Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодня я хочу рассмотреть задачи ДВИ МГУ по химии, связанные с неорганикой и оцениваемые на максимальное количество баллов. Выбрала 3 задачи последних лет. Общее ощущение от их решения - любая могла бы рассматриваться в качестве 34 задачи формата ЕГЭ. Мешает этому пока использование кое-где молярности и уравнения Менделеева-Клапейрона, которых почему-то в ЕГЭ пока не "пропускают". Думаю, что все впереди.
Задача 1.
Задача несложная, но достаточно объемная. Для ее успешного решения необходимо знать: особенности гидролиза бинарных соединений, образования и разрушения комплексных соединений, продукты окисления фосфина в кислой среде, вести расчеты с использованием молярных концентраций, владеть приемами решения задач на смеси (алгебраическими и арифметическими).
Решение.
1. Химизм рассматриваемых в задаче процессов
Na3P+3H2O=3NaOH +PH3 (газ) (1)
ZnH2+2H2O=Zn(OH)2+2H2 (газ) (2)
5PH3+8KMnO4+12H2SO4=8MnSO4+4K2SO4+5H3PO4+12H2O (3)
2NaOH +Zn(OH)2=Na2(Zn(OH)4) (4)
NaOH (ост) +HNO3=NaNO3+Н2О (5)
Na2(Zn(OH)4) +2HNO3 (недостаток)=2NaNO3+Zn(OH)2 (осадок)+2Н2О (6)
Na2(Zn(OH)4) +4HNO3 (избыток)=2NaNO3+Zn(NO3)2 +4Н2О (7)
2. Найдем состав исходной смеси (используем уравнения реакций 1,2,3):
а)m(PH3+H2)=7 г
n(KMnO4)=0,4*0,8=0,32 моль
n(PH3)=5/8n(KMnO4)=0,2 моль
n(H2)=(7-0,2*34)/2=0,1 моль
б)n(Na3P)=n(PH3)=0,2 моль
n(ZnH2)=0,5n(H2)=0,05 моль
m(исх смеси)=0,2*100+0,05*67=23,35 г
W(Na3P)=(20/23,35)*100=85,7%
W(ZnH2)=(3,35/23,35)*100=14,3%
3. Найдем состав раствора перед добавлением азотной кислоты(реакции 1,2,4):
а)n1(NaOH)=3n(Na3P)=0,6 моль
n2(Zn(OH)2)=n(ZnH2)=0,05 моль
б)n4(Na2(Zn(OH)4)=n2(Zn(OH)2)=0,05 моль
n4(NaOH)=2n2(Zn(OH)2)=0, 1 моль
n ост (NaOH)=n1(NaOH)-n4(NaOH)=0,6-0,1=0,5 моль
т.о., в полученном растворе содержатся 0,05 моль (Na2(Zn(OH)4) и 0,5 моль NaOH.
в) масса полученного раствора= 250 г+ m(Na3P+ZnH2)-7
=250+23,35-7=266,35 г
W(Na2(Zn(OH)4)=100*0,05*179/266,35=3,36%
W( NaOH)=100*0,5*40/266,35=7,5%
4. Характеристика процессов, протекающих при добавлении азотной кислоты:
а)n(HNO3)=300*1,092*0,123/63=0,64 моль
б)в первую очередь с HNO3 будет реагировать оставшаяся щелочь (реакция 5)
n5(HNO3)=n ост (NaOH)=0,5 моль
На реакции 6 и 7 останется:
0,64-0,5=0,14 моль HNO3
в)
Na2(Zn(OH)4) +2HNO3 (недостаток)=2NaNO3+Zn(OH)2 (осадок)+2Н2О (6)
Na2(Zn(OH)4) +4HNO3 (избыток)=2NaNO3+Zn(NO3)2 +4Н2О (7)
Пусть n6(Zn(OH)2)=х моль, n7(Zn(NO3)2)=у моль,
Тогда n6(HNO3)=2х моль, n7(HNO3)=4у моль,,
2х+4у=0,14 (8)
n6(Na2(Zn(OH)4))= х моль, n7(Na2(Zn(OH)4))= у моль,
х+у=0,05 (9)
Составим систему из уравнений 8 и 9 и найдем х:
2х+4у=0,14
х+у=0,05
х= 0,03 моль
m осадка (Zn(OH)2)=0,03*99=2,97 г
Ответ: выпадет 2,97 г Zn(OH)2.
Задача 2.
Как и предыдущая, данная задача отличается объемностью. Для ее успешного решения необходимо знать: особенности совместного гидролиза, вести расчеты с использованием уравнения Менделеева-Клапейрона, владеть приемами решения задач на смеси .
Решение.
1. Характеристика процесса растворения сплава:
а) химизм
Al+6HNO3 (конц)= Al(NO3)3+3NO2+3H2O (1)
Zn+4HNO3 (конц)= Zn(NO3)2+2NO2+2H2O (2)
б) колич. характеристика:
nисх(HNO3)=43,75*0,7*1,44/63=0,7 моль
n1+2(NO2)=101,3*7,68/(8,31*288)=0,325 моль
пусть n1(Al)=x, n2(Zn)=y, тогда
m1(Al)=27x, m2(Zn)=65y,
27x+65y=4,57 (3)
n1(NO2)=3x, n2(NO2)=2y,
3х+2у=0,325 (4)
Составим и решим систему из уравнений 3 и 4:
27x+65y=4,57
3х+2у=0,325
у=n2(Zn)=0,035 моль, х=n1(Al)=0,085 моль
в) мольные доли металлов в сплаве:
W(Al)=n(Al)/((n(Al)+n(Zn))=0,085/(0,085+0,035)=0,7
W(Zn)=0,3.
