Химия является основой многих практических производств, требующих

1. ВВЕДЕНИЕ
Химия является основой многих практических производств, требующих
расчетов материального баланса: расхода сырья и энергии, количества
получаемой продукции, потерь в процессе производства и др. Владение
приемами расчетов химических процессов является важным для их
планирования и проведения как в лабораторных, так и в заводских условиях.
Поэтому при изучении химии большое внимание уделяется методам решения
расчетных задач. К тому же, решение задач способствует лучшему усвоению
теории химических процессов. В данной пособии напоминаются химические
законы, необходимые для решения задач, рассматриваются основные типы
задач, методика и образцы их решения. Приведены также контрольные
задачи для самостоятельной учебной практической работы.
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ
ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ



Для решения расчетных задач необходимо знание основных физических
характеристик веществ (масса, объем, плотность) и параметров состояния
реагирующей системы (температура, давление, концентрация веществ), а
также единиц измерения этих величин. Выполнение расчетов основано на
понимании и умении использовать взаимосвязи между физическими
характеристиками и параметрами состояния, которые отражены в основных
законах химии:
закон постоянства состава
закон сохранения массы и энергии
закон Авогадро и т.д.
Для успешного решения задач необходимо также владение навыками
математических операций: умение составлять и решать уравнения,
неравенства, производить действия с числами и т.п.
2.1. Моль, молярная масса
В химических процессах участвуют мельчайшие частицы – молекулы, атомы,
ионы, электроны. Число таких частиц даже в малой порции вещества очень
велико. Поэтому, чтобы избежать математических операций с большими
числами, для характеристики количества вещества, участвующего в
химической реакции, используется специальная единица – моль.
определенное число частиц (молекул, атомов, ионов), равное постоянной
23
Авогадро (NA
моль-1).
1
Постоянная Авогадро NA определяется как число атомов, содержащееся в 12
г изотопа 12С:
частиц этого вещества.
Исходя из этого, любое количество вещества можно выразить определенным
23
числом молей
молекул. Следовательно, количество вещества в этом образце составляет:
23
В общем виде:
где N - число частиц данного вещества;
NA - число частиц в одном моле вещества (постоянная Авогадро).
Молярная масса вещества (M) – масса одного моля этого вещества.
По величине она равна относительной молекулярной массе Mr (для веществ
атомного строения – относительной атомной массе Ar). Молярная масса
имеет размерность г/моль.
Например, молярная масса метана CH4 определяется следующим образом:
Мr(CH4) = Ar(C) + 4 Ar(H) = 12+4 =16
23
M(CH4)=16 г/моль, т.е. 16 г CH4
молекул.
Молярную массу вещества можно вычислить, если известны его масса m и
количество (число молей) , по формуле:
Соответственно, зная массу и молярную массу вещества, можно рассчитать
число его молей:
или найти массу вещества по числу молей и молярной массе:
Необходимо отметить, что значение молярной массы вещества определяется
его качественным и количественным составом, т.е. зависит от Mr и Ar.
Поэтому разные вещества при одинаковом количестве молей имеют
различные массы m.
Пример:
Вычислить массы метана CH4 и этана С2H6, взятых в количестве
Решение:
Молярная масса метана равна 16 г/моль, а этана С2Н6 – 30 г/моль. Отсюда:
m(CH4
моль = 32 г;
m(С2Н6
60 г.
2
Таким образом, моль - это порция вещества, содержащая одно и то же число
частиц, но имеющая разную массу для разных веществ, т.к. частицы
вещества (атомы и молекулы) не одинаковы по массе.
n(CH4) = n(С2Н6), но m(CH4) < m(С2Н6)
Вычисление n используется практически в каждой расчетной задаче.
2.2. Концентрация вещества
Концентрация – величина, характеризующая содержание вещества в
единице массы или объема смеси.
Содержание вещества может быть выражено в единицах массы, количества
вещества и объема. Наиболее распространенными способами выражения
концентрации вещества являются массовая доля (W), мольная и объемная
доли (Y) и молярная концентрация (Сm).
2.3. Закон постоянства состава (Ж. Пруст, 1808)
Все индивидуальные вещества имеют постоянный качественный и
количественный состав независимо от способа их получения.
