Химия 9 класс, школьный (первый) этап, г. Москва, 2016 год

Задача 1. «Полезная соль»

Нерастворимая в воде  соль X входит в  состав множества полезных веществ – белых  красок,  огнеупорных  материалов,  жидкостей  для  бурения  скважин, контрастных веществ для рентгенографии. Она состоит из трёх элементов, один из  которых –  сера.  При  прокаливании  с  избытком  угля  X  превращается в растворимую  соль  Y,  которая  состоит  всего  из  двух  элементов  в  равных количествах. Массы элементов в Y отличаются в 4,28 раза.

1. Определите формулы солей X и Y.
2. Напишите уравнения реакций X → Y и Y → X.
3. Предложите три способа получения X из веществ, принадлежащих к разных классам соединений.

 Решение

1. При прокаливании с углём соль X теряет кислород, остаются сера и элемент-металл в равном соотношении, т.е. Y – сульфид двухвалентного металла, MeS.

Из соотношения масс находим:

M(Me) = 32∙4,28 = 137 г/моль – это барий. Y – BaS, X – BaSO₄.

4 балла (по 2 балла за каждую соль).

2. X → Y.  BaSO₄ + 4C = BaS + 4CO

1,5 балла

(принимаются  также  уравнение BaSO₄ + 2C = BaS + 2CO₂  и  аналогичные уравнения с BaSO₃),

Y → X.  BaS + H₂SO4 = BaSO₄ + H2S↑

1,5 балла

3. BaO + H₂SO₄ = BaSO₄ + H₂O

Ba(OH)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄ + 2H₂O

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl

(принимаются также любые разумные реакции образования BaSO₃)

Каждое уравнение – по 1 баллу, максимум – 3 балла.

Всего – 10 баллов

Задача 2. «Неполные уравнения реакций»

Ниже приведены уравнения химических реакций, в которых пропущены некоторые вещества и коэффициенты. Заполните все пропуски.

1. … + Br₂ = S + 2…
2. 2NaCl + 2… = …NaOH + … + Cl₂
3. … + 5O₂ = 3CO₂ + …H₂O
4. Pb₃O₄ + 4… = … + 2Pb(NO₃)₂ + …H₂O
5. …NaHCO₃ = Na₂CO₃ + … + H₂O

Решение

1. H₂S + Br₂ = S + 2HBr или Na₂S + Br₂ = S + 2NaBr
2. 2NaCl + 2H₂O = 2NaOH + H₂ + Cl₂
3. C₃H₈ + 5O₂ = 3CO₂ + 4H₂O
4. Pb₃O₄ + 4HNO₃ = PbO₂ + 2Pb(NO₃)₂ + 2H₂O
5. 2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

За каждое правильное уравнение – по 2 балла.

Всего – 10 баллов

Задача 3. «Опыты со стружкой»

Кальциевую стружку массой 4,0 г прокалили на воздухе, а затем бросили в воду. При  растворении  стружки  в  воде  выделилось 560  мл  газа (н. у.),  который практически не растворяется в воде.

1. Запишите уравнения реакций.
2. Определите, на сколько граммов возросла масса стружки при прокаливании.
3. Рассчитайте состав прокалённой стружки в массовых процентах.

 Решение

1. При прокаливании кальциевой стружки происходит реакция:  2Ca + O₂ = 2CaO

(Условие  о  том,  что  газ  практически  не  растворяется  в  воде,  исключает реакцию кальция с азотом, которая может привести к нитриду кальция, гидролизующемуся с образованием NH₃.)

Так как кальций плавится при высокой температуре, а продукт реакции также тугоплавкий,  окисление  металла  вначале  происходит  лишь  с  поверхности.

Прокалённая  стружка  представляет  собой  металл,  снаружи  покрытый  слоем оксида. При помещении в воду и металл, и оксид реагируют с ней:

• CaO + H₂O = Ca(OH)₂;
• Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂.

2.  Количество  вещества  металла,  не  вступившего  в  реакцию  с  кислородом, равно количеству вещества выделившегося газа (водорода):  n(Ca) = n(H₂) = 0,56/22,4 = 0,025 моль.

Всего в исходной стружке n(Ca) = 4/40 = 0,1 моль.

Таким  образом,  в  реакцию  с  кислородом  вступило 0,1 – 0,025 = 0,075  моль кальция, что составляет m(Ca) = 0,075∙40 = 3 г.

Увеличение  массы  стружки  связано  с  присоединением  кислорода.  Масса кислорода, вступившего в реакцию с кальцием, равна m(O₂) = 32∙0,0375 = 1,2 г.

Итак, масса стружки после прокаливания возросла на 1,2 г.

3. Прокалённая стружка состоит из  кальция (0,025 моль) массой 1  г и  оксида кальция (0,075 моль) массой 4,2  г. Состав в массовых процентах: Ca – 19,2%; CaO – 80,8%.

Система оценивания:

Задача 4. «Неизвестная соль»

Неизвестная  соль  образована  двумя  ионами  с  электронной  конфигурацией аргона.  Известно,  что  при  внесении  её  в  водный  раствор  нитрата  серебра выпадает  осадок,  при  действии  на  неё  соляной  кислотой  выделяется  газ, а водный раствор карбоната натрия не вызывает никаких изменений.

1. Назовите  соль.  Запишите  электронную  конфигурацию  ионов,  входящих в состав соли.
2. Запишите  уравнения  описанных  реакций  в  молекулярном  и  сокращённом ионном виде.
3. Предложите два способа получения этой соли. Запишите уравнения реакций.

 Решение

1. Ионы с конфигурацией инертного газа аргона 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ – это катионы начала  четвёртого  периода (например, K⁺, Ca²⁺)  и  анионы  конца  третьего периода (например, S^2–, Cl^–).  Описанным  в  задаче  условиям  удовлетворяет только сульфид калия K₂S.

