Каждая реакция – по 0.5 баллов

Задача №9-1

1. Наиболее вероятно, что оксид ZO содержит 20% кислорода и 80% Z. Молярная масса оксида ZO: М(ZO) = A_r(O) / ω(O) = 16 / 0.2 = 80 г/моль, тогда

М(Z) = 80 – 16 = 64 г/моль – это медь Cu

Представим оксид Y как Э₂О_n, где n - валентность элемента Э. Выразим атомную массу Э через n:

М_r (Э₂О_n) = A_r(O)∙n / ω(О) = 16n / 0.4396 = 36.4n

А_r (Э) = (36.4n – 16n) / 2 = 10.2n

Перебором n от 1 до 8 получаем единственный разумный ответ при n = 5:

А_r (Э) = 10.2n = 51 г/моль – ванадий, тогда формула оксида V₂O₅.

Формулу минерала Х можно представить как Cu_nFe_mS_k

При обжиге минерала на воздухе вся сера переходит в сернистый газ, то есть n(S) = n(SO₂) = V / V_М = 0.448 / 22.4 = 0.02 моль,

m (S) = M(S) × n(S) = 32 × 0.02 = 0.64 г

Тогда массовая доля серы в составе минерала

ω( S ) = m(S) / m(минерала) = 0.64 / 1.84 = 0.3478 или 34.78%

Массовая доля меди в составе минерала также равна 34.78%

ω(Fe) = 100 – 34.78×2 = 30.44%, тогда

n : m : k = (34.78 / 64) : (30.44 / 56) : (34.78 / 32) = 0.543 : 0.543 : 1.086 = 1 : 1 : 2, то есть простейшая формула минерала – CuFeS₂

Данная формула также подтверждается составом твердого остатка после обжига: m(Fe₂O₃) = m(CuO) = 0.8 г

Итак, формулы искомых веществ:

Х = CuFeS ₂

Y = V₂O₅

Z = Cu

ZO = CuO

Минерал Х называется халькопирит

2. Уравнения реакций:

4CuFeS₂ + 13O₂ = 4CuO + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ (t°)

Fe₂O₃ + 3C = 2Fe + 3CO (t°)

CuO + C = Cu + CO (t°)

2SO₂ + O₂ = 2SO₃ (t°, V₂O₅)

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

3. Исходное количество минерала:

n(CuFeS₂) = m / M = 1000000 / 184 = 5434.78 моль

Из схемы CuFeS₂→ Сu + Fe + 2H₂SO₄

получаем, что n(Cu)_теор = n(Fe)_теор = n(CuFeS₂) = 5434.78 моль

n(Cu)_практ = n(Fe)_практ = n(CuFeS₂) × η = 5434.78 × 0.8 = 4347.83 моль

m ( Cu )_практ = n(Cu) × M(Cu) = 4347 × 64 = 278261 г = 278.26 кг

m ( Fe )_практ = n(Fe) × M(Fe) = 4347 × 56 = 243478 г = 243.49 кг

n(H₂SO₄)_практ = 2n(CuFeS₂) × η = 2 × 5434.78 × 0.8 = 8695.6 моль

m(96% H₂SO₄) _практ = n(H₂SO₄) × M(H₂SO₄) / ω(H₂SO₄) =

= 8695.6 × 98 / 0.96 = 887681 г = 887.68 кг

№	Элемент ответа	Баллы
1.	Расчет массовой доли серы Формулы веществ X , Y , Z , ZO Название минерала Х	0.5 б 1×4 = 4 б 0.5 б
2	Уравнения реакций	0.5×5 = 2.5 б
3.	Расчет массы железа, Расчет масс металла Z и 96% серной кислоты	0.5 б 1×2 = 2 б
	Итого	10 баллов

Задача №9-2

1. Из кристаллической решетки видно, что сингония орторомбическая при этом из 12 атомов металла принадлежит элементарной ячейки 8 атомов, 4 в объеме и 4 из 8 атомов расположенных на двух гранях, итого 8 атомов.

Определим молекулярную массу по уравнению , где ρ-плотность, A-относительная атомная масса, z-количество атомов принадлежащих элементарной ячейке, a,b,c-геометрические параметры элементарной ячейки, N_a-число Авогадро.

A = 69,68 что соответствует Галлию A_Ga = 69,723.

2. С кислотами окислителями алюминий не реагирует из-за окисления поверхности металла и образования плотной оксидной пленки, процесс называют пассивацией.

3. При прокаливании гидроксидов выделяется вода и образуется оксид. Массовая доля воды ω = 0,438 / 5 = 0,0876, молекулярная масса M = 18/0,0876 = 207,61 г/моль.

Исходя из уравнения Me_x(OH)_y = Me_xO_y_-_z + zH₂O составим таблицу:

x y-z	1	2	3
1	189,61 (Os)	171,61	153,61
2	94,805	85,805 (Rb)	76,805 (Ga)

Только галлий из гидроксида при прокаливании дает оксид галлия III.

