакції між сполуками
А та Б при низькій температурі, зобразіть структуру отриманого продукту.
3. Зобразіть просторову будову молекул А та Б, вкажіть тип гібридизації
некінцевих атомів в їхніх структурах.
4. Сплав. Сплав срібла з золотом, який використовується для виготовлення
ювелірних виробів, плавиться при 932.6оС, а чисте срібло – при 960оС.
1. Обчисліть масову долю золота в ювелірному сплаві, якщо кріоскопічна
константа срібла дорівнює 48.6 кг×К/моль.
2. Як добувають золото (наведіть не менше двох принципово різних методів)?
3. Як отримати 560 г сплаву, який містить 5.5 % золота та 94.5 % срібла, якщо є
сплав золота та срібла, що містить 20.8 % золота та: а) чисте срібло; б) сплав золота та
срібла, що містить 3% золота?
Довідка: кріоскопічна стала показує, на скільки градусів зменшується
температура кристалізації розчину, який містить 1 кг розчинника та 1 моль розчиненої
речовини, у порівнянні з чистим розчинником.
5. АБВГД. При обережному нагріванні неорганічна речовина А перетворюється на
бінарну суміш газуватих продуктів (Б та В), відносна густина якої за азотом дорівнює
0.6863 (н. у.). Після пропускання одержаної газової фази через воду та концентровану
сульфатну кислоту її густина (при н. у.) стала дорівнювати 1.25 г/л , а об‘єм зменшився в
5 разів. Відомо, що речовина А з хлоридною кислотою утворює дві солі (Г та Д) з
вмістом хлору 51.74 % та 67.54 %, відповідно.
1. Визначте за допомогою розрахунків всі зашифровані речовини. Назвіть їх.
2. Запропонуйте спосіб отримання А. Як ця речовина реагує з нітритною
кислотою?
3. Наведіть структурну формулу А. Вкажіть тип гібридизації та ступінь окислення
некінцевих атомів в її складі.
6. Суміш. 50.0 г суміші MgCO3 та Na2CO3 розчинили в надлишку хлоридної
кислоти. Газ, що виділився, був повністю поглинутий надлишком вапняної води (розчин
Ca(OH)2), причому утворилось 52.0 г осаду.
1. Запишіть рівняння всіх реакцій, що протікають.
2. Визначте масову долю карбонатів у вихідній суміші.
3. Які процеси відбувалися б, якщо була б взята недостача розчину Ca(OH)2?
7. Завдання експериментального туру. Лаборант приготував для дослідів
розчини NaOH, H2SO4, HCl, Na2S2O3, NaNO2, Na2SO3, Na2CO3, Na2S та NaCl. Він встиг
підписати лише три перших склянки з розчинами, коли неочікувано вимкнули світло.
Доки він виясняв причину зникнення світла, студенти вирішили пошуткувати і
переставили склянки на інший стіл. Повернувшись в лабораторію, лаборант побачив це і
на хвилинку замислився. Після цього він взяв лише один з підписаних реактивів та додав
його до кожного не підписаного реактиву, після чого зразу ж визначив, де і що
знаходилось.
1. Який реактив вибрав лаборант?
2. Запишіть рівняння реакцій, що відбулися. Вкажіть, що саме спостерігалось та як
лаборант визначив всі розчини.
Решения-9
1. Спички. 1. При высокой температуре
(1),
тогда V = 27.45 л О2.
 Vстех = 69.87 л (О2, стехиометрическое количество).
2.
Vпракт. = 4 Vстех = 279.48 л (О2).
Из уравнения (1)
 m(KClO3) = 1018.1 г.
2. рН. 1, 2. а) Взаимодействие основного оксида с водой:
СаО + Н2О  Са(ОН)2; СаО + Н2О  Са2+ + 2ОН–.
б) Растворение щелочей в воде:
NaOH
Na+aq + OH–aq.
