Школьный этап ВсОШ
1. Массы атомов и молекул
а) Молекула вещества X состоит из атомов двух элементов – N и O. Масса атома N равна 14 условных единиц, а атома O – 16 у. е. Масса молекулы X составляет 92 у. е. Сколько атомов N и O входят в состав молекулы X?
б) Вещество Y состоит из тех же атомов, что и X, но молекула Y в 2 раза легче, чем X. Сколько атомов N и O входят в состав молекулы Y?
2. Самый тяжелый газ
Самый тяжелый при комнатной температуре газ состоит всего из двух элементов. Его молекула имеет массу 298 а. е.м. и включает 7 атомов. Атомная масса более тяжелого элемента составляет 61,7% от молекулярной массы газа. Установите формулу газа.
3. Атомные доли
Состав химических соединений часто характеризуют с помощью «атомных долей». Так, молекула углекислого газа CO2 состоит из одного атома C и двух атомов O, всего в молекуле – три атома. Тогда атомная доля C равна 1/3, атомная доля O – 2/3.
Приведите по одному примеру веществ, в которых атомные доли составляющих их элементов равны:
а) 1/2 и 1/2;
б) 2/5 и 3/5;
в) 1/3, 1/3 и 1/3;
г) 1/6, 1/6 и 2/3;
д) 1.
4. Состав раствора
К воде добавили неизвестную жидкость и получили 25%-ный раствор. В этом растворе на одну молекулу жидкости приходится 10 молекул воды. Найдите молекулярную массу жидкости.
5. Ядовитый бензин – в прошлом
К бензину марки АИ-93 в прошлом веке добавляли в количестве 0,8 г/л специальное вещество – тетраэтилсвинец, которое улучшало свойства топлива. Благодаря высокому содержанию свинца (64% по массе) это вещество довольно ядовито, поэтому в России его употребление запрещено с 2002 года. Сколько граммов свинца могло бы попасть в окружающую среду в результате 1000-километрового пробега легкового автомобиля, если средний расход бензина с добавкой во время пробега составляет 10 л на 100 км? Чем опасно попадание свинца в окружающую среду?
6. Химический «алфавит»
Используя обозначения элементов из периодической системы элементов , составьте слова на английском языке:
а) Moscow;
б) carbon;
в) water;
г) reaction.
Придумайте самостоятельно еще одно слово-существительное на иностранном языке (не меньше 5 букв), которое можно «разложить на элементы» подобным образом.
7. Эксперимент
В лаборатории юные химики собрали установку, показанную на рисунке.
В колбу 2 налили воду и нагрели до кипения с помощью спиртовки 1. Образующиеся пары отводили в кварцевую трубку 3. В ту же трубку были вставлены два железных электрода, соединенных с индукционной катушкой 4 для получения искры. Продукты реакции отводили в пробирку 6. После того, как пробирка 6 была наполнена газом, ее поднесли к пламени и услышали характерный хлопок.
А. Какой газ (или смесь газов) получили юные химики в пробирке 6? Ответ подтвердите уравнением реакции.
Б. Почему был слышан хлопок при поджигании газа, собранного в пробирке 6?
В. Как изменится состав газа, собираемого в пробирке 6, если вместо железных электродов воспользоваться угольными?
Г. Для усиления эффекта учитель посоветовал юным химикам положить куски льда в кристаллизатор с водой 5. Объясните данный совет учителя. Об усилении какого эффекта идет речь?
1. Разложение простого вещества
Приведите пример простого вещества, которое вступает в реакцию разложения. Где в природе встречается это вещество?
2. Химические свойства воды
Заполните формулами и числами пропущенные места в уравнениях химических реакций с участием воды:
… + H2O = 2LiOH
P2O5 + 2… = H4P2O7
2… + 2H2O = 2NaOH + H2^
… + 2H2O = Ca(OH)2 + 2…
Al2S3 + …H2O = …Al(OH)3 + 3…
3. Химическая частица
В какой частице содержится 11 протонов, 10 электронов и 7 нейтронов? Определите ее состав, заряд, относительную молекулярную массу. Напишите формулы двух соединений, в состав которых входит эта частица.
4. Гомоядерные связи
Некоторый элемент X образует химическое соединение состава X3H5, в котором все химические связи – одинарные, а все атомы X имеют одинаковую валентность. Чему равна эта валентность? Напишите структурную формулу X и предположите, какой это может быть элемент.
5. Электроны тоже имеют массу
В каком веществе массовая доля электронов – наибольшая? Обоснуйте свой ответ.