Метагидроксид галлия содержит 31,15 % кислорода, молекулярная масса на галлий и водород в зависимости от количества кислорода: 1O – 35,36, 2O – 70,72, 3O – 106,09 г/моль. Ближе всего к атомной массе галлия при 2 кислородах GaOOH метагидроксид галлия или метагаллиевая кислота HGaO₂.

4. Уравнения реакций:

Ga + 6HNO₃= Ga(NO₃)₃ + 3NO₂ +3H₂O (уравнение 1)

Ga(NO₃)₃ + 3NaOH = Ga(OH)₃ + 3NaNO₃(уравнение 2)

Ga(OH)₃ = GaOOH + H₂O (уравнение 3)

2GaOOH = Ga₂O₃ + H₂O (уравнение 4)

Разбаловка

Определение металла и расчет по параметрам кристаллической решетки	1+1 = 2 б.
Описание процесса пассивации алюминия	1 б.
Определение состава с расчетами	3 б.
Написание уравнений реакций (1) – (4)	4x1 = 4 б.
ИТОГО	10 б.

Задача №9-3

1) Определим металлы в растворе

Раствор 1:

Очевидно, что по описанию это свинец

Pb + H₂SO₄ → PbSO₄↓ + H₂ (3)

Pb²⁺ + H₂S → PbS↓ + 2H⁺ (4)

PbS + 4H₂O₂ → PbSO₄ + 4H₂O (5)

Раствор 2:

Из описания можно сделать вывод, что это медь

Cu²⁺ + 2NH₂CH₂COOH → Cu(NH₂CH₂COO)₂ + 2H⁺ (6)

Cu²⁺ + 2I^- → CuI↓ + 0,5I₂ (7)

I₂ + 2Na₂S₂O₃ → Na₂S₄O₆ + 2NaI (8)

M + Pb²⁺ → M²⁺ + Pb (1)

M + Cu²⁺ → M²⁺ + Cu (2)

Откуда М(М) = 119 г/моль, что соответствует Sn

SnO + 2H⁺ → Sn²⁺ + H₂O (9)

SnO + 2 NaOH +H₂O → Na₂[Sn(OH)₄] (10)

Ион [Sn(OH)₃]^-

Геометрия – тетраэдр, пространственная форма треугольной пирамиды

Разбалловка

Написаны уравнения (1)-(8).	8×0,25б.=2б.
Написаны уравнения (9)-(10).	2×1б.=2б.
Определен металл пластинки.	4б.
Определена геометрия иона.	2б.
Итого	10б.

Задача №9-4

1. Гидролиз тионилхлорида протекает по уравнению:

SOCl₂ + H₂O = SO₂ + 2 HCl

(1)

2. Пропускание смеси SO₂ + HCl через раствор Ba(OH)₂ и H₂O₂ приводит к образованию осадка BaSO₄ за счет окисления образующегося сульфита бария.

Ba(OH)₂ + H₂O₂ + SO₂ = BaSO₄ + 2 H₂O

(2)

Осадок Б – сульфат бария BaSO₄, что подтверждается данными по массовой доле кислорода в этом соединении.

3. В ходе анализа образца на содержание воды образовалось моль BaSO₄. Из стехиометрии реакций следует, что в исходной навеске содержалось также 0,0620 моль воды или 0,0620·18,02 = 1,117 г H₂O. Массовая доля воды в образце равна или 47,00%.

4. Образование осадка сульфата бария свидетельствует о том, что в состав соли входил анион, содержащий серу. Это могли быть сульфид-, сульфит-, сульфат-, тиосульфат-анион и другие, поскольку в системе присутствовал окислитель – пероксид водорода.

Образовалось моль сульфата бария, следовательно в исходной навеске соли содержалось 0,0100 моль серы в составе некоторого аниона.

Ранее было найдено содержание воды в образце – 1,117 г.

Тогда в составе навески содержится 1,260 г соли, значит её молярная масса равна г/моль, где x – число атомов серы в формульной единице.

При x = 1 получаем М = 126 г/моль, что соответствует сульфиту натрия, следовательно в исходной навеске содержался кристаллогидрат Na₂SO₃·nH₂O.

Массовая доля сульфита натрия в образце составляет 53,00%. Также должно выполняться соотношение: , откуда n = 6,20.

Таким образом, молекулярная формула соли Na₂SO₃·6,2 H₂O.

Разбалловка

Написание уравнений (1) – (2)	2х1 б. = 2 б.
Определение осадка Б	1 б.
Установление массовой доли воды в соединении А	2 б.
Установление формулы сульфита натрия	2,5 б.
Установление конечной формулы кристаллогидрата	2,5 б.
ИТОГО	10 б.

Задача №9-5

1. Кирпичное окрашивание пламени – наличие в веществе катионов Ca²⁺. Образование желтого осадка в присутствии молибдата аммония – наличие фосфат-ионов в веществе, значит вещество А – фосфат кальция.

Стойкое вещество Б с высокой температурой плавления, которое подвержено действию фтора и плавиковой кислоты – диоксид кремния.

