ОЛИМПИАДНЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ Г.Г.Гарифуллина канд.хим.наук,доц.БашГУ. - презентация

1 ОЛИМПИАДНЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ Г.Г.Гарифуллина канд.хим.наук,доц.БашГУ

2 Задача 1. Теплота образования некоторого газообразного углеводорода равна 24,82 ккал/моль. В результате сгорания образца этого углеводорода выделилось 13,2651 ккал тепла. Образовавшийся при этом двуокись углерода весит в три раза больше, чем исследуемый образец. Вычислите массу исследуемого образца, если теплота сгорания водорода равна 68,317 ккал/моль, теплота сгорания угля равна 84,052 ккал/моль.

3 Решение задачи 1. Согласно условиям задачи: m(CO) =3m(УВ). Учитывая уравнение реакции горения УВ: 44 х=3(12 х+2 у); 36 х+6 у= 44 х, 6 у=8 х, отсюда х:у =6:8= 3:4. Из возможных молекулярных формул только формула пропана соответствует условиям задачи. Для расчета теплоты сгорания УВ необходимо расписать уравнения реакций горения водорода, угля и реакцию образования 1 моля УВ их простых составляющих (согласно определению этих понятий). Комбинация этих 3-х уравнение позволяет вычислить искомую величину, равную 530,604 ккал/моль. Зная молекулярную массу УВ, количество выделенного тепла из сожженного образца, вычисляем количество молей УВ, оно равно 0,025 моль пропана. Тогда искомая масса сожженного образца равна 1,1 г.

4 Задача 2. Красивая блондинка прочитала в учебнике химии, что люди вдыхают относительно легкий кислород, а выдыхают более тяжелый углекислый газ. Она решила похудеть, ежедневно принимая десятиминутные воздушные ванны и делая глубокий вдох и выдох общей длительностью 6 секунд. На сколько килограмм похудеет красивая блондинка, если ее объем груди позволяет вдыхать 3000 кубических сантиметров воздуха с содержанием кислорода на вдохе 20% и на выдохе 16%? Что еще не учла блондинка в своих расчетах?

5 Решение задачи 2. Предположим, что блондинка вдыхает чистый кислород и полностью перерабатывает его в углекислый газ. Объем вдыхаемого газа равен 3000 см 3 = 3 л = 3/22.4 = моля O2. Следовательно, за один вдох-выдох она выведет из организма моля углерода. Всего за 10 минут (600 секунд) она сделает 100 вдохов, что составит 13.4 моля C = г. Однако, воздух лишь на 1/5 состоит из кислорода, кроме того, усваивается только 1/5 часть кислорода. Поэтому более реальная потеря веса составит 160.8/25 = 6.4 грамма или кг. Блондинка также не учла, что часть кислорода при окислении расходуется на образование воды (у человека выдох – влажный), поэтому потеря веса будет еще меньше. Ответ: Блондинка похудеет меньше чем на кг.

6 Задача 3. Углерод, являющийся одной из основных составляющих биологических организмов, присутствует в земной атмосфере в виде стабильных изотопов 12C (98.9%), 13C (1.1%) и радиоактивного 14C, который присутствует в следовых количествах (около 10 10%). Изотоп 14C постоянно образуется в верхних слоях атмосферы при столкновении вторичных нейтронов от космических лучей с ядрами атмосферного азота. Радиоизотоп углерода 14C подвержен β-распаду с периодом полураспада 5730 лет. Соотношение радиоактивного и стабильных изотопов углерода в атмосфере и в биосфере примерно одинаково из-за активного перемешивания атмосферы, поскольку все живые организмы постоянно участвуют в углеродном обмене, получая углерод из окружающей среды, а изотопы, в силу их химической неразличимости, участвуют в биохимических процессах практически одинаковым образом. Удельная активность углерода в живых организмах соответствует атмосферному содержанию радиоуглерода и составляет 0.3 распада в секунду на грамм углерода. С гибелью организма углеродный обмен прекращается. После этого стабильные изотопы сохраняются, а радиоактивный (14C) постепенно распадается, в результате его содержание в останках постепенно уменьшается. Определив текущее соотношение содержания изотопов в биологическом материале, можно установить время, прошедшее с момента гибели организма. Исследование фрагментов Туринской плащаницы (христианской святыни, якобы хранящей на себе следы тела распятого Христа), проведённое в 1988 году, показало, что удельная активность углерода плащаницы составляет 16.2 распада в минуту на грамм углерода. Определите возраст плащаницы. Могло ли тело Христа после казни быть завернуто в плащаницу?

7 Решение задачи 3. Расходование радиоуглерода соответствует кинетическому закону реакции первого порядка. Следовательно, изменение содержания радиоуглерода описывается уравнением: где C0 – естественная радиоактивность углерода 14C, составляющая = 18 распадов в минуту на грамм углерода. По условию задачи C = 16.2 распадов в минуту на грамм углерода. Время полураспада мономолекулярной реакции связано с константой скорости k соотношением: Отсюда определяем, что k = год 1. Из первого уравнения легко рассчитать, что t = 870 лет, т.е. плащаница была изготовлена (1988 – 870 = 1118 г.) в XII веке после Рождества Христова. Ответ: Возраст плащаницы – 870 лет, т.е. она изготовлена более чем через тысячу лет после смерти Христа.

8 Задача 4. Смешали по 3 моль веществ А, В, С. После установления равновесия 2А = В + С в системе обнаружили 3,5 моль вещества С. Рассчитайте константу равновесия. Определите равновесный состав смеси (мольные доли), полученной смешением веществ А, В, С в мольном соотношении 4:2:1 при той же температуре.

9 Решение задачи 4 Записываем выражение для константы равновесия. Если до реакции было 3 моль С, а после 3,5, значит в реакцию вступил 1 моль А. Равновесные концентрации (объем не учитываем): [A]p = 2 моль/л [B]p = 3,5 моль/л [C]p = 3,5 моль/л Kp = 3,06 2) Пусть в реакцию вступило х моль А. Тогда равновесные концентрации: [A]p = (4-х) моль/л [B]p = (2+0,5 х) моль/л [C]p = (1+0,5 х) моль/л Из условия постоянства температуры имеем: Kp = (2+0,5x)(1+0,5x)/(4-x)2 = 3,06 x = 2,47 моль. Тогда искомые величины равны: [A]p = 1,53 моль/л [B]p = 3,235 моль/л [C]p = 2,235 моль/л

10 Задача 5. Энергия активации некоторой реакции в отсутствие катализатора равна 81,5 к Дж/моль, а в присутствии катализатора 50 к Дж/моль. Во сколько раз возрастет скорость реакции в присутствии катализатора, если реакция проходит при температуре 60 °С?

11 Решение задачи 5. По уравнению Аррениуса имеем: k = А exp (E1-E2)/RT. Согласно расчетам скорость реакции возрастает в раз!.