Олимпиада по химии 9– 10 класс
Олимпиада по химии 9– 10 класс
Задача 1
Ниже представлена таблица, описывающая взаимодействие растворов бинарных солей калия и элементов X1, X2, X3и X4, расположенных в одной группе периодической таблицы, с растворами нитратов серебра, свинца и ртути.
| AgNO3 | Pb(NO3)2 | Hg(NO3)2 | |
| KX1 | ↓жёлтый осадок | ↓жёлтый осадок | ↓красно-оранжевый осадок |
| KX2 | ↓белый осадок | ↓белый осадок | изменений нет |
| KX3 | изменений нет | ↓белый осадок | изменений нет |
| KX4 | ↓светло-жёлтый осадок | ↓светло-жёлтый осадок | ↓белый осадок |
Вопросы:
1. Определите соли элементов X1, X2, X3и X4.
2. Напишите уравнения взаимодействия бинарных солей элементов X1, X2, X3и X4 с нитратами серебра, свинца и ртути. В уравнениях обязательно укажите вещество, выпадающее в осадок.
3. Напишите уравнения взаимодействия твёрдых бинарных солей калия элементов X1, X2, X3и X4с концентрированной серной кислотой.
4. При взаимодействии смеси сухих солей LiX2, NaX2 и KX2 массой 5,85 г с концентрированной серной кислотой образовалось 12,0 г гидросульфатов. Определите объём (при 30 °С и 130 кПа) газа, который может выделится.
Задача 2
Однажды химик Юра Б. , разбирая в своей лаборатории старый заброшенный сейф, обнаружил в нём неподписанную банку с белым кристаллическим веществом (соль X), окрашивающим пламя в фиолетовый цвет.
«Что же там?» – подумал Юра.
И, взяв с соседней полки концентрированную серную кислоту, прилил её к навеске соли массой 7,35 г (реакция 1). При этом он наблюдал выделение бурого газа с удушающим запахом (газ A) с плотностью по водороду 33,75.
«Налью-ка я туда чего-нибудь другого», – решил Юра и добавил к аликвоте соли этой же массы концентрированную соляную кислоту (реакция 2). Каково было удивление химика, когда он обнаружил выделение жёлто-зелёного газа (газ B). Плотность газовой смеси по водороду составляла 35,5.
«Как опасно!», – воскликнул Юра и осторожно прибавил к навеске данной соли немного концентрированного раствора щавелевой кислоты (реакция 3). При этом он наблюдал бурное выделение из раствора смеси газов A и С (плотность смеси по водороду 29,83).
«Теперь мне всё ясно, надо её подальше убрать, а то мало ли что может случиться», – твёрдо сказал химик и спрятал банку с солью подальше в сейф.
Результаты опытов сведены в таблицу.
| Реакция | Мольное соотношение газов | Плотность газовой смеси по водороду | Объём раствора KOH (ρ = 1,092 г/мл, ω = 10 %), пошедший на полное поглощение газовой смеси (t = 40 °C) | ||
| A | B | C | |||
| 1 | 1 | – | – | 33,75 | 20,51 мл |
| 2 | – | 1 | – | 35,50 | 184,62 мл |
| 3 | 2 | – | 1 | 29,83 | 61,53 мл |
Вопросы:
1. Расшифруйте формулы газов А, B, C. Ответ подтвердите расчётами.
2. Напишите уравнения реакций поглощения газов А, В, С раствором KOH.
3. Какую соль обнаружил Юра у себя в сейфе? Приведите необходимые расчёты.
4. Напишите уравнения реакций 1–3.
5. Напишите уравнения разложения соли X при 400 °C в присутствии катализатора (MnO2) и без него.
6. Объясните, чего опасался Юра? Где применяется соль X? Дайте её тривиальное название.
Решения
Задача 1 (автор – Антонов А. А. )
1. Нитрат свинца и нитрат серебра являются качественными реагентами на галогены. При этом фторид серебра является растворимым. Значит, зашифрованные элементы являются галогенами. Фторид серебра, как указано выше, является растворимым, значит KX3 – KF. Белый осадок при взаимодействии с нитратом серебра образуют хлориды, значит KX2 – KCl. Самыми интенсивно окрашенными являются йодиды серебра и свинца, тогда KX1 – KI, а KX4 – KBr.
KX1 – KI, KX2 – KCl, KX3 – KF, KX4 – KBr.
2.
| AgNO3 | Pb(NO3)2 | Hg(NO3)2 | |
| KI | AgNO3 + KI → → AgI↓ + KNO3 |
Pb(NO3)2 + 2KI → → PbI2↓ + 2KNO3 |
Hg(NO3)2 + 2KI → → HgI2↓ + 2KNO3 |
| KCl | AgNO3 + KCl →→AgCl↓ + KNO3 | Pb(NO3)2 + 2KCl → → PbCl2↓ + 2KNO3 |
─ |
| KF | ─ | Pb(NO3)2 + 2KF → → PbF2↓ + 2KNO3 |
─ |
| KBr | AgNO3 + KBr →→AgBr↓ + KNO3 | Pb(NO3)2 + 2KBr → → PbBr2↓ + 2KNO3 |
Hg(NO3)2 + 2KBr → →HgBr2↓ + 2KNO3 |
3. KX1: 2KI + 3H2SO4 → 2KHSO4 + I2 + SO2 + 2H2O или
6KI + 7H2SO4 → 6KHSO4 + 3I2 + S + 4H2O или
8KI + 9H2SO4 → 8KHSO4 + 4I2 + H2S + 4H2O
KX2: KCl + H2SO4 → KHSO4 + HCl↑
KX3: KF + H2SO4 → KHSO4 + HF
KX4: KBr + H2SO4 → KHSO4 + HBr↑ или
2KBr + 3H2SO4 → 2KHSO4 + Br2 + SO2 + 2H2O
Во всех случаях будет образовываться кислая соль, так как используется концентрированная серная кислота, т. е. имеется значительный избыток кислоты.
