Съдържание

НОХ 2016, II кръг (областен), 10–12 клас — Задача 1

Оригинал на условието (PDF)Съобщи за грешка

Всички материали от НОХ 2016

МОН, XLVIII НАЦИОНАЛНА ОЛИМПИАДА ПО ХИМИЯ И ОПАЗВАНЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА. Областен кръг, 13 февруари 2016 г. Учебно съдържание X - XII клас · 13 февруари 2016 г. · 25 т.

Важно за проверителите!

Примерни решения и оценка на задачите

Важно за проверителите! Освен представените примерни решения, за вярно се приема и всяко друго решение, което е логично обосновано и води до същия (числов или фактологичен) резултат.

При непълни отговори (например неизравнени уравнения) могат да се присъждат и по-малко от предвидените точки.

Условие

Смес от 2,002 g от карбонатите на два химични елемента от група 2 (2ХЕГ2) на ПС, които имат $p$ -електрони в атомите си, е обработена с разр. сярна киселина. Получава се утайка и се отделя газ, който при налягане 101,325 kPa и температура 37 °C има обем 509 cm $^3$ . Масата на утайката след като е отделена, измита и изсушена при висока температура, е 0,656 g.

Приложена периодична таблица на химичните елементи (страницата е завъртяна): групи 1–18 (IA–VIIIA), за всеки елемент пореден номер, символ и относителна атомна маса; отделно лантаноиди и актиноиди. — Периодична таблица на химичните елементи

Приложена справочна страница (завъртяна): ред на електроотрицателност, ред на относителна активност на металите и таблица на разтворимостта във вода на соли, хидроксиди и киселини с катиони H⁺, NH₄⁺, K⁺, Na⁺, Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ и аниони OH⁻, Cl⁻, Br⁻, I⁻, S²⁻, SO₃²⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻, PO₄³⁻, CO₃²⁻, CrO₄²⁻; означения МР, СР, ВВ, Г. — Ред на електроотрицателност; Ред на относителна активност; Разтворимост във вода на соли, хидроксиди и киселини

1. Определете кои са карбонатите в сместа и колко е масовата част на всеки от тях.

2. Ако изходната карбонатна смес е обработена с 100,0 mL 0,212 M $\mathrm{H_2SO_4}$ , с колко милилитра 0,096 M NaOH ще бъде пълно неутрализиран полученият след това разтвор?

3. Кой от 2ХЕГ2 има по-висока йонизационна енергия?

Стронцият е относително широко разпространен химичен елемент – по-разпространен е от мед и от сребро.

4. Запишете пълната електронна формула на стронциев атом.

Стронцият се намира главно като минерала целестит ( $\mathrm{SrSO_4}$ ), а се предлага на пазара като стронциев карбонат. Превръщането на сулфата в карбонат се извършва по схемата:

\mathrm{SrSO_4 \xrightarrow{+\ C} SrS \xrightarrow{+\ H_2O\ +\ CO_2} SrCO_3}

5. Изразете протичащите процеси с изравнени химични уравнения.

Стронцият има 16 нестабилни (радиоактивни) изотопа, от които с най-голямо значение е $^{90}$ Sr ( $\beta^{-}$ източник, с период на полуразпад 28,9 год.). Стронцият има атомен радиус, подобен на атомния радиус на калция и лесно го замества в неговите минерали. Калциевият минерал хидроксиапатит е главният неорганичен компонент на костното вещество на човека.

6. Като имате предвид тази информация, предположете: Защо $^{90}$ Sr е опасен за човека? Какви може да са последиците от попадането му в човешкия организъм?

Отговори

Решение

$\mathrm{MCO_3}(s) + \mathrm{H_2SO_4}(aq) \longrightarrow \mathrm{MSO_4} + \mathrm{CO_2}\uparrow + \mathrm{H_2O}$ , 1 т.

От $pV = nRT$ и $n(\mathrm{CO_2}) = n(\mathrm{MCO_3})$ :

n(\mathrm{MCO_3}) = n(\mathrm{CO_2}) = \frac{101{,}325\ \mathrm{kPa} \times 0{,}509\ \mathrm{dm^3}}{8{,}314\ \mathrm{J\ mol^{-1}\ K^{-1}} \times (273+37)\mathrm{K}} = 0{,}0200\ \mathrm{mol}

2 т.

Нека $\bar{M}$ е средна молна маса на 2ХЕГ2 в сместа

\mathrm{M}(\bar{M}) = \frac{m(\text{пр.}) - n(\mathrm{MCO_3})M(\mathrm{CO_3})}{n(\mathrm{MCO_3})} = \frac{2{,}002\ \mathrm{g}}{0{,}0200\ \mathrm{mol}} - 60{,}01\ \mathrm{g/mol} = 40{,}09\ \mathrm{g/mol}

1 т.

– това е $M$ (Ca). Следователно, единият химичен елемент е магнезий 1 т.

