НОХ 2007, III кръг (национален) — Задача 41. XXXIII НОХ (2001), Експериментална задача

Решение и оценка на експерименталната задача от Олимпиада'2001

А. Примерно решение

1) Определяне на разтворените вещества. $\mathrm{K_2Cr_2O_7}\ \begin{array}{|l} +\ \mathrm{HNO_3}\ \text{- не настъпва промяна;} \\ +\ \mathrm{NaOH}\ \text{- (ор)} \rightarrow \text{(ж)} \end{array}$

2) Определяне на твърдите вещества.

Във вода

• три от тях се разтварят напълно - нитрати и хлориди (но не $\mathrm{PbCl_2}$);
• и две образуват млечно бели смеси (CaO и ZnO).

Изследване на получените водни разтвори:

• С $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$ се получава една жълта утайка - $\mathrm{BaCrO_4}$ или $\mathrm{PbCrO_4}$.
• При смесване помежду им не се получава утайка (от $\mathrm{PbCl_2}$) - жълтата утайка е от $\mathrm{BaCrO_4}$; разтворимите соли не съдържат олово.
• Към двата непознати разтвора се добавя:

  • NaOH и се получават две бели утайки - едната се разтваря в излишък от основата ($\mathrm{Al(OH)_3}$ или $\mathrm{Zn(OH)_2}$), а другата не се разтваря ($\mathrm{Mg(OH)_2}$);
  • $\mathrm{NH_3}$ и се получават две неразтворими в амоняк утайки - разтворимата в излишък от NaOH утайка е $\mathrm{Al(OH)_3}$, а неразтворимата наистина е $\mathrm{Mg(OH)_2}$.

⇒ Едната от водоразтворимите соли е бариева, другата - алуминиева, а третата - магнезиева.

⇒ Неразтворимите във вода вещества са оксиди на калций, цинк и олово.

3) Идентифициране на оксидите.

• в NaOH частично се разтварят два от тях (ZnO и PbO) - третият е CaO;
• и трите се разтварят в $\mathrm{HNO_3}$.

Изследване на получените (в $\mathrm{HNO_3}$) разтвори.

• Полученият от CaO разтвор образува с NaOH бяла утайка ($\mathrm{Ca(OH)_2}$), но не образува утайка с $\mathrm{NH_3}$. При стоене амонячният разтвор помътнява ($\mathrm{CaCO_3}$) - потвърждава се, че това е CaO.
• Разтворите съдържащи $\mathrm{Pb^{2+}}$ и $\mathrm{Zn^{2+}}$ се обработват с $\mathrm{NH_3}$ - получава се една неразтворима в амоняк утайка ($\mathrm{Pb(OH)_2}$) и една разтворима в амоняк утайка ($\mathrm{Zn(OH)_2 \rightarrow Zn(NH_3)_4^{2+}}$), с което се различават PbO(ж) и ZnO.

4) Определяне анионния състав на водоразтворимите соли.

Киселият разтвор съдържащ $\mathrm{Pb^{2+}}$ се добавя към водните разтвори на трите соли. Получава се една характерна бяла утайка (от $\mathrm{PbCl_2}$). Следователно две от солите са нитрати, а една е хлорид.

Б. Оценка - 25 точки.

1. За веществата - 9 точки (по 1 т. за всяко):

2. За реакциите - 16 точки

$\mathrm{Cr_2O_7^{2-}\text{(ор)} + 2OH^- \rightleftharpoons 2CrO_4^{2-}\text{(ж)} + H_2O}$ - 0.5 т.

$\mathrm{Al^{3+} + 3OH^- \longrightarrow Al(OH)_3\downarrow\ \text{(б)}}$ - 0.5 т.

$\mathrm{NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-}$ - 0.5 т.

$\mathrm{Al^{3+} + 3NH_3 + 3H_2O \longrightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3NH_4^+}$ - 1 т.

