Содержание
- Задача 1. Два газа
- Задача 2. Соединения с водородом
- Задача 3. Свойства неизвестного газа
- Задача 4. Хорошо растворимый газ
- Задача 5. Ионное соединение без металлов
- Задача 6. Расширение и сжатие газа
Задача 1. Два газа
Два газа X и Y способны взаимно превращаться друг в друга. Оба они встречаются в природе, оба поддерживают горение тлеющей лучинки. Газ Y в отличие от газа X вызывает потемнение серебряной пластинки. Газ X образуется из газа Y при пропускании его через раствор иодида калия KI:
KI + Y + H2O → I2 + X + KOH
Назовите газы X и Y. Составьте уравнение записанной выше реакции. Какую роль играет газ Y в верхних слоях земной атмосферы? Запишите уравнение реакции газа Y с серебряной пластинкой, если известно, что продуктами её являются газ Х и вещество Z, содержащее 87,1 % серебра по массе.
Решение
Газы X и Y – это кислород O2 и озон О3. 4 балла
2KI + О3 + H2O → I2 + O2 + 2KOH 1 балл
Озоновый слой в стратосфере поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца и предохраняет от него поверхность Земли и её обитателей. 1 балл
Найдём формулу вещества Z.
Ag : O = (87,1/108) : (12,9/16) = 1: 1.
Простейшая формула – AgO. 2 балла
Уравнение реакции:
Ag + O3 = AgO + O22 балла
Итого 10 баллов
Задача 2. Соединения с водородом
Некоторый элемент X образует несколько соединений с водородом, в каждом из которых он четырёхвалентен. Все эти соединения легко воспламеняются на воздухе, гидролизуются водой до оксида, а при нагревании разлагаются на простые вещества.
В простейшем соединении массовая доля водорода равна 12,5 %. Установите его формулу (не забудьте привести расчёты) и напишите уравнения трёх перечисленных выше реакций с его участием.
Напишите формулу водородного соединения X, которое содержит 8 атомов водорода.
Решение
Общая формула гидридов четырёхвалентных элементов: XH4. 1 балл
Массовая доля водорода:
ω(H) = 4 / (4+M(X)) = 0,125, откуда M(X) = 28 г/моль. X – кремний, формула простейшего водородного соединения – SiH4 2 балла
Уравнения реакций:
SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O 2 балла
SiH4 + 2H2O = SiO2 + 4H2 2 балла
SiH4 = Si + 2H2 2 балла
за каждое уравнение – 1 балл, если неверные коэффициенты. Если уравнения записаны в общем виде, без указания элемента Si, ставится полный балл
Формула другого водородного соединения – Si3H81 балл
Итого 10 баллов
Задача 3. Свойства неизвестного газа
Через склянки, содержащие растворы сульфата меди (II), нитрата серебра (I) и гидроксида калия пропустили неизвестный газ, имеющий неприятный запах и образующийся при разложении белков. В двух склянках выпал осадок, а в одной – нет.
- Какой газ пропускали через растворы солей?
- Осадки каких веществ выпали из растворов? Напишите уравнения реакций, протекающих во всех склянках.
- Приведите два разных способа получения неизвестного газа в химической лаборатории.
Решение
1) Газ, образующийся при разложении белков и имеющий неприятный запах, – сероводород H2S. 2 балла
2) При взаимодействии с сероводородом соли образуют соответствующие сульфиды металлов, имеющие тёмную окраску, а в растворе гидроксида калия происходит реакция нейтрализации, осадок не образуется:
CuSO4 + H2S = CuS↓ + H2SO4 2 балла
2AgNO3 + H2S = Ag2S↓ + 2HNO3 2 балла
2KOH + H2S = K2S + 2H2O 2 балла
принимается также KOH + H2S = KHS + H2O
(если реакция не уравнена – 1 балл из 2-х)
3) В химической лаборатории сероводород можно получить действием раствора серной кислоты или соляной кислотой на сульфиды металлов, чаще всего используют сульфид железа (II):
FeS + H2SO4 = FeSO4 + H2S↑ 1 балл
Реже используют прямой синтез – взаимодействие кипящей серы с водородом:
H2 + S = H2S 1 балл
Итого 10 баллов
Задача 4. Хорошо растворимый газ
В воде растворили 33 л неизвестного газа и получили 250 г раствора. Если в том же количестве воды растворить в три раза больше газа, образуется раствор массой 300 г.
- Определите массовые доли растворённого вещества в каждом из растворов.
- Найдите массу воды, взятой для растворения.
- Определите неизвестный газ, если известно, что объёмы измерены при нормальных условиях. Все необходимые расчёты запишите.
