Аудандық химиялық олимпиада есептері: оқу құралы 9786010408869

Citation preview

ƏЛ-ФАРАБИ атындағы ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Қ. Бекішев

АУДАНДЫҚ ХИМИЯЛЫҚ ОЛИМПИАДА ЕСЕПТЕРІ (2006-2014) 8-11-сыныптар Оқу құралы Стереотиптік басылым

Алматы «Қазақ университеті» 2020

2

Аудандық химиялық олимпиада есептері

ƏОЖ 54(075) КБЖ 24.1я7 Б 40 Баспаға əл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті химия жəне химиялық технология факультетінің Ғылыми кеңесі жəне Редакциялық-баспа кеңесі шешімімен ұсынылған

Пікір жазғандар: химия ғылымдарының докторы, профессор М.Қ. Қурманалиев техника ғылымдарының докторы, профессор Н.Қ.Түсіпбаев химия ғылымдарының кандидаты, доцент Р.Г. Рысқалиева

Б 40

Бекішев Қ Аудандық химиялық олимпиада есептері: оқу құралы / Қ. Бекішев. – Стер. бас. – Алматы: Қазақ университеті, 2020. – 188 б. ISBN 978-601-04-0886-9 Оқу құралында 2006-2014 жылдары республикамызда өткен аудандық химия олимпиадаларында ұсынылған есептер мен олардың шешулері келтірілген. Оқу құралы олимпиадаға қатысушыларға жəне оларды дайындаушы ұстаздар мен жаттықтырушыларға, сонымен қатар өз бетімен химия есептерін шығарып үйренгісі келетін жоғарғы оқу орындарының студенттеріне арналған.

ƏОЖ 54(075) КБЖ 24.1я7

ISBN 978-601-04-0886-9

© Бекішев Қ., 2020 © Əл-Фараби атындағы ҚазҰУ, 2020

Аудандық химиялық олимпиада есептері

3

Алғы сөз

Елімізде көп жылдар бойы ғылым негіздерін құрайтын барлық пəндер бойынша мектептік, аудандық, облыстық жəне республикалық олимпиадалар өткізіліп келеді. Қазақстанның барлық аудандары мен облыстарында өткізілетін пəндік олимпиадалардың тапсырмаларының деңгейлері бірдей болу үшін əр пəн бойынша берілетін олимпиада тапсырмаларын сол пəннің тəжірибелі мамандары Республикалық ғылыми-практикалық «Дарын» орталығының басқаруымен жыл сайын жаңалап, заман талабына сай құрастырып отырады. Химиялық олимпиадалардың барлық (аудандық, облыстық жəне республикалық) сатылары əдетте екі (теориялық жəне тəжірибелік) турдан тұрады. Теориялық турлар тапсырмалары көбінесе сандық есептерден тұрады. Сонымен қатар олардың қатарына химиялық өзгерістер тізбектерін шешу, тотығу-тотықсыздану реакцияларын теңестіру, органикалық заттардың изомерлерін жазу сияқты сапалық тапсырмалар да қосылады. Қазақстанның жас химиктері 1998 жылдан бері халықаралық химия олимпиадаларына үзбей қатынасып келеді. Оларға қатысушыларға қойылатын талаптардың жылдан жылға өсуіне сай республикамызда өтетін химиялық олимпиадалар кезінде əр сынып оқушыларына ұсынылатын есептердің деңгейлері мен сандары да жылдан жылға өсуде. Бұрын жоғарғы сынып оқушыларына ұсынған тапсырмаларды соңғы жылдары төменгі сынып оқушыларына ұсынуға тура келеді. Химиялық олимпиадаларға дайындалу кезінде мұны да ескерген жөн.

4

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Оқу құралында 2006-2014 жылдары Қазақстан Республикасының аудандық химиялық олимпиадаларының теориялық турларында 8-11сынып оқушыларына ұсынылған есептер мен олардың қысқаша шешулері келтірілген. Əр есептің нөмері оның қай сыныпқа қай жылы ұсынылғанын көрсетеді. Мысалы, №9-1-2010 ауд. нөмері бұл есеп 2010 жылы аудандық олимпиада кезінде 9-сынып оқушыларына ұсынылғанын білдіреді. Оқу құралы негізінен химиялық олимпиадаға қатысуға бел буған мектеп оқушылары мен жас мұғалімдерге арналған. Оны сонымен қатар жоғары оқу орындарының химиялық мамандықтар бойынша оқитын студенттер өз білімдерін тереңдету үшін қолдануға болады. Химия есептерін шығару əдістемесіне арналған мақалалар Ресейдің «Химия в школе», Қазақстанның «Химик анықтамалығы» жəне т.б. журналдарында жиі жарияланып тұрады. Соңғы оншақты жылдары жарияланған сондай мақалалардың бибилиографиялық тізімі кітаптың қосымша бөлігінде келтірілген. Сонымен қатар онда соңғы он шақты жылдары республикалық жəне халықаралық олимпиадаларда жүлделі орындарға ие болған оқушылар туралы қысқаша мағлұматтар берілген. Оқу құралын жақсартуға жəне берілген қосымша мағлұматтарды толықтыруға бағытталған ұсыныстарыңызды баспаға немесе автордың [email protected] электрондық поштасына жіберулеріңізге болады.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

5

2006 жылғы аудандық химиялық олимпиада есептері Орындауға берілетін уақыт – 180 минут. №8-1-2006 ауд. Пириттің жануы. 5 балл. Пириттің белгілі бір массасын жаққанда оның массасы 20%-ға кеміген. Түзілген қоспадағы заттардың массалық үлестерін табыңыздар. Шешуі: Есеп шарты бойынша пириттің бастапқы мөлшері түгелдей жанып кетпеген. Демек, реакция аяқталғаннан кейінгі түзілген қоспада темір (ІІІ) оксиді мен пириттің жанбай қалған бөлігі болады. Олай болса, пириттің бастапқы мөлшерін екіге бөлеміз: əрекеттеспей қалған мөлшері (1) жəне реакцияға түсіп, жанған мөлшері (2): 1 1 FeS2  FeS2 (реакцияға қатыспаған пирит) 120 г/моль 120 г/моль 2 0,52 4FeS2 + 11 О22Fe2O3 + 8 SO2 120 г/моль 160 г/моль Бастапқы пириттің массасын 100 г, ал реакция нəтижесінде ол 20%-ға азайып, 80 г болғанын ескеріп, теңдеулер жүйесін құрамыз: 1201 + 1202 = 100 1201 + 0,51602 = 80 Бұдан: 2 = 0,5 моль. ( Fe2O3) = 0,52 = 0,50,5 = 0,25 моль. m( Fe2O3) = 0,25 моль160 г/моль = 40 г.  (пирит) =  (Fe2O3) = 40 г / 80 г = 0,5 немесе 50%. №8-2-2006 ауд. Химиялық өзгерістер тізбегі. 6 балл. Келесі химиялық өзгерістерге сəйкес реакция теңдеулерін жазыңыздар: S  ZnS  H2S  SO2  H2SO4 Na2SO4 NaCl.

6

 Аудандық химиялық олимпиада есептері

Шешуі: 1. Zn + S = ZnS 2. ZnS + 2HCl = ZnCl2 + H2S 3. 2H2S + 3О2 = 2SO2+ 2H2O 4. 2SO2 + O2 = 2SO3 (кат, темп-ра) SO3 + H2O = H2SO4 5. H2SO4 + 2NaCl = Na2SO4 + 2HCl(қайнатқанда) 6. Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl №8-3-2006 ауд. Қоспа. 7 балл. Газ тəрізді қоспадағы сутектің массалық үлесі – 35%, азоттікі 65%. Газдардың қоспадағы көлемдік үлестерін жəне газ қоспасының сутек бойынша тығыздығын анықтаңыздар. Шешуі: Есептеулер үшін газ қоспасының 100 г үлгісін алып, ондағы азот пен сутектің зат мөлшерлерін табамыз: (H2) = m(H2) / M(H2) = 35 г / 2 г/моль = 17,5 моль. (N2) = m(N2) / M(N2) = 65 г / 28 г/моль = 2,32 моль. Ал газ қоспасының молярлық көлемін есеп шартындағы жағдайда (қ.ж.) Vм деп қабылдап, əр газдың көлемін тапсақ: V(H2) = ( H2) VM = 17,5 VM. V(N2) = ( N2) VM = 2,32 VM. Газдардың қоспасының жалпы көлемі: V = V(H2) + V(N2) = 17,5 VM + 2,32 VM = 19,82 VM л. Газдардың қоспадағы көлемдік үлестері:  (H2) = V(H2) / V = 17,5 VM/ 19,82 VM = 0,883, немесе 88,3%.  (N2) = V(N2) / V = 2,32 VM/ 19,82 VM = 0,117, немесе 11,7%. №8-4-2006 ауд. Қоспа. 8 балл. СО2 жəне SО2 газдарынан тұратын қоспадағы оттегі атомдарының (О) массалық үлесі – 0,6. Газ қоспасының гелий бойынша тығыздығын табыңыздар. Шешуі: I тəсіл: Қоспаның 100 г үлгісін алсақ, ондағы оттек атомдарының массасы 60 г, ал зат мөлшері (О) = 60 г / 16 г/моль = 3,75 моль болады. СО2 жəне SO2 газдарының əрқайсысының құрамына 2 атом оттек кіреді. (1) Демек: (СО2) = 0,51(О). (SО2) = 0,52(О). (СО2)+(SО2)=0,51(О)+0,52(О) (3) теңдеуді түрлендірсек:

(2) (3)

Аудандық химиялық олимпиада есептері

7

(СО2) + (SО2) = 0,5(О) Оттек атомдарының қоспадағы жалпы мөлшерін ескерсек: (СО2) + (SО2) = 0,5(О) = 0,53,75 = 1,875 моль. Газ қоспасының молярлық массасы: M(қоспа) = m (қоспа) / (қоспа) = 100 г / 1,875 моль = 53,3 г/моль. Оның гелий бойынша салыстырмалы тығыздығы: D = M(қоспа) / M(He) = 53,3 / 4 = 13,3. №8-5-2006 ауд. Қоспа. 9 балл. Жалпы массасы 15,5 г Ca(OH)2, CaCO3 жəне CaSO4 қоспасын тұз қышқылымен өңдегенде 1,12 л (қ.ж.) газ бөлінді жəне 6,80 г ерімейтін қалдық қалды. Қоспадағы Ca(OH)2 компонентінің массалық үлесін табыңыздар. Шешуі: Тұз қышқылында ерімейтін болғандықтан, ерімейтін қалдық ретінде CaSO4 қалады. Демек, оның массасы 6,80 г. Қалғандары тұз қышқылымен əрекеттеседі: Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O

(1)

Белгісіз газ – СО2, оның көлемі 1,12 л, зат мөлшері 0,05 моль.  (СаСО3) = (СО2) = 0,05 моль m (CaCO3) = 0,05 моль100 г/моль = 5 г. m(Ca(OH)2) = 15,5 г – (6,8г + 5 г) = 3,7 г.  (Ca(OH)2) = 3,7 г / 15,5 г = 0,239 немесе 23,9%. №9-1-2006 ауд. Қоспа. 5 балл. Мырыш пен оның нитратының қоспасын ауада қыздырғанда, оның массасы өзгермеген. Қоспадағы мырыштың массалық үлесін (%) анықтаңыздар. Шешуі: Қоспаның 100 г үлгісін қарастырамыз: 1 t °C 1 2Zn(NO3)2 2 ZnO + 4 NO2 + O2 189 г/моль 81 г/моль

8

Аудандық химиялық олимпиада есептері

t °C 2 2 2Zn + O2 2ZnO 165 г/моль 81 г/моль Теңдеулер жүйесін құрамыз: 891 + 652 = 100 811 + 812 = 100 Бұдан: m(Zn) = 70,4 г. (Zn) = 70,4 г / 100 г = 0,704 немесе 70,4%. №9-2-2006ауд. Ерігіштік. 6 балл. Калий хлоратының 100 г судағы ерігіштігі: 70°С кезінде – 30,2 г, ал 30°С кезінде – 10,1 г. 70°С кезінде қаныққан 70 г ерітіндіні 30°С температураға дейін суытқанда қанша грамм калий хлораты бөлініп тұнбаға түседі? Шешуі:Калий хлоратының 70°С жəне 30°С кезінде қаныққан ерітінділеріндегі еріген заттың массалық үлестерін есептейміз: 70°С: (KClO3) = m(KClO3)/ m (ер) = 30,2 г/ 130,2 г = 0,232. 30°С: (KClO3) = m(KClO3)/ m (ер) = 10,1 г/ 110,1 г = 0,092. 70°С қаныққан ерітіндінің 70 г үлгісіндегі еріген зат пен судың массасын табамыз: m(KClO3) = m (ер)  (KClO3) = 70 г  0,232 = 16,2 г. m(Н2О) = m (ер) – m(KClO3) = 70 г – 16,2 = 53,8 г. 30°С кезінде ерітіндіде қалатын заттың массасын есептейміз: х = 53,8  10,1 / 100 = 5,4 г. Демек, тұнбаға түсетін заттың массасы: m(KClO3) = 16,2 г – 5,4 г = 10,8 г. №9-3-2006 ауд. Жұмбақталған заттарды анықтау. 7 балл. Жабық ыдыстарда А жəне В газдары берілген. А газының жағымсыз иісі бар, В газы – тұншықтырғыш. А газы оттекпен əрекеттескенде 5,4 г су жəне С газы түзіледі. С газы ауада оңай қоңыр түсті Д газына айналады. В газы суда өте нашар ериді, оның ерітіндісі лакмусты қызыл түске бояйды. В газының судағы ерітіндісіне күміс нитратын қосқанда 14,35 г ірімшік тəрізді ақ тұнба түзіледі. А мен В газдарын бір-біріне қосқанда Е тұзы түзіледі. Қыздырғанда ол қайтадан А жəне В газдарына ыдырайды. А, В, С, Д, Е заттарын анықтап, олардың формулаларын жəне тиісті реакция теңдеулерін жазыңыздар.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

9

Шешуі: А-аммиак, В – хлорсутек, С- азот(II) оксиді, D – азот (IV) оксиді, Е – аммоний хлориді. 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6 H2O 2NO + O2 = 2NO2 HCl + AgNO3 = AgCl + HNO3 NH3 + HCl = NH4Cl NH4Cl = NH3 + HCl Аммиактың көлемін есептейміз: хл 5,4 г 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O 22,4 л/моль 18 г/моль х = 89,65,4/ 108 = 4,48 л. Хлорсутектің көлемін есептейміз: 0,1 моль 0,1 моль HCl + AgNO3 = AgCl + HNO3 1 моль 1 моль  (AgCl) =  (HCl) = 14,35 г / 143,5 г/моль = 0,1 моль V(HCl) =  (HCl)VM = 0,1 моль22,4 моль/л = 2,24 л. А жəне В газдарының жалпы көлемі: V = 4,48 л + 2,24 л = 6,72 л. №9-4-2006 ауд. Жұмбақталған заттарды анықтау. 8 балл. Екі элементтен тұратын массасы 22 г А қосылысын ауаның артық мөлшерінде қақтағанда В газы мен қатты С қалдығы түзілген. С затының тұз қышқылындағы ерітіндісі əлсіз қышқылдық орта болғанға дейін бейтарапталғаннан кейін сары қан тұзымен K4 Fe(CN)6. көк түсті тұнба береді. С затын сутекпен тотықсыздандырғанда металл түзіледі. Егер В газын Бертолет тұзы ыдырағанда түзілетін газбен қосып, алдымен катализатор үстінен өткізіп, сосын суда ерітсе, Д затының массасы 75 г 35-дық ерітіндісі түзіледі. Ол ерітінді жоғарыда аталған металмен В газын түзе əрекеттеседі. Д затының ерітіндісіне барий хлоридімен əсер еткенде ақ тұнба түзіледі. А затының құрамын анықтаңыздар жəне сəйкес реакция теңдеулерін жазыңыздар. Шешуі: Реакция теңдеулері: 1. 4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2 2. Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O 3. 4FeCl3 + 3K4Fe(CN)6 = Fe4Fe(CN)63 + 12KCl 4. Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O

10

Аудандық химиялық олимпиада есептері

5. 6. 7. 8. 9.

2KClO3 = 2KCl + 3O2 2SO2 + O2 = 2SO3 (катализатор қатысында қыздырғанда) SO3 + H2O = H2SO4 Fe + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + SO2+ H2O H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2HCl

№9-5-2006 ауд. Изотоптар. 9 балл. Жай су мен ауыр судың қоспасы берілген.Қоспадағы оттектің массалық үлесі 86%. Қоспадағы ауыр судың массалық үлесін анықтаңыздар. Шешуі: Есептеулер жүргізу үшін қоспаның 100 г үлгісін қарастырамыз. Жай су мен ауыр судың массалары мен зат мөлшерлерін сəйкесінше, m1,1 и m2,2 деп белгілейміз. Есептің шарты бойынша: m1(О) + m2(О) = 86 г (1) Олай болса: m(Н) + m(D) = 14 г.

(2)

Теңдеулер жүйесін құру үшін жай жəне ауыр судың құрамындағы оттектің массасын протий мен дейтерийдің массалары арқылы (немесе, керісінше, протий мен дейтерийдің массаларын оттектің массасы арқылы) өрнектеу керек. m1(О) массасын анықтайық: m1(О) = 1(О)M(О) = 1 (О)16

(3)

мұндағы,1(О) жай судағы оттек атомдарының зат мөлшері. Жай судағы сутек атомдарының массасын табайық: m(Н) = (Н)M(Н) = (Н)1 Судың формуласынан: (Н) = 21 (О). (3) жəне (4) теңдеулерден: m1(О) / m(Н) = 1(О)16/1(Н) = 1(О)16/21(О) = 8 немесе m1(О) = 8m(Н) Сол сияқты D2О үшін:

(4)

(5)

m2(О)/ m(D) = 2(О)16/2(D) = 2(О)16/2 2(О)2 = 4 m2(О) = 4m(D)

(6)

(5) жəне (6) формулаларына сүйене отырып, m1(O) жəне m2(O) мəндерін тауып, (2) теңдеуге қоямыз жəне m(Н) жəне m(D) арқылы өрнектелген оттек атомдарының жалпы массасын табамыз: m(О) = 8m(Н) + 4m(D) немесе 8m(Н) + 4m(D) = 86

(7)

Аудандық химиялық олимпиада есептері

11

Сонымен, екі белгісізі бар (2) жəне (7) теңдеулер жүйесін аламыз: m(Н) + m(D) = 14 г. 8m(Н) + 4m(D) = 86 Одан: m(D) = 6,5 г. (6) теңдеуге сүйене отырып, ауыр судың құрамындағы оттектің массасын табамыз: m2(О) = 4m(D) = 46,5 = 26 г. Қоспадағы ауыр судың массасы: m(D2О) = m(D) + m(О) = 6,5 + 26 = 32,5 г. Оның қоспадағы массалық үлесі: (D2О) = m(D2О) / m(қоспа) = 32,5 / 100 = 0,325 немесе 32,5%. №10-1-2006 ауд. Көмірсутек. 5 балл. Өнеркəсіптік органикалық синтезде кеңінен қолдананылатын газ тəрізді көмірсутектің үлгісі толық жанғанда түзілген судың массасы бастапқы үлгінің массасына тең болды. Көмірсутектің құрылысын анықтаңыздар. Шешуі: Газ тəрізді көмірсутектің жану теңдеуі: CnHm + (n+m/4) O2 = nCO2 + m/2 H2O. Көмірсутектің үлгісінің массасы 12n+m, түзілген судың массасы 18m/2 = 9m. Есептің шарты бойынша: 9m = 12n+m. Бұдан: n:m = 2:3. Демек, көмірсутектің қарапайым формуласы: C2H3. Мұнда нақты қосылыс жоқ. Демек, көмірсутектің формуласы – C4H6. Алкиндер мен алкадиендердің қатарынан есептің шартына ең сəйкес келетіні өнеркəсіпте каучук алу үшін кең қолданатын 1,3 бутадиен (СН2СН- СН  СН2). №10-2-2006 ауд. Қоспа. 6 балл. Массасы 50 г СаСО3, Са3(РО4)2 жəне (NH4)2CO3 қоспасын қақтағанда түзілген 25,2 г қалдыққа алдымен судың артық мөлшерін құйып, сосын көмірқышқыл газының артық мөлшерін жіберген. Сонда ерімей қалған қалдықтың массасы 14,0 г болған. Қоспадағы аммоний карбонатының массасын анықтаңыздар. Шешуі: Қақтағанда кальций мен аммоний карбонаттары ғана ыдырайды: t °C CaCO3CaO + CO2 100 г/моль 56 г/моль t °C (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O

(1)

12

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Демек, 25,2 г қалдық СаО жəне Ca3(PO4)2 қоспасы болғаны. m(CaO) + m(Ca3(PO4)2) = 25,2 г.

(2)

Кальций оксиді мен фосфатының қалдығын сумен өңдегенде тек кальций оксиді ғана суда ериді: CaO + Н2О = Са(ОН)2 Оған СО2 газының артық мөлшерін жібергенде: Са(ОН)2 + СО2= СаСО3 + Н2О СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2 Демек, кальций фосфатыныың массасы 14 г. (2) теңдеу бойынша СаО массасын табамыз: m(CaO) = 25,2 г – 14 г = 11,2 г. (1) теңдеуге сүйеніп, СаСО3 массасын табамыз: n(CaCO3) = n(CaO) = 11,2 г / 56 г/моль = 0,2 моль. m(CaСO3) = 0,2 моль 100 г/моль = 20 г. Демек, m((NH4)2СO3) = 50 г – (14 г + 20 г) = 16 г. №10-3-200 6ауд. Қоспа. 7 балл. Этан, пропилен жəне ацетиленнің қоспасы 448 мл (қ.ж.) көлем алады жəне бромның тетрахлорметандағы 40 мл 5%-дық ерітінідісін (тығыздығы 1,6 г/мл) түссіздендіре алады. Қоспа толық жанғанда түзілген көміртек (IV) оксидін толық жұту үшін қажетті калий гидроксидінің 40 %-дық ерітіндісінің (тығыздығы 1,4 г/мл) минималь мөлшері – 5 мл. Қоспадағы газдардың көлемдік үлестерін анықтаңыздар (%, көлемдері бойынша). Шешуі: Көмірсутектер қоспасының жалпы зат мөлшері: (қоспа) = V/VM = 0,448 л / 22,4 л/моль = 0,02 моль. (этан) = х, (пропилен) = у, (ацетилен) = z болсын делік. Онда:

х+у+z = 0,02

(1)

Ерітіндідегі бромның массасы мен зат мөлшері: m(Br2) = V = 40 мл1,6 г/мл  0,05 = 3,2 г. (Br2) = m (Br2) / M(Br2) = 3,2 г / 160 г/моль = 0,02 моль. Бром тек пропилен мен ацетиленмен əрекеттеседі: C3H6 + Br2 = C3H6Br2 C2H2 + 2Br2 = C2H2Br4 Демек: y + 2z = 0,02 моль

(2)

Аудандық химиялық олимпиада есептері

13

Қоспа толық түзілген СО2 сіңіруге кеткен сілті мөлшері: (КОН) = m(КОН) / M(КОН) = 5 мл1,4 г/мл0,4 /56 г/моль = 0,05 моль Титрлеуге кеткен КОН мөлшері минимал, демек, реакция теңдеуі: КОН + СО2 = КНСО3. Демек, (СО2) = 0,05 моль. Көмірсутектердің жану реакциялары: С2Н6 + 3,5О2 = 2СО2 + 3Н2О С3Н6 + 4,5О2 = 3СО2 + 3Н2О С2Н2 + 2,5О2 = 2СО2 + Н2О Бұдан(коэффициенттерін ескере отырып): 2х + 3y + 2z = 0,05 моль (3) (1), (2) жəне (3) теңдеулер жүйесін шешсек: х =0,005 моль; у = 0,01 моль; z = 0,005 моль. Онда: х:у:z = 1:2:1 (немесе 25%этан:50% пропилен:25%ацетилен). №10-4-2006 ауд. Жұмбақталған заттарды анықтау. 8 балл. Екі тұз берілген – А жəне В. Оның бірі, А, оранж түсті, суда жақсы ериді, оның ерітіндісі жалынды жасыл түске бояйды. А тұзы тотықтырғыш, ол қышқыл ортада тотықсыздандырғышпен əрекеттескенде оның түсі жасылдау-күлгінге айналады. Екінші тұз, В, -ақ түсті, қыздырғанда газ тəрізді өнімдерге ыдырайды. Тұздың ерітіндісі күміс нитратының ерітіндісімен ірімшік тəрізді ақ тұнба береді. А жəне В тұздары қыздырғанда бір-бірімен əрекеттеседі. Тұздардың құрамын анықтаңыздар. Егер А жəне В тұздары қоспасын қыздырғанда 2,24 л (қ.ж.) газ бөлінсе, ал реакция өнімін сумен өңдегенде 15,2 г суда ерімейтін металл (III) оксиді алынған болса, онда қоспаның молярлық құрамы қандай болғаны? Шешуі: K2Cr2O7 + 4H2SO4 + 3H2S = Cr2(SO4)3 + 3S + 7H2O + K2SO4 K2Cr2O7 +7H2SO4 + 6KI = Cr2(SO4)3 + 3I2 + K2SO4 + 7 H2O Əдетте, үш валентті хромның тұздарының ерітінділері жасыл болады. NH4Cl  NH3 + HCl  (газ) = V(газ) /VM = 2,24 л / 22,4 л/моль = 0,1 моль. NH4Cl + AgNO3 = AgCl + NH4NO3 2Cr(OH)3 Cr2O3 + 3H2O 152 г/моль ( Cr2O3) = m(Cr2O3) /M(Cr2O3) = 15,2 г/ 152 г/моль = 0,1 моль. А – K2Cr2O7 (0.1 моль – 29,4 г); В – NH4Cl (0,2 моль - 10,7 г).

14

Аудандық химиялық олимпиада есептері

№10-5-2006 ауд. Изотоптар. 9 балл. 12 СН4 пен 14СН4 қоспасындағы сутектің массалық үлесі 23 %. Қоспадағы 12С изотопының массалық үлесін анықтаңыздар. Шешуі: Қоспаның 100 г үлгісін қарастырамыз: Үлгінің құрамындағы сутектің массасы: m(H) = m(үлгі)(H) = 1000,23 = 23 г. Үлгінің құрамындағы көміртектің массасы: m(С) = 100 – 23 = 77 г. Қоспадағы сутек атомдарының мөлшері: n(Н) = m(H)/M(H) = 23 г/ 1 г/моль = 23 моль. Үлгідегі көміртек атомдарының мөлшерін анықтаймыз. СН4 молекуласының формуласынан көміртек атомдарының мөлшері сутек атомдарының мөлшерінен 4 есе аз екендігі көрініп тұр: n(С) = 0,25 n(Н) = 0,2523 моль = 5,75 моль. Егер үлгідегі 12С изотопының массасын у г деп белгілесек, онда үлгідегі 14С изотопының массасы (77 – у) г болады. Үлгідегі əр изотоптың мөлшерін табамыз: n(12С) = m(12С)/M(12С) = у/12; n(14С) = m(14С)/M(14С) = (77-у)/14; Көміртек атомдарының жалпы мөлшері көміртек изотоптарының мөлшерлерінің қосындысына тең: n(С) = n(12С) + n(14С) = 5,75 моль немесе у/12 + (77-у)/14 = 5,75. Теңдеуді шешсек: у = 21 г, т.е. m(12С) = 21 г. Қоспадағы 12С изотопының массалық үлесі:  (С) = m(12С) / m(үлгі) = 21 г / 100 г = 0,21 немесе 21%. №11-1-2006 ауд. Химиялық өзгерістер. 5 балл. Келесі сызба нұсқаға сəйкес химиялық реакцияларды жүзеге асыратын реакция теңдеулерін жазыңыздар: ацетилен  этанол  этилен  сірке қышқылы  натрий ацетаты  метан  хлорметан  метаналь  метан қышқылы  көміртек (II) оксиді  көміртек (IV) оксиді. Шешуі: (Өз бетінше жұмыс!)

