ІІ етап Всеукраїнської олімпіади з хімії 2014/2015, 11 клас

1. Спалили гомолог метану масою 5,8 г. Вуглекислий газ, який утворився, поглинувся надлишком розчину натрій гідроксиду. Утворився натрій карбонат масою 26,5 г та натрій гідрогенкарбонат кількістю речовини 0,15 моль. Визначте формулу вуглеводню.

Розв’язання:

C_nH_2n+2 + (1,5n + 0,5)O₂ = nCO₂ + (n+1)H₂O (I)

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O (II)

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O = 2NaHCO₃ (III)

Знайдемо кількість речовини вуглекислого газу, що утворився при згорянні алкану. Для цього скористаємось рівняннями (ІІ) та (ІІІ).

n(Na₂CO₃) = 26,5 г / 106 г/моль = 0,25 моль.

За рівнянням (ІІІ) знайдемо кількість речовини CO₂ та Na₂CO₃, що прореагував:

n(Na₂CO₃) = n(CO₂) = 0,5 · n(NaHCO₃);

n(Na₂CO₃) = n(CO₂) = 0,5 · 0,15 моль = 0,075 моль.

За рівнянням (І) знайдемо кількість речовини CO₂:

n(Na₂CO₃) = 0,075 моль + 0,25 моль = 0,325 моль;

n(CO₂) = n(Na₂CO₃);

n(CO₂) = 0,325 моль.

Всього вуглекислого газу утворилось:

n(CO₂) = 0,325 моль + 0,075 моль = 0,4 моль.

За рівнянням (І) визначаємо алкан:

5,8 / (14n + 2) = 0,4 / n;

5,6n + 0,8 = 5,8n;

n = 4.

C₄H₁₀ – бутан.

Відповідь: C₄H₁₀.

2. При пропусканні суміші етану і ацетилену через склянку з бромною водою маса вмісту склянки збільшилась на 1,3 г, а при повному згорянні такої ж кількості суміші вугдеводнів виділився вуглекислий газ об’ємом 14 л. Який об’єм вихідної суміші?

Розв’язання:

C₂H₂ + 2Br₂ = C₂H₂Br₄ (I)

2C₂H₂ + 5O₂ = 4CO₂ + 2H₂O (II)

2C₂H₆ + 7O₂ = 4CO₂ + 6H₂O (III)

При пропусканні суміші крізь бромну воду маса склянки збільшилась за рахунок приєднання Br₂. За рівнянням (І) знаходимо об’єм ацетилену в суміші:

V(C₂H₂) = 1,3 · 22,4 / 160 · 2 = 0,091 л.

За рівнянням (ІІ) знаходимо об’єм вуглекислого газу:

V(CO₂) = 0,091 · 4 / 2 = 0,182 л.

Знаходимо об’єм CO₂, який виділився за рівнянням (ІІІ):

V(CO₂) = 14 л – 0,182 л = 13,818 л.

За рівнянням (ІІІ) знаходимо об’єм етану:

V(C₂H₆) = 2 · 13,818 / 4 = 6,909 л.

Знаходимо об’єм вихідної суміші:

V(C₂H₆ + C₂H₂) = 0,091 л + 6,909 л = 7 л.

Відповідь: V(C₂H₆ + C₂H₂) = 7 л.

3. Дано суміш, що складається з калій йодиду і калій хлориду. Наважку цієї суміші 12,94 г розчинили у воді і пропустили хлор до повного виділення йоду. Маса йоду, що виділився – 7,62 г. Після вилучення йоду і надміру хлору об’єм розчину довели до 0,5 л. Яка молярна концентрація добутого розчину? Який процент калій йодиду в суміші?

Розв’язання:

2KI + Cl₂ = 2KCl + I₂

Знаходимо вміст KI  у вихідній суміші та кількість речовини KCl, що утворився:

m(KI) = 7,62 · 166 · 2 / 254 = 9,96 г.

n(KCl) = 7,62 · 2 / 254 = 0,06 моль

Знаходимо масу та кількість речовини KCl  у вихідній суміші:

m(KCl) = 12,94 г – 9,96 г = 2,98 г;

n(KCl) = 2,98 г / 74,5 г/моль = 0,04 моль.

Сумарний вміст KCl в кінцевому розчині становить:

n(KCl) = 0,04 моль + 0,06 моль = 0,1 моль.

Молярна концентрація KCl та масова частка калій йодиду в суміші:

C(KCl) = 0,1 моль / 0,5 л = 0,2 моль/л;

ω(KI) = 9,96 г / 12,94 г · 100 % = 76,97 % ≈ 77 %

Відповідь: C(KCl) = 0,2 моль/л; ω(KI) = 77 %.

