Примеры решения олимпиадных задач по химии
Классификация задач
Задачи на смеси
Задача 1
Вычислите относительную плотность по азоту смеси газов, состоящих из пентена и углекислого газа, если в этой смеси на три атома углерода приходится один атом кислорода.
Пусть х моль пентена и у моль углекислого газа.
Тогда (5х + у) – 3
2у - 1; 5х + у = 6у; 5х = 5у; х = у
Допустим, 1 моль пентена и 1 моль углекислого газа. М(C5H10) = 70 г/моль; М(СО2) = 44 г/моль; 2 моль смеси – 114 г
1 моль смеси – М; М(смеси) = 57 г/моль Относительная плотность смеси по азоту 57 : 28 = 2, 04
Задача 2
18 г смеси оксида углерода (II) и оксида углерода (IV) занимает объём 11,2 л. Определите объём оксида углерода (II) после пропускания исходной смеси над раскалённым углем.
Пусть х моль угарного газа и у моль углекислого газа. Переведём объём смеси в количество вещества, что составит 0,5 моль.
Тогда получим, что х + у = 0,5
М(СО) = 28 г/моль; М(СО2) = 44 г/моль; 28х + 44у = 18
х + у = 0,5
Решая систему уравнений получим, что у = 0,25 моль; х = 0,25 моль;
0,25 моль 0,5 моль
CO2 + C = 2CO
1 моль 2 моль
После этой реакции угарного газа будет:
0,25 моль + 0,5 моль = 0,75 моль
Следовательно, объём угарного газа составит 0,75* 22,4 = 16,8 л
Задача 3
Для хлорирования смеси железа и меди массой 6г затрачен газообразный хлор объёмом 2,8л (н. у.). Определите массовые доли металлов в исходной смеси.
у моль 1,5у моль х моль х моль
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 Cu +Cl2 = CuCl2
2 моль 3 моль 1 моль 1 моль
Пусть в реакции участвует х моль меди и у моль железа. Получим систему уравнений: 64 х +56 у = 6
х + 1,5 у = 0,125
Решая систему, получим, что х=у=0,5 моль; m(Fe) =2.8 г; m(Cu) =3.2 г.
Задача 4
Определите количественный состав смеси оксида железа (III ) и оксида меди (II ), если при восстановлении 32 г её водородом образовалось 9 г воды. Сколько грамм железа можно получить из этого количества смеси?
Уравнения протекающих реакций:
Fe2O3 + 3 H2 = 2 Fe + 3 H2O
CuO + H2 = Cu + H2O
Введём переменные обозначения: пусть x моль Fe2O3 и y моль CuO.
Тогда по уравнению перейдём к количеству вещества воды: 3 x и y моль.
Составим уравнение для воды: v(H2O) = 9 г : 18 г/моль = 0,5 моль 3 x + y = 0,5 моль
Рассчитаем молярные массы оксидов:
М(Fe2O3) = 160 г/моль; М(CuO) = 80 г/моль;
Составим уравнение для оксидов:
160 x + 80 y = 32
Решая систему уравнений получаем: 80 x = 8, x = 0,1 моль
Тогда найдём массу железа: m (Fe) = 0,2 моль * 56 г/моль = 11,2 г
Задание 5
0,39 г смеси алюминия и магния обработали 50 г 5% раствора соляной кислоты. При этом выделилось 448 мл газа. Каков состав смеси и состав раствора после реакции?
Составим уравнения реакций:
2x 3x 2x 3x
2Al + 6HCl = 2AlCl3 +3H2↑
y 2y y y
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑
Пусть 2x моль алюминия, y моль магния, тогда составим уравнение для сплава 54x + 24y = 0,39
Рассчитаем количество вещества водорода 0,448 л: 22,4 л/моль = 0,02 моль.
