Учебное пособие: Решение задач на уроках химии

Задача 10. Предложите способ разделения смеси железных опилок, порошкообразной серы, оксида меди (II) и оксида цинка. Все эти вещества должны после разделения находится в том же химическом соединении в котором они присутствуют в смеси. Напишите уравнения используемых реакций. Предложите вариант разделения используя только химические процессы.

Задача 11. Смесь водорода и аммиака пропустили через нагретую трубку с избытком оксида меди (II) массой 107,33 г. Объем собранного газа после трубки составил 5,6 л (н.у.). Содержимое трубки перемешали и разделили на 2 равные части. Первую часть нагрели в атмосфере кислорода и ее масса увеличилась на 6,8 г. Вторую часть полностью растворили в 2 л 20% азотной кислоты (плотность 1,19 г/см3). Найти состав исходной газовой смеси в объемных процентах и массовую долю нитрата меди в полученном растворе.

Ответы на олимпиадные задачи по химии

Задача 1. Обозначим молекулярную массу бинарного соединения за М. Если молекула оксида содержит n атомов кислорода, то молекула кислоты имеет n+2 атомов кислорода, а ее молекулярная масса равна М+36. Решаем систему уравнений: 16n/M=0,47 и 16(n+2)/(M+36)=0,615 относительно n и М. Получаем М=68, n=2. Следовательно формула имеет вид Э_x O₂ и 1 моль оксида содержит 68-16*2=36 г второго элемента. Далее проверяем все полученные значения x:

при x=1 атомная масса элемента равна 36, что близко к Cl, но оксид ClO2 получается из HClO3 с отщеплением всего 1/2 молекулы воды на молекулу кислоты и еще с выделением кислорода, что не соотвествует условиям задачи;

при x=2 атомная масса элемента равна 16, что соотвествует кислороду, но O3 не является бинарным соединением;

при x=3 атомная масса элемента равна 12, что соответствует оксиду C3O2, образующемуся из малоновой кислоты CH2(COOH)2 с отщеплением 2 молекул воды и имеет линейное строение, что соответствует условиям; при x=4 атомная масса элемента равна 9, что соотвествует бериллию, но оксид Be4O2 не существует;

при x=5 атомная масса элемента равна 7,2, что близко к атомной массе лития, но при значениях x>4 значение валентности элемента становится меньше 1, что невозможжно.

Следовательно формула оксида C3O2. Его структура O=C=C=C=O; получают его дегидратацией малоновой кислоты.

Задача 2. По плотности паров по воздуху вычисляем молекулярную массу соединения Mr=3,19*29=92,5. Согласно условиям задачи у нас хлорированный предельный углеводород, т.е. имеет формулу C_n H_2n+2-x Cl_x . Следовательно, молекулярная масса будет рассчитыватся по формуле Mr=12n+1(2n+2-x)+35,5x=92,5. Легко заметить, что дробная часть молекулярной массы существует только при нечетных значениях x. При x=3 35,5*3=106,5, что больше молекулярной массы, следовательно x=1. Отсюда вычисляем n: 12n+2n+2-1=92,5-35,5, откуда n=4 и формула вещества C4H9Cl. Вещество с такой формулой имеет 5 изомеров (у 2-хлорбутана 2 оптических изомера).

Задача 3. В зависимости от объемных соотношений реагирующих веществ могут протекать 2 реакции:

2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2 (1)

2H2S + O2 → 2H2O + 2S (2)

Если отношение H2S/O2=2/3, то протекает реакция (1) и начальное давление уменьшается на 20%; если отношение H2S/O2=2/1, то протекает реакция (2) и начальное давление уменьшается на 33,3%. По условиям задачи давление уменьшилось на 28,6%, то есть обе реакции протекают одновременно. Пусть x - количество моль взятого сероводорода и образовавшейся воды, y - количество моль взятого кислорода, z - количество моль диоксида серы, a - количество моль серы. Тогда получаем: a+z=x и 0,5a+1,5z=y, откуда высчитываем z=y-0,5x. При постоянных температуре и объеме (по условиям задачи) давление пропорционально количеству молей газообразных веществ. Откуда получаем уравнение 1: p/(1-0,286)p=(x+y)/(x+y-0,5x), где p - давление смеси. После введения 2,5 моль кислорода (80/32 г/моль) вся сера сгорела (т.к. в конечной смеси остался кислород). В этом случае взаимодействием x моль сероводорода с 1,5x моль кислорода образуется x моль паров воды и x моль двуокиси серы. После реакции в сосуде содержатся 2x+y+2,5-1,5x=y+0,5x+2,5 моль газов. Из чего составляем уравнение 2: p/1,43p=(x+y)/(y+0,5x+2,5). После решения системы уравнений 1 и 2 получаем x=2 моль, y=1,5 моль. Соответственно объемные доли: H2S=2/3,5=0,57, O2=1,5/3,5=0,43, т.е. в исходной смеси было 57 об% сероводорода и 43 об% кислорода.

Задача 4. Количество реактивов - 1. Это водный раствор гидрокарбоната кальция. Уравнения реакций:

Ca(HCO3)2 + H2SO4 → CaSO4 (осадок) + 2CO2 (выделение газа) + 2H2O

Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2 (выделение газа) + 2H2O

Ca(HCO3)2 + Na2SO4 → CaSO4 (осадок) + 2NaHCO3

Ca(HCO3)2 + 2NaCl → CaCl2 + 2NaHCO3

Задача 5. Заряд катиона равен +3, аниона -4. Мочевина электронейтральна, ион CN^- имеет заряд -1, поэтому в катионе хром имеет степень окисления +3, а в анионе +2. Остальные степени окисления - обычные.

Схема реакции:

[Cr(CO(NH2)2)6]4[Cr(CN)6]3 + KMnO4 + H2SO4 → K2Cr2O7 + KNO3 + CO2 + K2SO4 + MnSO4 + H2O

По способу электронного баланса:

4Cr⁺³ - 12e^- → 4Cr⁺⁶

48N^-3 - 384e^- → 48N⁺⁵

3Cr⁺² - 12e^- → 3Cr⁺⁶

18C⁺² - 36e^- → 18C⁺⁴

18N^-3 - 144e^- → 18N⁺⁵

Mn⁺⁷ + 5e^- → Mn⁺²

В реакции отдается 588 электронов и принимается 5 электронов. Еще следует полученные коэффициенты умножить на 2, чтоб получить четное число атомов хрома (для дихромат-иона). Окончательное уравнение: