Московская городская олимпиада школьников по химии (районный этап, 2008)

Как определить массовые доли компонентов смеси, состоящей из железа, сахара, серы и речного песка. Опишите последовательность действий.
Известняк — минерал, основным компонентом которого является карбонат кальция (СаСО₃). Прокаливание (длительное нагревание) известняка приводит к разложению его на оксид кальция (негашёная известь) и оксид углерода(IV) (углекислый газ). При прокаливании двух образцов известняка массой 10 г в одном случае выделилось 2,24 л газа, в другом — 2 л. (объёмы измерены при н.у.). Противоречит ли этот факт закону сохранения массы веществ? Ответ поясните следующим образом:
1. запишите уравнение реакции;
2. объясните причину расхождения результатов, произведя необходимые вычисления.
Белый фосфор — воскообразное, светящееся в темноте, чрезвычайно ядовитое вещество. Одинаковые объёмы водорода и паров белого фосфора при нормальном давлении и 300°С весят соответственно 12,4 г и 0.2 г. Установите состав молекулы белого фосфора? Ответ поясните, ход рассуждений запишите подробно.
В начале XIX века при проверке интендантского склада, где хранились солдатские оловянные пуговицы, выяснилось, что они исчезли. В ящиках, где хранились пуговицы, был обнаружен серый порошок. Взвешивание содержимого ящиков показало, что порошок весит столько же, сколько весили пуговицы. При выяснении обстоятельств и обследовании места происшествия оказалось, что склад был под замком в течение долгой холодной зимы, не отапливался и туда никто не заходил. Найдите объяснение данному «преступлению». К физическим или химическим относится данное явление? Ответ обоснуйте.
Восстановите пропуски в уравнениях реакций
1. 4P + … → 2P₂O₅
2. 2H₂S + 3… → 2H₂O + 2SO₂
3. C₂H₂ + 5O₂ → 4 …+ 2H₂O
4. …+3O₂ → CO₂ + 2SO₂
5. 4 … + 13O₂ → 4CuO + 2Fe₂O₃ + 8SO₂

РЕШЕНИЯ

Элемент решения
1. Смесь взвешиваем.
2. Магнитом выделяем железо и взвешиваем.
3. Оставшуюся смесь серы, соли и песка помещаем в воду.
4. Серу отделяем флотацией и взвешиваем.
5. Речной песок отфильтровываем и взвешиваем после высыхания.
6. Выпариваем оставшийся раствор и получаем соль, которую тоже взвешиваем.
7. Находим массовые доли компонентов, разделив массы каждого компонента на массу всей смеси.
Элемент решения
1. Составляение уравнения реакции
  СаСО₃ = СаО + СО₂
2. Нахождение количества углекислого газа в двух случаях
  ν₁ (СО₂)= 2,24 л : 22,4 л/моль = 0,1 моль
  ν₂ (СО₂)= 2, л : 22,4 л/моль = 0,09 моль
3. Нахождение количественных соотношений участников реакции в двух случаях
  ν₁ (СаСО₃) = ν1 (СаО) = ν₁ (СО₂) = 0,1 моль
  ν₂ (СаСО₃) = ν2 (СаО) = ν₂ (СО₂) = 0,09 моль
4. Нахождение массы карбоната кальция в двух случаях
  m₁ (СаСО₃) = 0,1 моль x 100 г/моль = 10 г
  m₂ (СаСО₃) = 0,09 моль x 100 г/моль = 9 г
5. Нахождение массы углекислого газа в двух случаях
  m₂ (СО₂) = 0,1 моль x 44 г/моль = 4,4 г
  m₂ (СО₂) = 0,09 моль x 44 г/моль = 3,96 г
6. Нахождение массы оксида кальция в двух случаях
  m₁ (СаО) = 0,1 моль x 56 г/моль = 5,6 г
  m₂ (СаО) = 0,09 моль x 56 г/моль = 5,04 г
7. Подтверждение действия закона сохранения массы в двух случаях
  m (СаСО₃)= m (СО₂)+ m (СаО)
  10 г = 4,4 г + 5,6 г 10=10
  9 г = 3,96 г + 5,04 г 9=9
8. Объяснения причины расхождения результатов
  Вероятно, второй образец содержит 1 г примесей, которые не разлагаются или при разложении не дают газообразных продуктов.
Элемент решения
1. По закону Авогадро, равные объёмы разных газов при одинаковых условиях содержат одинаковое количество молекул. Значит, в одинаковых по объёму сосудах содержится одинаковое число молекул.
2. 12,4 : 0.2 = 62 во столько раз молекулы белого фосфора тяжелее молекул водорода (в одинаковом объёме). Во столько же раз одна молекула фосфора тяжелее одной молекулы водорода.
3. Так как молекула водорода состоит из двух атомов, то молекула белого фосфора в 124 раза тяжелее атома водорода.
4. Так как масса атома водорода равна массе эталона (1/12 части массы атома углерода), то относительная молекулярная масса белого фосфора равна 124.
5. Число атомов фосфора в молекуле белого фосфора равно
  Mr(белого фосфора) : Ar(P) = 124 : 31 = 4
  Ответ: Р₄
Элемент решения
1. При низкой температуре одна аллотропная модификация олова (белое) перешла в другую (серое олово).
2. Речь идёт о химическом явлении, так как образовалось новое вещество, обладающее отличными от исходного свойствами.
Элемент решения
1. 4P + 5О₂ → 2P₂O₅
2. 2H₂S + 3О₂ → 2H₂O + 2 SO₂
3. 2C₂H₂ + 5О₂ → 4CO₂ + 2 H₂O
4. СS₂ + 3O₂ → CO₂ + 2SO₂
5. 4CuFeS₂ + 13O₂ → 4CuO + 2Fe₂O₃ + 8SO₂

Московская городская олимпиада школьников по химии (районный этап, 2008) - 8 класс