6. Очень сильный окислитель
Один из самых сильных известных окислителей представляет собой фторид шестивалентного элемента, содержащий 46,5% фтора по массе. При нагревании это вещество разлагается, превращаясь в соединение, содержащее 36,7% фтора по массе. Установите формулы обоих фторидов и напишите уравнение реакции.
7. Полезная соль
Нерастворимая в воде соль X входит в состав множества полезных веществ – белых красок, огнеупорных материалов, жидкостей для бурения скважин, контрастных веществ для рентгенографии. Она состоит из трех элементов, один из которых – сера. При прокаливании с избытком угля X превращается в растворимую соль Y, которая состоит всего из двух элементов в равных количествах. Массы элементов в Y отличаются в 4,28 раза.
1. Определите формулы солей X и Y.
2. Напишите уравнения реакции X > Y и Y > X.
3. Предложите три способа получения X из веществ, принадлежащих к разных классам соединений.
8. Древняя атмосфера
В далекой древности, миллиарды лет назад поверхность Земли была очень горячая, а в атмосфере не было кислорода и азота – она состояла из углекислого газа, метана (CH4) и паров воды. Интересно, что при этом плотность атмосферы была примерно такой же, как и в нынешние времена.
Считая, что древняя атмосфера состояла только из метана и углекислого газа, определите, при каком соотношении этих газов (по числу молекул) относительная плотность древнего воздуха по современному воздуху будет равна 1. Чему равна объемная доля метана в древнем воздухе? Среднюю молярную массу нынешнего воздуха примите равной 29 г/моль.
9. Школьный синтез
В колбу Вюрца (на рисунке обозначена цифрой 1) поместили водную суспензию* оксида марганца (IV) (2) и закрыли пробкой, в которую была вставлена капельная воронка (3). В капельной воронке находился раствор вещества X. Затем открыли кран (4) и добавили раствор вещества X в колбу Вюрца, сразу началась бурная реакция, сопровождающаяся выделением бесцветного газа Y. Газ Y собрали в банку (5) и внесли в нее горящую серу. Голубое пламя горящей серы стало более ярким, горение более интенсивным.
По окончании реакции банка (5) заполнилась бесцветным газом Z, имеющим резкий запах. В банку с газом Z налили раствор вещества X, встряхнули и получили серную кислоту.
_________________________________________________________
* Суспензия — это взвесь частичек твердого вещества в жидкости.
А. Определите, какие вещества зашифрованы буквами X, Y и Z.
Б. Напишите уравнения следующих реакций:
– получения газа Y из вещества X,
– горения серы в Y с образованием газа Z,
– образования серной кислоты при взаимодействии X с Z.
В. Какие реакции следует провести, чтобы доказать, что в результате всех превращений образуется серная кислота?
Г. С какой целью раствор вещества X используется в домашней аптечке?
Д. Предложите еще один способ получения серной кислоты, который можно было бы осуществить в школьной лаборатории.
1. Два элемента и три гидрида
Два элемента Х и Y, принадлежащие одной группе периодической системы элементов, образуют гидриды, имеющие одинаковую массовую долю водорода – 5.9%. При взаимодействии этих гидридов образуются два вещества – простое вещество желтого цвета, образованное элементом Х, и гидрид элемента Y, содержащий 11.1% водорода по массе.
Определите элементы и формулы упомянутых гидридов. Подтвердите ответ расчетом.
2. Травление металла
В раствор соляной кислоты погрузили металлическую пластинку массой 50 г. В результате реакции выделилось 1 л газа (н. у.), а масса пластинки уменьшилась на 4,99 %. Из какого металла была сделана пластинка?
3. Анализ смеси углеводородов
На сжигание 25 мл смеси метана и этана взяли 90 мл кислорода. После реакции объем смеси углекислого газа и кислорода составил 60 мл. Определите состав исходной смеси в мольных %. Учтите, что объемы всех газов (газовых смесей) измеряли при одних и тех же условиях (не обязательно н. у.!).
4. Теплота нейтрализации
При взаимодействии водных растворов, содержащих 36,5 г хлороводорода и 40 г гидроксида натрия, выделилось 57 кДж тепла.
1. Напишите полное и сокращенное ионное уравнения реакций.
2. Сколько тепла выделится при взаимодействии 150 г 10%-ного раствора серной кислоты и 50 г 11,2%-ного раствора гидроксида калия?
5. Установление структуры реагента по числу продуктов реакции
Определите строение и назовите по правилам номенклатуры IUPAC соединение с брутто-формулой С7Н16, которое при бромировании на свету не образует третичных бромпроизводных. При его хлорировании на свету образуются четыре изомера, два из которых являются первичными монохлорпроизводными. Приведите структуры этих изомеров.
