Съдържание

НОХ 2012, III кръг (национален), 10–12 клас, файл Experimental.pdf — Задача 1

Оригинал на условието (PDF)Съобщи за грешка

Всички материали от НОХ 2012

МОМН, 44-та НАЦИОНАЛНА ОЛИМПИАДА ПО ХИМИЯ И ОПАЗВАНЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА, Варна – 2012 година. Национален кръг 24 – 25 март. X-ти - XII-ти клас – експериментален етап · 24 март 2012 г. · 30 т.

Внимание: Бележка към темата

Файлът с решения в архива е за теоретичния етап; официалното решение на експерименталната задача е взето от документа с условието.

Условие

Имате 4 разтвора, за които е известно:

3 от разтворите са на соли, като 2 от солите са на силни киселини;
Всички йони, които се съдържат в 4-те разтвора са от приложената таблица, като:
- Всички аниони са сложни йони;
- В 4-те разтвора има 5 катиона: на s-, на p- и на d-елемент и един комплексен йон.
Два от разтворите оцветяват пламък в жълто.

Определете кои са разтворените вещества в 4-те епруветки без да използвате допълнителни реактиви, освен червен лакмус и отговорете на въпросите в протокола. (Имайте предвид, че обикновено (но не винаги!) съединенията на d-елементите са оцветени.)

Разтворимост на някои соли, хидроксиди и киселини във вода

катион / анион	$\mathrm{OH^-}$	$\mathrm{Cl^-}$	$\mathrm{Br^-}$	$\mathrm{I^-}$	$\mathrm{SO_4^{2-}}$	$\mathrm{PO_4^{3-}}$	$\mathrm{CO_3^{2-}}$	$\mathrm{CrO_4^{2-}}$
$\mathrm{H^+}$	—						Г
$\mathrm{NH_4^+}$	Г
$\mathrm{K^+}$
$\mathrm{Na^+}$
$\mathrm{Mg^{2+}}$	МР					МР	МР
$\mathrm{Ca^{2+}}$	СР				СР	МР	МР
$\mathrm{Ba^{2+}}$	?				МР	МР	МР	МР
$\mathrm{Al^{3+}}$	МР*					МР	ВВ
$\mathrm{Pb^{2+}}$	МР*	СР	СР	СР	МР	МР	МР	МР
$\mathrm{Ag^+}$	МР²*	МР²*	МР²*	МР	СР	МР	МР	МР
$\mathrm{Cu^{2+}}$	МР²*			МР		МР	МР	МР
$\mathrm{Zn^{2+}}$	МР³*					МР	МР	МР
$\mathrm{Fe^{2+}}$	МР					МР	МР	МР
$\mathrm{Fe^{3+}}$	МР					МР	ВВ

Веществото е разтворимо: () в алкална основа (²), в амоняк, (³*) в алкална основа и в амоняк

(празна клетка) – Разтворимо вещество;
СР – Средно разтворимо вещество;
ВВ – Взаимодейства с вода;
Г – Газ.
МР – Малко разтворимо вещество;

ПРОТОКОЛ № ........

1. Кои са разтворените вещества?

епр. 1 ........................ епр. 3 ........................

епр. 2 ........................ епр. 4 ........................ [9 т.]

2. Изразете с изравнени йонни уравнения възможните химични взаимодействия, които протичат между откритите вещества в 4-те разтвора, при тези условия.
Запишете уравненията на химичните реакции на гърба на този лист.

Реакции за йони, които не са открити няма да се оценяват! [7 т.]

3. Филтрувайте получените цветни утайки (през филтърна хартия) и ги оставете няколко минути на сухо (на въздуха). Обяснете на какво се дължи промяната, която се наблюдава. [2 т.]

4. а) Запишете с изравнени уравнения реакциите, които ще протекат, ако към всеки от разтворите се добави разтвор на $\mathrm{K_2CrO_4}$ и отбележете, какви промени настъпват (получаване на утайка, отделяне на газ, промяна на цвета). [6 т.]

