Приборы и реактивы:

Весы техно-химические и разновес. Мерный цилиндр на 500 мл. Баллон с диоксидом углерода или аппарат Киппа с двумя промывными склянками. Колба вместимостью 250 – 500 мл с пробкой. Термометр. Барометр. Карандаш восковой. Мрамор. Растворы: хлороводородной кислоты (плотность 1,19 г/см 3), серной кислоты (плотность 1,84 г/см 3).

Сухую колбу плотно закрыть пробкой и отметить восковым карандашом уровень, до которого пробка вошла в горло колбы. Взвесить колбу с пробкой на техно-химических весах с точностью до 0,02г (m 1).

Наполнить колбу 10 диоксидом углерода из баллона через редуктор или аппарат Киппа, которым пользуются для получения непрерывного тока газа в химических лабораториях (рис.1). Он состоит из двух частей: нижней, представляющей собой два соединенных между собой резервуара 2 и 3, и верхней – шарообразной воронки 1, удлиненный конец которой доходит почти до дна резервуара 3. В верхней части резервуара 2 имеется тубус 5, который закрыт пробкой с газоотводной трубкой, имеющей кран 6. В нижнем резервуаре 3 также имеется тубус 4, служащий для выливания жидкости из прибора. Чтобы зарядить аппарат, в резервуар 2 насыпают через тубус 5 твердое вещество. Размер кусочков твердого вещества должен быть таким, чтобы вещество не попадало в резервуар 3 через щель. Для надежности в месте перетяжки 7 помещают круглую резиновую прокладку с отверстием по середине для воронки 1 и несколькими небольшими отверстиями для свободного движения жидкости. Затем тубус 5 закрывают пробкой с газоотводной трубкой. Кран 6 открывают и в прибор через воронку 1 сверху наливают кислоту в том количестве, чтобы твердое вещество в резервуаре 2 было ей покрыто (слишком много жидкости наливать не следует). Начинается реакция между кислотой и твердым веществом, сопровождающаяся выделением газа.

Кран 6 закрывают, и, если прибор герметичен, кислота вытесняется из среднего шара 2 под давлением выделяющегося в процессе реакции газа. Как только вся жидкость будет вытеснена из шара 2 в резервуары 3 и 1, реакция прекращена, и газ перестает выделяться.

Для возобновления выделения газа вновь открывают кран 6, жидкость при этом поднимается в средний резервуар 2, приходит в соприкосновение с твердым вещество, и аппарат начинает работать. По окончании работы кран 6 снова закрывает. Для получения диоксида углерода в резервуар 2 помещают мрамор, а через воронку 1 наливают хлороводородную кислоту. Почему в данном случае нельзя пользоваться серной кислотой? В данной работе необходимо пропустить газ через две промывные склянки (см. рис.1), одна из которых 8 наполнена водой, чтобы очистить газ от примесей хлороводорода, а другая 9 – концентрированной серной кислотой для осушки газа. В качестве промывных склянок удобно также пользоваться склянками Тищенко.

Газ следует пропускать в колбу медленно, чтобы можно было считать пузырьки в промывных склянках. Через 5 – 10 мин, не закрывая кран у аппарата Киппа, медленно вынуть газоотводную трубку из колбы и тотчас закрыть колбу пробкой. Не нагревать колбу руками, для чего при закрывании пробкой держать колбу пальцами за горлышко на весу в вертикальном положении. Зачем необходима эта предосторожность?

Взвесить колбу с диоксидом углерода на тех же весах и с той же точностью, что и колбу с воздухом (m 2 ).

Произвести контрольный опыт. В ту же колбу дополнительно пропускать газ в течение 5 мин и снова взвесить колбу. Если воздух из колбы был полностью вытеснен диоксидом углерода, то результаты первого и второго взвешивания не должны расходиться более чем на 0,02г.

Измерить рабочий объем колбы V 1 , для чего наполнить колбу дистиллированной водой до черты на шейке колбы и замерить объем воды, вылив ее в мерный цилиндр.

Записать атмосферное давление и температуру, при которых производится опыт.

Данные опыта записать в следующем виде:

Масса колбы с пробиркой и воздухом, m 1 , г.

Масса колбы с пробкой диоксидом углерода, m 2 , г.

