Задача 1
Определить массовую долю растворённого вещества в растворе, полученном добавлением 8 г оксида фосфора (V) к 220 г воды. Ответ дать с точностью до 0,1 % (10 баллов).
Ответ: 4,8 %.
Решение
При растворении оксида фосфора (V) в воде протекает химическая реакция:
Р2О5 + 3 Н2О → 2 Н3РО4
Значит, растворённым веществом будет ортофосфорная кислота.
Для определения её массовой доли необходимо найти массу вещества и массу раствора. Массу раствора найдём по закону сохранения массы веществ:
m (раствора) = m (H2O) + m (P2O5) = 220 + 8 = 228 (г).
Для определения массы кислоты, необходимо найти её количество по уравнению реакции.
М (P2O5) = 62 + 80 = 142 (г/моль). n (P2O5) = 8 / 142 = 0,0563 (моль).
n (Н3РО4) = 2 х 0,0563 = 0,1126 (моль).
m (Н3РО4) = n (Н3РО4) x M (Н3РО4) = 0,1126 x 98 = 11,03 (г).
Теперь определим массовую долю Н3РО4 в полученном растворе:
ω (Н3РО4) = [m (Н3РО4) / m (раствора)] x 100 % = (11,03 / 228) х 100 % = 4,8 %
Ответ: ω (Н3РО4) = 4,8 %.
Задача 2
Рассчитайте, какой объём водорода (н.у.) выделится при полном растворении в соляной кислоте 10 г простого вещества, в атоме которого находится 26 протонов (10 баллов).
Ответ: 4 л.
Решение
Простое вещество, содержащее 26 протонов (порядковый номер химического элемента) — это железо.
Запишем уравнение реакции железа с соляной кислотой:
Fe + 2HCl → FeCl2+ H2↑
По уравнению реакции количество выделившегося водорода равно количеству вступившего в реакцию железа.
Найдём объём водорода при н.у.
n (H2) = n (Fe) = m (Fe) / M (Fe) = 10 / 56 = 0,179 (моль)
V (H2) = n (H2) x VM = 0,179 x 22,4 = 4 (л).
Ответ: V(H2) = 4 л.
Задача 3
Смесь порошков меди и алюминия массой 3 г разделили на две равные части. Одну часть обработали при н.у. концентрированной азотной кислотой. При этом выделилось 0,5 л бурого газа. Вторую часть обработали при тех же условиях избытком бромоводородной кислоты. Какой объём водорода при этом выделился?
Примечание: реакция между алюминием и концентрированной азотной кислотой не протекает. (Алюминий пассивируется). (15 баллов).
Ответ: 0,99 л.
Решение
Запишем уравнение реакции:
Cu + 4HNO3 (конц.) → Cu(NO3)2 + 2NO2↑(бурый газ) + 2H2O
Al + HNO3 (конц.) — реакция не идёт. Алюминий пассивируется холодной концентрированной азотной кислотой.
Cu + HBr — реакция не идёт. Медь не может вытеснить водород из кислот (стоит в ряду напряжений металлов после водорода).
Происходит также реакция:
2Al + 6HBr → 2AlBr3 + 3H2↑
Зная V(NO2), найдём его количество:
n(NO2) = V/VM = 0,5 / 22,4 = 0,022 (моль)
По уравнению реакции количество меди, вступающей в реакцию с азотной кислотой, в 2 раза меньше количества оксида азота (IV).
Значит, в реакцию вступило: 0,022 / 2 = 0,011 (моль) меди.
Теперь можно найти массу прореагировавшей меди:
m(Cu) = n(Cu) x M(Cu) = 0,011 х 64 = 0,704 (г).
Так как смесь металлов была разделена на две равные части, то:
m(Al) = 1,5 — m(Cu) = 1,5 — 0,704 = 0,796 (г).
Найдём количество алюминия:
n(Al) = 0,796 / 27 = 0,0295 (моль).
По уравнению реакции n(H2) в полтора раза больше, чем n(Al).
Найдём объём выделяющегося водорода:
V(H2) = n(H2) x VM = 0,0295 х 1,5 х 22,4 = 0,99 (л).