2. Уравнения реакций:

•  K₂S + 2AgNO₃ = Ag2S↓  + 2KNO3
•  2Ag⁺ + S^2– = Ag₂S↓
•  K₂S + 2HCl = 2KCl + H₂S↑
•  2H⁺ + S^2– = H₂S↑

3.  Соль  можно  получить  разными  способами,  например,  взаимодействием простых веществ, взаимодействием гидроксида калия с сероводородом:

•  2K + S = K₂S;
•  2KOH + H₂S = K₂S + 2H₂O.

Система оценивания:

Задача 5. «Неизвестный металл»

В  кабинет химии принесли  кусочек  серебристо-белого  неизвестного металла.

Учитель поручил сделать анализ металла одному из учеников. Ученик составил

план  исследования.  Когда  атмосферное  давление  стало  равно 760  мм  рт.  ст., ученик охладил установку до 0°С и приступил к анализу металла.

Взяв точную навеску металла – 1,00 г, он растворил его в соляной кислоте. При этом  выделился  водород  объёмом 2,49  л.  Этого  стало  достаточно  для идентификации металла.

1. На основе  экспериментальных  данных  определите  металл.  Напишите уравнение реакции.
2. Почему важно  учитывать  в  данном  исследовании  атмосферное  давление  и температуру?
3. Какими дополнительными  реакциями  можно  подтвердить  идентификацию металла?

Решение

1. Определён металл бериллий и записано уравнение реакции

5 баллов

Один из возможных способов решения:

Определено количество выделившегося водорода

f5.1

Металл реагирует с соляной кислотой согласно уравнению:

Ме + xНСl = MeCl_x + 1/2 xH₂

f5.2

где: m —  масса  навески  металла,  x —  валентность  металла,  n —  количество вещества  водорода.  Из  всех  возможных  вариантов  подбора  по  валентности подходит бериллий. М = 9,09 г/моль

Be + 2HCl = BeCl₂ + H₂

2. Объяснена зависимость объёма газа от давления и температуры

2 балла

3. Гидроксид бериллия  обладает  амфотерными  свойствами.  Приведено уравнение  реакции  получения  гидроксида  бериллия  и  реакции Be(OH)₂ с кислотой и щёлочью

3 балла

• BeCl₂ + 2NaOH = Be(OH)2↓ + 2NaCl
• Be(OH)₂ + 2HCl = BeCl₂ + 2H₂O
• Be(OH)₂+ 2NaOH = Na₂[Be(OH)₄]

или

• Be(OH)₂ + 2NaOH = Na₂BeO₂ + 2H₂O

Всего – 10 баллов

Задача 6. «Газ, не поддерживающий горение»

В  прибор,  изображённый  на  рисунке 1,  поместили  гранулы  вещества  Х  и налили жидкость Y. После  того  как  открыли  кран, жидкость Y опустилась из воронки в нижнюю часть прибора и пришла в соприкосновение с веществом X, началась  реакция,  сопровождающаяся  выделением  бесцветного  газа  Z.  Газ  Z собрали в колбу способом вытеснения воздуха (см. рис. 6.1).

В  колбу,  заполненную  газом Z,  внесли  горящую  свечу (см.  рис. 6.2),  при  этом свеча погасла. Однако, когда свечу вынесли из колбы, она снова загорелась.

1. Какой газ получали в приборе, изображённом на рисунке 1? Как называется этот прибор?
2. Что могут  представлять  собой  вещества  X  и  Y?  Напишите  уравнение возможной реакции между X и Y с образованием Z.
3. Объясните опыт со свечой. Почему свеча гасла, когда её вносили в колбу, и снова разгоралась, когда её выносили из колбы? Как долго можно продолжать этот опыт?
4. Согласно правилам  техники  безопасности  перед  проведением  опыта  со свечой  необходимо  проверить  газ  Z «на  чистоту».  Что  это  значит?  Как  это осуществить?  Что  может  произойти,  если  пренебречь  этим  правилом безопасности? Ответ поясните.

Решение

1. Получали водород (газ Z) в аппарате Киппа.

2 балла

2. Вещество  X –  активный  металл,  например  цинк;  Y –  кислота,  например соляная или разбавленная серная. Возможный вариант взаимодействия:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

2 балла

3. Свеча гаснет в колбе, заполненной водородом, т. к. этот газ не поддерживает горение.  Однако  при  внесении  зажжённой  свечи  в  колбу  водород  загорается у отверстия  колбы.  Водород  горит  бесцветным  пламенем,  поэтому  его практически  не  видно.  Когда  свечу  выносят  из  колбы,  горящий  водород воспламеняет фитиль, свеча снова вспыхивает.

Данный опыт можно продолжать (вносить свечу в колбу и выносить её) до тех пор,  пока  водород  спокойно  горит  в  колбе.  Постепенно,  по  мере  выгорания водорода, фронт горения будет подниматься выше по колбе. Горение будет всё более нестабильным из-за «подмешивания» кислорода воздуха.

3 балла

4.  Проверка  водорода «на  чистоту» —  это  экспериментальная  проверка отсутствия  примесей  газов,  образующих  с  ним «гремучие  смеси»,  таких  как кислород,  воздух,  хлор.  Для  проверки  водорода  на  чистоту  его  собирают  в пробирку, перевёрнутую вверх дном, и подносят к пламени спиртовки. Чистый водород  загорается  с  лёгким  звуком «п». «Грязный»  водород  взрывается с громким хлопком или свистом.

Если в колбу для данного опыта собрать «грязный» водород, то при внесении горящей свечи гремучая смесь взорвётся.

3 балла

Всего – 10 баллов