$\mathrm{Al(OH)_3 + OH^- \longrightarrow [Al(OH)_4]^-}$ - 0.5 т.

$\mathrm{2Ba^{2+} + Cr_2O_7^{2-} + H_2O \longrightarrow 2BaCrO_4\downarrow\ \text{(ж)} + 2H^+}$ - 1 т.

($\mathrm{Ba^{2+} + CrO_4^{2-} \longrightarrow 2BaCrO_4\downarrow\ \text{(ж)}}$ - 0.5 т.)

$\mathrm{CO_2 \xrightleftharpoons{+H_2O} H_2CO_3 \xrightleftharpoons{+2OH^-} CO_3^{2-} + 2H_2O}$ - 2x0.5 т.

( или $\mathrm{CO_2 + 2OH^- \rightleftharpoons CO_3^{2-} + H_2O}$ )

$\mathrm{Ba^{2+} + CO_2 + 2OH^- \longrightarrow BaCO_3\downarrow\ \text{(б)} + H_2O}$ - 1 т.

$\mathrm{Ba^{2+} + 2NH_3 + H_2O + CO_2 \longrightarrow BaCO_3\downarrow + 2NH_4^+}$ - 1 т.

$\mathrm{CaO + H_2O \longrightarrow Ca(OH)_2\downarrow\ \text{(б)}}$ - 0.5 т.

$\mathrm{CaO + 2H^+ \longrightarrow Ca^{2+} + H_2O}$ - 0.5 т.

$\mathrm{Ca^{2+} + 2OH^- \longrightarrow Ca(OH)_2\downarrow}$ - 0.5 т.

$\mathrm{Ca^{2+} + 2NH_3 + H_2O + CO_2 \longrightarrow CaCO_3\downarrow\ \text{(б)} + 2NH_4^+}$ - 0.5 т.

$\mathrm{Mg^{2+} + 2OH^- \longrightarrow Mg(OH)_2\downarrow\ \text{(б)}}$ - 0.5 т.

$\mathrm{Mg^{2+} + 2NH_3 + 2H_2O \longrightarrow Mg(OH)_2\downarrow\ \text{(б)} + 2NH_4^+}$ - 0.5 т.

$\mathrm{PbO + 2OH^- + H_2O \dashrightarrow [Pb(OH)_4]^{2-}}$ - 1 т.

$\mathrm{PbO + 2H^+ \longrightarrow Pb^{2+} + H_2O}$ - 0.5 т.

$\mathrm{Pb^{2+} + 2OH^- \longrightarrow Pb(OH)_2\downarrow\ \text{(б)}}$ - 0.5 т.

$\mathrm{Pb^{2+} + 2NH_3 + 2H_2O \longrightarrow Pb(OH)_2\downarrow + 2NH_4^+}$ - 0.5 т.

$\mathrm{Pb(OH)_2 + 2OH^- \longrightarrow [Pb(OH)_4]^{2-}}$ - 0.5 т.

$\mathrm{2Pb^{2+} + Cr_2O_7^{2-} + H_2O \longrightarrow 2PbCrO_4\downarrow\ \text{(ж)} + 2H^+}$ - 0.5 т.

$\mathrm{ZnO + 2OH^- + H_2O \dashrightarrow [Zn(OH)_4]^{2-}}$ - 0.5 т.

$\mathrm{ZnO + 2H^+ \longrightarrow Zn^{2+} + H_2O}$ - 0.5 т.

$\mathrm{Zn^{2+} + 2OH^- \longrightarrow Zn(OH)_2\downarrow\ \text{(б)}}$ - 0.5 т.

$\mathrm{Zn^{2+} + 2NH_3 + 2H_2O \longrightarrow Zn(OH)_2\downarrow + 2NH_4^+}$ - 0.5 т.

$\mathrm{Zn(OH)_2 + 4NH_3 \longrightarrow [Zn(NH_3)_4]^{2+} + 2OH^-}$ - 0.5 т.