$\mathrm{MgSO_4}$ е разтворим във вода; сулфатната утайка е на другия елемент: 1 т.

той е Sr или Ba. 1 т.

Ако е стронций: $n(\mathrm{SrCO_3}) = \dfrac{m(\mathrm{SrSO_4})}{M(\mathrm{SrSO_4})} = \dfrac{0{,}656\ \mathrm{g}}{183{,}68\ \mathrm{g/mol}} = 3{,}57\times10^{-3}\ \mathrm{mol}$

$m(\mathrm{SrCO_3}) = 0{,}00357\ \mathrm{mol} \times 147{,}63\ \mathrm{g/mol} = 0{,}527\ \mathrm{g}$ 1 т.

$m(\mathrm{MgCO_3}) = (n(\mathrm{MCO_3}) - n(\mathrm{SrCO_3})) \times M(\mathrm{MgCO_3}) = (0{,}0200 - 0{,}00357)\ \mathrm{mol} \times 84{,}31\ \mathrm{g/mol} = 1{,}385\ \mathrm{g}$ 1 т.

$m(\text{пр.}) = 1{,}385 + 0{,}527 = 1{,}912\ \mathrm{g}\ (\lt 2{,}002\ \mathrm{g}) \Rightarrow$ не е Sr 1 т.

Ако е барий: $n(\mathrm{BaCO_3}) = \dfrac{m(\mathrm{BaSO_4})}{M(\mathrm{BaSO_4})} = \dfrac{0{,}656\ \mathrm{g}}{233{,}39\ \mathrm{g/mol}} = 2{,}81\times10^{-3}\ \mathrm{mol}$ 1 т.

$m(\mathrm{BaCO_3}) = 0{,}00281\ \mathrm{mol} \times 197{,}34\ \mathrm{g/mol} = 0{,}555\ \mathrm{g}$ 1 т.

$m(\mathrm{MgCO_3}) = 2{,}002\ \mathrm{g} - 0{,}555\ \mathrm{g} = 1{,}447\ \mathrm{g}$

$n(\mathrm{MgCO_3}) = \dfrac{1{,}447\ \mathrm{g}}{84{,}31\ \mathrm{g/mol}} = 0{,}01716\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{MCO_3}) = 0{,}01716 + 0{,}00281 = 0{,}01997\ \mathrm{mol}\ (0{,}02\ \mathrm{mol}) \Rightarrow$ другият е Ba 1 т.

$w(\mathrm{MgCO_3}) = \dfrac{1{,}447\ \mathrm{g}}{2{,}002\ \mathrm{g}} = 0{,}723\ (72{,}3\%)$ ; $w(\mathrm{BaCO_3}) = \dfrac{0{,}555\ \mathrm{g}}{2{,}002\ \mathrm{g}} = 0{,}277\ (27{,}7\%)$ 1+1 т.

$2\mathrm{NaOH}(aq) + \mathrm{H_2SO_4}(aq) \longrightarrow \mathrm{Na_2SO_4}(aq) + 2\mathrm{H_2O}(aq)$ , $\dfrac{n(\mathrm{NaOH})}{n(\mathrm{H_2SO_4})} = \dfrac{2}{1}$ 1 т.

$V(\mathrm{NaOH}) = \dfrac{n(\mathrm{NaOH})}{c(\mathrm{NaOH})}$ 1 т.

$n(\mathrm{NaOH}) = 2(n(\mathrm{H_2SO_4}) - n(\mathrm{CO_2}))$

$V(\mathrm{NaOH}) = \dfrac{2(0{,}100\times0{,}212 - 0{,}0200)}{0{,}096} = 0{,}025\ \mathrm{L}\ (25\ \mathrm{mL})$ 2 т.

Елементът с по-малък пореден номер или, ако е решено условие 1 – магнезий, има по-висока йонизационна енергия 1 т.
Sr: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^{10}4s^24p^65s^2$ или $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}4p^65s^2$ 1 т.
$\mathrm{SrSO_4 + 2C \longrightarrow SrS + 2CO_2}$ или $\mathrm{SrSO_4 + 4C \longrightarrow SrS + 4CO}$ 1 т.

$\mathrm{SrS + H_2O + CO_2 \longrightarrow SrCO_3 + H_2S}$ 1 т.

Попаднал в човешкия организъм $^{90}$ Sr заменя калция в костната тъкан и от радиоактивното излъчване – приема се едно от следните две обяснения:

може да се разруши костната тъкан
в непосредствената близост до костния мозък, който е кръвотворен орган, могат да настъпят сериозни пораженията върху кръвта (левкемия). 2 т.

Справочни данни

Справочни данни: $R = 8{,}314\ \mathrm{J\ mol^{-1}\ K^{-1}}$ , $0\ {}^{\circ}\mathrm{C} = 273\ \mathrm{K}$

$M$ (K) = 190,71 g/mol, $M$ (E) = 254,41 g/mol

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