Аудандық химиялық олимпиада есептері

15

№11-2-2006 ауд. Иондық тепе-теңдіктер. 6 балл. Сутектік көрсеткіші 4,18 болатын көмір қышқылының судағы 0,01М ерітіндісіндегі Н2СО3, НСО3- жəне СО32- бөлшектерінің концентрацияларын анықтаңыздар. Көмір қышқылы үшін: К1 = 4,45 10-7; К2 = 4,69 10-11; Шешуі: Ерітіндідегі сутек иондарының концентрациясы: -lgH+ = 4,18; lgH+ = – 4,18; Бұдан: H+ = 6,6110-5 моль/л. Көмір қышқылының бірінші саты бойынша диссоциациялану константасы: К1 = Н+НСО3- / Н2СО3 = 4,4510-7 Н+ жəне Н2СО3 мəндерін орнына қойсақ: НСО3- = (4,45 10-710-2) / (6,6110-5) = 6,7310-5 моль/л. Сол сияқты, көмір қышқылының екінші саты бойынша диссоциациялану константасы: К2 = Н+СО32- / НСО3 = 4,6910-11 СО32- мəнін табамыз: СО32- = (4,69 10-116,7310-5) / (6,6110-5) = 4,810-11 моль/л. №11-3-2006ауд. Жұмбақталған заттарды анықтау. 7 балл. А затына күкірт қышқылымен əсер еткенде түзілген өткір иісті Б газын жай сұйық В затының судағы түсті ерітіндісі арқылы өткізгенде ерітінді түссізденеді. Алынған ерітіндіге барий тұзын қосқанда қышқылдарда ерімейтін ақ тұнба түзіледі. Алынған ерітінді арқылы сары-жасыл түсті газды өткізгенде В заты түзіледі жəне бұрынғы түсі қалпына келеді. А,Б,В жəне Г заттарын анықтаңыздар жəне тиісті реакция теңдеулерін жазыңыздар. Шешуі: Өткір иісті түссіз газ күкірт (IV) оксиді болуы мүмкін. Сұйық күйде болатын жай заттар – бром мен сынап. Сынап күкіртті газбен əрекеттеспейді, демек, В заты – бром. Реакция теңдеулері: Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + H2O SO2 + 2H2O + Br2 = H2SO4 + 2HBr BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl Cl2 + 2HBr = 2HCl + Br2 Демек, А – сульфит, Б – SO2, В – Br2, Г – Cl2. №11-4-2006ауд. Белгісіз заттың формуласын табу. 8 балл. Көлемі 75 мл газ тəрізді органикалық затты 150 мл оттекпен араластырып, алынған қоспаны қопарған. Түзілген су буы конденсациялан-

16

Аудандық химиялық олимпиада есептері

ғаннан кейін көлем 150 мл дейін кеміген, ал қалған газды сілті ерітіндісінің артық мөлшері арқылы өткізгеннен кейін оның көлемі 75 мл болған. Осы қалған газды өте жоғары температураға дейін қыздырылған металл күйіндегі мыс арқылы өткізгенде, ол толық жұтылған. Барлық өлшеулер 110°С температура мен атмосфералық қысымда жүргізілген. Заттың формуласын анықтаңыздар. Сөз болған реакция теңдеулерін жазыңыздар. Шешуі: Су буларының көлемі: V(H2O) = 225 мл – 150 мл = 75 мл. Көмір қышқыл газының сілтімен жұтылу реакциясы: CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O Көмір қышқыл газының көлемі: V(CO2) = 150 мл – 75 мл = 75 мл. Жоғарғы температурада металл күйіндегі мыс арқылы өткізгенде жұтылған газ – артық мөлшерде алынған оттек: 2Cu + O2 = 2 CuO Оттектің артық мөлшерінің көлемі: Vартық (О2) = 75 мл; Оттектің əрекеттескен мөлшері: Vреак (О2) = 150 мл – 75 мл = 75 мл. Демек, заттың құрамына оттек кіреді. Реакция схемасы: CxHyOz+ O2 = CO2 + H2O Көлемдік қатынастар заңына сүйене отырып, коэффициенттерді анықтаймыз: V(CxHyOz ) : Vпрореаг (О2) : V(CO2) : V (H2O)г = 75:75:75:75 = 1:1:1:1. Бұдан: х = 1, у = 2, z = 1, ал заттың формуласы СН2О №11-5-2006 ауд. Изотоптар. 9 балл. Хлорсутек пен дейтерий хлоридінің қоспасы берілген. Қоспадағы хлордың массалық үлесі 96,73%. Қоспадағы дейтерий хлоридінің массалық үлесін анықтаңыздар. Шешуі: Қоспаның массасы 100 г үлгісін қарастырамыз. Қоспадағы атомарлық хлордың массасы: m(Cl) = m(Cl) = 100  0, 9673 г = 96,73 г. Қоспадағы атомарлық сутек пен дейтерийдің массасын есептейміз: m(H) + m(D) = m – m((Cl) = 100 – 96,73 = 3,27 г немесе m(H) + m(D) =3,27 г.

(1)

Атомарлық хлордың массасы хлорсутектің құрамындағы хлор m1(Cl) мен дейтерий хлоридінің құрамындағы хлордың m2(Cl) массаларының қосындысынан тұрады: (2) m(Cl) = m1(Cl) + m2(Cl)

Аудандық химиялық олимпиада есептері

17

m1(Cl) массасын табамыз: m1(Cl) = n1(Cl)M(Cl) = n1(Cl)35,5 (3) n1(Cl) – НCl құрамындағы атомарлық хлордың зат мөлшері. НCl құрамындағы атомарлық сутектің массасын табамыз: m(Н) = n(Н)M(Н) = n(Н)1

(4)

n(Н) – НCl.құрамындағы атомарлық сутектің зат мөлшерін табамыз: Хлорсутектің формуласы бойынша: n1(Cl) = n(Н). Демек, (3) и (4) теңдеулерден: m1(Cl)/ m1(Н) = 35,5 /1 немесе m1(Cl) = 35,5 m(Н).

(5)

Сол сияқты, дейтерий хлоридінің формуласы бойынша: m2(Cl)/ m2(D) = 35,5 /2 или m2(Cl) = 35,5 m(D)/2

(6)

m1(Cl) жəне m2(Cl) мəндерін (5) жəне (6) формулаларға сүйене отырып, m(Н) жəне m(D) арқылы өрнектелген атомарлық хлордың жалпы массасын табамыз:m(Cl) = 35,5 m(Н) + 35,5 m(D)/ 2 немесе 35,5 m(Н) + 17,75 m(D) = 96,73. (7) Екі белгісізі бар (1) жəне (7) теңдеулер жүйесін аламыз: m(H) + m(D) = 3,27 г.

(1)

35,5 m(Н) + 35,5 m(D)/2 = 96,73.

(7)

Оны шешсек: m(D)= 1,09 г. (6) теңдеуді пайдаланып, дейтерий хлоридінің құрамындағы хлордың массасын табамыз:m2(Cl) = 17,75 m(D) = 17,751,09 = 19,35 г. Дейтерий хлоридінің массасын табамыз: m(DCl) = m(D) + m(Cl) = 1,09 + 19,35 = 20,44 г. Қоспадағы дейтерий хлоридінің DCl массалық үлесі: (DCl) = m(DCl) / m(қоспа ) = 20,44 / 100 = 0,2044, немесе 20,44%. Тəжірибелік тур есептері (Орындауға берілетін уақыт – 2 сағат) 8 эксп-2006 ауд. Бес нөмірленген сынауыққа келесі заттардың ерітінділері құйылған: бария хлориді, натрий хлориді, алюминий нитраты, калий карбонаты жəне күкірт қышқылы. Оптималь жоспар құрып жəне басқа заттарды пайдаланбай қай сынауыққа қай заттың ерітінідісі құйылғанын анықтаңыздар. Сəйкес реакция теңдеулерін молекулалық жəне иондық түрде жазыңыздар.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

18

Шешуі:

Теориялық матрица:

BaCl2 NaCl Al(NO3)3 K2CO3

BaCl2 * BaCO3

NaCl * -

H2SO4

BaSO4 -

Al(NO3)3 * Al(OH)3 +СО2 -

K2CO3 BaCO3 Al(OH)3+ СО2 * 

H2SO4 BaSO4 

Эффект  + +

*

+

Реакция теңдеулері: 1. BaCl2 + K2CO3 = BaCO3 + 2 KCl 2. BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2 HCl 3. K2CO3 + Al(NO3)3 + H2O = Al(OH)3+ KNO3 + CO2 9-2006 ауд. Бес нөмірленген сынауыққа келесі заттардың ерітінділері құйылған: Тұз қышқылы, күкірт қышқылы, калий сульфаты, натрий карбонаты, барий хлориді. Оптималь жоспар құрып жəне басқа заттарды пайдаланбай қай сынауыққа қай заттың ерітінідісі құйылғанын анықтаңыздар. Сəйкес реакция теңдеулерін молекулалық жəне иондық түрде жазыңыздар. Шешуі:

HCl H2SO4 K2SO4 Na2CO3 BaCl2

Теориялық матрица HCl * CO2 -

1. 2. 3. 4. 5.

H2SO4 * CO2 BaSO4

K2SO4 * BaSO4

Na2CO3 CO2 CO2 * BaCO3

BaCl2 BaSO4 BaSO4 BaCO3 *

Эффект     

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2+ H2O Na2CO3 + H2SO4 = 2Na2SO4 + CO2+ H2O BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2 HCl BaCl2 + K2SO4 = BaSO4 + 2 KCl BaCl2 + K2CO3 = BaCO3+ 2 KCl

10-2006ауд. Алты нөмірленген сынауыққа азот қышқылы, күкірт қышқылы, алюминий хлориді, калий карбонаты, барий нитраты жəне алюминий сульфатыерітінділері құйылған.Оптималь жоспар құрып жəне басқа заттарды пайдаланбай қай сынауыққа қай заттың ерітінідісі құйылғанын анықтаңыздар. Сəйкес реакция теңдеулерін молекулалық жəне иондық түрде жазыңыздар.

 19

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Шешуі:

HNO3 H2SO4 AlCl3 K2CO3 Ba(NO3)2 Al2(SO4)3

Теориялық матрица HNO3 *  -

H2SO4 *   -

AlCl3 *  -

K2CO3   + *  

Ba(NO3)2   * 

Al2(SO4)3 Эффект  + + 2+3  3  * 2

11-2006 ауд. Жеті нөмірленген сынауыққа барий хлориді, натрий сульфаты, барий гидроксиді, натрий карбонаты, магний нитраты жəне күкірт қышқылыерітінділері құйылған: Оптималь жоспар құрып жəне басқа заттарды пайдаланбай қай сынауыққа қай заттың ерітінідісі құйылғанын анықтаңыздар. Сəйкес реакция теңдеулерін молекулалық жəне иондық түрде жазыңыздар. (Өз бетінше жұмыс!)

20

Аудандық химиялық олимпиада есептері

2007 жылғы аудандық химиялық олимпиада есептері №8-1-2007 ауд. Аммиак ерітіндісі. 5 балл. 15%-дық NH3·Н2О ерітіндісін дайындау үшін оның 200 г 10%-дық (массасы бойынша) ерітіндісіне қанша литр (қ.ж.) NH3 еріту керек? Шешуі: Аммиакты суда еріткенде моногидрат түзіледі деп есептейміз: хг уг NH3 + H2O = NH3·Н2О 17г/моль 35г/моль Бұдан: у = 35х/17 = 2,06х. Массалық үлес ұғымы бойынша: 0,15 = (20+2,06х)/(200+х); Бұдан: х = 5,24г. Оның көлемін пропорция құру арқылы табамыз: 17 г – 22,4 л, 5,24 г – х л. Бұдан: х = 6,9л. №8-2-2007 ауд. Ерігіштік. 6 балл. Калий селитрасының қаныққан ерітіндісіндегі еріген заттың массалық үлесі: 68°С кезінде – 40,3%, ал 8°С кезінде – 3%. Егер массасы 48г ерітіндінің температурасын 68°С-тан 8°С-қа дейін суытса, қанша грамм тұз тұнбаға түседі? Шешуі: Есепті бірнеше əдіспен шешуге болады. 1-əдіс. 68°С-та 48г ерітіндінің құрамындағы тұз бен судың массасын табамыз: m(тұз) = 48 . 0,403 = 19,344 г; m(H2O) = 48 – 19,344 = 28,656 г. Ерітіндіні суытқанда судың массасы өзгермейді, себебі, су тұнбаға түспейді. Осыны ескере отырып, 8°С-қа дейін суытқан кездегі еріген заттың массасын табамыз.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

21

Егер, 97 г суда – 3 г тұз ерісе, Онда, 28,656 г суда – х г тұз ериді. Бұдан: х = 0,886 г. Тұнбаға түскен заттың массасы: 19,344 – 0,886 = 18,5 г. 2-əдіс. m! w1 = m2w2+ m3w3. 48. 0,403 = (48 – m3) . 0,03 + m3.1 19,344 = 1,44 – 0,03m3 + m3 17,904 = 0,97m3; m3 = 18,5г. №8-3-2007ауд. Қопарылғыш қоспалар. 6 балл. Сутек пен ауа қоспасындағы сутектің мөлшері көлемі бойынша 4% (қопарылғыштықтың төменгі шегі) пен 75%(қопарылғыштықтың жоғарғы шегі) аралығында болғанда, ол қоспа қауіпті қопарылыс жасайды. Осы деректерді оттек молекуласы (ауадағы) санының сутек молекуласы санына қатынасы ретінде өрнектеңіздер. Шешуі: а) Қопарылғыштықтың төменгі шегі. Қоспаны 100 л деп алсақ, оның құрамында 4л сутек пен 96 л ауа болады. Ауа (көлемі бойынша) 21% оттек пен 78% азоттан тұратынын ескере отырып, пропорция құрамыз: Егер 100 л ауада – 21л оттек болса, Онда 96 л ауада – х л оттек болады. Бұдан: х = 20,16л. Енді сутек пен оттектің қатынасын есептейміз: v(H2) = 4л/22,4л/моль = 0,179 моль; v(O2) = 20,16л/22,4л/моль = 0,9 моль; v(O2)/v(H2) = 0,9/0,179 = 5/1. б) Қопарылғыштықтың жоғарғы шегі. Қоспаны 100 л деп алсақ, оның құрамында 75л сутек пен 25 л ауа болады. Ауа (көлемі бойынша) 21% оттек пен 78% азоттан тұратынын ескере отырып пропорция құрамыз: Егер100л ауада – 21л оттек болса, Онда25л ауада – х л оттек болады. Бұдан: х=5,25л. Енді сутек пен оттектің қатынасын есептейміз: ν(H2) = 75л/ 22,4л/моль = 3,348моль; ν(O2) = 5,25л/22,4л/моль = 0,234моль; ν(H2)/ν(O2) = 3,348/0,234 = 14,3/1. №8-4-2007ауд. Азоттың газ тəрізді қосылысы. 6 балл. Азоттың газ тəрізді қосылыстарының бірінде жанғыш заттар оттектегідей жанады. Ол қосылыстың формуласы келесі тəжірибе нəтижесінде анықталды: көмір (көміртек) ол қосылыстың белгілі бір көлемінде жан-

Аудандық химиялық олимпиада есептері

22

ғанда азоттың сонша көлемі жəне көмір қышқыл газының одан екі есе кем көлемі түзіледі. Қосылыстың формуласын анықтаңыздар. Шешуі:

2NxOy + C = xN2 + yCO2; Бұдан: х=2, у=1, яғни N2O. 2N2O + C = 2N2 + CO2.

№8-5-2007 ауд. Газдар қоспасы. 6 балл. Азот пен көмірқышқыл газы қоспасының сутек бойынша тығыздығы 16. Көлемі 30л осындай қоспаға 60л көмірқышқыл газы қосылған. Түзілген қоспаның сутек бойынша тығыздығын анықтаңыздар. Шешуі: Бастапқы азот пен көмірқышқыл газы қоспасының зат мөлшері мен орташа молярлық массасы: ν(қоспа) =V/VM = 30 л /22,4 л/моль = 1,34 моль. М(қоспа) = 16 · 2 г/моль =32 г/моль. Оған қосымша қосылған көмір қышқыл газының мөлшері: ν(СО2) =V/VM = 60 л /22,4 л/моль = 2,68 моль. Соңғы қоспаның орташа молярлық массасы: М(орт) = (m1 + m2) / (ν1 + ν2) = (32×1,34 + 44 × 2,68) / (1,34 + 2,68) = (42,88 + 117,92)/ 4,02 = 160,8 /4,02 = 40. Оның сутек бойынша тығыздығы: DH2 = 40/2 = 20. №8-6-2007ауд. Белгісіз газдың массасы. 6 балл. Резервуарды кезекпен əртүрлі газдармен бірдей жағдайда толтырып, таразыға тартқан. Сонда азотпен, аргонмен жəне белгісіз газбен толтырылған резервуардың массасы сəйкесінше 47,6 г, 50,0 г жəне 50,8 г болған. Белгісіз газдың молярлық массасын анықтаңыздар. Шешуі: Резервуардың массасын mр деп белгілеп, теңдеулер жүйесін құрамыз: тр + 28v(N2) = 47,6 тр + 40v(Ar) = 50,0 тр + М(х)v(x) = 50,8

(1) (2) (3)

(1) жəне (2) теңдеуді шешу арқылы, v = 0,2 моль жəне тр = 42 г екенін табамыз. Олардың мəндерін (3) теңдеуге қойсақ, М(х) = 44 г/моль. Бұл – CO2.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

23

№9-1-2007 ауд. Алканның құрамы. 6 балл. Алканның құрамында 9 біріншілік жəне 3 төртіншілік көміртек атомдары бар. Алканның құрамындағы үшіншілік көміртек атомдарының санын анықтаңыздар. Шешуі: Демек, алканның молекуласында 9 топ CH3 жəне 3 төртіншілік С атомдары бар. Сол сияқты алканның молекуласында х екіншілік С атомдары, яғни СН2 топтары жəне у үшіншілік С атомдары, яғни СН топтары бар. Алкан қатарының формуласы CnH2n+2. Бұдан: 9(CH3)+ 3C+x(CH2)+y(CH)=CnH2n+2; Алкан молекуласындағы көміртек атомдарының саны: n=9+3+x+y; Сутек атомдарының саны: 27+2x+y=2n+2;

(1) (2)

(1) жəне (2) теңдеулерді біріктіріп, шешсек: 2n+ 2 – 2n=27+ 2y – 24 – 2x – 2y; Бұдан: y = 1. №9-2-2007 ауд. Белгісіз газ. 6 балл. Бірдей (көлемі мен массасы) үш ыдыстың іші бірдей жағдайда əртүрлі газдармен толтырылған. Сутекпен толтырылған бірінші ыдыстың массасы 24,8 г. Оттекпен толтырылған екінші ыдыстың массасы 36,8г. Көлемі бойынша 40% азоттан жəне белгісіз газбен толтырылған үшінші ыдыстың массасы 33,28г. Белгісіз газды анықтаңыздар. Шешуі: Бос ыдыстың массасын ты, ал белгісіз газдың молярлық массасын х деп белгілеп, теңдеулер жүйесін құрамыз: v(H2) · 2+ты =24,8;

(1)

v(O2) · 32+ты=36,8;

(2)

Ыдыстардың көлемі жəне жағдай(қысым мен температура) бірдей болғандықтан, олардың ішіндегі газдардың зат мөлшерлері де бірдей. (1) жəне (2) теңдеулерді біріктіріп, шешсек: ты =24,0г, v(H2)=v(O2)=0,4моль; Онда 3-ыдыстағы қоспаның массасы: 33,28 – 24,0=9,28г Бұл ыдыстағы азоттың зат мөлшері: v(N2) = v(қоспа). 0,4 = 0,16моль;

24

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Белгісіз газдың молярлық массасын табу үшін келесі теңдеуді пайдаланамыз: 9,28 = 0,16. 28 + (0,4 – 0,16)х, бұдан: х = 20г/моль. Демек, белгісіз газ – неон. №9-3-2007 ауд. Көмірсутектер қоспасы. 6 балл. Көлемі 150мл ацетилен мен этилен қоспасына көлемі 350мл сутек қосылған. Осы газдар қоспасын платина катализаторының үстінен өткізгенде оның көлемі 250мл болған (барлық көлемдер қалыпты жағдайда келтірілген). Ацетилен мен этиленнің бастапқы қоспасы бромның судағы 3%-дық ерітіндісінің қандай массасын түссіздендіре алады? Шешуі: C2H2+2H2=C2H6

(a)

C2H4+H2=C2H6

(б)

Бастапқы қоспада ацетилен болса, онда оны гидрлеу үшін 300 мл сутек қажет болатын еді, яғни сутек артық мөлшерде алынған, ал ацетилен мен этилен (а) жəне (б) теңдеуі бойыншатолығымен этанға айналады. Есептеу үшін белгілеулер енгіземіз: V- ацетилен мен этиленнің көлемі; V1(H2)- қоспаға қосылған сутектің көлемі; V2(H2)- əрекеттеспеген сутектің көлемі; V(H2)- əрекеттескен сутектің көлемі; V’(H2)- реакциядан кейінгі газ қоспасының көлемі. (а) жəне (б) теңдеулерінен алынған этанның көлемі бастапқы қоспадағы ацетилен мен этиленнің көлеміне тең, яғни: V(C2H6)=V; V(C2H6)=150мл. Əрекеттеспеген сутектің көлемі: V(H2)=V’ – V(C2H6)=250 – 150=100мл. Əрекеттескен сутектің көлемі: V(H2)=V1(H2) – V2(H2)=350 – 100=250мл. Ацетиленнің көлемі бастапқы қоспада V(C2H2),ал этиленнің көлемі: V(C2H4)=V – V(C2H2)=150 – V(C2H2). Ацетиленмен əрекеттескен сутектің көлемі Va(H2). Этиленмен əрекеттескен сутектің көлемі: Vб(H2)=V(H2) – Va(H2)=250 – Va(H2). (а) теңдеуі бойынша: (в) V(C2H2)=1/2Va(H2)

Аудандық химиялық олимпиада есептері

(б) теңдеуі бойынша: V(C2H4)=Vб(H2) немесе 150 – V(C2H2)=250 – Va(H2) (в) жəне (г) теңдеулерін шешеміз: V(C2H2)=100мл=0,01л.

25

(г).

Қоспадағы этиленнің көлемі: V(C2H4)=V – V(C2H2)=150 – 100=50мл=0,05л. Қоспадағы ацетилен мен этиленнің зат мөлшерін табамыз: v(C2H2)=0,1/22,4=4,464. 10-3моль; v(C2H4)=0,05/22,4=2,232. 10-3моль; Қоспадағы газдардың броммен əрекеттесу реакциялары теңдеулері: C2H2+2Br2=C2H4Br2 C2H4+Br2=C2H4Br2 (д) теңдеуі орындалуы үшін бромның қажетті мөлшері:

(д) (е).

vд(Br2)=2v(C2H2)=2. 4,464. 10-3=8,928. 10-3моль; vе (Br2)=v(C2H4)=2,232. 10-3моль. Газдар қоспасымен əрекеттесетін бромныңмөлшерімен массасы: v(Br2)=vд(Br2)+vе(Br2)=8,928.10-3+2,232.10-3=1,116.10-2моль; m(Br2)=v(Br2).M(Br2)=1,116.10-2моль.160г/моль=1,7856г. Газдардың бастапқы қоспасы түссіздендіретін бромның массасы: m(ерт.)=m(ерт.)/w(ерт.)=1,7856/0,03=59,52г. №9-4-2007 ауд. Заттар қоспасының түзілуі. 6 балл. Массасы 15,5 г кальций фосфатынан бөлінген фосфор (V) оксиді ерітілген: а) 200 г 5,0%-дық NaOH ерітіндісіне; б) 120 г 5,0%-дық ерітіндісіне; в) 40 г 5,0%-дық NaOH ерітіндісіне. Түзілген ерітінділердің əрқайсысында қандай заттардың жəне қандай мөлшерде (массасы) түзілгенін есептеңіздер. Шешуі: 1) Ca3(PO4)2=P2O5+3CaO; 2) P2O5+2NaOH+H2O=2NaH2PO4; 3) P2O5+4NaOH=2Na2HPO4+H2O; 4) P2O5+6NaOH=2Na3PO4+3H2O. Фосфор (V) оксидінің зат мөлшерін (1) теңдеуге сүйене отырып табамыз: v(Ca3(PO4)=15,5/310=0,05моль; v(Ca3(PO4)=v(P2O5)=0,05моль;

26

Аудандық химиялық олимпиада есептері

а) Натрийй гидроксидінің зат мөлшерін табамыз: v(NaOH)=200. 0,05/40=0,25моль; Есепті (3) жəне (4) теңдеу арқылы шешеміз: v 1+v2=0,05 4v1+6v2=0,25; v1=0,025; v2=0,025; Енді түзілген заттардың массасын есептейміз: m(Na2HPO4)=0,025.142=3,55г; m(Na3PO4)=0,025.164=4,1г. б) Натрий гидроксидінің зат мөлшері: v(NaOH)=120.0,05/40=0,15моль; Есепті (2) жəне (3) теңдеулерді пайдаланамыз: v1+v2=0,05 2v1+4v2=0,15; v1=0,025; v2=0,025; Енді түзілген заттардың массасын есептейміз: m(NaH2PO4)=0,025.120=3г; m(Na2HPO4)=0,025.142=3,55г; в) Натрий гидроксидінің зат мөлшері: v(NaOH)=40.0,05/40=0,05моль; Бұдан P2O5 артық екенін байқаймыз, яғни (2) жəне мына теңдеу бойынша есептейміз: P2O5+3H2O=2H3PO4; Осы теңдеулерді пайдалана отырып: х +у=0,05 2х=0,05 х =0,025; х=у=0,025моль; Енді түзілген заттардың массасын есептейміз: m(NaH2PO4)=0,025.120=3г; m(H3PO4)=0,025.98=2,45г. №9-5-2007 ауд. Көмірсутектер қоспасының жануы. 6 балл. Бутан мен бутиннің қоспасы жанғанда 88г CO2 мен 30,6г H2O түзілген. Бастапқы қоспадағы бутиннің көлемдік үлесін (пайызбен) анықтаңыздар. Шешуі: 4v1 5v1 v1 2C4H10 + 13O2 = 8CO2 +10H2O 44г/моль 18г/моль 4v2 3v2 v2 2С4Н6 + 11О2 = 8СО2 + 6Н2О 44.4v1 + 44.4v2=88 18.5v1 + 18.3v2 =30,6; v1=0,1; v2=0,4; φ(C4H6)=0,4/0,5=0,8 немесе 80%.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

27

№9-6-2007 ауд. Тұздар қоспасының электролизі. 6 балл. Массасы 200г 16%-дық мыс сульфатының ерітіндісіне калий хлоридінің 200г 29,8%-дық ерітіндісін қосып, түзілген ерітіндіні инертті электродтар көмегімен электролизге ұшыратқан. Ерітіндідегі сульфат иондарының массалық үлесі 5,61% болғанда электролизді тоқтатқан. Электродтарда бөлінген өнімдердің массаларын жəне ерітінді арқылы өткен электр тогының мөлшерін есептеңіздер. Шешуі: Электролиз кезінде: Катодта: Cu2++2e=Cu Анодта: 2Cl – - 2e=Cl2 бөлінеді. Мыс сульфаты мен калий хлоридінің зат мөлшерлері: v(CuSO4)=200.0,16/160=0,2моль; v(KCl)=200.0,298/74,5=0,8моль; Ерітіндінің массасы 400г. Сульфат ионының массалық үлесін пайдаланып, соңғы ерітіндінің массасы мынаған тең болған кезде электролизді тоқтатқан: т(соң.ерт.)=96.0,2/0,0561=342,3г. Мыс толық бөліну үшін (0,2моль) ерітіндіден 0,4моль электрондар қажет, ал хлордың бөлінуі үшін (0,4моль) – 0,8моль электрондар қажет. Электролит арқылы 8моль электрон өткен кездегі ерітіндінің массасы (электродтан өткен электрондардың зат мөлшері тең болғандықтан, катодта мыспен қатар 0,2моль сутек бөлінді: т(ерт.)=400 – 0,2.64 – 0,2.2 – 0,4.71=358,4г, яғни шартқа (342,3 г) сəйкес келмейді, яғни катод пен анодта электролиз жалғасқан. Катодта: 2Н2О+2е=Н2+2ОН- (а) Анодта: 2Н2О – 2е=½О2+2Н+(б) Соңғы ерітіндінің массасы:т(ерт.)=358,4 – т(Н2О)=342,3г т(Н2О)=16,1г, 0,9моль, бұл 1,8моль электронға сəйкес. (б) теңдеуі бойынша сутек пен оттектің массасын есептейміз. 0,9моль түзілген су бойынша: т(Н2)=0,9.2=1,8г; т(О2)=0,9.16=14,4г. Яғникатодта 12,8г мыс жəне 0,4+1,8=2,2г сутек, анодта – 28,4г хлор жəне14,4г оттек түзілген, ал электролиз кезінде электролит арқылы 0,8+1,8=2,6моль электрон өткен. Фарадей заңы бойынша ерітіндіден өткен токтың мөлшері: Q = 96500.2,6 = 250900 Кл.

28

Аудандық химиялық олимпиада есептері

№10-1-2007 ауд. Алкан мен алкен қоспасы. 5 балл. Алкан мен алкен қоспасының сутек бойынша салыстырмалы тығыздығы 33,5. Қосылыстардың құрамындағы сутек атомдарының саны бірдей. Олардың санын анықтаңыздар. Шешуі: Газдар қоспасының молярлық массасын есептейміз: М(қоспа) = DH2M(H2) = 33,52 = 67 г/моль. Есептеулер үшін қоспаның 1 моль мөлшерін қарастырамыз. Егер алканның формуласы СхН2х+2 болса, онда есептің шарты бойынша алкеннің формуласы Сх+1Н2х+2 болады. Егер қоспадағы алканның зат мөлшері у моль болса, онда алкеннің зат мөлшері (1-у) моль болады. Алкан мен алкеннің молярлық массалары: М(СхН2х+2) = 14х+2; М(Сх+1Н2х+2) = 14х+14. Қоспадағы көмірсутектердің массалары: m(СхН2х+2) = у(14х+2); m(Сх+1Н2х+2)) = (1 – у)(14х+14). Есептің шарты бойынша: 67 = у(14х+2) + (1 – у)(14х+14). Бұл теңдеуді у шамасына арнап түрлендірсек: у = (14х – 53) /12. Мұндағы х тек 1 жəне одан үлкен бүтін мəндер ғана қабылдайды, ал у тек 0-1 аралығындағы мəндер қабылдайды, себебі қоспадағы алканның мөлшері бүкіл қоспаның мөлшерінен үлкен болуы мүмкін емес. Егер х = 1 болса, онда у = -3,25. (есептің шартын қанағатандырмайды). Егер х = 2 болса, онда у = -2,08. (есептің шартын қанағатандырмайды). Егер х = 3 болса, онда у = -0,92. (есептің шартын қанағатандырмайды). Егер х = 4 болса, онда у = 0,25. (есептің шартын қанағатандырады). Демек, алынған формулаларға сəйкес алкан мен алкеннің құрамындағы сутек атомының саны – 10. Бұдан əрі х параметрінің 4-тен үлкен мəндері тағы да қанағаттандырмайды. №10-2-2007 ауд. Күрделі эфир. 6 балл. Қаныққан бір атомды спирт пен қаныққан бір негізді карбон қышқылынан түзілген күрделі эфирдің құрамындағы оттектің массалық үлесі 43,2%. Эфирдің құрамына кіретін спирттің 4,6 грамы натрийдың артық мөлшерімен əрекеттескенде 1,12 л (қ.ж.) сутек бөлінеді. Эфирдің құрамына кіретін қышқылдың формуласын анықтаңыздар. Шешуі: Сутектің зат мөлшері: (Н2) = 1,12 л/ 22,4 л/моль = 0,05 моль.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

29

Спирттің натриймен əрекеттесу теңдеуі: 2СnH2n+1OH + 2Na = 2СnH2n+1ONa + H2, Спирттің зат мөлшері: (СnH2n+1OH) = 4,6 / М(СnH2n+1OH). Реакция теңдеуі бойынша: (СnH2n+1OH) = 2(Н2) немесе 4,6 / М(СnH2n+1OH) = 20,05 Бұдан: М(СnH2n+1OH) = 46 г/моль. Спирттердің жалпы формуласына сүйенсек: 46 = 12n + 2n + 1 + 17; Бұдан:n= 2. Демек, спирттің формуласы – С2H5OH. Эфирдің формуласын жалпы түрде СnH2n+1-СОOС2H5деп жазуға болады. Массасы 100 г болатын эфирдің үлгісін алып, ондағы оттектің массасын есептейміз: m(O) = 43,2100/100 = 43,2 г. Оттектің зат мөлшерін табамыз: (О) = 43,2 г / 16 г/моль = 2,7 моль. Эфирдің формуласына сүйенсек: (СnH2n+1-СОO С2H5) = 0,5(О). Сəйкес мəндерін орындарына қойсақ: 100 / М(СnH2n+1-СОO С2H5) = 0,52,7. Бұдан: М(СnH2n+1-СОO С2H5) = 74 г/моль. Эфирлердің жалпы формуласына сүйенсек: 74 = 12n + 2n + 1 + 73; Бұдан:n= 0. Демек, қышқылдың формуласы: НСООН. №10-3-2007ауд. Изомерлер қоспасы. 6 балл. Біреуі анилиннің гомологі, екіншісі пиридиннің гомологы болып табылатын екі изомердің қоспасындағы азоттың массалық үлесі 13,1%. Осы қоспаның белгілі бір мөлшері 0,95 л (көлем қалыпты қысым мен 16,50С кезінде өлшенген) хлорсутекпен немесе 320 г 4%-дық бром суымен əрекеттеседі. Қоспаның компоненттерінің мүмкін болатын құрылым формулаларын жəне олардың массалық үлестерін есептеңіздер. Шешуі: Екі гомологиялық қатардың жалпы формулалары бірдей: CnH2n-5N. Қоспадағы азоттың массалық үлесі: 0,131 = 14 / (14n + 9). Бұдан: n=7. Изомерлердің екеуі де хлорсутекпен С7Н9N + HCl = С7Н10NCl теңдеуі бойынша əрекеттеседі. Клапейрон-Менделеев теңдеуін қолдана отырып, бромсутектің мөлшерін табамыз:

30

Аудандық химиялық олимпиада есептері

(HBr) = pV/RT = (101,30,95) /(8,314289,5) = 0,04 моль. Анилин мен пиридиннің гомологтарының жалпы мөлшері: ( С7Н9N) = (HBr) = 0,04 моль. Бром суымен тек анилиннің гомологы ғана əрекеттеседі. Əрекеттесетін бромның мөлшері: (Br2) = 3200,04 / 160 = 0,08 моль. Анилиннің гомологының қосалқы тізбегінде бір көміртек атомы бар. Егер ол атом NH2 тобының орнымен салыстырғанда орто- немесе пара – жағдайында болса, онда бұл затпен əрекеттесетін бромның мөлшері екі есе көп болар еді: CH3C6H4NH2 + 2Br2= CH3C6H2Br2NH2 + 2HBr. Бірақ бұл жағдайда (CH3C6H4NH2) = 0,08 / 2 = 0,04 моль болғандықтан ол мүмкін емес, себебі анилин мен пиридиннің гомологтарының жалпы мөлшері 0,04 моль. Демек, қосалқы тізбектегі көміртек атомы мета жағдайында орналасқан, сондықтан реакцияға жұмсалатын бромның мөлшері үш есе көп: CH3C6H4NH2 + 3Br2 = CH3C6HBr3NH2 + 3HBr Сонымен, гомологтардың мөлшерлері: (анилиннің гомологы) = 0,08 / 3 = 0,027 моль. (пиридиннің гомологы) = 0,04 – 0,027 = 0,013 моль. Изомерлердің молярлық үлестері: ( анилиннің гомологы) = 0,027 / 0, 04 = 0,67 немесе 67%.  (пиридиннің гомологы) = 0,013 / 0,04 = 0,33 немесе 33%. Пиридиннің гомологының құрылысы əрқалай болуы мүмкін: бір (этилпиридин) немесе екі (диметилпиридин) қосалқы тізбек болуы мүмкін. №10-4-2007ауд. Бензолдың гомологы. 6 балл. Массасы 95,0 г бензолдың гомологын дегидрлегенде 76,0 г бром қосып алатын қанықпаған (бір қос байланысы бар) көмірсутек түзілген. Бірінші реакцияның шығымы 60%, ал екінші реакция шығымы 100% екенін ескере отырып, бастапқы көмірсутектің барлық мүмкін болатын құрылым формулаларын жазыңыздар. Шешуі: Бензолдың гомологының дегидрлену реакциясының теңдеуі: CnH2n-6 CnH2n-8 + H2 CnH2n-8 +Br2 CnH2n-8Br2

Аудандық химиялық олимпиада есептері

 31

реакциясы үшін 76,0 г / 160 г/моль = 0,475 моль Br2. Екінші реакция теңдеуі бойынша əрекеттескен CnH2n-8 мөлшері де (CnH2n-8) = 0,475 моль. Демек, шығым 100% болғанда бірінші реакция бойынша түзілетін зат мөлшері: (CnH2n-6) =теор(CnH2n-8) = 0,475 /0,6 = 0,792 моль. Бензолдың гомологының зат мөлшері: М(CnH2n-6) = 95,0 г /0,792 моль = 120 г/моль. Демек, бензолдың гомологының формуласы – С9Н12. Құрамы С9Н12 формуласымен сипатталатын бензолдың 8 гомологтарының барлығы бірдей қос байланыс түзе сутек бөле бермейді. Ол үшін бензол сақинасымен байланысқан радикалдың құрамында кем дегенде, екі көміртек атомы болу керек. Ондай изомерлердің саны бесеу. №10-5-2007 ауд. Газдар қоспасы. 6 балл. Құрамында оттектің артық мөлшері бар ацетилен, пропан жəне оттек қоспасын қопарып, жүйені бастапқы қысым мен температураға келтіргенде қоспаның көлемі 33% кеміген, ал түзілген газдар қоспасын натрий гидроксидінің артық мөлшері бар ерітінді арқылы өткізгеннен кейін түзілген қалдықтың көлемі бастапқы қоспа көлемінің 29%-ы болған. Бастапқы қоспадағы ацетиленнің массалық үлесін есептеңіздер. Шешуі: С2Н2, С3Н8 жəне О2 газдарының қоспасының жалпы мөлшері 100 мольболсын делік. Ондағы С2Н2 мөлшерін х моль, ал С3Н8 мөлшерін у моль деп белгілейік. Екінші қалдық реакцияға түспеген оттек болу керек, сондықтан көмірсутектерін жаққандағы түзілген көмір қышқыл газының жалпы мөлшері бірінші мен екінші қалдықтың айырмасына тең болады: (СО2) = 67 – 29 = 38 моль. Көмірсутектердің жану реакциясының теңдеулері: С2Н2 + 2,5О2 = 2СО2 + Н2О С3Н8 + 5О2 = 3СО2 + 4Н2О. 1 моль С2Н2 мен 1моль С3Н8 жанғанда сəйкесінше, 2 и 3 моль СО2, түзіледі. Демек, 2х + 3у = 38. Бірінші жағдайда 1 + 2,5 = 3,5 моль газдар жанғанда 2 моль СО2 түзіледі. Демек, 1 моль С2Н2 мөлшеріне жүйедегі газдардың 1,5 моль мөлшерінің азаюы сəйкес келеді. Яғни х моль С2Н2 мөлшеріне 1,5х моль газдар мөлшерінің азаюы сəйкес келеді. Сол сияқты, у моль С3Н8 мөлшеріне 33 моль газдар мөлшерінің азаюы сəйкес келеді. Жүйе құрамыз:

 Аудандық химиялық олимпиада есептері

32

2х + 3у = 38 1,5х + 3у = 33. Бұдан: х =10, у = 6. Демек, бастапқы қоспада 10 моль С2Н2, 6 моль С3Н8 жəне 84 моль О2 болған. Қоспаның массасы: 1026 + 644 + 8432 = 3212 г;  (С2Н2) = 1026 / 3212 = 0,0809. Құрастырушының (В.К. Николаенко) ескертуі: есепті бастапқы қоспаның көлемін 100 л (мл) деп алып та шығаруға болады, бірақ ол онша қолайлы емес. №10-6-2007 ауд. Газдар қоспасының түзілуі. 6 балл. Массасы100 г 13,8%-дық натрий нитритінің ерітіндісіне 10,7 г аммоний хлориді қосылған. Қоспаны қыздырғанда 4,48 л (қ.ж.) газ бөлінген, ал ерітіндіден күміс нитратын қосқанда тұнба түзетін 11,7 г ақ түсті кристалдық зат алынған. Бөлінген газды 39 г мырышпен хлорсутек (тұз) қышқылына əсер еткенде түзілген газбен қосып араластырған. Бұл газ қоспасы алдымен 350ƒС кезінде платина катализаторы үстінен, сосын салқындағаннан кейін 100 мл 2М күкірт қышқылы ерітіндісі(1 л ерітіндіде 2 моль еріген күкірт қышқылы бар) арқылы өткізілген. Осы кезде газдың көлемі азайған, ал қалған ерітіндіні нейтралдау үшін 41,67 мл 22,4%-дық КОН ерітіндісі ( = 1,2 г/см3) қажет болған. Жүргізілген реакция теңдеулерін жазыңыздар. Платина катализаторынан өткізілгеннен кейінгі газдар қоспасының құрамын (көлемі бойынша, %) анықтаңыздар. Шешуі: 0,2 моль 0,2 моль 0,2 моль 0,2 моль NaNO2 + NH4Cl = NaCl + N2+ 2H2O 69г/моль 53,5г/моль 22,4л/моль NaCl + AgNO3 = AgCl + NaNO3 0,6 моль

0,6 моль

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

65г/моль

Бастапқысы, моль Əрекеттескені, моль Қалғаны, моль

0,2 0,1 0,1

22,4 л/моль

N2+ 3H22NH3 0,6 0,4 0,2

0,2 моль

0,1 моль

2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4

0,3 0,2 0,1

Аудандық химиялық олимпиада есептері 0,1 моль

 33

0,2 моль

(NH4)2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2NH3H2O

Сонымен, платина катализаторының үстінен өткеннен кейінгі газ қоспасының құрамы: (N2) = 0,1 моль; (N2) = 25%; (Н2) = 0,2 моль; (H2) = 50%; ( NH3) = 0,1 моль; (NH3) =25%. №11-1-2007ауд. Радиоактивтік айналымдар қатары. 5 балл. Тізбектесе өткен радиоактивтік ыдыраулар нəтижесінде 238U нуклиді 206 Pb нуклидіне айналған. Осы радиоактивтік айналымдар қатарында қанша альфа жəне қанша бета ыдырау орын алған. Шешуі: 206 92U  82Pb айналымдар тізбегін қарастырамыз. Тізбекте орын алған альфа ыдырау санын х, ал бета ыдырау санын у деп белгілейміз. Альфа бөлшектер 42Не атомдарының ядросы болғандықтан 238 – 82 = 4х теңдеуін құруға болады. Бұдан: у = 8. Сол сияқты, бета бөлшектер массалық саны нөл, ал заряды – 1 электрондар болғандықтан 92 – 82 = 2х – у теңдеуін құруға болады. Бұдан:у = 6. 238

№11-2-2007ауд. Тұздар қоспасының электролизі. 6 балл. 1000 г 5,1%-дық күміс нитратының ерітіндісін электролиздегенде катодта 10,8 г зат бөлінген. Сосын электролизерге 500,0 г 13,5%-дық мыс(II) хлоридінің ерітінідісін қосып, анодта 8,96 л (қ.ж.) газ бөлінгенше қайтадан электролиздеген. Соңғы ерітіндідегі заттардың массалық үлестерін анықтаңыздар. Жауабы:1,3% Cu(NO3)2. №11-3-2007 ауд.Кристаллогидраттар қоспасы. 6 балл. Кобальт (II) нитраты үш кристаллогидрат түзеді: Co(NO3)29H2O, Co(NO3)26H2O жəне Co(NO3)23H2O. Құрамында 0.4 моль сусыз тұз бар 127,2 г Co(NO3)29H2O жəне Co(NO3)26H2O қоспасын 100ƒС-қа дейін қыздырғанда кристаллогидраттар балқып, гомогенді ерітінді түзген. Ерітінідіден 27,0 г суды буландырғаннан кейін жүйені бөлме температурасына дейін салқындатқанда тепе-теңдік күйге келген кристаллогидраттар қоспасы түзілген. Жүйенің суытқаннан кейінгі сандық жəне сапалық құрамын анықтаңыздар.

34

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Шешуі: М(Co(NO3)29H2O) = 345 г/моль; М(Co(NO3)26H2O) = 291 г/моль. Есептің шартына сүйене отырып, теңдеулер жүйесін құрамыз: 3451 + 2912 = 127,2 1 + 2 = 0,4 Бұдан: 1 = 0,2 моль; 2 = 0,2 моль. Есептің шарты бойынша: m(Co(NO3)2) = 73,2 г; m(H2O) =54 г. Ерітіндіден 27,0 г суды буландырғаннан кейін жүйеде 27,0 г су қалады. Оның зат мөлшері: (H2O) = 1,5 моль. Сонда 1 моль тұзға сəйкес келетін судың мөлшері: (H2O) = 1,5/0,4 = 3,75 моль. Демек, 27,0 г суды буландырып, қайтадан суытқаннан кейін жүйе Co(NO3)26H2O жəне Co(NO3)23H2O кристаллогидраттарынан тұрады. Ондағы Co(NO3)26H2O жəне Co(NO3)23H2O кристаллогидраттарының зат мөлшерлерін сəйкесінше 3 жəне 4 деп белгілеп, қайтадан теңдеулер жүйесін құрамыз: 63 +34 = 1,5; 3 +4 =0,4;Бұдан: 3 = 0,1;4 = 0,3; Олардың массалары: m(Co(NO3)2 6H2O)= 291г/моль0,1 моль = 29,1 г; m(Co(NO3)2 3H2O)= 237г/моль0,3 моль = 71,1 г. №11-4-2007ауд. Амин мен амин қышқылының қоспасы. 6 балл. Массасы 14,8 г біріншілік амин мен -аминқышқылының қоспасы 0,2 моль тұз қышқылымен (HCl) əрекеттескен. Қоспадағы аминнің мөлшері мен қышқылдың мөлшері өзара тең. Қышқыл мен амин құрамындағы көміртек аиомдарының сандары бірдей. Қоспадағы амин қышқылының массасын анықтаңыздар. Шешуі: Амин қышқылдарының құрамындағы көміртек атомдарының саны екіден кем болмауы керек. Демек, аминнің құрамындағы көміртек атомдарының саны да екі немесе одан да көп болуы мүмкін. Онда амин мен амин қышқылының формулаларын СхН2х+1 – С2Н4NH2 жəне СхН2х+1 – СНNH2- COOH деп жазуға болады. Амин мен амин қышқылының тұз қышқылымен əрекеттесу теңдеулері: СхН2х+1 – С2Н4NH2+HCl = СхН2х+1 – С2Н4NH3Cl СхН2х+1 – СНNH2- COOH+HCl = СхН2х+1 – СНNH3Cl- COOH.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

35

Амин мен амин қышқылының зат мөлшерін анықтайық. Амин мен амин қышқылының зат мөлшерлерінің қосындысы онымен əрекеттескен тұз қышқылының зат мөлшеріне тең екендігі реакция теңдеулерінен көрініп тұр: (амин) + (амин қышқылы) = (HCl); (амин) + (амин қышқылы) = 0,2 моль. Есептің шарты бойынша амин мен аминқышқылының зат мөлшерлері бірдей: (амин) = (амин қышқылы) Бұдан: (амин) = 0,1 моль; (амин қышқылы) = 0,1 моль. Амин мен амин қышқылының массалары: m(амин) = 0,1(14х + 45); m(амин қышқылы) = 0,1(14х + 75); Есептің шарты бойынша қоспаның массасы14,8 г: 0,1(14х + 45) + 0,1(14х + 75) = 14,8. Бұдан: х = 1. Демек, амин қышқылының формуласы: СН3- СНNH2- COOH Оның массасы: m(амин қышқылы) = 0,1моль89 г/моль = 8,9 г. №11-5-2007ауд. Пиритттің тотығуы. 6 балл. Пирит (FeS2) азот қышқылының артық мөлшерімен əрекеттескенде тығыздығы 1,88 г/мл (25ƒС, 1 атм жағдайында) болатын газ бөлінген жəне құрамындағы азот қышқылы мен күкірт қышқылының массалық үлестері бірдей 65 г ерітінді түзілген. Бастапқы ерітіндідегі азот қышқылының массалық үлесін есептеңіздер. Шешуі: Бөлінген газдың молярлық массасын есептейміз: М(газ) = RT/p = 1,888,31298 / 101,3 = 46 г/моль. Бұл – NO2. Азот (IV) оксидінің мөлшері: (NO2) = pV/RT = (101,37,33) / (8,31298) = 0,3 моль. Реакция теңдеуі: FeS2 + 18HNO3 = Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO2+ 7H2O Бастапқы ерітіндіде хмоль HNO3болсын делік. Есептің шарты бойынша соңғы ерітіндідегі азот жəне күкірт қышқылдарының массалары бірдей: (х – 0,36) 63 = 0,0498. Бұдан: х = 0,422 моль. Соңғы ерітіндінің массасы: m(соңғыHNO3ер) = m(баст. HNO3 ер) + m(FeS2) – m(NO2) = 65 г. Демек, азот қышқылының бастапқы ерітіндісінің массасы: m(баст. HNO3 ер) = 65 – 0,02120 + 0,346 = 76,4 г. Бастапқы ерітіндідегі азот қышқылының массалық үлесі: (HNO3) = 0,422 63/ 76,4 = 0,348 немесе 34,8%.

36

Аудандық химиялық олимпиада есептері

№11-6-2007ауд. Органикалық қосылыс. 6 балл. Оттекті органикалық қосылысты қышқылданған калий перманганаты ерітіндісімен тотықтырғанда 5,5 л (қ.ж.) көмірқышқыл газы, 27 г сірке қышқылы жəне 16,65 г пропион қышқылы түзілген (реакцияның шығымы 90 %). Бастапқы қосылыстың құрамын анықтаңыздар жəне массасын есептеңіздер. Шешуі: Тотығу нəтижесінде оттекті қосылыстар мен СО2 түзілетін болғандықтан бастапқы қосылыс кетон болуы мүмкін деп болжам жасауға болады. RCOR1 + O СО2 + CH3COOH + C2H5COOH Шығымы 100 % болған жағдайдағы түзілетін заттардың мөлшерлері: (СО2) = (101,35,5) / (8,312980,9) = 0,25 моль. ( CH3COOH) = 27 / (600,9) = 0,5 моль. ( C2H5COOH) = 16,65 / (740,9) = 0,25 моль. Бұдан: (СО2) : ( CH3COOH) : ( C2H5COOH) = 1:2:1. Демек, бастапқы органикалық қосылыстың құрылысы: СН3СОС2Н5. Бұл – бутанон.Бутаноннның тотығу реакциясының теңдеуі: 10 СН3СОС2Н5 + 14KMnO4 + 21H2SO4 = = 5CO2 + 10CH3COOH + 5 C2H5COOH + 14MnSO4 + 7K2SO4 + 26H2O Бутаноннның бастапқы массасы: m(C4H8O) = 0,572 = 36 г. Бутанонның мүмкін болатын класс аралық изомерлері: СН3СН2СН2СОН жəне СН2 СН-СН2-СН2ОН

Аудандық химиялық олимпиада есептері

37

2008 жылғы аудандық химиялық олимпиада есептері

(Орындау уақыты – 3 астрономиялық сағат) №8-1-2008 ауд. Химиялық өзгерістер тізбегі. 5 балл. Келесі өзгерістерді жүзеге асыратын химиялық реакция теңдеулерін жазыңыздар: Сl2  KCl KClO3  KCl KNO3 O2. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының коэфициенттерін электрондық баланс əдісімен теңестіріңіздер. Иондық реакциялардың молекулалық жəне қысқаша иондық теңдеулерін жазыңыздар. Шешуі: 1. 2К + Сl2 = 2KCl 2. a) KCl = 2K + Cl2↑ (Балқыманың электролизі) б) 3Сl2 + 6KOH = 5KCl + KClO3 + 3H2O (ыстық ерітінді) 3. KClO3 = 2KCl + 3O2↑ (Катализатор MnO2 қатысында) 4. KCl + AgNO3 = KNO3 + AgCl↓ 5. 2KNO3= KNO2 + O2↑ Ескерту: Тотығу-тотықсыздану реакцияларынының теңестірілуі мен иондық реакциялардың толық жəне қысқаша иондық түрлерін жазу оқушылардың өз бетімен орындауына қалдырылды.

№8-2-2008 ауд. Ерітінділерді араластыру. 6 балл. Бір кəсіпорнында натрий гидроксидінің 800 кг 42,1%-дық, 12500 кг 40,7 %-дық жəне 7200 кг 29,2%-дық ерітінділерін аралыстыру арқылы қажетті ерітінді дайындалды. А. Алынған ерітіндідегі еріген заттың концентрациясы қандай? Б. Осы ерітіндіден натрий гидроксидінің 32%-дық ерітіндісінің қанша килограмын дайындауға болады?

38

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Шешуі: А) Араластырылғаннан кейінгі алынған ерітіндінің жалпы массасы: m(ер) = 800 кг + 12500 кг + 7200 кг = 20500 кг. Ондағы еріген заттың массасы: m(NaOH) = 800·0,421 + 12500·0,407 + 7200·0,292 = 7526,7 кг. (NaOH) = 7526,7 / 20500 = 0,3671 немесе 36,71%. Б) Қосатын судың массасын х деп белгілесек: 20500·0,3671 = (20500+х) ·0,32; Бұдан: х = 3017 кг. Алынған 32%-дық ерітіндінің массасы: 20500 + 3017 = 23567 кг. №8-3-2008 ауд. Ерігіштік. 7 балл. Калий нитратының 60°С жəне 20°С кезіндегі 1л судағы ерігіштігі сəйкесінше 1101 г жəне 315 г. 60°С кезінде қаныққан ерітіндінің 40 грамын 20°С-қа дейін суытқанда қанша грамм тұз бөлініп тұнбаға түседі. Шешуі: Алдымен 40 г ерітіндідегі еріген калий нитратының массасын табамыз: Егер 2101 г ерітіндіде 1101 г KNO3еріген болса, Онда 40 г ерітіндіде х г KNO3еріген. Бұдан: х = 40·1101/2101= 20,96 г. Демек, ерітіндідегі судың массасы: m(H2O) = 40 г – 20,96 г =19,04 г. Енді ерітіндіні суытқанда осы суда еріген күйде қалатын калий нитратының массасын есептейміз: Егер 20°С кезінде 1000 г суда 315 г тұз еритін болса. Онда 19,04 г суда у г тұз еріген күйде қалады. Бұдан: у = 19,04·315/1000 = 6,00 г. Демек, тұнбаға түскен тұздың массасы: 20,96 г – 6,00 г = 14,96 г. №8-4-2008 ауд.Қоспа. 8 балл. Жалпы массасы 29,8 г кремний, мырыш жəне темір қоспасын натрий гидроксидімен өңдегенде көлемі 13,44 л (қ.ж.) газ бөлінген. Мөлшері тура осындай қоспаға тұз қышқылының артық мөлшерімен əсер еткенде 8,96 лгаз бөлінген. Қоспаның құрамындағы заттардың массаларын анықтаңыздар. Шешуі: Реакциялар теңдеулері: ν1

2ν1

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑

28 г/моль ν2

22,4 л/моль

ν2

Zn + 2NaOH + 2 H2O = Na2 [ Zn(OH)4] + H2↑

65 г/моль

22,4 л/моль

Аудандық химиялық олимпиада есептері

39

Fe + NaOH = (реакция жүрмейді ) ν3

ν3

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑

56 г/моль ν2

22,4 л/моль

ν3

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑

Есептің шартына сүйене отырып, теңдеулер жүйесін құрамыз: 28ν1+ 65ν2 +56ν3 = 29,8 2ν1+ ν2 = 0,6 ν1+ ν3 = 0,4 Бұдан: ν1= 0,2 моль; m(Si) = 0,2·28 = 5,6 г. ν2= 0,2 моль; m(Zn) = 0,2·65 = 13 г. ν3= 0,2 моль; m(Fe) = 0,2·56 = 11,2 г. №8-5-2008 ауд. Ауаның тығыздығы. 9 балл. Ауа құрамы (массасы бойынша): азот- 75,6%, оттек – 23,1%, аргон – 1,3%. Ауаның орташа салыстырмалы молекулалық массасын, оның 2 атм жəне 300 К кезіндегі тығыздығын есептеңіздер. Шешуі: Ауаның 100 г үлгісін қарастырсақ, ондағы əр газдың массасы болады: m(N2) = 75,6 г; m(O2) = 23, г;m(Ar) = 1,3 г. Олардың зат мөлшерлері: ν(N2) = 75,6г / 28 г/моль = 2,700 моль; ν(O2) = 23 г/ 32 г/моль = 0,719 моль; ν(Ar) = 1,3 г / 40 г/моль = 0,0325 моль. М(орташа) = 100 г / ∑ν = 100 г / 3,4515 моль = 28,97 г/моль ≈ 29 г/моль. Клапейрон-Менделеев теңдеуі (pV = mRT/M) бойынша 100 г ауаның 2 атм қысым жəне 300 К температура кезіндегі көлемі 42,425 л болады. Ауаның тығыздығы: (ауа) = m/V = 100 г/ 42,425 л = 2,36 г/л. №9-1-2008 ауд. Химиялық өзгерістер тізбегі. 5 балл. Келесі өзгерістерді жүзеге асыратын химиялық реакция теңдеулерін жазыңыздар: СаСО3  СаО  СаС2  СО2  С  Са(НСО3)2 СаСО3. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының коэффициенттерін электрондық баланс əдісімен тенестіріңіздер. Иондық реакциялардың молекулалық жəне қысқаша иондық теңдеулерін жазыңыздар. Шешуі: 1) CaCO3 = CaO+CO2  (t °С) 2) CaO+3C = CaC2+CO  (t °С)

40

Аудандық химиялық олимпиада есептері

3) 2CaC2+5О2 = 2CaО+4CO2 4) CO2+2Mg= 2MgO+ C 5) а) C+O2 = CO2 б) 2СО2+Са(ОН)2 = Са(НСО3)2 6) Са(НСО3)2+Са(ОН)2 = СаСО3  +2Н2О Са(НСО3)2+Na2CO3 = СаСО3  +2NaHCО3 Ескерту: тотығу-тотықсыздану реакцияларынының теңестірілуі мен иондық реакциялардың толық жəне қысқаша иондық түрлерін жазу оқушылардың өз бетімен орындауына қалдырылды.

№9-2-2008 ауд. Кристаллогидрат. 6 балл. Белгісіз металл сульфатының судағы ерітіндісін суытқанда мөлшері 0,5 моль кристаллогидрат алынды. Кристаллогидраттың құрамындағы сусыз тұздың массалық үлесі 51,351%, ал кристалдық судың массасы сусыз тұздың массасынан 9 г кем. Кристаллогидраттың формуласын анықтаңыздар жəне оның молекулалық массасын есептеңіздер. Шешуі: 1моль Меn(SO4)m · xH2O кристаллогидраты үшін сусыз тұз бен судың массаларының айырымы Δm=9/0,5=18г. Кристаллогидраттың құрамындағы судың массалық үлесі: (Н2О)=100,0 – 51,351=48,649% 1 моль кристаллогидраттың құрамындағы сусыз тұздың Меn(SO4)m массасын у г деп белгілеп, теңдеулер жүйесін құрайық: у-18x=18, 18x/(у+18х)=0,48649 Бұдан: х=18, у=342. Сонымен, 1 моль кристаллогидраттың құрамында 342г сусыз тұз жəне 18 моль су бар. Бірнеше нұсқаларды қарастыра отырып, белгісіз металды анықтайық: І валентті металдар үшін – Ме2SO4-M(Me)=(342-96)/2=123г/моль (ондай бір валентті металл жоқ); ІІ валентті металл үшін – МеSO4-M(Me)=342 – 96=246г/моль (ондай екі валентті металл жоқ); ІІІ валентті металл үшін – Ме2(SO4)3-M(Me)=(342-96·3)/2=27г/моль; мұндай металл-алюминий (Al); Демек, кристаллогидраттың формуласы – Аl2(SO4)3·18H2O.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

 41

№9-3-2008 ауд. Қоспа. 7 балл. Белгісіз екі валентті металдың гидриді мен нитридінің қоспасын сумен өңдегенде сутек бойынша тығыздығы 2,658 болатын газдар қоспасы алынды. Қоспаның құрамындағы гидрид пен нитридтің массалық үлестері бірдей екенін ескере отырып, металды анықтаңыздар. Шешуі: 0,221/2 моль

0,221 моль

1) Ме3N2+6H2O = 3Me(OH2) + 2NH3  (3x+28)г/моль 0,779/2моль

0,779 моль

2) МеН2+2Н2О =Me(OH2) + 2H2  (х+2)г/моль

NH3 жəнеH2 газдары қоспасының орташа молярлық массасы 2,658·2= =5,316г/моль. Қоспадағы NH3 жəне Н2 газдарының көлемдік үлестерін табайық. Жалпы мөлшері 1 моль аммиак пен сутектің қоспасын қарастырайық: 5,316= M(NH3)·φ(NH3)+M(H2)·φ(H2). φ(NH3)+φ(H2)=1 болғандықтан: 5,316=17·φ(NH3)+2·(1-φ(NH3)). Бұдан: φ(NH3)=0,221; φ(H2)= 0,779. Реакция теңдеулері бойынша: ν(Me3N2)=ν(NH3) /2= 0,221 /2 моль; ν(MeH2)= ν(H2)/2 = 0,779 /2 моль. Белгісіз металдың молярлық массасын х деп белгілеп, теңдеу құрамыз: (3х +28)0,1105 = (х+2)0,3895.0 Бұдан: х = 40 г/моль, бұл – кальций. №9-4-2008 ауд. Асыл металдардың ерітіндісі. 8 балл. Күмісті 57%-дық азот қышқылында еріткенде оның массалық үлесі 45%-ке дейін азайған. Бұдан кейін осы ерітіндіде мысты еріткенде қышқылдың массалық үлесі 39%-ке дейін азайған. Соңғы ерітіндідегі заттардың массалық үлестерін есептеңіздер. Шешуі: Массасы 100г 57%-дық азот қышқылы ерітіндісінде хмоль күмісті ерітті делік. Реакция нəтижесінде NO бөлінеді деп есептейік. х моль 1,33 х моль х моль 0,33 х мол моль. 108

3Ag + 4HNO3 = 3AgNO3 + NO↑ + 2H2O 63 г/моль

30 г/моль

42

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Реакция аяқталғаннан кейінгі ерітіндінің массасы: m(ер) = m(баст. ер) + m(Ag) – m(NO) = 100+108x-0,33x·30=100+108x-9,9x=100+98,1x. Реакция аяқталғаннан кейінгі қалған HNO3 массасы: m(HNO3)=57- 63·1,33x=57-83,79x. Азот қышқылының массалық үлесі:  = 57  83,79 х = 0,45. Бұдан: х = 0,094 моль. 100  98,1х

Енді, х-тің мəнін білгеннен кейін, ерітіндінің, түзілген күміс нитратының жəне қалған азот қышқылының массаларын табамыз: m(ер)= 100+98,1·0,094 =100+9,2214 =109,22 г. m(HNO3) = 57-83,79·0,094 = 57-7,87626 = 49,12 г. m(AgNO3) =170·0,094 =15,98 г. Енді пайда болған ерітіндіде ішінде y моль мысты ерітті делік: у моль 2,67у мольyмоль 0,67у моль

3Cu + 8HNO3= 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+4H2O

64г/моль 63 г/моль 30г/моль

Реакция аяқталғаннан кейінгі ерітіндінің массасы: m2(ер) =109,22 +64y-0,67y·30 =109,22+43,9y. Реакция аяқталғаннан кейінгі HNO3 массасы: m(HNO3) = 49,12-2,67y·63 = 49,12-168,21y. Азот қышқылының массалық үлесі: ( HNO3) = 49,12  168,21у =0,39. Бұдан: у = 0,035 моль. 109,22  43,9 у

Ерітіндінің жəне түзілген мыс нитратының массасы: m(ер) =109,22+43,9·0,035 =109,22+1,5365 = 110,76 г. m(Cu(NO3)2) =188·0,035 = 6,58 г. Ерітіндідегі ( азот қышқылынан басқа) заттардың массалық үлестері: (AgNO3) = 15,98/110,76 = 0,144 немесе 14,4%. (Cu(NO3)2) = 6,58/110,76 = 0,059 немесе 5,9%. №9-5-2008 ауд. Гомологтар. 9 балл. А жəне Б көмірсутектері бір гомологиялық қатарға жатады. Б ауадан жеңіл. А көмірсутегінің Б бойынша салыстырмалы тығыздығы 2,75. А жəне Б заттарының мүмкін болатын формулаларын анықтаңыздар. Шешуі: Жауабы: А газы – C3H8 ; Б газы – CH4 №10-1-2008 ауд. Ерігіштік. 5 балл. Алдымен Na2S2O35H2O кристаллогидраты мен судың белгілі массаларын араластыру арқылы натрий тиосульфатының 0°С кезінде қаныққан

Аудандық химиялық олимпиада есептері

43

ерітіндісі алынған. Сосын оны натрий тиосульфатының 70°С кезінде қаныққан көлемі 100 мл ( =1,65 г/мл) ерітіндісімен араластырып, алынған үшінші ерітіндіні 50°С-қа дейін суытқанда 30,0 г кристаллогидраты Na2S2O32H2O тұнбаға түскен. Алғашқы ерітіндіні алу үшін қажетті Na2S2O35H2O кристаллогидраты мен судың массаларын есептеңіздер. (натрий тиосульфатының қаныққан ерітінділердегі сусыз тұздың массалық үлестері: 0°С кезінде 34,43%, 50°С кезінде 62,92%, 70°С кезінде 70,0%). Шешуі: Na2S2O35H2O жəне Na2S2O32H2O кристаллогидраттарының құрамындағы тиосульфаттың массалық үлестері: 1(Na2S2O3) = M(Na2S2O3)/ M(Na2S2O35H2O) = 158/248 = 0,6371. 2(Na2S2O3) = M(Na2S2O3)/ M(Na2S2O32H2O) = 158/194 = 0,8144. Енді m(Na2S2O35H2O) =x г, m(H2O) = y г деп белгілеп, натрий тиосульфатының 0°С кезінде қаныққан ерітіндісіндегі сусыз тиосульфаттың массалық үлесін өрнектейік: 0, 3443 = 0,6371х / (х + у). Бұдан: у = 1,8504х; (х + у) = 1,8504х. Натрий тиосульфатының 700С кезінде қаныққан 100 мл ерітіндісіндегі сусыз тиосульфаттың массасы: m(Na2S2O3) = 165·0,70 = 115,5 г. Аралыстырғаннан кейінгі үшінші ерітіндінің массасы: m3 (ер) = (х + у + 165 – 30,0) = (1,8504х + 135,0) г. Ондағы еріген заттың массасы: m3 (Na2S2O3) = (0,6371х + 115,5 – 30,0·0,8144) г. Есептің шарты бойынша үшінші ерітіндідегі еріген заттың массалық үлесі: 3(Na2S2O3) = (0,6371х + 115,5 – 30,0·0,8144)/ (1,8504х + 135,0); Бұдан: х = 11,62 г; у = 9,89 г. Демек: 11,62 г m(Na2S2O35H2O) жəне 9,89 г H2O. №10-2-2008 ауд. Аммиак синтезі. 6 балл. Аммиак синтезі үдерісі кезінде реактордағы қысым 10% кеміген. Бастапқы қоспадағы азот пен сутектің мөлшерлері стехиометриялық қатынасқа сəйкес деп алып, реакциядан кейінгі алынған қоспадағы газдардың көлемдік үлестерін анықтаңыздар. Шешуі:

Реакция теңдеуі:

Бастапқы мөлшері Əрекеттескен не түзілген мөлшері Реакциядан кейінгі мөлшері

N2 + 1моль х моль (1-х)

3H2 = 3 моль 3х моль (3 – 3х)

2NH3 2х моль 2х

∑ 4 моль 3,6 моль

44

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Есептің шарты бойынша: 4 – 2х = 3,6; Бұдан: х = 0,2 моль. Реагенттер мен өнімнің реакциядан кейінгі мөлшерлері: ν(N2) = 1моль – 0,2 моль = 0,8 моль; ν (H2) = 3 моль – 0,6 моль = 2,4 моль; ν (NH3) = 2·2 моль = 0,4 моль; ∑ν = 0,8 + 2,4 + 0,4 = 3,6 моль. Газдардың көлемдік үлестері: φ (N2) = 0,8 моль / 3,6 моль = 0,222 немесе 22,2%; φ (H2) = 2,4 моль / 3,6 моль = 0,667 немесе 66,7%; φ (NH3) = 0,4 моль / 3,6 моль = 0,111 немесе 11,1%. №10-3-2008 ауд. Белгісіз көмірсутектер. 7 балл. А, Б жəне В көмірсутектерінің элементтік құрамы бірдей. Соңғы екеуінің изомерлері жоқ. А көмірсутегі толық жанғанда Б жəне В көмірсутектерінің қоспасына (моль сандары бойынша Б:В = 1:1) жанғанға қарағанда көлемі екі есе көп көмірқышқыл газы түзіледі. А қосылысын бромдағанда тек бір монобромтуындысы түзіледі. А,Б жəне В қосылыстарының мүмкін болатын құрылым формулаларын анықтап, сəйкес реакция теңдеулерін жазыңыздар. Шешуі: Элементтік құрамы бірдей болса, олардың құрамындағы көміртек жəне сутек атомдарының қатынастары бірдей болғаны. Демек, олардың құрамы бір жалпы формуламен сипатталады. Жану реакцияларының теңдеулерін жалпы түрде жазайық: A: CxHy + (x+y/4)O2 = xCO2 + y/2H2O, B: CaHb + (a+b/4)O2 = aCO2 + b/2H2O, Б: CcHd + (c+d/4)O2 = cCO2 + d/2H2O. Бұдан: х = a+c; y = b+d. Изомерлері жоқ дегенге қарағанда, А жəне Б көмірсутектері құрамындағы көміртек атомдарының саны үштен аспайтын алкандар болғаны: біреуінде 3, екіншісінде -2. Егер оларда еселік байланыс болса, онда олардың ең болмағанда, біреуінде изомер болуға тиіс. (Еселік байланыстары бар заттардан тек этилен мен ацетиленнің ғана изомерлері жоқ, бірақ олар əртүрлі гомологиялық қатарларға жатады, яғни, есептің шартына қайшы келеді.) Демек, А, Б жəне В – алкандар болғаны. Олардың қатарындағы А молекуласындағы көміртек атомдарының саны бестен (2+3) аспауы керек. А затының тек бір ғана монобромтуындысы болатынына қарағанда оның құрамындағы көміртек атомдарының жағдайлары бірдей. Бұл шарт көміртек атомдары цикл түзгенде, сонымен қатар, ол цикл ароматттық немесе еселік байланысы жоқ циклдер болғанда орындалады. Бірақ мұндай қосылыстардың брутто-формулалары алкандардың брутто-

Аудандық химиялық олимпиада есептері

45

формулаларынан өзгеше болғандықтан, бұл қосылыстар есептің шартын қанағаттандырмайды. Бұл шартты циклды қосылыстардан басқа тек неопентан сияқты төртіншілей көміртек атомымен байланысқан төрт көміртек атомы бар жəне құрылысы симметриялы молекулалар ғана қанағаттандыра алады. Олай болса, Б мен В этан мен пропан болуға тиіс. №10-4-2008 ауд. Ерітінділердің коллигативтік қасиеттері. 8 балл. Массасы 100 г суға 4,57 г сахароза С12Н22О11 ерітілген. Табыңыздар: а) 293 К кезіндегі ерітіндінің осмос қысымын; б) ерітіндінің кристалдану тeмпературасын; в) ерітіндінің қайнау температурасы; г) 293 К кезіндегі ерітіндінің бетіндегі қаныққан бу қысымын. 293 К кезіндегі су бетіндегі қаныққан бу қысымы 2,337 кПа (17,53 мм. сынап.бағ.). Ерітіндінің тығыздығы судың тығыздығымен бірдей деп санаңыздар. Судың эбуллиоскопиялық жəне криоскопиялық константалары сəйкесінше Е = 0,52 жəне К =1,86. Шешуі: А) ν(С12Н22О11) = 4,57 г / 342 г/моль = 0,0134 моль. Басқа мəліметтер берілмегесін ерітіндінің көлемін де 100 мл деп аламыз. Олай болса, сахарозаның ерітіндідегі молярлық концентрациясы: С = ν(С12Н22О11)/V= 0,0134 моль /0,1 л = 0,134 моль/л. π = cRT = 0,134·8,31·293 = 326,3 кПа. Б) Ерітіндідегі еріген заттың моляльдық концентрациясын табамыз: Егер 100 г суда 4,57 г сахароза еріген болса, Онда 1000 г суда х г сахароза еріген. Бұдан: х= 45,7 г. Оның зат мөлшері: ν(С12Н22О11) = 45,7 г / 342 г/моль = 0,134 моль. Ерітіндідегі еріген заттың молялдық концентрациясы: L = ν(С12Н22О11)/ m(H2O)= 0,134 моль / кг (H2O). ΔT = KL = 1,86·0,134 = 0,25 °С; Т (крист) = – 0,25°С. В) ΔT = EL = 0,52·0,134 = 0,07 °С; Т (қайнау) = 100,07 °С. Г) Ерітіндідегі судың молярлық үлесі: χ(H2O) = 5,55 моль / (5,55+0,0134) моль = 5,55 моль / 5, 5,5634 моль = 0.998. P = χP0 = 0,998·2,337 кПа = 2,33 кПа. №10-5-2008 ауд. Көмірсутектің формуласын анықтау. 9 балл. 152°С температура мен қалыпты қысым кезіндегі тығыздығы 3,270 г/л 100 г белгісіз көмірсутекті хром (III) оксиді қатысында қыздырғанда бензолдың екі изомерлік гомологтары алынған. Бұл қоспаны одан əрі калий перманганатының бейтарап ерітіндісімен тотықтырғанда жалпы массасы 153 г болатын карбон қышқылдарының тұздары түзілген. Тұздар қоспасының құрамындағы калийдің массалық үлесі 30,59%. Бастапқы

46

Аудандық химиялық олимпиада есептері

көмірсутектің формуласын табыңыздар жəне тотығу процесі толық жүрді деп алып оның ароматты көмірсутектерге айналу процесінің шығымын есептеңіздер. Шешуі: Есептің шартындағы мəліметтерді пайдаланып, Клапейрон-Менделеев теңдеуі бойынша көмірсутектің молярлық массасын табуға болады: М = RT/ p = 3,270·8,31·425 / 101,3 = 114 г/моль. Егер көмірсутектің формуласын СхНу деп белгілесек, онда оның молярлық массасын былай өрнектеуге болады. М(х) = 12х + у = 114 г/моль. Бұдан: х = 8, у = 18. Демек, С8Н18. Есептің шарты бойынша алканның мөлшері: ν(С8Н18.) = 100 г / 114 г/моль = 0,877 моль. н-октанның дегидроциклденуі екі изомерлік өнімнің түзілуіне əкеледі: этилбензол (х моль) жəне о-диметилбензол (у моль). Калий перманганатының сулы ерітіндісінің əсерінен бұл өнімдерден сəйкесінше х моль С7Н5О2К (бензой қышқылының тұзы) жəне у моль С8Н4О4К2 (фталь қышқылының тұзы) түзіледі. Теңдеулер жүйесін құрамыз: 160х + 242у = 153,0 (39х + 39·2у) / 153,0 =0,3059. Бұдан: х = 0,2; у = 0,5. Демек, дегидроциклдену өнімдерінің жалпы мөлшері х+у = 0,7 моль. Реакцияның шығымы: η = 0,7 / 0,877 = 0,798 немесе 79,8%. Жекелей қарастырсақ: η (этилбензол) = 0,2 / 0,877 = 0,228; η (диметилбензол) = 0,5 / 0,877 = 0,570. №11-1-2008 ауд. Ерігіштік. 5 балл. Алдымен CoCl26H2O кристаллогидраты мен судың белгілі массаларын араластыру арқылы кобальт хлоридінің 0°С кезінде қаныққан ерітіндісі алынған. Сосын оны кобальт хлоридінің 80°С кезінде қаныққан көлемі 100 мл (=1,48 г/мл) ерітіндісімен араластырып, алынған үшінші ерітіндіні 50°С дейін суытқанда 20,0 г CoCl24H2O кристаллогидраты тұнбаға түскен. Алғашқы ерітіндіні алу үшін қажетті CoCl26H2O кристаллогидраты мен судың массаларын есептеңіздер. (Кобальт хлоридінің қаныққан ерітінділердегі сусыз тұздың массалық үлестері: 0°С кезінде 29,53%, 50°С кезінде 46,5%, 80°С кезінде 50,0%) Шешуі: №10-1-2008 ауд есебін қараңыз.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

47

№11-2-2008 ауд. Электролиз. 6 балл. Белгісіз бинарлық бейорганикалық қосылыстың (оның құрамындағы элементтердің массаларының қатынасы 1:0,145) балқымасының электролизі кезінде электродтардың бірінде 1,034 г металл, екіншісінде – 1800 мл газ (760 мл сынап бағанасы, 21°С) жиналған. Электролиз күші 2А тоқпен 2 сағат бойы жүргізілген. А. Электролизге ұшыраған қосылысты анықтаңыздар. Б. Электролиз кезіндегі жүрген химиялық үдерістердің теңдеулерін жазыңыздар. Шешуі: Фарадейдің заңы бойынша электролиз кезінде кез келген заттың 1 моль эквиваленті бөліну үшін 96500 Кл ток күші жұмсалады. Есептің шарты бойынша 2 сағат ішінде электролизер арқылы q = Jt = 2·7200 = 14400 Кл ток өтіп, 0,15 моль эквивалент металл бөлінген. Оның эквивалентінің молярлық массасы: М(экв Ме) = 1,034 г/ 0,15 моль = 6,93 г/моль. Бұл – литий. (Кремнийдің эквивалентінің молярлық массасының мəні де осыған жақын, бірақ кремний катиондары катодта бөлінетін тұз тəрізді қосылыстар бермейді, ал SiCl4 электр тогын өткізбейді.). Есептің шартына сүйене отырып, 1,034 г литийге сəйкес келетін екінші компоненттің массасын есептейік. 1:1,045 = 1,034:m1. Бұдан: m1 = 0,15 г. Демек, оның эквивалентінің мөлшері 0,15 моль, ал экивалентінің молярлық массасы 1г/моль. Бұл –сутек. Бұл қорытындыға басқаша да келуге болады. Анодта бөлінген газдың көлемін қалыпты жағдайға келтірсек: V0 = pVT0/ p0T = 1800·273 / 298 = 1671 мл (p = p0); Газдың зат мөлшері мен массасына сүйене отырып, оның молярлық массасын табуға болады: М(газ) = 0,15 г / 0,0746 моль = 2,011 г/моль. Сонымен, анодта бөлінген газ сутек, электролизге ұшыраған зат – литий гидридінің балқымасы. Катодта: Li+ + e = Li Анодта: 2Н- – 2е = H2. №11-3-2008 ауд. Химиялық тепе-теңдік. 7 балл. Жабық ыдыста келесі тепе-теңдік орнаған: СО2(г) + Н2 (г)  СО (г) + Н2О (г); Тепе-теңдік константасы К=1. Анықтаңыздар: а) Егер 1 моль СО2 мен 5 моль Н2 араластырсақ, онда берілген температурада СО2 газының қанша проценті СО газына айналады? б) Егер тепе-теңдік орнағанға дейін сутек-

48

Аудандық химиялық олимпиада есептері

тің бастапқы мөлшерінің 90%-ы реакцияға түскен болса, онда бастапқы сəтте СО2 и Н2 газдары қандай көлемдік қатынаста араластырылған? Шешуі: А) Бастапқы мөлшері Əрекеттескен не түзілген мөлшері Реакциядан кейінгі мөлшері

СО2(г) 1 моль

Н2 (г) 5 моль

СО (г) -

Н2О (г); -

х моль

х моль

х моль

х моль

(1-х) моль

(5-х) моль

х моль

х моль

СО (г) -

Н2О (г); -

(1-х) (5-х) / х2= 1,5- 5х –х + х2 = х2; 5 = 6х; х = 0,833; Демек, СО2 газының 83,3%-ті реакцияға түседі. Б) Мөлшерлері [моль ] Бастапқы мөлшері Əрекеттескен не түзілген мөлшері Реакциядан кейінгі мөлшері

СО2(г) х моль

Н2 (г) у моль

0,9у моль

0,9у моль

(х – 0,9у)

(у – 0,9у)

0,9у моль 0,9у моль 0,9у

0,9у

К = (0,9у·0,9у) / (х-0,9у) (у-0,9у) = 1. Бұдан: х/у = 9:1. №11-4-2008 ауд. Газдар қоспасы. 8 балл. Көлемі 44,8 мл (қ.ж.) метан мен оттектің қоспасын жағып, реакция өнімдерін қалыпты жағдайға келтіргенде алынған газ тəрізді қоспаның құрамындағы көміртектің массалық үлесі 54,55% болды. Бастапқы қоспаның массасын есептеңіздер. Шешуі: Реакция теңдеуі: СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О Күдік қалмас үшін 3 түрлі жағдайды қарастырған жөн: 1) оттек артық мөлшерде алынған; 2) оттек жеткіліксіз мөлшерде алынған; 3) реагенттер стехиометриялық мөлшерде алынған. Реакция теңдеуі бойынша реагентттердің стехиометриялық қатынасына ν(СН4) : ν(О2) = 1:2 қатынасы сəйкес келеді. Газдар қоспасының жалпы зат мөлшері 2 моль болғандықтан: ν(СН4) = 2/3 моль, ν(О2) = 4/3 моль. Егер оттек жеткіліксіз мөлшерде болса: ν(СН4)  2/3 моль, ν(О2)  4/3 моль. Егер оттек артық мөлшерде болса: ν(СН4)  2/3 моль, ν(О2)  4/3 моль.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

49

Қоспадағы метанның мөлшері х моль болса, онда оттектің мөлшері (2х) моль болады. Егер реагенттер стехиометриялық қатынаста болса, онда жану өнімдерін қалыпты жағдайға келтіргеннен кейін газ фазасында тек мөлшері х моль көмір қышқыл газы қалады. Ондағы көміртектің массалық үлесі: (С) = 12х ·100/44х = 27,27, бірақ бұл есептің шартына сəйкес келмейді. Оттек жеткіліксіз болған жағдайда қоспа жанып, өнімдер қалыпты жағдайға келтірілген кейін (2-х)/2 моль СО2 жəне (х – ((2-х)/2) = (3х-2х/2) моль СН4 болады. Онда: (С) = 12((2-х)/2)+(3х-2)/2)) / 44((2-х)/2) + 16(3х-2)/2)) = 6х / (14+х) = 0,5455 немесе 54,55%. х = 164  2/3. Демек, қоспадағы метанның мөлшері 1,4 моль, оттектікі 0,6 моль. Мұндай қоспаның массасы 41,6 г. Оттек артық болған жағдайда қоспа жанып, өнімдер қалыпты жағдайға келтірілген кейін х моль СО2 жəне (2 – х-2х = 2-3х) оттек болады. Бұл метанның жану реакциясының теңдеуіне сəйкес. (С) = 12х/ 44х+32(2-3х) =12х / (44х + 64 – 96х) =0,5455 немесе 54,55%. Бұдан: х = 0,86, бірақ оттек артық мөлшерде болған жағдайда ν(СН4)  2/3 моль. Бірақ 0,86  2/3 болғандықтан, бұл шешім есептің шартын қанағаттандырмайды. Сонымен, есептің шартын тек екінші жағдай қанағаттандырады. Яғни, қоспаның массасы 41,6 г. №11-5-2008 ауд. Жұмбақталған қосылыстар. 9 балл. А қосылысы жарықта хлордың артық мөлшерімен əрекеттескенде Б қосылысы түзілген. Б қосылысы өз кезегінде В қосылысын активтелген көмірмен қосып қыздырғанда түзілген. В қосылысы ауадан сəл жеңіл жəне оны күміс оксидінің аммиактағы комплексінің ерітіндісі арқылы өткізгенде кептіргенде жарылғыш қаупі бар тұнба түседі. А, Б, В қосылыстарын атап, əңгіме болған барлық реакция теңдеулерін жазыңыздар. Тек анорганикалық реактивтерді пайдаланып, В қосылысын көмірден екі сатыда алудың əдісін ұсыныңыздар. Шешуі: Есепті В қосылысын анықтағаннан бастаған жөн. 17  М(В)  29, яғни, құрамында бір немесе екі көміртек атомы бар. Күміс оксидінің аммиактағы ерітіндісімен альдегидтер жəне терминальдық алкиндер (үштік байланыс тізбектің соңында орналасқан алкиндер) əрекеттеседі. Альдегидтердің əсеріне күміс тұнбаға түседі, ол құрған күйінде де, дымқыл күйінде де қопарылыс бермейді. Мұндай жағдайда ацетиленнің гомологтары R-CCAg (ацетилен болған жағдайда AgCCAg) ацетиленидтерінің тұнбасын береді. Олар құрғаған кезде кез келген соққының əсерінен қопарылыс беруі мүмкін.

