LXII Московская городская олимпиада школьников по химии

Задания 9 класса

9-1. Напишите 5-6 уравнений реакций получения селената рубидия Rb₂SeO₄ из различных исходных веществ, относящихся к разным классам. Для каждой реакции укажите условия, при которых она идет до конца.

9-2. Рабочая пчела приносит за один вылет в улей до 40 мг цветочного нектара, содержащего 9% глюкозы C₆H₁₂O₆  и 12,5% сахарозы C₁₂H₂₂O₁₁ . Сколько молекул глюкозы и сколько молекул сахарозы может принести пчела в улей за один вылет?

9-3. Из приведенного списка  выберите три пары веществ, из которых в лаборатории можно получить водород в результате химической реакции:

 K, Cd, Fe, Cu, Al, Si, HNO₃(20%), HCl (20%), H₂O, NaOH (20%), H₃PO₄ (20%), H₂O₂ (20%).

В трех выбранных Вами парах ни одно вещество не должно повторяться.

Для каждой пары:

1) Напишите уравнения реакции, укажите условия

2) Укажите возможные примеси в водороде и способы очистки от них.

3) Какая пара веществ самая удобная для получения водорода в лаборатории и почему?

9-4. Вещество А, представляющее собой бесцветные кристаллы массой m г (при н.у.), добавили к некоторому количеству 10%-ной соляной кислоты. После добавления А массовая доля кислоты стала равна 5%.

К полученному 5%-ному раствору соляной кислоты затем добавили гидроксид натрия до полной нейтрализации. После выпаривания нейтрального раствора и высушивания остатка получен единственный продукт, представляющий 16,03 г хлорида натрия.

1) Что представляет собой вещество А? Определите его состав и массу.

2) Приведите второе решение данной задачи, соответствующее ее условию.

3) Существует ли третье решение данной задачи?

9-5. Для полного сжигания некоторого количества угля потребовалось 1,12 л озонированного кислорода (смесь кислорода с озоном). При этом получено 1,288 л углекислого газа (единственный продукт). Объемы газов даны при 57⁰С и 1 атм.

      1) Сколько % озона (по объему) содержится в кислороде? Напишите уравнения реакций.

      2) Вместо углерода для сжигания использовали серу. Возможно ли строгое решение задачи в этом случае? Дайте обоснованный ответ.

9-6. Для первых жидкостных реактивных двигателей использовали в качестве горючего этиловый спирт C₂H₆O , в качестве окислителя - 100%-ную азотную кислоту. Продуктами реакции между горючим и окислителем были углекислый газ, вода и азот.

      1) Напишите уравнение реакции горения описанного ракетного топлива.

      2) Какой объем газов образуется при 1092⁰С и 1 атм при сжигании 10 кг топлива, состоящего из спирта и азотной кислоты, взятых точно в соотношении, соответствующем уравнению реакции?

Решения

9-1. Например:  

Rb₂O + SeO₃ = Rb₂SeO₄        очень осторожно, при охлаждении 

Rb₂O + H₂SeO₄ = Rb₂SeO₄ + H₂O    очень осторожно, при охлаждении

2 RbOH + SeO₃ = Rb₂SeO₄ + H₂O   очень осторожно, при охлаждении

2 RbOH + H₂SeO₄ = Rb₂SeO₄ + 2 H₂O       осторожно, при охлаждении

RbOH + RbHSeO₄ = Rb₂SeO₄ + H₂O          в растворе идет спокойно

Rb₂O₂ + SeO₂ = Rb₂SeO₄                               в растворе

9-2. Молярная масса C₆H₁₂O₆ : 180 г/моль и C₁₂H₂₂O₁₁ : 342 г/моль

В 40 мг нектара будет глюкозы: 40 * 0,09 = 3,6 мг ;  сахарозы: 40 * 0,125 = 5 мг

Количество молей сахаров: глюкозы 3,6*10^-3 /180 = 2*10^-5 моль;

                                               сахарозы 5*10^-3 /342 = 1,46*10^-5 моль

Молекул: глюкозы 6,02*10²³ *2*10^-5 = 12*10¹⁸ = 1,2*10¹⁹ молекул

            сахарозы  6,02*10²³ *1,46*10^-5 = 8,8*10¹⁸ молекул 

9-3. 1) Не пригодны для получения водорода в лаборатории: K (слишком активен), Cu (не выделяет водород с кислотами), HNO₃(20%) (почти не выделяет водород при реакции с металлами), H₃PO₄ (20%) (дает нерастворимые соли, замедляющие реакцию), H₂O₂ (20%) (не выделяет водород).