Вещество В – фосфор, поскольку при нагревании с восстановителем в виде кокса будет восстанавливаться фосфат-анион.

Вещество Г – монооксид углерода, дающий формиат натрия при нагреве с кристаллической щелочью.

Вещество Е – оксид кальция, вещество Д – силикат кальция.

Реакции:

2 Ca₃(PO₄)₂ + 10 C + 6 SiO₂ = 6 CaSiO₃ + 10 CO + P₄	(1)
2 Ca₃(PO₄)₂ + 10 C = 6 CaO + 10 CO + P₄	(2)
Ca₃(PO₄)₂ + 24 (NH₄)₂MoO₄ + 48 HNO₃ = 2 (NH₄)₃H₄[P(Mo₂O₇)₆] + 42 NH₄NO₃ + 20 H₂O + 3 Ca(NO₃)₂	(3)
SiO₂ + 2 F₂ = SiF₄ + O₂	(4)
SiO₂ + 6 HF = H₂[SiF₆]	(5)
CO + NaOH = HCOONa	(6)
CaO + SiO₂ = CaSiO₃	(7)

2. Запишем уравнение реакции 1:

2 Ca₃(PO₄)_2(к) + 10 C_(к) + 6 SiO_2(к) = 6 CaSiO_3(к) + 10 CO_(г) + P_4(к)

Рассчитаем Δ H реакции по закону Гесса:

Δ H^о₂₉₈ = ΣΔ H^о_обр.²⁹⁸продуктов реакции – ΣΔ H^о_обр.²⁹⁸исходных веществ = 10Δ H^о_обр.²⁹⁸(CO_(г)) + 6Δ H^о_обр.²⁹⁸(CaSiO_3(к)) – 6Δ H^о_обр.²⁹⁸(SiO_2(к)) – 2Δ H^о_обр.²⁹⁸(Ca₃(PO₄)_2(к)) = – 10·110,50 – 6·1579 + 2·4119,10 + 6·903,50 = 3080 кДж·моль^-1.

Рассчитаем Δ S реакции по закону Гесса:

Δ S^о₂₉₈ = ΣΔ S^о_обр.²⁹⁸продуктов реакции – ΣΔ S^о_обр.²⁹⁸исходных веществ =
= 10Δ S^о_обр.²⁹⁸(CO_(г)) + 6Δ S^о_обр.²⁹⁸(CaSiO_3(к)) + Δ S^о_обр.²⁹⁸(P_4(к)) – 6Δ S^о_обр.²⁹⁸(SiO_2(к)) – 2Δ S^о_обр.²⁹⁸(Ca₃(PO₄)_2(к)) – 10Δ S^о_обр.²⁹⁸(С_(к)) = 10·197,54 + 6·87,45 + 1·41,09 – 6·46,86 – 2·236 – 10·5,74 = 1730,63 Дж·моль^-1·K^-1.

Точкой, после которой станет возможно самопроизвольное протекание процесса, является состояние, при котором Δ G = 0. Рассчитаем его:

Δ G = Δ H – TΔ S = 3 080 000 – T·1730,63=0

Таким образом, при температуре выше 1779,7 К возможно самопроизвольное протекание реакции 1.

Запишем уравнение реакции 2:

2 Ca₃(PO₄)_2(к) + 10 C_(к) = 6 CaO_(к) + 10 CO_(г) + P_4(к)

Рассчитаем Δ H реакции по закону Гесса:

Δ H^о₂₉₈ = ΣΔ H^о_обр.²⁹⁸продуктов реакции – ΣΔ H^о_обр.²⁹⁸исходных веществ = 10Δ H^о_обр.²⁹⁸(CO_(г)) + 6Δ H^о_обр.²⁹⁸(CaO_(к)) – 2Δ H^о_обр.²⁹⁸(Ca₃(PO₄)_2(к)) = – 10·110,50 – 6·635,1 + 2·4119,10 = 3322,6 кДж·моль^-1.

Рассчитаем Δ S реакции по закону Гесса:

Δ S^о₂₉₈ = ΣΔ S^о_обр.²⁹⁸продуктов реакции – ΣΔ S^о_обр.²⁹⁸исходных веществ =
= 10Δ S^о_обр.²⁹⁸(CO_(г)) + 6Δ S^о_обр.²⁹⁸(CaO_(к)) + Δ S^о_обр.²⁹⁸(P_4(к)) – 2Δ S^о_обр.²⁹⁸(Ca₃(PO₄)_2(к)) – 10Δ S^о_обр.²⁹⁸(С_(к)) = 10·197,54 + 6·38,1 + 1·41,09 – 2·236 – 10·5,74 = 1715,69 Дж·моль^-1·K^-1.

Δ G = Δ H – TΔ S = 3 322 600 – T·1715,69=0

Таким образом, при температуре выше 1936,6 К возможно самопроизвольное протекание реакции 2.