На основании этого закона состав веществ выражается химической
формулой с помощью химических знаков и индексов. Например, Н2О, СН4,
С2Н5ОН и т.д.
Закон постоянства состава справедлив для веществ молекулярного строения.
Наряду с веществами, имеющими постоянный состав, существуют вещества
переменного состава. К ним относятся соединения, в которых чередование
нераздельных структурных единиц (атомов, ионов) осуществляется с
нарушением периодичности.
3
В связи с наличием соединений переменного состава современная
формулировка закона постоянства состава содержит уточнения:
Состав соединений молекулярного строения, то есть состоящих из
молекул, является постоянным независимо от способа получения.
Состав же соединений с немолекулярной структурой (с атомной, ионной
и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от
условий получения.
2.4. Закон сохранения массы (М.В. Ломоносов, 1748)
Масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе
веществ, образующихся в результате реакции.
Закон сохранения массы является частным случаем общего закона природы –
закона сохранения материи и энергии. На основании этого закона
химические реакции можно отобразить с помощью химических уравнений,
используя химические формулы веществ и стехиометрические
коэффициенты, отражающие относительные количества (число молей)
участвующих в реакции веществ.
Например, реакция горения метана записывается следующим образом:
На основании химических уравнений проводятся стехиометрические
расчеты.
2.5. Закон Авогадро (А. Авогадро, 1811)
В равных объемах газов (V) при одинаковых условиях (температуре Т и
давлении Р) содержится одинаковое число молекул.
Следствие из закона Авогадро: один моль любого газа при одинаковых
условиях занимает одинаковый объем.
101,3 кПа, объем 1 моля газа, равен 22,4 л. Этот объем называют молярным
объемом газа Vm.
Таким образом, при нормальных условиях (н.у.) молярный объем любого
газа Vm = 22,4 л/моль.
Закон Авогадро используется в расчетах для газообразных веществ. При
пересчете объема газа от нормальных условий к любым иным используется
объединенный газовый закон Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:
где Рo, Vo, Тo - давление, объем газа и температура при нормальных условиях
(Рo = 101,3 кПа, Тo = 273К).
4
Если известна масса (m) или количество (n) газа и требуется вычислить его
объем, или наоборот, используют уравнение Менделеева - Клапейрона:
PV = n RT,
где n = m/M - отношение массы вещества к его молярной массе,
RИз закона Авогадро вытекает еще одно важное следствие: отношение масс
одинаковых объемов двух газов есть величина постоянная для данных
газов. Эта постоянная величина называется относительной плотностью газа
и обозначается D. Так как молярные объемы всех газов одинаковы (1-е
следствие закона Авогадро), то отношение молярных масс любой пары газов
также равна этой постоянной:
где М1 и М2 - молярные массы двух газообразных веществ.
Величина D определяется экспериментально как отношение масс одинаковых
объемов исследуемого газа (М1) и эталонного газа с известной молекулярной
массой (М2). По величинам D и М2 можно найти молярную массу
исследуемого газа:
M1 = D х M2.
3. Алгоритм решения задач
Чтобы решить химическую задачу рекомендуется следующий порядок
действий.
1.
Изучите внимательно условия задачи: определите, с какими
величинами предстоит проводить вычисления, обозначьте их буквами,
установите единицы их измерения (табл. 3.1), числовые значения,
определите, какая величина является искомой. Запишите данные задачи в
виде кратких условий.
5
Таблица 3.1.
Если в условиях задачи идет речь о взаимодействии веществ, запишите
уравнение реакции (реакций) и уравняйте его (их) коэффициентами.
3.
Выясните количественные соотношения между данными задачи и
искомой величиной. Для этого расчлените свои действия на этапы, начав с
вопроса задачи, выяснения закономерности, с помощью которой можно
определить искомую величину на последнем этапе вычислений. Если в
исходных данных не хватает каких-либо величин, подумайте, как их можно
вычислить, т.е. определите предварительные этапы расчета. Этих этапов
может быть несколько.
4.
Определите последовательность всех этапов решения задачи, запишите
необходимые формулы расчетов.
Подставьте соответствующие числовые значения величин, проверьте их
размерности, произведите вычисления.
2.
3.1. Вычисление массы вещества по его количеству и количества по
массе
Задача. Вычислить массу метана количеством вещества 0,1 моль.
