Сборник задач по химии. Содержание. Глава Первоначальные химические понятия
 Скачать 99.41 Kb.
|
|
Функциональная грамотность. Сборник задач по химии. Содержание. Глава 1. Первоначальные химические понятия…………………………………………..3 Глава 2. Кислород. Воздух. Горение………………………………………………………4 Глава 3. Водород. Вода…………………………………………………………………….5 Глава 4. Растворы…………………………………………………………………………..8 Глава 5. Основные классы неорганических соединений…………………………….…..9 Глава 6. Количественные отношения в химии…………………………………………..10 Глава 7. Периодический закон Д.И.Менделеева…………………………………………10 Глава 8. Строение вещества…………………………………………………………….…11 Глава 9. Окислительно-восстановительные реакции……………………………………11 Глава 10. Галогены…………………………………………………………………………12 Глава 11. Погруппа кислорода…………………………………………………………….13 Глава 12. Основные закономерности химических реакций……………………………..13 Глава 13. Теория электролитической диссоциации……………………………………...14 Глава 14. Азот и фосфор…………………………………………………………………...14 Глава 15. Минеральные удобрения………………………………………………………..15 Глава 16. Углерод и кремний………………………………………………………………15 Глава 17. Металлы………………………………………………………………………….16 Глава 18.Органические соединения……………………………………………………….22 Углеводороды……………………………………………………………………………….22 Кислородсодержащие органические соединения………………………………………...24 Спирты и фенолы…………………………………………………………………………...28 Альдегиды и кетоны………………………………………………………………………..30 Карбоновые кислоты………………………………………………………………………..34 Сложные эфиры. Жиры. Мыла…………………………………………………………….38 Углеводы…………………………………………………………………………………….40 Азотсодержащие органические соединения………………………………………………41 Волокна………………………………………………………………………………………44 Ферменты…………………………………………………………………………………….45 Литература…………………………………………………………………………………...46 Глава 1. Первоначальные химические понятия 1-1. Определите какой из процессов является химическим, а какой физическим 1.Горение дров в камине 2.Растворение глауберовой соли в воде 3.Испарение воды из луж 4.Коррозия водопроводных труб 5. Разложение пищи под действием желудочного сока 6. Нагревание сковородки на электрической плите Ответ: Химические -1,4,5 1-2. Дедушка Савелий купил про запас мешок сахара. Сахар простоял 10 лет и с ним не происходило никаких изменений. Внук Сашка решил на свой день рождения угостить друзей. Он нагрел и расплавил весь сахар, получив большой коричневый леденец. Какое это явление? Ответ: Физическое, изменение агрегатного состояния, изменение цвета (изменение агрегатного состояния -идет за счет испарение воды, изменение цвета –за счет увеличение содержание углерода) Глава 2. Кислород. Воздух. Горение. Глава 3. Водород. Вода. 3-1. Две хозяйки готовились к стирке. Первая подогрела воду до 60 градусов и замочила в ней белье, вторая нагрела воду до кипения, прокипятила ее 5 минут, а затем охладила до 60 градусов и только после этого начала стирку. У кого белье лучше отстирается? Каким простым опытом это можно доказать и как объяснить? Ответ:Мыло и другие моющие средства намного эффективнее действуют в мягкой воде. Жесткость воды обусловлена наличием в ней гидрокарбонатов кальция и магния, которые при кипячении выпадают в осадок в виде карбонатов: Ca(HCO3)2 = CaCO3+H2O+CO2 Mg(HCO3)2 = MgCO3+H2O+CO2 При нагревании воды до 60 градусов эти реакции не происходят, и вода остается жесткой. Поэтому белье лучше отстирается у той хозяйки, которая прокипятила воду. Это легко доказать простым опытом: опустить по кусочку мыла в подогретую воду и воду той же температуры, но предварительно прокипяченную. В прокипяченной воде мыло растворится почти без осадка, а в сырой воде образуется осадок в виде хлопьев. Образование осадка стеаратов кальция и магния происходит за счет взаимодействия растворенных солей кальция и магния с мылом. Следует помнить, что кипячением можно устранить только карбонатную, или временную, жесткость воды, а постоянная жесткость, обусловленная присутствием сульфатов и хлоридов кальция и магния, устраняется только действием соды: СaSO4+Na2CO3=CaCO3+Na2SO4 MgSO4+Na2CO3=MgCO3+Na2SO4 3-2.