2012 - 2013 год

Материалы заданий Межрегиональной химической олимпиады
школьников имени академика П.Д. Саркисова
11 класс
Вариант №1
1. Напишите известные Вам уравнения химических реакций, с помощью которых в
химической лаборатории можно получить оксид магния.
Ответ. Прямой синтез из элементов, термическое разложение гидроксида, нитрата,
карбоната, основного карбоната магния:
o
t
⎯⎯
→ 2 MgO;
o
t
Mg(OH)2 ⎯⎯
→ MgO + H2O;
to
2 Mg(NO3)2 ⎯⎯
→ 2 MgO + 4 NO2 + O2;
o
t
→ MgO + CO2;
MgCO3 ⎯⎯
to
Mg2(OH)2CO3 ⎯⎯
→ 2 MgO + CO2 + H2O.
2 Mg + O2
2. Напишите уравнения химических реакций:
tо , Р
а) 4 NH3 + 5 О2 ⎯⎯⎯⎯
→ 4 NO + 6 H2O;
катализатор
б) 2 NaHCO3 + 2 KOH→Na2CO3+K2CO3+ 2 H2O;
в) Si + 2 KOH + H2O → K2SiO3 + 2 H2;
г) 3 Н2S + K2Cr2O7 + 4 H2SO4 → 3 S + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7 H2O;
д) 4 KClO3
o
t
⎯⎯
→
KCl + 3 KClO4
3. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения (с указанием
условий их проведения):
Ca3(PO4)2 → Р → …. → Na2HPO3 → Na2HPO4 → NaH2PO4.
Ответ.
to
Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 + 5 C ⎯⎯
→ 2 P + 3 CaSiO3 + 5 CO
to
→ 2 Р2O3;
4 P + 3 O2 (недостаток) ⎯⎯
Р2O3 + 4 NaOH(избыток) = 2 Na2HРO3 + H2O;
Na2HРO3 + H2O2 = Na2HРO4 + H2O ;
Na2HРO4 + H3PO4 = 2 NaH2РO4 .
4. Определите, какие химические реакции могут протекать между веществами: Al, S, KOH,
NaHCO3, H2SO4. Напишите уравнения этих реакций с указанием условий их проведения.
Реакции могут протекать как при сплавлении, так и в водном растворе.
Решение. Реакции, которые могут протекать между веществами:
to
→ Al2S3;
2 Al + 3 S ⎯⎯
о
,сплавление
2 Al + 6 КOH ⎯t⎯
⎯⎯
⎯→ 2 K3AlO3 + 3 H2↑;
В растворе: 2 Al + 6 KOH + 6 H2O = 2 K3[Al(OH)6] + 3 H2↑ или
2 Al + 2 KOH + 6 H2O = 2 K[Al(OH)4] + 3 H2↑
2 Al + 3 H2SO4 (разб.) = Al2(SO4)3 + 3 H2↑;
2
to
2 Al + 6 H2SO4 (конц.) ⎯⎯
→ Al2(SO4)3 + 3 SO2↑+ 6 H2O;
to
3 S + 6 KOH ⎯⎯
→ 2 K2S + K2SO3 + 3 H2O;
to
S + 2 H2SO4(конц.) ⎯⎯
→ 3 SO2 + 2 H2O;
2 KOH + H2SO4 = K2SO4 + 2 H2O;
KOH + H2SO4 (конц.)= KНSO4 + H2O;
2 NaHCO3 + H2SO4 = Na2SO4 + CO2 + 2 H2O или
NaHCO3 + H2SO4(конц.) = NaНSO4 + CO2 + H2O;
2 NaHCO3 + 2 KOH = Na2CO3 + K2CO3 + 2 H2O.
5. В химической лаборатории имеются две склянки без этикеток. В одной из них
концентрированный раствор нитрата алюминия, а в другой – концентрированный раствор
едкого кали. Каким образом, не используя другие химические реактивы, определить
содержимое этих склянок? Напишите уравнения химических реакций.
Решение. При добавлении раствора КОН к раствору Al(NO3)3 сначала образуется осадок
гидроксида алюминия, который растворяется в избытке щелочи:
Al(NO3)3 + 3 КОН = Al(OH)3↓ + 3 KNO3;
Al(OH)3 + 3 КОН = K3[Al(OH)6].
Таким образом, если при добавлении раствора происходит образование осадка и его
растворение, то добавляемый раствор – КОН. Если осадок не растворяется, то добавляемый
раствор – Al(NO3)3.
6. Через 260 мл 4 масс.% раствора аммиака (плотность 0,9808 г/мл) пропустили 14,958 л
сероводорода (объем измерен при 298К и давлении 74,5 кПа). При этом сероводород
полностью прореагировал с аммиаком. Определите состав (в масс.%) полученного раствора.
Решение. По уравнению Менделеева-Клапейрона находим количество вещества
сероводорода:
pV
74,5 ⋅ 14,958
. n(Н2S) =
= 0,45 моль. Масса газа равна 0,45·34=15,3 г.
pV = nRT; n =
8,31 ⋅ 298
RT
Масса раствора аммиака равна 260·0,9808=255 г. Масса аммиака равна 255·0,04=10,2 г.
Количество вещества аммиака составляет 10,2:17=0,6 моль. Для образования в растворе
только (NH4)2S требуется 0,45·2=0,9 моль NH3.
Таким образом, в растворе образуется смесь солей NH4HS и (NH4)2S. Запишем уравнения
реакций:
NH3 + Н2S = NН4HS;
2 NH3 + Н2S = (NН4)2S;
Пусть в растворе образуется х моль NН4HS. Тогда количество вещества (NН4)2S составит
0,45–х.
Количество вещества израсходованного аммиака на образование двух солей будет равно:
х + 2(0,45–х)=0,6 моль.
Отсюда находим х=0,3 моль. В растворе, таким образом, образуется 0,3 моль NH4HS и 0,45–
0,3=0,15 моль (NH4)2S.
М(NH4HS)=51 г/моль; масса гидросульфида равна 0,3·51=15,3 г. М((NH4)2S)=68 г/моль; масса
сульфида составит 0,15·68=10,2 г. Масса раствора равна 255+15,3=270,3 г.
Массовые доли солей в полученном растворе окажутся равными:
NH4HS – 15,3:270,3= 0,0566 или 5,66 %.
(NH4)2S – 10,2:270,3= 0,0377 или 3,77 %.
Массовая доля воды в растворе равна 100-5,66-3,77=90,57%.
Ответ: 5,66 % NH4НS; 3,77 % (NH4)2S; 90,57% воды.
3
7. Плотность смеси ацетилена и этана по водороду равна 13,86. Рассчитайте объемную долю
ацетилена в этой смеси. Определите, сколько граммов этаналя может быть получено из
ацетилена, содержащегося в 11,04 г этой смеси, если выход реакции Кучерова составляет
80%.
Решение. М=2·13,86=27,72 г/моль. С2Н2=Х. 26Х+30(1-Х)=27,72 г/моль. 4Х=2,28. Х=0,57. 57%
С2Н2.
Количество вещества смеси газов n=11,04:27,72=0,4 моль. Ацетилена в этой смеси 0,4·0,57=
0,228 моль.
Столько же получается и этаналя по реакции Кучерова:
НC≡CH + H2O
2+
Hg
⎯⎯⎯
→ СН3СНО.
H+
С учетом процента выхода получаем: 0,228·0,80=0,1824 моль или 0,1824·44= 8,026 г.
Ответ: 57% С2Н2, 8,026 г СН3СНО.
8. Дополните левую часть уравнений реакции, укажите условия их проведения и расставьте
коэффициенты.
Ответ.
o
C , H 2 SO4
а) (CH3)2СH-CH(OH)-CH3 ⎯170
⎯⎯
⎯
⎯→ (CH3)2С=CH-CH3 + H2О или
170o C , H 2 SO4
(CH3)2С(ОН)-CH2-CH3 ⎯⎯ ⎯ ⎯
⎯→ (CH3)2С=CH-CH3 + H2О
дрожжи
б) С6Н12O6 ⎯⎯ ⎯
⎯→ 2 C2H5OH + 2 CO2;
o
C
в) CH3CH2CH2СH2-OH ⎯Cu
⎯, 250
⎯⎯
→ CH3CH2CH2CHO + H2;
г) CH3CH2COOH + NaHCO3 = CH3CH2СООNa + CO2 + H2О;
д) 2 CH3CH2Br + 2 Na = CH3-CH2-CH2-CH3 + 2 NaBr.
9. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения:
Cu(OH)2
целлюлоза → глюкоза → … → этилен → этиленгликоль ⎯⎯⎯⎯
→… .
В уравнениях должны быть указаны условия проведения реакций, все участники процессов в
явном виде и расставлены коэффициенты.