Подойдите к решению задачи в соответствии с вышеприведенным
алгоритмом. Составьте краткие условия задачи и решите ее.
6
3.2. Определение массовой доли (W) элемента в веществе
и компонента в смеси
Многие характеристики вещества являются суммой нескольких
составляющих, каждая из которых представляет определенную долю от
целого. Математически долю каждой составляющей определяют как частное
от деления части на целое (меньшей величины на большую). Так например,
С2Н5ОН вычисляется следующим образом:
Часто долю выражают в процентах. Для этого полученный результат
умножают на 100. То есть в нашем случае это будет 13 %.
2Н6O содержится
0,13 г (кг, т) водорода или каждые 100 г (кг, т) С2Н6O содержат 13 г (кг, т)
водорода.
Задача 1. Вычислить массовые доли каждого из элементов, входящих в
состав углеводорода, формула которого C6H12.
Задача 2. Из нефти получают бензин (массовая доля его в нефти составляет
25%) и мазут (55%). При дальнейшей переработке мазута получают еще
7
некоторое количество бензина (60% от массы мазута). Рассчитайте массу
бензина, который будет получен из нефти массой 200 кг.
3.3. Расчет массы (объема, количества) продуктов реакции по массе
(объему, количеству вещества) исходных веществ и обратные
вычисления
Задача. Какую массу углекислого газа можно получить, если сжечь
3,2 г метана? Определите объем, который займет углекислый газ,
образовавшийся в этой реакции при нормальных условиях.
Краткие условия в данном случае целесообразно записать, учитывая
уравнение реакции сгорания метана, следующим образом:
Решение
1. Находим количество вещества метана, вступившего в реакцию:
2. Количество углекислого газа согласно уравнению реакции равно
количеству метана:
2
4) = 0,2 моль
3. Определяем массу CO2:
m(CO2
,8 г
2
2
Ответ: m(CO2) = 8,8 г
3.4. Расчет массы (объема, количества) продуктов реакции при условии,
что одно из реагирующих веществ взято в избытке
Задача. Какой объем метана (н.у.) выделится при взаимодействии 10 г
карбида алюминия (Al4C3) с 10 г воды ?
8
Краткие условия:
Решение
1. Находим количества вступивших в реакцию веществ:
Так как на 1 моль Al4C3 требуется в 12 раз большее количество вещества
воды, то на 0,069 моль Al4C3 необходимо 0,828 моль воды. Следовательно,
0,55 моль воды недостаточно для реакции с 0,069 моль
Al4C3, который взят в избытке и прореагирует неполностью.
4) по веществу, взятому в недостатке:
3. Рассчитаем объем метана, образовавшегося в реакции:
V(CH4) = n (CH4) Vm = 0,137 моль х 22,4 л/моль = 3,07 л
Ответ: V(CH4) = 3,07 л
3.5. Вычисление массы и объема газов
Задача 1. Вычислить объем диоксида углерода при н.у., взятого количеством
вещества 3 моль.
9
Задача 2. Вычислить массу этилена (C2H4), занимающего при н.у. объем 28 л.
Задача 3. Вычислить объемную долю метана в смеси, состоящей из
30 л метана, 5 л этана и 2 л водорода. Объемы газов измерены при
одинаковых условиях.
Довольно часто учащиеся не видят различий между массовыми и объемными
долями веществ, считая их пропорциональными друг другу.
3.6. Вывод формул соединений
Этот вид расчетов чрезвычайно важен для химической практики, т.к.
позволяет на основании экспериментальных данных определить формулу
вещества (простейшую и молекулярную). На основании данных
качественного и количественного анализов химик находит сначала
соотношение атомов в молекуле (или другой структурной единице вещества),
т.е. его простейшую формулу.
Например, анализ показал, что вещество является углеводородом
CxHy, в котором массовые доли углерода и водорода соответственно равны
0,8 и 0,2 (80% и 20%). Чтобы определить соотношение атомов элементов,
достаточно определить их количества вещества (число молей):
10
Целые числа (1 и 3) получены делением числа 0,2 на число 0,0666. Число
0,0666 примем за 1. Число 0,2 в 3 раза больше, чем число 0,0666. Таким
образом, CH3 является простейшей формулой данного вещества.
