Областная олимпиада школьников по химии 2004/2005 г.Тюменская область.10класс.Решения

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⁺ + СО₃^2- + 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*7H2_O)

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
K₂FeO ₄+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

Использованы материалы пособия:
О.В. Архангельская, А.И. Жиров, О.К. Лебедева и др.
Методическое пособие в помощь областным оргкомитетам
Всероссийской олимпиады школьников по химии.
ЦМК Всероссийской химической олимпиады школьников, 2004.