Подготовка к ЗЭ ВсОШ №6 (9 класс 2019-20)

Задание 1.

При добыче нефти вместе с ней на поверхность извлекаются буровые воды, обога-щенные некоторыми минеральными солями. Получение простого вещества А из буровых вод можно провести двумя путями:

1) Пропусканием хлора в буровую воду (р-ция 1) и последующей экстракцией А в бензольный раствор. Регенерацию бензола осуществляют, прибавляя медные опилки (р-ция 2), что сопровождается исчезновением характерной окраски экстракта. Медь регенерируют нагреванием с железом (р-ция 3), образующийся продукт растворяют, обрабатывают стехиометрическим количеством хлора (р-ция 4) и получают вещество А.

2) Подкислением буровой воды серной кислотой и продуванием воздуха, вместе с ним уносятся пары А (р-ция 5), которые пропускают через раствор-уловитель. Этот раствор содержит соду и сульфит натрия. В результате вещество А переходит в то же соединение В (р-ция 6), в виде которого он присутствует в буровой жидкости. Технический А из этого раствора выделяют действием стехиометрического количества хлора (р-ция 1).

Для стандартизации раствора С использовали следующую методику:

Дихромат калия массой 0.25735 г растворили в воде и довели до метки в колбе на 100.00 мл. Взяли пробу V_a = 10.00 мл, к которой прибавили 2М серную кислоту и раствор В, взятый в избытке (р-ция 7). Раствор изменил окраску, после к нему прибавили 100 мл воды и титровали раствором С до исчезновения окраски (р-ция 8). Объемы титранта для трех титрований: 10.1 мл, 10.7 мл и 10.5 мл. Прибавление к С 2М серной кислоты вызывает помутнение раствора и выделение газа (р-ция 9), при этом в растворе остается только сульфат натрия, поэтому титруемый раствор предварительно разбавляют водой для понижения кислотности.

Стандартизованный раствор С использовали для исследования нестехиометрических оксидов меди и железа. Навеску исследуемого оксида массой 0.2500 г прибавили к раствору В, затем прилили 2М серную кислоту (р-ции 10 и 11), раствор помутнел, к нему прибавили спустя некоторое время 100 мл воды и титровали раствором С до исчезновения окраски (р-ция 8). Объемы С для трех титрований полученных растворов составляют:

Cu_2-xO V₁= 3.8 мл, V₂ = 3.5 мл, V₃ = 3.5 мл;

Fe_1-yO V₁=18.0 мл, V₂ = 18.6 мл, V₃ = 18.3 мл.

Вопросы:

1. Установите формулы веществ А, В, С.

2. Напишите уравнения реакций 1 - 11, для реакций 10 и 11 используйте x и y при записи уравнений.

3. Определите молярную концентрацию стандартного раствора С.

4. Рассчитайте значения х и у для нестехиометрических оксидов по данным титрования.

5. Какой индикатор используют для определения конечной точки титрования в описанных экспериментах?

Задание 2.

Для определения содержания хлорида кальция в растворе химик Колбочкин использовал следующую методику титрования. Отобранную с помощью пипетки аликвоту анализируемого раствора объемом 10.00 мл он поместил в коническую колбу для титрования, добавил из бюретки 20.0 мл раствора А, тщательно перемешал и профильтровал через бумажный фильтр в чистый стакан. Остатки осадка он смыл со стенок конической колбы несколькими порциями дистиллированной воды на тот же фильтр. Осадок вместе с фильтром Колбочкин возвратил в ту же коническую колбу, добавил бюреткой 30.0 мл раствора Б и тщательно перемешал до полного растворения осадка. К содержимому он добавил 1 каплю раствора В и оттитровал раствором А до перехода окраски из красной в оранжевую. Объем раствора А, затраченный на титрование, составил V ₁ = 7.0 мл.

Для уточнения результатов анализа Колбочкин количественно перенес фильтрат, полученный как описано выше, из стакана в чистую колбу для титрования. Он добавил к нему 1 каплю раствора Г и оттитровал раствором Б до полного исчезновения окраски, затратив при этом V ₂ мл раствора Б.

Известно, что в распоряжении Колбочкина были следующие растворы реактивов (концентрации всех растворов, кроме индикаторов – 0.1 моль/л; в скобках указано примерное значение рН этих растворов): Na₂SO₄ (рН 7), Na₂CO₃ (рН 12), NaF (рН 8), NaHCO₃ (рН 8), NaH₂PO₄ (рН 5), HF (рН 2), HCl (рН 1), H₃BO₃ (рН 5), индикаторы: метиловый оранжевый (область перехода ΔpH=3–4.5), фенолфталеин (область перехода ΔpH=8–10).

1. Какие реактивы из имеющихся у Колбочкина были использованы в методике? Напишите формулы или названия веществ А – Г.

2. Напишите уравнения всех протекающих в ходе анализа химических реакций неорганических веществ (4 уравнения).

3. По результатам анализа рассчитайте концентрацию хлорида кальция в анализируемом растворе.

4. Рассчитайте объем титранта V ₂, пошедший на титрование фильтрата.

5. Можно ли было использовать в данной схеме анализа того же самого раствора хлорида кальция растворы реактивов с концентрацией 0.06 моль/л (все вводимые объемы растворов остаются теми же)? Ответ обоснуйте.

6. Какой метод титрования использовал Колбочкин – кислотно-основное, осадительное, окислительно-восстановительное или комплексометрическое титрование?

Задание 3.