3. Вероятно, экономически более выгодным способом является способ получения фосфора по реакции 1, поскольку он требует более низкой температуры, что способствует меньшим капитальным затратам при построении и проектировании установки. Более точное предположение построить трудно, поскольку мы обладаем недостаточной информацией о стоимости диоксида кремния и затратах на проведение процесса при более высокой температуре (разница в 157 К).

Разбалловка

Определение веществ А–Е и доломита	6х0,5 б. = 3 б.
Написание уравнений (1) – (7)	7х0,5 б. = 3,5 б.
Расчет Δ H и Δ S для реакций 1 и 2, расчет температуры, при которой становится возможным самопроизвольное протекание процесса	6х0,5 б. = 3 б.
Написание любого аргументированного решения в пользу реакции 1 или невозможности построить точное предположение.	0,5 б.
ИТОГО	10 б.

Задания 10 класса

Представлен один из возможных вариантов решения заданий

Задача №10-1

1. При реакции карбоновых кислот с NaHCO₃ выделяется углекислый газ, для одноосновных кислот n(кислоты) = n(СО₂). Рассчитаем n(СО₂) по уравнению Менделеева-Клапейрона:

n(СО₂) = PV/(RT) = 98.658×3.83 / (8.314×303) = 0.15 моль

Таким образом, n(X) = 0.15 моль и М(Х) = 9 / 0.15 = 60 г/моль – данная молярная масса соответствует уксусной кислоте:

Брутто-формула Х: С₂Н₄О₂

Структурная формула Х:

Реакция 1: СН₃СООН + NaHCO₃ = СН₃СООNa + CO₂↑ + Н₂О

2. Реакция 2: СН₃СООН ⇆ Н⁺ + СН₃СОО^-

К₁ =

При С>>К получим К₁ = [Н⁺]²/ С,

[Н⁺] = = = 1.323·10^-3моль/л

рН = -lg[Н⁺] = 2.88

3. При 120°С средняя молярная пара Х равна 4.034×29 = 117 г/моль, что почти вдвое больше молярной массы уксусной кислоты. Это наталкивает на мысль о димеризации Х. Действительно, в парах уксусная кислота образует димеры за счет прочных водородных связей (реакция 3):

Обозначим за х мольную долю димера и рассчитаем состав равновесной смеси.

При 120°С: 120х + 60(1–х) = 117, х = 0.95, то есть смесь содержит 95% димера и 5% мономера.

При 230°С: 120х + 60(1–х) = 2.897×29 = 84, х = 0.4, то есть смесь содержит 40% димера и 60% мономера.

Если обозначить димер как Х₂, то константа равновесия данной процесса: К = χ(Х₂) / χ(Х)²

При 120°С: К₂ = 0.95 / (0.05)²= 380

При 230°С: К₃ = 0.4 / (0.6)²= 1.111

Если известны константы равновесия для двух температур, изменение энтальпии процесса можно найти по формуле:

ΔН = = = – 87179 Дж = – 87.179 кДж

4. Структурные формулы:

5. Реакция 4:

Значения Δ_rH, Δ_rS рассчитаем по следствию из закона Гесса:

Δ_rH = –285.8 + (–469.5) – (–484.9) – (–277.6) = 7.2 кДж

Δ_rS = 70 + 259 – 160.7 – 159.8 = 8.5 Дж/К

Δ_rG = Δ_rH – T×Δ_rS = 7200 – 298×8.5 = 4667 Дж = 4.67 кДж

Константа равновесия:

lnK = – Δ_rG / (RT) = –4667 / (8.314×298) = –1.884, К₄ = 0.152

6. Исходная смесь содержит:

n(C₂H₅OH) = 100×0.8×0.96/46 = 1.67 моль

n(CH₃COOH) = 200×1.07×0.8/60 = 2.85 моль

n(H₂O) = (100×0.8×0.04 + 200×1.07×0.2) / 18 = 2.56 моль

Пусть, в состоянии равновесия образуется по х моль CH₃COOС₂Н₅и Н₂О

Состав равновесной смеси:

n(C₂H₅OH) = 1.67 – х

n(CH₃COOH) = 2.85 – х

n(CH₃COOС₂Н₅) = х

n(Н₂О) = 2.56 + х

К₄ = х(2.56 + х) / (2.85 – х)(1.67 – х), откуда х = 0.21 моль

m(Z) = m(CH₃COOС₂Н₅) = 0.21×88 = 18.48 г

№	Элемент ответа	Баллы
1.	Брутто-формула Х Структурная формула Х Уравнение реакции 1.	0.5 б 0.5 б 0.5 б
2	Уравнение реакции 2 Выражение константы К₁ рН 0.1 М водного раствора Х	0.5 б 0.5 б 0.5 б
3.	Уравнение реакции 3 Обьяснение про водородные связи Состав равновесных смесей (мол.%) при 120 и 230°С Значения К₂и К₃ Изменение энтальпии (Δ_rH) для реакции 3.	0.5 б 0.5 б 0.5 б 0.5 б 0.5 б
4.	Структурные формулы веществ A, Y, Z.	0.5×3 = 1.5 б
5.	Уравнение реакции 4 Значения Δ_rH, Δ_rS и Δ_rG Значение K₄.	0.5 б 0.5×3 = 1.5 б 0.5 б
6.	Масса Z	0.5 б
	Итого	10 баллов