50

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Демек, В қосылысы құрамында екі көміртек атомы бар алкин –ацетилен: М (С2Н2) = 26 г/моль. Активтелген көмір қатысында қыздырғанда ацетилен тримерленіп бензол түзеді (Б қосылысы): 3 С2Н2 = С6Н6. Жарық қатысында жүретін ерекше жағдайда бензол хлормен əркеттесіп, 1,2,3,4,5,6 – гексахлорциклогексан (гексахлоран) деп аталатын А қосылысын түзеді. Ондағы хлордың массалық үлесі 73,2%. Ацетиленді (В қосылысы) анорганикалық қосылыстардан екі сатыда алуға болады: 3С + СаО = СаС2 + СО СаС2 + Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2 Тəжірибелік тур тапсырмалары (Орындауға берілетін уақыт – 2 сағат) №8эксп-2008 (ауд). Бес нөмірленген сынауыққа бария хлориді, натрий хлориді, алюминий нитраты, калий карбонаты жəне күкірт қышқылы ерітінділері құйылған. Оптималь жоспар құрып жəне басқа заттарды пайдаланбай қай сынауыққа қай заттың ерітінідісі құйылғанын анықтаңыздар. Сəйкес реакция теңдеулерін молекулалық жəне иондық түрде жазыңыздар. №9 эксп-2008 (ауд). Алты нөмірленген сынауыққа азот қышқылы, күкірт қышқылы, алюминий хлориді, калий карбонаты, барий нитраты жəне алюминий сульфатыерітінділері құйылған. Оптималь жоспар құрып жəне басқа заттарды пайдаланбай қай сынауыққа қай заттың ерітінідісі құйылғанын анықтаңыздар. Сəйкес реакция теңдеулерін молекулалық жəне иондық түрде жазыңыздар. №10 эксп-2008 (ауд). Жеті нөмірленген сынауыққа барий хлориді, натрий сульфаты, барий гидроксиді, натрий карбонаты, магний нитраты жəне күкірт қышқылыерітінділері құйылған. Оптималь жоспар құрып жəне басқа заттарды пайдаланбай қай сынауыққа қай заттың ерітінідісі құйылғанын анықтаңыздар. Сəйкес реакция теңдеулерін молекулалық жəне иондық түрде жазыңыздар. №11 эксп-2008 (ауд). Сегіз нөмірленген сынауыққа 0,1 М HCl, NaOH, Na2SO4, Na2CO3, NH4Cl, Pb(NO3)2, BaCl2, AgNO3ерітінділері құйылған.Тек осы ерітінділер мен индикатор қағазын ғана пайдаланып, қай сынауыққа қай заттың ерітіндісі құйылғанын анықтаңыздар. Анализ жасау жоспарын жасап, тиісті реакция теңдеулерін жазыңыздар.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

51

2009 жылғы аудандық химиялық олимпиада есептері Орындауға берілетін уақыт – 180 минут. №8-1-2009 ауд. 5 балл. Иіс газы (СО) мен көмір қышқыл газының (СО2) қоспасындағы оттек атомдарының саны көміртек атомдарының санынан 1,75 есе көп. Осындай қоспаның 1 л (қ.ж.) көлемінің массасын есептеңіздер. Қоспаға келесі газдарды қосқанда оның тығыздығы қалай өзгереді: а) аргонды; б) криптонды. Жауаптарыңызды дəлелдеңіздер. Шешуі: n (CO + CO2 ) = V / Vm = 1л / 22.4 л / моль = 0,0446 моль. Егер n(CO) = x моль, n (CO2) = y моль. Онда берілгені бойынша: (x + 2y ) / ( x+ y ) = 1.75. Бұдан: 3x = y. 1 моль қоспа үшін: n (CO) = 0.25 моль, n(CO2) = 0.75 моль. Бұл қоспаның орта молярлық массасы: Mорташа(CO + CO2 ) = (m1 + m2) / (n1 + n2) = (28 г / моль·0,25 моль + 44 г / моль·0,75 моль) / 1 моль = 40 г/ моль. 1 лқоспаның массасы: m(CO + CO2 ) = M ·n = 40 · 1/22,4 = 1,79 г. M(Ar ) = M(CO + CO2 ) = 40 г / моль, Сондықтан қоспаға аргонды қосқанда, оның бастапқы тығыздығы өзгермейді. M(Kr) = 84 г/ моль, яғни криптонның молярлық массасы қоспаның орта молярлық массасынан ауыр. Сондықтан қоспаға криптонды қосқанда, қоспаның бастапқы тығыздығы өседі. №8-2-2009 ауд.6 балл. Метан (СН4), аммиак (NH3) жəне сутек (H2) газдарының қоспасы берілген. Қоспадағы метанның молярлық үлесі 0,2, ал массалық үлесі – 50,79%. Қоспадағы газдардың молярлық үлестерін есептеңіздер.

52

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Шешуі: Егерn (қоспа ) = 1моль. Онда: n (CH4) = χ ·n (қоспа) = 0,2 · 1моль = 0,2моль. Қоспадағы метанның масасы: m(CH4) = n ·M = 0,2моль ·16г / моль = 3,2 г. Метанның массасын жəне массалық үлесін біле отырып, 1 моль қоспаның массасын табамыз: m(қоспа) = m (CH4) · 100% / w(CH4) = 3,2 г · 100% /50,79% = 6,3 г. Бұдан, қоспадағы аммиак пен сутектің массасы: m (NH3 + H2) = m(қоспа) – m(CH4) = 6,3 г – 3,2 г = 3,1 г. Қопадағы аммиак пен сутектің мөлшері: n(NH3 + H2) = n(қоспа) – n(CH4) = 1 моль – 0,2моль = 0,8моль. Егер n(NH3 ) = x моль, n(H2) = 0,8 моль – x моль. Онда: m (NH3) = n ·M = 17x, m(H2) = n ·M = 2 · ( 0,8 – x ) = 1,6 – 2x. Осылайша, 17x + 1,6 – 2x = 3,1, бұдан: x = 0,1 моль. n (NH3 ) = 0,1моль n(H2) = 0,8моль – 0,1моль = 0,7моль χ(NH3) = n(NH3)·100%/ n(қоспа) = 0,1моль·100% / 1моль = 10%. χ(H2) = n(H2)·100% / n(қоспа) = 0,7 моль · 100% / 1моль = 70%. Жауабы:χ(NH3) = 10%, χ(H2) = 70%. №8-3-2009 ауд. 7 балл. Натрий гидроксиді (NaOH) мен күкірт қышқылының (H2SO4) сулы ерітінділері араластыру арқылы құрамында 9,017% сутек жəне 79,733% оттек бар 100 г ерітінді алынған. Түзілген ерітіндідегі заттардың пайыздық концентрацияларын анықтаңыздар. Шешуі: _ 2m (H2SO4) /98 + m (NaOH) / 40 + 2m (H2O) / 18 = 9,017 64m (H2SO4) / 98 + 16m(NaOH) / 40 + 16m(H2O) / 18 = 79,733

×8

_ 48m (H2SO4) / 98 + 8m(NaOH) / 40 = 7,957 32m( H2SO4) / 98 + 23m( NaOH ) / 40 = 100–88,75= 11,25

×2 ×3

53m (NaOH ) / 40 = 18,556, бұдан: m(NaOH ) = 14 г. m(H2SO4) = (11,25 – (23 · 14 / 40) ·98 /32 = 9,8 г. n (NaOH) = m / M = 14г / 40г/моль = 0,35 моль. n (H2SO4) = m / M = 9,8г / 98г/моль = 0,1 моль. n (Na2SO4) = n (H2SO4) = 0,1 моль. m (Na2SO4) = n ·M = 0,1 моль · 142 г/моль = 14,2 г. w (Na2SO4) = m(Na2SO4)/m(қоспа)·100%= 14,2/100 ·100% = 14,2%.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

53

n (NaOH) = 0,35 моль – 0,2 моль = 0,15моль. m (NaOH) = n ·M = 0,15 моль · 40г/моль = 6 г. w (NaOH ) = m(NaOH) / m(қоспа) · 100% = 6 г ·100%/100 г = 6%. №8-4-2009 ауд. 8 балл. Бутан (С4Н10) мен көмір қышқыл газынан (СО2) тұратын қоспада көміртектің үш атомына оттектің бір атомы сəйкес келеді. Газдар қоспасының азот бойынша тығыздығын есептеңіздер. Шешуі: Есептің берілгені бойынша: n(O) = 1 моль, n(C) = 3 моль. Əрбір СО2 молекуласы құрамында 2 атом оттек болғандықтан: n(CO2) = n(O) / 2 = 1 моль / 2 = 0,5 моль. Көмір қышқыл газы мен бутандағы көміртек атомдарының зат мөлшері: n1(C ) = n(CO2) = 0,5 моль, n2(C) = 3 моль – 0,5 моль = 2,5 моль. Бутанның əр молекуласында төрт атом көміртек болғандықтан: n (C4H10) = n(C) / 4 = 2.5 моль/4 = 0,625 моль. Бутан мен көмір қышқыл газының орта молярлық массасы: Mср = (m(C4H10) + m(CO2))/n(C4H10) + n(CO2)) = (0,625 · 58 + 0,5 ·44 ) / (0,625 + 0,5) = 51,78 г/моль. Бұл қоспаның азот бойынша тығыздығы: DN2 (қоспа) = 51,78 г/моль / 28 г/моль = 1,85. №8-5-2009 ауд. 9 балл. Магний мен литийдің қоспасы толық тотыққанда қатты фазаның массасы 2 есе өскен. Бастапқы қоспадағы əр металдың массалық үлесі қандай? Шешуі: Реакция теңдеулері: 4Li + O2 = 2Li2O жəне 2Mg + O2 = 2MgO Егер бастапқы қоспаның массасын m(Li + Mg) = 100 г деп алсақ, онда есептің шарты бойынша қоспаның толық тотыққанннан кейінгі массасы: m (Li2O + MgO) = 200 г болады. Егер бастапқы зат мөлшерлерінn(Li ) = 2x моль, n (Mg) = y моль деп белгілесек, онда n(Li2O ) = x моль, n(MgO) = y моль болады. Бұдан теңдеулер жүйесін құрамыз: 14x + 24y = 100 ×30 30x + 40y = 200 ×14 _420x + 720y = 3000 420x + 560y = 2800

54

 Аудандық химиялық олимпиада есептері

160y = 200, y = 1,25 моль, т.е. n(Mg) = 1,25 моль. m(Mg) = n(Mg) ·M(Mg) = 1,25 моль · 24 г/моль = 30 г. m(Li ) = m (қоспа) – m ( Mg) = 100 г – 30 г = 70 г. w(Mg ) = m(Mg) /m(қоспа) ×100% = 30×100% / 100 = 30%. w(Li ) = m(Li) / m(қоспа) × 100% = 70×100% / 100 = 70%. №9-1-2009ауд. 5 балл. Үш газдан тұратын қоспадағы азот (IV) оксидінің молярлық үлесі 45%, көміртек (IV) оксидінікі -35%. Осы қоспадағы азот (IV) оксидінің массалық үлесі 49,6%. Үшінші газдың молярлық массасын анықтаңыздар. Шешуі: Мөлшері 1 моль қоспаны қарастырып, ондағы көміртек (IV) оксиді мен азот (IV) оксидінің зат мөлшерін есептейік : n (CO2) = χ · n (қоспа) / 100% = 35% · 1моль / 100% = 0,35моль. n (NO2) = χ · n (қоспа) / 100% = 45% · 1моль / 100% = 0,45моль. Олардың жəне қоспаның массалары: m (CO2) = n · M = 0,35моль · 44г/моль = 15,4 г. m (NO2) = n · M = 0,45моль · 46г/моль = 20,7 г. m(қоспа) = m (NO2) · 100% / w(NO2) = 20,7г · 100% / 49,6%= 41,73 г. Бұдан қоспадағы белгісіз газдың массасы: m (X) = m(қоспа) – ( m(CO2) + m(NO2)) = =41,73 г – (15,4 г + 20,7 г) = 5,63 г. χ(X) = 100% – 35% – 45% = 20% n (X) = χ · n(X) /100% = 20% · 1моль / 100% = 0,2 моль. M (X) = m / n = 5,63г / 0,2 моль = 28,15 г/моль. Жауабы: М(Х) = 28,15 г/моль. №9-2-2009ауд. 6 балл. Гелий бойынша салыстырмалы тығыздығы 3 болатын азот пен сутектің 1 моль қоспасына катализатор қосып жабық ыдыста қыздырғанда ыдыстың ішіндегі қысым 20% азайған. Реакцияның шығымын есептеңіздер. Шешуі: Реакция теңдеуі: 3H2 + N2= 2NH3 M(қоспа) = D · M(He) = 3· 4 г/ моль = 12 г/моль. 1 моль қоспаны қарастырыйық: n(қоспа) = 1 моль. m(қоспа) = n · M = 1 моль·12 г/моль = 12 г. Егер n(H2) = x моль, онда: n(N2) =(1-x) моль. Онда: 2x + 28·(1-x) = 12, бұдан: x = 0,615 моль, яғни n(H2) = 0,615 моль, n(N2) = 1 моль – 0,615 моль = 0,385 моль.

 55

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Сутек пен азоттың зат мөлшерлерінің қатынасы: n (H2) : n (N2) = 0,615: 0,385 = 8:5. Реакция теңдеуі бойынша олар 3:1 қатынасында əрекеттеседі. Бұдан сутек жеткіліксіз екенін көреміз, яғни реакция шығымын сутек арқылы есептейміз. Клапейрона-Менделеев теңдеуі бойынша PV = nRT бұдан: P1:P2 = n1:n2 = 0,8. Бастапқысы (моль): Реакцияға түскені (моль): Реакциядан кейінгісі (моль):

3H2 х 3у х-3у

+

N2 (1-х) у (1-х –у)

=

2NH3 2у 2у

Есептің берілгені бойынша: (х-3у)+ (1–х-у) + 2у = 0,8, бұдан: y =0,1 моль. Егер шығым 100% болса, реакция теңдеуі бойынша 0,615 моль сутектен біз 0,41 моль аммиак алар едік, ал практика біз тек 0,2 моль аммиак алдық. Сондықтан реакцияның шығымы: η = n(прак)/n(теор) · 100% = 0,2моль /0,410моль · 100% = 48,75% Жауабы:η = 48,75% №9-3-2009 ауд. 7 балл. Келесі химиялық өзгерістерді жүзеге асырыыңыздар: FeS→SO2→NaHSO3→Na2SO4→NaNO3→О2→SO2→Ca(HSO3)2. Реакция теңдеулерін жазыңыздар. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының коэффициенттерін электрондық баланс əдісімен таңдап алыңыздар. Шешуі. 1. 4Fe+2 S + 7O20 = 2Fe2+3 O3-2 + 4S+4O2 |4 Fe+2 – e- = Fe+3 |4 S-2 – 6e- = S+4 |7 O20 + 4e- = 2O-2 4Fe+2 + 4S-2 + 7O20 = 4Fe+3+ 4S+4+ 14O-2. 2. SO2 + NaOH = NaHSO3 SO2 + OH- = HSO33. 2NaHSO3 + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O+ 2SO2 H+ + HSO3- = H2O + SO2 4. Na2SO4 + Ba(NO3)2 = 2NaNO3 + BaSO4↓ Ba2+ + SO42- = BaSO4↓

56

Аудандық химиялық олимпиада есептері

5. a) 2NaN+5O3-2 = 2NaN+3O2↑ + O20↑, 2O-2 – 4e = O20 N+5 + 2e = N+3 b) S0 + O20 = S+4O2-2, S0 – 4e = S+4 O20+ 4e = 2O-2 6. Ca(OH) 2 + 2SO2 = Ca(HSO3) 2 , OH- +SO2 = HSO3№9-4-2009ауд. 8 балл. 200С кезінде қаныққан магний хлоридінің ерітіндісін қыздырып, оған қосымша 3,5 г тұз ерітілген. Ерітіндіні бастапқы температураға дейін суытқанда 16,88 г MgCl2·6Н2О кристаллогидраты тұнбаға түскен. Бастапқы қаныққан ерітіндідегі сусыз тұздың массалық үлесін анықтаңыздар. Шешуі: Бастапқы қоспаның массасы m1 болсын, ал ондағы еріген заттың массалық үлесі w1. Кристаллогидраттағы тұздың массалық үлесі: w3(MgCl2) = 95 г /203 г = 0,468. Материалдық баланс теңдеуін құрсақ: m1w1 +3,5 = (m1+3,5 – 16,88)w1 + 16,88·0,468. Бұдан: w1 = 4,4/13,38 = 0,329. №9-5-2009ауд. 9 балл. А заты құрамында 17,65% сутек бар бинарлық қосылыс. Газ тəрізді күйінде А заты құрамында 2,74% сутек бар Б газымен əрекеттесіп, В тұзын түзеді. Сұйық күйінде А заты натрийді ерітеді жəне онымен Г тұзын түзе баяу əрекеттеседі. А-Г заттарын анықтаңыздар. А затын В затынан жəне Г затынан қалай алуға болады? В жəне Г заттары өзара əрекеттесе ме? А затының оттекпен реакциясы нəтижесінде қандай өнімдер алуға болады? А затын өнеркəсіпте қалай алатынын жəне оны қайда қолданатынын сіздер білесіздер ме? Химиялық реакция теңдеулерін жазып, оларды жүзеге асыру шарттарын көрсетіңіздер. Шешуі: w(H) = n / (M + n) = 0,1765, бұдан: M / n = 4,667. Егер n = 3 , онда A – NH3 , Б – HCl , B – NH4Cl, Г- NaNH2. NH3 + HCl = NH4Cl NH3 + 2Na = 2NaNH2 + H2 NaNH2 + H2O = NaOH + NH3 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

 57

Аудандық химиялық олимпиада есептері

NH4Cl + NaOH = NH3 + NaCl + H2O NH4Cl + NaNH2 = 2NH3 + NaCl 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (катализатор) Жауабы: А-аммиак, Б-хлорсутек, В- аммоний хлориді, Г- натрий амиді. №10-1-2009ауд. 5 балл. H2 + I2 ↔ 2HI реакциясының тепе-теңдігі орнаған сəтте, оған қатысатын заттардың концентрациялары [H2] = 0,4 моль/л, [I2] = 0,5 моль/л, [HI] = 0,9 моль/л болды.Иод пен сутектің бастапқы концентрацияларын жəне тепе-теңдік константасын анықтаңыздар. Шешуі: Бастапқы (моль): Реакцияға түскен (моль): Тепе – теңдік кезінде (моль):

H2 0,85 0,45 0,4

+

I2 0,95 0,45 0,4

=

2HI 0,9 0,9

Тепе-теңдік кезінде түзілген HI мөлшері арқылы реакция теңдеуі бойынша реакцияға түскен реагенттер мөлшерін анықтаймыз: 2 моль HI – 1моль H2 0,9моль HI – x моль H2 Бұдан: х = 0,45 моль. K = [HI]2 / [H2] · [I2] = 0,9 / 0,4·0,5 = 4,05. №10-2-2009 ауд.6 балл. Бутан, бутадиен жəне бутиннен тұратын қоспаны жағуға қажетті оттектің көлемі тура сондай жағдайда өлшенген қоспаның көлемінен 6 есе артық. Қоспада көміртектің бір атомына сутектің қанша атомы келеді? Шешуі: Реакция теңдеулері: 2C4H10 + 13O2 = 8CO2 + 10H2O 2C4H6 + 11O2 = 8CO2 + 6H2O Реакция теңдеуі бойынша: n(C4H10) = 6,5n(O2), n(C4H6) = 5,5n(O2). Есептің шарты бойынша: 6 · (n1 + n2 ) = 6,5 n1 + 5,5n2 6n1 +6n2 = 6,5n1 + 5,5n2, бұдан: 0,5n1 = 0,5n2немесе n1 = n2. N1 =N2 , сонда 1 атом көміртекке (С)(10 + 6 ) / (4 + 4 ) = 2 атом Н сəйкес келеді.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

58

№10-3-2009 ауд. 7 балл. Құрамы С8Н10 жалпы формуласымен өрнектелетін бензолдың қандай гомологын жəне оның изомерлерін білесіздер. Олардың құрылым формулаларын келтіріңіздер жəне атауларын жазыңыздар. Олардың калий перманганатымен қышқыл ортада тотығу реакциясы теңдеулерін жазыңыздар. Стехиометриялық коэффициенттерді электрондық баланс жəне жартылай реакциялар əдістерімен таңдаңыздар. Шешуі: CH3CH3 | - CH3

|

| - CH3

CH2 –CH3

-CH3 CH3 – орто – ксилол мета – ксилол пара – ксилол этилбензол

5С-10/86H4(CH3)2 + 12KMn+7O4 + 18H2SO4 = 5C+2/86H4(CO2H)2 + 6K2SO4+ +12Mn+2SO4 + 28H2O 8C-10/8 – 12e- = 8C+2/8 Mn+7 +5e- = Mn+2

|5 | 12

40C-10/7 + 12Mn+7 = 40C-2/7 + 12Mn+2 С6H4(CH3)2 +KMnO4+H2SO4 = C6H4(CO2H)2+K2SO4+MnSO4+H2O С6H4(CH3)2 + 4H2O – 12e- = C-6H4(CO2H)2 + 12H+ |5 MnO4 – + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O | 12 5С6H4(CH3)2 + 20H2O + 12MnO4 – + 96H+ = 5C6H4(CO2H)2 + 60H++ +12Mn2+ + 48H2O 5С6H4(CH3)2 + 12KMnO4 + 18H2SO4 = 5C6H4(CO2H)2 + 6K2SO4+ +12MnSO4 + 28H2O №10-4-2009 ауд. 8 балл. Жалпы массасы 60 г алюминий мен кальцийдің карбидтерінің үлгісін судың артық мөлшерімен өңдеген. Түзілген көмірсутектерінің қоспасын бромдау үшін 64 г бром (бром суы түрінде), толық жағу үшін 51,52 л (қ.ж.) оттек қажет болған. Үлгідегі алюминий мен кальций карбидтерінің мөлшерін анықтаңыздар. Үлгіде қандай бөтен қоспалар болуы мүмкін?

Аудандық химиялық олимпиада есептері

 59

Шешуі: Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4↑ CaC2+ 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2↑ CH4+ Br2= C2H2 + 2Br2 = CHBr2 – CHBr2 CH4 + 2O2 =CO2 + 2H2O 2C2H2 + 5O2 = 4CO2 +2H2O n(Br2) = m/M = 64 г/ 160 г/моль = 0,4 моль. 2n(C2H2) = n(Br2) n(C2H2) = 0,2моль 2.5n(C2H2) = n2(O2) n(O2) = V / 22.4 л/моль = 51,52 л / 22,4 л/ моль = 2,3 моль. n1(O2) = 2,3 моль – 0,5 моль = 1,8 моль. 2n(CH4 ) = n1(O2) n (Al4C3 ) = 0,3 моль, n(CaC2) = 0,2 моль. m(Al4C3 ) = n ·M = 0,3 моль · 144 г/моль = 43,2 г. m(СаС2 ) = n ·M = 0,2 моль · 64 г/моль = 13,2 г. m(бөтен заттар) = 60 г – 46,4 г = 3,6 г. ω(Al4C3 ) = m(е. з.) ·100% / m (ер- ді) = 43,2 г ·100 %/ 60 г = 72%. ω(CaC2) = m(е. з.) ·100% / m (ер-ді) = 13,2 г ·100% / 60 г = 22%. ω(CaC2) = m(е. з.) ·100% / m (ер-ді) = 3,6 г ·100% / 60 г = 6%. Бөтен заттар ауадан көмір қышқыл газының жұтылуынан пайда болған кальций карбонаты болуы мүмкін.Бұдан басқа, онда бастапқы карбидтердің синтезі кезінде реакцияға түспеген көміртек жəне металл оксидтері болуы мүмкін. №10-5-2009 ауд.9 балл. Құрамында 85,675 г калий хлориді бар 1200 мл сулы ерітіндіні платинадан жасалған электродтары мен диафрагмасы бар электролизерге құйып, ерітінді арқылы 4 сағат 75 секунд бойы күші 1 А электр тоғын өткізген. Электролиз өнімдерін электролизерден үздіксіз шығарып алып отырған. а. Бастапқы жəне электролиз аяқталғаннан кейінгі ерітіндідегі калий хлоридінің концентрациясы қандай? б. Электродтарда қандай өнімдер жəне қандай мөлшерде (массасы мен көлемі) түзілген? в. Электролиз аяқталғаннан кейінгі ерітіндіні буландыру арқылы қандай заттарды қандай мөлшерде алуға болады? Шешуі: n (KCl) = m/M = 85,675г / 74,5 г/моль= 1,15 моль. 1000 мл – x моль 1200 мл – 1,15 моль

60

Аудандық химиялық олимпиада есептері

x = 1000·1,15 / 1200 = 0,96 моль. q = I · t = 1A · (14400c + 75c) = 14475 Кл. 96500 Кл – 1моль 14475 Кл – x моль x = 14475 Кл / 96500 Кл/моль = 0,15 моль электрон. K(-): 2H2O+ 2e- = H2 + 2OHA(+): 2Cl- – 2e- = Cl2 Реакция теңдеуі: 0,15 моль по 0,075 моль 0,15 моль 2KCl+2H2O = H2↑ + Cl2↑ + 2KOH V(H2) = 22,4 л/ моль· 0,075 моль = 1,68 л. V(Cl2) = 22,4 л/моль · 0,075 моль = 1,68 л. n(KCl) = 1,15моль – 0,15моль = 1 моль C(KCl) = n/V = 1 моль/1,2 л = 0,883 моль/л. m(KCl) = n ·M = 1 моль · 74,5 г/моль = 74,5 г. mKOH) = n ·M = 0,15 моль · 56 г/моль = 8,4 г.  жəне 8,4 г КОН Суды буландырғаннан кейін ерітіндіде 74,5 г KCl қоспасы болады. №11-1-2009 ауд. 5 балл. Төмендегі сызбанұсқада А затынан Д затына əкелетін химиялық өзгерістер тізбегі келтірілген. Д затының ауа бойынша тығыздығы 9,93 жəне оның құрамындағы көміртектің массалық үлесі 50%. 2[Ag(NH3)2OH] C активтел. 6СH3Cl KMnO4, H2SO4 P2O5 Б В Г Д Ag2C2 A А- Д заттарының құрылым формулаларын келтіріп, аттарын атаңыздар, химиялық реакция теңдеулерін жазыңыздар. Шешуі: Күміс нитратының судағы ерітіндісінің реакциясынан: A – ацетилен (C2H2) екендігін байқауға болады. Ауамен салыстырғандағы тығыздығы арқылы Д затының молярлық массасын анықтаймыз: M(Д) = D·M (ауа) = 9,93 ·29 г / моль = 288 г/моль. Оның құрамында 50% көміртек бар екендігін ескере отырып, көміртектің 1 моль Д затындағы массасын табамыз : m(C) = (w ·m (Д)) / 100 = 0,5·288г = 144 г. Осылайша, n(C) = 144 г/ 12 г/моль = 12 моль. n (O) = 144 г / 16 г/моль =9 моль. Бұдан: Д – C12O9, Г – С12Н6О12,

Аудандық химиялық олимпиада есептері

61

Сызбанұсқаға сəйкес реакция теңдеулері: C2H2 + 2[Ag(NH3)2]Cl = C2Ag2 + 2NH4Cl + 2NH3 (сулы) 3C2H2 = C6H6 (4000С, катализатор – активті көмір) C6H6 + 6 CH3Cl = C6(CH3)6 + 6 HCl ( AlCl3қатысында) 5C6(CH3)6+36KМnO4+54H2SO4= 5C6(COOH)6+36MnSO4+18K2SO4+84H2O C6(COOH)6 + 3P2O5 = C12O9 + 6HPO3 А-Д заттарының атаулары:А- ацетилен, Б-бензол, В-гексаметилбензол, Г-бензолгексакарбон (меллитті) қышқыл, Д-бензолгексакарбон қышқылының ангидриді (меллиттіангидрид). №11-2-2009 ауд. 6 балл. Жалпы массасы 188,3 г натрий мен калий хлоридтерінің қоспасын суға ерітіп, алынған ерітінді арқылы электр тоғын өткізген. Электролиз кезінде катодта 33,6 л сутек бөлінген. Бастапқы қоспадағы заттардың массалық үлестерін табыңыздар. Шешуі: Катодта: 2H2O + 2e- = H2 + 2OHАнодта: 2Cl- – 2e- = Cl2 Қысқаша иондық теңдеу: 2Cl- + 2H2O = H2 + 2OH- + Cl2 Толық иондық теңдеу: 2K+ + 2Cl- + 2H2O = H2 + 2K+ + 2OH- + Cl2 2Na+ + 2Cl- + 2H2O = H2 + 2Na+ + 2OH- + Cl2 Молекулалық теңдеу: х моль 0,5х моль 2KCl + 2H2O = H2 + Cl2 +2KOH 74,5 г/моль у моль 0,5 у моль 2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 2NaOH 58,5 г/моль Электродтарда бөлінген толық сутек көлемі: V(H2) = V(H2)/Vm = 33,6 л/22,4 л/моль = 1,5 моль Есептің шарты бойынша: 0,5x + 0,5y = 1,5 m(KCl) = ν(KCl) ·M(KCl) = x моль·74,5 г/моль = 74,5х г. m(KCl) = ν(KCl) · M(KCl) = y моль·74,5 г/моль = 58,5 y г. Теңдеулер жүйесін құрамыз: 74,5x + 58,5y = 188,3 0,5(x+y) = 1,5

