Обязательный тур (девятый класс решения)

1.

2FeSO₄ .7H₂O = Fe₂O₃ + SO₂+ SO₃+ 14H₂O

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Тогда на моль образовавшейся кислоты приходится 13*18 =234 (г) воды. Массовая доля составляет 98:(98+234) = 0,295 или 29,5%.

2. В 100 г раствора полученной кислоты содержится 70,5 г воды (3,9 моль). Для превращения ее в серную требуется 3,9 моль SO₃ (312 г). А для образования 10%-ного олеума необходимо еще (100 + 312).0,1/0,9= 45,7 г SO₃ (0,57 моль). Всего 4,47 моль SO₃. Для получения такого количества SO₃ требуется 8,94 моль FeSO₄ или 1359 г.

3. Максимальная концентрация хлороводорода соответствует эквимолярному соотношению серной кислоты и хлорида бария:

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄+ 2HCl

В 100 г раствора содержится 29,5 г H₂SO₄ (0,301 моль). Дигидрата хлорида бария прореагирует 0,301 моль ( 73,5 г). Сульфата бария выпадет в осадок 0,301 моль (70,2 г). Хлороводорода получится 0,602 моль (21,9 г). Масса раствора составит 100 + 73,5 - 70.2 = 103,3 (г). Доля хлороводорода в растворе составит 21,9 : 103,3 = 0,212 или 21,2%.

1. Содержание калийной селитры (нитрата калия) в порохе составляет: 4,64:(4,64+1) = 0,823 или 82,3%.

Содержание серы и угля, соответственно, составляет 17,7%.

Содержание угля - 17,7:(1,23+1) = 7,94(%).

Содержание серы - 17,7 - 7,94 = 9,76 (%).

2. Молярное соотношение селитры, серы и угля в порохе составляет:

(KNO₃) :   (S) : (C) = 82,3/101 : 9,76/32 : 7,94/12 = 0,815 : 0,305 : 0,662 = 2,67:1:2,17 =
= 16,02:6:13,02 (округляя до целых чисел, соотношение составит: 16KNO₃ + 6S + 13C). Это соотношение можно считать левой частью уравнения горения (исходные вещества).

Можно определить сумму коэффициентов газообразных продуктов горения. Масса исходных веществ составляет 16 *101 + 6 * 32 + 13*12 = 1964 (г).

Объем газообразных продуктов в реакции 216 *1964/1000 = 424 (л); количество газовых продуктов реакции составляет 424/22,4 = 18,9 19 (моль). Основными газовыми продуктами могут быть азот (16 : 2 = 8 (моль в уравнении реакции), оксид углерода (IV) (до 13 моль в уравнении реакции) и оксид серы (IV) (в избытке окислителя). По реакции образуется 19 моль газа, тогда это 8 моль N₂ и 11 моль CO₂ (остающиеся 2 моль будут в твердом остатке, связанными в K₂CO₃ – 2 моль). В твердом остатке будет еще 12 моль калия, которые потребуются для связывания серы (как в форме сульфата калия, так и сульфида калия, так как окислителя в смеси недостаточно для перевода всей серы в сульфат). При образовании азота мы должны затратить 16*5 = 80 электронов:

N⁺⁵ + 5 e = N⁰, при окислении углерода можно освободить 13*4 = 52 электрона:

C⁰ - 4e = C⁺⁴,

еще 28 электронов должно быть образовано в реакциях серы. При окислении всей серы до сульфата образовалось бы 6*6 = 36 электронов, то есть не вся сера образует сульфат, а только пять моль и при этом образуется моль сульфида калия (6*5 =30; 30-2 = 28, что вполне соответствует электронному балансу).

К аналогичному выводу можно прийти, исходя из материального баланса кислорода. Из исходных 48 моль атомов кислорода нитрата калия в газовой фазе будут 22 моль атомов в CO₂, 6 моль атомов кислорода будут в твердом остатке в составе карбоната калия, тогда на образование сульфата остается 48 -22 - 6 = 20; 20 : 4 = 5 - моль сульфата калия образуется в реакции. По балансу калия и серы можно определить, что еще может образоваться 1 моль сульфида калия. Уравнение Бертло имеет вид:

16KNO₃ + 6S + 13C = 5K₂SO₄ + K₂S + 2K₂CO₃ + 11CO₂ + 8N₂

3. Масса исходных веществ составляет 16*101 + 6* 32 + 13*12 = 1964 (г).

Тогда тепловой эффект реакции составляет 641 * 1,964 = 1259 (ккал) или 1259 *,18 =5262 кДж.

4. А.С.Пушкин, "Полтава".

Окраска определяется присутствием калия (паров) в составе пороховых газов (так же как соли калия окрашивают пламя, только в гораздо большей концентрации из-за высокой температуры). Дым - результат конденсации твердых продуктов горения пороха (сам по себе белый). Поднимался вверх за счет высокой температуры продуктов при экзотермической реакции.

5. “Нагар” - твердые остатки продуктов реакции горения пороха. Заметным запахом обладает только сульфид калия. Запах сероводорода, который образуется в результате гидролиза сульфида (или взаимодействия с углекислым газом воздуха):

K₂S + H₂O KHS + KOH

KHS + H₂O KOH + H₂S

6. Твердый остаток - K₂SO₄, K₂CO₃, K₂ S. Для доказательства их присутствия в твердом остатке продукты горения можно растворить в воде. К полученному раствору прилить избыток раствора нитрата бария, образующийся белый осадок может содержать сульфат и карбонат бария. Сульфид остается в растворе, и после отделения осадка может быть обнаружен при действии нитрата свинца, или нитрата меди по образованию черного осадка сульфидов свинца (меди):

K₂SO₄ + Ba(NO₃)₂ = BaSO₄ + 2KNO₃

K₂CO₃ + Ba(NO₃)₂ = BaCO₃   + 2KNO₃

K₂S + Pb(NO₃)₂ = PbS + 2 KNO₃

Полученный осадок (после фильтрования или декантации) можно обработать раствором соляной кислоты, выделение газа свидетельствует о присутствии карбоната, а остающийся нерастворимым осадок в соляной кислоте - о наличии сульфата:

BaCO₃ + 2HCl = BaCl₂ + CO₂ + H₂O