Объем газа в колбе, V 1 , мл.

Температура, t , 0 С; абсолютная температура, Т , К.

Атмосферное давление, р.

В реакциях соединения из нескольких веществ образуется одно. Приведите уравнения реакций соединения, в которых сумма коэффициентов равна: а) 5; б) 7; в) 9. Напомним, что коэффициенты должны быть целыми числами.

Чему равна минимально возможная сумма коэффициентов в уравнении реакции соединения? Приведите пример.

Может ли эта сумма быть чётным числом? Если да, то приведите пример.

Решение:

а) 2Cu + O 2 = 2CuO или 2H 2 + O 2 = 2H 2 O

б) 4Li + O 2 = 2Li 2 O

в) 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 или 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3

Минимально возможная сумма коэффициентов – 3 (два реагента и один продукт), например

C + O 2 = CO 2 или S + O 2 = SO 2

Конечно, сумма коэффициентов может быть чётной, например:

Na 2 O + H 2 O = 2NaOH или H 2 + Cl 2 = 2HCl

N 2 + 3H 2 = 2NH 3 или 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Критерий оценивания: по 2 балла за каждое уравнение (в каждом пункте засчитывается только одно уравнение). Принимается любое разумное уравнение, удовлетворяющее условию задачи.

Итого 10 баллов

Задача 2. Вещество из водорода и кислорода

Сложное вещество, в молекуле которого на один атом кислорода приходится один атом водорода, представляет собой неустойчивую жидкость, неограниченно смешивающуюся с водой. Разбавленный (3%) раствор этого вещества используется в медицине. Составьте молекулярную и структурную формулу этого вещества. Что произойдёт, если в водный раствор этого вещества внести щепотку оксида марганца(IV)? Запишите уравнение реакции.

Решение

Вещество, о котором идёт речь, – пероксид водорода. Его молекулярная формула H 2 O 2 . (3 балла) . Чтобы её составить, достаточно знать, что кислород имеет постоянную валентность, равную 2. Структурная формула

4 балла

При внесении оксида марганца пероксид водорода разлагается:

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2: 3 балла

(1 балл , если записано неверное уравнение разложения на простые вещества).

Оксид марганца выступает в роли катализатора.

Итого 10 баллов

Задача 3. Фториды в природе и в быту

Природный минерал флюорит обладает интересными свойствами. Он имеет широкий спектр окраски: от розовых оттенков до фиолетовых. Окраску минералу придают примеси соединений различных металлов. После нагревания или облучения ультрафиолетовым светом минерал начинает светиться в темноте. Химический состав минерала: содержание кальция – 51,28 %, содержание фтора – 48,72 % по массе.

1. Используя данные о химическом составе, выведите формулу минерала флюорита. Расчёты запишите.
2. В каких средствах гигиены содержатся соединения фтора? В каких случаях нужно использовать это средство гигиены? Какое заболевание они предотвращают?

Решение

1) Ca: F = (51,28 / 40) : (48,72: 19) = 1: 2.

Простейшая формула флюорита – CaF 2 .

Определение формулы с расчётами – 5 баллов

Определение формулы без расчётов, по валентностям – 1 балл

2) Соединения фтора входят в состав зубных паст (2 балла) , такие пасты употребляют при недостатке фтора (1 балл) . При недостатке соединений фтора в организме развивается заболевание зубов – кариес (2 балла) .

Итого 10 баллов

Задача 4. Новое ракетное топливо

Новое экспериментальное ракетное топливо представляет собой смесь тонкоизмельчённого льда и порошка алюминия, частицы которого по размеру в 500 раз меньше толщины волоса. При поджигании происходит химическая реакция, в которой образуются оксид и простое вещество. Напишите уравнение этой реакции.

1. В каком соотношении по массе надо смешать исходные вещества, чтобы они прореагировали полностью?
2. Как Вы думаете, за счёт чего создаётся реактивная тяга?
3. Новое топливо называется АЛИСА (пер. с англ.). Почему?

