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)

PO₄^3- + H₂O = HPO₄ ^2- +OH^- (лужне середовище)

CO₃^2- + 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, H₃BO_3, або іншим слабокислотним агентом.

SO₃  - нейтралізувати слаболужним розчином, наприклад, соди.

 HCN – зв`язати ціанід у стійкий комплексний йон, наприклад, Fe(CN)₆^3- або Cu(CN)₄^2-, для чого використати оксиди, гідроксиди або карбонати металів. 

 СOCl₂ – нейтралізувати 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.