Задача №10-2

1) Определим металлы в растворе

Раствор 1:

Очевидно, что по описанию это свинец

Pb + H₂SO₄ → PbSO₄↓ + H₂ (3)

Pb²⁺ + H₂S → PbS↓ + 2H⁺ (4)

PbS + 4H₂O₂ → PbSO₄ + 4H₂O (5)

Раствор 2:

Из описания можно сделать вывод, что это медь

Cu²⁺ + 2NH₂CH₂COOH → Cu(NH₂CH₂COO)₂ + 2H⁺ (6)

Cu²⁺ + 2I^- → CuI↓ + 0,5I₂ (7)

I₂ + 2Na₂S₂O₃ → Na₂S₄O₆ + 2NaI (8)

M + Pb²⁺ → M²⁺ + Pb (1)

M + Cu²⁺ → M²⁺ + Cu (2)

Откуда М(М) = 119 г/моль, что соответствует Sn

SnO + 2H⁺ → Sn²⁺ + H₂O (9)

SnO + 2 NaOH +H₂O → Na₂[Sn(OH)₄] (10)

Ион [Sn(OH)₃]^-

Геометрия – тетраэдр, пространственная форма треугольной пирамиды

Разбалловка

Написаны уравнения (1)-(8).	8×0,25б.=2б.
Написаны уравнения (9)-(10).	2×1б.=2б.
Определен металл пластинки.	4б.
Определена геометрия иона.	2б.
Итого	10б.

Задача №10-3

При хранении сульфид натрия окисляется кислородом воздуха до сульфата, тиосульфата и сульфита натрия. Таким образом, навеска может представлять собой смесь воды, сульфида натрия, сульфата натрия, сульфита натрия и тиосульфата натрия, о чем свидетельствуют проведенные реакции.

1. Na₂S + 2HCl→ H₂S + 2NaCl

2. Na₂S₂O₃ + 2HCl → S↓ + SO₂ + H₂O + 2NaCl

3. Na₂SO₃ + 2HCl → SO₂ + H₂O + 2NaCl

4. Na₂SO₄ + HCl → не идет

5. SO₂ + H₂S + 2Ba(OH)₂ → BaSO₃↓ + BaS + 3H₂O

6. Na₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NaCl

Из реакций 1-4 становится ясно, что желтый осадок – сера, образующаяся из тиосульфата натрия.

n(Na₂S₂O₃) = n(S) = m(S)/M(S) = 1.114/32 = 0.03481 моль

В подкисленном растворе, оставшемся после фильтрования возможно осадить только сульфат-ионы.

n(NaSO₄) = n(BaSO₄) = m(BaSO₄)/M(BaSO₄) = 4.101/233 = 0.0176 моль

А осадок, образующийся из смеси газов после пропускания их через гидроксид бария – BaSO₃. Таким образом:

n(SO₂)=n(BaSO₃)=m(BaSO₃)/M=13.910/217=0.0641 моль

SO₂ мог образоваться только из тиосульфат- или сульфит-ионов, содержащихся в смеси. Видим, что n(SO₂)≠n(Na₂S₂O₃), а значит сульфит-ионы в растворе присутствуют.

n(SO₃^2-) = n(SO₂) - n(Na₂S₂O₃) = 0,0641 – 0,03481 = 0.02929 моль

m(Na₂S₂O₃) = n(Na₂S₂O₃)·M=0.03481·158=5.5004 г

m(Na₂SO₃) = n(Na₂SO₃)·M=0.02929·126=3,6905 г

m(Na₂SO₄) = n(Na₂SO₄)·M=0.0176·142·=2,4993 г

m(H₂O)=m(навески)·ω(H₂O)=20·0.0754/0.4558=3,3085 г

m(Na₂S) = 20-3,3085-5.5004-2.4993-3,6905=5.0013 г

ω(Na₂S₂O₃) = 5.5004/20 = 27,5%

ω(Na₂SO₃) = 3,6905/20 = 18,45%

ω (Na₂S) = 5,0013/20 = 25%

ω (Na₂SO₄) = 2,4993/20 = 12.5%

ω (H₂O) =16,55%

Разбалловка

Написание реакций 1-3,5,6	5*1=5б.
За предположение о наличии S₂O₃^2- , SO₃^2- и SO₄^2-	3*0,5=1,5б.
Определение массовых долей веществ, составляющих смесь	5*0,7=3,5б.
ИТОГО	10б.

