Олимпиады по химии 8 класс

1. По одной из версий причина смерти Наполеона Бонапарта — отравление мышьяком. Источником мышьяка, по мнению ученых, служили обои в спальне его дома на острове Святой Елены. В те времена в качестве пигмента при производстве обоев часто использовали зелень Шееле — гидроарсенит меди — CuHAsO₃. В резиденции Наполеона 0,3 г такого пигмента содержалось на 1 м² обоев. В условиях теплого влажного климата острова обои поражались плесневыми грибками, которые переводили мышьяк, содержащийся в краске, в летучее соединение — триметиларсин As(CH₃). Рассчитайте максимально возможную массу образующегося триметиларсина, предположив, что в него перешел весь мышьяк, содержащийся в краске обоев спальни, высота потолка 3 м (размером окон и дверей пренебречь). Если принять, что весь триметиларсин равномерно выделялся в течение 5 лет, рассчитайте, за какое время без проветривания в спальне Бонапарта концентрация токсичного вещества достигала предельно допустимого значения (ПДК — предельно допустимая концентрация — составляет 0,1 мг мышьяка на 1 м3 воздуха).

Решение:

1. Находим площадь обоев: S = (3 + 5) · 2 · 3 = 48 м2

2. Находим массу гидроарсенита меди в краске на 48 м2 обоев:

m(CuHAsO3) = 48 · 0,3 = 14,4 г

3. Находим количество гидроарсенита меди:

nCuHAsO3 = 14,4 г / 188 г/моль ≈ 0,077 моль

4. Находим количество и массу триметиларсина:

n(As(CH3)3) = n(CuHAsO3) = 0,077 моль

m(As(CH3)3) = 0,077 моль · 120 г/моль ≈ 9,2 г

5. Находим массу мышьяка:

m(As) = 0,077 моль · 75 г/моль ≈ 5,78 г

6.Принимая равномерность выделения триметиларсина в течение 5 лет, рассчитаем массу

 мышьяка, который попадал в воздух спальни каждые сутки:

m(As) = 5,78 г / 5 · 365 суток ≈ 3 мг/сутки

7. Находим объем воздуха в спальне:

V = 5 · 3 · 3 = 45 м3

8. Рассчитаем концентрацию мышьяка, накапливающегося в воздухе за 1 сутки:

 3 мг/сутки / 45 м3 ≈ 0,067 мг/сутки·м3

9. Учитывая, что ПДК составляет 0,1 мг мышьяка на 1 м3 воздуха, рассчитаем время:

t = 0,1 мг/м3 / 0,067 мг/сутки·м3 ≈ 1,5 суток. Таким образом, если не проветривать (или плохо проветривать) помещение спальни более 1,5 суток, концентрация токсичных соединений мышьяка в воздухе превысит предельно допустимое значение.

2. В названии одного из «Уральских сказов» русского писателя П.П. Бажова упоминается известный минерал зеленого цвета. Вспомните название этого поделочного камня и установите его химическую формулу, зная, что при нагревании 1 моль вещества, из которого он состоит, образуется 2 моль оксида меди (II), 1 моль углекислого газа и 1 моль воды.

Решение:

Варианты записи могут быть любыми, например:

 СuxCyHzOk → 2CuO + CO2 + H2O

 Сu2CH2O5 → 2CuO + CO2 + H2O

 (CuOH)2CO3 — малахит

3. Морская вода содержит большое количество солей, что делает ее непригодной для утоления жажды. Как добыть пресную воду из морской выжившему в кораблекрушении и попавшему на необитаемый остров моряку (считайте, что простейшая утварь была выброшена на этот же остров)? Опишите порядок действий и современное название каждого действия.

Решение:

Как возможный вариант, морскую воду можно длительное время кипятить, поглощать пары воды пористым материалом (тканью или морскими губками), затем пропитанный пресной водой материал отжать. Современное название действий: выпаривание, адсорбция, десорбция.

4.Какую массу 5% раствора сульфата натрия и какую массу кристаллогидрата сульфата натрия (Na2SO4·10H2O) следует взять для приготовления 14 г раствора с массовой долей сульфата натрия 11%?

Решение

Составим уравнение баланса сульфата натрия

m(Na2SO4)в 1p + m(Na2SO4)в кр. = m(Na2SO4)в 2р

 Преобразуем уравнение

m1p · w(Na2SO4)в 1p + mкр. · w(Na2SO4)в кр. = m2p · w(Na2SO4)в 2p

 Рассчитаем массовую долю сульфата натрия в кристаллогидрате

w(Na2SO4)в кр. = 142 / 322 = 0,44

 Обозначим массу первого раствора за х. Тогда масса кристаллогидрата будет равна mкр. = 14 – х

 Приведенное выше уравнение будет выглядеть следующим образом:

х · 0,05 + (14 – х) 0,44 = 14 · 0,11

 Из уравнения следует:

х = 11,85; 14 – х = 2,15

Ответ: m1p = 11,85 г; mкр. = 2,15 г.

5. Каждый из трех одинаковых (по массе и по объёму) сосудов наполнен одним из газов: водород, гелий и неизвестный газ X. Массы этих сосудов, заполненных указанными газами: 45,7 г, 45,9 г и 48,7 г. Какой будет масса такого сосуда, заполненного воздухом? Что представляет собой газ X? Как экспериментально можно проверить Ваше решение в отношении X?

Решение

1. Сосуды имеют одинаковый объем, следовательно, содержат одинаковые количества газов. Пусть количество газообразных веществ равно x.

2. Наименьшая масса (45,7 г) соответствует сосуду, заполненному водородом, масса 45,9 г — гелием.

3. Пусть масса сосуда m г,

4. Масса сосуда без газа — 45,5 г

5. Количество газа в сосуде — 0,1 моль

6. Масса сосуда, заполненного воздухом:

 45,5 + 29 · 0,1 = 48,4 г

7. Масса газа X:

 48,7 – 45,5 = 3,2 г

8. Молярная масса газа X:

M(X) = 3,2 / 0,1 = 32 г/моль

9. Очевидно, газ X — кислород

10. Для экспериментальной проверки следует провести качественную на кислород — внести в сосуд с газом тлеющую лучинку. Если газ X — кислород, лучинка вспыхивает.