Ответ.
o
, H 2 SO4
(С6Н10O5)n + n H2O ⎯t⎯
⎯
⎯→ n С6Н12O6 ;
дрожжи
С6Н12O6 ⎯⎯ ⎯
⎯→ 2 C2H5OH + 2 CO2;
170o C , H 2 SO4
C2H5OH ⎯⎯ ⎯ ⎯
⎯→ C2H4 + H2O;
− 20o C
3 C2H4 + 2 KMnO4 + 4 H2O ⎯0⎯
⎯→ 3 HO-CH2-CH2-OH + 2 MnO2 + 2 KOH;
2 HO-CH2-CH2-OH + Cu(OH)2 → C4H8O2Cu(OH)2 + 2 H2O.
10. Гомолог хлорида фенилалкиламмония обработали избытком раствора КОН.
Органическое вещество массой 14,52 г отделили. Массовая доля хлорида калия в
полученном растворе массой 74,5 г составила 12,0 %. Определите возможное строение
исходной соли, если известно, что при обработке бромной водой полученного органического
соединения образуется дибромпроизводное.
Напишите уравнения протекающих химических реакций.
Решение.
Масса КС1 равна 74,5·0,12= 8,94 г или 8,94:74,5=0,12 моль.
Молярная масса органического вещества составит 14,52:0,12= 121 г/моль.
Уравнения реакций:
H 2O
[С2Н5-C6H4NH3]+Cl─ + KOH ⎯⎯
⎯→ С2Н5-C6H4NH2 + KCl + Н2О;
H 2O
С2Н5-C6H4NH2 + 2 Br2 ⎯⎯
⎯→ С2Н5-C6H2Br2NH2 + 2 HBr.
Ответ. Искомое вещество – п-С2Н5-С6Н4-NH2
4
Вариант №2
1. Напишите известные Вам уравнения химических реакций, с помощью которых в
химической лаборатории можно получить оксид серы (IV).
Ответ. Прямой синтез из элементов, окисление сероводорода избытком кислорода;
взаимодействие концентрированной серной кислоты с серой, с медью; реакции обмена,
сопровождающиеся гидролизом; действие сильных кислот на тиосульфаты и сульфиты,
обжиг сульфидов металлов:
o
t
⎯⎯
→ SO2;
to
2 H2S + 3 O2 ⎯⎯
→ 2 SO2 + 2 H2O;
to
S + 2 H2SO4(конц.) ⎯⎯
→ 3 SO2 + 2 H2O;
to
Cu + 2 H2SO4(конц.) ⎯⎯
→ CuSO4 + SO2 + 2 H2O;
S + O2
2 AlCl3 + 3 Na2SO3 + 3 H2O = 2 Al(OH)3 + 6 NaCl + 3 SO2;
Na2S2O3 + 2 HCl = 2 NaCl + S + SO2 +H2O;
Na2SO3 + 2 HCl = 2 NaCl + SO2 + H2O;
4 FeS2 + 11 O2
o
t
⎯⎯
→
2 Fe2O3 + 8 SO2.
2. Напишите уравнения химических реакций:
KOH
а) K2S + 2 KMnO4 ⎯⎯
⎯→ S + 2 K2MnO4;
б) 2 KClO3
o
t
⎯⎯⎯
→ 2 KCl + 3 O2;
MnO 2
в) FeS2 + 18 HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + 2 H2SO4 + 15 NO2 + 7 H2O;
to
г) 4 NH3 + 3 О2 ⎯⎯
→ 2 N2 + 6 H2O;
to
д) KH2PO4 ⎯⎯
→ KPO3 + H2O.
3. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения (с указанием
условий их проведения):
PCl3 → KCl → HCl → … → KClO3 → KClO4.
Ответ.
PCl3 + 5 KOH = K2HPO3 + 3 KCl + 2 H2O;
KCl + H2SO4(конц.)= KHSO4 + HCl↑;
4 HCl(конц.) + MnO2 = MnCl2 + Cl2 + 2 H2O;
to
→ 5 KCl + KClO3 + 3 H2O;
3 Cl2 + 6 KOH ⎯⎯
to
4 KClO3 ⎯⎯
→ KCl + 3 KClO4.
4. Определите, какие химические реакции могут протекать между веществами: Zn, Si,
Na2CO3, Al2(SO4)3, Cu(NO3)2. Напишите уравнения этих реакций с указанием условий их
проведения. Реакции могут протекать как при сплавлении, так и в водном растворе.
Решение. Реакции, которые могут протекать между веществами:
Zn + Cu(NO3)2 = Cu↓ + Zn(NO3)2;
Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O = 2 Al(OH)3↓ + 3 Na2SO4 + 3 CO2↑;
2 Cu(NO3)2 + 2 Na2CO3 + H2O = Cu2(OH)2CO3↓+ 4 NaNO3 + CO2↑.
5
5. В химической лаборатории имеются вода и в склянках без этикеток кристаллические соли:
нитрат алюминия, нитрат серебра и хлорид аммония. Каким образом, не используя другие
химические реактивы, определить содержимое этих склянок? Напишите уравнения
химических реакций.
Решение. Различить кристаллические соли можно по продуктам их термического
разложения. Нитрат алюминия разлагается с образованием оксида, нитрат серебра –
металлического серебра, а хлорид аммония – возгоняется:
to
4 Al(NO3)3 ⎯⎯
→ 2 Al2O3 + 12 NO2 + 3 O2;
to
2 AgNO3 ⎯⎯
→ 2 Ag + 2 NO2 + O2;
to
NH4Cl ⎯⎯
→ NH3↑ + HCl↑ →NH4Cl.
Нитрат серебра можно также определить при добавлении к его водному раствору хлорида
аммония:
AgNO3 + NH4Cl = AgCl↓ + NH4NO3.
6. 5,32 л оксида серы (IV) (объем измерен при 298К и давлении 74,5 кПа) растворили в
210,93 мл 4 масс. % раствора едкого натра (плотность 1,043 г/мл). Определите состав (в
масс.%) полученного раствора.
Решение. По уравнению Менделеева-Клапейрона находим количество вещества оксида серы
(IV):
pV
74,5 ⋅ 5,32
. n(SO2) =
pV = nRT; n =
= 0,16 моль. Масса газа равна 0,16·64=10,24 г.
8,31 ⋅ 298
RT
Масса раствора щелочи равна 210,93·1,043=220 г. Масса NaOH равна 220·0,04=8,8 г.
Количество вещества NaOH составляет 8,8:40=0,22 моль. Для образования в растворе только
Na2SO3 требуется 0,16·2=0,32 моль NaOH. Таким образом, в растворе образуется смесь солей
NaHSO3 и Na2SO3. Запишем уравнения реакций:
SO2 + NaOH = NaHSO3;
SO2 + 2 NaOH = Na2SO3 + H2O.
Пусть в растворе образуется х моль NaHSO3. Тогда количество вещества Na2SO3 составит
0,16–х.
Количество вещества израсходованной щелочи на образование двух солей будет равно:
х + 2(0,16–х)=0,22 моль.
Отсюда находим х=0,1 моль. В растворе образуется 0,1 моль NaHSO3 и 0,16–0,1=0,06 моль
Na2SO3.
М(NaHSO3)=104 г/моль; масса гидросульфита равна 10,4 г. М(Na2SO3)=126 г/моль; масса
сульфита составит 0,06·126=7,56 г. Масса раствора равна 220+10,24=230,24 г.
Массовые доли солей в полученном растворе окажутся равными:
NaHSO3 – 10,4:230,24= 0,0452 или 4,52 %.
Na2SO3 – 7,56:230,24= 0,0328 или 3,28 %.
Массовая доля воды в растворе равна (230,24–10,4–7,56):230,24=0,922 или 92,2%.
Ответ: 4,52 мас. % NaHSO3, 3,28 мас. % Na2SO3. 92,2 % воды.
7. При сгорании 11,2 г углеводорода, плотность которого по азоту равна 2,0, получено 17,92
л (н.у.) углекислого газа и 14,4 г воды. Определите молекулярную формулу углеводорода и
изобразите возможные графические формулы его изомеров.
Решение. Молярная масса углеводорода равна 28·2=56 г/моль. Количество вещества
составляет 11,2:56=0,2 моль. Углекислого газа – 17,92:22,4=0,8 моль. Атомов углерода –
0,8:0,2=4. Воды – 14,4:18=0,8 моль. Число атомов водорода равно 2·0,8:0,2=8. С4Н8.
Ответ. Бутен-1, бутен-2, циклобутан, метилциклопропан.
6
8. Дополните левую часть уравнений реакций, укажите условия их проведения и расставьте
коэффициенты.
Ответ.
а) HCHO +4 [Ag(NH3)]2OH → (NH4)2СО3 + 4 Ag + 2 H2О + 6 NH3;
o
,спирт
⎯
⎯→ CH≡C-CH3 + 2 KBr + 2 H2O;
б) Br-CH2-CH(Br)-CH3 + 2 KOH ⎯t⎯
в) 2 CH3CH2OH
ZnO,CaO,MgO
⎯⎯⎯⎯⎯
→ CH2=СH-СН=CH2 + 2 H2O+ H2;
to
AlBr3
г) C6H6 + CH3CH2Br ⎯⎯
⎯→ C6H5СH2CН3 + HBr;
450o C
д) CH3COONa + NaOH(тверд.) ⎯350
⎯−⎯
⎯→ СH4 + Na2CO3.
9. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения:
гексан → бензол → …
Zn
⎯⎯→
…→ анилин → 2,4,6-триброманилин.
HCl
В уравнениях должны быть указаны условия проведения реакций, все участники процессов в
явном виде и расставлены коэффициенты.
Ответ.
Pt,1500oC
C6H14 ⎯⎯⎯⎯
→ C6H6 + 4 H2;
H 2 SO4
C6H6 + HNO3 ⎯⎯
⎯→ C6H5NO2 + H2O;
C6H5NO2 + 3 Zn + 7 HCl → [C6H5NH3]+Cl─ + 2 H2O + 3 ZnCl2;
[C6H5NH3]+Cl─ + NaOH → C6H5NH2 + NaCl + H2O;
C6H5NH2 + 3 Br2 (вода) → 2,4,6-C6H2Br3NH2 + 3 HBr.
10. Для полного гидролиза 22,5 г сложного эфира фенола и предельной одноосновной
карбоновой кислоты потребовалось 70,0 мл 20 масс.% раствора едкого кали (плотность 1,20
г/мл). Определите строение исходного эфира и рассчитайте массовые доли веществ в
полученном после гидролиза растворе.
Решение. Масса раствора КОН равна 70·1,20= 84 г. Масса КОН в растворе составит 84·0,20=
16,8 г или 68:56=0,3 моль. Уравнение реакции гидролиза:
R-COOC6H5 + 2 КОН = R-COOK + C6H5ОK + H2O.
Кол-во вещества эфира составит 0,3:2=0,15 моль. Молярная масса эфира=22,5:0,15=150
г/моль.
CnH2n-1COOC6H5 . М(COOC6H5)=121. М(CnH2n-1)=29; n=2. Искомый эфир – C2H5COOC6H5 .
Масса раствора составит 84+22,5=106,5 г. Масса C6H5ОК 0,15·132=19,8 г. Массовая доля
фенолята равна 19,8:106,5=0,1859 или 18,59%. Масса С2Н5СООК равна 0,15·112=16,8 г.
Массовая доля пропионата калия 16,8:106,5= 0,1577 или 15,77 %.
Ответ. C2H5COOC6H5. 18,59% C6H5ОК. 15,77 % С2Н5СООК.
7
Вариант №3
1. Напишите известные Вам уравнения химических реакций, с помощью которых в
химической лаборатории можно получить оксид железа (III).
Ответ. Прямой синтез из элементов, термическое разложение гидроксида, нитрата железа
(II) и (III), обжиг пирита:
o
t
⎯⎯
→ 2 Fe2O3;
to
4 FeO +O2 ⎯⎯
→ 2 Fe2O3;
o
t
2 Fe(OH)3 ⎯⎯
→ Fe2O3 + 3 H2O;
to
4 Fe(NO3)2 ⎯⎯
→ 2 Fe2O3 + 8 NO2 + O2;
o
t
4 Fe(NO3)3 ⎯⎯
→ 2 Fe2O3 + 12 NO2 + 3 O2;
to
4 FeS2 + 11 O2 ⎯⎯
→ 2 Fe2O3 + 8 SO2.
4 Fe + 3 O2
2. Напишите уравнения химических реакций:
а) CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2;
б) Сr2(SO4)3 + 6 NaOH(избыток)→ Na3[Cr(OH)6] + 3 Na2SO4;
в) Al + 3 KMnO4 + 6 KOH → K3[Al(OH)6] + 3 K2MnO4;
to
г) NH4NO2 ⎯⎯
→ N2 + 2 H2O;
to
д) 2 AgNO3 ⎯⎯
→ 2 Ag + 2 NO2 + O2.
3. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения (с указанием
условий их проведения):
Cu → CuCl2 → …→ CuO → Cu(NO3)2 → Cu2(OH)2CO3.
Ответ.
to
Cu + Cl2 ⎯⎯
→ CuCl2;
CuCl2 + 2 KOH = Cu(OH)2↓ + 2 KCl;
to
→ CuO + H2O;
Cu(OH)2 ⎯⎯
CuO + 2 HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O;
2 Cu(NO3)2 + 2 Na2CO3 + H2O = Cu2(OH)2CO3↓ + 4 NaNO3 + CO2↑.
4. Определите, какие химические реакции могут протекать между веществами: Zn, Cl2,
NaOH, КHCO3, HNO3. Напишите уравнения этих реакций с указанием условий их
проведения. Реакции могут протекать как при сплавлении, так и в водном растворе.
Решение. Реакции, которые могут протекать между веществами:
to
Zn + Cl2 ⎯⎯
→ ZnCl2;
о
,сплавление
Zn + 2 NaOH ⎯t⎯
⎯⎯
⎯→ K2ZnO2 + H2↑;
В растворе: Zn + 2 NaOH + 2 H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2↑;
4 Zn + 10 HNO3(разб.) = 4 Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3 H2O;
Cl2 + 2 NaOH = NaCl + NaClO + H2O;
to
3 Cl2 + 6 NaOH ⎯⎯
→ 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O;
2 NaOH + 2 КHCO3 = Na2CO3 + К2CO3 + 2 H2O;
NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O;
КHCO3 + HNO3 = КNO3 + CO2↑ + H2O;
8
5. В химической лаборатории имеются хлороводородная кислота, а в склянках без этикеток
кристаллические соли: карбонат и гидрокарбонат натрия и нитрат кальция. Каким образом,
не используя другие химические реактивы, определить содержимое этих склянок? Напишите
уравнения химических реакций.
Ответ. Кристаллические соли различным образом ведут себя при нагревании: карбонат
натрия плавится, гидрокарбонат натрия и нитрат кальция – разлагаются:
to
2 NaHCO3 ⎯⎯
→ Na2CO3 + CO2↑ + H2O;
to
2 Ca(NO3)2 ⎯⎯
→ 2 CaO + 4 NO2 + O2↑.
Кроме того при действии на карбонат и гидрокарбонат натрия хлороводородной кислоты
происходит выделение углекислого газа:
NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2↑ + H2O;
Na2CO3 + 2 HCl = 2 NaCl + CO2↑ + H2O.
6. Через 255 г 0,4 мас.% водного раствора сероводородной кислоты пропустили 1,3296 л
аммиака (объем измерен при 303К и давлении 75,75 кПа). При этом аммиак полностью
прореагировал с кислотой. Определите состав (в масс.%) полученного раствора.
Решение. По уравнению Менделеева-Клапейрона находим количество вещества аммиака:
pV
75,75 ⋅ 1,3296
. n(NН3) =
pV = nRT; n =
= 0,04 моль. Масса газа равна 0,04·17=0,68 г.
8,31 ⋅ 303
RT
Масса раствора сероводорода равна 255 г. Масса сероводорода равна 255·0,004=1,02 г.
Количество вещества сероводорода составляет 1,02:34=0,03 моль. Для образования в
растворе только (NH4)2S требуется 0,03·2=0,06 моль NH3.
Таким образом, в растворе образуется смесь солей NH4HS и (NH4)2S. Запишем уравнения
реакций:
NH3 + Н2S = NН4HS;
2 NH3 + Н2S = (NН4)2S.
Пусть в растворе образуется х моль NН4HS. Тогда количество вещества (NН4)2S составит
0,03–х.
Количество вещества израсходованного аммиака на образование двух солей будет равно:
х + 2(0,03–х)=0,04 моль.
Отсюда находим х=0,02 моль. В растворе, таким образом, образуется 0,02 моль NH4HS и
0,03–0,02=0,01 моль (NH4)2S. М(NH4HS)=51 г/моль; масса гидросульфида равна 0,02·51=1,02
г. М((NH4)2S)=68 г/моль; масса сульфида составит 0,01·68=0,68 г. Масса раствора равна
255+0,68=255,68 г.
Массовые доли солей в полученном растворе окажутся равными:
NH4HS – 1,02:255,68=
0,0040 или 0,40 %. (NH4)2S – 0,68:255,68= 0,0027 или 0,27 %. Массовая доля воды в растворе
равна 100-0,40-0,27=99,33%. Ответ: 0,40 % NH4НS, 0,27 % (NH4)2S, 99,33 % воды..
7. При обработке 8,35 г смеси фенола и предельного одноатомного спирта избытком
щелочного металла выделяется 1,4 л (н.у.) газа, при обработке того же количества смеси
избытком бромной воды выпадает 8,275 г осадка Установите молекулярную формулу спирта.
Рассчитайте его массовую и мольную долю в исходной смеси (в %).
Решение. При действии на смесь бромной воды в осадок выпадает 2,4,6-трибромфенол:
С6Н5OH + 3 Br2 = С6Н2Br3OH↓ + 3 HBr.
Количество вещества 2,4,6-трибромфенола равно количеству вещества фенола:
n=8,275:331=0,025 моль. Масса фенола составит 0,025·94=2,35 г. Масса спирта в исходной
смеси равна 8,35-2,35=6,00 г.
При взаимодействии исходной смеси со щелочным металлом выделилось водорода
1,4:22,4=0,0625 моль. Уравнения протекающих при этом реакций:
9
ROH + Na = RONa + ½ H2. С6Н5OH + Na = С6Н5ONa + ½ H2.