Составим уравнение для выделившегося водорода:
3x + y = 0,02
Решаем систему уравнений и получаем, что
2x = 0,01моль Al, y = 0,005 моль Mg
Следовательно, m(Al) = 0,27 г, m(Mg) = 0,12 г
Найдём массовые доли металлов: ᾠ(Al) = 69, 2%, ᾠ(Mg) = 30,8%
Найдём массу выделившегося водорода: , m(H2) = 0,04 г
Установим массу раствора после реакции:
m(раствора) = 50 г + 0,39 г – 0,04г = 50,35 г
По уравнению реакции образовалось 0,005 моль MgCl2 , что составляет
0, 475 г MgCl2 и 0,01 моль AlCl3, что составляет 1, 335 г AlCl3
Рассчитаем массу растворимого вещества соляной кислоты:
m(HCl) = 50 г * 0,05 = 2,5 г
при этом прореагировало
2* 0,005моль + 3* 0,01 моль = 0,04 моль, тогда масса оставшейся кислоты:
m(HCl) = 2,5 г – (0,04* 36,5) г= 1,04 г
Рассчитаем массовые доли веществ, оставшихся в растворе:
ᾠ(MgCl2) = 0,475*100% : 50,35 = 0,94%
ᾠ(AlCl3) = 13,35 г *100% : 50,35 = 2,65%
ᾠ(HCl) = 1,04 *100% :50,35 = 2,07%
Задачи на выведение формулы вещества
Задача 1
Неорганическое вещество состоит из трёх элементов, один из которых кислород, а два других – неизвестны (обозначим их Х и У). Известно, что массовая доля кислорода в этом соединении равна 0,653, а элемента Х – 0,031. Определите формулу вещества, зная, что атом элемента Х в 31 раз легче атома У, а атом элемента У в 1,93 раза тяжелее атома кислорода.
Переведём массовые доли элементов в проценты, найдем массовую долю элемента У. Она равна 31,6%.
Найдём относительную атомную массу элемента У, она равна 31, значит этот элемент фосфор.
Найдём элемент Х, который в 31 раз легче У. Установим элемент водород.
Учтём массовые доли элементов:
O H P
65, 3 : 16 3,1 : 1 31,6 : 31
Получим соотношения элементов 4 : 3 : 1
Выведем формулу H3PO4 – ортофосфорная кислота
Задача 2
При взаимодействии 3,42 г щелочного металла с водой образовалось 448 мл водорода (н. у.). Какой металл вступил в реакцию?
Уравнение протекающей реакции: 2 Me + 2 HOH = 2 MeOH + H2↑
Переведём объём водорода в литры: 448 мл – 0,448 л
Найдём количество вещества водорода:
v(H2) = 0,448 л : 22,4 л/моль = 0,02 моль
По уравнению реакции найдём количество вещества щелочного металла:
v(Ме) = 0, 04 моль
Установим молярную массу металла:
М(Ме) = m : v = 3,42 г: 0,04 моль = 85,5 г/моль
По таблице Менделеева установим щелочной металл.
Это рубидий – Rb.
Mr (Rb) = 85,5 г/моль
Задание 3
При действии брома на неизвестный углеводород выделено одно единственное галогенопроизводное, плотность паров которого в 5,207 раза больше плотности воздуха. Определите структурную формулу исследуемого углеводорода.
CnH2n+2 + Br2 = CnH2n+1Br + HBr
Найдём молярную массу галогенпроизводного, она равна 151 г/моль.
Зная массу брома, найдём молярную массу радикала 151 – 80 = 71 г/моль.
14 n +1 = 71; 14n = 70; n = 5
Значит галогеналкан C5H11Br, а алкан C5H12
Так как образуется только одно галогенпроизводное, то алкан
2,2-диметилпропан CH3
CH3 – C – CH3
CH3
Задачи на растворы
Задание 1
Сколько миллилитров воды надо взять для растворения 27,8г железного купороса FeSO4 * 7H2O, чтобы приготовить 8% (по массе) раствор сульфата железа (II)?
Рассчитаем молярную массу кристаллогидрата, она равна 278 г/моль.
