Задание 34 ЕГЭ по химии: решения ФИПИ с ответами по шагам

Медь реагирует с концентрированной серной кислотой с выделением диоксида серы:$$\mathrm{Cu + 2H_2SO_4(conc.) \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O}$$

Оксид меди(II) реагирует с серной кислотой без выделения газа:$$\mathrm{CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O}$$

Масса медного купороса в исходном растворе равна:$$m(\mathrm{CuSO_4 \cdot 5H_2O}) = 100 \cdot 0{,}20 = 20\ \text{г}$$

Вычислим количество вещества медного купороса:$$M(\mathrm{CuSO_4 \cdot 5H_2O}) = 250\ \text{г/моль};\quad n(\mathrm{CuSO_4 \cdot 5H_2O}) = \frac{20}{250} = 0{,}08\ \text{моль}$$

Пусть масса аммиака в исходном растворе равна $m(\mathrm{NH_3})=x$ г. Тогда масса воды равна $(125-x)$ г. В молекуле $\mathrm{NH_3}$ и в молекуле $\mathrm{H_2O}$ содержится по 10 протонов. Массовая доля протонов в аммиаке равна…$$x\cdot\frac{10}{17}+(125-x)\cdot\frac{10}{18}=0{,}56\cdot125$$

Решаем уравнение для массы аммиака:$$x\cdot\frac{10}{17}+(125-x)\cdot\frac{10}{18}=70;\quad x=17\ \text{г}$$

Масса хлорида бария в исходном растворе:$$m(\mathrm{BaCl_2})=624\cdot 0{,}10=62{,}4\ \text{г}$$

Количество вещества хлорида бария:$$n(\mathrm{BaCl_2})=\frac{62{,}4}{208}=0{,}30\ \text{моль}$$

Запишем уравнение электролиза раствора хлорида меди(II) на инертных электродах:$$\mathrm{CuCl_2 \xrightarrow{электролиз} Cu + Cl_2\uparrow}$$

Найдём массу и количество вещества исходного хлорида меди(II):$$m(\mathrm{CuCl_2})=360\cdot0{,}15=54\ \mathrm{г};\quad n_0(\mathrm{CuCl_2})=\frac{54}{134{,}5}=0{,}4015\ \mathrm{моль}$$

Запишем уравнения реакций разложения нитратов при нагревании:$$\mathrm{Mg(NO_3)_2 \xrightarrow{t} MgO+2NO_2+\frac{1}{2}O_2}$$

Для нитрата серебра уравнение имеет вид:$$\mathrm{2AgNO_3 \xrightarrow{t} 2Ag+2NO_2+O_2}$$

Обозначим количество вещества нитрата натрия через $x$, а количество вещества нитрата серебра — через $y$.$$85x+170y=42{,}5$$

В одном моле $\mathrm{NaNO_3}$ содержится 42 моль протонов, а в одном моле $\mathrm{AgNO_3}$ — 78 моль протонов. Масса протонов в смеси составляет $0{,}48\cdot42{,}5=20{,}4\ \mathrm{г}$ в условных молярных единицах.$$42x+78y=20{,}4$$

В первой колбе медь реагирует с концентрированной азотной кислотой с образованием бурого газа $\mathrm{NO_2}$:$$\mathrm{Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O}$$

Во второй колбе образуется бесцветный газ $\mathrm{NO}$:$$\mathrm{3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O}$$

Запишем уравнения реакций кальция и карбоната кальция с соляной кислотой, а также поглощения углекислого газа раствором гидроксида натрия.$$\mathrm{Ca + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2}$$

Уравнение реакции карбоната кальция с кислотой:$$\mathrm{CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + CO_2 + H_2O}$$

Запишем уравнения реакций меди и оксида меди(I) с концентрированной азотной кислотой:$$\mathrm{Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O}$$

Для оксида меди(I) уравнение реакции имеет вид:$$\mathrm{Cu_2O + 6HNO_3 \rightarrow 2Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 3H_2O}$$

Молярная масса кристаллогидрата равна $287\ \text{г/моль}$. Найдём количество вещества цинкового купороса:$$n(\mathrm{ZnSO_4 \cdot 7H_2O})=\frac{114{,}8\ \text{г}}{287\ \text{г/моль}}=0{,}4\ \text{моль}$$

