НОХ 2007, III кръг (национален) — Задача 6. XXXIX НОХООС (2007), Експериментална задача

• 1. NH₃, CuSO₄, KI, Pb(NO₃)₂, ZnCl₂ (номерацията на епруветките зависи от конкретния вариант).
• 3. а)
• 4. CuSO₄·5H₂O – син камък; използва се за обеззаразяване на селскостопански насаждения.

Предложение за решение и оценка на експерименталната задача

от Националния кръг на Олимпиада Химия’2007

А. Примерно решение

Нека разтворът на амоняк е P1, а останалите разтвори са P2, P3, P4 и P5.

1. Солите са на силни киселини от таблицата за разтворимост

• Солите могат да са – $\mathrm{NO_3^{-}}$, $\mathrm{SO_4^{2-}}$, $\mathrm{Cl^{-}}$, $\mathrm{I^{-}}$.

2. Един от разтворите (напр. P2) е оцветен в синьо – това е разтвора на $\mathrm{Cu^{2+}}$. При смесване на този разтвор с всеки от останалите се открива:

• къде е разтворът на $\mathrm{NH_3}$ (P1); образува се светло синя утайка от $\mathrm{Cu(OH)_2}$, която в излишък от $\mathrm{NH_3}$ се разтваря до интензивно син разтвор на комплексния йон $\mathrm{[Cu(NH_3)_4]^{2+}}$.
• с един от другите разтвори (P3) пада белезникава утайка и разтворът се оцветява в кафяво – от данните в таблицата се вижда, че $\mathrm{Cu^{2+}}$ дава утайки с йоните: $\mathrm{CO_3^{2-}}$, $\mathrm{PO_4^{3-}}$ и $\mathrm{I^{-}}$. Първите два аниона са на слаби киселини, освен това и утайките им са синьо-зелени. Единственият възможен анион остава $\mathrm{I^{-}}$ – P3 е разтвор на йодид.
• с друг от разтворите (P4) пада бяла утайка, която не може да е от съединение на $\mathrm{Cu^{2+}}$, а е от аниона на медната сол – медната сол не е нитрат (може да бъде $\mathrm{SO_4^{2-}}$, $\mathrm{Cl^{-}}$ ).

3. При смесване на разтвора на йодидни йони (P3) с един от другите разтвори (P4) се получава ярко жълта утайка, която може да бъде само $\mathrm{PbI_2}$ – $\mathrm{PbCrO_4}$ има същия цвят, но $\mathrm{CrO_4^{2-}}$ не са посочени в таблицата.

• така се открива присъствието на $\mathrm{Pb^{2+}}$ в P4 – оловната сол може да бъде само нитрат.
• така се потвърждават и $\mathrm{I^{-}}$ аниони в P3.

4. При смесване на разтвора на $\mathrm{Pb(NO_3)_2}$ (P4) с разтвора на $\mathrm{Cu^{2+}}$ (P2) и с последния разтвор (P5), падат две различни по вид бели утайки – те могат да бъдат само $\mathrm{PbSO_4}$ и $\mathrm{PbCl_2}$. По вида и свойствата на тези две утайки – $\mathrm{PbCl_2}$ е с кристален вид, получава се след престояване на разтвора и частично се разтваря в излишък от $\mathrm{Cl^{-}}$, се различават анионите в двете епруветки:

• медната сол в P2 е сулфат
• P5 е хлорид

5. При добавяне на разтвора на амоняк (P1) към разтвора на хлорид (P5) пада бяла утайка, която се разтваря в излишък от амоняка

• солта в P5 е цинкова ($\mathrm{ZnCl_2}$)

6. Единственият неоткрит катион остава калиевият, който може да е само при $\mathrm{I^{-}}$

• така се доказва KI в P3.

Б. Оценка - 25 точки.

1. За веществата - 10 точки

$\mathrm{NH_3}$ – 1 т. $\quad$ $\mathrm{CuSO_4}$ – 1+1 т. $\quad$ $\mathrm{Pb(NO_3)_2}$ – 1+1 т. $\quad$ $\mathrm{ZnCl_2}$ – 1+1 т. $\quad$ KI – 1+2 т.

2. За реакциите - 13 точки

$\mathrm{NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^{+} + OH^{-}}$ - 1 т.

$\mathrm{Cu^{2+} + 2OH^{-} \longrightarrow Cu(OH)_2\downarrow}$ - 1 т.

( или $\mathrm{Cu^{2+} + 2\,NH_3 + 2\,H_2O \longrightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2\,NH_4^{+}}$ - 1 т.)

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

$\mathrm{Pb^{2+} + 2Cl^{-} \longrightarrow PbCl_2\downarrow}$ - 1 т.

$\mathrm{PbCl_2 + 2Cl^{-} \longrightarrow [PbCl_4]^{2-}}$ -1 т.

$\mathrm{Pb^{2+} + 2OH^{-} \longrightarrow Pb(OH)_2\downarrow}$ - 1 т.

( или $\mathrm{Pb^{2+} + 2\,NH_3 + 2\,H_2O \longrightarrow Pb(OH)_2\downarrow + 2\,NH_4^{+}}$ - 1 т.)

$\mathrm{Pb^{2+} + 2I^{-} \longrightarrow PbI_2\downarrow}$ - 1 т.

$\mathrm{PbI_2 + 2I^{-} \longrightarrow [PbI_4]^{2-}}$ -1 т.

$\mathrm{Pb^{2+} + SO_4^{2-} \longrightarrow PbSO_4\downarrow}$ - 1 т.

$\mathrm{Zn^{2+} + 2OH^{-} \longrightarrow Zn(OH)_2\downarrow}$ - 1 т.

( или $\mathrm{Zn^{2+} + 2\,NH_3 + 2\,H_2O \longrightarrow Zn(OH)_2\downarrow + 2\,NH_4^{+}}$ - 1 т.)

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

Бонус точки –

$\mathrm{2Cu^{2+} + 4I^{-} \longrightarrow 2CuI\downarrow + I_2}$ - 1 т.

$\left.\begin{array}{l} \mathrm{Cu^{2+} + 1e^{-} \longrightarrow Cu^{+}} \\ \mathrm{2I^{-} - 2e^{-} \longrightarrow I_2} \end{array}\right| \times 2$ - 1 т.

3. Верен отговор - а) - 1 т.

4. $\mathrm{CuSO_4x5H_2O}$ в практиката се нарича син камък и се използва за обеззаразяване на селскостопански насаждения - 1т.