4. 5,6 л карбон (IV) оксиду пропустили над розжареним вугіллям масою 3 г. Отриману сполуку пропустили крізь нагріту трубку у якій поміщено 72 г оксиду невідомого двовалентного металу. Який об’єм 32 % нітратної кислоти (ρ=1,2 г/ мл) необхідно для розчинення продуктів реакції. Відомо, що оксид металу містить 20 % Оксигену.

Розв’язання:

n(CO₂) = 5,6 л / 22,4 л/моль = 0,25 моль;

n(C) = 3 г / 12 г/моль = 0,25 моль;

Вуглекислий газ та вугілля повністю прореагували.

За рівнянням реакції знаходимо кількість речовини карбон (ІІ) оксиду, що утворився:

CO₂ + C = 2CO

n(CO) = 2 · n(CO₂)

n(CO) = = 2 · 0,25 моль = 0,5 моль.

Знаходимо молярну масу металу за масовою часткою Оксигену в оксиді:

0,2 = 16 / (16 + M(Me));

M(Me) = 64;

Me – Cu, Купрум. Оксид – CuO – купрум (ІІ) оксид.

CuO + CO = Cu + CO2

n(CuO) = 72 г / 80 г/моль = 0,9 моль.

З карбон (ІІ) оксидом прореагує 0,5 моль CuO. Залишиться:

n(CuO) = 0,9 моль – 0,5 моль = 0,4 моль.

n(Cu) = n(CO);

n(Cu) = 0,5 моль.

CuO + 2HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + H₂O (I)

3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O (II)

Знаходимо масу нітратної кислоти за рівнянням (І):

m₁(HNO₃) = 0,4 · 63 · 2 / 1= 50,4 г.

Знаходимо масу нітратної кислоти за рівнянням (ІІ):

m₂(HNO₃) = 0,5 · 63 · 8 / 3 = 84 г.

m(HNO₃) = m₁(HNO₃) + m₂(HNO₃);

m(HNO₃) = 50,4 г + 84 г = 134,4 г.

Знаходимо масу та об’єм розчину нітратної кислоти:

m(р-ну HNO₃) = 134,4 / 0,32 = 420 г;

V(р-ну HNO₃) = 420 / 1,2 = 350 мл.

Відповідь: V(HNO₃) = 350 мл.

5. Яка кількість теплоти виділиться при спалюванні 250 л пропан-ацетиленової суміші, густина якої за повітрям 1,38? Стандарті теплоти утворення пропану, ацетилену, карбон (IV) оксиду та води становлять відповідно –103,8 кДж/моль, +226,8 кДж/моль, –393,3 кДж/моль та –286,2 кДж/моль.

Розв’язання:

Знаходимо об’ємні частки пропану та ацетилену в суміші. Позначимо об’ємну частку пропану x, об’ємна частка ацетилену – (1 – x).

M(C₃H₈ + C₂H₂) = 29 · 1,38 = 40,02 г/моль;

40,02 = 44 · x + 26 · (1 – x);

x = 0,7789.

Знаходимо об’єм пропану та ацетилену в суміші:

V(C3H8) = 250 л · 0,7789 = 194,725 л;

V(C2H2) = 55,275 л.

C₃H₈ + 5O₂ = 3CO₂ + 4H₂O; ∆H₁

2C₂H₂ + 5O₂ = 4CO₂ + 2H₂O; ∆H₂

Знайдемо стандартні ентальпії згоряння пропану та ацетилену:

∆H₁ = 4 · ∆H(H₂O) + 3 · ∆H(CO₂) – ∆H(C₃H₈);

∆H₁ = 4 · (–286,2) + 3 (–393,3 ) – (–103,8) = –2220,9 кДж;

∆H₂ = 2 · ∆H(H₂O) + 4 · ∆H(CO₂) – 2 · ∆H(C₂H₂);

∆H₂ = 2 · (–286,2) + 4 (–393,3 ) – 2 · 226,8 = –2599,2 кДж;

Запишемо термохімічні рівняння горіння пропану та ацетилену:

C₃H₈ + 5O₂ = 3CO₂ + 4H₂O; ∆H = –2220,9 кДж (І)

2C₂H₂ + 5O₂ = 4CO₂ + 2H₂O; ∆H = –2599,2 кДж (II)

За рівнянням (І) виділиться теплоти:

Q₁ = 194,725 · 2220,9 / 22,4 = 19306 кДж.

За рівнянням (ІІ) виділиться теплоти:

Q₂ = 55,275 · 2599,2 / 22,4 = 6414 кДж.

Q = Q₁ + Q₂;

Q = 19306 + 6414 = 25720 кДж.

Відповідь: Q = 25720 кДж