Задачі підвищеної складності 9 клас

Задачі з розв"язками для підготовки до олімпіад

1. Всі елементи Періодичної системи, як і прості речовини, умовно поділяють на метали й неметали. Назвіть відмінності у будові атомів металів і неметалів. Якими фізичними властивостями різняться метали й неметали? Запишіть електронні формули таких елементів: He, O, Na, Si, Cl, Zn, виберіть з цього переліку неметали. Напишіть по три принципово відмінних рівняння реакцій, що характеризують хімічні властивості металів і неметалів. Наведіть два приклади простих речовин, які можна віднести як до металів, так і до неметалів. Поясніть свій вибір.

Розв"язок

 Атоми металів мають мало валентних електронів, і тому більше здатні віддавати електрони, ніж приєднувати.

He: 1s²; O: 1s²2s²2p⁴; Na: [Ne]3s¹; Si: [Ne]3s²3p²; Cl: [Ne]3s²3p⁵;

Zn: [Ar]3d¹⁰4s². Неметали: He, O, Si, Cl.

Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂; Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄; Cu+Cl₂=CuCl₂.

Cl₂+2NaOH=NaClO+NaCl+H₂O; S+2H₂SO₄=3SO₂+2H₂O; Fe+S=FeS.

Метали за звичайних умов тверді (крім ртуті), а для неметалів характерні всі три фази. Більшість металів мають сріблясто-білий колір, і всі – характерний металевий блиск; неметали забарвлені різноманітно. Для металів характерна значна електро- та теплопровідність. Традиційно перехідними елементами вважають такі, як германій та телур. Але за окремими ознаками до простих речовин із перехідними властивостями можна віднести й інші: алюміній (розчиняється в лугах, виявляє амфотерні властивості), графіт (добре проводить електричний струм).

2. Наважку 0.050 г металу обережно розчинили у надлишку розведеної сульфатної кислоти. Об'єм виділеного водню при 19°C і тиску 765 мм рт. ст. склав 49.0 мл. Визначте метал, вкажіть його молярну масу еквівалентів. Що Вам відомо про сплави цього металу?

Розв"язок

(мм рт. ст., mm Hg) — позасистемна одиниця 

вимірювання тиску, рівна 101 325 / 760 ≈ 

133,322 368 4 Па; R=8,314, T=273+t

n(H₂)=pV/RT=[765/760*101325*49*10^-6]/[8,314*(273+19)]=2,058*10^-3 моль

n_екв.(H₂)=2*n(H₂)=2*2,058*10^-3=4,116*10^-3 моль

М_екв.(мет)=m(мет.)/n_екв.(мет.)=m(мет.)/n_екв.(Н₂)=0,050/0,004116=

=12,15 г/моль, метал 12,15*2=24,3 Магній

Сплави Магнію, як і дюралюміній, використовуються в літакобудуванні.

3. За певною групою сполук закріпилася тривіальна назва "соди". Нижче в таблиці наведені дані про вміст (в масових відсотках) натрію та оксигену в содах.

Елемент	Сода
	Питна	Пральна	Кальцинована	Каустична
Na	27	16	43	57,5
O	57	73	45	40

1) З чим пов'язана загальна назва цієї групи сполук?

2) Запишіть формули сполук, що відповідають згаданим тривіальним назвам. Зауважте, що, крім вказаних у таблиці елементів, питна, пральна та каустична соди містять також найпоширеніший у галактиці елемент, а питна, пральна і кальцинована – елемент, за яким визначають вік археологічних знахідок.

3) Запишіть рівняння таких взаємоперетворень цих сполук, які можливо реалізувати в одну стадію.

4) Як у домашніх умовах довести, що певний розчин не містить жодної з сод?

Розв"язок

1. Всі сполуки містять елемент натрій (лат. sodium).

2. В галактиці найпоширенішим є Гідроген, а вік археологічних знахідок визначають за Карбоном.

Формули сод:

питна NaHCO₃,

пральна Na₂CO₃·10H₂O,

кальцинована Na₂CO₃,

каустична NaOH.

3. 2NaHCO₃=Na₂CO₃+H₂O+CO₂;

Na₂CO₃·10H₂O = Na₂CO₃ + 10H₂O;

NaOH + NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O.

4. Мідну дротину випалюють в полум’ї (приміром, газової плитки),змочують випробуваним розчином і знову вносять у полум’я. При наявності в розчині катіонів натрію полум’я набуває інтенсивного жовтого кольору.