Представьте себе, что во время длительного автопробега по лесным дорогам вам необходимо залить в радиатор свежую воду. Природная вода в этой местности только родниковая и колодезная, очень жесткая. Как можно смягчить воду для радиатора в походных условиях, не имея под рукой никаких реактивов? Ответ: Сначала воду надо прокипятить на костре, затем собрать золу от костра и добавить в воду. Профильтровать через ткань или просто осторожно слить верхний слой после отстаивания. Зола содержит значительное количество карбоната калия, который осаждает соли кальция и магния. 3-3. Один из самых доступных препаратов для смягчения воды, заливаемой в системы охлаждения автомобилей, - сода. Рекомендуемая доза – 6-7 г кальцинированой соды на 10 л воды. Можно использовать и кристаллическую соду, только в другом количестве. Рассчитайте, сколько надо взять этого реактива, чтобы заменить 6 г кальцинированной соды. Ответ: 16,2 г кристаллической соды надо внести для смягчения 10 л воды. Глава 4. Растворы. 4-1. Доступный и малотоксичный препарат для борьбы с мучнистой росой крыжовника – 0,5%-ный водный раствор кальцинированной соды, в который добавляют мыло. Если не кальцинированной соды, раствор можно приготовить из кристаллической соды Na2CO3.10H2O или питьевой соды NaHCO3. Сколько надо взять кристаллической соды или питьевой соды, чтобы приготовить 10 л раствора, равноценного по активности 0,5%-ному раствору Na2CO3? Принять для расчетов, что плотность полученных растворов равна Ответ:Действующим веществом в этом растворе являются ионы натрия, которые образуются при диссоциации всех трех солей. При расчетах надо учитывать именно образующееся количество ионов натрия. Глава 5. Основные классы неорганических соединений. 5-1. Для приготовления штукатурного раствора рекомендуют использовать только свежегашеную известь. Почему это так важно? Ответ:Гашение извести протекает по уравнению: CaO+H2O=Ca(OH)2 «Схватывание « штукатурного раствора основано на взаимодействии Са(ОН)2 с СО2 воздуха: Са(ОН)2+СО2=СаСО3+Н2О Этот же процесс происходит при хранении гашеной извести, поэтому штукатурный раствор, приготовленный из лежалой гашеной извести, будет плохо схватываться. 5-2. В двух ведрах приготовлены материалы для ремонта: суспензия мела для побелки потолков в комнате и суспензия гашеной извести для побелки кухни. Как их можно отличить? Ответ:При взаимодействии карбонатов с кислотой как в твердом виде, так и в растворах образуется СО2, который выделяется с характерным шипением. Поэтому различить два раствора можно с помощью уксусной кислоты: при ее добавлении к суспензии мела будет выделяться СО2, который обнаруживается по пузырькам и шипению, а при добавлении кислоты к суспензии Са(ОН)2 происходит реакция нейтрализации, которая не сопровождается внешними эффектами (если не брать во внимание выделение теплоты). 5-3. Вам необходимо проводить штукатурные работы. Все материалы были куплены заранее. Как можно определить, пригодна ли запасенная вами известь для приготовления штукатурного раствора? Ответ:При хранении гашеной извести, она реагирует с углекислым газов, содержащимся в воздухе с образованием карбоната кальция. Присутствие карбоната в гашеной извести можно обнаружить пробой с любой кислотой (выделение СО2). Если газ выделяется очень сильно, известь непригодна для побелки. 5-4. Многим известен способ лечения насморка или радикулита с помощью поваренной соли. Ее нагревают на сковороде или в духовке, насыпают в мешочек из плотной ткани, а мешочек прикладывают к больному месту на несколько часов. Какие свойства поваренной соли использованы в этом рецепте? Кстати, вместо соли можно использовать и чистый песок, который, как известно, состоит преимущественно из SiO2. Ответ:В данном случае играют роль не химические, а физические свойства хлорида натрия: его довольно высокая теплоемкость. Аналогичными свойствами обладает и песок. 5-5. Во многие современные стиральные порошки добавляют безводный сульфат натрия для сохранения сыпучести. За счет какого процесса эта соль предотвращает слеживаемость порошков? Ответ: Сульфат натрия легко образует очень прочный кристаллогидрат состава Na2SO4.10H2O, связывая 10 молекул воды. Поэтому, безводный Na2SO4 хорошо предотвращает влагу, предотвращая слёживаемость порошков. 5-6. Всем известно ощущение оскомины после обильного потребления кислых фруктов, при этом зубы становятся очень чувствительными к горячей и холодной пище. Но это ощущение проходит, если два раза в день чистить зубы фтористой зубной пастой. Как можно объяснить все эти явления с позиций химии, если знать, что состав зубной эмали очень близок к минералу гидроксилапатиту Ca5OH(PO4)3? Ответ: Зубная эмаль по своему составу относится к классу основных солей, так как содержит гидроксогруппу. Все основные соли легко растворяются в кислотах, даже таких слабых, как яблочная, лимонная, щавелевая, содержащихся в кислых фруктах. Частичное растворение эмали и делает зубы чувствительными к горячему и холодному. Фторид-ион, содержащийся в зубных пастах, замещает гидроксид-ион в составе зубной эмали: Ca5OH(PO4)3+Na2PO3F=Ca5F(PO4)3+NaOH(PO3) При этом образуется менее растворимый в кислотах фторапатит кальция, и зубы становятся менее чувствительными к кислотам, правда на короткое время, поэтому процедуру следует повторять ежедневно. 5-7. Почему свежеоштукатуренные и сразу же побеленные известью поверхности долго не высыхают? Ответ:При взаимодействии Са(ОН)2 с СО2 (процесс затвердевания штукатурки) образуется вода: Са(ОН)2+СО2=СаСО3+Н2О Поэтому при побелке свежеоштукатуренных стен известью наружные участки подпитываются влагой, и штукатурка долго не высыхает. Глава 6. Количественные отношения в химии. 6-1. Чтобы семена сельскохозяйственных культур хорошо сохранялись, они должны иметь влажность не более 15%. Высушить семена не всегда просто, так как нагревание приводит к потере всхожести. Поэтому нередко применяют химическую сушку: смешивают семена с безводным сульфатом натрия. Эта соль легко образует очень прочный кристаллогидрат Na2SO4.10H2O, поэтому при смешивании ее с влажными семенами она отнимает от них воду и связывает ее в кристаллогидрат. Рассчитайте, сколько нужно сульфата натрия для высушивания 10 кг семян, имеющих влажность 25%, до кондиционной влажности 15% Ответ: 0,8 кг 6-2. Фунгицидными и бактерицидными свойствами обладают водные растворы хорошо известных солей натрия: Na2CO3 и Na2HPO4. Действующим веществом этих пестицидов являются ионы натрия, присутствующие в их водных растворах. Какую соль - Na2CO3, Na2CO3.10 Н2О или Na2HPO4 – целесообразнее использовать для этих целей, если их стоимость примерно одинакова? Ответ:Массовая доля ионов натрия в: Na2CO3 – 43.6%, в Na2CO3.10 Н2О – 16%, в Na2HPO4 – 32,4%. Таким образом, больше всего натрия содержится в кальцинированной соде Na2CO3 , именно ее следует использовать для этих целей. 6-3. Скорлупа яиц состоит преимущественно из карбоната кальция СаСО3. Подсчитайте, сколько кальция теряет организм курицы с каждым снесенным яйцом, если масса скорлупы в среднем 10 г, и сколько кальция должна получить несушка с кормами в течение года, если средняя яйценоскость составляет 220 яиц в год. Определите также годовой запас мела для домашней птицефермы, если на ней содержат 5 кур – несушек. Ответ: Молярная масса карбоната кальция 100 г/моль. Массовая доля кальция в этом соединении 40%, т.е. 10 г скорлупы содержится 4 г кальция. С каждым яйцом курица теряет 4 г кальция, за год – 220 х 4 = 880 г. Такое количество кальция должна за год получить каждая несушка. Для расчета годового запаса мела проще воспользоваться весом скорлупы, которая состоит из карбоната кальция. 10г х 220 х 5 = 11000 Т.о. надо запасти 11 кг мела. 6-3. В бензине марки АИ-93 содержится около 0,8 г/л тетраэтилсвинца. Сколько свинца попадет в окружающую среду в результате 1000-километрового пробега легкового автомобиля, если средний расход бензина во время пробега составляет 10 л на 100 км? Ответ:51,26 грамма. Глава 7. Периодический закон Д.И.Менделеева Глава 8. Строение вещества Глава 9. Окислительно-восстановительные реакции 9-1. Определить полярность аккумуляторной батареи и выпрямителя можно при помощи обыкновенной картофелины. Правда, кроме нее, вам потребуются два медных контакта, которые надо воткнуть в свежий срез клубня картофеля на расстоянии 2-3 мм друг от друга и замкнуть цепь. Тогда около положительного провода мякоть клубня начнет синеть. За счет каких процессов это происходит и какова роль картофеля? Ответ:На аноде происходит электрохимическое окисление меди (анодное растворение): Cu0 ->Cu2+ +2e- Образующиеся катионы меди окрашивают мякоть картофеля в синий цвет. Картофельный сок выполняет роль электролита, а белая мякоть картофеля служит хорошим фоном для обнаружения ионов меди. Глава 10. Галогены 10-1. В вашем доме есть бутыль с жидким отбеливателем, но этикетка с инструкцией потеряна. Препарат имеет запах хлора. Вы решили обработать им белье без нагревания. Какую посуду вы выберете, если у вас есть: новое ведро из оцинкованной жести, старый эмалированный таз с поврежденной эмалью, пластмассовый таз? Ответ: В качестве хлорсодержащего отбеливающего средства чаще всего используют водные растворы гипохлоритов – солей хлорноватистой кислоты, которые пропускают пропусканием хлора через раствор щелочи: Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O Образующийся при этом раствор, содержащий NaCl и NaClO, под названием «жавелевая вода» используют для отбеливания тканей очень давно. Отбеливание происходит за счет окисления загрязняющих веществ хдорноватистой кислотой, которая из растворов гипохлоритов вытесняется угольной кислотой и легко разлагается: NaClO+H2O+CO2=NaHCO3+HClO 2HClO=2HCl+O2 Таким образом, в отбеливающем растворе присутствуют хлорноватистая и соляная кислоты. Если налить такой отбеливатель в ведро из оцинкованной жести, то присутствующие в нем кислоты сначала будут растворять оксидную пленку цинка, а затем взаимодействовать непосредственно с цинком. Если использовать эмалированную емкость с поврежденной эмалью, эти кислоты будут взаимодействовать с железом (эмалированная посуда изготовлена из сплавов железа). Выделяющийся при разложении HClO атомарный кислород также окисляет цинк и железо. Кроме того, все отбеливающие средства на основе соединений хлора могут содержать и некоторое количество соединений хлора, который также будет окислять металлы: Zn+Cl2=ZnCl2 2Fe+3Cl2=2FeCl3 Для отбеливания белья следует выбрать пластмассовый таз, так как все остальные материалы будут вступать в химическое взаимодействие с отбеливателем. Но, следует учесть, что, если полимерные материалы длительное время подвергаются воздействию сильных окислителей, они становятся хрупкими и постепенно разрушаются. 10-2. На белую салфетку пролили йод. Попытались вывести пятно с помощью отбеливателей: «Персоль», затем хлорная известь, но неудачно – ни одно из этих средств не обесцветило пятно. Однако, через несколько дней пятно исчезло. Можно ли написать уравнение реакции, благодаря которой исчезло пятно? Почему оно не исчезло под действием отбеливателей? Ответ: Нет, уравнение реакции написать нельзя, так как пятно исчезло в результате физического процесса – постепенной сублимации йода, адсорбированного тканью. Хлорная известь Ca(ClO)2 и персоль Na2CO3. 