62

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Бұдан: у = 2,2 моль, х = 0,8 моль. Бастапқы қоспадағы хлоридтердің массасын табамыз: m(NaCl) = ν · M = 0,8моль · 74,5г/моль = 59,6г. m(KCl) = ν · M = 2,2 моль · 74,5 г/моль = 128,7г. Олардың массалық үлестері: w (KCl) = (m(KCl) / m(қоспа)) · 100% = 59,6 г ·100% / 188,3 г = 31.65%. w(NaCl) = 100% – w(KCl) = 68,35%. №11-3-2009 ауд. 7 балл. Егер реакция нəтижесінде тек келесі өнімдер түзілген болса, онда қандай екі реагент реакцияға түскені. (реакцияның барлық өнімдері стехиометриялық коэффициенттерсіз келтірілген): b) …→ Ca(OH)2 + NH3; a) …→ NaNO3 + NaNO2 + CO2; d) …→ Ag2O + NaNO3 +H2O; c) …→ NO + HNO3; g) …→ NaCl + N2H4 + H2O; e) …→ NaCl + N2 + H2O; h) …→ NaN3 + H2O; Реакция теңдеулерін жазып, олардың жүру жағдайларын көрсетіңіздер. Шешуі: а) 2NO2 + Na2CO3 = NaNO3 + NaNO2 + CO2; b) Ca3N2 + 6H2O= 3Ca(OH)2 + 2NH3; c) 3NO2 + H2O = NO + 2HNO3; (tƒC) d) 2NaOH + 2AgNO3 = Ag2O + 2NaNO3 +H2O; e) NH4Cl + NaNO2= NaCl + N2 + H2O; (tƒC) f) 2NH3 + NaOCl = NaCl + N2H4 + H2O; g) NaNH2 + N2O = NaN3 + H2O; №11-4-2009 ауд. 8 балл. Сутектік көрсеткіші рН = 11 болатын ерітінді алу үшін натрий гидроксидінің концентрациялары 0,01 моль/л и 0,0001 моль/л ерітінділерін қандай көлемдік қатынаста араластыру керек? (Бастапқы жəне соңғы ерітінділердің тығыздықтары бірдей деп есептеңіздер) Шешуі: Ерітіндіде NaOH толық диссоциаланады: NaOH = Na+ + OH-. Сондықтан: [ NaOH]1 = [OH-]1 = 0,01 моль/л; [ NaOH]1 = [OH-]1 = =0,0001 моль/л; Араласқаннан кейін: рОН = 14 – рН = 11. Бұл натрий гидроксидінің жəне гидроксид иондарының концентрациялары: [NaOH]3 = [OH-]3 = 0,001 моль/л екендігін көрсетеді; Егер бастапқы жəне соңғы ерітінділердің тығыздықтары тең деп есептесек, онда олардың

Аудандық химиялық олимпиада есептері

63

көлемдерінің қатынастары массаларының қатынастарына тең. Бұл үшін крест əдісін қолданамыз: 0,01

0,0009

0,001 0,0001

0,009

немесе 10-2

9*10-4

-3

10

10-4

9*10-3

V1: V2 = 9·10- 4: 9·10-3 = 1:10; 2) Бұл есепті басқа əдіспен де шығаруға болады : 0,01V1 + 0,0001V2 = 0,001(V1+V2) Жақшаларды ашсақ: (0,01 – 0,001)V1 = (0,001 – 0,0001)V2 0,009V1 =0,0009V2; Бұдан: V1/V2 = 0,0009/0,009 = 1/10. №11-5-2009 ауд. 9 балл. Бір атомды қаныққан спиртті (С4Н10О) концентрлі күкірт қышқылымен қосып қыздырғанда бір-біріне құрылымдық изомер болатын екі алкен 1:6 қатынасындай массалық қатынаста түзілген. 1. Белгісіз спирттің құрылымдық формуласын жазып, атын атаңыздар (ИЮПАК бойынша). 2. Белгісіз спирттің оптикалық изомерлері бар ма? 3. Алынған алкендердің геометриялық изомерлері бар ма? Егер бар болса, онда олардың құрылымдық формулаларын келтіріңіздер. Есептің шартында келтірілген реакция жағдайында қай алкен негізгі өнім ретінде түзіледі? Спирттің 92,5 мл (тығыздығы 0,8 г/мл) мөлшеріне түзілген осы алкеннің көлемін (қ.ж.) анықтаңыздар. Шешуі: Спирттердің мүмкін болатын изомерлерінің құрылымдық формулаларын салып (С4Н10О), олардың дегидратациясы нəтижесінде түзіле алатын алкендердің санын анықтаймыз: СН3-СН2-СН2-СН2-ОН Бутанол-1 СН3-СН2-СН-СН3 │

ОН

СН3-СН2-СН ═ СН2 СН3-СН2 ═ СН – СН2 + СН3-СН2-СН ═ СН2

64

Аудандық химиялық олимпиада есептері Бутанол-2 СН3 │ СН3-СН-СН2-ОН 2-метилпропанол-1 СН3 │ СН3 – С – СН3 │ ОН 2-метилпропанол-2

СН3 │ СН3-СН ═ СН2

СН3 │ СН3-СН ═ СН2

Бұдан белгісіз спирт – бутанол-2 екендігін көреміз. Себебі тек бутанол-2 дегидратациясы кезінде екі алкен түзіледі. Бутанол-2 молекуласында асимметриялық көміртек атомы болғандықтан (төрт түрлі орынбасушылары бар көміртек атомы), оның екі оптикалық изомері бар. Бутен -1 көмірсутегінің геометриялық изомерлері жоқ, бутен-2 цис- и трансизомерлер түрінде кездеседі. Дегидратация реакциясына түскен спирттің массасы: H2SO4 C4H9OH = C4H8 + H2O m(C4H10O ) = V·p = 92,5 мл · 0,8 г/мл = 74 гнемесе n(C4H10O ) = m / M = 74 г/ 74 г / моль = 1 моль Түзілген алкендердің молшері – 1 моль, олардың массаларының қатынасы 1:6. Бұл алкендер изомерлі болғандықтан, олардың көлемдік жəне молярлық қатынастары да 1:6. Бутен -2 көлемі (Зайцевтің ережесі бойынша – бутанол-2 дегидратациясының негізгі өнімі): V(C4H8 ) = n ·Vm= 0,857 моль · 22,4 л / моль = 19,2 л. Жауабы: V(C4H8) = 19,2 л.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

65

2010 жылғы аудандық химиялық олимпиада есептері

№8-1-2010ауд.7 балл. Бутан (С4Н10) мен көмір қышқыл газынан (СО2) тұратын қоспада көміртектің үш атомына оттектің бір атомы сəйкес келеді. Газдар қоспасының азот (N2) бойынша салыстырмалы тығыздығын есептеңіздер. Шешуі: Mорт. 

ткм. 1  М1  ...   п  М п  1  ...   п км.

ν(О) = 1 моль; ν(С) = 3 моль; ν(СО2) = ν(О) /2 = 1 моль/2 = 0,5 моль. ν1(С) = ν(СО2) = 0,5 моль;ν2(С) = 3 моль – 0,5 моль = 2,5 моль.  С  2,5моль   0,625моль 4 4 0,625моль  58г / моль 0,5моль  44г / моль Морт.    51,78г / моль 0,625  0,5моль 0,625  0,5моль 51,78г / моль  1,85 D Nкм.  28г / моль

С 4 Н 10  

2

Жауабы: D Nкм .  1,85 2

№8-2-2010 ауд. 7 балл. Оттек пен озон қоспасының сутек бойынша салыстырмалы тығыздығы 20. Қоспадағы оттектің массалық, көлемдік жəне молярлық үлестерін есептеңіздер. Шешуі: Қоспаның орташа молярлық массасы: М(қоспа) = 20 · 2 = 40 г/моль.

66

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Қоспада х моль О2жəнеу моль О3 болсын делік. Бұл жағдайда, орташа молярлық массаның аныктамасын пайдалана отырып, Морт = (32х + 48у)/(х+у) = 40 қатынасын жазуға болады. Бұдан х=у. Демек, қоспада оттек пен озонның мөлшерлері тең, яғни, оттектің молярлық үлесі 50%. Авогадро заңы бойынша газдың көлемі оның мөлшеріне тура пропорционал. Пропорционалдық коэффициент барлық газдар үшін бірдей жəне тек қана температура мен қысымға тəуелді. Сондықтан қоспадағы газдың колемдік үлесі əрқашан оның молярлық үлесіне тең болады. Оттектің массалық үлесі: m(О2) = 32х, m(О3) = 48у = 48х; m(қоспа) = 32х + 48х =80х; Бұдан: ω(О2) = 32х/80х · 100%=40%. Заттардың коспадағы молярлық, көлемдік жəне массалық үлестері жалпы қоспадағы үлесіне тəуелді емес. Сондықтан көп жағдайда есептеуге қоспаның кез келген ыңғайлы мөлшерін таңдап алуға болады, мысалы, 1 моль, немесе 100 л, немесе 100 г. Жауабы: φ(О2) = χ(О2) – 50%, ω(О2) – 40%. №8-3-2010 ауд. 7 балл. Барий сульфаты мен аммоний сульфатының қоспасындағы əр үшінші атом – оттек атомы. Осы қоспадағы барий сульфатының массалық үлесін есептеңіздер. Шешуі. Есептің шарты бойынша, қоспадағы оттектің молярлық үлесі 1/3. Қоспада n(BaSO4) = x, n((NH4)2SO4) = y болсын делік. Осы қоспадағы барлық атомдардың моль саны: nжалпы = 6х + 15у, ал оттек атомдарының моль саны: n(О) = 4х+ 4у. Есептің шарты бойынша,

1 4x  4 y = , Бұдан у = 2х. 6x  15y 3 Заттардың массалары: m(BaSO4) = 233x, m((NH4)2SO4) = 132y = 264x. Барий сульфатының массалық үлесі: ω(BaSO4) = 233x/(233x + 264x) = 0,469 немесе 46,9%. Жауабы. ω(BaSO4) = 46,9%.. №8-4-2010 ауд. 7 балл. Ауамен толтырылған колбаны тығынымен бірге таразыға тартқанда оның массасы 152,34 г болды. Сол колбаны көмір қышқыл газымен

Аудандық химиялық олимпиада есептері

67

толтырып өлшегенде, оның массасы 153,73 г, ал өткір иісі бар Х газымен толтырып өлшегенде, оның массасы 151,23 г болады. X затын табыңыздар. Шешуі: 1 əдіс. Колбаның тығынмен бірге массасы m г, ал берілген жағдайда колбаның ішіне сиятын кез келген газдың мөлшері ν моль болсын деп алып, теңдеулер жүйесін құрастырайық; m (колба) + М(ауа) · ν (ауа) = 152,34 (1) m (колба) + М(СО2) · ν (СО2) = 153,73 (2) m (колба) + М(Х) · ν (Х) = 151,23 (3) m (колба) + 29 · ν (ауа) = 152,34 (1) m (колба) + 44 · ν (СО2) = 153,73 (2) m (колба) + М(Х) · ν (Х) = 151,23 (3) (1) теңдеуден: m (колба) = 152,34 – 29 · ν (ауа). Оны (2) теңдеуге қойып, түрлендіргеннен кейін аламыз: 152,34 – 29 · ν (ауа) + 44 · ν (СО2) = 153,73 (44 – 29) ν = 153,73 – 152,34 ν = (153,73 – 152,34) / (44 – 29) ν = 1,39 / 15 = 0,093 моль Колбаның тығынмен бірге массасы: m (колба) + 29 · 0,093 = 152,34 (1) m (колба) = 152,34 г – 2,70 = 149,64 г Мұны (3) теңдеуге қойсақ: 149,64 + М(Х) · ν (Х) = 151,23 (3) 149,64 + М(Х) · 0,093 = 151,23 (3) М(Х) =1,59 / 0,093 = 17,1 г/моль. Бұл – аммиак. 2-əдіс (ықшамдау). Колбаның ішіндегі ауаны басқа газбен ауыстырған кезде колбаның массасының өзгеруі ауыстырылатын газдардың молярлық массаларының айырмасына пропорционал: (М(СО2)- М(ауа))(/(М(ауа) – М(Х)) = (153,73 – 152,34)/(152,34 -151,23) немесе (44 – 29) / (29 – М(Х) = (153,73–152,34)/(152,34 –151,23) 15 / ((29 – М(Х) = 1,39 / 1,11. Бұдан: М(Х) = 17 г/моль. Демек, жағымсыз иісі бар газ – аммиак. Жауабы: Х – аммиак

68

Аудандық химиялық олимпиада есептері

№8-5-2010 ауд. 7 балл. Көлемі 12,32 л сутек, күкіртсутек жəне көмір қышқыл газдарының қоспасы берілген. Осы қоспадағы көмір қышқыл газының қоспасы сутек пен күкіртсутек массаларының қосындысынан 4 г артық, ал күкіртсутектің массасы 34 есе артық. Газдар қоспасының орташа молярлық массасын анықтаңыздар. Шешуі. Қоспадағы сутектің массасын х деп алайық: m(H2) = x. Есеп шарты бойынша күкіртсутектің массасы сутектің массасынан 34 есе көп. Демек: M(H2S) = 34m(H2) = 34x. Сонымен қатар, көмір қышқыл газының массасы күкіртсутек пен сутегінің массаларының қосындысынан 4 г көп. Яғни: m(CO2) = m(H2S) + m(H2) + 4= 34x +x +4 = 35x + 4 (бұл жағдайда масса граммен өрнектелуі керек) Бізге газ массалары белгілі. Олардың көлемдерін пропорциялар құру арқылы таба аламыз. Егер 2 г сутектің көлемі 22,4 л болса,онда х г сутек көлемі у1 л болады. Бұдан: у1= 11,2х л. Егер 34 г күкіртсутектіңкөлемі 22,4 л болса,онда 34х г күкіртсутектің көлемі у2 л болады. Бұдан: у2 = 22,4х л. Егер 44 г көмір қышқыл газының көлем 22,4 л болса, онда (35х + 4) г көмір қышқыл газыныңкөлем у3 л болады. Бұдан: у3 = (17,82х + 2,04) л. Газдар қоспасының жалпы көлемі оның құрамына кіретін газдар көлемінің қосындысына тең: Vқоспа = у1 + у2 + у3 =11,2х + 22,4х + 17,82х + 2,04 = (51,42х +2,04) л. Есептің шарты бойынша газдар қоспасының жалпы көлемі 12,32 л. Бұдан: 51,42х +2,04 = 12,32; х = 0,2 г. т(Н2) = х = 0,2 г; т(Н2S) = 34х = 6,8 г ; т(СО2) =35х +4= 11 г. Қоспаның жалпы массасы: т(қоспа) = т(Н2) + т(Н2S) + т(СО2) = 0,2 + 6,8 + 11 =18 г. Пропорция арқылы қоспаның орташа молярлық массасын табамыз: Егер 18 г қоспа 12,32 л көлем алатын болса, Онда х г қоспа 22,4 л көлем алады. Бұдан: х = 32,7 г. Сонымен,1 моль қоспаның көлемі 22,4 л, массасы 32,7 г, немесе орташа молярлық массасы 32,7 г/моль.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

69

№9-1-2010 ауд. Келесі өзгерістерді іске асыратын реакция теңдеулерін жазыңыздар: Н2O → H2 → HCl → ZnCl2 → Zn(NO3)2 → ZnO ↓ Cu→ CuCl2→Cu(OH)2 → K2[Cu(OH)2] Шешуі: 1) 2H2O + 2Na = 2NaOH + H2↑ 2H2O = 2H2↑+ O2↑(электролиз) 2) H2 + Cl2 = 2HCl 3) Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑ 4) ZnCl2 + 2AgNO3 = Zn(NO3)2 + 2AgCl↓ 5) Zn(NO3)2 = 2ZnO + 4NO2↑+ O2↑ 6) ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O 7) CuO + H2 = Cu + H2O 8) Cu + Cl2 = CuCl2 9) CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaCl 10) Cu(OH)2 + 2KOH = K2Cu(OH)2 №9-2-2010ауд. 7 балл. Металдық мыс кристалдарының элементар ұяшығы ішінде 4 мыс атомдары орналасқан куб тəрізді болады. Рентген əдістерінің көмегімен элементар ұяшықтың қабырғасының ұзындығы 3,610 А (1А0 = 10–10 м) екені анықталған. Мыстың тығыздығы 8,920 г/см3, оның салыстырмалы атомдық массасы – 63,54. Осы мəліметтерге сүйене отырып, Авогадро санын есептеңіздер. Шешуі: Ұзындық пен тығыздықты бір өлшем бірлікке келтіру керек – см3. Элементар ұяшықтың көлемі: V = 3,6103·10-10 = 47,05·10-10 м3 = 4,705·10–23 см3. Элементар ұяшықтағы 4 атом мыстың массасы : m = V·ρ = 47,05·10–24 см3· 8,920 г/см3 = 4,197·10–22 г. Бір атомның массасы одан 4 есе кіші: m0 = 1,049·10–22 г. Мыстың молярлық массасы 63,54 г/моль екенін ескере отырып, Авагадро санын есептейміз: NA = М/m0 = 63,54 г/моль / 1,049·10-22 г = 6,057·10-23 1/моль. Жауабы: NА = 6,057·10-23 1/моль.

70

Аудандық химиялық олимпиада есептері

№9-3-2010 ауд. 7 балл. Массасы 13,2 г мырыш пластинкасы массасы 300 г 11,34%-дық темір (III) нитраты ерітіндісіне батырылған. Пластинканы ерітіндіде біраз уақыт ұстап, шығарып алып өлшегенде темір (III) нитратының массалық үлесі түзілген мырыш тұзының массалық үлесіне тең болған. Ерітіндіден шығарып алған кездегі пластинканың массасын анықтаңыздар. Шешуі: Реакция екі сатыда өтеді: Zn + 2Fe(NO3)3 = 2Fe(NO3)2 + Zn(NO3)21 Zn + Fe(NO3)2 = Fe + Zn(NO3)22 Екі теңдеуді біріктірсек: (34,0–х) г

хг

3Zn + 2Fe(NO3)3 = 2Fe + 3Zn(NO3)2.

65 г/моль 242 г/моль 56 г/моль 189 г/моль

Есептің шарты бойынша ерітіндідегі темір (ІІІ) нитратының массасы: m(Fe(NO3)3) = ω(Fe(NO3)3) · m(ер) = 0,1134·300,0 г = 34,0 г. Сонымен қатар пластинканы ерітіндіден шығарып алған кезде темір (ІІІ) нитраты мен мырыш (ІІ) нитратының массалары тең болғаны белгілі: m(Fe(NO3)3) = m(Zn(NO3)2) Егер ерітіндідегі мырыш (ІІ) нитратының массасын m(Zn(NO3)2) = х г деп алсақ, онда темір (ІІІ) нитратының массасы болады: m(Fe(NO3)3) = (34,0 – х) г. Реакция теңдеуі боынша пропорция құрамыз: Егер 2 × 242 г Fe(NO3)3 – 3 × 189 г (Zn(NO3)2) алынса, Онда (34,0 – х) гFe(NO3)3 – х г (Zn(NO3)2) алынады. Бұдан х = 18,34 г. Мырыш нитратының зат мөлшері: ν(Zn(NO3)2) = m(Zn(NO3)2/ M(Zn(NO3)2) = 18,34 г /189 г/моль= 0,097 моль. 4. Реакция теңдеуі бойынша: ν(Zn(NO3)2) = ν(Zn) = 0,097моль; m(Zn) = ν(Zn) ·М(Zn) = 0,097 моль· 65,0 г/моль = 6,31 г. ν(Fe ) = 2/3ν(Zn(NO3)2 ) = 0,0647моль ; m(Fe) = ν(Fe)·М(Fe) = 0,0647 моль· 56,0 г/моль = 3,62 г. Реакциядан кейінгі мырыш пластинкасының массасы бастапқы масса мен реакцияға түскен мырыш пен темір массаларының айырмасынан шығады.m(пластинка) = 13,2 г-m(Zn) + m(Fe) = 13,2 г – 6,31 г + 3,62 г = =10,51 г. Жауабы: 10,51 г.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

71

№9-4-2010 ауд. 7 балл. Сутек бойынша салыстырмалы тығыздығы 13 болатын СО, СН4 жəне С2Н6 қоспасын оттектің артық мөлшерінде жағып, ішінде күйдіргіш калий жəне сусыз мыс сульфаты бар түтікшелер арқылы өткізгенде бірінші түтікшенің массасы 66 г, ал екіншісінікі 36 г артқан. Бастапқы қоспадағы газдардың массаларын анықтаңыздар. Шешуі: Қоспадағы ν(СО) = х моль, ν(СН4) = у моль, ал ν(С2Н6) = z моль болсын делік. Қоспадағы газдардың жану реакциялары теңдеулері: х моль х моль у моль у моль 2у моль zмоль2z моль

3z моль

СО + 2О2 = СО2 СН4 + 3О2 = СО2 + 2Н2О С2Н6 + 7/2О2 = 2СО2 + 3Н2О

Үш белгісізі бар теңдеулер жүйесін құрамыз: 1. КОН ерітіндісі құйылған түтіктің ауырлауы СО2 жұтылуына байланысты: СО2 + 2КОН = К2СО3 + Н2О Онда жұтылған көмір қышқыл газының зат мөлшері: ν(СО2) = m(CO2)/M(CO2) = 66 г / 44 г/моль = 1,5 моль Демек, х + y + 2z = 1,5 2. CuSO4 бар түтіктің массасы 36 г ауырлауысудың жұтылуына байланысты: СuSО4 + 5Н2O= СuSО4 · 5Н2O Жұтылған судың мөлшері: ν(H2O) = m(H2O)/M(H2O) = 36 г / 18 г/моль = 2 моль Демек, 2y+ 3z= 2 3. Қоспаның сутек бойынша салыстырмалы тығыздығы 13. Демек: M(қоспа) = D·M(H2) = 13·2 г/моль = 26 г/моль. Теңдеулерді біріктіріп, шешсек: x = 0,25 y = 0,25 z = 0,5 Газдар массалары: m(CO) = 0,25 моль · 28 г/моль = 7 г m(CН4) = 0,25 моль · 16 г/моль = 4 г. m(C2Н6) = 0,5 моль · 30 г/моль = 15 г.

72

Аудандық химиялық олимпиада есептері

№9-5-2010 ауд. 7 балл. Құрамы дивинил жəне цис- жəне транс изомерлері бар этилен қатарының көмірсутегінен тұратын көлемі 16,8 л газдар қоспасын гидрлеу үшін сутектің қандай көлемі қажет? Этилен көмірсутегі 5,6 л хлор қосып алып,31,75 г дихлорид түзетіні белгілі. Алкеннің құрылысын анықтаңыздар. Шешуі: Белгісіз алкенді табайық. Алкендердің жалпы формуласы СnH2n. Барлық алкендерге тəн хлордың қосылу реакциясын жазайық: СnH2n + CI2 = CnH2nCI2 Қосылған хлордың мөлшері: ν (CI2) = V : VM = 5,6 л : 22,4 л/моль = 0,25 моль. Реакцияның стехиометриялық коэффиценттеріне байланысты, 1 моль алкен 1 моль хлорды қосып алып, 1 моль дихлорид алкен түзеді. Сонда, 0,25 моль алкен 0,25 моль хлормен қосылып, 0,25 моль дихлоралкен түзеді. Алкеннің дихлоридінің мөлшері 0,25 моль жəне массасы 31,75г. Оның молярлық массасы: М(CnH2nCI2) = m(CnH2nCI2) /ν(CnH2nCI2) =31,75 г / 0,25 моль = 127г/моль. Кезкелген дихлор алкеннің массасы осылай табылады: М(CnH2nCI2) = n · 12 + 2n · 1 + 2 · 35,5 = (14n + 71) г/моль. Əртүрлі əдістермен табылған шешімдерді теңестіру арқылы белгісіз дихлорид алкеннің массасын табамыз: 14n + 71 = 127; 14n = 56; n = 4. Демек, белгісіз көміртектің формуласы – С4Н8. Оның үш түрлі құрамдық изомері бар: бутен-1, бутен-2 жəне 2метилпропен-2. Олардың тек біреуінің ғана (бутен – 2) цис- жəне транс изомерлері бар: Бастапқы қоспадағы дивинил(С4Н6) мен бутен-2 (С4Н8) мөлшерлері: ν(қоспа) = V/VM = 16,8 л/ 22,4 л/моль = 0,75 моль. Бутен-2 мөлшері 0,25 моль екенін (жоғарыда) ескерсек, онда дивинил мөлшері: ν(С4Н6) = ν(қоспа) – ν(С4Н8) = 0,75 – 0,25 = 0,5 моль. Дивинил мен бутен-2 қосылыстарының гидрлеу реакциялары: С4Н6 + 2Н2= С4Н10 С4Н8 + Н2 = С4Н10

Аудандық химиялық олимпиада есептері

73

Дивинилдың гидрлеу реакциясының стехиометриялық коэффиценттеріне байланысты, 1 моль дивинил 2 моль сутекпен əрекеттеседі. Сондықтан, 0,5 моль дивинил 1 моль сутекпен əрекеттеседі. Ал бутен-2-нің гидрлену реакциясының стихиометриялық коэффиценттеріне байланысты 1 моль бутен-2 1 моль сутекпен əрекеттеседі. Сондықтан, 0,25 моль бутен2 0,25 моль сутекпен əрекеттеседі. Бастапқы қанықпаған қосылыстар қоспасын гидрлеуге қажетті сутектің жалпы мөлшері 1+0,25 = 1,25 моль. Оның көлемі: V(H2) = ν · VM = 1,25 моль · 22,4 л/моль = 28 л. Сонымен, 16,8 л дивинил мен бутен-2 газдары қоспасын гидрлеу үшін 28 л сутек қажет. №10-1-2010 ауд. 7 балл. Темір жəне мырыш пластинкалары мыс (II) сульфаты ерітіндісіне батырылған. Біраз уақыттан кейін пластинканың жалпы массасы 0,3 г артқаны белгілі болған. Егер ерітіндіде 23,7 г мыс жəне темір (II) сульфаттары түзілген болса, онда əр пластинкада бөлінген мыстың массалары қандай болғаны? Шешуі: Реакция теңдеулері: х моль

х моль

х моль

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

(1)

56 г/моль 152 г/моль 64 г/моль

Егер (1) реакцияга темірдің х-мольі қатысты деп жорамалдаса, онда шығатын FeSO4 жəне Cu-ның да мольдері х демек, жəне пластинка массасының өзгерісі m = 64x – 56x = 8xқұрайды. у моль

у моль

у моль

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

65 г/моль

(2)

161 г/моль 64 г/моль

Егер (2) реакцияға у мольмырышқатысса, онда шығатын ZnSO4 жəне Cu мөлшерлері у моль, ал пластинка массасының өзгерісі m = 65y – 64y = 1y болады. Осылайша, (1) жəне (2) реакциядағы массаның жалпы өзгерісі: m = 8х – у. Есептің шарты бойынша: 8х – у = 0,3 152х + 161у = 23,7

74

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Теңдеулер жүйесін шешсек: х = 0,05 моль жəне у = 0,1 моль. Темір пластинкаға ауысқан мыс массасы: m(Cu) = (Cu)M(Cu) = 0,05 моль64 г/моль = 3,2 г. мырыш пластинкаға ауысқан мыс массасы: m(Cu) = (Cu)M(Cu) = 0,1 моль64 г/моль = 6,4 г. №10-2-2010ауд. 7 балл. Құрамы MeS (металл қосылыстарда +2 жəне +3 тотығу дəрежелерін көрсетеді) формуласымен сипатталатын 1,76 г сульфидті оттектің артық мөлшерінде өртеген. Түзілген қатты қалдықты 29,4%-дық күкірт қышқылының дəл қажетті мөлшерінде еріткенде түзілген тұздың ерітіндідегі массалық үлесі 34,5% болған. Осы ерітіндіні суытқанда 2,9 г кристаллогидрат тұнбаға түскен, ал тұздың массалық үлесі 23,0% дейін кеміген. Кристаллогидраттың формуласын анықтаңыздар. Шешуі: Егер белгісіз металдың атомдық массасы Х г/моль болса, онда сульфид мөлшері n(MeS) = 1,76/(Х + 32) болады. Бұл сульфид MeS мөлшерін қысқартып, b деп алсақ, онда оттектің артық мөлшерінде теңдеу бойынша: b

b/2

4MeS + 7O2 = 2Me2O3 + 4SO2 Ме2О3оксидінің b/2 моль мөлшері түзіледі. Оларды еріту үшін теңдеу бойынша Ме2О3 + 3H2SO4 = Me2(SO4)3 + 3H2O 3b/2 моль Н2SО4 қажет болады. 29,4%Н2SО4 ерітіндісінің массасы (3b/2) · . 98/0,294 = 500b г құрайды. Ертіндінің жалпы массасы m(ер-ді) = m(Me2O3) + m(ер-ді H2SO4) = b/2 ·(2X + 48) + 500b = (X + 524)b г құрайды. Ертіндідегі тұздың массасы: m(Me2(SO4)3) = b/2 · (2X + 288) = (X + 144)b г. Есептің шарты бойынша Me2(SO4)3 тұзының массалық үлесі 34,5% құрайды: (Х + 144)b = 0,345 · (X + 524)b, Бұдан: Х= 56 (b = 0,02). Бастапқы сульфид – FeS, ерітіндіде массасы (Х +144b) = 200 · 0,02 = 4,0 гFe2(SO4)3 бар. Суытқанға дейінгі ерітіндінің массасы (Х + 524)b = 580 · 0,02 = 11,6 г. Ерітіндіні суыту кезінде 2,9г кристалогидрат түзілді, демек ерітіндінің жалпы массасы 11,6 – 2,9 = 8,7 г болды. Fe2(SO4)3 қалған ерітіндідегі массасы 8,7 · 23 =2,0 г, түзілген кристаллдарда 4,0 – 2,0 =2,0 г Fe2(SO4)3 бар, бұл 2,0/400 = 0,005 моль. Кристаллдардағы судың массасы тұздың массасынан 10 есе көп, демек кристалогидраттың формуласы − Fe2(SO4)3 · 10H2O. Жауап: Fe2(SO4)3 · 10H2O.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

75

№10-3-2010 ауд. 7 балл. Қоспаның құрамындағы күкірт пен алюминий бір-бірімен əрекеттескен. Түзілген өнімді ыстық сумен өңдеген. Бөлінген газдың бір бөлігін хлор суы арқылы өткізген бөлінген тұнбаны бөліп алып, үстіндегі ерітіндіге күміс нитратының артық мөлшерін қосқанда 8,61 г ақ ірімшік тəрізді тұнба түзілген. Газдың қалған бөлігін мыс сульфатының 145 мл 10%-дық ерітіндісі (тығыздығы 1,10 г/мл) өткізгенде тұздың массалық үлесі 6,09%-ға дейін кеміген. Барлық реакция теңдеулерін жазыңыздар. Реакцияға түскен күкірттің массасын есептеңіздер. Шешуі: 1. 3S + 2Al = Al2S3; Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑; H2S + Cl2 = S↓ + 2HCl;

(1) (2) (3)

HCl + AgNO3 = AgCl↓ + HNO3;

(4)

H2S + CuSO4 = CuS↓ + H2SO4.

