Робота з обдарованими учнями

2015-2016

Розв’язування ускладнених розрахункових задач та задач олімпіадного типу при підготовці дітей до  олімпіади з хімії.

Розрахункові задачі посідають особливе місце у вивченні хімії. Систематичне їх розв'язування сприяє свідомому засвоєнню хімічних знань, формуванню логічного мислення, розвитку розумових здібностей, навчає практично використовувати набуті теоретичні знання. Хімічні задачі сприяють формуванню системи конкретних уявлень, що необхідно для осмисленого сприйняття теоретичного матеріалу. Задачі, що включають певні хімічні ситуації, стають стимулом до самостійної роботи учнів над навчальним матеріалом, а в процесі розв'язування задач виховується працелюбність, цілеспрямованість, почуття відповідальності, наполегливості у досягненні поставленої мети. Під час розв'язування задач реалізуються міжпредметні зв'язки з фізикою, математикою, біологією, екологією та іншими навчальними дисциплінами. Найтісніший зв'язок знань і дій є основою формування різних прийомів мислення.

1.                    Газ, добутий унаслідок дії розведеної хлоридної кислоти на кристалічний ферум (ІІ) сульфід, пропустили крізь розчин алюміній хлориду. Маса осаду становила 1,56 г. Визначте масу алюміній хлориду в розчині.

Варіант розв’язку:

FеS+2НС1=FеС1₂+Н₂S                    (1)

3H₂S+2А1С1₃=А1₂S₃+6НС1            (2)

У результаті гідролізу А1₂S₃ утворюється осад А1(ОН)₃:

А1₂S₃+6НОН=2А1(ОН)₃↓+3Н₂S.      (3)

Кількість речовини А1(ОН)₃:

ν=m / М;

v(Аl(ОН)₃) = 1,56 г: 78 г/моль = 0,2 моль.

З рівняння (3) та (2):

v (А1(ОН)₃):v(Al₂S₃): vАlСl₃) = 2:1:2=0,2:0,1 :0,2.

v(А1С1₃)= 0,2 моль;

т (АlСl₃) = 0,2 моль • 133,5 г/моль = 26,7 г.

Відповідь: m(А1С1₃)= 26,7г.

2. Суміш водню з киснем об'ємом 40 мл спалили в евдіометрі. Суміш газів, що утворилися, не горить і займає об'єм 28 мл. Визначте склад вихідної та добутої суміші за умови, що вода перебуває в паруватому стані, а всі об'єми виміряно за однакових умов.

Варіант розв’язку:

                      2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.

Зміна об'єму до та після реакції становить 40 мл -28 мл = 12 мл.

Це відповідає зміні кількості речовин до та після реакції: 2+1-2=1 (моль).

Якщо утворена суміш не горить, то в надлишку був кисень.

Тобто об'єм вихідної суміші складається  з: V(Н₂)=2•12мл=24мл, 

  V(О₂)_{прореаг} =1^. 12 мл = 12 мл.

 V (О₂)_{залишився} = V _сум – V(Н₂) – V(О₂)_{прореаг}= 40 мл – 36 мл = 4 мл.

      Об'єм добутої суміші становить:

V(Н₂О) = 2 • 12 = 24 (мл), V(О₂) = 4 мл.

Відповідь: вихідна суміш: V(Н₂) = 24 мл,V(О₂) = 16 мл;

                   добута суміш: V(Н₂О) = 24 мл, V(О₂) = 4 мл.

3. Яку масу манган(ІV) оксиду і яку масу розчину хлоридної кислоти з масовою часткою гідроген хлориду 3,65 % потрібно взяти для добуван-ня хлору, що може витіснити з розчину калій йодиду йод масою 25,4г?

Варіант розв’язку:

МnО₂+4НС1=МnСl₂+Сl₂+Н₂О;     (1)

Сl₂+ 2KI = I₂ + 2KCl                       (2)

Кількість речовини йоду:

v(І₂) = т: М = 25,4 г: 127 г/моль = 0,2 моль.

    З рівняння (2):

v(I₂): v(Сl₂) = 1:1 = 0,2:0,2.

З рівняння (1):

v (Сl₂): v(МnО₂): v(HC1) = 1:1:4 = 0,2:0,2:0,8.

Звідси:

т (МnО₂) =v^. М= 0,2 моль • 87 г/моль = 17,4 г.

т (НС1) = 0,8 моль • 36,5 г/моль = 29,2 г.

Визначимо масу розчину хлоридної кислоти:

w = m_реч ^: m_розч;  m_розч (HC1) = m_реч • w = 29,2 г: 0,0365 = 800 г.