Найдем массовую долю сульфата железа (II) в железном купоросе –
(152 : 278) * 100% = 54,68%
Произведём расчет по квадрату Пирсона:
54,68% 8 весовых частей
8%
0% 46,68 весовых частей
Найдём массу воды: 27,8 г – 8 весовых частей
m(воды) – 46,68 весовых частей; m(воды) = 162,2 г
Масса воды равна объёму - 162,2 мл воды
Задание 2
Сколько г глауберовой соли Na2SO4 * 10 H2O и воды нужно взять, чтобы получить 71 г 20% раствора сульфата натрия.
Рассчитаем массовую долю сульфата натрия в глауберовой соли:
ᾠ = 142 * 100% =44,1%
322
Для решения можно использовать квадрат Пирсона:
44,1% 5 весовых частей
20%
0% 6,025 весовых частей
Тогда весь полученный раствор составит 11,025 весовых частей, а глауберовой соли в нём 5 весовых частей. Масса глауберовой соли составит:
71 г – 11,025 весовых частей
m(соли) – 5 весовых частей, m(глауберовой соли) = 32,2 г
Рассчитаем массу воды m(H2O) = 71 г – 32,2 г = 38,8 г
Задание 3
Некоторое количество металлического цинка полностью растворилось в концентрированной азотной кислоте. После осторожного выпаривания раствора и его высушивания масса полученного твёрдого вещества составила 41,8 г. Сухой остаток прокалили, а выделившийся газ собрали в газометр с водой объёмом 3,5 см3
а) Рассчитайте массу цинка, вступившего в реакцию.
б) Какие газы и в каком количестве содержатся в газометре.
в) Приведите все перечисленные уравнения реакций.
0,22 моль 0,22 моль
Zn +4HNO3 = Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
1 моль 1 моль
М(Zn(NO3)2) = 189 г/моль; v(Zn(NO3)2) = 0,22 моль
0,22 моль 0,44 моль 0,11 моль
2Zn(NO3)2 = 2ZnO + 4NO2↑ + O2↑
2 моль 4 моль 1 моль
Масса цинка, вступившего в реакцию равна соответственно 14,4 г.
Газы оксид азота (IV) и кислород находятся в мольном отношении 1:4
Эти газы вступают в реакцию с водой, образуя азотную кислоту:
0,194 моль 0,388 моль 0,097 моль
2H2O + 4NO2 + O2 = 4HNO3
2 моль 4 моль 1 моль
Переведём воду в моли, получим 0,194 моль, на реакцию с ней потребуется 0,388 моль оксида азота (IV) и 0,097 моль кислорода.
Останется оксид азота (IV) в количестве 0,44 – 0,388 = 0,0521 моль
и кислород в количестве 0,11 моль – 0,097 моль = 0,013 моль
При переводе в литры получим 1,16 л NO2 и 0,29 л O2
Задание 4
При обжиге 19,4 г сульфида двухвалентного металла израсходовалось 6,72 л кислорода ( при н. у.). Полученный газ окислен далее в присутствии катализатора, а продукт реакции растворён в воде. Сульфид, какого металла подвергся обжигу и сколько граммов 33,6% раствора гидроксида калия потребуется для полной нейтрализации образующейся кислоты?
х моль 0,3 моль 0,2 моль
2MeS + 3O2 = 2MeO +2SO2
2 моль 3 моль 2 моль
6,72 л кислорода составляют 0,3 моль, подставим моли в уравнение, получим 0,2 моль сульфида металла.
19,4 г – 0,2 моль
М - 1 моль М(MeS) = 97 г/моль
М(Ме) = 65 г/моль, металл цинк, сульфид цинка.
0,2 моль 0,2 моль
2SO2 + O2 = 2SO3
2 моль 2 моль
0,2 моль 0,2 моль
SO3 +H2O = H2SO4
1 моль 1 моль
0,2 моль 0,4 моль
H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O
1 моль 2 моль
Рассчитаем массу растворимого вещества гидроксида калия, она равна 22,4 г
Найдём массу раствора гидроксида калия 100 г раствора – 33,6 г р. в.