Решение

В результате реакции образуются оксид алюминия и водород. Уравнение реакции:

2Al + 3H 2 O = Al 2 O 3 + 3H 2 4 балла

На 2 атома алюминия массой 2 · 27 = 54 а. е. м. приходится 3 молекулы воды массой 3 · 18 = 54 а. е. м. Соотношение масс 1: 1. 4 балла

Реакция идёт с большой скоростью, реактивная тяга создаётся выделяющимся водородом. 1 балл

AL + ICE = ALICE 1 балл

Итого 10 баллов

Задача 5. Реакция горения

При горении сложного вещества на воздухе образовались азот, углекислый газ и вода. Составьте формулу этого вещества, если известно, что в его состав входят атом углерода, атом азота и максимально возможное число атомов водорода. Помните, что валентность углерода равна 4, азота 3, а водорода 1. Составьте уравнение реакции горения.

Решение

Формула вещества, составленная согласно валентности, – CH 5 N

(5 баллов за любую правильную формулу – молекулярную или структурную).

(если в решении приводится формула HCN – 2 балла из 5 )

Уравнение реакции горения:

4CH 5 N + 9O 2 = 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O 5 баллов

(если приведено правильное уравнение сгорания HCN – 5 баллов )

Итого 10 баллов

Задача 6. Эксперименты с газами

Пустую колбу закрыли пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустили в стакан с водой (см. рисунок 1). Когда колбу плотно обхватили рукой, то из отверстия трубки начали выделяться пузырьки газа (см. рисунок 2).

1. Почему выделяются пузырьки газа, когда колбу обхватывают рукой? Какой газ выделяется?
2. Выделение газа из газоотводной трубки в данном случае является физическим или химическим явлением? Ответ поясните.
3. Ученик собрал прибор, описанный в условии задачи (колба с пробкой и газоотводной трубкой). Однако, как он ни старался обхватить колбу рукой, пузырьки газа из газоотводной трубки не выделялись. Предложите возможное объяснение такого результата.
4. Возможно ли эксперимент провести так, чтобы вода из стакана начала засасываться по трубке в колбу? Если да, то опишите, как это можно сделать. Не разрешается разбирать прибор и заполнять его специально каким-либо газом.
5. Если колбу предварительно заполнить некоторым газом, а затем вставить пробку с газоотводной трубкой, конец которой опустить в воду, то можно наблюдать «фонтан». Вода под давлением будет подниматься в колбу и в конце опыта практически полностью заполнит её. Предложите вариант такого газа и объясните образование «фонтана» внутри колбы.

Решение

1) От тепла руки нагреваются стенки колбы и газ внутри колбы. При нагревании (если давление практически не изменяется) газы расширяются, их объём увеличивается. 2 балла

Выделяются пузырьки воздуха, т.е. того газа, которым была заполнена колба (и газоотводная трубка) до опыта. 1 балл

2) Это физический процесс, т.к. газы, входящие в состав воздуха, не претерпевают никаких химических превращений. Увеличивается только объём воздуха. 1 балл

3) Возможно, ученик собрал негерметичный прибор. Воздух мог проходить через неплотное соединение колбы с пробкой или пробки с газоотводной трубкой.

Другое возможное объяснение связано с тем, что колба была предварительно нагрета. Тепла руки было недостаточно.

2 балла за любое разумное и обоснованное объяснение

4) Да, возможно. Для этого колбу нужно охладить, например, льдом или холодной водой. Также колбу можно предварительно нагреть, а затем опустить конец газоотводной трубки в стакан с водой.

вариант 1
1. получите, соберите, распознайте водород и проделайте опыты, характеризующие его свойства. составьте уравнения соответствующих реакций.
2. аналогичное задание выполните для ацетилена.
1. в пробирку налили немного соляной кислоты и опустили гранулу цинка. пробирку закрыли пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустили в другую пробирку, перевернутую вверх дном. наблюдаем выделение пузырьков газа водорода. спустя некоторое время вторую пробирку перевернули и поднесли осторожно горящую лучину. водород сгорает, на стенках пробирки конденсируется вода.


2. в пробирку поместили кусочек карбида кальция и добавили воды. пробирку закрыли пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустили в пробирку с бромной водой, и пробирку с перманганатом калия, они обесцветились.
подожгли газ, выделяющийся из трубки, он сгорает слепящим пламенем.


