Олімпіада, МАН

Процеси. 1. Серед нижчеперелічених явищ вкажіть, які з них відносяться до хімічних, а які – до фізичних: а) кристалізація рідкої води з утворенням льоду; б) поява кристалів солі при випаровуванні морської води; в) іржавіння заліза; г) сублімація йоду; д) розчинення концентрованої сульфатної кислоти у воді з виділенням великої кількості тепла. Свою відповідь обґрунтуйте.

Для проведення досліду був взятий безводний купрум (ІІ) сульфат у вигляді дрібного порошку білого кольору. Зі зразком цієї речовини масою 1.6 г були проведені такі операції: е) розчинення у воді, при якому спостерігалося розігрівання, а розчин набув блакитного кольору; ж) отриманий розчин був підданий випарюванню, в результаті чого були отримані кристали синього кольору; з) отримані кристали були зібрані й висушені при кімнатній температурі, їх маса склала 2.50 г; к) сині кристали були поміщені в муфельну піч, нагріті до 260 ^оС і витримані при цій температурі до постійної маси, у результаті був отриманий порошок білого кольору, його маса склала 1.60 г; л) подальше нагрівання отриманих кристалів до 650 ^оС призвело до виділення газів й утворення речовини чорного кольору.

Визначте формулу отриманих синіх кристалів та чорного порошку. Запишіть рівняння усіх реакцій, що відбулися.

Розв’язання

1. Процессы. Среди перечисленных явлений относятся к химическим: в) ржавление железа, так при этом образуется новое вещество Fe(OH)₃; д) растворение концентрированной серной кислоты в воде является физико-химическим процессом, в котором образуются гидраты состава H₂SO₄·H₂O, H₂SO₄·4H₂O и другие, большое количество выделяющегося тепла указывает на образование химических связей. К физическим процессам относятся: а) кристаллизация жидкой воды с образованием льда и г) сублимация йода (переход в другое агрегатное состояние). Процесс б) также физический: вода испаряется, а соль, которая была в растворе, кристаллизуется.

Пусть формула кристаллогидрата сульфата меди (синие кристаллы) CuSO₄·аH₂O, где а – количество моль воды, приходящееся на 1 моль безводной соли. n(CuSO₄) = 1.60/159.7 = 0.01 моль. Кристаллогидрат содержит безводную соль и воду. Очевидно, что маса воды равна 2.50 – 1.60 = 0.90 г, а n(Н₂O) = 0.90/18.0 = 0.05 моль. Следовательно, а = 0.05/0.01 = 5, а формула кристаллогидрата – CuSO₄·5H₂O. Голубой раствор – это раствор синих кристаллов:

CuSO₄ + 5Н₂О = CuSO₄∙5Н₂О.

При нагревании кристаллогидрата до 260 ^оС происходит его разложение:

CuSO₄∙5Н₂О = CuSO₄ + 5Н₂О↑.

При нагревании безводной соли до 650 ^оС происходит разложение сульфата меди с образованием чёрного оксида меди

2CuSO₄ → 2CuO + SO₂ + O₂.

Очевидно, что при полном разложении сульфата меди образуется 0.01 моль CuO, его масса составит 0.01×79.6 = 0.796 г.

Суміші. 1. Визначте, які з нижчевказаних матеріалів є індивідуальними речовинами, а які – сумішами, що складаються з декількох речовин: кава, соняшникова олія, молоко, залізо, чавун, латунь, золото 585‑ої проби, мідь, бронза, титан.

Запропонуєте способи розділення систем, що містять зазначені компоненти: а) крейда та цукор; б) вода та бензин; в) вода та етиловий спирт; г) вода та літію хлорид; д) амонію хлорид та натрію сульфат. Якщо для розділення сумішей використовуються хімічні реакції, то запишіть їх рівняння.

Суміш, що складається з бромідів калію та натрію, масою 3.25 г розчинили у воді, а до отриманого розчину додали надлишок розчину аргентум нітрату, при цьому випав осад, маса якого після висушування склала 5.64 г.

Визначте масову частку натрію броміду в суміші, взятої для проведення досліду.

Розв’язання

Смеси. 1. Из перечисленных материалов индивидуальными веществами являются: железо, медь, титан; все остальные материалы состоят из нескольких веществ.

