Переписка с читателем

Нестандартные химические задачи

Очень часто школьники, успешно изучавшие химию в средней школе и получавшие только «хорошо» и «отлично» по этому предмету, выбрав химическую специальность как основную профессию, на экзамене показывают не лучший результат. С чем это связано? Сегодня ни для кого не секрет, что требования вуза, предъявляемые к абитуриентам, и знания, получаемые в обычной средней школе, могут значительно расходиться. В специализированных школах, «прикрепленных» к лицеям, как правило, работают по особым, углубленным программам, поэтому именно эти дети имеют больше шансов на поступление в вуз.
Предлагаю задачи, которые можно использовать для подготовки школьника к олимпиадам, самостоятельной подготовки при поступлении в вуз. Кроме того, приведено подробное решение, грамотное их оформление. Эти задачи могут использовать учителя для составления своих вариантов школьной химической олимпиады, а наличие ответов облегчает их проверку.
В каждой из приведенных ниже задач есть своя изюминка, именно такие задачи предлагают абитуриентам при поступлении в вузы, где химия – профилирующий предмет. Подробное знакомство с этими задачами поможет школьнику успешно справиться со вступительными экзаменами.

1. В 100 г 10%-го раствора AgNO₃ погрузили цинковую пластинку массой 10 г. Через некоторое время пластинку вынули, высушили и взвесили. Ее масса оказалась 10,5 г. Какую концентрацию приобрел раствор AgNO₃ после реакции. Сколько граммов цинка перешло в раствор?

108 г серебра, оседая на пластинке (вместо 65 г цинка), увеличили бы ее массу на 43 г, а x г Ag увеличили массу пластинки на 0,5 г. Отсюда:

Найдем массу m₃(Zn), перешедшую в раствор.

Найдем новую концентрацию AgNO₃ в растворе после реакции.

m(AgNO₃) в 10%-м растворе составляет:

100•10(%)/100(%) = 10 г.

m₂(AgNO₃) после реакции составляет:

10 (г) – 2 (г) = 8 г.

2. Через 20 г 10%-го раствора NaOH пропустили 1,5 л H₂S. Назовите тип полученной соли и какова ее масса (н. у.).

Решение

m(NaOH б/в) = 20•10 (%)/100 (%) = 2 г (по условию).

NaOH по условию дан в недостатке, поэтому расчет ведем по нему:

2/80 = х₁/78, х₁ = 1,95 г, m(Na₂S) = 1,95 г.

Определим объем Н₂S, вступившего в реакцию:

2/80 = х₂/22,4, х₂ = 0,56 л.

V(H₂S оставшийся) = 1,5 – 0,56 = 0,94 л.

Na₂S – в недостатке, значит, расчет ведем по нему:

1,95/78 = х₃/112, х₃ = 2,8 г.

Ответ. Образовалась кислая соль – гидросульфид натрия, m(NaHS) = 2,8 г.

3. В каком объемном отношении нужно слить 10%-е растворы соляной кислоты ( = 1,047 г/см³) и гидроксида калия ( = 1,090 г/см³), чтобы получить нейтральный раствор?

Решение

HCl + KOH = KCl + H₂O.

M(HCl) = 37 г/моль, m = 37 г;

M(KOH) = 56 г/моль, m₁ = 56 г.

Для получения нейтрального раствора надо взять 1 моль (37 г) HCl и 1 моль (56 г) КОН.
Найдем массы растворов этих веществ:

Найдем объемы реагирующих веществ по формуле

V = m/.

Ответ. V(р-ра HCl) = 353 см³ и V(р-ра КОН) = 514 см³.

4. Смешали 68,97 мл 17,75%-го раствора Na₂SO₄ ( = 1,16 г/см³) и 41,66 мл 20,8%-го раствора BaCl₂ ( = 1,2 г/см³). Выпавший осадок отфильтровали. Найти концентрацию (в %) соединений, содержащихся в фильтрате.

Решение

Найдем m раствора Na₂SO₄:

Найдем m раствора BaCl₂:

Общая m(Н₂О) из двух растворов:

m(Н₂О) = 65,8 + 39,6 = 105,4 г.

Найдем, какое исходное вещество дано в избытке, какое – в недостатке, и m(NaCl):

M_r(BaCl₂) = 137 + 71 = 208,

M(BaCl₂) = 208 г/моль, m = 208 г;

M_r(Na₂SO₄) = 23•2 + 32 + (16•4) = 142,

M(Na₂SO₄) = 142 г/моль, m = 142 г;

M_r(NaСl) = 23 + 35,5 = 58,5,

M(NaСl) = 58,5 г/моль,

m = •M, m = 58,5 (г/моль)•2 (моль) = 117 г.

х₁/208 = 14,2/142, х₁ = 20,8 г,

т. е. столько требуется m(BaCl₂).

Таким образом, BaCl₂ дан в недостатке, значит, расчет ведем по нему.
Найдем m(NaCl) по BaCl₂:

10,4/208 = х₂/117, х₂ = 5,85 г.

Найдем m(Na₂SO₄), израсходованного в реакции:

10,4/208 = х₃/142, х₃ = 7,1 г,

14,2 (г) – 7,1 (г) = 7,1 г, т. е. столько осталось в фильтрате Na₂SO₄.
Общая масса фильтрата, состоящего из NaCl, H2O, Na2SO4, равна:

m = 5,85 + 7,1 + 105,4 = 118,35 г.

Найдем концентрации NaCl, Na₂SO₄:

а) для NaCl:

б) для Na₂SO₄:

5. При полном растворении некоторого количества меди в горячей концентрированной H₂SO₄ выделилось 11,2 л газа
(н. у.), который был растворен в 150 мл 30%-го раствора NaOH ( = 1,333 г/см³). Определите, какая соль получилась, какова ее концентрация и сколько меди при этом было израсходовано.