Реакции:  Cd + 2 HCl = CdCl₂ + H₂

            Лучше  Fe + 2 HCl = FeCl₂ + H₂ 

            Al + NaOH + 3 H₂O = Na[Al(OH)₄] + 1,5 H₂

            Si + 2 NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2 H₂

            Fe + H₂O = FeO +  H₂  (в раскаленной железной трубке –способ Лавуазье)

2) Примеси: пары воды и HCl ; очистка любым поглотителем воды, лучше щелочным, например, CaO.                                                

3) Лучшие пАры: Fe / HCl – в отличие, от кадмия, продукты не ядовиты

Si / NaOH – реакция идет интенсивнее и больше водорода на 1 грамм реагентов

9-4.  1) Определим исходную массу хлороводорода. При полной нейтрализации получено 16,03 г NaCl или 16,03/58,5 = 0,274 моль  Масса HCl: 36,5*0,274 = 10,00 г. Следовательно, масса исходного раствора: 10/0,1 = 100 г

            Вещество А может быть тем же гидроксидом натрия  HCl + NaOH = NaCl + H₂O 

С Х г гидроксида натрия реагирует Х(36,5/40) г соляной кислоты. Чтобы определить массу NaOH, которая нужна для получения раствора HCl с массовой долей 5%, составим уравнение:  [10 – (36,5/40)Х]/(100 + Х) = 0,05  Отсюда Х = 5,1948 г NaOH 

2) Веществом А может быть и вода в виде льда. Тогда, чтобы из 100 г 10%-го раствора получить 5%-ный раствор, к нему нужно добавить 100 г льда.  

3) Веществом А может быть любой реагент, взаимодействующий с соляной кислотой с образованием хлорида натрия в качестве единственного твердого продукта.

Например, карбонат натрия: 2 HCl + Na₂CO₃ = 2 NaCl + CO₂ + H₂O

С Y г карбоната натрия реагирует (73/106)Y соляной кислоты и выделяется (44/106)Y г углекислого газа. Расчет Y по уравнению:

 [10 - (73/106)Y]/[100 + Y – (44/106)Y] = 0,05      Y равно 6,965 г Na₂CO₃  

Аналогичное решение с сульфитом: 2 HCl + Na₂SO₃ = 2 NaCl + SO₂ + H₂O

[10 - (73/126)Z]/[100 + Z – (64/126)Z] = 0,05      Z равно 8,278 г Na₂SO₃   

Формально соответствуют условию оксид и гидрид натрия, хотя их реакция с соляной кислотой будет происходить слишком бурно; возможно добавление сульфида натрия. В случае гидрида и сульфида нужно учесть потерю общей массы за счет выделения газа.  Ответы: 4,074 г Na₂O ; 3,191 г NaH ; 5,186 г Na₂S.

Многие привели формальное решение – добавка хлорида натрия. К 100 г 10%-ного раствора соляной кислоты нужно добавить 100 г хлорида натрия, а чтобы в итоге было 16,03 г NaCl, добавка будет 13,78 г NaCl к 13,78 г раствора HCl. Решение только формальное, потому что вся добавленная соль не растворится.

9-5. 1) Реакции: C + O₂ = CO₂

                        3 C + 2 O₃ = 3 CO₂   или  1,5 C +  O₃ = 1,5 CO₂ 

Только озон дает увеличение объема газообразного продукта (в 1,5 раза). Следовательно, все увеличение объема газа связано с озоном, причем озона в смеси было по объему в 2 раза больше, чем увеличение объема углекислого газа: 1,288 – 1,12 = 0,168 л ; 0,336 л озона. Содержание озона: (0,336/1,12)*100% = 30%   

2) При горении серы в кислороде без катализатора получается в основном SO₂, но образуется также и SO₃ :  S + O₂ = SO₂ ;   S + 1,5 O₂ = SO₃ .

При горении серы в озоне SO₃ является основным продуктом: S + O₃ = SO₃ 

SO₃ , в отличие от  SO₂ , не является газом, и объем  газообразных продуктов должен уменьшаться.  

Следовательно, строго решить задачу при сжигании серы невозможно.

9-6. 1) 5 C₂H₆O + 12 HNO₃ = 10 CO₂ + 21 H₂O + 6 N₂ 

            Такую реакцию лучше уравнивать по кислородному балансу:

2 HNO₃ = H₂O + N₂ + 5 [O]

C₂H₆O + 6 [O] = 2 CO₂ + 3H₂O 

Первое уравнение умножаем на 6, второе – на 5.

2)         5 C₂H₆O + 12 HNO₃ = 10 CO₂ + 21 H₂O + 6 N₂ 

                230              756

При 0⁰С и 1 атм из (230 + 756) = 986 г топлива получится газов (если воду считать паром):

22,4*10 + 22,4*21 + 22,4*6 = 828,8 л .

При повышении температуры объем газа увеличивается пропорционально абсолютной температуре (в градусах Кельвина). 1092⁰С соответствует (1092 + 273) = 1365 К, или в 1365/273 = 5 раз больше, чем при н.у.

Следовательно, из 986 г топлива при 1092⁰С выделится 4144 л газов, а из 10 кг:

4144*(10000/986) = 42028 л газов