г) n1(HNO3)=6n(Al)=6*0,085=0, 51 моль
n2(HNO3)=4n(Zn)=4*0,035=0, 14 моль
nHNO3 (ост)=nисх(HNO3)-n1(HNO3)-n2(HNO3)=0,7-0,65=0,05 моль
3. Характеристика процесса взаимодействия раствора с гидрокарбонатом:
а) состав раствора, полученного после растворения сплава:
Al(NO3)3-0,085 моль, Zn(NO3)2-0,035 моль, HNO3 (ост)=0,05 моль
nисх(NaHCO3)=35/84=0,417 моль
в) химизм возможных процессов:
HNO3 (ост)+NaHCO3=СО2+NaNO3+H2O (5)
Al(NO3)3 +3NaHCO3=Al(OH)3(осадок) +3CO2+3NaNO3 (6)
2Zn(NO3)2 + 4NaHCO3=(ZnOH)2CO3(осадок) + 3CO2 + 4NaNO3 +H2O(7)
n5NaHCO3=nHNO3 (ост)=0,05 моль
n6NaHCO3=3n Al(NO3)3=0,085*3=0,255 моль
n7NaHCO3=2n Zn(NO3)2=0,035*2=0,07 моль
n 5-7NaHCO3=0,05+0,255+0,07=0,375 моль.
т.к. n 5-7NaHCO3 меньше nисх(NaHCO3), пройдут все три реакции(5,6,7).
г)nCO2=nHNO3 (ост)+3n Al(NO3)3+1,5n Zn(NO3)2
nCO2=0,05+0,255+0,0525=0,3575 моль
V(CO2)=0,3575*8,31*288/101,3=8,446 л
д) Найдем массу осадка:
m(осадка)=m(Al(OH)3)+m((ZnOH)2CO3)
n(Al(OH)3)=nAl(NO3)3=0,085 моль,m(Al(OH)3)=0,085*78=6,63 г
n((ZnOH)2CO3)=0,5nZn(NO3)2=0,0175моль, m((ZnOH)2CO3)=0,0175*224=3,92г
m(осадка)=6,63+3,92=10,55 г
Ответ: W(Al)=0,7, W(Zn)=0,3, V(CO2)=8,446 л, m(осадка)=10,55 г
Задача 3.
Эта задача , на мой взгляд, несколько интереснее предыдущих. Она основана на протекании конкурирующих реакций с выделением разных продуктов. Уравнения реакций можно записывать как по отдельности, так и объединяя в одном уравнении. Такие процессы можно обычно встретить в заданиях, связанных с превращениями орг. веществ. Для успешного решения данной задачи необходимо знать: особенности составления ОВР с сульфидами переходных металлов, применять уравнение Менделеева-Клапейрона, владеть приемами решения задач на смеси, находить массу раствора с помощью материального баланса.
Решение.
1. Найдем состав газовой смеси:
а)n смесиNO+NO2= 101,3*2,445/(8,31*298)=0,1 моль
m(cмесиNO+NO2)=1,718*2,445=4,2 г
пусть n(NO)=x, n(NO2)=y, составим систему уравнений:
х+у=0,1
30х+46у=4,2, откуда у=n(NO2)=0,075 моль, х=n(NO)=0,025моль,
т.е соотношение NO2 к NO в смеси = 3:1
2.Составим уравнение реакции:
6FeS2+ 78HNO3=45NO2+15NO+6Fe(NO3)3+12H2SO4+27H2O (1)
3. Найдем массы кислот в полученном растворе:
n(H2SO4)=12/45n(NO2)=12*0,075/ 45=0,02 моль
m(H2SO4)=0,02*98=1,96г
mкон(HNO3)=1,25m(H2SO4)=2,45 г
4. Найдем содержание HNO3 в исходном растворе:
а)Найдем m исх(HNO3)=mкон(HNO3)+mпрореаг(HNO3)
nпрореаг(HNO3)=78/45n(NO2)=0,13 моль, mпрореаг(HNO3)=0,13*63=8,19 г
m исх(HNO3)=2,45+8,19=10,64 г
б) найдем массу исх раствора:
m исх рра= m кон рра-mFeS2+m(NO+NO2)
m кон рра=24,5 г
n(FeS2)=6/45n(NO2)=0,01 моль, m(FeS2)=0,01*120=1,2 г
m(NO+NO2)=4,2 г
m исх рра=24,5-1,2+4,2=27,5 г
в) Wисх(HNO3)=100*m исх(HNO3)/m исх рра=100*10,64/27,5=38,7%
Ответ: n(NO2)=0,075 моль, n(NO)=0,025моль, Wисх(HNO3)=38,7%
Т.о.,
Как всегда, благодарна за конструктивные замечания .
Всего доброго!