Соотношению атомов C и H, равному 1:3, соответствует бесчисленное
количество формул: C2H6, C3H9, C4H12 и т.д., но из этого ряда только одна
формула является молекулярной для данного вещества, т.е. отражающей
истинное количество атомов в его молекуле. Чтобы вычислить
молекулярную формулу, кроме количественного состава вещества,
необходимо знать его молекулярную массу. Для определения этой величины
часто используется значение относительной плотности газа D.
Так, для вышеприведенного случая DH2 = 15.
Тогда M(CxHy) = 15 M(H2
Поскольку M(CH3) = 15, то для соответствия с истинной молекулярной
массой необходимо удвоить индексы в формуле. Следовательно,
молекулярная формула вещества: C2H6.
Определение формулы вещества зависит от точности математических
бы два знака после запятой и аккуратно производить округление чисел.
Соотношение атомов в молекуле не всегда определяется простым делением
полученных чисел на меньшее число. Рассмотрим этот случай на следующем
примере.
Задача 1. Установите формулу вещества, которое состоит из углерода
(W (C)=25%) и алюминия (W (Al)=75%).
11
Разделим 2,08 на 2. Полученное число 1,04 не укладывается целое число раз в
числе 2,78 (2,78:1,04=2,67:1). Теперь разделим 2,08 на 3. При этом получается
число 0,69, которое укладывается ровно 4 раза в числе 2,78 и 3 раза в числе
2,08. Следовательно, индексы x и y в формуле вещества AlxCy равны 4 и 3,
соответственно.
Ответ: Al4C3 (карбид алюминия).
Более сложным вариантом задач на вывод формул соединений является
случай, когда состав вещества задается через продукты сгорания этих
соединений.
Задача 2. При сжигании углеводорода массой 8,316 г образовалось
26,4 г CO2. Плотность вещества при нормальных условиях равна
1,875 г/мл. Найдите его молекулярную формулу.
асчет объемов газов связан с вычислениями их масс.
12
3.7. Расчет массы, объема и количества исходных веществ или
продуктов реакции с учетом примесей
Задача. Определить массу образца технического углерода, содержащего 3%
примесей, необходимого для получения 67,2 л (н.у.) метана.




3.8. Расчет массы, объема. 3.9. Расчеты по уравнениям реакций
Расчеты, связанные с уравнениями реакций, называются
стехиометрическими. Они основаны на законе сохранения массы веществ и
позволяют решать следующие задачи:
вычислить массу (объем, количество вещества) продуктов реакции по
массе (объему, количеству вещества) одного из реагирующих веществ или
двух (задачи на "избыток" и "недостаток"),
определить массовые (объемные) доли примесей в исходном веществе,
рассчитать массовую (объемную) долю выхода продукта,
выполнить расчеты с учетом концентраций веществ.
Стехиометрические расчеты используются также для решения задач,
обратных вышеперечисленным.
В расчетах по уравнениям реакций важно уметь правильно расставить
стехиометрические коэффициенты. Для уравнивания реакций можно
использовать прикладную программу, составленную студентом химического
факультета Самарского госуниверситета А.Скугаревым.
Вид рабочего окна этой программы:
13
Задача. Сколько грамм бромной воды с массовой долей брома 3,2%
потребуется для реакции с 10 л смеси этана и этилена, в которой объемная
доля этилена равна 28%?
3.9. Расчет массы, объема и количества веществ с учетом выхода
продукта реакции
Задача. Бензол количеством вещества 0,5 моль прореагировал с избытком
брома (в присутствии катализатора). При этом получили бромбензол массой
70 г. Определите массовую долю выхода бромбензола.
14
3.10. Задачи повышенной трудности
На олимпиадах и вступительных экзаменах в вузы предлагаются более
сложные задачи, чем рассмотренные нами ранее. Обычно в них сочетаются
различные типы расчетов – как по формулам веществ, так и по уравнениям
реакций. Решение таких задач требует не только глубоких знаний химии, но
и развитого логического мышления, владения алгебраическим аппаратом
(системы уравнений с несколькими неизвестными, неравенства, степенные и
логарифмические функции и т.п.).
Рассмотрим решение одной из олимпиадных задач (г.Самара).