Для получения веществ Х₃ и Х₄ в лаборатории использовали вещества Х, Х₁ и Х₂, а также газ Y и аргон. Проведены четыре опыта: два (опыт 1 и опыт 3) в атмосфере аргона, а два других (опыт 2 и опыт 4) – в атмосфере горючего газа Y. В замкнутый реактор объемом 100мл загружали вещества, массы которых указаны в таблице, и нагревали реактор до 1000°С. Все реакции проходят количественно.

*в скобках приведен газ, которым заполнен реактор. Давление измерено при 25°С.

Полученные вещества представляют собой бесцветные кристаллы, которые при нагревании на воздухе сгорают, давая пламя кирпично-красного цвета. При растворении 1 г X₃ в избытке раствора серной кислоты выпадает 2.249 г белого осадка Х₅, нерастворимого в кислотах, и выделяется 292.6 мл (н.у.) газа Y.

Известно, что в состав веществ X₁ – X₅ входит элемент Х, а Х₅ встречается в природе в виде минерала. Вещество Х₁ используют в качестве осушителя.

Вопросы:

1. Определите неизвестные вещества Х, X₁ – X₅ и Y, ответ подтвердите расчетом.

2. Напишите уравнения реакций образования Х₃ и Х₄ (1 – 4), а также реакции Х₃ и Х₄ с серной кислотой (5 – 6).

3. Как называется минерал X₅?

4. Какие частицы находятся в узлах кристаллических решеток Х₃ и Х₄?

Задание 4.

Энергия связи – это положительная величина, равная энергии, которую необходимо затратить на разрыв 1 моль связей данного типа. Как в этой задаче, так и во многих других расчетах, под энергией связи понимается средняя энергия разрыва всех связей данного типа в молекуле.

В термохимических расчётах, связанных с органическими реакциями, часто применяют приближение, согласно которому энергия связи С–Х для какого-либо вида атомов Х не отличается в различных соединениях. Это приближение часто оказывается оправданным.

Однако далеко не всегда такое приближение срабатывает для неорганических соединений. Так, энергия связи Cl–F в различных фторидах хлора сильно отличается: в ClF₃ она на 14,2 % больше, чем в ClF₅, и на 31,2 % меньше, чем в ClF.

1. Исходя из данных теплот реакций, определите средние энергии связи Cl–F в трёх фторидах хлора, а также энергию связи в молекуле F₂.

ClF + F₂ → ClF₃ Q ₁ = 108,58 кДж/моль

ClF + 2F₂ → ClF₅ Q ₂ = 188,20 кДж/моль

2. Зная, что энергия связи в молекуле хлора равна 242,6 кДж/моль, определите теплоты образования трёх фторидов хлора.

При реакциях фтора с хлором при разных соотношениях реагентов получаются разные фториды хлора или их смеси. На выход каждого фторида влияют его термохимические характеристики.

3. Равновесный выход какого фторида хлора будет увеличиваться по сравнению с равновесными выходами других продуктов при увеличении температуры проведения реакции? Ответ объясните.

В сосуд объёмом 0,750 л поместили смесь хлора с фтором, которая при температуре 300 К создавала давление 1,502 бар. Смесь нагрели, подвергли облучению светом, после чего охладили до 280 К. Конечные давление и плотность при 280 К составили 0,788 бар и 2,781 г/л соответственно. Известно, что в конечном состоянии в сосуде содержалось 4 газообразных вещества, из которых одно – простое.

4. Определите, какое именно простое вещество содержалось в сосуде после опыта, если количество полученного ClF₅ меньше количеств других фторидов хлора. Ответ объясните. Определите количество этого простого вещества до и после опыта.

5. Определите количества всех сложных веществ в конечной смеси, если известно, что количество выделившейся за счёт химических процессов теплоты равно 3,144 кДж. В решении приведите Ваши расчёты.

Задание 5.

Навеску неизвестного минерала Х массой 1,00 гсмешали с избытком карбоната натрия и сплавили на воздухе (реакция 1). Полученную смесь внесли в горячую воду (реакции 2 и 3). При этом образовался бурый осадок А, который отфильтровали и прокалили при 500 °C (реакция 4). Масса полученного красного порошка Б составила 0,46 г. Через фильтрат пропустили ток углекислого газа (реакция 5), выделившийся при этом белый осадок Г отделили и тоже прокалили (реакция 6). Масса образовавшегося остатка Д составила 0,59 г.

1. Определите формулу минерала Х. При сильном нагревании смеси Б и Д может быть получен исходный минерал Х (реакция 7).

2. Напишите уравнения проведенных реакций (7 уравнений), а так же реакцию кислотного вскрытия минерала концентрированной азотной кислотой (реакция 8).

Задание 6.

Даны две смеси, каждая из которых состоит из двух веществ. Все эти 4 различные вещества могут быть получены из оксида натрия, углекислого газа и воды, и называются содами. Равные массы смесей растворили в равных объемах воды и оттитровали соляной кислотой определенной концентрации с индикатором метиловым оранжевым. На титрование каждого раствора ушло 13.0 мл HCl. После этого аналогичные растворы оттитровали соляной кислотой той же концентрации с фенолфталеином. На титрование первой смеси ушло 10.7 мл, а второй – 1.5 мл титранта.

Задание:

1. Приведите формулы и номенклатурные названия четырех веществ, отвечающих известным содам, а также тривиальные названия самих сод.

2. Упорядочьте эти вещества по возрастанию pH их водных растворов равной массовой концентрации.

3. Какие реакции протекают при титровании соляной кислотой раствора смеси всех четырех сод с метиловым оранжевым? С фенолфталеином? Запишите уравнения реакций.

4. Установите качественный и количественный (масс.%) состав смесей, о которых идет речь в условии задачи.