Решение
1) Сравнив первый и второй растворы, находим, что 66 л газа весят 50 г. Следовательно, 33 л газа весят 25 г. В первом растворе содержалось 25 г газообразного вещества, а во втором – в 3 раза больше, 75 г. Массовые доли:
ω1 = 25 / 250 = 0,1 = 10 % 2 балла
ω2 = 75 / 300 = 0,25 = 25 % 2 балла
2) Масса воды в обоих растворах – одна и та же:
m(H2O) = 250 – 25 = 300 – 75 = 225 г 2 балла
3) Составим пропорцию:
33 л газа весят 25 г
22,4 л газа весят M г
M = 25 · 22,4 / 33 = 17 3 балла
Неизвестный газ – аммиак, NH3. 1 балл
Итого 10 баллов
Задача 5. Ионное соединение без металлов
Вещество состава CNH5O3 представляет собой бесцветные кристаллы, водный раствор которых хорошо проводит электрический ток. При добавлении соляной кислоты к этому веществу выделяется бесцветный газ, вызывающий помутнение известковой воды. Назовите неизвестное вещество и изобразите структуру его формульной единицы. Назовите виды связей, присутствующие в этом соединении. Запишите уравнения описанных реакций.
Решение
Судя по описанию свойств, вещество представляет собой соль угольной кислоты. В роли катиона в ней выступает ион аммония. Формула вещества – NH4HCO3. Это гидрокарбонат аммония. 2 балла
Структура формульной единицы:
3 балла
(по 1,5 балла за каждый ион)
В соединении присутствуют ионная и ковалентная связи 1 балл
Уравнения реакций:
NH4HCO3 + HCl = NH4Cl + CO2 + H2O 2 балла
CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O 2 балла
Итого 10 баллов
Задача 6. Расширение и сжатие газа
С помощью шланга пустую колбу герметично присоединили к U-образной трубке, в которую налили некоторое количество воды (см. рисунок 1). Уровень воды в обоих коленах трубки (А и В) был одинаковым. Когда колбу плотно обхватили рукой, то уровень воды в колене А понизился, а в колене В повысился (см. рисунок 2).
- Почему изменяется уровень воды в U-образной трубке, когда колбу обхватывают рукой?
- Что можно сделать (разбирать прибор не разрешается), чтобы уровень воды в трубке изменился обратным образом: в колене А поднялся, а в колене В – опустился?
- Данный прибор является аналогом термоскопа, созданного великим итальянским учёным Галилео Галилеем. Предположите, с какой целью Г. Галилей использовал термоскоп. Прообразом какого современного прибора является термоскоп?
- Небольшое количество некоторого вещества внесли в стакан с водой и начали растворять. В этот же стакан опустили расширенную часть колбы (см. рисунок 3). Уровень воды в U-образной трубке изменился так, как показано на рисунке.Рисунок 3
Объясните данный эффект. Приведите примеры двух веществ, при растворении которых будет наблюдаться подобное изменение уровня воды в U-образной трубке, и двух веществ, растворение которых сопровождается обратным эффектом.
- Замечено, что при растворении некоторых безводных веществ (например, CuSO4, MgSO4, Na2CO3) и соответствующих кристаллогидратов (CuSO45H2O, MgSO4·7H2O, Na2CO3·10H2O) наблюдаются прямо противоположные тепловые эффекты.
При растворении каких солей – безводных (CuSO4, MgSO4, Na2CO3) или соответствующих кристаллогидратов – будет наблюдаться изменение уровня воды в U-образной трубке, показанное на рисунке 3? Предложите возможное объяснение данной закономерности.
Решение
- От тепла руки нагреваются стенки колбы и воздух внутри колбы. При нагревании газы расширяются, их объём увеличивается. Воздух сильнее давит на столб воды в колене А, поэтому её уровень понижается, а в колене В – повышается. 1 балл
- Можно охладить колбу, используя снег, лёд или холодную воду. В этом случае давление воздуха в колбе уменьшится. Воздух будет слабее давить на столб воды в колене А, поэтому её уровень повысится, а в колене В – понизится. 1 балл
- Термоскоп использовался для регистрации изменения температуры. Термоскоп — прообраз современного термометра. 2 балла
- Наблюдаемый эффект можно объяснить тем, что при растворении вещества выделяется тепловая энергия, в результате чего раствор разогревается. С выделением тепла растворяются многие вещества, например, серная кислота, гидроксид натрия. 2 балла. Примеры веществ, растворение которых является эндотермическим процессом: нитрат калия, нитрат аммония. 2 балла
- Растворение безводных солей: CuSO4, MgSO4, Na2CO3 является экзотермическим, поэтому будет наблюдаться такое изменение уровня воды в U-образной трубке, как это показано на рисунке 3. При растворении вещества в воде происходят следующие процессы: разрушение структуры растворяемого вещества (разрываются связи, энергия затрачивается) и гидратация, т.е. взаимодействие молекул воды с частицами растворенного вещества (образуются новые связи, энергия выделяется). В зависимости от соотношения этих тепловых эффектов процесс растворения вещества может быть эндо- или экзотермическим. При растворении рассмотренных безводных солей энергия гидратации весьма велика (эти соли образуют устойчивые кристаллогидраты), она превышает энергию, необходимую для разрушения кристаллических решеток. 2 балла
Итого 10 баллов