х г раствора – 22,4 г р. в.
Масса раствора равна 66,67 г, объём раствора – отношение массы раствора к его плотности ( если считать, что плотность равна единице), объём раствора равен 66,67 мл.
Литература для учителя:
Адамович, Т.П. Сборник олимпиадных задач по химии [Текст] / Адамович Т.П., Васильева Г.И., Мечковский С.А., Станишевский Л.С. - Минск: Народная асвета, 1980. - 111 с.
Будруджак, П. М.Задачи по химии [Текст]:Мир, 1989-343 с.
Ерохин, Ю.М. Сборник задач и упражнений по химии [Текст] : с дидактическим материалом: Учеб. пособие для сред. спец. заведений /Ерохин Ю.М., Фролов В.И. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высшая школа, 1998. - 304с.
Кузменко, Н.Е., Ерёмин В.В. 2500 задач с решениями для поступающих в вузы [Текст] : Учебное пособие./ Н.Е.Кузменко, В.В. Ерёмин - 3-е изд., стереотип. - М.: Экзамен, 2007. - 638.
Цитович, И.К. Методика решения расчётных задач по химии [Текст] : Книга для учителя / И.К.Цитович, П.И. Протасов - 4-е изд., перераб. - М.: Просвещение, 1983. - 127 с.
Хомченко, И.Г. Сборник задач и упражнений по химии для нехимических
техникумов [Текст] /: Учебное пособие для нехимических техникумов / И. Г. Хомченко. – М. : Высшая школа, 1989. – 256 с.
Задачи всероссийских олимпиад по химии [Текст]: под общ. ред. В.В. Сухова. – М.: Экзамен, 2003. - 480 с.
Литература для учащихся:
Абкин, Г.Л. Задачи и упражнения по химии [Текст]/: Учебное пособие для вузов/ Г.Л. Абкин. – М. : Высш. школа, 1971. - 264 с.
Габриелян, О.С. Химия в тестах, задачах, упражнениях 8 – 9 классы [Текст] Пособие для учащихся, родителей, учителей / О.С. Габриелян. - М. : Дрофа, 2005. – 350 с.
Гаврусейко, Н.П. Проверочные работы по неорганической химии 8 класс [Текст]/: Книга для учителя / Н.П. Гаврусейко. - М.: Просвещение, 1992. - 64 с.
Савинкина, Е.В. Сборник задач и упражнений по химии [Текст]/: Учебно-методический комплект УМК / Е.В. Савинкина, Н.Д. Свердлова. – М.: Экзамен , 2006.- 192 с.
Суровцева, Р.П. Задания для самостоятельной работы по химии в 8классе [Текст]/: Методическое пособие / Р.П.Суровцева, С.В.Софронов. - М, «Просвещение», 1993. – 96 с.
Хомченко, И.Г. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы [Текст]/: Книга для преподавателей / И.Г. Хомченко. - М. Новая Волна, 2009. - 224 с.
Кузнецова, Н.Е. Задачник по химии 8 класс [Текст] / Н.Е. Кузнецова, А.Н. Лёвкин. – М. :Вентана-Граф, 2002. – 128 с.
Кузнецова, Н.Е. Задачник по химии 9 класс [Текст] / Н.Е. Кузнецова, А.Н. Лёвкин. – М. :Вентана-Граф, 2006. – 128 с.
Кузьменко, Н.Е. Химия для школьников старших классов и поступающих в ВУЗы [Текст] / Н.Е. Кузьменко, В.В. Ерёмин, В.А. Попков. – М.:Дрофа, 1999. – 544 с.
Радецкий, А.М. Дидактический материал по химии 8-9 [Текст] / А.М. Радецкий, В.П. Горшкова. – М.: Просвещение, 2000. – 78 с.