1,5H2O2 . H2O обладают окислительными свойствами, поэтому они не обесцвечивают пятно йода, так как йод тоже является окислителем. Можно попытаться вывести такое пятно с помощью восстановителей, например водного раствора сульфита натрия Na2SO3 I2+Na2SO3+2NaOH=2NaI+Na2SO4+H2O 10-3. Если необходимо быстро удалить пятно йода с ткани, то какое химическое соединение надо использовать – с окислительными или с восстановительными свойствами? Ответ: Можно попытаться вывести такое пятно с помощью восстановителей, например водного раствора сульфита натрия Na2SO3 I2+Na2SO3+2NaOH=2NaI+Na2SO4+H2O 10-4. Какое количество монофторфосфата натрия Na2PO3F содержится в тюбике зубной пасты весом 75 граммов, если на упаковке указано: «Содержание активного фтора 0,15%»? Стоматологи рекомендуют для профилактики кариеса ежегодно потреблять в виде зубной пасты примерно 1,5 грамма активного фтора, т.е. фторид-иона, способного диссоциировать и вступать в реакции ионного обмена с зубной эмалью. Сколько тюбиков зубной пасты нужно использовать в течение года, чтобы обеспечить эту норму? Ответ: В 75 граммах пасты содержится (75 . 0,15) : 100 = 0,11 г активного фтора. По норме необходимо израсходовать 1,5:0,11 = 13,6 тюбиков зубной пасты за год, т.е. примерно по одному тюбику в месяц. 10-5. Об открытии йода рассказывают такую историю. В тот день французский ученый Бернар Куртуа, как обычно, завтракал за рабочим столом своего небольшого химического кабинета. У него на плече восседал любимый кот. На столе рядом с пищей стояли две бутыли, в одной из которых был настой морских водорослей в спирте, а в другой – смесь концентрированной серной кислоты с железными опилками. Коту надоело сидеть на плече, он спрыгнул, но неловко: бутыли упали на пол и разбились. Хранившиеся в них жидкости смешались, в результате химической реакции в воздух поднялись фиолетовые клубы газа. Когда они осели, ученый заметил на лабораторном оборудовании фиолетовый кристаллический налет. Так был открыт йод. Но при этом Куртуа нарушил сразу несколько правил техники безопасности. Какие именно? Какое вещество, содержащееся в водорослях, могло образовать при взаимодействии с серной кислотой свободный йод? Напишите уравнение этой реакции. Можно ли эту реакцию отнести к окислительно-восстановительным? Как называют процесс, при котором из паров йода образовались кристаллы? Как лучше всего можно было очистить оборудование в лаборатории от образовавшегося налета? Ответ: Куртуа нарушил следующие правила: 1. В химических лабораториях запрещается хранить концентрированные кислоты на лабораторном столе, их нужно хранить под вытяжкой. 2. Строго запрещается принимать пищу в химической лаборатории 3. Запрещается нахождение животных. Нельзя держать рядом вещества с окислительными и восстановительными свойствами. Морские водоросли содержат много иода в виде иона I- При взаимодействии раствора, содержащего эти ионы, с серной кислотой произошло окисление ионов иода с образованием молекулярного иода: 2NaI+H2SO4=Na2SO4+I2+SO2+2H2O Это окислительно-восстановительная реакция. Процесс образования кристаллов из паров называется кристаллизацией, а обратный процесс – возгонкой. Налет иода можно легко удалить с помощью органических растворителей. 10-6. Вы выбираете зубную пасту. На упаковке пасты №1 указано, что в ней содержится 0,454% фторида олова (II), а зубная паста №2 содержит 0,8% монофторфосфата натрия Na2PO3F.Какая из этих паст более сильнодействующее средство для профилактики кариеса? Ответ: Эффективность зубных паст в профилактике кариеса можно сравнить по содержанию в них активного фтора, т.е. фторид-иона, способного взаимодействовать с зубной эмалью. В 100 г пасты №1 содержится 0,172 г фтора, а в 100 г пасты №2 – 0,104 г. Следовательно, зубная паста №1 будет более эффективна в профилактике кариеса, т.к. она содержит больше активного фтора. Также следует учитывать и антибактериальное действие солей олова. |