Решение

1) Найдем массу израсходованной меди:

х/64 = 11,2/22,4, х = 32 г, m(Cu) = 32 г.

2) m(р-ра NaOH) = 150 (мл)•1,333 (г/см³) = 200 г.

100/200 = 30/x, x = 60 г, m(NaOH) = 60 г.

m(H₂О) = 200 – 60 = 140 г.

Определим, какое из веществ дано в избытке, какое – в недостатке (т. е. какая соль образовалась – кислая или нормальная).

х₁/80 = 11,2/22,4, х₁ = 40 г (NaOH).

Если NaOH в избытке (60 (г) – 40 (г) = 20 г NaOH – избыток), то соль образуется нормальная, а именно Na₂SO₃.
Найдем массу получившейся соли и выделившейся воды.

M_r(Na₂SO₃) = (23•2) + 32 + (16•3) = 126,

M(Na₂SO₃) = 126 г/моль.

Найдем массу соли m(Na₂SO₃), образовавшейся в результате реакции. Расчет введем по SO₂ (в недостатке):

11,2/22,4 = x₂/126, x₂ = 63 г (Na₂SO₃).

Найдем массу воды m(H₂O), образовавшейся в результате реакции:

M_r(Н₂О) = 18,

M(Н₂О) = 18 г/моль;

11,2/22,4 = x₃/18, x₃ = 9 г (H₂O).

Найдем концентрацию соли (Na₂SO₃) в растворе.

Общая m(р-ра) = 140 + 9 + 63 + 20 = 232 г.

6. Для полной нейтрализации раствора, содержащего HNO₃ и Н₂SO₄, потребовалось 38,1 мл 5,6%-го раствора КОН ( = 1,05 г/см³). Процентное содержание обеих кислот в растворе одинаково. Определите, какое количество осадка может выпасть при добавлении к нейтрализованному раствору избытка BaCl₂.

Решение

Каждой кислоты по 50%, поэтому найдем, на сколько больше граммов одной кислоты требуется для нейтрализации КОН, чем другой. Предварительно найдем m(КОН (тв.)).

m(р-ра KOH) = 38,1•1,05 = 40 г.

100/40 = 5,6/x, x = 2,24 г,

m(КOH (тв.)) = 2,24 г.

Допустим, что кислот дано по 10 г, найдем, сколько КОН требуется для каждой кислоты.

M_r(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56,

M(KOH) = 56 г/моль, m = 56 г;

M_r(HNO₃) = 1 + 14 + (16•3) = 63,

M(HNO₃) = 63 г/моль, m = 63 г;

Таким образом, масса КОН, необходимая для погашения кислоты H₂SO₄, равна 1,25 г.

M_r(BaSO₄) = 137 + 32 + (16•4) = 233,

M(BaSO₄) = 233 г/моль, m = 233 г;

1,9/174 = x₂/233, x₂ = 2,5 г.

Ответ. m(BaSO₄) = 2,5 г.

7. При обработке навески, состоящей из смеси Si, Al, CaCO₃, раствором щелочи или соляной кислотой выделяется 17,92 л газа (н. у.), при пропускании которого через раствор Са(ОН)₂ образовалось 16,2 г кальциевой соли. Найти состав смеси.

M_r(Са(HСO₃)₂) = 40 + 2 + (12•2) + (48•2) = 162,

M(Са(HСO₃)₂) = 162 г/моль, m = 162 г;

x/44,8 = 16,2/162, х = 4,48 л.

Найдем m(CaCO₃) в смеси:

M_r(СаСO₃) = 40 + 12 + (16•3) = 100,

M(СаСO₃) = 100 г/моль, m = 100 г;

x₁/100 = 4,48/22,4, х₁ = 20 г,

m(СаСO₃) = 20 г.

Газа выделилось 17,92 л, поэтому

V(H₂) = 17,92 – 4,48 = 13,44 л.

Найдем m(Al) в смеси:

x₂/54 = 13,44/67,2, х₂ = 10,8 г,

m(Al) = 10,8 г.

Найдем объем водорода V(H₂), образовавшегося в результате действия щелочи на алюминий.Щелочь обозначим МОН,
тогда 

10,8/54 = x₃/67,2, х₃ = 13,44 л.

Объем водорода V(H₂), выделившегося при взаимодействии кремния с MOH:

V(Н₂) = 17,92 – 13,44 = 4,48 л.

х₄/28 = 4,48/44,8, х₄ = 2,8 г,

m(Si) = 2,8 г.

Ответ. m(CaCO₃) = 20 г, m(Al) = 10,8 г, m(Si) = 2,8 г.

8. При прокаливании 2,22 г карбоната двухвалентного металла (M) получено 1,56 г твердого остатка. Карбонат какого металла был взят?

M_r(СO₂) = 12 + (16•2) = 44,

M(СO₂) = 44 г/моль, m = 44 г,

m(СO₂) = 2,22 – 1,56 = 0,66 г;

2,22/х = 0,66/44, х = 148 г.

M(MСO₃) = 148 г/моль,

A(M) = 148 – 60 = 88 г/моль – это атомная масса стронция.
Ответ. SrCO₃.

9. При электролизе расплава хлорида двухвалентного металла образовалось 1,120 л хлора (н. у.) и 4,39 г металла (M). Хлорид какого металла был подвергнут электролизу?

4,39/х = 1,120/22,4,
х = 88 – это атомная масса стронция.
Ответ. SrCl₂.

В.А.ДЕМИДОВ,
учитель химии
Синегорской средней школы
(Нагорский р-н, Кировская обл.)