Задача. При дегидрировании смеси циклогексана и циклогексена в бензол
выделился водород массой, достаточной для полного восстановления 36,9 г
нитробензола в анилин. Найти %-ный (по массе) состав исходной смеси, если
известно, что такая же масса этой смеси может обесцветить 480 г 10%-ного
раствора брома в CCl4.
1. Определим m(Br2) в растворе СCl4:
m(Br2
2
2. Из углеводородов исходной смеси с Br2 реагирует только циклогексен
С6Н10, являющийся ненасыщенным соединением.
По уравнению этой реакции рассчитаем массу С6Н10.
n (С6Н10) = n (Br2) = 0,3 моль
m(C6Н10) = n (С6 Н10) x M(С6 Н10) = 0,3 моль x 82 г/ моль = 24,6 г
3. Рассчитаем количество вещества Н2, использованного на восстановление
нитробензола:
15
= 0,9 моль
4. Массу циклогексана рассчитаем из уравнений реакций дегидрирования
углеводородов.
2
6Н5NO2)
2)
= 0,6 моль.
Тогда количество водорода, выделившегося в реакции (1) равно:
2) = 0,9 моль – 0,6 моль = 0,3 моль.
m(C6H12) = n (C6H12) xM(C6H12) = 0,1 моль x 84 г/моль = 8,4 г
5. Определим массу исходной смеси углеводоров:
m(смеси) = m(C6H12) + m(C6H10) = 8,4 г + 24,6 г = 33,0 г
6. Рассчитаем массовые доли углеводородов в исходной смеси:
Ответ
6Н10)
= 0,745 (74,5%)
6Н12) = 0,255 (25,5%)
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ
Примечание: знаком * отмечены задачи повышенной трудности.
Калькулятор
1. Какое количество вещества составляет 92 г этанола С2Н5ОН?
Ответ 1 : 1 моль
Ответ 2 : 2 моль
16
Ответ 3 : 2.5 моль
Ответ 4 : 1.5 моль
2. Определите массу глюкозы, содержащей 0,6 моль атомного углерода.
Ответ 1 : 3,6 г
Ответ 2 : 7,2 г
Ответ 3 : 14,4 г
Ответ 4 : 18 г
3. Определите массовую долю кислорода (в %) в метиловом спирте,
состав которого выражен формулой СН3ОН.
Ответ 1 : 50
Ответ 2 : 25
Ответ 3 : 15
Ответ 4 : 10
4. Какой объем водорода (н.у.) может присоединить смесь газов массой
Ответ 1 : 5 л
Ответ 2 : 10 л
Ответ 3 : 15 л
Ответ 4 : 20 л
5. Природный газ одного из месторождений содержит
органических веществ, входящих в состав 20 л (н.у.) природного газа.
Ответ 1 : 5,3 г
Ответ 2 : 10,1 г
Ответ 3 : 14,8 г
Ответ 4 : 20,2 г
6. При сгорании алкана массой 3,6 г образуется оксид углерода (IV)
объемом 5,6 л (н.у). Плотность алкана по водороду равна 36. Установите
молекулярную формулу алкана.
Ответ 1 : С2Н6
Ответ 2 : С3Н8
Ответ 3 : С4Н10
Ответ 4 : С5Н12
(н.у.) имеют массу, равную 2,41 г.
Ответ 1 : С12Н22О11
Ответ 2 : С6Н12О6
Ответ 3 : С2Н6О
Ответ 4 : С3Н8О
17
8. Сколько г хлора потребуется для превращения 19 г бензола С6Н6 в
гексахлоран С6Н6Сl6 ?
Ответ 1 : 10,3 г
Ответ 2 : 32,4 г
Ответ 3 : 51,9 г
Ответ 4 : 68,1 г
9. При нагревании иодметана СH3I массой 2,84 г с металлическим
натрием массой 0,69 г получили этан С2Н6 объемом 179,2 мл при н.у.
Определите объемную долю выхода продукта реакции.
Ответ 1 : 60%
Ответ 2 : 70%
Ответ 3 : 80%
Ответ 4 : 90%
10. Сколько граммов 80% - го технического карбида кальция CaC2
потребуется для получения 2,8 л ацетилена при н.у.?
