Решение задач олимпиадного уровня

«Березняк жалпы білім беру орта мектебі» КММ

КГУ «Березняковская средняя общеобразовательная школа»

Решение задач олимпиадного уровня

Выполнила: Баймукашова С.Е.

учитель химии

2016-2017 учебный год

Химические олимпиады школьников являются одной из важных форм внеклассной работы по химии. Они не только помогают выявить наиболее способных учащихся, но и стимулируют углубленное изучение предмета, служит развитию интереса к химической науке. Кроме того, олимпиады способствуют пропаганде научных знаний, укреплению связи общеобразовательных учреждений с вузами и научно-исследовательскими институтами, созданию необходимых условий для поддержки одаренных детей, привлечению наиболее способных из них в ведущие вузы страны.

Наиболее существенный вклад в подготовку и осуществление олимпиад вносят учителя химии, которые организуют и проводят самый массовый школьный этап олимпиады, первыми отвечают на вопросы школьников, готовят их к следующим, все более сложным этапам. Это требует от учителя и глубокого знания своего предмета, и осведомленности в организационных вопросах проведения олимпиад, и владения методикой подготовки школьников к этой особой форме деятельности.

Работа по подготовке учащихся к олимпиаде начинается с выявления наиболее подготовленных, одаренных и заинтересованных школьников. В этом учителю химии помогут и наблюдения в ходе уроков химии, и организация кружковой, исследовательской работы, и проведение других внеклассных мероприятий по предмету. Имеет значение для оценки способности школьников и анализ их успеваемости по математике и другим естественнонаучным предметам, изучение которых начинается раньше, чем школьного курса химии. Важную роль в раннем формировании интереса школьников к химии могут играть и возможные пропедевтические курсы химии в младших классах, кружки и внеклассные мероприятия для младших школьников, знакомящие их с основами химической науки.

При планировании работы с группой школьников следует избегать формализма и излишней заорганизованности. Учитывая разный возраст и разный уровень подготовки, оптимальным будет построение индивидуальных образовательных траекторий для каждого участника, причем ученику должна быть предоставлена и свобода выбора этой траектории. Отсюда вытекает свободное посещение и продолжительность занятий, свободный выбор типа задач, разделов химии для изучения, используемых пособий. Ученик может прийти на занятие, чтобы получить краткую консультацию и задание для индивидуальной работы, чтобы порешать задачи определенного типа, разобрать теоретический вопрос, полистать химический журнал, просто пообщаться с товарищами. Учитывая, что эти занятия проводятся, как правило, после напряженного учебного дня, неплохо предусмотреть возможность отдыха, релаксации. Возможность выпить чашку чая, послушать негромкую музыку может оказаться совсем не лишней.

Но и превращать работу группы в пустое времяпровождение учитель не вправе. Поэтому он всегда может спросить ученика, что он сделал и собирается сделать сегодня? Сколько и каких задач решил за последнюю неделю? Какую химическую книгу прочитал и что извлек из нее? Похвалить старательного, попенять и помочь собраться разболтанному, заставить сильного задуматься, растет ли он дальше, или остановился в своем развитии - вот задачи учителя. Разумеется, в беседах со школьником (и, в случае необходимости, с его родителями) учитель должен подчеркивать важность постоянной настойчивой работы для достижения серьезных жизненных интересов.

Основной же формой работы на занятиях группы буду различные формы индивидуальной и парной работы. Каждый ученик самостоятельно или с помощью учителя выбирает задачу соответствующего уровня, в случае необходимости консультируется и отчитывается по результатам ее решения, намечает задачи и теоретические вопросы для дополнительной работы дома. Старшие ученики могут, решая свои задачи, выступать также в роли консультантов и контролеров для младших. Учитель консультирует отдельных учеников или беседует с мини-группами, намечает перспективы и цели дальнейшей подготовки.

Перейдем к содержательной стороне подготовки к олимпиаде. Что необходимо школьнику для успешного участия в этом интеллектуальном состязании? Учитывая особенности химии как естественной и экспериментальной науки, можно выделить три составляющих такого успеха:

• развитый химический кругозор, знание свойств достаточно большого круга веществ, способов их получения, областей применения;

• умение решать химические задачи, владение необходимым для этого математическим аппаратом;

• практические умения и навыки, знание основных приемов проведения химических реакций, очистки веществ и разделения смесей, идентификации веществ, проведение измерений в ходе химического эксперимента.

Эти ключевые моменты определяют и основные направления подготовки школьника.