Ответ: V(H2) = 0,99 л.
Задача 4
К 35 мл 15 % водного раствора водного раствора азотной кислоты
(ρ = 1,08 г/мл) прибавили 2,34 г гидроксида алюминия. Какую реакцию среды будет иметь полученный раствор? (10 баллов).
Ответ: кислую среду.
Решение
Запишем уравнение реакции между азотной кислотой и гидроксидом алюминия:
3HNO3 + Al(OH)3 → Al(NO3)3 + 3H2O
Найдём количества реагирующих веществ:
n(Al(OH)3) = 2,34 / 78 = 0,03 (моль).
n(HNO3) = (V ρ ω) / M = (35 x 1,08 x 0,15) / 63 = 5,67 / 63 = 0,09 (моль).
По уравнению реакции, эти вещества должны взаимодействовать в соотношении: 3 моль HNO3 к 1 моль Al(OH)3.
Следовательно, имеющаяся смесь является стехиометрической (т.е. оба вещества прореагируют полностью и в образующемся водном растворе будет только нитрат алюминия).
Однако, нитрат алюминия (соль, образованная сильной кислотой и слабым основанием) в водном растворе гидролизуется по катиону.
Следовательно, в полученном растворе среда будет кислая.
Ответ: будет кислая среда.
Задача 5
Предложите уравнения реакций, соответствующих последовательности превращений:
-ин → -аль → -овая кислота → -ат → -ол (5 баллов).
Решение и ответ (Рис. 1)
Задача 6
Весь углекислый газ, полученный при сжигании 3,2 л метана, пропустили через 38,2 мл 32 % раствора гидроксида калия (ρ = 1,31 г/мл).
Какая соль образуется и какова её массовая доля в растворе? Ответ дать с точностью до 0,1 % (10 баллов).
Ответ: К2СО3. ω (К2СО3) = 35,0 %.
Решение
СН4 + 2 О2 → СО2↑ + 2 Н2О (горение)
n(CH4) = V(CH4) / VM = 3,2 / 22,4 = 0,143 (моль)
n(CO2) = n(CH4) = 0,143 (моль)
m(раствора КОН) = ρ(раствора КОН) х V(раствора КОН) = 1,31 х 38,2 = 50,042 (г)
m(KOH) = ω(KOH) x m(раствора КОН) = 0,32 x 50,042 = 16,013 (г)
n(KOH) = m(KOH) / M(KOH) = 16,013 / 56 = 0,286 (моль)
CO2 + 2 KOH → K2CO3 + H2O
Образуется соль K2CO3 в количестве 0,143 моль:
n(K2CO3) = n(CO2) = 0,143 моль
m(K2CO3) = n(K2CO3) x M(K2CO3) = 0,143 x 138 = 19,73 (г)
m(раствора) = m(раствора КОН) + m(СО2) = 50,042 + 0,143 х 44 = 56,334 (г)
ω(K2CO3) = (m(K2CO3) x 100) / m(раствора) = 1973 / 56,334 = 35,023 (%) или
35, 0 % (с точностью до 0,1 %).
Ответ: К2СО3. ω (К2СО3) = 35,0 %.
Задача 7
ОВР (10 баллов).
Решение и ответ (Рис. 2)
Задача 8
ОВР (с двумя восстановителями и одним окислителем) (15 баллов).
Решение и ответ (Рис. 3)
Задача 9
Вывести структурные формулы: а) пирофосфорной кислоты; б) гидрокарбоната кальция; в) дигидрофосфата аммония (5 баллов).
Решение и ответ (Рис. 4)
Задача 10
Какова степень окисления никеля в кислородном соединении, содержащем 21,4 % кислорода? (10 баллов).
Ответ: +2
Решение
NixOy
ω (Ni) = 100 — 21,4 = 78,6 (%)
n (O) = 21,4 / 16 = 1,3 (моль)
n (Ni) = 78,6 / 59 = 1,3 (моль)
n (O): n (Ni) = 1:1
NiO оксид никеля (II)
Степень окисления никеля +2
Ответ: +2