На основе этих уравнений получаем, что количество вещества спирта и фенола
прореагировало 0,0625·2= 0,125 моль. Количество вещества спирта составит 0,125-0,025=0,1
моль. Молярная масса спирта окажется равной 6:0,1=60 г/моль. Искомый спирт C3H7OH
(пропанол, изопропанол).
Массовая доля спирта 6:8,35=0,72 или 72%. Мольная доля спирта 0,1/0,125=0,8 или 80%.
Ответ. C3H7OH (пропанол, изопропанол). 72 мас.%. 80 мольн.%.
8. Дополните левую часть уравнений реакции, укажите условия их проведения и расставьте
коэффициенты.
Ответ.
а) СH3CH2C≡CH + [Ag(NH3)]2OH → CH3СH2-C≡CAg + H2О + 2 NH3;
б) C6Н5NH2 + H2SO4 → [C6Н5NH3]+HSO4─;
в) CH3СH2СOOH + NaHCO3 → CH3СH2СOONa + H2O+ CO2 ;
Fe (стружка )
⎯ ⎯⎯→ C6H5Br + HBr;
г) C6H6 + Br2 ⎯⎯
д) 2 C6H5-CН2OH + 2 Na → 2 C6H5-CН2ONa+ H2 .
9. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения:
Pt
циклопропан → 1-бромпропан →… ⎯⎯
→ …→ толуол → бензойная кислота.
to
В уравнениях должны быть указаны условия проведения реакций, все участники процессов в
явном виде и расставлены коэффициенты.
Ответ.
C3H6 (циклопропан) + HBr → CH3CH2CH2Br;
2 CH3CH2CH2Br + 2 Na → CH3CH2CH2CH2CH2CH3 + 2 NaBr;
Cr2 O3 /Al2 O3
CH3CH2CH2CH2CH2CH3 ⎯⎯⎯⎯⎯
→ C6H6 + 4 Н2;
450 −500o C
AlCl3
C6H6 + CH3Cl ⎯⎯
⎯→ C6H5CH3 + HCl;
5 C6H5CH3 + 6 KMnO4 + 9 H2SO4 → 5 C6H5COOH + 3 K2SO4 + 6 MnSO4 + 14 H2O.
10. Калиевую соль гомолога фенола обработали концентрированной хлороводородной
кислотой. Органический слой массой 97,6 г отделили. Массовая доля хлорида калия в
растворе массой 298 г составила 20,0 %. Определите возможное строение гомолога фенола,
если известно, что при его обработке бромной водой образуется монобромпроизводное.
Решение. Масса хлорида калия в растворе равна: m(KCl)=298·0,2=59,6 г или 59,6:74,5=0,8
моль.
Молярная масса гомолога фенола составит М(гомолога)=97,6:0,8= 122 г/моль.
Поскольку при обработке бромной водой получается монобромпроизводное – гомолог
фенола – 2,4-диметилфенол. Уравнения реакций:
(CH3)2C6H3OK + HCl → (CH3)2C6H3OH + KCl;
HOH
(CH3)2C6H3OH + Br2 ⎯⎯
⎯→ (CH3)2C6H2BrOH + HBr.
Ответ: 2,4-диметилфенол.
10
Вариант №4
1. Напишите известные Вам уравнения химических реакций, с помощью которых в
химической лаборатории можно получить оксид углерода (IV).
Ответ. Прямой синтез из элементов, окисление оксида углерода (II) кислородом; действие
минеральных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты, реакции обмена, сопровождающиеся
гидролизом, термическое разложение карбонатов, гидрокарбонатов и основных карбонатов,
окисление органических веществ:
o
t
⎯⎯
→ CO2;
to
2 CO + O2 ⎯⎯
→ 2 CO2 ;
C + O2
NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2↑ + H2O;
Na2CO3 + 2 HCl = 2 NaCl + CO2↑ + H2O;
2 AlCl3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O = 2 Al(OH)3 + 6 NaCl + 3 CO2;
2 CuCl2 + 2 Na2CO3 + H2O = Cu2(OH)2CO3↓ + 4 NaCl + CO2↑;
o
t
⎯⎯
→ CaO + CO2↑;
to
Ca(HCO3)2 ⎯⎯
→ CaCO3 + CO2↑ + H2O;
to
Cu2(OH)2CO3 ⎯⎯
→ 2 CuO + CO2↑ + H2O;
o
t
CH4 + 2 O2 ⎯⎯
→ CO2↑ + 2 H2O.
CaCO3
2. Напишите уравнения химических реакций:
а) РСl3 + 5 NaОН(избыток) → Na2HPO3 + 3 NaCl + 2 H2O;
б) Na3[Cr(ОН)6] + 6 HСl(избыток) → 3 NaCl + CrCl3 + 6 H2O;
o
t
⎯⎯
→ SiO2 + 2 H2O ;
KOH
г) 2 KI + 2 KMnO4 ⎯⎯⎯
→ I2↓ + 2 K2MnO4;
o
t
д) (NH4)2Cr2O7 ⎯⎯
→ N2↑ + Cr2O3 + 4 H2O.
в) SiH4 + 2 O2
3. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения (с указанием
условий их проведения):
Fe → … → Fe(OН)2 → Fe(ОН)3 → Fe2О3 → Fe.
Ответ.
Fe + 2 HCl = FeCl2 + H2↑;
FeCl2 + 2 KOH = Fe(OH)2↓ + 2 KCl;
4 Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O = 4 Fe(OH)3;
o
t
⎯⎯
→ Fe2O3 + 3 H2O;
to
Fe2O3 + 2 Al ⎯⎯
→ 2 Fe + Al2O3.
2 Fe(OH)3
4. Определите, какие химические реакции могут протекать между веществами: Al, Si, KOH,
NaHCO3, H2SO4, Cu(NO3)2. Напишите уравнения этих реакций с указанием условий их
проведения. Реакции могут протекать как при сплавлении, так и в водном растворе.
Решение. Реакции, которые могут протекать между веществами:
to
4 Al + 3 Si ⎯⎯
→ Al4Si3;
о
,сплавление
2 Al + 6 КOH ⎯t⎯
⎯⎯
⎯→ 2 K3AlO3 + 3 H2↑;
11
В растворе: 2 Al + 6 KOH + 6 H2O = 2 K3[Al(OH)6] + 3 H2↑;
2 Al + 3 H2SO4 (разб.) = Al2(SO4)3 + 3 H2↑;
2 Al + 3 Cu(NO3)2 = 3 Cu↓ + 2 Al(NO3)3;
to
2 Al + 6 H2SO4 (конц.) ⎯⎯
→ Al2(SO4)3 + 3 SO2↑ + 6 H2O;
t о ,сплавление
Si + 4 KOH ⎯⎯ ⎯ ⎯
⎯→ K4SiO4 + 2 H2↑;
Si + 2 KOH + H2O = K2SiO3 + 2 H2↑;
2 NaHCO3 + 2 KOH = Na2CO3 + K2CO3 + 2 H2O;
2 NaHCO3 + H2SO4 = Na2SO4 + 2 CO2↑ + 2 H2O;
Cu(NO3)2 + H2SO4(конц.) = CuSO4 + 2 HNO3;
Cu(NO3)2 + 2 KOH = Cu(OH)2↓ + 2 KNO3.
5. В химической лаборатории в склянках без этикеток имеются кристаллические соли –
нитраты алюминия, серебра и калия. Каким образом, не используя другие химические
реактивы, определить содержимое этих склянок? Напишите уравнения химических реакций.
Ответ. Кристаллические соли различным образом ведут себя при нагревании: нитрат
алюминия разлагается с образованием оксида металла, при нагревании нитрата серебра
образуется серебро, а нитрат калия переходит в нитрит:
to
4 Al(NO3)3 ⎯⎯
→ 2 Al2O3 + 12 NO2↑ + 3 O2↑;
to
→ 2 Ag + 2 NO2↑ + O2↑;
2 AgNO3 ⎯⎯
to
2 KNO3 ⎯⎯
→ 2 KNO2 + O2↑.
6. 7,98 л оксида углерода (IV) (объем измерен при 303К и давлении 75,75 кПа) растворили в
364,75 мл 5 мас. % раствора едкого кали (плотность 1,044 г/мл). Определите состав (в
масс.%) полученного раствора.
Решение. По уравнению Менделеева-Клапейрона находим количество вещества оксида
углерода (IV):
pV
75,75 ⋅ 7,98
. n(СО2) =
pV = nRT; n =
= 0,24 моль. Масса газа равна 0,24·44=10,56 г.
8,31 ⋅ 303
RT
Масса раствора щелочи равна 364,75·1,044=380,8 г. Масса КOH равна 380,8·0,05=19,04 г.
Количество вещества КOH составляет 19,04:56=0,34 моль. Для образования в растворе
только К2СO3 требуется 0,24·2=0,48 моль КОН. Таким образом, в растворе образуется смесь
солей КHСO3 и К2СO3. Запишем уравнения реакций:
СO2 + КOH = КHСO3;
СO2 + 2 КOH = К2СO3 + H2O.