в) Растворение основных солей:
Са(ОН)Сl
Ca2+aq + OH–aq + Cl–aq.
г) Растворение солей слабых кислот (гидролиз):
СН3СООNa + Н2О СН3СООН + NaОН; СН3СОО– + Н2О СН3СООН + ОН–.
д) Растворение солеподобных гидридов:
СаН2 + Н2О  Са(ОН)2 + Н2;
СаН2 + Н2О  Са2+ + 2ОН– + Н2.
е) Растворение веществ основной природы с образованием “-ониевых” оснований:
NH3 + H2O  NH3H2O  NH4+ + OH–,
N2H4 + H2O  N2H4H2O  N2H5+ + OH–,
NH2OH + H2O  NH2OHH2O  NH3OH+ + OH–,
RxNH3–x + H2O  RxNH3–xH2O  RxNH4–x+ + OH–.
Возможны и другие варианты.
3. Например:
а) NaHCO3 + NaHSO4  Na2SO4 + CO2 + H2O;
б) CuSO4 + 2NaHCO3 Cu(OH)2CO3 + CO2 + Na2SO4 + H2O.
3. Взрыв. Исходя из разложения соединения А: М(Г) / М(В) = 7.59 / 3 = 2.53 (аналогично можно
проделать для Б). Поскольку стабильных газообразных простых веществ немного (учитывая валентность одного из элементов, равную 3), ответ очевиден: Г – Cl2, В – N2. Значит, А – NCl3, Б – ClN3.
Тогда:
2NCl3 = N2 + 3Cl2, 2ClN3 = Cl2 + 3N2.
2. NH4Cl + 3Cl2 = NCl3 + 4HCl, NaN3 + Cl2 = ClN3 + NaCl.
ClN3 + NCl3 = NCl4+ Cl–.
3.
Cl
sp3
N
Cl
A
Cl
sp2
N
Cl
sp
N
+
Б
N
4. Сплав. 1.Согласно второму закону Рауля: Tпл.р-ля – Тпл. р-ра = Кm,
где К – криоскопическая постоянная растворителя, m – моляльность раствора (моль / кг).
Отсюда
=
= 0.564 моль/кгр-ля.
Тогда
=
= 10.0 %.
2. Практическое значение имеют только следующие три метода добычи золота:
а) промывка золотоносных песков (за счет очень большой разности в плотности золота и пустой
породы);
б) амальгамный метод – образование раствора золота в жидкой ртути с последующей отгонкой
последней:
Au + Hg  Hg(Au), Hg(Au) Hg + Au;
в) цианидный метод (метод Багратиона). Растворение золота в растворе KCN или NaCN при
пропускании через него воздуха (барботировании):
4Au + 8KCN +O2 +2H2O  4K[Au(CN)2] + 4KOH;
из K[Au(CN)2] золото выделяют действием избытка цинка:
2K[Au(CN)2] + Zn  K2[Zn(CN)4] + Au,
избыток цинка удаляют действием HCl:
Zn + 2HCl  ZnCl2 + H2.
3. m(Au)сплав = 560×0.055 г = 30.8 г.
а) Нужно взять (30.8 / 0.208) г = 148.1 г 20.8 %-ного сплава золота и (560 – 148.1) г = 411.9 г
серебра.
б) массы растворов золота, которые необходимо будет взять, будут относиться как:
m20.8% / m3% = (20.8 – 5.5) / (5.5 – 3) = 6.12, т. е., будет 6.12 массовых частей 5%-ного раствора и
1 массовая часть 20.8%-ного раствора. Тогда
m20.8% = (560 / 7.12) г = 78.7 г; m3% = (560 – 78.7) г = 481.3 г.
5. АБВГД. 1. Газ, не растворившейся в воде и не прореагировавший с H2SO4 конц (В):
М(В) = Vo = 28 г/моль.
Возможные варианты – N2 или СО.
