Задачі підвищеної складності 8 клас

Задачі з розв"язками можуть бути корисними при підготовці до олімпіад.

1. При взаємодії металевого натрію з простою речовиною А утворюється продукт С, а при взаємодії натрію з простою речовиною В – сполука D, причому масова частка натрію в сполуках С і D однакова та складає 59%. Визначите речовини А, В, С, D. Запишіть рівняння реакцій, що можуть перебігати при одночасному розчиненні речовин С та D у воді, що підкислена сульфатною кислотою.

Розв"язок Так як ступінь окиснення натрію в хімічних сполуках складає +1,то Na_nX – загальна формула сполук C і D. Молярна маса цих сполук складає 23n + x, де x – атомарна маса елемента А або В. Масова частка натрію у сполуках C і D визначається виразом w = 23n/(23n + х) = 0.59.

Звідки знаходимо, що х =15.98n. Оскільки n – ціле число, то можливі таківаріанти атомних мас речовин А і В: n=1, х=16; n=2, х=32; n=3, х=48;n=4, х=64. Існуючим елементам відповідають варіанти з х=16, х=32 і х=64. В останньому випадку сполука А повинна мати склад Na₄Cu, однак такої речовини не існує. Отже прості речовини А и В – це кисень і сірка, аскладні C і D – це пероксид натрію Na₂O₂ і сульфід натрію Na₂S. При розчиненні Na₂O₂ у воді, що підкислена сірчаною кислотою, протікають реакції

2Na₂O₂ + 2H₂O → 4NaOH + O₂; Na₂O₂ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O₂.

При розчиненні Na₂S у воді, що підкислена сірчаною кислотою, протікаєреакція Na₂S + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂S.

Сірководень окиснюється киснем і перексидом водню до вільної сірки:

H₂S + H₂O₂ → S + 2H₂O; 2H₂S + O₂ → 2S + 2H₂O.

2. При розчиненні наважки суміші K₂O та K₂CO₃ у надлишку водногорозчину хлороводню виділилося 2.4 л газу, виміряного при 20 С та тиску 1.013⋅10⁵ Па. При випарюванні розчину, що утворився, і доведенні твердого залишку при прожарюванні до сталої маси одержали 30 г твердої речовини. Розрахуйте масову частку солі у вихідній суміші.

Розв"язок

При розчиненні перебігають реакції:

K₂O+ 2HCl → H₂O+ 2KCl, K₂СО₃+ 2HCl → H₂O+ CO₂+ 2KCl.

Тверда речовина – KCl, газ – СО₂. Кількість речовини KCl складає30/74.5=0.4 моль. 2.4 л газу складає 2.4⋅10^–3⋅1.013⋅10⁵/(8.314⋅293)=0.1 моль. Значить солі в суміші було 0.1 моль або 13.8 г. З такої кількості карбонату калію утворилося 0.2 моль KCl, а інші 0.2 моль KCl – з оксиду. Значить оксиду теж було 0.1 моль або 9.4 г. Маса наважки складає 23.2 г, а масова частка солі – 13.8/23.2=0.59 або 59%.

3. При проведенні досліду юні хіміки помістили в колбу з водою наважку твердої речовини білого кольору, що розчинилося з утворенням безбарвного розчину. Потім до отриманого розчину додали певну кількість іншого розчину, при цьому відбулося випадіння білого осаду, що буввідфільтрований і промитий на фільтрі. Осад перенесли в порцелянову чашечку, що помістили в сушильну шафу. Через якийсь час чашечку витягли із шафи, зібрали кристали, що утворилися, і зважили їх. Які речовини могли бути використані в цьому досліді? З якою метою може проводитисятакий дослід? Яке призначення кожної операції в цьому досліді?

Розв"язок Речовини тут можуть бути , наприклад, AgNO₃ і KCl, BaCl₂ і Na₂SO₄. Для визначеності будемо вважати, що задача проведення досліду – одержання солі BaSO₄. Попереднім зважуванням визначається вихідна маса BaCl₂. Потім додається надлишок розчину реагенту – Na₂SO₄ – для повного осадження іонів Ba²⁺. Потім осад відокремлюється від розчину фільтруванням і промивається на фільтрі для видалення іонів Na⁺, Cl^– і SO₄^2– з осаду. У сушильній шафі доведенням осаду до сталої маси одержали безводну сіль BaSO₄. Наступне зважування кристалів, що утворилися, дозволяє визначити вихід синтезованого продукту.

4. У колбі, що містить 100 мл розчину HNO₃ з концентрацією 2 моль/л і густиною 1.07 г/см³ , розчинили 20 г кристалогідрату карбонату натріюNa₂CO₃⋅10H₂O. Визначте, які речовини знаходяться в розчині, що утворився, розрахуйте їх масову частку.

