Зональная олимпиада школьников по химии 2007/2008 г. Девятый класс.

Зональная олимпиада школьников по химии 2007/2008 г.
Девятый класс.
Задача 9-1.
Осуществите цепочку превращений:
O , кат
NaOH,
NaOH,
t  X 2 
 недост.
   X4 
 изб.
 X5
S Fe,
 X2 2  X3 


1
Назовите вещества X1 - X5. Рассчитайте массовую долю X5 в полученном растворе,
если всего было использовано 200 г раствора едкого натра и 8 г серы.
(8 баллов)
o
O , to
Задача 9-2.
Имеется раствор ортофосфорной кислоты, в котором общее число атомов
водорода в три раза больше числа молекул воды. Чему равна массовая доля
ортофосфорной кислоты в этом растворе? Какой объем аммиака (н.у.) нужен для
реакции со 100 г этого раствора, чтобы перевести кислоту в гидрофосфат аммония?
(5 баллов)
Задача 9-3.
Смесь хлорида железа(III) и хлорида алюминия массой 31,26 г растворили в
воде и добавили избыток раствора гидроксида калия. Выпавший осадок
отфильтровали и прокалили. Его масса оказалась равной 12,8 г. Через
профильтрованный раствор пропустили избыток углекислого газа. При этом снова
выпал осадок, который также был отфильтрован и прокален.
Напишите уравнения всех описанных реакций. Рассчитайте состав исходной
смеси (массовые доли) и массу второго осадка.
(7 баллов)
Задача 9-4.
Смесь порошков магния и оксида неизвестного одновалентного металла
общей массой 5,62 г нагревали в избытке кислорода до окончания реакции, при
этом выделилось 42 кДж теплоты. Затем полученный продукт растворили в 100 мл
20%-ной соляной кислоты (плотность 1,1 г/мл). Для нейтрализации избыточной
кислоты потребовалось 125 мл раствора КОН с концентрацией 1,6 моль/л.
Используя термохимическое уравнение
2Mg + O2 = 2MgO + 1200 кДж
определите качественный и количественный состав исходной смеси.
(7 баллов)
Задача 9-5.
В вашем распоряжении неподписанные растворы трех солей: нитрата
алюминия, сульфида калия и хлорида калия. Как можно распознать эти растворы,
используя а) раствор гидроксида натрия, б) соляную кислоту в) один индикатор
(какой?). Опишите способ, объясните наблюдаемые явления, написав уравнения
реакций в ионной и молекулярной форме.
(8 баллов)
1
Олимпиада школьников по химии 2007/2008 г. Решения задач.
Девятый класс.
Задача 9-1. Уравнения реакций и названия веществ X1 - X5:
1) S + Fe = FeS (сульфид железа(II));
2) 4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2; (оксид серы(IV));
3) 2SO2 + O2 = 2SO3 (оксид серы(VI));
4) SO3 + NaOH = NaHSO4 (гидросульфат натрия);
5) NaHSO4 + NaOH = Na2SO4 + H2O (сульфат натрия)
(5 баллов)
Определим количество вещества серы: n(S) = m/M = 8/32 = 0,25 моль;
Из этого количества серы образуется 0,25 моль оксида серы(VI), который при
взаимодействии с раствором едкого натра даст 0,25 моль сульфата натрия.
Массы веществ: m=M*n
m(Na2SO4) = 142*0,25 = 35,5 г; m(SO3) = 80*0,25 = 20 г;
(2 балла)
Масса полученного раствора m(p2) =200 г + 20 г = 220 г;
Массовая доля w(Na2SO4) = m(Na2SO4)/m(p2) = 35,5/220 = 0,161 =16,1% (1 балл)
Всего 8 баллов.
Задача 9-2.
Пусть в растворе содержится N молекул воды и 3N атомов водорода. В состав N
молекул воды входит 2N атомов водорода, значит еще N атомов входит в состав
фосфорной кислоты Н3РO4. Число молекул кислоты будет равно N/3.
Следовательно, на n моль воды в растворе будет приходиться n/3 моль кислоты.
(1 балл)
Тогда массы их равны (m=M*n): m(H2O)=18n, m(Н3РO4)=98(n/3) = 32,7n (г)
Масса раствора равна: m(p) = 18n+32,7n =50,7n (г)
(1 балл)
Массовая доля w(Н3РO4) = m(Н3РO4)/m(p) = 32,7n/50,7n = 0,645 =64,5% (1 балл)
В 100 г раствора будет 64,5 г кислоты, n(Н3РO4) = 64,5/98 = 0,658 моль.
Согласно уравнению реакции: 2NH3 + Н3РO4 = (NH3)2HPO4
(1 балл)
n(NН3) = 2n(Н3РO4) = 0,658*2 = 1,316 моль; V(NН3) = n*VM = 1,316*22,4 = 29,5л. (1 балл)
Всего 5 баллов.
