|
Олимпиада
Карта сайта
Условия
|
Областная олимпиада школьников по
химии 2004/2005 г.
Решения задач.
Деcятый класс.
Задача 10-1.
1. Название задачи, а также то, что этот элемент в природе сопутствует сере, должны подсказать, что искомый элемент - селен (греческое слово «селене» означает «Луна»). Для подгруппы серы характерны степени окисления –2, +4, +6, формулы оксидов ЭО2 и ЭО3, формулы кислот Н2ЭО3 и Н2ЭО4.
Массовая доля элемента в кислоте может быть расчитана по формуле
w(Э) = Ar(Э)/Мr(к-ты)),
откуда для Н2SeО3 w(Se) = 79/129 = 0,612,
а для Н2SeО4 w(Se) = 79/129 = 0,545, что отвечает условию.
Таким образом, элемент селен – Se, Кислота селеновая - H2SeO4
2Se + 5F2 = SeF4 + SeF6 (1)
Se + 2C12 = SeCl4, (2)
Se + O2 = SeO2 (3)
Реакция с золотом (получаются соединения Au+3 и Se+4)
2Au + 6H2SeO4 = Au2(SeO4)3 + 3SeO2 + 6H2O или
2Au + 7 H2SeO4 = 2H[Au(SeO4)2] + 3H2SeO3 + 3H2O
Учитывая, что сера находится в группе выше, чем селен, она является более электроотрицательным элементом, и возможная формула сульсена SeS2
Установление селена (без расчетов) – 1 балл, обоснование выбора селена по формуле кислоты, формула кислоты – 2 балла, уравнения реакций 1-3 – 3 балла, уравнение реакции 4 - 3 балла, формула сульсена – 1 балл
(10 баллов)
Задача 10-2.
1. Количества веществ, используемых в задаче n = m/M:
Карбонат аммония (NH4)2CO3, n1 = 12,25/96 = 0,128 моль
Нашатырный спирт – это раствор аммиака n2 = 4*0,1/17 = 0,0235 моль
Концентрации веществ в рабочем растворе с = n/V:
c1 = 1,28 моль/л; с2 = 0, 235 моль/л (2 балла)
2. Покрытие образовано основным карбонатом меди (CuOH)2CO3, который мог образоваться в ходе следующих реакций:
В присутствии аммиака растворяется оксидная пленка на поверхности металла:
СuO + 4NH3 + Н2О = [Cu(NH3)4]2+ + 2OH -;
Медь окисляется кислородом воздуха:
2Cu + О2 + 8NH3 + 2Н2О = 2[Cu(NH3)4]2+ + 4OH -;
С появлением в растворе комплексных ионов устанавливается равновесие:
2[Cu(NH3)4]2+ + СО32- + 2ОН - <=> [Cu(OH)]2CO3↓ + 8NH3 (3 балла)
3. Нанесение раствора кистью, тонким слоем, способствует удалению аммиака из сферы реакции, что смещает равновесие в сторону образования осадка. Кроме того это облегчает доступ кислорода к поверхности металла и ускоряет процесс окисления.
В том случае, если опустить медную пластину в закрытый сосуд, возможно три варианта развития событий: а) если в сосуде достаточно воздуха и пластинка небольшая, то она полностью растворится; б) растворение пластинки остановится при израсходовании кислорода; в) растворение пластинки остановится при израсходовании аммиака. (3 балла)
4. Замена карбоната аммония на карбонат калия существенно повлияет на протекание процесса. Во-первых, по мере образования в растворе гидроксид-ионов и связывания карбонат-ионов ионы аммония образуют новые порции аммиака:
NH4+ + OH - <=> NH3+ H2O.
Не случайно концентрация соли примерно в 5 раз выше чем у свободного аммиака – раствор дольше будет сохранять свои свойства.
Во-вторых, смесь соли аммония и аммиака образует так называемую буферную систему, поддерживающую постоянство рН в растворе. Карбонат калия создаст значительно более щелочную среду. А изменение рН может привести к изменению физико-химических свойств покрытия – вместо тонкой прочной пленки может начать образовываться рыхлый, легко осыпающийся слой. (2 балла)
(10 баллов)
Авторы задачи в своем решении посчитали, что "замена карбоната аммония на карбонат калия принципиально ничего не изменит". Согласиться с этим не могу.
Задача 10-3.
Описанный способ получения, реакция с нитратом бария, свойства английской соли позволяют заключить, что речь идет о сульфате магния. Потери в массе при довольно невысоких температурах свидетельствуют о том, что английская соль является кристаллогидратом, т.е. MgSO4*nH2O при разложении которого теряется вода (вещество А) и образуется безводный сульфат магния, массовая доля которого в кристаллогидрате равна 48,8%.