 Відповідь: m (МnО₂)= 17,4г;      m_розч(НС1) = 800г.

4. Суміш амоніаку, кисню, азоту і вуглекислого газу займала об'єм 15л. Після спалювання без каталізатора при температурі, меншій від 2000 °С, і приведення до н. у. суміш не містила кисню, а її об'єм зменшився на 5,6 л. При пропусканні вихідної суміші того самого об'єму крізь вапняну воду отримали осад масою 20 г. Визначте об'єми газів у вихідній суміші. Всі об'єми виміряно за однакових умов.

Розв'язування

 СО₂+ Са(ОН)₂ = СаСО₃ ↓ = Н₂О

Кількість речовини вуглекислого газу:       у=т:М;

v (СаСО₃) = 20 г: 100 г/моль = 0,2 моль;

v (СО₂): v(СаСО₃) = 1:1 = 0,2 :0,2;

v(СО₂)= 0,2 моль;

V=v^.V_т;

V(СО₂) = 2,24 л/моль • 0,2 моль = 4,48 л.

Азот з киснем реагують при температурі близько 3 000 °С. При температурі, меншій від 2000 °С, і без каталізатора, згоряє амоніак:

4NH₃ + 3О₂ = 2N₂+6Н₂О.            (1)

Після приведення продуктів реакції до н. у. в газовій фракції залишається N₂ .

Зменшення кількості речовин газів до і після реакції становить:

   Δv = 4+3-2 = 5 (моль), що відповідає зменшенню об'єму на      5,6 л;

    Δv = 5 моль;   ΔV = 5,6л.

Значить, на один моль припадає 1,12л:

5,6:5= 1,12(л).

З рівняння (1):

V_{до реакції} (NН₃) = 4 ^.1,12 л = 4,48л.

    Оскільки весь кисень згорів, то з рівняння (1);

V(O₂) = 3 ^. 1,12л = 3,36л;

  V_сум = V(NН₃) + V(O₂) + V(СО₂) + V(N₂);

    V _{до реакції} (N₂ ) = 15л - V(СО₂) - V(O₂) – V(NН₃) =

     = 15 л - 4,48 л - 3,36л - 4,48 л = 2,68л.

     Відповідь: V(СO₂)= 4,48л; V(O₂) = 3,36л; V(NH₃) = 4,48 л;

 V (N₂) =  2,68л.

5. У розчин, що містить 10,35 г йонів металу, занурили цинкову пластинку масою 50 г. Після повного виділення металу на пластинці її маса збільшилась на 14,2 %. Визначте метал.

Розв'язування

Після Цинку в електрохімічному ряді напруг розміщуються одно-, дво-, і тривалентні метали. Можливі реакції:

2Ме⁺¹ + Zn⁰ = 2Мe^о+Zn⁺²;                (1)

Ме⁺² + Zn° = Ме° + Zn⁺²;                 (2)

 2Me⁺³ +3Zn⁰ = 2Me⁰ + 3Zn⁺².           (3)

    Збільшення маси пластинки після реакції:

Δm = 50г ^. 14,2 / 100 = 7,1 г;

   Δт = m(Ме), що осів на пластинці, - т (Zn), що прореагував;

Δm = m(Ме)-m(Zn) = 7,1г.              (4)

 З рівняння (1) для одновалентного металу:

v(Ме): v(Zn) =2:1; v (Ме) = 10,35 : Ar(Ме);    v(Zn) = 10,35:2Ar(Ме);

m(Zn) = v ^. Ar(Zn);      m(Zn) = 10,35 ^. 65 / 2Ar(Ме);

З рівняння (4):

10,35-(10,35-65/2Ar(Ме)) = 7,1;

Ar(Мe) = 103,5.

Одновалентного металу з такою відносною атомною масою немає.

З рівняння (2) для двовалентного металу:

v(Ме):v(Zn)= 1:1;            v (Ме) = 10,35 : Ar(Ме) = v(Zn);

m(Zn) = 10,35 ^. 65/Ar(Ме).

Підставляємо в рівняння (4);

10,35 - (10,35 • 65 / Аr (Мe)) = 7,1;

Ar(Мe) = 207; Ar(Рb) = 207.

З рівняння (3): Ar(Ме) = 310,5. Металу з такою відносною атомною масою немає.

В і д п о в і д ь: у розчині були йони Плюмбуму.

6. При розчиненні 75 г кристалогідрату СuSО₄∙5Н₂О утворився розчин з масовою часткою солі 15%. Обчисліть масу води, в якій було розчинено кристалогідрат.