Пусть в растворе образуется х моль КНСO3. Тогда количество вещества К2СO3 составит
0,24–х.
Количество вещества израсходованной щелочи на образование двух солей будет равно:
х + 2(0,24–х)=0,34 моль.
Отсюда находим х=0,14 моль. В растворе образуется 0,14 моль КHСO3 и 0,24–0,14=0,1 моль
К2СO3.
М(КНСO3)=100 г/моль; масса гидрокарбоната равна 14,0 г. М(К2СO3)=138 г/моль; масса
карбоната составит 0,1·138=13,8 г. Масса раствора равна 380,8+10,56=391,36 г.
Массовые доли солей в полученном растворе окажутся равными:
КHСO3 – 14,0:391,36= 0,0358 или 3,58 %.
К2СO3 – 13,8:391,36= 0,0353 или 3,53 %.
Массовая доля воды в растворе равна 100-3,58-3,53==0,9289 или 92,89%.
Ответ: 3,58 мас. % КHСO3, 3,53 мас. % К2СO3; 92,89% воды.
12
7. 11,2 л (н.у.) смеси метана и метиламина прореагировали с 69,6 мл 10 мас.% раствора
хлороводородной кислоты (плотность кислоты равна 1,0489 г/мл). Рассчитайте массовую
долю метана (в %) в исходной смеси.
Решение. Масса раствора кислоты равна 69,6·1,0489=73,0 г. Масса кислоты равна
73,0·0,1=7,3 г. Количество кислоты 7,3:36,5=0,2 моль. Метиламина в смеси – 0,2 моль или
31·0,2=6,2 г. Количество моль смеси 11,2:22,4= 0,5 моль. Метана: 0,5–0,2=0,3 моль или 4,8 г.
Масса смеси равна 6,2+4,8=11,0 г. Массовая доля метана в смеси составит 4,8:11,0=0,4364
или 43,64 %. Ответ. 43,64 мас. % метана.
8. Дополните левую часть уравнений реакции, укажите условия их проведения и расставьте
коэффициенты.
Ответ.
450o C
⎯−⎯
⎯→ С2H6 + Na2CO3;
а) С2H5СOONa + NaOH(твердый) ⎯350
б) HCHO + 4 [Ag(NH3)2]OH → 4 Ag + 6 NH3 + 2 H2O + (NH4)2CO3;
H 2 SO4
в) C6H6 + HNO3 ⎯⎯
⎯→ C6H5NO2 + H2O;
o
г) Br-CH2-CH(Br)-CH3 + 2 KOH ⎯t⎯,спирт
⎯
⎯→ CH≡C-CH3 + 2 KBr + 2 H2O;
to
д) C2H5СООC2H5 + NaOH ⎯⎯→ C2H5СООNa + C2H5ОH.
9. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения:
ацетилен→ … → пропин → пропен → … → циклопропан
В уравнениях должны быть указаны условия проведения реакций, все участники процессов в
явном виде и расставлены коэффициенты.
Ответ.
NH 3
C2H2 + NaNH2 ⎯⎯
⎯→ CH≡CNa + NH3;
CH≡CNa + CH3Cl → CH≡C-CH3 + NaCl;
CH≡C-CH3 + H2
o
Pd,t
⎯⎯⎯
→ CH2=CH-CH3;
BaSO 4
o
500 C
CH2=CH-CH3 + Cl2 ⎯450
⎯−⎯
⎯→ CH2=CH-CH2Cl + HCl;
ROOR
CH2=CH-CH2Cl + HBr ⎯⎯⎯→ Br-CH2-CH2-CH2-Cl;
2 Br-CH2-CH2-CH2-Cl + 2 Zn → 2 C3H6(циклопропан) + ZnBr2 + ZnCl2.
10. 5,92 г смеси двух изомерных предельных одноатомных спиртов, с массовой долей
кислорода в них равной 21,62 %, пропустили над раскаленной медной сеткой. Продукты
окисления обработали при нагревании избытком аммиачного раствора оксида серебра. Масса
выпавшего при этом осадка составила 17,28 г. Определите строение исходных спиртов.
Решение. Уравнения реакций:
to
RCH2OH ⎯Cu,
⎯⎯
→ RCHO + H2;
RCHO + 2 [Ag(NH3)2]OH → RCOONH4 + 3 NH3 + 2 Ag + H2O.
Молярная масса спирта М(спирта)= 16:0,2162= 74,0 г/моль. Количество вещества спиртов
составит ν(спирта)=5,92:74= 0,08. Количество вещества полученного серебра равно
ν(Ag)=17,28/108=0,16 моль.
Отношение ν(спирта)/ν(Ag)=1:2. Таким образом, исходные спириты – первичные: бутанол и
изобутанол.
Ответ: С4Н9ОН – бутанол и изобутанол.
13
10 класс
Вариант №1
Написать уравнения реакций, соответствующих следующим последовательностям
химических превращений:
1. Si → … →SiH4 → SiО2 → H2SiО3;
2. Cu → ….→ Cu(OH)2 → Cu(NO3)2 → Cu2(OH)2CO3;
3. Метан → ацетилен → … → фенол → 2,4,6-трибромфенол.
Каждый этап может быть осуществлен в одну или несколько стадий. Указать условия
осуществления процессов.
Ответ.
1.
to
Si + 2 Сa ⎯⎯
→ Ca2Si;
Ca2Si + 4 HCl = 2 CaCl2 + SiH4↑;
to
→ SiO2 + 2 H2O;
SiH4 + 2 O2 ⎯⎯
SiO2 + 2 KOH = K2SiO3 + H2O;
K2SiO3 + 2 HCl = H2SiO3↓ + 2 KCl.
to
2.
→ CuCl2;
Cu + Cl2 ⎯⎯
CuCl2 + 2 NaOH = Cu(OH)2↓ + 2 NaCl;
Cu(OH)2 + 2 HNO3 = Cu(NO3)2 + 2 H2O;
2 Cu(NO3)2 + 2 Na2CO3 + H2O = Cu2(OH)2CO3↓ + 4 NaNO3 + CO2↑.
3.
2 CH4 ⎯⎯⎯→ C2H2 + 3 H2;
1500oC
C
,t o
(активир.)
3 C2H2 ⎯⎯⎯⎯
→ C6H6;
FeBr3
C6H6 + Br2 ⎯⎯⎯
→ C6H5Br + HBr;
H 2O , P ,t o
C6H5Br + NaOH ⎯⎯
⎯
⎯→ C6H5ONa + NaBr;
C6H5ONa + HCl → C6H5OH + NaCl;
C6H5OH + 3 Br2 (вода) → 2,4,6-C6H2Br3OH↓ + 3 HBr.
4. В пробирке без этикетки находится неизвестное органическое вещество. Напишите
уравнения химических реакций, с помощью которых можно доказать, что неизвестным
веществом является фенол.
Ответ. Фенол взаимодействует с натрием, со щелочью и с бромной водой:
2 C6H5OH + 2 Na → 2 C6H5ONa + H2↑;
C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O;
C6H5OH + 3 Br2 (вода) → C6H2Br3OH (2,4,6-трибромфенол) + 3 HBr.
Фенол вступает также в реакцию поликонденсации с формальдегидом, образуя
фенолформальдегидные смолы.
5. Неизвестное органическое вещество реагирует с металлическим натрием, с едким натрием
и с содой. Напишите уравнения этих реакций, если известно, что это вещество кроме
углерода содержит 4,92 мас.% водорода и 26,23 мас.% кислорода.
Решение: Массовая доля углерода в веществе: 100–4,92–26,23=68,85%. СхНуОz.
x:y:z=68,85/12 : 4,92/1 : 26,23/16 = 5,7375:4,92:1,6394. Или приводя к целым числам получаем
С:Н:О=7:6:2. Соединение – С6Н5СООН – бензойная кислота. Реакции:
2 С6Н5СООН + 2 Na → 2 С6Н5СООNa + H2;
С6Н5СООН + NaOH → С6Н5СООNa + H2O;
2 С6Н5СООН + Na2CO3 → 2 С6Н5СООNa + H2O + CO2.
14
6. При сгорании 8,5 г углеводорода, плотность которого по кислороду равна 2,125, получено
14,0 л (н.у.) углекислого газа и 9,0 г воды. Определите формулу углеводорода и нарисуйте
возможные графические формулы его изомеров.
Решение.
Молярная масса углеводорода равна 2,125·32=68 г/моль. Обозначим углеводород СхНу.
Схема реакции сгорания углеводорода:
to
СхНу + О2 ⎯⎯
→ х СО2 + у/2 Н2О.
Количество вещества сгоревшего углеводорода равно 8,5:68=0,125 моль. Количество
полученного углекислого газа составляет 14:22,4=0,625 моль. Отсюда находим
х=0,625:0,125=5.
Количество полученной воды равно 9,0:18=0,5 моль; у/2=0,5:0,125=4; у=8.
Ответ: С5Н8; пентин-1, пентин-2, циклопентен, 1,3-пентадиен.
7. Определите, какие химические реакции могут протекать между веществами: Ca, Si, NaOH,
NaHCO3, HNO3. Напишите уравнения этих реакций с указанием условий их проведения.