(5)

2. (3) реакцияға түскен H2S мөлшері х моль болса, (5) реакцияға түскен H2S мөлшері у моль болсын делік. (3) жəне (4) реакциялар бойынша бір моль H2S 2 моль (2х) AgCl түзіледі. ) , г Онда: 2х = ( = г = 0,06 моль. Бұдан: х = 0,0300 моль. ) ,

моль

3. Бастапқы ерітіндідегі СuSO4 массасы:m = V·ρ·ω = 145 мл·1,10 г/мл·0,1 = 15,95 г, демек 0,10 моль (М(CuSO4) = 159,5 г/моль). 4. у моль H2S ерітінді арқылы өткен кезде у моль CuS тұнбаға түсті. Ерітіндінің массасы: (159,5 + 34y – 95,5y) г = (159,5 – 61,5у) г (М(H2S) = 34 г/моль; М(СuS) = 95,5 г/моль). Бұл ерітіндідегі CuSO4 массасы (0,1 – y)·159,5 г болды. 6,09% ерітінді үшін: ( 0,1 − y )·159,5 = 0,0609; осыдан y = 0,0400 моль. 159,5 − 61,5у 5. Күкірт пен алюминийдің əрекеттесуінен барлығы (х+у) моль H2S шықты. Демек, күкіртте (х + y) моль = 0,070 моль болған. Оның массасы m(S) = ν(S)·M(S) = 0,0700 моль·32,0 г/моль = 2,24 г. Жауабы: 2,24 г.

76

Аудандық химиялық олимпиада есептері

№10-4-2010 ауд. 7 балл. Бензол мен толуолдың бірдей мөлшерлерінен тұратын қоспаны тотықтырғанда 9,76 г бір негізді қышқыл түзілген. Түзілген қышқыл натрий гидрокарбонатымен əрекеттескенде көлемі бастапқы қоспаны жағуға кеткен оттектің көлемінен 24 есе кем газ түзілген. Бастапқы қоспадағы бензолдың массалық үлесін пайызбен есептеңіздер. Шешуі: Бастапқы ароматты қосылыстар қоспасынан қышқылдарға дейін тек толуол ғана тотығады. Нəтижесінде бензой қышқылы түзіледі: С6Н6 ≠ С6Н5СН3 → С6Н5СООН Оның мөлшері: ν(С6Н5СООН) = m(С6Н5СООН) / М(С6Н5СООН) = 9,76 г / 122 г/моль = 0,08 моль. Демек, алынған толуолдың бастапқы мөлшері де 0,08 моль. Бензой қышқылы мен натрий гидрокарбонатының əрекеттесуінен натрий бензоаты мен көмір қышқыл газы түзіледі: С6Н5СООН + NaHCO3 → C6H5COONa + H2O + CO2↑ Реакция теңдеуі бойынша 1моль бензой қышқылынан 1 моль көмір қышқыл газы түзіледі. Демек, 0,08 моль бензой қышқылынан 0,08 моль көмір қышқыл газы түзіледі. Ол бастапқы қоспаны жағуға кеткен оттек мөлшерінен 24 есе аз. Демек, қоспаны жағуға кеткен оттек мөлшері: ν (O2) = 0,08 · 24 = 1,92 моль. Енді 0,08 моль толуолды жағуға кеткен оттектің мөлшерін есептейік: С7Н8 + 9О2 = 7СО2 + 4Н2О Реакция теңдеуіне сүйене отырып, пропорция құрайық: Егер 1 моль С7Н8 жағуға 9 моль О2 қажет болса, Онда 0,08 моль С7Н8 жағуға х моль О2 қажет. Бұдан: х = 0,08 · 9 / 1 = 0,72 моль. Сонымен, бастапқы қоспаны жағу үшін 1,92 моль оттек қажет, оның 0,72 моль мөлшері толуолды жағуға жұмсалады. Демек, бензол үшін 1,92 – 0,72 = 1,2 моль оттек қажет. Безолдың жану реакциясының теңдеуі: 2С6Н6 + 15О2 → 12СО2 + 6Н2О Реакция теңдеуіне сүйене отырып, пропорция құрайық: Егер 2 моль С6Н6 жағуға 15 моль О2 қажет болса, Онда у моль С6Н6 жағуға 1,2 моль О2 қажет; Бұдан: у = 1,2 · 2 / 15 = 0,16 моль.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

77

Сонымен, бензолдың бастапқы қоспадағы мөлшері ν(С6Н6) =0,16 моль. Бастапқы қоспадағы компоненттер массалары: m(С6Н6) = ν (С6Н6) · М(С6Н6) = 0,16 моля · 78 г/моль = 12,48 г; m(С7Н8) = ν(С7Н8) · М(С7Н8) = 0,08 моль · 92 г/моль = 7,36 г. Қоспаның массасы: m(қоспа) = m(С6Н6) + m(С7Н8) = 12,48 + 7,36 = 19,84г. Бензолдың бастапқы қоспадағы массалық үлесі: ω(С6Н6) =m(С6Н6):/m(қоспа) = 12,48 г/19,84 г= 0,629 немесе 62,9%. Сонымен, бензолдың бастапқы ароматты қосылыстар қоспасындағы массалық үлесі – 62,9% №11-1-2010 ауд. 7 балл. Құрамында 9,4 г мыс (II) нитраты жəне9,75 гсынап (II) нитраты бар ерітіндіге массасы 50 г кадмий пластинкасы батырылған. Кадмий мыс пен сынапты толық ығыстырып жəне олар түгелінен пластинканың үстінде қалған болса, онда пластинканың массасы қанша пайызға өсер еді? Шешуі: Cu(NO3)2 + Cd = Cu + Cd(NO3)2;

1 моль 1 моль 1 моль 188г/моль 112г/моль 64г/моль

∆m1=0,05 моль · (112 г/моль – 64 г/моль) = 2,4 г (күйтабақ массасының азаюы) Hg(NO3)2 + Cd = Hg + Cd(NO3)2

1 моль 1 моль 1 моль 325 г/моль 112г/моль 201г/моль

ν (Hg(NO3)2) = ν(Cd) = ν (Hg) = 0,03 моль ∆m2 = 0,03 моль · (201 г/моль – 112 г/моль) = 2,67 г (пластинканың массасының көбеюі) m(реакциядан кейінгі пластинка) = 50 – 2,4 + 2,67 = 50,27 г , г · 100% = 0,54%. Δω%( пластинка) = г

№11-2-2010 ауд. 7 балл. Элементтік анализ нəтижелері бойынша белгісіз Х қосылысының құрамындағы көміртектің массалық үлесі 96,43% құрайды. Бұл көмірсутек əлсіз қышқылдық қасиеттер көрсетеді жəне құрамындағы металдың массалық үлесі 70,17% болатын Y тұзын түзеді. Х жəне Y заттарының молекулалық жəне құрылым формулаларын анықтаңыздар. Х затының Y затына айналу реакциясының жəне Х затының толық гидрлену реакциясының теңдеулерін жазыңыздар.

78

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Шешуі: Элементтік анализ нəтижелері бойынша көмірсутектің қарапайым формуласын табуға болады: CxHy. x : y = (96,43/12) : (3,57/1) = 2,251 = 9:4. Ең қарапайым формула– C9H4. Егер 2,251-ді 2-ге дейін дөңгелектесе ең оңай формула С2Н; ол дұрыс емес шешім болар еді, себебі дөңгелектеу дəлдігі бастапқы берілгеннің дəлдігіне сəйкес болуы керек.(біздің жағдайда – төрт сан мағынасында) С9Н4- жай емес формула. Осы қосылыстың құрылысын анықтау керек. Ең қарапайым формула дұрыс деп шамалайық. Есептің шарты бойынша, көмірсутекте кемінде бір үштік байланыс бар, қанықпағандық дəрежесі бойынша- төртеу. Олардың нешеуі соңғылық? Бірден төртке дейін. Тұздың формуласын тапқанда ғана дəл айтуға болады. Үштік байланыстың əртүрлі орналасуына сəйкес, мүмкін болатын көмірсутек құрылысының варианттары,: СН3−С≡С−С≡С−С≡С−С≡СН НС≡С−С≡С−СН2−С≡С−С≡СН

C9H4 C9H4

−С≡СН Этинильдік топтың санына байланысты металл бірден төртке дейін сутек атомының орнын баса алады. Тұздың жалпы формуласы: С9Н4-nМn, мында n− орын баскан сутек атомдарының саны. Бұл формулаға байланысты металлдың массалық үлесі 0,7017 = nA/(9 · .12 + (4 – n) + nA), бұдан А = (112 − n )/(0,425n). (А – металдың атомдық массасы) 1 мен 4-ті іріктеу арқылы шешудің екі жолы бар екеніне көзіміз жетеді: 1) n = 3, А – 85,4 (рубидий). Көмірсутекте этинильдік топ үшеу, жəне НС≡С−С≡С−СН(−С≡СН)2 структуралық формуласымен сипатталады. Рубидий амидінің əрекеттесуінен RbC≡C−C≡C−CH(Rb)2 тұзы түзілуі керек. Реакция теңдеулері: HC≡C−C≡C−CH(−CH≡CH)2+3RbNH2 → RbC≡C−C≡C−CH(−C≡CRb)2 + + 3NH3, HC≡C−C≡C−CH(−C≡CH)2+ 8H2 → H3C−(CH2)3 – CH(C2H5)−CH2−CH3. 2) n=4, А–63,5(мыс). Көмірсутекте этинильдік топ төртеу (тетраэтинилметан деуге болады), жəне С(−С≡СН)4 структуралық формуласымен сипатталады. Мыс (Ι) хлоридінің аммияктағы ертітіндісінің əрекеттесуінен С(−С≡ССu)4 тұзы түзілуі керек. Реакция теңдеулері: С(−С≡ССu)4 + 4[Cu(NH3)2]C1 → C(−C≡CCu)4 + 4NH3 + 4NH4C1, C(−C≡CH)4 + 8H2 → C(C2H5)4. Жауабы: 1) HC≡C−C≡C−CH(−C≡CH)2 и С9РRb3; 2) C(−C≡CH)4 и С9Сu4 .

Аудандық химиялық олимпиада есептері

79

№11-3-2010 ауд. 7 балл. Қаныққан амин мен көміртек (II) оксиді қоспасының белгілі бір көлемін оттектің қажетті мөлшерінде жаққан. Ол мөлшер амин мен көміртек (II) оксиді мөлшерлерінің қосындысына тең болған. Қоспадағы аминнің көлемдік үлесі 28,57% деп алып, аминнің формуласын анықтаңыздар. Шешуі: Қаныққан амин мен көміртек(ІІ) оксидінің оттекте жану реакцияларының теңдеулерін жазайық (аминның жану реакциасын ортақ түрде жазамыз): 4СnH2n+3N + (6n+3)O2 → 4nCO2↑ + 2N2↑ + (4n + 6)H2O 2CO + O2 → 2CO2 Демек6 қорытынды қоспаның дəл көлемінен тəуелді болмағандықтан (біз кез келген компоненттің дəл мөлшерінен тежеулі емеспіз). Бастапқы қоспадағы амин мен көміртек (ІІ) оксидінің көлемін 100 л делік. Бастапқы газдар қоспасындағы компоненттер көлемдерін табайық: V(CnH2n+3N) = φ(CnH2n+3N) · V(қоспа) : 100 %= = 28,57 % · 100 л : 100 % = 28,57 л; V(CO) = V(қоспа) – V(CnH2n+3N) = 100 – 28,57 = 71,43л. Аминның жану реакциясының стехиометриялық коэффиценттеріне байланысты 4 моль аминды жағу үшін (6n + 3) мольоттекқажет. Пропорция құрамыз: 4 моль амин жағуға (6n + 3) моль О2; 28,57 л амин жағуға х л О2; х = 28,57 · (6n + 3) / 4 = 42,86n + 21,43. Сонымен, амин жану үшін (42,86n + 21,43) л оттек қажет. Көміртек (ІІ) оксидінің жану реакциясының стехиометриялық коэффиценттеріне байланысты 2 моль көміртек (ІІ) оксидін жағу үшін 1 моль оттек қажет. Пропорция құрамыз: Егер 2 моль СО жағуға 1 моль О2қажет болса, Онда 71,43 моль СО жағуғау моль О2 қажет. у = 71,43 · 1 : 2 = 35,72. Сонымен, көміртек (ІІ) оксидін жағуға 35,72 л оттек қажет. Оттектің көлемі СО мен аминнның көлеміне тең екені, демек, 100л екені белгілі. Сондықтан: 42,86n + 21,43 + 35,72 = 100; 42,86n = 42,86; Бұдан: n = 1. Сонымен, белгісіз амин- метиламин СН3NH2.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

80

№11-4-2010 ауд. 7 балл. Келесі тұздар ерітінділерінің гидролиздену дəрежесін жəне сутектік көрсеткішін есептеңіздер: а) 0,5 М Na2SO3 жəне б) 0,25 М Na3PO4 ерітінділері. Шешуі: а) тұздың гидролиздену константасы: K 10 14 K b (SO )    1,6  10  7. K a ( HSO ) 6,2  10 8 2 3

 3

2 0,5 C соли = >> 10 . Демек, есептеуді шамаланған 7 1,6  10 Кb формуламен жүргізуге болады:

Қатынасы

[OH  ] = K bC  1,6  10  0,5  2,8  10 моль / л; pOH = 4 – lg2,8 = 3,56; pH = 14 – 3,56 = 10,44. 7

4

Шешу нұсқасы. (ΙΙΙ.2) формуласын қолдана отырып, һ мəнін табамыз:  4 Kb 1,6  10 7 = =5,6·10 ,содан соң ОН иондарының кон0,5 C cоол

h=

центрациясын табамыз: 

[OH ] = Ch = 0,5·5,6·10

4

= 2,8·10

4

моль/л.

б) тұздың гидролиз константасы: К

b ( PO 34 )

=

K K a ( HPO

= 2 4

Қатынасы C соли = Кb

)

2 1014 = 2,4 ·10 . 13 4,2  10

0,25 < 10 2 , демек, есептеуді дəл формуламен 2,4  10  2

жүргізуге болады:  2  2,4 10 2  (2,4 10 2 ) 2  4  2,4 10 2  0,25 = 6,6  10 моль/л; [OH ] = 2 pOH = 2 – lg6,6 = 1,18; pH = 12,82  12,8. 

OH иондарының концентрациясы Na3PO4 –тің гидролизге ұшыраған моль санына сəйкес, демек: 2  h= [OH ] = 6,6 10 = 0,26, или 26%.

C cоол

0,25

Аудандық химиялық олимпиада есептері

 81

№11-5-2010 ауд. 7 балл. Сутек бойынша салыстырмалы тығыздығы 15 болатын пропен мен сутектің 1 моль қоспасын жабық ыдыста 320°С кезінде платина катализаторы қатысында қыздырғанда ыдыстың ішіндегі қысым 25% кеміген. Реакцияның теориялық мүмкіндікпен салыстырғандағы шығымын есептеңіздер. Егер тура осындай жағдайда тəжірибе жасау үшін сол газдардың сутек бойынша салыстырмалы тығыздығы 16 болатын 1 моль қоспасын алған болсақ, онда ыдыстың ішіндегі қысым қанша процентке кемуі мүмкін? Шешуі:

СН3−СН═СН2 + Н2  С3Н8

1)ν (С3Н6) = x , ν (Н2) = 1-xболсын, онда қоспа массасы 42x + 2·15 = 30ға тең, осыдан x = 0,7 немесе ν(С3Н6) = 0,7, ν (Н2) = 0,3. Реакция аяғында моль санының 25% кему нəтижесінде температура мен көлем тұрақты жағдайда қысым 25% азайған. Реакцияға түскен Н2 у моль болсын, онда реакциядан кейін ν(С3Н6) = 0,7 – у, ν(Н2) = 0,3 – у, ν(С3Н8) = у, ν общ = 0,75=(0,7-у) + (0,3 – у) + у осыдан у = 0,25 моль. Теория бойынша 0,3 моль С3Н8 түзілуі мүмкін еді (Н2 – жеткіліксіз), сондықтан шығымы 0,25/0,3 = 0,833 немесе 83,3%. Берілгені бойынша тепе-теңдік константасы: Kv 

 (C 3 H 8 )  11,1.  (C 3 H 6 )   ( H 2 )

2) екінші жағдайда ν(С3Н6) = а, ν (Н2) = 1-аболсын, ондақоспа массасы 42а + 2 (1 – а) = 2· 16 = 32-ге тең, осыдан:а = 0,75. Яғни ν(С3Н6) =0,75, ν(Н2)= 0,25. Реакцияга b моль Н2 қатыссын. Бұл санды тепетеңдік константаның өзгермеушілік теңдеуінен табуға болады: Кν=

b  (C 3 H 8 ) = = 11,1. (0,75  b)(0,25  b)  (C 3 H 6 )   ( H 2 )

Осы квадрат теңдеудің екі түбірінен тек : 0 < b < 0,25 аралығындағы жауапты аламыз, сонымен b = 0,214. Реакциядан кейінгі жалпы моль саны νжалпы = (0,75 – 0,214) + (0,25 – 0,214) + 0,214 = 0,786, немесе ол бастапқы мөлшермен салыстырғанда 21,45% азайған (1 моль). Қысым молекулалардың (моль) санына пропорционал, сондықтан ол да 21,4%-ға азайған. Осылайша, С3Н8 шығымы 83,3%, ал қысым 21,4%-ға азайған.

82

Аудандық химиялық олимпиада есептері

Тəжірибелік тур тапсырмалары Орындауға берілетін уақыт 120 минут №8 эксп-2010 ауд. 15 балл. Бес нөмірленген сынауықтарда барий нитраты, натрий сульфаты, қорғасын (II) нитраты, кальций хлориді жəне натрий карбонатыныңсулы ерітінділері берілген. Анализ жасау жоспарын құрып жəне тек осы ерітінділерді ғана пайдаланып, қай сынауыққа қай заттың ерітіндісі құйылғанын анықтаңыздар. Тəжірибе кезінде байқалған құбылыстарды сипаттап, қорытындыларыңды түсіндіріп, тиісті реакция теңдеулерін молекулалық жəне қысқаша иондық түрде жазыңыздар. №9 эксп-2010 ауд. 15 балл. Алты нөмірленген сынауықтарда темір (II) сульфаты, қорғасын (II) нитраты, марганец (II) нитраты, сутек пероксиді, күкірт қышқылы, натрий гидроксидініңсулы ерітінділері берілген. Анализ жасау жоспарын құрып жəне тек осы ерітінділерді ғана пайдаланып, қай сынауыққа қай заттың ерітіндісі құйылғанын анықтаңыздар. Тəжірибе кезінде байқалған құбылыстарды сипаттап, қорытындыларды түсіндіріп, тиісті реакция теңдеулерін молекулалық жəне қысқаша иондық түрде жазыңыздар. №10 эксп-2010 ауд. 15 балл. Алты нөмірленген сынауықтарда тұз қышқылы, күкірт қышқылы, барий нитраты, натрий карбонаты, қорғасын (II) нитраты жəне азот қышқылыныңсулы ерітінділері берілген. Анализ жасау жоспарын құрып жəне тек осы ерітінділерді ғана пайдаланып, қай сынауыққа қай заттың ерітіндісі құйылғанын анықтаңыздар. Тəжірибе кезінде байқалған құбылыстарды сипаттап, қорытындыларды түсіндіріп, тиісті реакция теңдеулерін молекулалық жəне қысқаша иондық түрде жазыңыздар. №11 эксп-2010ауд. Сегіз нөмірленген сынауықтарда тұз қышқылы, натрий гидроксиді, натрий сульфаты, натрий карбонаты, аммоний хлориді, қорғасын (II) нитраты, барий хлориді жəне күміс нитратыныңсулы ерітінділері берілген. Анализ жасау жоспарын құрып жəне тек осы ерітінділерді ғана пайдаланып, қай сынауыққа қай заттың ерітіндісі құйылғанын анықтаңыздар. Тəжірибе кезінде байқалған құбылыстарды сипаттап, қорытындыларды түсіндіріп, тиісті реакция теңдеулерін молекулалық жəне қысқаша иондық түрде жазыңыздар.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

83

2011 жылғы аудандық химиялық олимпиада есептері Орындауға берілетін уақыт – 180 минут. №8-1-2011 ауд. Жұмбақ заттар. 7 балл. А затының қара түсті қыздырылған ұнтағы арқылы түссіз В газы жіберілген. Бұл жағдайда қызыл түсті қарапайым С заты жəне кең қолданылатын Д сұйықтығы түзіледі. В газы Д сұйықтығының электролизі арқылы да алынуы мүмкін. А, В, С, Д заттарын атаңыздар. В затыналу үшін қолданылатын басқа екі реакция теңдеулерін жазыңыздар. Шешуі: А – күрделі зат; түссіз газ В тотықсыздандырғыш рөлін атқарады. Қарапайым Сзатының түсіне қарап оның мыс екенін анықтаймыз. Олай болса, А затының қара түсті ұнтағы – мыс (II) оксиді. Мысты оның оксидінен тотықсыздандыратын түссіз газ – сутегі. Д сұйықтығы – су. Реакция теңдеуі: СuO + H2 = Cu + H2O.

Судың электролизі арқылы сутек алу: К(+): 2H2O +2е = H2  + 2ОНА(-): 2H2O – 4е = О2  + 4Н+ электролиз H2O =H2  + 1/2 О2 

2 1

Сутекті, сонымен қатар, сілтілік металдардың сумен əрекеттесуі арқылы да алуға болады: 2H2O + 2К = 2КОН + H2  Сутек белсенді металдардың кейбір қышқылдармен əрекеттесуі нəтижесінде де бөлінеді:

Аудандық химиялық олимпиада есептері

84

Ca + 2HCl(сұйыт.) = СaCl2 + H2  Жауабы: А – СuO, В – H2, С – Сu, Д – H2O. №8-2-2011 ауд. Қоспалар. 7 балл. Көміртектің СО жəне СО2оксидтерініңқоспасының массасы 44 г, ал көлемі 28 л(қ.ж.). Қоспадағы көміртек (II) оксидінің бір молекуласына (СО) қанша СО2 молекуласы сəйкес келеді? Шешуі:

1)

газдар қоспаның зат мөлшері: 

V 28   1,25моль Vм 22,4

қоспаның орташа молярлы массасы: m 44 M   35.2г / моль  1.25 3) егер vCO мəнін х моль, ал заттың жалпы мөлшерін 1 моль деп алсақ, онда: 28х + 44. (1-х) = 35,2 28х + 44 – 44х =35,2; -16х = -8,8; х = 0,55 (моль); 2)

vCO2=1 – 0,55 = 0,45 моль.

