Олимпиады по химии 9 класс

1. В 100 г насыщенного при комнатной температуре раствора известковой воды содержится всего 0, 16 г самой гашеной извести. Плотность такого раствора практически не отличается от  плотности чистой воды.

1. Рассчитайте для 300 г этого раствора:

а) количество ионов кальция (в штуках);

б) молярную концентрацию гидроксид-ионов;

в) массу углекислого газа, которую он может поглотить с образованием максимального количества осадка;

г) минимальный объём углекислого газа (н. у.), который следует пропустить через этот раствор, чтобы выпадающий вначале осадок полностью растворился. Напишите уравнения реакций.

2. С какими простыми веществами из перечисленного списка реагирует известковая вода: с фтором, хлором, иодом, кислородом, серой, алюминием, железом? Если реагирует, напишите уравнение реакций с указанием условий, если нет – обязательно укажите, что не реагирует.

2. По названиям перечисленных соединений напишите их формулы, после чего составьте уравнения следующих реакций (для реакций, протекающих в водных растворах – в молекулярной и сокращённой ионной формах):

            1. диоксида марганца с иодоводородной кислотой;

            2. водного раствора бромата цинка с избытком водного раствора гидроксида цезия;

            3. водного раствора перхлората хрома (III) с водным раствором карбоната рубидия;

            4. водного раствора дигидрофосфата кальция с водным раствором гидроксида натрия;

            5. водного раствора хлорноватой кислоты с карбонатом калия;

            6. водного раствора сульфата железа (II) с водным раствором сульфида натрия;

            7. порошка бора с фтором;

            8. гидроксида лития с оксидом хлора (VII).

3. Петя и Вася увидели в кабинете химии очень красивые кристаллы медного купороса (CuSO₄*5Н ₂О) и захотели сами вырастить такие же. Заглянув в справочник, они прочитали, что растворимость сульфата меди при комнатной температуре составляет 20, 7 г в 100 г воды. Петя прибежал домой, попросил у мамы припасенный для дачи пакет с купоросом и приступил к эксперименту. Взвесив 207 г порошка купороса, он растворил его в 1 л воды, подвесил в раствор на ниточке маленький кристаллик и стал ждать. Увы, уже на следующее утро он увидел, что его эксперимент закончился полной неудачей…

В отличие от Пети, Вася догадался, что цифры в справочнике приведены в расчете на безводную соль. Уточнив у папы методику получения безводного сульфата меди, он взял 300 г медного купороса и, поколдовав часок на кухне, избавился от кристаллизационной воды. Потратив еще пару минут на нехитрые расчеты, он растворил всю полученную безводную соль  в нужном количестве воды и уже через неделю водил друзей домой, с гордостью показывая симпатичный кристаллик, растущий в растворе не по дням, а по часам.

            1. Рассчитайте концентрацию (масс. %) сульфата меди в насыщенном при комнатной температуре растворе. А какая концентрация получилась в растворе у Пети? Как Вы думаете, по каким признакам Петя увидел крах своего эксперимента?

            2. Какую массу безводного сульфата меди получил Вася и как он удалил кристаллизационную воду из своего медного купороса (назовите способ)? Сколько мл воды он взял для приготовления насыщенного раствора? Теперь Вы легко посчитаете, сколько потребовалось взять медного купороса.

            3. Давайте все же попробуем помочь Пете. Посчитайте, какую навеску медного купороса надо добавить к его раствору, чтобы раствор получился насыщенным, и он все-таки смог вырастить красивый кристалл.

            4. Знаете ли Вы, какой цвет имеют кристаллы медного купороса, и какой цвет у безводного сульфата меди? А зачем нужен медный купорос на даче?

4. Термитная смесь (термит) – порошкообразная смесь алюминия с оксидами различных металлов (обычно железа). При воспламенении горит с выделением большого количества тепла (температура горения 2300-2700 °С) и применяется для сварки рельсов и при отливке крупных деталей. Ещё эту реакцию используют в промышленности для получения ряда металлов из их оксидов.

            1. Как называется этот метод получения металлов? Назовите еще 3 металла (кроме железа), которые можно получить этим способом, напишите уравнения реакций.

            2. Стандартные теплоты образования Fe₂O₃ и Al₂O₃ составляют 811, 97 кДж/моль и 1669, 79 кДж/моль соответственно. Рассчитайте тепловой эффект реакции горения железного термита.

            3. Оцените минимальные массы навесок Al и Fe₂O₃, которые нужно взять, чтобы выделившегося тепла хватило для плавления 1 кг железного рельса. Теплота плавления железа 13, 8 кДж/моль, можно принять, что вся энергия, выделяющаяся в реакции, тратится только на плавление рельса.

            4. Предложите химический способ разделения смеси, полученный в результате сгорания железного термита.

1. Имеется смесь оксидов кремния, цинка и меди (II). Предложите способ выделения каждого компонента смеси. Запишите уравнения химических реакций. 