Ответ 1 : 10 г
Ответ 2 : 20 г
Ответ 3 : 30 г
Ответ 4 : 40 г
11. Сколько граммов толуола С7Н8 потребуется для получения 113,5 г
тринитротолуола С7Н5(NO2)3, если массовая доля выхода продукта
составляет 80% от теоретически возможного?
Ответ 1 : 35,4 г
Ответ 2 : 64,3 г
Ответ 3 : 81,2 г
Ответ 4 : 93,4 г
12. Какую массу бромной воды с массовой доле брома 1,6% может
обесцветить пропилен объемом 1,12 л (н.у.)?
Ответ 1 : 200 г
Ответ 2 : 300 г
Ответ 3 : 400 г
Ответ 4 : 500 г
13. Какой объем воздуха потребуется для сжигания 30 л ацетилена С2Н2
(н.у.), содержащего 5% негорючих примесей? Содержание кислорода в
воздухе считать равным 20% по объему.
Ответ 1 : 356,25 л
Ответ 2 : 428,50 л
Ответ 3 : 282,45 л
Ответ 4 : 648,35 л
14. Сколько л водорода (н.у.) выделится при каталитическом
дегидрировании 49 г метилциклогексана в толуол, если объемная доля
выхода продукта равна 75% от теоретически возможного?
Ответ 1 : 15,5 л
18
Ответ 2 : 25,2 л
Ответ 3 : 22,4 л
Ответ 4 : 4,48 л
15*. При сгорании 13,44 л (н.у.) смеси монооксида углерода, метана и
ацетилена образовалось 17,99 л СО2 (н.у.) и 9 г Н2О. Сколько литров
каждого газа содержится в смеси?
Ответ 1 : V(CO) = 10 л; V(CH4) = 1,72 л; V(C2H2) = 1,72 л
Ответ 2 : V(CO) = 5,04 л; V(CH4) = 3,16 л; V(C2H2) = 5,24 л
Ответ 3 : V(CO) = 2,5 л; V(CH4) = 3 л;
V(C2H2) = 7,94 л
Ответ 4 : V(CO) = 5 л;
V(CH4) = 2,5 л; V(C2H2) = 4,94 л
16*. При взаимодействии 11,2 г алкена с бромоводородом получено 27,4 г
вещества. Напишите формулы всех возможных изомеров алкена.
Ответ 1 :
Ответ 2 :
Ответ 3 :
Ответ 4 :
17*. Анализ смеси метана и ацетилена показал, что общее содержание
углерода в смеси по массе равно 88, 46%. Определите состав смеси в %
по массе.
Ответ 1
4) = 30%;
2H2) = 70%
Ответ 2
4) = 25,5%;
2H2) = 74,5%
Ответ 3
4) = 20,8%;
2H2) = 79,2%
Ответ 4
4) = 40%;
2H2) = 60%
18*. При сгорании 14,6 г хлорсодержащего органического вещества было
получено 13,44 л СО2 и 3,6 г Н2О. Весь хлор, содержавшийся в навеске,
вдвое меньшей, чем исходная, переведен в AgCl массой 14,3 г. Плотность
по водороду исследуемого хлорорганического вещества равна 74.
Определите молекулярную формулу этого вещества.
Ответ 1 : C2H4Cl2
Ответ 2 : C4H8Cl2
Ответ 3 : C3H6Cl2
Ответ 4 : C6H4Cl2
19*. Какой объем хлороводорода может прореагировать с 15 г смеси,
состоящей из триметиламина, пропиламина и метилэтиламина?
Ответ 1 : 2,24 л
Ответ 2 : 5,7 л
Ответ 3 : 4,48 л
Ответ 4 : 6,72 л
20*. При окислении одноатомного спирта m = 11,2 г кислородом воздуха
в присутствии катализатора при 500°С образовалась кислота, на
нейтрализацию которой потребовалось 59,4 мл 20% раствора КОН
19
Ответ 1 : C4H9ОН
Ответ 2 : C3H7ОН
Ответ 3 : C2H5ОН
Ответ 4 : CH3ОН
20
ШКОЛЬНАЯ ОЛИМПИАДА ПО ХИМИИ 8 КЛАСС
8-1. Как разделить компонентов смеси, состоящей из железа, сахара, серы
и речного песка? Опишите последовательность действий.