4) NCO2 : NCO = (vCO2.Na) : (vCO.Na) = vCO2 : vCO = 0.45 : 0.55 = 9 : 11 Жауабы: NCO2 : NCO = 9 : 11. №8-3-2011ауд. Газдар. 7 балл. 200 млбелгісіз газ 500 мл оттекте жағылған. Реакция аяқталған соң жəне газдар қалыпты жағдайға келтірілгеннен кейін олардың көлемі 400 мл болған. Газдың құрамына көміртек мен сутек кіретінін ескере отырып, қандай газ жағылғанын анықтаңыз. Алғашқы заттар толық əрекеттескен. Шешуі: 1) реакция теңдеуі:

СxHy + О2  СО2 + H2O

2) стехиометриялық коэффициенттерді анықтау: V(СxHy) : V(О2) : V(СО2) = 200 : 500 : 400 = 2 : 5 : 4 3) стехиометриялық коэффициенттерді ескергендегі реакция теңдеуі:

85

Аудандық химиялық олимпиада есептері

2СxHy + 5О2= 4СО2 + 3H2O, Бұдан x=y = 2, С2H2 газы – ацетилен. Жауабы: белгісіз газ – С2H2 – ацетилен. №8-4-2011 ауд. «Пластинка». 7 балл. Массасы 100 г 10%-дық күміс нитраты ерітіндісіне массасы 10 г мырыш пластинкасы батырылған. Белгілі бір уақыттан кейін пластинка ерітіндіден шығарылып, кептірілген жəне өлшенген. Оның массасы 10,5 г -ға болған. Қанша грамм мырыш ерітіндіге ауысқан? Шешуі:

0,15

0,059

0,059

0,059 моль

Zn + 2AgNO3 = Zn(NO3)2 + 2Ag

65 г/моль 108 г/моль

Батырылған мырыштың зат мөлшері: ν(Zn) =

( (

) )

=

г

г моль

= 0,15 моль

Ерітіндідегі күміс нитратының зат мөлшері: ν(AgNO3) =

(

)

=

г

г моль

= 0,059 моль

Жеткіліксіз мөлшерде болғандықтан реакция теңдеуі бойынша өнімдердің массаларын күміс нитраты бойынша есептейміз: Пропорция құрамыз: Егер 2 моль AgNO3 əрекеттескенде пластинка 216-65 = 161 г ауырласа, Онда х моль AgNO3 əрекеттескенде пластинка 0,5 г ауырлайды. Бұдан: əрекеттескен ν(AgNO3) = 0,0062 моль, ал ν(Zn) = 0,0031 моль. Демек, ерітіндіге ауысқан мырыштың массасы: m(Zn) = ν(Zn)·M(Zn) = 0,0031 моль · 65 г/моль = 0,202 г. №8-5-2011ауд. Заттардың химиялық қасиеттері. 7 балл. Нəтижесінде ерітіндіден келесі заттарбөлінетін реакция теңдеулерін жазыңыз: а) екі тұнба; б) екі газ; в) тұнба жəне газ. Реакцияның түрін жəне заттардың аталуын көрсетіңіздер. Шешуі: а) нəтижесінде екі тұнба түзілетін реакциялар: 3H2S(қанық.) + 2КMnO4 = 2MnO2  + 3S  + 2KOH + 2H2O Au2O3 + 6HIконц.,суық = 2AuI  + 2I2 + 3H2O

Аудандық химиялық олимпиада есептері

86

(MgFe)2O4 + 2H2Oыстық = Mg(OH)2  + 2FeO(OH)  CuSO4 + Ba(OH)2 = Cu(OH)2  + BaSO4  б) нəтижесінде екі газ түзілетін реакциялар: C + 2H2SO4 конц,.ыстық = СО2  + 2SO2  + 2H2O С + 4HNO3конц,.ыстық= СО2  + 4NO2  + 2H2O Pt NH4Cl + N2  + Cl2  NH3 конц. + 3HCl конц.  t (NH4)2CO3   2NH3  + СО2  + H2O в) нəтижесінде тұнба жəне газ түзілетін реакциялар: СO + PdCl2 + H2O = Pd  + СО2  + 2HCl 2K[Ag(CN)2] + 2H2SO4 конц,.ыстық =Ag2SO4  + K2SO4 + 4HCN  2AgCl + H2O2 + 2KOHсұйыт. = 2KCl + 2Ag  + О2  + H2O CaS + 2H2O = Ca(OH)2  + H2S  Ag2CO3 + 2HCl сұйыт. = 2AgCl  + СО2  + H2O Ca3P2 + 6H2O = 3Ca(OH)2  + 2PH3  №9-1-2011ауд. Жұмбақ заттар. 7 балл. А затынакүкірт қышқылымен əсер еткенде түссіз өткір иісті Б газы бөлінген. Бгазы қарапайым сұйық В затының боялған сулы ерітіндісі арқылы өткізілген. Нəтижесінде ерітінді бояуы жойылған. Алынған ерітіндіге барий тұзын қосқанда қышқылдарда ерімейтін ақ тұнба түзілген. Ал алынған түссіз ерітінді арқылы сары-жасыл түсті Г газын жібергенде бояу қайтадан пайда болады жəне Взаты түзіледі. А заты жалынды сары түске бояйды. Заттарды айқындаңыз жəне оларға сəйкес реакция теңдеулерін жазыңыз. Шешуі: Реакций теңдеулері: А

Б

Na2SO3 + H2SO4 → SO2↑ + Na2SO4 +H2O В

SO2 + Br2 aq + H2O → H2SO4 + 2HBr H2SO4 + BaCl2 → BaSO4 + 2HCl Г 2HBr + Cl2 → 2HCl + Br2 Жауабы: А – Na2SO3; Б – SO2↑; В – Br2aq ; Г – Cl2

Аудандық химиялық олимпиада есептері

 87

№9-2-2011 ауд. Газдар. 7 балл. Əрқайсысы 0,1 моль мөлшерінде алынған аммонийдің үш тұзы – дихромат, нитрат, карбонат – бір-біріне тəуелсіз термиялық ыдырауға ұшыратылған. Түзілген газ тəріздес өнімдер алдымен ізбес суы арқылы, содан соң күкірт қышқылы жəне ең соңында қыздырылған кальций оксидімен толтырылған түтікше арқылы өткізілген. Жүретін реакция теңдеулерін жазыңыз жəне қалған газды қоспаның 40°С жəне Р=2 атм жағдайындағы көлемін есептеңіз. Шешуі: Реакция теңдеулері: 0,1 моль

0,2 моль

1) (NH4)2CO3 = 2NH3↑ + CO2↑ + H2O; 0,1 моль

0,1 моль

(NH4)2Cr2O7 = N2↑ + Cr2O3 +4H2O; 0,1моль

0,1 моль

NH4NO3= N2O↑ + 2H2O 2) NH3 + H2SO4= NH4HSO4 CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O Тұздардың термиялық ыдырауы жəне түзілген газдарды сіңіргіш түтікшелер арқылы өткізу нəтижесінде түзілетін 0,1 моль N2 жəне 0,1 моль N2O қоспасы қалыпты жағдайда (қ.ж.) келесі көлем алады: (0,1 + 0,1) · 22,4 = 4,48 л Ал 400С жəне Р = 2 атм жағдайындағы көлем: (4,48 · 313) ⁄ (2 · 273) = 2,57 л. Жауабы:V(газ) = 2,57 л. №9-3-2011 ауд. «Пластинка». 7 балл. Массасы 20 г мыс пластинкасы сынап (ІІ) нитраты ерітіндісіне батырылған. Нəтижесінде мыс пластинкасының массасы 2,73 г артқан. Бұдан соң пластинка қыздырылып, ол өзінің бастапқы түріне келген. Осы жағдайда пластинка массасы қалай өзгереді? Шешуі: Реакция теңдеуі:

Cu + Hg(NO3)2 = Cu(NO3)2 + Hg↓

Аудандық химиялық олимпиада есептері

88

1 моль реакцияласқан мысқа есептегендегі пластинка массасының өзгеруі: 200,5 – 63,5 = 137 (г). Реакцияға түскен мыс мөлшері: 2,73 / 137 = 0,02 моль. Қыздыру нəтижесінде сынап түгел буға айналады, ал пластинкамассасы бастапқы күймен салыстырғанда 0,02 · 63,5 = 1,27 газаяды. Жауабы: 1,27 г. №9-4-2011ауд. Ерігіштік. 7 балл. 80°С калий иодидінің 58,4 г қаныққан ерітіндісін (S80= 192 г. 100 г суда) 20°С-қа дейін (S20= 144 г. 100 г суда) суытқанда тұнатын калий иодидінің мөлшерін есептеңіз. Егер кристалданудан кейін қалған калий иодиді ерітіндісінен иодты түгел бөліп шығаруға қажет хлор калий перманганатының тұз қышқылының артық мөлшерімен əрекеттесуінен түзілсе, онда реакцияға қанша грамм KМnO4 алу керек? Шешуі: Бастапқы ерітіндідегі KI мөлшерін анықтайық. Тұздың 100 г судағы ерігіштігі 192 г. Демек, (100 + 192) = 292 г ерітіндіде 192 г тұз бар. Пропорция құрамыз: 292 г ерітіндіде192 гKI тұзы бар 58,4 герітіндіде х г KI тұзы бар х = 192 · 58,4 / 292 = 38,4 г. Яғни массасы58,4 г бастапқы ерітіндіде 38,4 г калий иодиді KIжəне (58,4-38,4)=20 г су бар. 20ƒС-қа дейін суытқанда ерітіндіден тұздың белгілі бір мөлшері бөлінеді, бірақ ерітіндідегі судың мөлшері өзгермейді – 20 г. Осыны ескеріп, Соңғы ерітіндідегі KI мөлшерін анықтайық. Пропорция құрамыз: Егер 100 гсуда 144 гKI тұзы еритін болса, Онда 20 гсуда хгKI тұзы ериді x = 144 · 20 ⁄ 100 = 28,8 г.

Соңғы ерітіндіде 28,8 г калий иодиді KI болады, бастапқыда – 38,4 г КІ болған, олай болса ерітіндіні суытқанда: (38,4 – 28,8) = 9,6 г KI бөлінеді. Калий иодиді ерітіндісінің кристалдануынан кейін қалған барлық иодты бөліп шығаруға қажетті хлордың мөлшерін анықтайық. Жүретін реакция теңдеуі: 2KI + Cl2= 2KCl + I2 Калий иодиді ерітіндісінің кристалдануынан кейін қалған тұздың массасы 28,8 г. Оның мөлшері:

Аудандық химиялық олимпиада есептері

 89

v(KI) = m(KI) / M(KI) = 28,8 г ⁄ 166 г/моль = 0,173 моль. Реакция теңдеуі бойынша Cl2 мөлшері 0,0867 моль. Есеп шарты бойынша, калий иодиді ерітіндісінің кристалдануынан кейін қалған барлық иодты бөліп шығаруға қажетті хлор 0,0867 моль мөлшерде калий перманганатының тұз қышқылының артық мөлшерімен əрекеттесуі нəтижесінде түзіледі. Реакция теңдеуі: 2KMnO4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O Реакцияның стехиометрлік коэффициенттеріне сəйкес калий перманганаты затының мөлшерін табуға болады: ν(KMnO4) = ν(Cl2) · 2 ⁄ 5 = 0,0347 моль. Калий перманганатының массасы: m(KMnO4) = ν(KMnO4) · M(KMnO4) = 0,0347 · 158 = 5,5 г. Жауабы: m(KMnO4) =5,5г. №9-5-2011ауд. Қоспалар. 7 балл. 20 л азот диоксиді мен азотты күйдіргіш натр ерітіндісі арқылы өткізгенде натрий нитриті мен нитраты түзіледі. Натрий нитритін нитратқа дейін күкірт қышқылды ортада тотықтырғанда 12,64 гперманганат жұмсалған. Алғашқы қоспадағы газдардың көлемдік үлестерін анықтаңыз. Шешуі: Жүретін реакция теңдеулері:

2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O 5NaNO2 + 2KMnO4 +3H2SO4= K2SO4 +2MnSO4 +5NaNO3 + H2O Калий перманганатының (KMnO4) натрий нитритін (NaNO2) тотықтыруға жұмсалатын мөлшері: ν(KMnO4) = m(KMnO4) ⁄ M(KMnO4) =12,64 г ⁄ 158г/моль =0,08 моль. Натрий нитритінің тотығу реакциясының стехиометриялық коэффициенттеріне сəйкес 2 молькалийперманганаты 5 мольнатрий нитритін тотықтырады. Пропорция құрамыз: 2моль KMnO4 5 моль NaNO2тотықтырады 0,08 моль KMnO4x моль NaNO2 тотықтырады Бұдан: x = 0,08 ·5 ⁄ 2 = 0,2 моль. Сонымен, бірінші реакция нəтижесінде 0,2 моль натрий нитриті NaNO2 түзіледі. Диспропорционалану реакциясы теңдеуі бойынша 2 моль азот (IV) оксидінен 1 моль натрий нитриті түзіледі.

Аудандық химиялық олимпиада есептері

90

Пропорция құрамыз: 2 моль NO2 1 моль NaNO2 түзеді у моль KMnO4 0,2 моль NaNO2 түзеді. y = 0,2 · 2 ⁄ 1 = 0,4. Олай болса, бастапқы газдар қоспасында 0,4 моль азот диоксиді NO2 болған. Оның көлемі: V(NO2) = ν · VM = 0,4 моль · 22,4 л/моль = 8,96 л. V(N2) = V(жалпы көлем) – V(NO2) = 20 – 8,96 = 11,04 л φ(N2) = V(N2) / V(жалпы көлем) = 11,4 / 20 · 100 = 55,2 % φ(NO2) = V(NO2) / V(жалпы көлем) = 8,96 / 20 · 100 = 44,8 % Жауабы: φ(N2) = 55,2 %; φ(NO2) = 44,8 % . №10-1-2011 ауд. Жұмбақ заттар. 7 балл. Инерттігазбен толтырылғангерметикалық сауытта екі фарфор тостаған (тигель) орналастырылған: біріншісінде екі валентті А металының хлораты, ал екіншісінде Б металының ұнтағы бар. Сауыт қызыл шыңдауға дейін қыздырылған. Сауытты алғашқы температураға дейін суытқаннан соң ондағы қысым бастапқы қалпына келген. Сауытты ашқан кезде ондағы фарфор тостағандардың жарылғаны жəне оның ішіндегі заттардың бірбірімен араласып кеткені байқалған. Қоспа массасы 8,96 г болған. Өнімдерді бөлу үшін қоспа сумен өңделген. Ерімеген тұнба массасы 4,80г болған жəне оны оттекте қыздырғанда оның массасы өзгермеген. Сулы ерітіндіге күкірт қышқылының артық мөлшерін қосқанда массасы 4,66 г тұнба түзілген. А жəне Б металдарын анықтаңыздар. Шешуі: А Ba(ClO3)2 → BaCl2 + 3O2 BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl Ba(ClO3)2 + Me → MexOy + BaCl2 BaSO4 затының мөлшері: ν(BaSO4) = m(BaSO4) ⁄ M(BaSO4) = 4,66 ⁄ 233 = 0,02 моль Сондықтан теңдеу бойынша Ba(ClO3)2 тұзының мөлшері де 0,02 моль болады. 1) I – валенттіметалл үшін: Ba(ClO3)2 + 12Me → 6Me2O + BaCl2 M(Me2O) = m(Me2O) ⁄ ν(Me2O) = 4,80 ⁄ 0,24 = 20 г/моль M(Me) = (20 – 16) / = 2 г/моль Mұндай металл жоқ! II – валенттіметаллүшін: Ba(ClO3)2 + 6Me → 6MeO + BaCl2 M(MeO) = m(MeO) ⁄ ν(MeO) = 4.80 ⁄ 0,12 = 40 г/моль

Аудандық химиялық олимпиада есептері

 91

M(Me) = 40 – 16 = 24 г/моль Me-магний (Mg) III – валенттіметалл үшін: Ba(ClO3)2 + 4Me → 2Me2O3 + BaCl2 M(Me2O3) = m(Me2O3) ⁄ ν(Me2O3) = 4,80 ⁄ 0,04 = 120 г/моль M(Me) = (120 – 48) / 2 = 36 г/моль Mұндай үш валентті металл жоқ! IV – валенттіметаллүшін: Ba(ClO3)2 + 3Me → 3MeO2 + BaCl2 M(MeO2) = m(MeO2) ⁄ ν(MeO2) = 4,80 ⁄ 0,06 = 80 г/моль M(Me) = 80 – 32 = 42 г/моль Сəйкес келетін жалғыз металл – бұлтитан (Ti). Жауабы: A – Ba, Б – Ti, яғни MeO2 –TiO2. №10-2-2011 ауд. Қоспалар. 7 балл. Кальций хлоридінің 22,2 гбалқымасының толық электролизі нəтижесінде анодта бөлінген газ 9,8 г бертолет тұзын қыздыру арқылы алынған газбен араластырылған. Алынған қоспа 400 г заттың массалық үлесі 2% ыстық күйдіргіш натр ерітіндісі арқылы өткізілген. Алынған ерітіндіде қандай заттар бар, олардың əрқайсының массалық үлестері қандай екенін жəне де қалған газды қоспаның құрамын (көлемдік үлестерін) анықтаңыздар. Шешуі:

1) 2KClO3 = 2KCl + 3O2 KClO3 тұзының моль мөлшерін табамыз: ν(KClO3) = m(KClO3) / M(KClO3) = 9,8 / 122,5 = 0,08 моль, сондықтан ν(О2) = 0,12 моль. электролиз

2) CaCl2 =Ca + Cl2 CaCl2тұзының моль мөлшері: ν(CaCl2) = m(CaCl2) / M(CaCl2) = 2,22 / 111 = 0,2 моль, яғни электролиз теңдеуіне сəйкес 0,2 моль Cl2 газы түзіледі. 3) 6NaOH + 3Cl2 = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O NaOH мөлшері: ν(NaOH) = m(NaOH ер.) · w(NaOH) / M(NaOH) = = 400 · 0,02 / 40 = 0,2 моль, сондықтан реакцияға түспеген хлор мөлшері ν(Cl2) = 0,1 моль. Реакция нəтижесінде 0,167 моль NaCl жəне 0,033 моль NaClO3 түзіледі. Олардың массалары: m(NaCl) = ν(NaCl) · M(NaCl) = 0,167 · 58,5 = 9,77 г

Аудандық химиялық олимпиада есептері

92

m(NaClO3) = ν(NaClO3) · M(NaClO3) = 0,033 · 106,5 = 3,5145 г. Соңғы ерітіндінің массасы: m(соңғы ер.) = m (NaOH ер.) + m(Cl2жұтылған) = 400 + 7,1 = 407,1 г. Заттардың соңғы ерітіндідегі массалық үлестері: w( NaCl) = m(NaCl) / m(соңғы ер.) = 9,77 / 407,1 · 100 = 2,4 % w(NaClO3) = m(NaClO3) / m(соңғы ер.) = 3,5145 / 407,1 ·100 = 0,86 %. Газдар қоспасын сілті арқылы өткізгенде О2 көлемі өзгерген жоқ, өйткені ол сілтімен əрекеттеспейді. Оның көлемі 0,12 · 22,4 = 2,69 л , ал реакциядан кейін қалған хлор мөлшері (0,2 – 0,1) = 0,1 моль немесе 0,1· 22,4 = 2,24 л. Барлық қоспаның көлемі (2,69+2,24) = 4,9 л. Газдардың қоспадағы көлемдік үлестері: φ (O2) = V(O2) / V(жалпы) = 2,69 / 4,93 · 100 = 54,6 % φ (Сl2) = V(Cl2) / V(жалпы) = 2,24 / 4,93 · 100 = 45,4 % Жауабы: φ(O2) = 54,6 %; φ(Сl2) = 45.4 % . №10-3-2011 ауд. Көмірсутектер. 7 балл. Қанықпаған көмірсутеккке хлордың төртхлорлы көміртектегі ерітіндісінің артық мөлшеріменəсер еткенде 5,01 г дихлорид түзілген. Көмірсутектің дəл осындай мөлшеріне калий перманганатының сулы ерітіндісінің артық мөлшерімен əсер еткенде 3,90 г екі атомды спирт түзілген. Көмірсутектің молекулалық формуласын анықтаңыз жəне есеп шартын қанағаттандыратын оның 4 изомерінің құрылымдық формулаларын жазыңыздар. Шешуі:

CxHy + Cl2 → CxHyCl2 3CxHy + 2KMnO4 + 4H2O → 3CxHy(OH)2 + 2MnO2 + KOH Есеп шарты бойынша дихлоридтің жəне екіатомды спирттің мөлшерлері бір-біріне тең: 5,01 / (12x + y + 71) = 3.9 / (12x + y + 34) Бұдан (12х + у) = 96. Қарапайым іріктеу арқылы бұл теңдеудің бірденбір химиялық мүмкін шешуі : х = 7, у = 12 екенін табамыз. Берілген көмірсутектің формуласы С7Н12жəне ол СnН2n-2 құрамды гомологтық қатарға жатады. Көмірсутектің қанықпағандық дəрежесіне қарап оның құрамында қос байланыстан басқа бір цикл бар деп айтуға болады. Оның мүмкін изомерлері:

Аудандық химиялық олимпиада есептері

93

№10-4-2011 ауд. Зат құрылымы. 7 балл. Келесі молекулалар мен иондардың кеңістіктік құрылымын суреттеңіз: SO3, (ВF4)-, SiF62-, СО2. Күкірт, бор, көміртек, кремний атомдарының гибридтену түрлерін анықтаңыз. Келтірілген қосылыстардың ішінен ковалентті байланыстары əртүрлі екі механизмдер бойынша түзілгенін таңдап көрсетіңіз. Осы қосылыстағы атомдардың валенттілігі мен тотығу дəрежесін анықтаңыздар. Шешуі: 1) SO3 – жазық тригональды, ковалентті полярлы Күкірттің тотығу дəрежесі +6 Оттегінің тотығу дəрежесі -2 Күкірт атомының гибридтену түрі – sp3 Валенттіліктері: S(III), O(II)

2) [BF4]- -тетраэдр, ковалентті полюсті. Бордың тотығу дəрежесі +3 Фтордың тотығу дəрежесі -1 Бор атомының гибридтену түрі – sp3 Валенттіліктері: B(IV), F(I) 3) [SiF6]2- – октаэдр, ковалентті полюсті. Кремнийдің тотығу дəрежесі +4 Фтордың тотығу дəрежесі -1 Кремний атомының гибридтену түрі – sp3d2 Валенттіліктері: Si(IV), F(I). №10-5-2011ауд. Кристаллогидрат. 7 балл. Белгісіз металлнитратының сулы ерітіндісін суытқандаодан0,3 моль кристаллогидрат алынған.Ондағы сусызтұздың массалық үлесі 59,5%, ал кристалдық судың массасы сусыз тұздың массасынан 22,8 грамға кем болған. Кристаллогидраттың құрамын анықтаңыз жəне оның молярлы массасын есептеңіздер. Шешуі: 1 моль Me(NO3)n· xH2O кристаллогидраты үшін сусыз тұз жəне су массаларының айырымы: ∆m = 22,8 / 0,3 = 76 г. Есептің шартына сəйкес кристаллогидраттағы судың массалық үлесі: w(H2O) = (100 – 59,5) = 40,5 %. 1 моль кристаллогидраттағы сусыз Me(NO3)n тұзының мөлшерін у моль деп алып, теңдеулер жүйесін құрамыз:

94

Аудандық химиялық олимпиада есептері

y – 18x = 76 18x/ (y + 18x) = 0,405

Оны шешу арқылы: х = 9; у = 238 екенін табамыз. Олай болса, 1 моль кристаллогидратта238 г сусыз тұз жəне 9 моль су бар. Сусыз тұздың молярлы массасы: М(Me(NO3)n) = М(Ме) + 62n = 238 г/моль. Іріктеу тəсілімен металды анықтаймыз: Егер n = 1 болса, онда М(Ме) = 238 – 62 = 176 г/моль (мұндай металл жоқ). Егер n = 2 болса, онда М(Ме) = 238 – 124 = 114 г/моль (мұндай металл жоқ). Егер n = 3 болса, онда М(Ме) = 238 – 186 = 52 г/моль, металл – хром. Олай болса, кристаллогидрат құрамы – Cr(NO3)3·9H2O, оның молярлық массасы 400 г/моль. Жауабы: кристаллогидрат – Cr(NO3)3·9H2O, М(Cr(NO3)3) = 400 г/моль. №11-1-2011ауд. Жұмбақ заттар. 7 балл. Х қышқылының А тұзын азот жəне тұз қышқылдары қоспасымен қыздырып, суалтқанда Х қышқылының таза ерітіндісі алынады. Егер осы реакцияда түзілген газдар қоспасын күйдіргіш калийдің ыстық ерітіндісі арқылы өткізсе, онда аз еритін Б тұзының тұнбасы түзіледі, ал қалған газдың ауа бойынша тығыздығы 0,966 тең. Б тұзын қыздыру арқылы Х қышқылының В тұзының белгілі бір мөлшерін алуға болады. Х, А, Б, В заттарын анықтаңыз. Олардың аттарын атаңыз жəне барлық реакциялардың теңдеулерін жазыңыздар. Шешуі: Азот жəне тұз қышқылдарының қоспасы – күшті тотықтырғыш, яғни түзілетін қышқыл тотықпауы керек. Сонымен бірге, ерітіндіде катион қалмағандықтан, ал газдар қоспасында азот (Dауа.=0,966) бар болғандықтан, алғашқы А тұзының құрамындағы катион – аммоний. Азот жəне тұз қышқылдары А тұзымен əрекеттескенде реакция өнімдерінде құрамында хлор бар жəне ол сілтімен əрекеттескенде тұздар түзуге қабілетті газ болуы керек. Бұл газ хлор болады:

6 КОН + 3Сl2 = 5KCl + 3KClO3 + 3H2O. Б– аз еритін KClO3 тұзы. Қыздырғанда ол диспропорционаланады:

4 KClO3= KCl + 3KClO4 (t ƒC) яғни, В – КСlO4 жəне белгісіз қышқыл Х – HClO4. Жауабы: Х – HClO4; А – NH4ClO4; Б – KClO3; В- КСlO4 .

Аудандық химиялық олимпиада есептері

 95

№11-2-2011ауд. Ерігіштік. 7 балл. Массасы50,4 г магний карбонатын қыздыру арқылы алынған магний оксиді 25%-дық күкірт қышқылының тура дəл қажетті мөлшерінде ерітілген. Алынған ерітінді суытылған, оның нəтижесінде тұздың гептагидраты тұнбаға түскен. Ал ерітіндідегі сусыз тұздың массалық үлесі 26,2% болған. Тұнған кристалдардың массасын есептеңіздер. Шешуі: 1)

магний карбонаты затының мөлшері: (MgCOз) 

2) теңдеуі:

m(MgCOз) 50.4   0.6моль M (MgCOз) 84

магний карбонатын қыздырғанда жүретін реакция

 MgO + CO2  MgCO3  t

3) теңдеуі:

магний оксидінің күкірт қышқылында еру реакциясы MgO + H2SO4 = Mg SO4 + H2O

Реакция теңдеуі бойынша: v(MgSO4) = v(MgO) = v(MgCO3) = 0,6 моль. 4) m(ер.H2SO4) =(ν(H2SO4)·М(H2SO4))/ω(H2SO4) = = (0,6 · 98)/0,25 = 235,2 г 5) mқан.ер.= m(MgO)) + m(ер.H2SO4)= 259,2 г. 6) ω(MgSO4) = 0,6 · 120/0,25 = 0,2777 7) w1.m1қ.ер.= w2. m2 қ.ер + w3. m3 ep. W3 = W(MgSO4)крист. 0,278 .259,2 = 0,262(259,2 – х) + 120 x ; 246

72,0576 = 67,91 – 0,262х + 0,4878х ; 0,226х = 4,1476 ; х =18,3 .

Жауабы:тұнған кристалдардың массасы 18,3 г. №11-3-2011ауд. Қоспалар. 7 балл. Құрғақгаз күйіндегі хлорсутекті анилин, бензол жəне фенолдан тұратын қоспа арқылы өткізгенде массасы 5,18 г тұнба бөлінген. Тұнбаны бөліп алғаннан кейін қалған фильтратты бейтараптандыруға 7,21 мл 10%дық натрий гидроксиді ерітіндісі (тығыздығы 1,11 г/мл) жұмсалған. Қо-

Аудандық химиялық олимпиада есептері

96

спаның дəл осындай мөлшерін жаққанда бөлінетін газ ізбес суымен массасы 90 г тұнба түзеді. Алғашқы қоспадағы заттардың массалық үлестерін есептеңіздер. Шешуі: 1) құрғақ хлорсутекпен берілген қоспадан тек анилин ғана əрекеттеседі: C6H5NH2 + HCl C6H5NH3+Cl-  ν([C6H5NH3]Cl) = 5.18  0.04 моль 129.5

Реакция теңдеуі бойынша: v (C6H5NH2) =ν([C6H5NH3]Cl) = 0,04 моль m(C6H5NH2) =М(C6H5NH2) .v (C6H5NH2) = =93 г/моль .0,04 моль = 3,72 г. 2) тұнба бөліп алынғаннан кейін қоспада бензол мен фенол ғана қалады, ал NaOH-пен тек фенол: əрекеттеседі: C6H5OH + NaOH = C6H5ONa + H2O v (NaOH) =   V    1.11  7.21  0.1  0.02моль . M 40

Реакция теңдеуі бойынша: v(C6H5OH) = v(NaOH)=0.02 моль; m(C6H5OH) =v(C6H5OH).М(C6H5OH)=0,02.94 = 1,88 г. 3) жану реакциялары теңдеулері: 2C6H5OH + 14О2= 12СО2 + 6Н2О 4 C6H5NH2 + 31О2 = 24СО2 + 2N2 + 14Н2О 2С6Н6 + 15О2 = 12СО2+ 6Н2О 4) бөлінетін көмірқышқыл газы ізбес суымен əрекеттеседі: СО2 + Са(ОН)2= СаСО3  v(СО2) =v(СаСО3) = m(CaСaС)  90  0.9моль M(CaCOз)

100

5) жану реакциясының теңдеулері бойынша: 6х + 6 .0,02 + 6 . 0,04 = 0,9; х-v(СО2) (бензолдың жану реакциясы) 6х=0,54 ;х =0,09 (моль). m (С6Н6) =v(С6Н6).М(С6Н6) = 0,09. 78 = 7,02 г. )

mж.қоспа= m (С6Н6) + m (С6Н5ОН) +m (C6H5NH2)= =7,02 + 1,88 + 3,72 = 12,62 г.

97

Аудандық химиялық олимпиада есептері

7) (С6Н 6)  7,02  100%  55,6%

12,62 1,88 (С6 Н5ОН )   100 %  14,9% 12,62 3.72 (С6Н5NH 2)   100%  29.5% 12.62

Жауабы: ω(С6Н6)=55,6%; ω(С6Н5ОН) =14,9%; ω(C6H5NH2) =29,5%. №11-4-2011ауд. Электролиттер.7 балл. Сірке қышқылының диссоциациялану константасы 1,75х10-5. Сутек иондарының концентрациясын 100 есе төмендету үшін 300 мл 0,1 М сірке қышқылы ерітіндісіне қанша грамм натрий ацетатын қосу керек екенін анықтаңыздар. Шешуі: 1) h  K / c ; h  1.759 * 10  5 * 0.1  0.00132  0.132% ; 2) h