Решение:

На смесь действуют сильной кислотой:

CuO + 2H⁺ = Cu²⁺ + H2O

 ZnO + 2H⁺ = Zn²⁺ + H2O

 Отделяют осадок оксида кремния. К растворам солей меди (II) и цинка приливают избыток раствора щелочи, кипятят полученную смесь. Выпавший осадок гидроксида меди (II) разлагается:

 Cu2+ + 2ОН– = Cu(ОН)₂↓

 Zn²⁺ + 4ОН^– = [Zn(ОН)₄]^2–

 Cu(ОН)₂ = CuO + H2O

 Отфильтровывают осадок оксида меди (II), фильтрат нейтрализуют кислотой, выпадает осадок гидроксида цинка. При прокаливании осадка образуется оксид цинка.

 [Zn(ОН)₄]^2– + 2Н+ = Zn(ОН)₂ + 2H₂O

 Zn(ОН)₂ = ZnO + H₂O

2. Металл А в свободном виде был выделен в 1808 г. английским ученым-химиком Г. Дэви. Неметалл В был открыт в 1826 г. французским химиком А.Ж. Баларом. Эти два элемента образуют соединение, в котором массовое отношение элемента А к элементу В равно 1:4. Установите элементы А и В, а также формулу образуемого ими бинарного соединения.

Решение:

Требованию задачи отвечают элементы кальций (Аr = 40) и бром (Аr = 80). Они образуют соединение СаВr2, в котором отношение масс элементов равно 1:4.

3. Юный химик получил от учителя четыре склянки без этикеток, содержащие растворы гидроксида калия, хлорида цинка, хлорида бария и сульфида калия. Концентрация веществ в каждом из выданных растворов составляла 0,1 моль/л. Как, не используя дополнительные реактивы и имея в своем распоряжении только фенолфталеиновую бумагу (бумагу, пропитанную спиртовым раствором фенолфталеина), определить содержимое склянок? Предложите последовательность действий юного химика. Запишите уравнения происходящих реакций.

Решение:

Фенолфталеин принимает малиновую окраску в щелочной среде. Окраска появляется в растворах гидроксида калия и сульфида калия: К2S + НОН  КНS + КОН. Определяем, в какой склянке находятся гидроксид калия и сульфид калия. Приливаем к пробам растворов, в которых окраска фенолфталеина не изменилась, содержимое одной из склянок. Если выпадает белый осадок, не растворяющийся в избытке раствора реактива – это раствор сульфида калия, а анализируемый раствор содержит хлорид цинка. К2S + ZnCl2 = ZnS↓ + 2КCl. Если выпадает студенистый осадок, растворимый в избытке реактива, то приливаемый раствор содержит гидроксид калия, а анализируемый раствор содержит хлорид цинка.

2КОН + ZnCl₂ = Zn(ОН)₂↓ + 2КСl

Zn(ОН)₂↓ + 2КОН = К₂[Zn(OH)₄] или

Zn(ОН)₂↓ + 2КОН = К₂ZnО₂ + 2Н₂О.

В склянке, к пробам которой при приливании растворов К2S и КОН видимых изменений не происходит, содержится хлорид бария.

4. К 265 г раствора нитрата свинца (II) с массовой долей соли 15% добавили цинковые опилки. Через некоторое время массовая доля нитрата свинца (II) в растворе стала равна 12,6 %. Вычислите массу выделившегося свинца.

Решение:

Уравнение реакции:

            Pb(NO₃)₂ + Zn = Zn(NO₃)₂ + Pb

 Пусть выделится х моль свинца, тогда в раствор перейдет х моль цинка.

            Масса нитрата свинца (II) в исходном растворе 265 · 0,15 = 39,75 г.

            Масса нитрата свинца (II) после реакции 39,75 – х · М(Pb(NO3)2) = 39,75 – 331х.

            Масса раствора после реакции: 265 – 207х + х · 65 = 265 – 142х.

По условию задачи в полученном растворе массовая доля Pb(NO₃)₂ равна 12,6% или 0,126. Получаем уравнение:

            (39,75 – 331x) / (265 – 142x) = 0,126

 Решая уравнение, получаем х ≈ 0,02 моль.

 Масса свинца равна 4,14 г.

5. В первую мировую войну, как боевое отравляющее вещество, использовался фосген — жидкость с температурой кипения +8°С. Он содержит С — 12%, О — 16% и Cl — 72% по массе. Фосген легко дезактивируется (теряет свои отравляющие свойства) при взаимодействии с водой, раствором щелочи, аммиаком и легко разрушается при контакте с нагретым оксидом меди (II). Определите формулу фосгена и запишите уравнения его взаимодействия с водой, гидроксидом натрия, аммиаком и оксидом меди (II).

Решение:

В 100 г вещества фосгена содержится следующие количества моль атомов:

n(С) = 12/12 = 1 моль; n(О) = 16/16 = 1 моль; n(Cl) = 72/35,5 ≈ 2 моль.

Следовательно, формула вещества фосгена СОСl2.

СОСl₂ + Н₂О = 2НСl + СО₂

СОСl₂ + 4NaOH = Na₂CO₃ + 2NaCl + 2H₂O

СОСl₂ + 4NH₃ = NH₂–CO–NH₂ + 2NH₄Cl