Розв"язок

При розчиненні перебігає реакція: Na₂CO₃ + 2HNO₃ → H₂O + CO₂ + 2NaNO₃.

Кількість кислоти складає 0.2 моль, солі – 20/286=0.07 моль. Отже, у кінцевому розчині буде 0.06 моль HNO₃ або 0.06⋅ 63=3.78 г і 0.14 моль NaNO₃ або 0.14⋅ 85=11.9 г. У ході реакції виділиться 0.07 моль CO₂або 0.07⋅ 44=3.08 г. Загальна маса кінцевого розчину складає: 107+20–3.08=123.92 г. Масові частки розчинених речовин: NaNO₃ – 0.096 або9.6%, HNO₃ – 0.031 або 3.1%.

5. Вода є найбільш розповсюдженою хімічною сполукою на Землі;майже ¾ її поверхні вкриті водою, що утворює океани, моря, ріки й озера. Звичайно, говорячи про природні води, розрізняють воду "прісну" і воду "солону". Чим розрізняються ці види природної води? У хімічній практиці для проведення реакцій часто використовують дистильовану воду. Чим відрізняється ця вода від природних вод? Дайте опис приладу, що може використовуватися для одержання дистильованої води, поясніть призначення його складових частин.

Розв"язок Природні води,містять: неорганічні речовини – розчинені солі і зважені частинки (пісок, глина та ін.), а також органічні речовини, наприклад, вуглеводні. Це іони Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, H⁺, Сl^–, НСО₃^–, СО₃^2–, SO₄^2– і гази О₂, СО₂ і H₂S. А також Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Вг^–, I^–, F^–, BO²–, НРО₄^2–, SO₃^2–, HSO₄^–, S0₃^2–, HS^–, HSiО₃^–, HSO₃^– і гази N₂, CH₄, He. Інші речовини знаходяться у воді у вкрай малій кількості.

Начистіша вода – це вода, що входить до складу дощу або снігу.

Підземна вода в залежності від рельєфу місцевості з'являється на земній поверхні у виді джерел або артезіанських колодязів, що утворюють ріки. Хімічний склад такої води залежить від земних шарів, через які вонапроходила, і від тривалості контакту з ними. Найменша кількість розчинених речовин містить вода гірських джерел, а також вода, що утворюється в результаті танення льоду (приблизно 50 мг твердих речовин у 1 л). Підземні води звичайно містять більшу кількість речовин (звичайний зміст 2г/л), а річкова вода, крім органічних речовин, містить у зваженому стані імінеральні речовини. Джерельна і річкова вода завжди містить розчиненіатмосферні гази – кисень, азот і двоокис вуглецю, а також деякі катіони(Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺) і аніони вугільної, сірчаної та соляної кислот.

Океанічна вода містить приблизно 35 мг солей у 1 л, з них 27 мг хлориду натрію. Крім того, у ній міститься іони магнію, калію, брому і сульфат-іони, а також незначні кількості йоду та деяких важких металів. Концентраціясолей у внутрішніх морях вища (Середземне море) або нижча (Чорне море), чим в океанах. Дуже високі концентрації солей, що сягають насичення, існують в морях, які не мають виходу до океану, наприклад, у Мертвому морі.

Чисту воду одержують із природної води шляхом перегонки. Дистиляція або перегонка є одним зі способів очищення з метою одержання хімічно чистої речовини. Один з варіантів приладів, що використовуються для перегонки, є пристрій, що зображений на рисунку. Складається такий прилад з колби Вюрца, холодильника, приймача та термометра.

При перегонці спочатку відганяється фракція, що кипить при температурі нижче ніж 100 С, що містить домішки легкокипящих органічних речовин. Далі відганяється відносно чиста вода, а в колбі залишається концентрований розчин солей.

6. Запишіть по дві хімічні реакції, що відповідають наведеним нижче

схемам (А и В – прості речовини):

а) A + B → C, C + H₂O → D; б) A + B → C, C + H₂O → D + Н₂;

в) A + B → С, С + H₂O → D + О₂; г) A + B → С, С + H₂O → D + Е.

Розв"язок

Варіанти реакцій, що відповідають зазначеним схемам:

а) 2Ca + O₂ → 2CaO, CaO + H₂O → Ca(OH)₂,

4P + 5O₂ → P₂O₅, P₂O₅ + H₂O → 2HPO₃.

б) 2Li + H₂ → 2LiH, LiH + H₂O → LiOH + H₂,

Mg + H₂ → MgH₂, MgH₂ + 2H₂O → Mg(OH)₂ + H₂.

в) F₂ + O₂ → 2OF₂, OF₂ + H₂O → 2HF + О₂;

2K + 2O₂ → K₂O₄, 2K₂O₄ + 2H₂O → 4KOH + 3O₂.

г) 2Al + 3S → Al₂S₃, Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂S;

Ca + 2C → CaC₂, CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)2 + C₂H₂.