6. Правые части с коэффициентами
Восстановите левую часть уравнений
- … + … = Cr2O3 + KCl … + … = N2 + 4H2O … + … + … = 4CaCrO4 … + … + … = N2 + 3CO2 + K2S … + … = K4[Fe(CN)6] + 2KCl
7. Завод в пробирке
Юные химики решили в лаборатории воспроизвести промышленный способ получения вещества Z. Для этого они собрали установку, представленную на рисунке.
В пробирку (1) они налили насыщенный раствор некоторой соли Y и нагрели. Через горячий раствор пропустили ток газа X желто-зеленого цвета. Летучие вещества, выделяющиеся из реактора, конденсировали в пробирке-приемнике (3), которая была опущена в стакан (2) с холодной водой. Через некоторое время на дне приемника начала конденсироваться тяжелая жидкость Z, имеющая красно-бурую окраску. Известно, что соль Y окрашивает пламя в желтый цвет.
А. Какие вещества зашифрованы буквами X, Y и Z? Ответ поясните и проиллюстрируйте соответствующим уравнением реакции.
Б. Как в промышленности получают вещество Z?
В. Газоотводную трубку от пробирки (3) опустили в стакан (4), заполненный некоторой жидкостью. С какой целью это сделали? Какую жидкость лучше использовать для достижения поставленной цели? Ответ подтвердите соответствующими уравнениями.
1. Элементы-соседи
Два элемента, находящиеся в одном и том же периоде и в одной и той же группе периодической системы (в ее коротком варианте), образуют друг с другом единственное стабильное бинарное соединение с массовой долей одного из элементов 25,6%. Это соединение хорошо растворимо в воде, а при пропускании в его раствор газообразного аммиака выпадает белый осадок, постепенно темнеющий на воздухе. Назовите элементы, определите формулу вещества и напишите уравнения реакций.
2. Газ из парафина
Один из удобных лабораторных способов получения газа Х (плотность по воздуху 1,17) состоит в нагревании смеси парафина с серой до температуры 150-200 оС. Реакция между компонентами смеси протекает спокойно и в любой момент может быть прекращена ее охлаждением. Другим продуктом происходящей реакции является черное вещество Y, нерастворимое в разбавленных кислотах и щелочах, но растворяющееся в концентрированных азотной и серной кислотах.
а) Определите вещества Х и Y и напишите уравнение реакции парафина с серой. Формулу парафина используйте в общем виде – CnH2n+2.
б) Сделав разумные допущения, оцените, сколько литров Х (при н. у.) можно получить из 1 г стехиометрической смеси парафина с серой.
3. Анализ углеводорода
Смесь 3 мл газообразного углеводорода и 25 мл кислорода взорвали в эвдиометре. После конденсации образовавшихся водяных паров объем газообразных продуктов составил 19 мл. Затем газообразные продукты обработали щелочью, в результате чего объем уменьшился до 7 мл. Все измерения проводили при одинаковых условиях. Определите формулу углеводорода.
4. Химическая угадайка
Газ А, имеющий интенсивную окраску, при сильном охлаждении превращается в бесцветную жидкость Б. При взаимодействии Б с цинковой пылью образуется соль В и выделяется бесцветный газ Г. При смешивании газа Г с кислородом образуется газ А. Газ А реагирует с металлическим калием при комнатной температуре, при этом образуется только одно вещество Д. В присутствии платины газ А реагирует с водородом с образованием двух веществ: Ж и З. Ж реагирует с кислородом в присутствии платины, при этом образуются снова два вещества: Г и З. Ж может гореть в кислороде, при этом образуются два вещества: З и некоторый газ, входящий в состав земной атмосферы.
А. Определите зашифрованные вещества.
Б. Запишите уравнения происходящих химических реакций.
5. Химический эксперимент
В лаборатории собрали установку, представленную на рисунке.
Простое газообразное вещество А пропустили из газометра 1 через склянку 2 с концентрированной серной кислотой в кварцевую трубку 3. В трубке находилась керамическая лодочка 4 с простым веществом B. Масса навески В до опыта составляла 1,47 г. После того, как газ А вытеснил весь воздух из установки, сильно нагрели вещество В, которое сначала расплавилось, а потом воспламенилось. В результате получили 2,45 г твердого продукта реакции, который аккуратно перенесли в раствор, содержащий 0,3 моль хлороводорода. Для нейтрализации соляной кислоты, оставшейся после реакции, потребовалось 200 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией 0,1 моль/л.
Если продукт взаимодействия А и В обработать не раствором кислоты, а водой, то наблюдается выделение газа с резким запахом.
Определите вещества А и В.