Задача 9-3. Уравнения реакций:
1) FeCl3 + 3KOH = Fe(OH)3↓ + 3KCl;
2) AlCl3 + 3KOH = Al(OH)3↓ + 3KCl;
(1 балл)
В избытке КОН гидроксид алюминия растворится:
3) Al(OH)3 + KOH = K[Al(OH)4]
(1 балл)
Отфильтрованный и прокаленный осадок представляет собой оксид железа(III):
4) 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O;
(0,5 балла)
При пропускании углекислого газа и последующем прокаливании осадка:
5) K[Al(OH)4] + СO2 = КHСO3 + Al(OH)3↓;
(1 балл)
6) 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O;
(0,5 балла)
Определим количество вещества Fe2O3: n = m/M: n(Fe2O3) = 12,8/160 = 0,08 моль;
По уравнениям реакций n(FeCl3) = 2 n(Fe2O3) = 0,16 моль, а его масса
m(FeCl3) = M*n = 162,5*0,16 = 26 г
(1 балл)
Массовые доли w(FeCl3)=26/31,26 = 0,832 =83,2%; w(AlCl3)=16,8% (1 балл)
m(AlCl3) = 31,26 – 26 = 5,26 г; n(AlCl3) = 5,26/133,5=0,0394 моль
n(Al2O3) = 0,0394/2=0,0197 моль; m(Al2O3) = M*n = 102*0,0197 = 2 г.
(1 балл)
Всего 7 баллов.
2
Задача 9-4.
По термохимическому уравнению рассчитаем количество вещества магния в
исходной смеси и его массу:
n(Mg)/2 = 42/1200; n(Mg) = 0,07 моль; m(Mg) = n*M = 0,07*24 = 1,68 г. (1 балл)
Рассчитаем количество вещества гидроксида калия и HCl в растворах:
n(KOH) = c*V = 1,6*125*10-3 = 0,2 моль;
m(pHCl) = V*ρ = 110 г; m(HCl) = w*m(pHCl) = 110*0,2 = 22 г;
n(HCl) = m/М = 22/36,5 = 0,603 моль
(1 балл)
По уравнениям реакций
HCl + КOH = КCl + H2O; 2HCl + MgO = MgCl2 + H2O;
определим, что на реакцию с этими веществами израсходуется
0,2+0,07*2=0,34 моль HCl.
(1 балл)
Остальные 0,263 моль кислоты вступят в реакцию с оксидом неизвестного металла:
2HCl + М2O = 2МCl + H2O;
n(М2O) = n(HCl)/2 = 0,263/2 = 0,1315 моль
Масса оксида и его молярная масса: m(М2O) = m(см) – m(Mg) = 5,62–1,68=3,94 г;
М(М2O) = m/n = 3,94/0,1315 = 30 г/моль;
(2 балла)
Ar(M) = (30-16)/2 = 7; металл – литий.
(1 балл)
Качественный состав исходной смеси – магний и оксид лития. Массовые доли:
w(Mg) = 1,68/5,62 = 0,299 = 29,9%; w(Li2O) = 70,1%
(1 балл)
Всего 7 баллов.
Задача 9-5.
А) С помощью раствора гидроксида натрия можно определить раствор нитрата
алюминия, при реакции с которым будет выпадать белый осадок, растворяющийся в
избытке щелочи:
Al(NO3)3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaNO3; Al3+ + 3OH– = Al(OH)3↓ (1 балл)
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]; Al(OH)3 + OH– = [Al(OH)4]–
(1 балл)
Если этот раствор прилить к пробам двух оставшихся, в одном случае будет
протекать реакция полного гидролиза (выпадение осадка, запах):
2Al(NO3)3 + 3K2S + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ + 6KNO3;
2Al3+ + 3S2– + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑
(2 баллa)
Оставшийся раствор будет раствором хлорида калия.
Б) С помощью соляной кислоты можно определить раствор сульфида калия (по
выделению дурнопахнущего газа):
K2S + 2HCl = H2S↑ + 2KCl; S2– + 2Н+ = H2S↑
(1 балл)
Как и в первом случае, используя раствор сульфида калия, можно испытать два
оставшихся раствора, с раствором соли алюминия будет протекать реакция.
В) В растворах Al(NO3)3 и K2S протекают реакции гидролиза:
Al3+ + H2O = Al(OH)22+ + Н+; среда кислая;
(1 балл)
2–
–
–
S + H2O = HS + ОН ; среда щелочная;
(1 балл)
В растворе хлорида калия гидролиз не идет и среда нейтральная. Поэтому, если
добавить такой индикатор как метилоранж к пробам всех растворов, в растворе нитрата
алюминия будем наблюдать красное окрашивание, в растворе сульфида калия –
желтое, в растворе хлорида калия окраска останется неизменной.
(1 балл)
Всего 8 баллов.
================================================== Итого 35 баллов
3