четвер, 23 січня 2020 р.

Завданя і розв`язки олімпіади з хімії 11 клас


      Завдання і розв`язки завдань
ІІІ етапу Всеукраїнської олімпіади з хімії
 22 січня  2020 року
                                 11 клас
1.     Краще чи гірше, ніж у чистій воді, розчинятиметься вуглекислий газ у розчинах алюміній нітрату, калій ортофосфату, калій нітрату, калій карбонату? Відповідь обгрунтуйте, наведіть необхідні рівняння реакцій.
Розв`язок
Розчинність вуглекислого газу залежить від кислотності середовища: у лужному він розчиняється краще, а в кислому - гірше, ніж у нейтральному. У розчинах перелічених речовин кислотність середовища зумовлює гідроліз:
Al3+ + H2O = AlOH2+ + H+ (кисле середовище)
PO43- + H2O = HPO4 2- +OH- (лужне середовище)
CO32- + H2O = HCO3- + OH- (лужне середовище)
У розчині калій нітрату гідроліз не відбувається (середовище нейтральне). Розчинення вуглекислого газу: CO2  + OH- = HCO3-.
2.                 У сучасній хімічній промисловості застосовують різні речовини, серед яких є небезпечні для здоров`я і життя людини. Прикладами останніх є сірководень (H2S - дигідрогенсульфід), амоніак (NH3 або NH4OH), сульфур (IV) оксид (сірчистий газ), ціановодень (HCN), фосген (СOCl2). Ці речовини перевозять у цистернах у скрапленому стані. У випадку аварії ці речовини випаровуються і шкідливо впливають на навколишнє середовище. Запропонуйте хімічні способи знешкодження цих речовин.
Розв`язок
Cірководень необхідно нейтралізувати нешкідливим слабколужним агентом, наприклад, содою – Na2CO3 або NaHCO3.
NH3 або NH4OH  - нейтралізувати, наприклад, H3BO3, або іншим слабокислотним агентом.
SO3  - нейтралізувати слаболужним розчином, наприклад, соди.
 HCN – зв`язати ціанід у стійкий комплексний йон, наприклад, Fe(CN)63- або Cu(CN)42-, для чого використати оксиди, гідроксиди або карбонати металів. 
 СOCl2нейтралізувати великою кількістю води, можна слаболужного розчину або суспензії, наприклад, крейди.
3.                 На дві однакові наважки невідомої солі подіяли лугом і сульфатною кислотою, а третю прожарили. У всіх випадках виділяються гази. Визначте склад солі, якщо відомо, що співвідношення мас газу А (продукт першої реакції) до маси газу Б (продукт третьої реакції) дорівнює 0,607 : 1. Розрахуйте  масу наважки солі, якщо відомо, що у другому випадку утворюється 1,14 г газу. Складіть рівняння відповідних хімічних реакцій.
Розв`язок
Невідома сіль – сіль амонію, газ, що виділяється під дією лугу, амоніак. Молярна маса газу, що виділяється при прожарюванні:
0,607 : 1 = 17 : х,  х = 28 г/моль (відповідає азоту).
Сіль може бути NH4NO2,( NH4)2Cr2O7, NH4ClO4
NH4NO2  =  N2 + 2H2O
(NH4)2Cr2O7 = N2 + Cr2O3 +4H2O
NH4ClO4 = N2 + Cl2 + 4H2O  + 2O2
Але тільки у першому випадку  m(NH3) : m(N2) = 0,607 : 1, тобто невідома сіль  -  NH4NO2.
    x г                                                     1,14г
2NH4NO2 + H2SO4 = (NH4)2SO4 + NO + NO2 + H2O
2 · 64 г/моль                                   (30 + 46) г/моль
                            х = 2 · 64 · 1,14 / 30 + 46
                             х = 1,92г 
4.                 Через 50 г суміші фенолу, аніліну і бензену пропустили газоподібний гідрогенхлорид. При цьому випав осад масою 12,95 г. З такою ж сумішшю прореагував розчин, що містить 8,4 г калій гідроксиду. Знайдіть масові частки компонентів суміші.
Розв`язок
Формули речовин: C6H5OH – фенол,   C6H5NH2 – анілін,  C6H6 – бензен.
C6H5NH2 + HCl =  C6H5NH2 · HCl
93г/моль                      129,5 г/моль
n (C6H5NH2 · HCl) = m/М = 12,95г / 129,5г/моль = 0,1 моль,
m(C6H5NH2) = n · M = 0,1 · 93 = 9,3 г
2) C6H5OH + KOH =  C6H5OK + H2O
n(KOH) = 8,4 г : 56г/моль = 0,15 моль
n(KOH) = n(C6H5OH) = 0,15 моль
m(C6H5OH) = n · M = 0,15 · 94 = 14,1 г
m(C6H6) = m(заг.) – [m(C6H5OH) + m( C6H5NH2)] = 50 – (9,3 + 14,1) = 26,6г
w(C6H6) = (26,6 : 50) · 100 = 53,2%
w(C6H5OH) = (14,1 : 50) · 100 = 28,2%  у сумі 100%.
w(C6H5NH2) = (9,3 : 50) · 100 = 18,6%.
5.                 Суміш містить алюміній, цинк, кремній і мідь. При обробці 1000 мг суміші хлоридною кислотою виділився водень об`ємом 843 мл (н.у.) і залишився нерозчинний осад масою 170 мг. Під час взаємодії суміші масою 500 мг з розчином натрій гідроксиду виділився водень об`ємом 517 мл (н.у.) і також залишився нерозчинний осад. Визначте склад суміші у відсотках.
Розв`язок
З хлоридною кислотою реагують алюміній і цинк. Із розчином натрій гідроксиду реагують алюміній, цинк і кремній.
У першому випадку виділилось:  843/22,4 = 37,61 ммоль водню, у другому – ( 2 · 517) / 22,4 = 46,13 ммоль.
становить 4,26 · 29,09 = 119,7 мг або (119,7 : 1000) · 100 = 11,97 % .
Осад – мідь, маса якої 170 – 119,7 = 50,3 мг.
У суміші міститься (50,3 : 1000) ·100 = 5,03% міді.
Маса цинку та алюмінію становить 1000 – 170 = 830 мг.
Позначимо масу алюмінію через х, тоді маса цинку – (830 – х).
Складемо баланс за виділеним воднем:
3/2 · х/26,98 + (830 – х)/65,37 = 37,61, звідки х = 618,2мг.
У суміші міститься:
(618,2 : 1000) · 100 = 61,82 % алюмінію, тоді цинку – 830 – 618,2 = 211,8 мг або 21,18 %.
6.                  Монохлорпохідне деякого вуглеводню містить 46,5% хлору, а його монобромпохідна – 66,1% брому. Напишіть структурні формули всіх можливих ізомерів монобромпохідного. З яким об`ємом хлору може прореагувати 24,2 г монобромпохідного?
Відповідь: C3H5Br (5 ізомерів), приєднає 4,48 л хлору.