4. б) Какви реакции и промени ще настъпят, ако вместо $\mathrm{K_2CrO_4}$ , добавим $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$ ? [8 т.]

Отговори

Решение

Решение и оценка на експерименталната задача от Национален кръг на НОХООС’12

X – XII клас

А. Примерно решение

Два разтвора (P1 и P2) не променят цвета на червен лакмус – това са соли на силни киселини.

Солите могат да са: $\mathrm{NO_3^-}$ , $\mathrm{SO_4^{2-}}$ , $\mathrm{Cl^-}$ , $\mathrm{Br^-}$ , $\mathrm{I^-}$ , но тъй като всички аниони са сложни, те могат да са $\mathrm{NO_3^-}$ или $\mathrm{SO_4^{2-}}$ (няма други соли на силни киселини)

Два от разтворите (P3 и P4) променят цвета на червения лакмус в синьо – това могат да са само разтвори на алкален метал: алкален хидроксид и/или алкална сол на слаба киселина; алкалният метал е натрий (оцветява пламъка в жълто).

Солта може да е (натриев) $\mathrm{CO_3^{2-}}$ или $\mathrm{PO_4^{3-}}$ ; не е $\mathrm{CrO_4^{2-}}$ – разтворът е безцветен.

При добавяне на един от алкалните разтвори (P3) към киселите разтвори P1 и P2:

се получава бяла утайка с единия разтвор (P1), която се разтваря в излишък от алкалния P3. От това следва:
- Разтворът P3 вероятно е на NaOH.
- разтвор P1 е на катион на метал с двойствен характер – той може да бъде $\mathrm{Al^{3+}}$ , $\mathrm{Zn^{2+}}$ или $\mathrm{Pb^{2+}}$ .
се получава зелена утайка с другия разтвор (P2) и се отделя газ, който променя цвета на навлажнения червен лакмус в син ( $\mathrm{NH_3}$ ). В този разтвор трябва да има катион на d- елемент и това може да е само $\mathrm{Fe^{2+}}$ (няма $\mathrm{Zn^{2+}}$ и $\mathrm{Ag^+}$ ). Така се открива:
- Разтвор P2 съдържа два катиона: на d-елемент ( $\mathrm{Fe^{2+}}$ ) и на комплексния катион $\mathrm{NH_4^+}$ ;

При добавяне на втория алкален разтвор (P4) към киселите разтвори P1 и P2, се отделя бурно безцветен газ (шумяща проба). Следователно, разтвор P4 е на (натриев) карбонат. Освен това:

с разтвор P1 се получава бяла утайка.
с разтвор P2, след като престане да се отделя $\mathrm{CO_2}$ и се получи зелена утайка (средата става алкална), се отделя още един газ, който променя цвета на навлажнения лакмус от червен в син ( $\mathrm{NH_3}$ ). Така се потвърждава, че в разтвор P2 има два катиона ( $\mathrm{Fe^{2+}}$ и $\mathrm{NH_4^+}$ ), и се открива:
- В другата епруветка с кисела реакция има сол на p-елемент: $\mathrm{Al^{3+}}$ или $\mathrm{Pb^{2+}}$ .

При смесване на двата кисели разтвора (P1 и P2) пада бяла утайка. Така се открива:

Солта с два катиона (P2) е сулфат;
Солта в разтвор P1 е $\mathrm{Pb(NO_3)_2}$ .

Следователно: P1 – $\mathrm{Pb(NO_3)_2}$ ; P2 – $\mathrm{(NH_4)_2Fe(SO_4)_2}$ ;

P3 – NaOH; P4 – $\mathrm{Na_2CO_3}$ .

Б. Оценка – 30 точки = 25% от общия брой точки.

1. За веществата – 9 точки

NaOH – 1+1 т. $\quad$ $\mathrm{Na_2CO_3}$ – 1+1 т.

$\mathrm{Pb(NO_3)_2}$ – 1+1 т. $\quad$ $\mathrm{(NH_4)_2Fe(SO_4)_2}$ – 1+1+1 т.