Найдем молекулярную массу кристаллогидрата:
w(c) = Mr(c)/Mr(кр-г); Mr(кр-г) = Mr(c)/w(c) = 120/0,488 = 246
Отсюда n = (246 -120)/18 = 7; (MgSO4*7H2O)
При нагревании при 132° потеря массы составляет 246*0,44 = 108, что соответствует 6 молекулам воды. В тексте должно быть «теряется 6 паев воды».
Реакция 1. MgCO3 + H2SO4 = MgSO4 + СО2↑ + H2О
Реакция 2. MgSO4 + K2SO4 + 6H2О = K2Mg(SO4)2*6H2О↓
(примечание: используют насыщенные растворы)
Осадок X, судя по свойствам, содержит ион аммония, это тоже двойная соль – магнийаммоний фосфат NH4MgPO4
MgSO4 + Na3PO4 + NН4Cl = NH4MgPO4↓ + Na2SO4 + NaCl
Осадок Y - сульфат бария BaSO4:
MgSO4 + Ba(NO3)2 = BaSO4↓ + Mg(NO3)2
Система оценивания
Установление сульфата магния - 1 балл; расчет состава английской соли – 2 балла; расчет потери массы и числа паев воды – 1 балл; осадок X 1,5 балла, осадок Y 0,5 балла; уравнения реакций 4 балла. Всего (10 баллов)
Задача 10-4.
Из приведенной схемы следует, что металл X может проявлять валентности II (ХС12), III(ХСl3), VI (К2ХО4). Отсюда следует, что это d-металл, находящийся в 6-8(Б} подгруппах Периодической системы. Из известных металлов (Cr, Mn, Fe, Ni, Co, Mo, W, Pt, Pd и др.) Мо и W покрытые сверхпрочной оксидной пленкой, практически не растворяются в НСl, как и платина.
Ni, Co, Pt, Pd не дают устойчивых соединений VI.
Таким образом, металл X может быть железо, марганец или хром. При взаимодействии К2ХО4 с HCI получается ХСl3, что позволяет исключить марганец, а образование ХI2 в реакции с НI исключает хром (хромат с НI даст CrI3). Таким образом, остается железо. X-Fe.
A-Fe(C5H5)2; B - KFe[Fe(CN)6] или Fe4[Fe(CN)6]3; D- FeCO3; E - K4[Fe(CN)6]
Уравнения реакций:
Fe + 2НС1= FeCl2 + H2↑
Fe + 2FeCl3 =3FeCl2
FeCl2 + 2Na(C5H5)= Fe(C5H5)2 + 2NaCl
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3
2FeCl3 + 3Br2 + 16KOH = 2K2FeO4 + 6KBr + 6KC1 + 8H2O
2K2FeO4 +16HC1 =2FeCl3 +3Cl2↑ +4KC1 + 8H2O
K2FeO4 +8HI = 2FeI2 +2I2 +4KI + 4H2O
FeI2 + Na2CO3 = FeCO3↓ +2NaI
FeI2 + Na2C2O4 = FeC2O4↓ + 2NaI
FeC2O4 + 6KCN =K4[Fe(CN)6] + K2C2O4
FeC2O4 = Fe + 2 CO2↑
FeCl3 + K4[Fe(CN)6 = KFe[Fe(CN)6] + 3KCl
Система оценивания:
Выбор железа (мотивированный) – 2 балла; Вещества A,B,D,E (по 0,5 балла) – 2 балла; Уравнения реакции (0,5 балла*12) – 6 баллов
При выборе хрома все оценивается с коэффициентом 0,5
(10 баллов)
Задача 10-5.
Уравнения реакций:
С + О2 = СО2 + 394 кДж
КСlO3 = КС1 + 1,5О2 + 48 кДж (1 балл)
Пусть для приготовления смеси взяли х моль угля и у моль хлората калия.
Тогда масса смеси будет равна 12х + 122,5y г, а количество выделяющейся теплоты 394х + 48у кДж. Получаем систему уравнений
12х + 122,5y = 100
(394х + 48у)/100 = 1,5 (2 балла)
Решая ее получаем: x = 0,285 моль; y = 0,788 моль, массы веществ, соответственно равны 3,4 г и 96,6 г. (2балла)
При разложении 0,788 моль хлората калия выделится 1,18 моль кислорода, что с большим избытком хватит для сгорания угля. (1 балл)
(6 баллов)
Всего 45 баллов
|
