Московская городская олимпиада школьников по химии (окружной этап, 2007)

Разгадайте кроссворд и запишите отдельно ответы по горизонтали и по вертикали под соответствующим номером.

По горизонтали: 1. Наука о веществах и их превращениях. 3. 1/12 часть массы атома этого элемента является эталоном для определения относительных атомных и молекулярных масс. 6. Тип химической реакции, при которой из воды образуются кислород и водород. 8. Аллотропная модификация кислорода. 9. Древнегреческий философ, основоположник учения об атомах. 10. Раствор, полученный фильтрованием. 11. Неметалл, который использовали алхимики для «получения» золота. 12. Число атомов элемента в химической формуле.
По вертикали: 1. Современный метод разделения компонентов смеси с близкими свойствами. 2. Самый распространенный в земной коре металл. 4. Единица количества вещества или насекомое, поедающее шубы. 5. Натрий в составе питьевой соды и поваренной соли. 7. Ученый, выдвинувший гипотезу, ставшую впоследствии законом: «равные объёмы различных газов при одинаковых условиях содержат одинаковое число молекул».
По одной из версий причина смерти Наполеона Бонапарта — отравление мышьяком. Источником мышьяка, по мнению ученых, служили обои в спальне его дома на острове Святой Елены. В те времена в качестве пигмента при производстве обоев часто использовали зелень Шееле — гидроарсенит меди — CuHAsO₃. В резиденции Наполеона 0,3 г такого пигмента содержалось на 1 м² обоев. В условиях теплого влажного климата острова обои поражались плесневыми грибками, которые переводили мышьяк, содержащийся в краске, в летучее соединение — триметиларсин As(CH₃)₃.
1. Рассчитайте максимально возможную массу образующегося триметиларсина, предположив, что в него перешел весь мышьяк, содержащийся в краске обоев спальни (см. рис. 1.), высота потолка 3 м (размером окон и дверей пренебречь).
2. Если принять, что весь триметиларсин равномерно выделялся в течение 5 лет, рассчитайте, за какое время без проветривания в спальне Бонапарта концентрация токсичного вещества достигала предельно допустимого значения (ПДК — предельно допустимая концентрация — составляет 0,1 мг мышьяка на 1 м³ воздуха).
В названии одного из «Уральских сказов» русского писателя П.П. Бажова упоминается известный минерал зеленого цвета. Вспомните название этого поделочного камня и установите его химическую формулу, зная, что при нагревании 1 моль вещества, из которого он состоит, образуется 2 моль оксида меди (II), 1 моль углекислого газа и 1 моль воды.
Морская вода содержит большое количество солей, что делает ее непригодной для утоления жажды. Как добыть пресную воду из морской выжившему в кораблекрушении и попавшему на необитаемый остров моряку (считайте, что простейшая утварь была выброшена на этот же остров)? Опишите порядок действий и современное название каждого действия.
Какую массу 5% раствора сульфата натрия и какую массу кристаллогидрата сульфата натрия (Na₂SO₄·10H₂O) следует взять для приготовления 14 г раствора с массовой долей сульфата натрия 11%?
Каждый из трех одинаковых (по массе и по объёму) сосудов наполнен одним из газов: водород, гелий и неизвестный газ X. Массы этих сосудов, заполненных указанными газами: 45,7 г, 45,9 г и 48,7 г.
1. Какой будет масса такого сосуда, заполненного воздухом?
2. Что представляет собой газ X?
3. Как экспериментально можно проверить Ваше решение в отношении X?

РЕШЕНИЯ

По горизонтали: 1. Химия. 3. Углерод. 6. Разложение. 8. Озон. 9. Демокрит. 10. Фильтрат. 11. Сера. 12. Индекс.
По вертикали: 1. Хроматография. 2. Алюминий. 4. Моль. 5. Элемент. 7. Авогадро.