При растворении кристаллогидрата образуется $0{,}4$ моль сульфата цинка. Количество вещества магния:$$n(\mathrm{Mg})=\frac{12\ \text{г}}{24\ \text{г/моль}}=0{,}5\ \text{моль}$$

Запишем уравнение разложения хлората калия при нагревании.$$2\mathrm{KClO_3}\xrightarrow{\Delta,\ кат.}2\mathrm{KCl}+3\mathrm{O_2}\uparrow$$

Найдём количество вещества кислорода при нормальных условиях.$$n(\mathrm{O_2})=\frac{V(\mathrm{O_2})}{V_m}=\frac{6{,}72\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}}=0{,}300\ \text{моль}$$

Масса воды равна 160 мл, то есть примерно 160 г. По условию растворимость $\mathrm{CaCl_2}$ составляет 55,5 г на 100 г воды.$$m(\mathrm{CaCl_2})=\frac{55{,}5\cdot160}{100}=88{,}8\ \mathrm{г}$$

Общее количество вещества хлорида кальция в насыщенном растворе:$$n(\mathrm{CaCl_2})=\frac{88{,}8}{111}=0{,}8\ \mathrm{моль}$$

Пероксид бария и серная кислота реагируют с образованием сульфата бария и пероксида водорода:$$\mathrm{BaO_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + H_2O_2}$$

При добавлении оксида марганца(IV) пероксид водорода разлагается. Уменьшение массы раствора связано с выделением кислорода:$$\mathrm{2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow}$$

При нагревании нитрат цинка разлагается с образованием диоксида азота и кислорода:$$2\mathrm{Zn(NO_3)_2} \rightarrow 2\mathrm{ZnO}+4\mathrm{NO_2}+\mathrm{O_2}$$

Количество выделившейся газовой смеси при н.у. равно:$$n_{\text{газов}}=\dfrac{5{,}6\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}}=0{,}25\ \text{моль}$$

При нагревании карбонат бария разлагается с образованием оксида бария и углекислого газа.$$\mathrm{BaCO_3 \xrightarrow{t} BaO + CO_2}$$

Определяем количество вещества выделившегося углекислого газа при н.у.:$$n(\mathrm{CO_2})=\frac{V(\mathrm{CO_2})}{V_m}=\frac{1{,}12\ \mathrm{л}}{22{,}4\ \mathrm{л/моль}}=0{,}050\ \mathrm{моль}$$

Масса исходного сульфата меди(II) составляет:$$m(\mathrm{CuSO_4})=640\cdot0{,}15=96\ \mathrm{г}$$

Количество вещества сульфата меди(II) в исходном растворе:$$n(\mathrm{CuSO_4})=\frac{96}{160}=0{,}6\ \mathrm{моль}$$

Обозначим количество вещества нитрата свинца(II) через $x$ моль, а количество вещества нитрата калия — через $y$ моль. При нагревании протекают реакции:$$\mathrm{2Pb(NO_3)_2 \rightarrow 2PbO + 4NO_2 + O_2};\quad \mathrm{2KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2}$$

Количество выделившегося кислорода при нормальных условиях:$$n(\mathrm{O_2})=\dfrac{4{,}48\ \mathrm{л}}{22{,}4\ \mathrm{л/моль}}=0{,}20\ \mathrm{моль}$$

При нагревании нитрат магния разлагается с образованием оксида магния, диоксида азота и кислорода.$$2\mathrm{Mg(NO_3)_2}\xrightarrow{t}2\mathrm{MgO}+4\mathrm{NO_2}+\mathrm{O_2}$$

Вычислим массу и количество вещества гидроксида натрия в растворе:$$m(\mathrm{NaOH})=20\cdot0{,}20=4\ \text{г};\quad n(\mathrm{NaOH})=\frac{4}{40}=0{,}10\ \text{моль}$$

В исходном растворе содержится сульфат меди:$$m(\mathrm{CuSO_4})=500\cdot 0{,}16=80\ \mathrm{г};\quad n(\mathrm{CuSO_4})=\frac{80}{160}=0{,}50\ \mathrm{моль}$$

На аноде выделяется кислород. Найдём его количество:$$n(\mathrm{O_2})=\frac{1{,}12}{22{,}4}=0{,}05\ \mathrm{моль}$$