Задача №10-4

Разбалловка:

Написание уравнений 1-5	5·2=10б
ИТОГО	10б

Задача №10-5

1) Определим формулу простого вещества

p = x ⋅ p*

n(CHCl₃) = 100/119,5 = 0,8368 моль

n(вещество) = 0,0106 моль

М(вещество) = 27/0,0106 = 254,7 г/моль

254,7/2 = 127,35 – это I₂

254,7/4 = 63,68 – Cu₄ не существует

254,7/8 = 31,84 – S₈ не подходит условию

Значит простое вещество – йод I₂

Очевидно, что бинарное вещество KI

19+53=72

Cu²⁺ + 3I^-- e^- = CuI↓ + I₂

2Na₂S₂O₃ + I₂ = Na₂S₄O₆ + 2NaI

3) Возгонка – переход вещества из твердого состояния в газообразное.

Сорбенты: активированный уголь, пористый оксид алюминия, силикагель и др. (Балл ставится при упоминании хотя бы одного сорбента)

KI + I₂ = KI₃

Йод в воде коричневый

Йод в хлороформе фиолетовый

Разбалловка

Найдено количество вещества хлороформа; Найдено количество неизвестного вещества; Определена молекулярная масса простого вещества; Определено вещества Х.	1б. 1б. 1б. 2б.
Написаны уравнения реакций (1)-(2).	2×1б.=2б.
Написаны уравнения реакций (3)-(4).	2×0,5б.=1б.
Верно интерпретировано понятие возгонки; Приведен хотя бы 1 разумный сорбент.	0,5б. 0,5б.
Верно написаны цвета растворов Х в воде и хлороформе.	1б.
Итого	10б.

Задания 11 класса

Представлен один из возможных вариантов решения заданий

Задача №11-1

1) A_xB_y

Допустим, что растворяется металл А

A_xB_y + 2xH₂O → xA(OH)₂ + xH₂ + yB

2H₂ + O₂ → 2H₂O

n(O₂) = (16⋅0,21)/22,4 = 0,15 моль, тогда n(Н₂) = 0,3 моль, следовательно n(A) = 0,3 моль

A(OH)₂ + 2HNO₃ → 2H₂O + A(NO₃)₂

B + 6HNO_3(конц_.) → B(NO₃)₃ + 3 H₂O + 3NO₂

B(NO₃)₃ + zH₂O → B(NO₃)₃⋅zH₂O

B(NO₃)₃⋅zH₂O → B(NO₃)₃ + zH₂O

n(H₂O) = (60,9362 – 60,7506)/18 = 0,01031 моль

m(B(NO₃)₃) = 0,8144 г

n(B(NO₃)₃) = m/M = 0,8144/(M(B) + 186)

(z⋅0,8144)/(M(B) + 186) = 0,01031

Откуда M(B) = z⋅78,9913 – 186,0039

z = 1 …

…

z = 5, M(B) = 209 г/моль, что соответствует Bi

n(Bi(NO₃)₃⋅5H2O) = 97/485 = 0,2 моль

n(A) = 0,3 моль

n(B) = 0,2 моль

Следовательно A₃B₂, n(A₃B₂) = 0,1 моль

M(A₃B₂) = 53,800/0,1 = 538 г/моль

3x +2⋅209 = 538 г/моль, значит x = 40 г/моль, что соответствует Ca

Ответ: Ca₃Bi₂

Разбалловка

Написана схема реакции растворения части сплава в воде.	1б.
Рассчитано количество вещества выделившегося водорода.	1б.
Найдено количество вещества А.	1б.
Написаны схемы реакций растворения В в азотной кислоте и получения кристаллогидрата.	2×0,5б.=1б.
Определен Bi.	2б.
Найдено количество вещества кристаллогидрата.	1б.
Вывод о стехиометрической формуле сплава.	1б.
Определен Са.	2б.
Итого	10б.