1	Находим площадь обоев: S = (3 + 5) · 2 · 3 = 48 м²
2	Находим массу гидроарсенита меди в краске на 48 м² обоев: m(CuHAsO₃) = 48 · 0,3 = 14,4 г
3	Находим количество гидроарсенита меди: nCuHAsO₃ = 14,4 г / 188 г/моль ≈ 0,077 моль
4	Находим количество и массу триметиларсина: n(As(CH₃)₃) = n(CuHAsO₃) = 0,077 моль m(As(CH₃)₃) = 0,077 моль · 120 г/моль ≈ 9,2 г
5	Находим массу мышьяка: m(As) = 0,077 моль · 75 г/моль ≈ 5,78 г
6	Принимая равномерность выделения триметиларсина в течение 5 лет, рассчитаем массу мышьяка, который попадал в воздух спальни каждые сутки: m(As) = 5,78 г / 5 · 365 суток ≈ 3 мг/сутки
7	Находим объем воздуха в спальне: V = 5 · 3 · 3 = 45 м³
8	Рассчитаем концентрацию мышьяка, накапливающегося в воздухе за 1 сутки: 3 мг/сутки / 45 м³ ≈ 0,067 мг/сутки·м³
9	Учитывая, что ПДК составляет 0,1 мг мышьяка на 1 м³ воздуха, рассчитаем время: t = 0,1 мг/м³ / 0,067 мг/сутки·м³ ≈ 1,5 суток Таким образом, если не проветривать (или плохо проветривать) помещение спальни более 1,5 суток, концентрация токсичных соединений мышьяка в воздухе превысит предельно допустимое значение.

Варианты записи могут быть любыми, например:
Сu_xC_yH_zO_k → 2CuO + CO₂ + H₂O
Сu₂CH₂O₅ → 2CuO + CO₂ + H₂O
(CuOH)₂CO₃ — малахит
Как возможный вариант, морскую воду можно длительное время кипятить, поглощать пары воды пористым материалом (тканью или морскими губками), затем пропитанный пресной водой материал отжать.
Современное название действий: выпаривание, адсорбция, десорбция.
Решение
Составим уравнение баланса сульфата натрия
m(Na₂SO₄)_{в 1p} + m(Na₂SO₄)_{в кр.} = m(Na₂SO₄)_{в 2р}
Преобразуем уравнение
m_1p · w(Na₂SO₄)_{в 1p} + m_кр. · w(Na₂SO₄)_{в кр.} = m_2p · w(Na₂SO₄)_{в 2p}
Рассчитаем массовую долю сульфата натрия в кристаллогидрате
w(Na₂SO₄)_{в кр.} = 142 / 322 = 0,44
Обозначим массу первого раствора за х. Тогда масса кристаллогидрата будет равна m_кр. = 14 – х
Приведенное выше уравнение будет выглядеть следующим образом:
х · 0,05 + (14 – х) 0,44 = 14 · 0,11
Из уравнения следует:
х = 11,85; 14 – х = 2,15
Ответ: m_1p = 11,85 г; m_кр. = 2,15 г.

1	Сосуды имеют одинаковый объем, следовательно, содержат одинаковые количества газов. Пусть количество газообразных веществ равно x.
2	Наименьшая масса (45,7 г) соответствует сосуду, заполненному водородом, масса 45,9 г — гелием.
3	Пусть масса сосуда m г,
4
5	Масса сосуда без газа — 45,5 г Количество газа в сосуде — 0,1 моль
6	Масса сосуда, заполненного воздухом: 45,5 + 29 · 0,1 = 48,4 г
7	Масса газа X: 48,7 – 45,5 = 3,2 г
8	Молярная масса газа X: M(X) = 3,2 / 0,1 = 32 г/моль
9	Очевидно, газ X — кислород
10	Для экспериментальной проверки следует провести качественную на кислород — внести в сосуд с газом тлеющую лучинку. Если газ X — кислород, лучинка вспыхивает.

Московская городская олимпиада школьников по химии (окружной этап, 2007) - 8 класс