вариант 2
1. получите, соберите, распознайте кислород и проделайте опыты, подтверждающие его химические свойства. запишите уравнения соответствующих реакций.
2. выполните аналогичное задание для этилена.
1. в пробирку насыпали немного перманганата калия, внутрь положили комочек ваты и закрыли ее пробкой с газоотводной трубкой. затем укрепили пробирку на штативе так, чтобы конец трубки доходил до дна стакана, в котором будет собираться кислород. нагрели пробирку, собрали полный стакан кислорода (полноту стакана проверяем по тлеющей лучине, она вспыхивает) и закрыли стакан картоном.


2. в пробирку поместили немного концентрированной серной кислоты


вариант 3
1. получите, соберите, распознайте углекислый газ и проделайте опыты, подтверждающие его химические свойства. запишите уравнения соответствующих реакций.
2. выполните аналогичное задание для метана.
1. взяли кусок угля, раскалили его в пламени горелки и опустили его в сосуд с кислородом, он загорелся желто-синим пламенем.


2. в пробирку, снабженную газоотводной трубкой, поместили смесь, состоящую из одной части безводного ацетата натрия и двух частей гидроксида натрия (безводного). пробирку закрепили на штативе горизонтально и нагрели. выделяющийся газ пропустили в отдельные пробирки с бромом и раствором перманганата калия. растворы не изменяют своей окраски. подожгли газ, выделяющийся из трубки, он горит синим несветящимся пламенем.

Говорят, что дыма без огня не бывает, но у возможно всё! Получаем дым без спичек, дров и огня, пользуясь только смекалкой и двумя жидкостями.

Пошаговая инструкция

Для нам понадобятся 3 колбы, соединенные газоотводными трубками. В колбу №1 наливаем концентрированный раствор соляной кислоты (HCl) и плотно закрываем ее пробкой с газоотводом. В колбу №3 наливаем 25%-ный раствор аммиака (NH₃) и плотно закрываем ее пробкой с газоотводом. Пустую колбу (№2) закрываем пробкой с газоотводом, подсоединив трубки от колб с концентрированными растворами соляной кислоты и аммиака. Наблюдаем постепенное выделение белого дыма во второй колбе. Как это возможно, ведь она была пустой?!

Описание процессов

Аммиак и концентрированная соляная кислота являются летучими . При комнатной температуре растворы хорошо испаряются и превращаются в газы HCl и NH₃. По газоотводным трубкам HCl (колба №1) и NH₃ (колба №3) попадают в колбу №2, в которой происходит химическая реакция с выделением белого дыма. Он представляет собой мельчайшие кристаллики хлорида аммония:

NH₃+HCl=NH₄­Cl

Меры предосторожности

Газообразный аммиак является токсичным соединением, а газообразный HCl может вызвать ожог дыхательных путей - проводите опыт в хорошо проветриваемом помещении или в вытяжном шкафу, соблюдайте правила работы с концентрированной соляной кислотой.

Внимание! В этом опыте использованы токсичные и опасные для здоровья вещества. Проводите эти опыты только под присмотром специалиста!

Определение молекулярной массы по уравнению Клапейрона-Менделеева.

Для n молей любого газа: pV = nRT или pV= m/M RT,

где R=0,082 л. атм / К. моль =8,31 Дж/моль. К =1,99 кал/моль. К.

Если известны масса, объём, давление и температура газа, то из последнего уравнения может быть определена молярная масса газа по формуле: M = mRT/pV.

Следует учесть, что для получения правильных численных результатов, необходимо пользоваться единицами измерения одной системы единиц, например, СИ.

Работа № 10. Определение относительной молекулярной массы

диоксида углерода .

Выполнение работы. Диоксид углерода может быть получен в аппарате Киппа или взят из баллона, в котором он находится под давлением. В случае использования аппарата Киппа собирают прибор, изображенный на рис. 21.