Задача №11-2

№	Элемент ответа (допускаются иные формулировки и способы решения, удовлетворяющие условию задачи)	Баллы
1.	Основным газообразным продуктом окисления органических веществ является углекислый газ, поэтому, А – СО₂ (М = 44 г/моль). Значение молярной массы можно подтвердить расчетом эквимолярной смеси с водородом: М(смеси) = ½(М(СО₂) + М(Н₂)) = (44 + 2) / 2 = 23 г/моль ρ(смеси) = М / V_m = 23 / 22,4 = 1.027 г/л Молярную массу 44 г/моль также имеют: пропан (C₃H₈), оксид азота (I) (N₂O) и этиленоксид (оксиран, С₂Н₄О, ω(О) = 16 / 44 = 36.36%). Из условия задачи следует, что А – СО₂ – углекислый газ или оксид углерода (IV), Б – C ₃ H ₈ - пропан, В – N ₂ O - оксид азота (I), оксид диазота Г – С₂Н₄О этиленоксид, эпоксид или оксиран,	Формулы по 0.5 б структурная формула Г - 0.5 б названия по 0.25 б, всего 3.5б
2.	Х - углерод С, а Y - кислород О. Электронные конфигурации атомов этих химических элементов: С₍₊₆₎1s²2s²2p² О₍₊₈₎1s²2s²2p⁴ По периоду ПСХЭ слева направо происходит уменьшение радиусов атомов, следовательно, у углерода, расположенного левее кислорода, радиус атома больше. С уменьшением радиуса атома происходит увеличение электроотрицательности и усиление неметаллических свойств. Поэтому у кислорода, расположенного правее в периоде ПСХЭ, неметаллические свойства выражены сильнее.	Элементы Х и Y по 0.5 б, всего 1 б Конфигурации по 0.5 б, всего 1 б 0.5 б
3	Лабораторный способ получения оксида азота (I): NH₄NO₂ = N₂O + 2H₂O (при нагревании) или NH₄Cl + NaNO₂ = N₂O + NaCl + 2H₂O (при нагревании) Промышленный способ получения этиленоксида:	0.5 б 0.5 б
4.	Реакция 1: С₃Н₈+ 5О₂ = 3СО₂ + 4Н₂О Реакция 2: С₃Н₈+ 10N₂О = 3СО₂ + 4Н₂О + 10N₂ Реакция 3: 2N₂О = 2N₂+ O₂ n(С₃Н₈) = m / M = 6.6 / 44 = 0.15 моль, тогда тепловой эффект реакции 1: Q₁ = 332.85 / 0.15 = 2219 кДж тепловой эффект реакции 2: Q₂ = 455.85 / 0.15 = 3039 кДж Термохимические уравнения: Реакция 1: С₃Н₈+ 5О₂ = 3СО₂ + 4Н₂О + 2219 кДж Реакция 2: С₃Н₈+ 10N₂О = 3СО₂ + 4Н₂О + 10N₂+ 3039 кДж	0.5 б 0.5 б 0.5 б Каждый тепловой эффект по 0.5 б, всего 1 б.
5.	Если вычесть из уравнения 2 уравнение 1, получим: 10N₂О = 10N₂+ 5O₂Q = 3039 – 2219 = 820 кДж, тогда на 2 моль N₂О тепловой эффект = 820 / 5 = 164 кДж/моль Реакция 3: 2N₂О = 2N₂+ O₂+ 164 кДж	0.5 б
	Итого	10 баллов

Задача №11-3

, где r – плотность кристаллического вещества, г/см³; M – молярная масса вещества, г/моль; Z – число формульных единиц, содержащихся в одной элементарной ячейке; V – объем элементарной ячейки, Å³. По описанию понятно, что оксид – MO₂, Z = 4, тогда молярная масса оксида » 269.09, что соответствует M = Np. 1.5 балла. Указание на Np без расчета – 0.5 балла

2. Без учета катион-катионных взаимодействий наиболее близкое к 18 значение реализуется в комплексе [NpO₂(H₂O)₅] (2 + 3.41∙2 + 1.81∙5 = 17.87), КЧ = 7
Расчет – 0.5 балла

Формула – 0.5 балла

КЧ – 0.5 балла

3. C учетом катион-катионных взаимодействий одного атома кислорода: наиболее устойчив комплекс [NpO₂(H₂O)₄]⁺(2 + 3.41∙2 + 1.81∙4 + 1.93∙1 = 17.99), КЧ = 7

Расчет – 0.5 балла

Формула – 1 балл

КЧ – 1 балл

Проявление катион-катионного взаимодействия приводит к тому, что один из кислородов катиона NpO₂⁺ становится “мостиковым”, т.е. принадлежит атому Np на ½, но одновременно в экваториальной плоскости появляется “мостиковый” кислород от соседнего катиона NpO₂⁺, в связи с чем “состав” катиона не изменяется, но КЧ повышается до 7, что напрямую не видно из формулы [NpO₂(H₂O)₄]⁺.

4. C учетом катион-катионных взаимодействий двух атома кислорода: наиболее устойчив комплекс [NpO₂(H₂O)₃]⁺(2 + 3.41∙2 + 1.81∙3 + 1.93∙2 = 18.11), КЧ = 7

Расчет – 0.5 балла

Формула – 1 балл

КЧ – 1 балл

Проявление катион-катионного взаимодействия приводит к тому, что оба из кислорода катиона NpO₂⁺ становятся “мостиковым”, т.е. принадлежат атому Np на ½, но одновременно в экваториальной плоскости появляется два “мостиковых” кислорода от соседних катионов NpO₂⁺, в связи с чем “состав” катиона не изменяется, но КЧ повышается до 7, что напрямую не видно из формулы [NpO₂(H₂O)₃]⁺.

Каждая реакция – по 0.5 баллов

5. Np(C₂O₄)₂ + O₂ = NpO₂ + 4CO₂

6. 2NpO₂(OH)₂ = Np₂O₅ + 1/2O₂ + 2H₂O

7. 9(NH₄)₂Np₂O₇ = 2N₂ + 14NH₃ + 6Np₃O₈+ 15H₂O

8. Np₃O₈ + 4HClO₄ = 2NpO₂ClO₄ + NpO₂(ClO₄)₂ + 2H₂O

Задача №11-4

При определении веществ А’ и B’ необходимо применить формулы расчета по брутто-формуле. В цепочке можно заметить использование двух молекул фталимида калия, а значит используются дибромпроизводные.