В формировании химического кругозора решающая роль принадлежит разнообразной химической литературе. На начальных этапах возникновения интереса к химии это может быть научно популярная литература, книги об интересных химических открытиях, о знаменитых ученых, о химических элементах. В качестве примера можно привести ставшую уже библиографической редкостью книгу Ходакова "Рассказ-загадка по химии", Г. Манолова "Великие химики", С.И. Венецкого "Рассказы о металлах" и многие другие. Для старших школьников будет интересна и более серьезная литература: вузовские учебники, практикумы, научные журналы.

Наряду с книгами много интересного можно найти в периодических изданиях. Это журналы "Химия и жизнь - XXI век", "Наука и жизнь" другие научно-популярные журналы. Свою роль может сыграть и журнал "Химия в школе", особенно такие его разделы, как "Наука и промышленность", "Консультации", "Из истории химии".

В настоящее время, наряду с книгами все большую роль начинает играть и такой информационный источник, как Интернет. На разнообразных химических сайтах могут быть найдены и электронные варианты книг, журнальных статей, и самостоятельные материалы, не говоря уже о возможности дистанционного общения с различными представителями химической области знаний от школьников до преподавателей вузов.

Еще один способ эффективной подготовки - целевое изучение химической литературы. Цели могут ставиться различные, как правило, это обобщение, систематизация материала. Это может быть создание опорных схем, посвященных химии того или иного химического элемента, таблиц отражающих свойства различных соединений или областей их применения, исследования по истории науки. В поисках необходимой информации "перелопачиваются" самые различные источники, приобретаются необходимые умения, а создаваемые при этом продукты затем используются как справочные материалы при анализе сложных задач.

Какие навыки необходимо формировать в процессе решения задач? Учитывая разнообразие и нестандартность олимпиадных задач, сформулируем только самые общие требования:

• решение расчетных задач должно преимущественно вестись на языке количества вещества, в молях;

• при невозможности использования реальных формул веществ используются буквенные обозначения, общие формулы классов веществ;

• при невозможности использовать численные данные для непосредственных расчетов вводятся неизвестные величины и составляются алгебраические уравнения;

• если число неизвестных больше, чем число уравнений необходимо использовать для решения дополнительную информацию, которую может подсказать Периодическая система, общая формула вещества и т.п.

Как один из способов анализа условия задачи и путей ее решения можно рекомендовать и прием "нарисуй задачу". Это могут быть схемы превращения фаз, отражающие сущность описанных в условии процессов, или структурные схемы решения задачи.

Важным для успеха школьника на олимпиаде будет и определенная культура проведения математических вычислений, округления получаемых результатов, оформления своей письменной работы.

Умения непосредственной работы с веществами и химическим оборудованием также очень важны для успешного выступления на олимпиаде, причем не только на практическом туре. Ведь и в теоретических заданиях могут встретиться задания на мысленный эксперимент ("Предложите конструкцию прибора…") или качественные задачи. Если школьник ни разу не собирал самостоятельно приборы, не держал в руках чашку с серой, не видел, чем отличается хлорид кобальта от хлорида марганца - справиться с такими заданиями ему будет нелегко. Для непосредственного знакомства с химическими веществами будут полезны уже и такие виды деятельности, как систематизация реактивов в школьной химической лаборатории, обновление этикеток, составление коллекций, приготовление растворов.

Из приемов, которые будут необходимы непосредственно на практическом туре, можно отметить следующие:

• Взвешивание, измерение объема, плотности, температуры.

• Приготовление растворов, фильтрование, разделение смесей, собирание газов, высушивание.

• Распознавание веществ с помощью качественных реакций на важнейшие ионы и классы органических соединений.

• Титрование, работа с мерной пипеткой, бюреткой, использование индикаторов.

Учитывая особенности оборудования кабинета химии, с какими-то приемами школьники знакомятся в групповой работе, какие-то операции можно дать возможность отработать каждому. В работу можно ввести элемент соревнования: кто точнее отмерит литр воды с помощью цилиндра на 100 мл? Соберет прибор по рисунку? По памяти? Разберет и соберет с завязанными глазами?

Даже при небогатом оснащении школьного кабинета желательно вводить практические задания в школьные химические олимпиады. Так, в ходе решения теоретических задач каждому участнику может быть предоставлено время, чтобы подойти к отдельному столу, где, за отведенное время, он должен взвесить некоторый образец. Или измерить и записать объем жидкости в колбе. Или отфильтровать заранее приготовленный образец взвеси.