через редуктор или из аппарата Киппа, которым пользуются для получения непрерывного тока газа в химических лабораториях (рис.12). Наполнение считать законченным, если горящая лучинка, поднесённая к горлышку колбы, снаружи (не внутри!), гаснет. Чтобы зарядить аппарат для получения диоксида углерода, в верхний резервуар насыпают через тубус куски мрамора. Размер кусочков должен быть таким, чтобы они не попадали в нижний резервуар через щель между воронкой и перетяжкой. Для надежности в месте перетяжки помещают круглую резиновую прокладку с отверстием для воронки и несколькими небольшими отверстиями для свободного движения жидкости. Затем тубус закрывают пробкой с газоотводной трубкой. Кран открывают и в прибор через воронку сверху наливают соляную кислоту (d=1,19г/см 3) в таком количестве, чтобы куски мрамора в резервуаре были ею покрыто. При этом начинается реакция: CaCO 3 +2HCl = CaCl 2 +H 2 O+CO 2 ­. Кран газоотводной трубки закрывают, и если прибор герметичен, кислота вытесняется из среднего шара под давлением выделяющегося в процессе реакции газа. Как только вся жидкость будет вытеснена из среднего шара, реакция прекращается, и газ перестаёт выделяться (почему?).

Для возобновления выделения газа вновь открывают кран газоотводной трубки, раствор при этом поднимается в среднем резервуаре и приходит в соприкосновение с мрамором, и аппарат начинает снова работать. После окончания работы кран газоотводной трубки снова закрывают. В данной работе необходимо пропустить газ через две промывные склянки. В качестве промывных склянок удобно пользоваться склянками Тищенко (см рис.21). В склянке (2) с водой углекислый газ освобождается от примесей хлороводорода, в склянке (3) с концентрированной серной кислотой он высушивается. Для повышения точности определения необходим очищенный и сухой газ. Скорость пропускания газа должна быть такой, чтобы можно было считать пузырьки в склянках. Следует иметь в виду, что при большой скорости газ не успевает очищаться от примесей. Через 15 - 20 минут, не закрывая крана у аппарата Киппа, медленно вынуть газоотводную трубку из колбы и тот час закрыть колбу пробкой. Взвесить колбу с диоксидом углерода на тех же весах и с той же точностью, что и колбу с воздухом (m 2).

Следует иметь в ввиду, что в сосуде мог остаться воздух и полученный результат взвешивания может не соответствовать заполнению сосуда с чистым диоксидом углерода. Поэтому следует произвести контрольный опыт, для чего в ту же колбу снова пропустить газ в течении 5 минут и снова взвесить колбу. Если результаты первого и второго взвешивания совпадают, то опыт заканчивают, если не совпадают, сосуд снова наполняют газом и взвешивают. Эти операции повторяют до тех пор, пока результаты повторного взвешивания не будут такими же, как предыдущий или расходится не более чем на 0,02 г.

Измерить рабочий объём колбы V 1 , для чего наполнить колбу дистиллированной водой до метки на шейке колбы и замерить объём воды, вылить её в мерный цилиндр.

Записать атмосферное давление по барометру (брать у лаборанта) и температуру в лаборатории, при которых производились опыты (t о С и P).

Расчёты : Вычислить объём газа V 0 при нормальных условиях по уравнению: V o P o /T o = VP/T

Вычислить массу воздуха m 3 или массу водорода m 4 в объёме колбы, учитывая, что при 0 o С и при 101,3 кПа масса 1л воздуха равна 1,293г, а 1л водорода - 0,089г.

Найти массу пустой (без воздуха) колбы с пробкой: m 5 =m 1 -m 3

Найти массу диоксида углерода в объёме колбы: m 6 =m 2 -m 5.

Определить относительную плотность диоксида углерода по воздуху Dвоздух (CO 2) или по водороду D(H 2) (CO 2). Вычислить относительную молекулярную массу диоксида углерода по уравнениям:

M(CO 2)=29 Dвоздух (CO 2). M(CO 2) =2 D(H 2) (CO 2)

M(CO 2)= m 6 . 22,4/V 0 . M(CO 2)= m 6 . T/pV.

Записи удобно располагать в следующем порядке:

1. Масса колбы с пробкой и воздухом. 2. Масса колбы с пробкой и СО 2 . 3. Объем колбы (до метки). 4. Абсолютная температура во время опыта (273+t). 5. Атмосферное давление (барометр - у лаборанта). 6. Объем воздуха, приведенный к нормальным условиям. 7. Масса воздуха в объеме колбы. 8. Масса СО 2 в объеме колбы. 9. Плотность СО 2 по воздуху. 10. Молярная масса (относительная молекулярная масса) СО 2 . Определить абсолютную и относительную погрешности опыта.