Решение. Реакции, которые могут протекать между веществами:
to
2 Ca + Si ⎯⎯
→ Ca2Si;
4 Ca + 10 HNO3(разб.) = 4 Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3 H2O;
t o ( сплавление )
Si + 4 NaOH ⎯⎯⎯⎯⎯
→ Na4SiO4 + 2 H2↑;
Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2↑;
NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O;
NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O;
NaHCO3 + HNO3 = NaNO3 + CO2 + H2O.
8. Определите, какие из ниже приведенных солей KNO2, KNO3, K2S, K3PO4, K2SO3
подвергаются гидролизу в водных растворах. Напишите уравнения гидролиза этих солей в
ионной и молекулярной формах.
Ответ. Из приведенных солей гидролизу подвергаются: KNO2, K2S, K3PO4, K2SO3 .
1. KNO2 + H2O ↔ HNO2 + KOH.
NO2─ + HOH ↔ HNO2 + OH─.
Гидролиз солей K2S, K3PO4, K2SO3 протекает ступенчато (по стадиям):
2. K2S + H2O ↔ KHS + KOH.
S2─ + HOH ↔ HS─ + OH─.
KHS + H2O ↔ H2S + KOH.
HS─ + HOH ↔ H2S + OH─.
3. K3PO4 + H2O ↔ K2HPO4 + KOH.
PO43─ + HOH ↔ HPO42─ + OH─.
K2HPO4 + H2O ↔ KH2PO4 + KOH.
HPO42─ + HOH ↔ H2PO4─ + OH─.
KH2PO4 + H2O ↔ H3PO4 + KOH.
H2PO4─ + HOH ↔ H3PO4 + OH─.
4. K2SO3 + H2O ↔ KHSO3 + KOH.
SO32─ + HOH ↔ HSO3─ + OH─.
KHSO3 + H2O ↔ H2SO3 + KOH.
HSO3─ + HOH ↔ H2SO3 + OH─.
15
9. Для растворения 17,7 г смеси порошкообразных железа и цинка потребовалось 227,8 мл
12,0 мас.% серной кислоты, плотность раствора которой равна 1,0755 г/см3. Определите,
сколько литров хлора (н.у.) понадобится для полного хлорирования исходной смеси этих
металлов.
Решение. Уравнения химических реакций взаимодействия металлов с кислотой:
Fe + Н2SO4 = FeSO4 + H2;
Zn + Н2SO4 = ZnSO4 + H2.
Масса раствора серной кислоты равна 227,8·1,0755=245,0 г. Масса кислоты в этом
растворе составит 245·0,12=29,4 г. Количество вещества кислоты равно 29,4:98=0,3 моль.
Столько же моль металлов в исходной смеси.
Массу железа обозначим х. Цинка в смеси 17,7–х. Составляем уравнение:
х/56 + (17,7–х)/65=0,3 моль.
Решаем уравнение и получаем массу железа х=11,2 г. Количество вещества железа равно
11,2:56=0,2 моль. Масса цинка составит 17,7–11,2=6,5 г. Количество вещества цинка
составит 6,5:65=0,1 моль. Реакции взаимодействия металлов с хлором:
Fe + 3/2 Cl2 = FeCl3.
Zn + Cl2 = ZnCl2,
Количество вещества хлора на взаимодействие с цинком равно 0,1 моль, с железом –
0,2·3:2=0,3 моль. Всего потребуется 0,1+0,3=0,4 моль хлора или 0,4·22,4=8,96 л (н.у.).
Ответ: 8,96 л С12.
10. 2,66 л оксида серы (IV) (объем измерен при 298К и давлении 74,5 кПа) растворили в 157
мл 2,0 мас. % раствора едкого натра (плотность 1,0191 г/мл). Определите состав (в массовых
%) полученного раствора.
Решение.
По уравнению Менделеева-Клапейрона находим количество вещества оксида серы (IV):
pV
74,5 ⋅ 2,66
. n(SO2) =
pV = nRT; n =
= 0,08 моль. Масса газа равна 0,08·64=5,12 г.
8,31 ⋅ 298
RT
Масса раствора щелочи равна 157·1,0191=160 г. Масса NaOH равна 160·0,02=3,2 г.
Количество вещества NaOH составляет 3,2:40=0,08. Уравнение реакции: SO2 + NaOH =
NaHSO3.
Таким образом в растворе образуется 0,08 моль NaHSO3. М(NaHSO3)=104 г/моль.
m(NaHSO3)=0,08·104=8,32 г. Масса раствора составит 160+5,12=165,12 г. Массовая доля
соли в растворе равна 8,32:165,12=0,0504 или 5,04 %.
Ответ: 5,04 мас. % NaHSO3; 94,96 мас. % воды.
16
Вариант №2
Написать уравнения реакций, соответствующих следующим последовательностям
химических превращений:
1. KCl → … → KClO3 → KClO4 → Cl2 .
2. А12O3 → … → Al(OH)3 →K3AlО3 → А12О3.
3. Гексан → бензол → … → анилин →2,4,6-триброманилин.
Каждый этап может быть осуществлен в одну или несколько стадий. Указать условия
осуществления процессов.
электролиз _ раствора
1.
2 KCl + 2 H2O ⎯⎯
⎯ ⎯ ⎯ ⎯⎯→ 2 KOH + Cl2↑ + H2↑;
to
3 Cl2 + 6 KOH ⎯⎯
→ 5 KCl + KClO3 + 3 H2O;
to
4 KClO3 ⎯⎯
→ KCl + 3 KClO4;
to
2.
KClO4 ⎯⎯
→ KCl + 2 O2;
электролиз _ расплава
2 KCl ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯⎯→ 2 K+ Cl2↑.
А12O3 + 6 HCl = 2 AlCl3 + 3 H2O;
AlCl3 + 3 NaOH = Al(OH)3↓ + 3 NaCl;
Al(OH)3 + 3 KOH ⎯сплавление
⎯ ⎯⎯→ K3AlО3 + 3 H2O;
K3AlО3 + 6 HCl = 3 KCl + AlCl3;
AlCl3 + 3 NaOH = Al(OH)3↓ + 3 NaCl;
to
→ Al2O3 + 3 H2O.
2 Al(OH)3 ⎯⎯
3.
Pt,1500oC
C6H14 ⎯⎯⎯⎯
→ C6H6 + 4 H2;
H 2 SO4
C6H6 + HNO3 ⎯⎯
⎯→ C6H5NO2 + H2O;
C6H5NO2 + 3 Zn + 7 HCl → [C6H5NH3]+Cl─ + 3 ZnCl2 +2 H2O;
[C6H5NH3]+Cl─ + NaOH → C6H5NH2 + NaCl + H2O;
C6H5NH2 + 3 Br2 (вода) → 2,4,6-C6H2Br3NH2 + 3 HBr.
4. В пробирке без этикетки находится неизвестное органическое вещество. Напишите
уравнения химических реакций, с помощью которых можно доказать, что неизвестным
веществом является муравьиная кислота.
Ответ. Как кислота НСООН реагирует с металлами и со щелочами:
2 НСООН + 2 Na → 2 HCOONa + H2↑;
НСООН + NaOH → 2 HCOONa + H2O.
Как альдегид НСООН вступает в реакцию серебряного зеркала:
HCOOH + 2 [Ag(NH3)2]OH → (NH4)2CO3 + 2 Ag + 2 NH3 + H2O.
5. Плотность смеси этана и ацетилена по кислороду равна 0,8625. Рассчитайте мольную
долю ацетилена в этой смеси. Рассчитайте, сколько граммов этаналя может быть получено из
ацетилена, содержащегося в 33,12 г этой смеси, если выход реакции Кучерова составляет
75%.
Решение. Молярная масса смеси М=32·0,8625=27,6 г/моль. Обозначим мольную долю С2Н2
за Х. Тогда можно записать:
26Х+30(1-Х)=27,6.
Решая это уравнение, находим: 4Х=2,4. Х=0,6. Значит в смеси 60 % С2Н2.
Количество вещества (n) в 33,12 г смеси равно n=33,12/27,6=1,2 моль; ацетилена 1,2·0,6= 0,72
моль. Уравнение реакции Кучерова:
НC≡CH + H2O
2+
Hg
⎯⎯⎯
→ СН3СНО.
H+
Этаналя получается с учетом процента выхода – 0,72·0,75=0,54 моль или 0,54·44= 23,76 г.
17
Ответ: 60% С2Н2, 23,76 г СН3СНО.
6. При обработке 16,7 г смеси фенола и предельного одноатомного спирта избытком
щелочного металла выделяется 2,8 л (н.у.) газа, при обработке того же количества смеси
избытком бромной воды выпадает 16,55 г осадка. Установить формулу спирта и его
массовую долю в исходной смеси (в %).
Решение. В результате действия бромной воды выпадает осадок 2,4,6-трибромфенола.
Количество вещества этого соединения равно 16,55:331=0,05 моль. Значит в смеси
содержится 0,05 моль фенола или 0,05·94=4,7 г. Масса спирта в смеси равна 16,7-4,7=12,0 г.