4. Ортофосфатна, фосфітна та гіпофосфітна кислоти мають загальнуформулу H₃POn (n=4, 3, 2 відповідно). Маючи на увазі, що фосфор в молекулах цих кислот виявляє валентність V, запишіть їх структурні формули, визначте ступінь окиснення фосфору в них. Визначте основність кислот та порівняйте їх силу. При розчиненні білого фосфору в гарячому розчині лугу виділяється газоподібний фосфін PH₃ та утворюється сіль однієї зі згаданих кислот H₃PO_n. Запишіть рівняння реакції, якщо відомо, що на кожний 1 г білого фосфору виділяється 181 мл (н.у.) фосфіну. Наведіть формули 2-3 мінералів фосфору, а також 2-3 фосфатних добрив. Чим принципово відрізняються фізичні властивості мінералів і добрив?

Розв"язок

 

Основність 3, 2,1 відповідно, сила зменшується при зменшенні числа атомів Оксигену.

4P + 3NaOH + 3H₂O = PH₃ + 3NaH₂PO₂.

Мінерали: апатити Ca₅(PO₄)₃X₂ (X=F флуорапатит, X=OH гідроксиапатит), фосфоритиCa₃(PO₄)₂·nCaCO₃. Добрива: простий суперфосфат (суміш CaHPO₄ і CaSO₄),  подвійний суперфосфат Ca(H₂PO₄)₂, амофос NH₄H₂PO₄. В більшості добрив фосфор входить до складу водорозчинних сполук, тоді як в мінералах – до складу нерозчинних.

5. В якому масовому та об'ємному співвідношенні слід змішати олеум(розчин SO₃ у безводній сульфатній кислоті, масова частка SO₃ 20%) зводою, щоб добути розчин сульфатної кислоти з масовою часткою H₂SO₄ 10%? Густини олеуму та розчину кислоти становлять 1.897 та 1.066 г/мл відповідно. Чому концентровану сульфатну кислоту і, тим більше, олеум слід вливати у воду, а не навпаки? Запишіть три рівняння окисно-відновних реакцій концентрованої сульфатної кислоти.

Розв"язок

Візьмемо 100 г олеуму. В ньому міститься 80 г кислоти та 20 г сульфур оксиду. На перетворення 20 г сульфур оксиду на кислоту(SO₃+H₂O=H₂SO₄) необхідно 4.5 г води. Отже, після додавання 4.5 г води маємо 104.5 г безводної сульфатної кислоти. Тепер за "правилом хреста" знаходим масове співвідношення кислота : вода = 1:9, тобто на 104.5 г безводної кислоти необхідно 940.5 г води. Загалом на 100 г олеуму слід взяти 4.5 + 940.5 = 945 г води, масове співвідношення 1:9.45. Переводимо маси в об’єми: на 52.7 мл олеуму слід взяти 940.5 мл води, отже, об’ємне співвідношення 1:17.85.

При розведенні сульфатної кислоти водою, а тим більше при гідратації сульфур оксиду, виділяється значна кількість теплоти. З огляду на те, що температура кипіння води 100°C, а безводної сульфатної кислоти близько 200°C, слід додавати кислоту до води, а не навпаки.

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

S + 2H₂SO₄ = 3SO₂ + 2H₂O

2FeS + 10H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 9SO₂ + 10H₂O.

6. Відомі такі термохімічні дані:

As₂O₃(тв) + O₂(г) = As₂O₅(тв) + 270.9 кДж

3As₂O₃(тв) + 2O₃(г) = 3As₂O₅(тв) +1096.5 кДж

Обчисліть тепловий ефект утворення озону із кисню та поясніть, чому озон є дуже сильним окисником. Якщо першу з наведених вище реакцій проводити за рівноважних умов, то в який бік зміщуватиметься рівновага а) при підвищенні температури; б) при збільшенні парціального тиску кисню? Відповідь поясніть.

Розв"язок

Щоб провести реакцію 3O₂(г)=2O₃(г), слід подані в умові рівняння скласти, попередньо помноживши їх коефіцієнти на 3 і (–1) відповідно. Шуканий тепловий ефект 3 · 270.9 – 1096.5 = –283.8 кДж.

По-перше, це енергетично невигідна речовина (утворюється з великим поглинанням енергії). По-друге, окиснювальний розпад озонуO₃=O₂+O веде до утворення атомарного оксигену, механізми реакцій за участю якого значно простіші, ніж реакцій за участю кисню – тобто кінетичний фактор теж є сприятливим.

Згідно з принципом Ле Шательє:

а) у бік утворення вихідних речовин, як екзотермічна реакція;

б) у бік утворення продуктів.