 Варіант розв’язку:

m(CuSO₄·5Н₂О) = 75 г        1). Знаходимо масу купрум (ІІ) сульфату в

ω(CuSO₄) = 15%                   кристалогідраті     M(CuSO₄) = 160г/моль;

^{_________________________________}                     М(CuSО₄·5Н₂О) = 250 г/моль.

m(Н₂О) - ?                                 m(CuSО₄) = (75г • 160г) : 250г = 48г.

                                                2). Знаходимо масу кінцевого розчину:

m(р-ну) = [m(CuSО₄) • 100%] : ω(CuSО₄);

m(р-ну) = (48 г • 100%) : 15% = 320 г.

3). Визначаємо масу води:  m(Н₂О) = 320г – 75г = 245г.

Відповідь: До 75г кристалогідрату необхідно добавити 245г води, що одержати 15% розчин купрум (ІІ) сульфату. 

7. На початку XVIII ст. Гуллівер відвідав Велику академію наук у Лагадо і побачив, як учені добу­вають селітру з повітря. Які речовини називають селітрами? Яку із селітр можна добути з повітря ? Які операції виконували вчені під час добуван­ня селітри? Напишіть рівняння і вкажіть умови проведен­ня реакцій. Які властивості селітри дали можливість лагадійцям використовувати її у сільському госпо­дарстві, медицині та для розваг?

 Варіант розв’язку:

1) Селітри — це нітрати активних металів, на­самперед лужних: КNО₃ -  калійна (чилійська) селітра; NаNО₃ - натрієва селітра, NН₄NО₃ – аміачна селітра.

2) 3 повітря можна добути аміачну селітру  - NН₄NО₃.                                      

3) Спочатку з повітря необхідно виділити азот і кисень шляхом охолодження повітря. Воду краще з повітря не виділяти (водяної пари в повітрі за­надто мало, операціянепродуктивна), а взяти з якого-небудь джерела;

2Н₂О → 2Н₂↑ + О₂↑ (електроліз);

N₂ + 3Н₂ → 2NН₃ (нагрівання на каталізаторі при підвищеному тиску);

4NН₃ + 5O₂ → 4NО + 6Н₂O (каталітичне окиснення);                

4NО + 3О₂ + 2Н₂  → 4НNО₃;

НNО₃ + NH₃ → NН₃NО₃

4) Аміачна селітра — цінне азотне добриво. У медицині її можна використовувати для наркозу, оскільки при її розкладі виділяється нітроген (І) оксид  звеселяючий газ: NH₄NO₃ → N₂O + 2Н₂O.

За цією реакцією відбувається розклад з вибу­хом, що дає змогу використовувати сіль у піро­техніці (виготовлення феєрверків).

8. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких з чотирьох простих речовин – натрію, сірки, кисню і водню, можна добути три кислоти, три середні і три кислі солі.

 Варіант розвязку:

Із кисню і водню можна добути воду: 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.

Із сірки і кисню можна добути сульфур (IV) оксид,  який можна окислити до сульфур (VI) оксиду: S + О₂ = SО₂;       2SО₂ + О₂ = 2SО₃,

Калій,  взаємодіючи з водою, утворює   гідроксид:

 2К + 2Н₂О = 2КОН + Н₂.

Калій гідроксид можна відновити металічним калієм до оксиду:

2КОН + 2К = 2К₂О + Н₂.( При безпосередній взаємодії калію з киснем оксид не утворюється: К + О₂ = КО₂  - надперосид калію, до оксидів він не належить).

Основний калій оксид з кислотними оксидами сульфуру утворює відповідно калій сульфіт і калій сульфат - дві середні солі: K₂O+SО₂=K₂SО₃,                             К₂О + SО₃ = K₂SО₄.

Ще одну середню сіль (калій сульфід) можна добути безпосередньо взаємодією калію і сірки: 2К + S = K₂S.

Водень з сіркою утворює сірководень: H₂ + S = H₂S, розчин якого у воді називається сульфідною кислотою.

Сульфур (IV) оксид взаємодіє з водою, утворюючи гідрат, який називається сульфітною кислотою: SО₂+H₂О = H₂SО₃.

При взаємодії сульфур (VI) оксиду з водою утворюється сульфатна кислота:

Нарешті, три кислі солі можна добути, здійснивши реакції між калій оксидом і трьома добутими кислотами, взявши їх з надлишком:

К₂О + 2H₂S = 2KHS + Н₂О;                 К₂О + 2H₂SО₃ = 2KHSО₃ + Н₂О;

К₂О + 2H₂SO₄ = 2KHSО₄ + Н₂О, або взаємодією надлишку калій гідроксиду з кислотами.