8-2. Школьник нашел 1 копейку и купил на неё в ювелирном магазине
платину (цена платины была 750 руб. за 1 г). Он решил поделить купленную
платину между всеми жителями Казахстана (нас примерно 15млн). Сколько
атомов платины достанется каждому казахстанцу?
8-3. Белый фосфор – воскообразное, светящееся в темноте, чрезвычайно
ядовитое вещество. Массы одинаковых объёмов паров белого фосфора и
водорода при нормальном давлении и 300 С соответственно равны 12,4 г и
0,2 г. Установите состав молекулы белого фосфора. Ответ поясните, ход
рассуждений запишите подробно.
8-4. Атомная масса элемента А в 1,6875 раз больше атомной массы
элемента В. Разность относительных атомных масс элементов А и В равна
11. Составьте формулу сложного вещества, образованного исходными
элементами, и рассчитайте его массу, если в реакцию вступает 5,4 г вещества
А.
8-5. Восстановите пропуски в уравнениях реакций:
1) 4P + … → 2P2O5
2) 2H2S + … → 2H2O + 2SO2
3) 2C2H2 + 5O2 → … + 2H2O
4) 4… + 5O2 → 4NO + 6H2O
5) 4… + 13O2 → 4CuO + 2Fe2O3 + 8SO2
Всего 50 баллов
21
9 КЛАСС
9-1. Один из старинных промышленных способов получения водорода
заключался в пропускании водяных паров через раскаленные железные
стружки. Так, установка созданная в 1803 г. русским химиком Я.Д.
Захаровым вмещала 819 кг железных стружек и производила 91 м3 водорода
в час. Запишите уравнение реакции получения водорода этим способом.
Сколько воды потребляла данная установка в час? Сколько часов могла
работать данная установка?
9-2. Д.И. Менделеев считал, что легче водорода могут быть два химических
элемента, пока не обнаруженных в природе: ньютоний и короний. Для
ньютония Менделеев ввёл в свою систему нулевой период, а элемент
короний он поместил в первый период до водорода. Менделеев полагал, что
ньютоний не только наилегчайший, но и химически наиболее инертный
элемент, обладающий высочайшей проникающей способностью. На основе
современных представлений о химическом элементе объясните, возможно ли
существование элементов ньютония и корония.
9-3. В лаборатории имеются следующие вещества: гидроксид калия,
карбонат натрия, серная кислота, оксид железа(III), магний и вода. Напишите
уравнения соответствующих химических реакций, в результате которых
можно получить 10 новых соединений, используя перечисленные выше
вещества и некоторые (по выбору) продукты их взаимодействия в качестве
исходных. Назовите новые вещества.
№
1
2
всего
Элемент решения
За название каждого нового вещества (10 веществ – 5
баллов)
За способ получения каждого нового вещества, учитывая
правильно записанное уравнение реакции (10 веществ – 10
баллов)
балл
0,5
балла
1 балл
15
баллов
9-4. К раствору, содержащему 1,6 г сульфата меди (II) и 1,61 г сульфата
цинка добавили разбавленный раствор щелочи, содержащий 0,24 г
гидроксида натрия. Смесь отфильтровали. Определите число молей солей,
содержащихся в фильтрате. Что и в каком количестве осталось на фильтре?
Запишите необходимые уравнения реакций.
22
9-5. Конструкторы первых космических кораблей и подводных лодок
столкнулись с проблемой: как поддерживать на судне или космической
станции постоянный состав воздуха, т.е. как избавиться от избытка
углекислого газа и возобновить запас кислорода? Решение было найдено
изящное – надо превратить СО2 в О2! Для этого было предложено
использовать надпероксид калия (КО2), который образуется при сгорании
калия в кислороде. При взаимодействии надпероксида калия с углекислым
газом выделяется кислород в свободном виде (атомы кислорода являются и
окислителем, и восстановителем одновременно). Составьте уравнения
реакций, о которых идет речь в тексте. Зная, что в сутки человек выделят в
среднем 0,51 м3 углекислого газа, рассчитайте, какое количество
надпероксида калия должно быть на борту космической станции, чтобы
обеспечить жизнедеятельность экипажа, состоящего из трех человек, в
течение месяца (30 дней).
