Задачи 11 класса (стр. 4 )

Задача 4.

В аналитическую лабораторию принесли образец крупнокристаллической фиолетовой соли А для установления её состава. Лаборантом были взяты три одинаковые навески А массой 1.0000г.

Первую навеску он поместил в фарфоровую чашечку и прокалил в муфельной печи. Масса навески уменьшилась до 0.5671г, но при длительном стоянии на воздухе вновь стала постепенно увеличиваться.

Две другие навески были растворены в 5,00 мл воды каждая. При добавлении к первому раствору 6.45 мл 5.00% раствора гидроксида калия (плотность 1.044 г/мл) образовался осадок, который полностью растворился в избытке щёлочи.

К раствору второй навески химик прилил небольшой избыток раствора хлорида бария. Выпавший белоснежный осадок, нерастворимый в кислотах, он отфильтровал, высушил до постоянной массы и взвесил. Масса осадка составила 0.9339 г.

Полученных данных аналитику оказалось достаточно, чтобы определить состав соли.

?1.Объясните, какие компоненты исследуемой соли были определены лаборантом в ходе каждой из описанных выше операций, запишите уравнения соответствующих реакций.

?2.Определите состав соли, взятой для анализа.

201. Решения

Задачи 11 класса

Задача 1. В основе цепочки лежат следующие уравнения реакций:

Задача 2. К данной смеси добавляем воду. В осадке: Fe, Cu, Pb, Hg, AgI. В растворе: пропиловый спирт, нитрат калия. Над водной фазой: петролейный эфир, гранулы пенополистирола.

1) Методом декантации сливаем (разделяем) водно-спиртовый и органический слои с гранулами пенополистирола.

2) Фильтрованием отделяем гранулы пенополистирола.

3) В делительной воронке отделяем петролейных эфир от водного раствора.

4) Отгоняем водно-спиртовую смесь. Сухой остаток – нитрат калия.

5) Перегоняем пропиловый спирт с последующим осушением возможной азеотропной смеси поглотителем воды (CaCl2, P2O5, молекулярные сита).

6) Из осадка, содержащего Fe, Cu, Pb, Hg, AgI магнитом отделяем железную стружку.

7) К оставшейся части осадка добавляем водный раствор аммиака. AgI переходит в раствор в виде комплекса [Ag(NH3)2]I. Раствор упариваем и подкисляем азотной или серной кислотой. Отфильтровываем осадок иодида серебра.

8) Оставшуюся смесь, содержащую Cu, Pb, Hg прокаливаем для удаления паров ртути. Контроль за полнотой удаления проводим при помощи холодной пластинки стекла, которую держим непосредственно над нагреваемой смесью.

9) Медь и свинец разделяем, используя разницу в их температурах плавления. Первым плавится свинец, его удаляем «горячим» фильтрованием.

Медь остается.

Задача 3.

CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O (1)

CH3COONa + H2O = CH3COOН + NaOH (2)

CH3COO - + H2O = CH3COOH + OH - (3)

H2O = H+ + OH - (4)

Образующаяся по уравнению 1 соль CH3COONa (ацетат натрия) подвергается гидролизу (уравнение 2).

Рассчитаем молярные концентрации исходных веществ.

Для уксусной кислоты:

n (CH3COOH) = С ´ V= 0,1 моль/л ´ 0,1 л = 0,01 моль.

Для гидроксида натрия:

V (раствора) = 100 г.

, отсюда

Теперь рассчитаем молярную концентрацию:

С (NaOH) = 0,1 моль/л; n (NaOH) = С ´ V= 0,1 моль/л ´ 0,1 л = 0,01 моль.

n (CH3COOH) = n (NaOH) = n (CH3COONa)

Рассчитаем концентрацию ацетата натрия c учетом разбавления:

Выведем уравнение для расчета рН.

Константа равновесия реакции 2 – это константа гидролиза. ,Умножим числитель и знаменатель на [H+]:

, здесь:

KH2O = 1´10-14, pKH2O = 14, pKH2O = pH + pOH = 14;

Получаем:

Соответственно можно записать:

Концентрация [H2O] = 1 моль/л, т. к. вода – растворитель, взятый в избытке.

По уравнению (3) [CH3COOH] = [OH-], поэтому можно записать: , отсюда:
[CH3COO-] = С (CH3COONa) = 0,05 М, [OH–] = 5,27´10-6.

рОН = - lg [OH-] = - lg(5,27´10-6) = 5,275 рН = 14 – рОН = 14 – 5,275 = 8,725.

Задача 4. По всей видимости, А представляет собой некий кристаллогидрат. При нагревании соли удаляется кристаллизационная вода (это подтверждается и тем, что первая навеска после прокаливания снова набирает вес). Таким образом, 1.0000г А содержит 0.4329г или 24.05´10-3моль, воды.