а) Следует долить воду (сахар растворится), отфильтровать мел, испарить фильтрат и получить твердый сахар; б) вода и бензин не смешиваются, поэтому нижний водный слой может быть отделен в делительной воронке; в) воду и этиловый спирт разделяют перегонкой; г) воду можно отделить от хлорида лития выпариванием с последующйе конденсацией воды; д) хлорид аммония возгоняется при температуре около 340 ^оС, таким образом, NH₄Cl может быть отделён при нагревании данной смеси.

При добавлении избытка нитрата серебра к раствору, содержащему бромиды калия и натрия, выпадает осадок бромида серебра

KBr + AgNO₃ → AgBr↓ + KNO₃,

NaBr + AgNO₃ → AgBr↓ + NaNO₃.

Так как масса осадка после высушивания составила 5.64 г, то n(AgBr) = 5.64/187.8 = 0.03 моль. В соответствии с уравнениями реакций

n(AgBr) = n(KBr) + n(NaBr) = 0.03 моль.

Пусть массовая доля бромида натрия в смеси, взятой для опыта, равна х, тогда

n(NaBr) = 3.25х/102.9 = 0.0316х моль,

n(KBr) = 3.25(1 – х)/119.0 = 0.0273(1 – х) моль.

0.0316х + 0.0273(1 – х) = 0.03; 0.0043x = 0.0027; x = 0.628 или 62.8%.

Кислотний дощ. Термін «кислотний дощ» був запропонований англійським хіміком Робертом Ангусом Смітом ще в 1872 г. Хімічний аналіз кислотних дощів свідчить, що в їх воді містяться кислоти: сульфатна й сульфітна, а також нітратна та нітритна. Основною причиною випадання таких опадів є промислові підприємства, викиди яких в атмосферу недостатньо очищені від оксидів сульфуру та нітрогену.

Запишіть формули зазначених кислот – сульфатної, сульфітної, нітратної та нітритної. Визначте валентність атомів сульфуру й нітрогену в молекулах цих кислот.

Напишіть рівняння реакцій утворення даних кислот з відповідних їм оксидів.

Кислотні дощі приводять до низки наслідків, згубних для флори та фауни. Крім того, кислотні дощі роз’їдають поверхню багатьох історичних будинків, збудованих з вапняку, а також активізуютькорозію на поверхні пам’ятників, виготовлених з металів та їхніх сплавів, таких, як алюміній, сталь, бронза, латунь. Запишіть рівняння реакцій сульфатної кислоти з вапняком і алюмінієм. Запропонуйте спосіб захисту пам’ятників і будинків від впливу кислотних дощів.

Відомо, що навіть при відсутності промислових викидів, що містять оксиди Сульфуру та Нітрогену, звичайна дощова вода має слабкокисле середовище. Пояснить, чому.

 Розв’язання

Кислотный дождь. 1. Формулы кислот: Н₂SO₄ – серная, Н₂SO₃ – сернистая, НNO₃ – азотная, НNO₂ – азотистая. Валентности: атом S в серной кислоте – 6, атом S в Н₂SO₃ – 4, атом N в азотной кислоте – 5, атом N в НNO₂ – 3.

Уравнения реакций образования данных кислот из соответствующих им оксидов:

SO₃ + H₂O → Н₂SO₄, SO₂ + H₂O → Н₂SO₃,

N₂O₅ + H₂O → 2НNO₃, N₂O₃ + H₂O → 2НNO₂.

Для защиты от воздействия кислотных дождей поверхность памятников и зданий можно покрывать защитным слоем некоторых органических веществ. Это, например, силиконовые эмали или фторэпоксидный лак, которые образуют на поверхности материалов устойчивую водоотталкивающую плёнку, способную обеспечить длительную защиту от агрессивного воздействия атмосферных осадков.

Обычная дождевая вода имеет слабокислую среду вследствие наличия в ней растворённого углекислого газа, что приводит к образованию слабой угольной кислоты

СO₂ + H₂O → Н₂СO₃.

Кроме того, во время грозы под действием электрического разряда возможно образование небольшого количества оксида азота (IV), которой с водой образует азотную кислоту:

N₂ + O₂ → 2NO, 2NO + O₂ → 2NO₂, 4NO₂ + O₂ + 2Н₂О → 4НNO₃

http://chemistry.pp.ua/technology/awesome/