Всего 50 баллов
23
ШКОЛЬНАЯ ОЛИМПИАДА ПО ХИМИИ
10 КЛАСС
10-1. Назовите углеводород, формула которого приведена ниже:
СН3 ─ СН ─ СН3
│
СН2 ═ С ─ СН2 ─ СН2 ─ С ═ СН2
│
СН3 ─ СН ─ СН3
Приведите формулу этого соединения, и формулу вещества, имеющего
на шесть атомов водорода меньше и принадлежащего тому же классу, и
существующего в форме цис – транс – изомеров.
10-2. Смешаны два раствора с равными массами и массовыми долями 5%
сульфида натрия и хлорида меди(II). Определите массовую долю веществ,
находящихся в растворе после сливания.
10-3. Рассчитайте объем (в литрах) при н.у. и массу (в граммах) порции газа,
имеющего молекулярную формулу С4Н10, которая содержит 2,4 · 1024 атомов
углерода.
24
10-4. Углеводород А можно получить в одну стадию действием
концентрированной серной кислоты на кислородсодержащее органическое
соединение В при нагревании, а также при взаимодействии С со спиртовым
раствором щелочи. Соединение А способно вступать в реакцию
полимеризации,
взаимодействует
с
бромной
водой,
окисляется
перманганатом калия в нейтральной среде. Приведите формулу одного
возможного углеводорода А с минимальным числом атомов углерода,
напишите уравнения упомянутых реакций и укажите условия их протекания.
10-5. Перебирая старые вещи в ящике стола, Маша обнаружила маленький
блокнотик, на котором было аккуратным бабушкиным почерком выведено:
«Полезные советы». Машу заинтересовал один из них: «если нужна срочная
чистка серебряных изделий, возьмите старую алюминиевую кастрюлю,
погрузите в нее серебряные предметы, залейте содовым раствором, поставьте
на огонь и через несколько минут извлеките очищенные изделия». Быстро
собрав все свои серебряные украшения, Маша отправилась на кухню. К
своему сожалению алюминиевых кастрюль она не обнаружила. Немного
подумав, она поступила следующим образом: на дно широкого стеклянного
сосуда положила обертку от шоколадки, на неё – серебряные украшения, все
это залила теплым раствором питьевой соды. Через некоторое время
поверхность украшений посветлела и заблестела.
Составьте уравнение реакции, описанной в бабушкином рецепте. Зачем
нужен раствор соды? Можно ли вместо него использовать раствор
поваренной соли? Почему приведенным способом пользоваться лучше, чем
даже очень мягким абразивным средством?
Всего 50 баллов
25
ШКОЛЬНАЯ ОЛИМПИАДА ПО ХИМИИ 11 КЛАСС
11-1. В смеси двух хлоридов железа на 5 атомов железа приходится 13
атомов хлора. Вычислите массовые доли (%) веществ в смеси.
11-2. В пяти пронумерованных пробирках находится гексен, метиловый
эфир муравьиной кислоты, уксусная кислота, этанол, водный раствор фенола.
Установлено, что при действии металлического натрия на вещества из
пробирок 2, 4, 5 выделяется газ. С бромной водой реагируют вещества из
пробирок 3, 5. С аммиачным раствором оксида серебра – вещества из
пробирок 1 и 4. С водным раствором гидроксида натрия реагируют вещества
из 1, 4, 5 пробирок. Установите содержимое пронумерованных пробирок.
Напишите уравнения протекающих реакций.
11-3. Составьте уравнения реакций по схеме:
реакция замещения
реакция соединения
реакция замещения
реакция обмена
А ————————→ В ——————→ С ——————→ D —————
—→ Е
№
Элемент решения
балл
1
Варианты ответов различны. За каждое уравнение по 2 балла 8
всего
8
баллов
11-4. Составьте уравнения реакций по схеме:
Cu → CuSO4 → Cu(OH)2 → Cu2O → CuO
11-5. Газообразный углеводород объемом 50 мл, плотность которого по
водороду больше 8, полностью окислили до углекислого газа и воды. После
конденсации паров воды объем газовой смеси составил 120 мл. Вычислите
объем избыточного кислорода, если известно, что исходный и конечный
объемы газов измерены при одинаковых условиях.
Всего 50 баллов
26
27