2. За реакциите – 7 точки

$\mathrm{CO_3^{2-} + H_3O^+ \rightleftharpoons HCO_3^- + H_2O}$

$\mathrm{HCO_3^- + H_3O^+ \rightleftharpoons CO_2\uparrow + 2H_2O}$

$\mathrm{CO_3^{2-} + 2H_3O^+ \rightleftharpoons CO_2\uparrow + 3H_2O}$ — 1+1 т.

$\mathrm{2NH_4^+ + CO_3^{2-} \rightleftharpoons 2NH_3 + CO_2 + H_2O}$ — 2 т.

$\mathrm{Pb^{2+} + SO_4^{2-} \longrightarrow PbSO_4\downarrow}\text{(б)}$ — 1 т.

$\mathrm{Pb^{2+} + CO_3^{2-} \longrightarrow PbCO_3\downarrow}\text{(б)}$ — 1 т.

(или $\mathrm{3Pb^{2+} + 3CO_3^{2-} + H_2O \longrightarrow 2PbCO_3{\times}Pb(OH)_2\downarrow}\text{(б)}\mathrm{{} + CO_2}$ )

$\mathrm{Fe^{2+} + CO_3^{2-} \longrightarrow FeCO_3\downarrow}\text{(з)}$ — 1 т.

(или $\mathrm{Fe^{2+} + 2CO_3^{2-} + 2H_2O \longrightarrow Fe(OH)_2\downarrow}\text{(з)}\mathrm{{} + 2HCO_3^-}$ )

3. Двете цветни (зелени) утайки са хидроксид и/или карбонат на желязо(II). То не е много стабилно; лесно се окислява от кислорода (от въздуха) до желязо(III) и се получава $\mathrm{Fe(OH)_3}$ – характерна червено-кафява утайка. — 2 т.

4. а) Взаимодействия с $\mathrm{K_2CrO_4}$ (ж) – 6 т.

С P1: $\mathrm{Pb^{2+} + CrO_4^{2-}}\text{(ж)}\mathrm{{} \longrightarrow PbCrO_4\downarrow}\text{(ж)}$ — 1 т.

получава се утайка — 1 т.

С P2: $\mathrm{Fe^{2+} + CrO_4^{2-}}\text{(ж)}\mathrm{{} \longrightarrow FeCrO_4\downarrow}\text{(з)}$ — 1 т.

$\mathrm{2NH_4^+ + 2CrO_4^{2-}}\text{(ж)}\mathrm{{} \rightleftharpoons 2NH_3\uparrow + Cr_2O_7^{2-}}\text{(ор)}\mathrm{{} + H_2O}$ — 1 т.

получава се утайка и се отделя газ — 1+1 т.

б) Взаимодействия с $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$ (ор) – 8 т.

С P1: $\mathrm{2Pb^{2+} + Cr_2O_7^{2-}}\text{(ор)}\mathrm{{} + 3H_2O \longrightarrow 2PbCrO_4\downarrow}\text{(ж)}\mathrm{{} + 2H_3O^+}$ — 1 т.

получава се утайка — 1 т.

С P2: $\mathrm{6Fe^{2+} + Cr_2O_7^{2-}}\text{(ор)}\mathrm{{} + 14H_3O^+ \longrightarrow 6Fe^{3+} + 2Cr^{3+}}\text{(с-з)}\mathrm{{} + 21H_2O}$ — 1 т.

промяна на цвета — 1 т.

С P3: $\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}\text{(ор)}\mathrm{{} + 2OH^- \rightleftharpoons 2CrO_4^{2-}}\text{(ж)}\mathrm{{} + H_2O}$ — 1 т.

промяна на цвета — 1 т.

С P4: $\mathrm{2CO_3^{2-} + Cr_2O_7^{2-}}\text{(ор)}\mathrm{{} + H_2O \longrightarrow 2CrO_4^{2-}}\text{(ж)}\mathrm{{} + 2HCO_3^-}$ — 1 т.

промяна на цвета — 1 т.

Оригинал в Архива: Experimental.pdf · официални решения: Solutions.pdf