C_nH₂_nBr₂ – общая формула соединений А’ и B’.

2·80/(14n+2·80) = 0.741

2·80/(14n+2·80) = 0.696

n=4

n=5

[V1]

В реакциях, проведенных Дмитрием происходит постадийное образование солей между аммиаком (амином) и галогеналканом и дальнейшее образование первичного, вторичного или третичного амина. Таким образом в его реакторе образовывались (в т.ч. полимерные):

Разбалловка:

Написание реакций 1 – 6	6·1=6б.
Установление формул A’ и B’	2·1=2б.
Написание побочных продуктов или описание реакции с объяснением получаемых побочных продуктов	2б.
Итого	10б.

Задача №11-5

1. Основной компонент природного газа – метан или CH₄.

CH₄ + H₂O = 3 H₂ + CO	(1)
CH₄ + CO₂ = 2 H₂ + 2 CO	(2)

Вещество А – СH₄, метан,

Вещество B – СO, оксид углерода (II),

Вещество C – H₂, водород.

Смесь веществ B и C – синтез-газ.

2. Поскольку вещество IV имеет меньшую температуру кипения, чем вещество V, то можно утверждать, что оно имеет разветвленное строение, а вещество V соответственно линейное. Таким образом, вещество V – бутанол-1, вещество IV – 2-метилпропанол-1 или изобутанол, соответственно вещество D – бутаналь, вещество D' – изобутаналь. Вещество E – продукт альдольной конденсации бутаналя, 3-гидрокси-2-этилгексаналь. При нагревании вещества E отщепляется вода, что составляет 12,5% массы, и образуется вещество F – 2-этилгекс-2-еналь. Далее происходит восстановление двойной связи и образование вещества G – 2-этилгексаналя, который окисляется в вещество I – 2-этилгексановую кислоту. При получении вещества H происходит восстановление двойной связи и альдегидной группы с образованием 2-этилгексанола.
Определим вещество J по продуктам горения. Из количеств веществ элементов в этих соединениях сможем посчитать простейшую формулу вещества А.

	Углерод	Водород	Кислород
Масса/объем соединений после сжигания	0,3584 л (CO₂)	0,108 г (H₂O)	Посчитаем чуть позже
Количество в-ва продуктов	0,016 моль (CO₂)	0,006 моль (H₂O)
Количество в-ва элементов	0,016 моль (C)	0,012 моль (H)
Масса элемента	0,192 г	0,012 г	0,128 г
Количество в-ва элементов	0,016 моль (C)	0,012 моль (H)	0,008 моль
Соотношение	4	3	2

Предварительный простейший состав описывается формулой C₄H₃O₂. Поскольку при такой формуле тяжело нарисовать искомую формулу, а также проблематично вступление 2-этилгексанола в реакцию в двукратном избытке, поэтому умножим на два и запишем новую формулу C₈H₆O₄. Условия данных по протонному ЯМР-спектру ограничивают выбор только терефталевой кислотой в качестве вещества J. Соответственно вещество III это бис(2-этилгексил)терефталат. Вещество M можно получить окислением нафталина, также оно является производным одного из изомеров терефталевой кислоты, по этим данным можно решить, что M – фталевый ангидрид.

3. Вещества I, B, C известны из условий задачи ранее, судя по подсказке про правило 18 электронов и 2-этилгексановую кислоту в качестве второго продукта, вещество K – комплекс металла с оксидом углерода (II) в качестве лигандов.

Посчитаем массу металла из массовой доли:

Массовая доля CO – 65,54%, металла – 34,46%, тогда , для n=4 подходит Co. Таким образом простейшая формула комплекса – (Co(CO)₄)_n, однако n=1 не соответствует правилу 18 электронов, поскольку у кобальта электронная конфигурация 3d⁷ 4s², 4 лиганда CO дает ещё 8, итого 17 электронов. При удвоении кобальт может образовать связь Co-Co и дополнить уровень до 18 электронов.

Вещество K – Co₂(CO)₈, октокарбонилдикобальт, L – HCo(CO)₄, тетракарбонилкобальтовая кислота.

Разбалловка

Написание уравнений реакций (1) – (2)	2х0,25 б. = 0,5 б.
Название смеси веществ B и C	0,5 б.
Написание названий веществ A–H, J–M, I–V	18х0,25 б. = 4,5 б.
Написание формул веществ A–H, J–M, I–V	18х0,25 б. = 4,5 б.
ИТОГО	10 б.

[V1]Совсем неочевидно, что молекулы неразветвленные. Запах у всех изомеров будет вполне себе мерзкий.

При проверке стоит засчитывать детям любые изомеры, где атомы галогена находится при первичных атомах углерода (со вторичными галогенидами реакция Габриэля (с фталмидом калия) обычно не проводится): 1,3-дибром-2-метилпропан (A’) и 1,3-дибром-2,2-диметилпропан или ): 1,3-дибром-2-метилбутан (B’)

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 44; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!