Из условия: (М(В) + 4М(Б)) / 5М(N2) = 0.6863, тогда М(Б) = 17.0, Б – NH3. Т.е.:
nА = N2 + 4NH3. Т. е., А имеет формулу (NH2)m. Возможно, это – гидразин.
Определим эквивалент катиона в солях:
Г: 48.36 – 51.74
Э1
– 35.45 
Э1 = 33 г/моль,
Д: 32.46 – 67.54
Э2
– 35.45 
Э2 = 17 г/моль.
Отсюда следует, что формулы солей – АHCl и А2HCl, а М(А) = 32. Теперь можно точно
исключить СО, и вещество А – гидразин N2H4. Реакция разложения N2H4:
3N2H4 4NH3 + N2 удовлетворяет условию задачи.
3. Гидразин можно получить осторожным окислением аммиака гипохлоритами:
2NH3 + NaClO  N2H4 + NaCl + H2O.
Гидразин с азотистой кислотой дает азидоводородную кислоту:
HNO2 + N2H4  HN3 + 2H2O.
H
3. Атом азота в находится в sp3-гибридном состоянии, степень окисления –2.
H
N N
H
H
6. Смесь. 1. MgCO3 + 2HCl  MgCl2 + CO2+ H2O,
Na2CO3 + 2HCl  2NaCl + CO2+ H2O,
Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O.
2. Пусть в 50 г смеси масса MgCO3 составляет х, тогда масса Na2CO3 (50 – х).
При этом n(CaCO3) = n(MgCO3) + n(Na2CO3),
x / М(MgCO3) + (50.0 – х) / М(Na2CO3) = 52.0 / М(СаСО3)
 х = 19.72 г (MgCO3),
w(MgCO3) = 39.44 %, w(Na2CO3) = 60.56 %.
3. При недостатке Са(ОН)2 осадок СаСО3 может не образоваться вообще, образоваться только
частично или даже раствориться после выпадения из-за образования гидрокарбоната кальция, который
хорошо растворим:
Са(ОН)2 + СО2   Са(НСО3)2.
7. Задание експериментального тура. 1. Решение основано на том факте, что соли, растворы
которых приготовлены, являются солями слабых или неустойчивых кислот, за исключением NaCl. При
этом следует учитывать тот факт, эти кислоты или их продукты разложения имеют специфическую
окраску или специфический запах. В связи с этим из подписанных реактивов для определения
растворов солей можно выбрать только раствор H2SO4. Раствор HCl не подходит из-за резкого запаха
улетучивающегося HCl.
2. а) Na2S2O3 + H2SO4  Na2SO4 + SO2 + S + H2O,
S2O32– + 2H+  SO2 + S + H2O;
б) 2NaNO2 + H2SO4  Na2SO4 +N2O3 + H2O, N2O3  NO2 + NO;
2NO2– + 2H+  NO2 + NO + H2O;
в) Na2SO3 + H2SO4  Na2SO4 + SO2 + H2O,
SO32– + 2H+  SO2 + H2O;
г) Na2CO3 + H2SO4  Na2SO4 + CO2 + H2O,
CO32– + 2H+  CO2 + H2O;
д) Na2S + H2SO4  Na2SO4 + H2S,
S2– + 2H+  H2S;
е) NaCl + H2SO4  видимых изменений не наблюдается,
Na+ + Cl– + 2H+ + SO42–  видимых изменений не наблюдается.
Анализируя эти реакции, приходим к выводу:
а) выделяется бесцветный газ с резким специфическим запахом и выпадает бледно-желтый
осадок – раствор Na2S2O3;
б) выделяется газ бурого цвета – раствор NaNO2;
в) выделяется бесцветный газ с резким специфическим запахом – раствор Na2SO3;
г) выделяется бесцветный газ без специфического запаха – раствор Na2CO3;
д) выделяется бесцветный газ с запахом тухлых яиц – раствор Na2S;
е) не выделяется газ, нет осадка – раствор NaCl.