При взаимодействии со щелочным металлом выделилось водорода 2,8:22,4=0,125 моль.
Поскольку для выделения 1 моль водорода из спирта и фенола требуется 2 моль этих
веществ, значит исходная смесь содержит их в количестве, равном 0,25 моль.
Количество вещества спирта окажется равным 0,25-0,05= 0,2 моль. Молярная масса спирта
равна 12,0:0,2=60 г/моль. Искомый спирт – C3H7OH. Массовая доля спирта 12/16,7=0,7186
или 71,86 %
Ответ: 71,86 мас.% C3H7OH.
7. Определите, какие химические реакции могут протекать между веществами: Al, S, NaOH,
Fe3O4, H2SO4. Напишите уравнения этих реакций с указанием условий их проведения.
Решение. Реакции, которые могут протекать между веществами:
to
2 Al + 3 S ⎯⎯
→ Al2S3;
о
,сплавление
2 Al + 6 NaOH ⎯t⎯
⎯⎯
⎯→ 2 Na3AlO3 + 3 H2↑;
В растворе: 2 Al + 6 NaOH + 6 H2O = 2 Na3[Al(OH)6] + 3 H2↑;
о
,сплавление
8 Al + 3 Fe3O4 ⎯t⎯
⎯⎯
⎯→ 9 Fe + 4 Al2O3;
2 Al + 3 H2SO4 (разб.) = Al2(SO4)3 + 3 H2↑;
to
→ 2 K2S + K2SO3 + 3 H2O;
3 S + 6 KOH ⎯⎯
to
S + 2 H2SO4(конц.) ⎯⎯
→ 3 SO2 + 2 H2O;
2 NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2 H2O;
NaOH + H2SO4 (конц.)= NaНSO4 + H2O;
Fe3O4 + 4 H2SO4(разб.) = FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4 H2O;
2 Fe3O4 + 10 H2SO4(конц.) = 3 Fe2(SO4)3 + SO2 + 10 H2O;
8. Определите, какие из ниже приведенных солей Na2S, CuSO4, K2HPO4, CsNO3, NH4Cl
подвергаются гидролизу в водных растворах. Напишите уравнения гидролиза этих солей в
ионной и молекулярной формах.
Ответ. Из приведенных солей гидролизу подвергаются: Na2S, CuSO4, K2HPO4, NH4Cl.
1. Хлорид аммония гидролизуется в одну стадию:
NH4Cl + H2O ↔ NH4OH + HCl;
NH4+ + HOH ↔ NH4OH + H+.
Гидролиз солей Na2S, CuSO4, K2HPO4 протекает ступенчато (по стадиям):
2. Na2S + H2O ↔ NaHS + NaOH.
S2─ + HOH ↔ HS─ + OH─.
NaHS + H2O ↔ H2S + NaOH.
HS─ + HOH ↔ H2S + OH─.
3. 2 CuSO4 + 2 H2O ↔ (CuOH)2SO4 + H2SO4.
Cu2+ + HOH ↔ CuOH+ + H+.
(CuOH)2SO4 + 2 H2O ↔ 2 Cu(OH)2 + H2SO4.
CuOH+ + HOH ↔ Cu(OH)2 + H+.
4. K2HPO4 + H2O ↔ KH2PO4 + KOH.
HPO42─ + HOH ↔ H2PO4─ + OH─.
18
KH2PO4 + H2O ↔ H3PO4 + KOH.
H2PO4─ + HOH ↔ H3PO4 + OH─.
9. 7,98 л аммиака (объем измерен при 303К и давлении 75,75 кПа) растворили в 289 мл 4,0
мас. % раствора ортофосфорной кислоты (плотность 1,0173 г/мл). Определите состав (в
массовых %) полученного раствора.
Решение. По уравнению Менделеева-Клапейрона находим количество вещества аммиака:
pV
75,75 ⋅ 7,98
. n(NH3) =
pV = nRT; n =
= 0,24 моль. Масса газа равна 0,24·17=4,08 г.
8,31 ⋅ 303
RT
Масса раствора кислоты равна 289·1,0173=294 г. Масса Н3РО4 равна 294·0,04=11,76 г.
Количество вещества кислоты составляет 11,76:98=0,12 моль. Реакция: 2 NH3 + H3PO4 =
(NH4)2HPO4.
В растворе образуется 0,12 моль (NH4)2HPO4. М[(NH4)2HРO4]=132 г/моль.
m(NH4HРO4)=0,12·132=15,84 г. Масса раствора составит 294+4,08=298,08. Массовая доля
соли в растворе равна 15,84:298,08=0,0531 или 5,31 %. Ответ: 5,31 мас. % (NH4)2HРO4,
94,69 мас. % воды.
10. После прокаливания на воздухе смеси гидрокарбоната и карбоната натрия оказалось, что
масса этой смеси уменьшилась в 1,25 раза. Определите массовую долю гидрокарбоната
натрия (в %) в исходной смеси.
Решение. При прокаливании разлагается только гидрокарбонат натрия:
to
2 NaHCO3 ⎯⎯
→ Na2CO3 + CO2↑ + H2O↑.
Если взять 100 г смеси, то после прокаливания останется 80 г карбоната натрия и выделится
20 г смеси воды и углекислого газа в количестве 20:(44+18)=0,3226 моль. С учетом
уравнения реакции термическому разложению подверглось в 2 раза больше соли, т.е. 0,6452
моль NaHCO3. Масса этой соли равна 0,6452·84=54,20 г.
Ответ: 54,2 % NaHCO3.
19
9 класс
Вариант №1
1. Напишите электронные формулы атомов алюминия и серы. Определите степени
окисления атома серы в следующих соединениях: А12S3, А12(SO4)3, Na2SO3, Na2S2O3, S8.
Ответ. Al: 1s22s22p63s23p1. S: 1s22s22p63s23p4. Степени окисления соединений: А12S3,
А12(SO4)3, Na2SO3, Na2S2O3, S8 соответственно: -2, +6, +4, +2, 0.
2. Определите, какие из приведенных оксидов: NО, N2О, N2O3, NO2, N2O5 являются
кислотными. Напишите уравнения химических реакций, иллюстрирующих кислотные
свойства этих оксидов.
Ответ. N2O3 и N2O5. Реакции с основными оксидами и основаниями, а также с водой:
N2O3 + СаО = Ca(NO2)2;
N2O5 + 2 KOH = 2 KNO3 + H2O;
N2O5 + H2O = 2 HNO3.
Формально кислотные свойства проявляет оксид азота (IV), о чем свидетельствует его
взаимодействие со щелочью:
2 NO2 + 2 KOH = KNO3 + KNO2 + H2O;
3. Расположите следующие вещества: LiCl, BeCl2, BCl3, MgCl2, NaCl в порядке увеличения
степени ионности химической связи в их молекулах. Дайте краткие пояснения.
Ответ. BCl3, BeCl2, MgCl2, LiCl, NaCl. Электроотрицательность химических элементов
уменьшается в подгруппах сверху вниз и увеличивается слева направо. Степень ионности
химической связи увеличивается с возрастанием разности электроотрицательности
элементов в молекуле.
4. Определите, с какими из приведенных веществ будет реагировать железо: S, Cl2, Al2O3,
Mg(OH)2, HCl, Cu(NO3)2. Напишите уравнения возможных химических реакций.
Ответ. S, Cl2 и Cu(NO3)2.
to
→ FeS;
Fe + S ⎯⎯
to
2 Fe + 3 Cl2 ⎯⎯
→ 2 FeCl3;
Fe + 2 HCl = FeCl2 + H2;
Fe + Cu(NO3)2 = Cu + Fe(NO3)2.
5. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения (с указанием
условий их проведения):
Ca → CaCl2 → … →CaO → … →Ca(HCO3)2.
Ответ.
Ca + 2 HCl = CaCl2 + H2;
CaCl2 + 2 KOH = Ca(OH)2↓ + 2 KCl;
to
→ CaO + H2O;
Ca(OH)2 ⎯⎯
CaO + CO2 = CaCO3;
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2.
6. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения (с указанием
условий их проведения):
P → … → H3PO4 → Na2HPO4 → Ca3(PO4)2 → P.
20
Ответ.
to
→ 2 Р2O5;
4 P + 5 O2 (избыток) ⎯⎯
to
Р2O5 + 3 H2O ⎯⎯
→ 2 H3РO4;
H3РO4 + 2 NaOH = Na2HPO4 + 2 H2O;
2 Na2HPO4 + 3 CaCl2 = Ca3(PO4)2↓ + 4 NaCl + 2 HCl.
to
Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 + 5 C ⎯⎯
→ 2 P + 3 CaSiO3 + 5 CO.
7. Приведите примеры (не менее пяти) соединений, степень окисления элементов в которых
не совпадает с их валентностью. Нарисуйте графические формулы этих соединений.
Ответ. Степень окисления не совпадает с валентностью у углерода в некоторых его
соединениях, у фосфора в некоторых кислородных кислотах, а также у некоторых
соединений серы. Так в молекуле формальдегида НСНО степень окисления атома углерода
равна нулю, а валентность – IV. В муравьиной кислоте НСООН степень окисления атома
углерода равна +2, а валентность – IV.