Образование осадка, растворяющегося в избытке щёлочи, свидетельствует о том, что в состав А входит катион амфотерного элемента, скорее всего — хрома (III) (аквакомплексы бериллия, алюминия, цинка или свинца не окрашены).

Найдём массу и количество хрома в 1.000 г А:

m(раствора КОН) = 6.45мл´1.044г/мл = 6.7338г,

m(КОН) = 6.7338г´0.05 = 0.3367г,

n(КОН) = 0.3367г:56г/моль = 6.012´10-3моль,

n(Cr3+) = n(Cr(OH)3) = 6.012:3 = 2.004´10-3моль,

m(Cr3+) = 2.004´10-3моль´52г/моль = 0.1042г.

Осадок, выпадающий при взаимодействии А с хлоридом бария — BaSO4, т. е. в состав соли входит сульфат-анион.

n(SO42-) = n(BaSO4) = 0.9339г:233г/моль = 4.008´10-3 моль

m(SO42-) = 4.008´10-3 моль´96г/моль = 0.3848г.

Из сравнения соотношения n(Cr3+):n(SO42-) видно, что заряды катионов и анионов не скомпенсированы, и в состав соли должен входить еще один катион. Поскольку осадка при действии КОН он не образует, это катион щелочного металла.

n(M+) = 2n(SO42-) — 3n(Cr3+) = 2.004´10-3моль.

m(М+) = 1.000—0.4329—0.1042—0.3848 = 0.0781г.

А(М+) = 0.0781г: 2.004´10-3моль = 39.0 г/моль, что соответствует атомной массе калия.

K+:Cr3+:SO42-:H2O = 2.004:2.004:4.008:24.05 = 1:1:2:12. Таким образом, А — это хромокалиевые квасцы KCr(SO4)2´12H2O или K2SO4´Cr2(SO4)3´24H2O.

202. Задания для 11 класса.

Задача 1

Вещество Г может быть получено несколькими способами согласно следующей схеме:

В соединении А массовая доля углерода составляет 48,60%, водорода — 8,10%, кисло-
рода - 43,30%. Это соединение взаимодействует со свежеприготовленным оксидом
серебра (I), давая при этом нерастворимую соль. 1,81 r соли серебра (I) образуется их
0,74 г соединения А.

В соединении D массовая доля углерода — 54,54%, водорода — 9,09%, кислорода—
36,37%. Взаимодействуя с NaHSO3, оно образует соединение, содержащее 21,6% серы.

-
?1. Запишите молекулярные и структурные формулы веществ А и D.

?2. Запишите структурные формулы веществ B, G, Е, F и W, назовите их в соответ-ствии с правилами номенклатуры IUPAC.

?З. Запишите уравнения упомянутых в условии задачи реакций.

Задача 2

Три наиболее известные аллотропные модификации углерода — это алмаз, графит и
букминстерфуллерен (C60).

?1. Изобразите и опишите структуру каждой аллотропной формы.

?2. На основании приведенных Вами структур объясните, что является причиной раз-
, личия твердости алмаза и графита, а также их электропроводности и химических свойств.

?3. При комнатной температуре и
нормальном атмосферном
давлении графит стабильнее
алмаза (на 2,9 кДж/моль).
Объясните, почему алмазы и
бриллианты в ювелирных из-
делиях самопроизвольно не
превращаются в графит.

?4. Используя диаграмму фазовых состояний углерода (в ней
различные состояния углерода
отделены друг от друга ли-
ниями), предскажите, кто будет обладать большей плотностью – графит или алмаз.

?5. С помощью диаграммы фазовых состояний и ваших знаний об особенностях протекания химических реакций предложите способ превращения графита в алмаз.

Задача 3.

Две пластинки с равной массой, сделанные из металла, образующего двухзарядные
ионы, погрузили: одну в раствор хлорида меди, другую — в раствор хлорида кадмия
Через некоторое время масса пластинки, погруженной в раствор хлорида меди увели-
чилась на 1,2%, а масса второй — на 8,4%. Уменьшение молярной концентрации хло-
ридов меди и кадмия было одинаковым. Определить эквивалент и название металла.

Задача 4.

Вещество А в результате каталитического окисления превращается частично в вещест-
во Б, а частично — в В. При окислении вещества В азотной кислотой в присутствии ка-
тализатора образуется соединение Г, имеющее формулу С6Н10О4. При нагревании ве-
щества Г в присутствии уксусного ангидрида образуется вещество Д, причем его обра-
зование сопровождается выделением СО2 и Н20. Напишите структурные формулы со-
единений А, Б, В, Г и Д. Если известно, что вещество А — насыщенный углеводород,
вещество Б — вторичный спирт, вещества В и Д — кетоны, имеющие сходное строение,
но соединение Д имеет на одну метиленовую группу меньше, чем В; соединение Г яв-
ляется одним из исходных материалов, используемых для производства синтетических ВОЛОКОН.