4. Запишем уравнения всех реакций:
LiCl + H2SO4 → LiHSO4 + HCl↑
NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl↑
KCl + H2SO4 → KHSO4 + HCl↑
Пусть во взаимодействия вступило x моль серной кислоты, тогда в результате выделилось x моль хлороводорода. Масса реакционной смеси до взаимодействия 5,85 + 98x, а после взаимодействия 12 + 36,5x. По закону сохранения массы
5,85 + 98x = 12 + 36,5x,
откуда x = 0,1 моль. Значит V = νRT/p = 0,1∙8,31∙303:130 = 1,94 л
Система оценивания:
1. По 1 баллу за верное определение каждого вещества (элемента) 4 балла. Примечание для проверяющих: если угадана группа (т. е. что зашифрованы галогены), но в неправильном порядке, то не более 1 балла за данный пункт.
2. 9 уравнений по 1 баллу. 9 баллов.
3. 4 уравнения по 1 баллу. 4 балла
Примечание для проверяющих: в реакции с бромом и йодом засчитывать любую одну реакцию. Если вместо гидросульфатов указаны сульфаты, то 0,5 балла за реакцию.
4. По 0,5 балла за уравнения с хлоридами лития и натрия. За расчёт числа молей 1,5 балла.
За расчёт объёма 0,5 баллов. всего 3 балла.
ИТОГО: 20 баллов
Задача 2 (автор – Куриленко К. А. )
1. Рассчитываем молярную массу газа В
(г/моль),
учитывая, что этот газ получен при взаимодействии соли Xc соляной кислотой, им может быть хлор. B – Cl2.
Рассчитаем молярную массу газа А.
(г/моль)
Исходя из дробной молярной массы A, его бурой окраски и удушающего запаха, можно предположить, что данный газ содержит хлор, тогда на оставшиеся элементы приходится 67,5 – 35,5 = 32 г/моль. Это соответствует 2 атомам кислорода, тогда возможная формула A– ClO2.
Зная молярную массу A и мольное соотношение, можно определить газ С.
г/моль. Газом с такой молярной массой, выделяющимся из раствора щавелевой кислоты, может быть лишь CO2. C – CO2.
A– ClO2
B – Cl2
C – CO2.
2. Уравнения реакций взаимодействия газов со щёлочью в соответствии с условием задачи:
2ClO2 + 2KOH = KClO2 + KClO3 + H2O (1)
3Cl2 + 6KOH = KClO3 + 5KCl + 3H2O (2)
Cl2 + 2KOH = KCl + KOCl + H2O (2а)
CO2 + 2KOH = K2CO3 + H2O (3)
3. По окраске пламени и выделении двуокиси хлора при взаимодействии соли X с концентрированной H2SO4 можно судить о наличии в её составе калия и хлора. По реакции 1 рассчитаем молярную массу X.
, по уравнению реакции
Составим таблицу
| Соотношение ν(X) : ν(ClO2) |
M(X) | X |
| 1:1 | – | |
| 2:1 | – | |
| 3:2 | KClO3 | |
| 1:2 | – |
Из таблицы видно, что единственной солью с данной молярной массой, в которой присутствуют хлор и калий, может являться хлорат калия.
X– KClO3
4. Уравнения взаимодействия KClO3c кислотами.
3KClO3 + 3H2SO4 → 3KHSO4 + HClO4 + 2ClO2 + H2O
KClO3 + 6HCl → KCl + 3Cl2 + 3H2O
2KClO3 + H2C2O4 → K2CO3 + CO2 + 2ClO2 + H2O
5. Разложение KClO3 начинается уже при 400 °C. Так, в присутствии катализатора (MnO2 и др. ) разложение преимущественно идёт по следующей реакции:
2KClO3 → 2KCl + 3O2
В отсутствие катализатора образуются хлорид и перхлорат калия:
4KClO3 → 3KClO4 + KCl
6) Тривиальное название соли X – бертолетова соль. Она применяется в спичечном производстве, при изготовлении взрывчатых веществ и сигнальных ракет. Смеси этой соли с восстановителями (серой, фосфором и др. ) легко взрываются от удара (видимо, это вызвало опасения Юры, и он аккуратно убрал банку с бертолетовой солью глубоко в сейф).
Система оценивания:
1. 3 газа + 3 расчёта = 3∙2 балла + 3∙0,5 балла 7,5 баллов
2. 3 уравнения по 1 баллу 3 балла
3. соль + расчёт = 2 балла + 0,5 балла 2,5 балла
4. 3 уравнения по 1 баллу 3 балла
5. 2 уравнения по 1 баллу 2 балла
6. Объяснение опасений Юры + применение 2∙0,5 балла
+ название 1 балл 2 балла
ИТОГО 20 баллов
Т. В. Брусова, МБОУ " Судогодская СОШ №2", Судогда, Владимирская область
Метки: Химия