В кислородных кислотах фосфора Н3РО2, Н3РО3 и Н3РО4 валентность фосфора равна пяти, а
степени окисления, соответственно, +1, +3 и +5. Таким образом, лишь в ортофосфорной
кислоте степень окисления совпадает с валентностью фосфора.
В молекуле тиосерной кислоты Н2S2О3 степень окисления атома серы равна +2. А в этой
молекуле один атом серы двухвалентен, а второй – шестивалентен.
8. Укажите, какие из приведенных веществ: Cl2, KCl, KClO3, K3PO4, KMnO4 проявляют
окислительные свойства, приведите примеры окислительно-восстановительных реакций с
использованием этих веществ.
Ответ. Cl2, KClO3 и KMnO4. Уравнения возможных реакций:
to
→ ZnCl2;
Zn + Cl2 ⎯⎯
2 KI + Cl2 = 2 KCl + I2;
12 P + 10 KClO3 = 3 P4O10 + 10 KCl;
3 Mg + KClO3 = 3 MgO + KCl;
10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 8 H2SO4 = 5 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2 MnSO4 + 8 H2O;
10 Al + 6 KMnO4 + 24 H2SO4 = 5 Al2(SO4)3 + 3 K2SO4 + 6 MnSO4 + 24 H2O;
9. Содержащее водород неизвестное неорганическое вещество содержит 35,0 мас. % азота и
60,0 мас. % кислорода. Определите молекулярную формулу этого вещества. Каким образом
это вещество разлагается при нагревании в зависимости от условий. Напишите уравнения
протекающих при этом химических реакций.
Решение.
NxOyНz . x:y:z=35/14:60/16:5/1=1:1,5:2=2:3:4. NН4NO3. Уравнения реакций:
250oC
Медленное нагревание: NН4NO3 ⎯⎯⎯
→ N2O + 2 H2O;
400oC
Быстрое нагревание: NН4NO3 ⎯⎯⎯
→ N2 + ½ O2 + 2 H2O.
Ответ. NН4NO3 .
21
10. 50,0 г CuSO4·5Н2О растворили в 200 мл воды. Определите массовую долю сульфата меди
в полученном растворе. Сколько г 16 мас.% раствора NaOH потребуется для осаждения всей
меди из полученного раствора?
Решение.
Количество вещества CuSO4·5Н2О равно 50:250=0,2 моль. В растворе 0,2 моль CuSO4, т.е.
0,2·160=32 г. Масса раствора равна 50+200=250 г. Массовая доля CuSO4 составит
32:250=0,128 или 12,8 %.
Уравнение реакции:
CuSO4 + 2 NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4;
На взаимодействие со щелочью потребуется 0,4 моль NaOH или 0,4·40=16 г. Масса 16 %
раствора будет равна 16:0,16=100 г.
Ответ. 12,8%, 100 г 16% раствора NaOH.
22
Вариант №2
1. Напишите электронные формулы атомов кальция и фосфора. Определите степени
окисления атома фосфора в следующих соединениях: РН3, Н3РO4, Н3РO2, Mg2P2O7, Р4.
Ответ. Ca: 1s22s22p63s23p64s2. P: 1s22s22p63s23p3. Степени окисления соединений: РН3, Н3РO4,
Н3РO2, Mg2P2O7, Р4 соответственно: -3, +5, +1, +5, 0.
2. Определите, какие из приведенных оксидов: Li2O, MgО, Al2О3, SiO2, FeO являются
основными. Напишите уравнения химических реакций, иллюстрирующих основные свойства
этих оксидов.
Ответ. Li2O, MgО, FeO. Реакции с кислотами и кислотными оксидами. Оксид лития
взаимодействует еще и с водой с образованием основания:
MgО + SO3 = MgSO4;
FeO + 2 HCl = FeCl2 + H2O;
Li2O + H2O = 2 LiOH.
3. Расположите следующие вещества: Cl2, NaCl, PCl3, CaCl2, MgCl2 в порядке увеличения
степени ковалентности химической связи в их молекулах. Дайте краткие пояснения.
Ответ. NaCl, CaCl2, MgCl2, PCl3, Cl2. Электроотрицательность химических элементов
уменьшается в подгруппах сверху вниз и увеличивается слева направо. Степень
ковалентности
химической
связи
увеличивается
с
уменьшением
разности
электроотрицательности элементов в молекуле.
4. Определите, с какими из приведенных веществ будет реагировать сера: Al, O2, NaOH, HCl,
H2SO4. Напишите уравнения возможных химических реакций.
Ответ. Al, O2, NaOH, H2SO4.
to
→ Al2S3;
3 S + 2 Al ⎯⎯
to
S + O2 ⎯⎯
→ SO2;
to
→ 2 Na2S + Na2SO3 + 3 H2O;
3 S + 6 NaOH ⎯⎯
to
→ 3 SO2 + 2 H2O;
S + 2 H2SO4(конц.) ⎯⎯
5. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения (с указанием
условий их проведения):
Fe → FeCl2 → FeCl3 → … → Fe2O3 → Fe.
Ответ.
Fe + 2 HCl = FeCl2 + H2;
2 FeCl2 + Cl2 = 2 FeCl3;
FeCl3 + 3 KOH = Fe(OH)3↓ + 3 KCl;
to
2 Fe(OH)3 ⎯⎯
→ Fe2O3 + 3 H2O;
to
→ 2 Fe + Al2O3;
Fe2O3 + 2 Al ⎯⎯
6. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения (с указанием
условий их проведения):
H2S → S → … → H2SO4 → SO2 → S.
Ответ.
to
2 H2S + O2 (недостаток) ⎯⎯
→ 2 S + 2 H2O;
23
to
S + O2 ⎯⎯
→ SО2;
V O ,t o
2 5
2SО2 + O2 ⎯⎯⎯→
2 SО3;
SO3 + H2O = H2SO4;
S + 6 HNO3 (конц.) = H2SO4 + 6 NO2 + 2 H2O;
to
→ CuSO4 + SO2 + 2 H2O;
Cu + 2 H2SO4 (конц.) ⎯⎯
SO2 + 2 H2S = 3 S + 2 H2O.
7. Приведите примеры (не менее пяти) соединений, валентность элементов в которых
превышает номер группы, в которых расположены эти элементы.
Ответ. Элементы побочной подгруппы I группы (подгруппы меди) образуют соединения, в
которых их валентность превышает номер группы. Примеры – соединения двухвалентной
меди и серебра (последние неустойчивы) и трехвалентного золота: CuO, Cu(OH)2, CuSO4,
AgF2, HAuO2, AuCl3.
8. Укажите, какие из приведенных веществ: KNO3, KI, MgCl2, FeCl2, CO проявляют
восстановительные свойства, приведите примеры окислительно-восстановительных реакций
с использованием этих веществ.
Ответ. KI, FeCl2, CO. Уравнения возможных реакций:
2 KI + Cl2 = 2 KCl + I2;
2 KI + H2O2 = I2 + 2 KOH
2 FeCl2 + Cl2 = 2 FeCl3;
6 FeCl2 + K2Cr2O7 + 14 HCl = 6 FeCl3 + 2 CrCl3 + 2 KCl + 7 H2O;
to
2 CO + O2 ⎯⎯
→ 2 CO2;
to
→ 2 Fe + 3 CO2;
3 СO + Fe2O3 ⎯⎯
9. Содержащее кислород неизвестное неорганическое вещество содержит 28,98 мас. % хлора
и 31,84 мас. % калия. Определите молекулярную формулу этого вещества. Каким образом
это вещество разлагается при нагревании в зависимости от условий. Напишите уравнения
протекающих при этом химических реакций.
Решение.
KxClyOz; x:y:z=31,84/39:28,98/35,5:39,18/16=0,82:0,82:2,45=1:1:3. КСlO3. Уравнения реакций:
MnO ,t o
2
→ 2 KCl + 3 O2;
2 KClO3 ⎯⎯⎯⎯
to
4 KClO3 ⎯⎯
→ KCl + 3 KClO4.
Ответ. КСlO3.
10. В результате термического обезвоживания кристаллогидрата сульфата натрия убыль
массы составила 55,9 %. Определите состав кристаллогидрата. Какова массовая доля Na2SO4
в растворе, полученном при растворении 161 г кристаллогидрата в 239 мл воды?
Решение. Если взять 100 г кристаллогидрата, то при его обезвоживании выделяется 55,9 г
воды и остается 44,1 г безводного сульфата натрия. Определяем количество вещества
безводной соли (n1) и воды (n2):
n1 = 44,1:142 = 0,31 моль; n2 = 55,9:18 = 3,1 моль.
Таким образом, в кристаллогидрате на одну молекулу соли приходится 10 молекул воды:
Na2SO4·10 H2O.
Количество вещества кристаллогидрата равно: n=161:322=0,5 моль. Такое же количество
сульфата натрия растворено в 239 мл воды. Масса безводной соли равна 142·0,5=71 г. Масса
раствора составит 161+239=400 г. Массовая доля сульфата натрия окажется равной
71:400=0,1775 или 17,75 %.