Разумеется, будет способствовать подготовке школьников в этом направлении и его участие в исследовательской работе по предмету. В городских условиях шефскую помощь в подготовке школьников могут оказать преподаватели вузов, сотрудники различных лабораторий. В последнее время получили развитие и такие формы подготовки, как школы одаренного ребенка, специализированные лагеря и т.п.

Конечно, что как в любом состязании, в олимпиадах разного уровня есть и победители, есть и побежденные. Поэтому важно, чтобы результат очередной олимпиады воспринимался каждым участником как очередная победа, пусть не в сравнении с другими участниками, но в сравнении с самим собой. Такой рост личных достижений требует серьезной и целенаправленной подготовки, а постоянная работа над собой будет способствовать формированию творческой личности и успешной деятельности во всех областях.

Задача 9-1

«Когда в густой крепкой купоросной водке, с которой четыре доли воды смешано, влитую в узкогорлую склянку, положены будут железные опилки, тогда выходящий пар от свечного пламени загорается… Иногда случается, что загоревшийся пар склянку с великим треском разрывает» (М. В. Ломоносов, Полное собрание сочинений, – М.: 1953, т. 1, стр. 474).

Вопросы:

1. Определите массовую долю (%) растворённого вещества в разбавленной «купоросной водке», если исходная массовая доля в «крепкой купоросной водке» составляла 98 %, а доли воды при разбавлении были взяты по массе.

2. Напишите уравнения реакций железа с раствором «купоросной водки» и горения «выходящего пара».

3. Напишите 3 уравнения реакций, которые могут протекать при взаимодействии железных опилок с раствором «купоросной водки» в зависимости от ее концентрации.

4. Определите соотношение объёмов разбавленного раствора «купоросной водки» (плотность 1,2 г/см³) и «выходящего пара» при нормальных условиях, если принять протекание химических процессов количественными.

Решение:

1. Пусть было 100 г концентрированного раствора. (Содержание «купоросной водки» – серной кислоты – 98 г) Тогда масса добавленной воды составит 400 г. Общая масса раствора – 500 г. Массовая доля серной кислоты составит 98 : 5 = 19,6 (%).

2. При взаимодействии железа с разбавленной серной кислотой образуется сульфат железа (II) и водород:

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂

2H₂ + O₂ = 2H₂O

1. При более высокой концентрации кислоты наряду с водородом могут выделяться сероводород и сера:

4Fe + 5H₂SO₄ = 4FeSO₄ + H₂S + 4H₂O

3Fe + 4H₂SO₄ = 3FeSO₄ + S + 4H₂O

Концентрированная серная кислота образует оксид серы (IV) и cульфат железа (III):

2Fe + 6H₂SO₄ Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

4. Литр разбавленного раствора серной кислоты имеет массу 1200 г и содержит 0,196 ∙ 1200 = 235,2 г серной кислоты, что составляет 2,4 моль кислоты. Тогда при полном взаимодействии кислоты с железом выделяется 2,4 моль водорода или 2,4 · 22,4 = 53,76 (л). Объём выделяющегося водорода в 53,76 раз больше объёма разбавленной серной кислоты (или объём кислоты в 53,76 раз меньше объёма водорода).

Задача 9-2

Ниже представлена таблица, описывающая взаимодействие растворов бинарных солей калия и элементов X₁, X₂, X₃ и X₄, расположенных в одной группе периодической таблицы, с растворами нитратов серебра, свинца и ртути.

	AgNO3	Pb(NO3)2	Hg(NO3)2
KX1	↓жёлтый осадок	↓жёлтый осадок	↓красно-оранжевый осадок
KX2	↓белый осадок	↓белый осадок	изменений нет
KX3	изменений нет	↓белый осадок	изменений нет
KX4	↓светло-жёлтый осадок	↓светло-жёлтый осадок	↓белый осадок

Вопросы:

1. Определите соли элементов X₁, X₂, X₃ и X₄.

2. Напишите уравнения взаимодействия бинарных солей элементов X₁, X₂, X₃ и X₄ с нитратами серебра, свинца и ртути. В уравнениях обязательно укажите вещество, выпадающее в осадок.

3. Напишите уравнения взаимодействия твёрдых бинарных солей калия элементов X₁, X₂, X₃ и X₄ с концентрированной серной кислотой.

4. При взаимодействии смеси сухих солей LiX₂, NaX₂ и KX₂ массой 5,85 г с концентрированной серной кислотой образовалось 12,0 г гидросульфатов. Определите объём (при 30 °С и 130 кПа) газа, который может выделится.

Решение:

1. Нитрат свинца и нитрат серебра являются качественными реагентами на галогены. При этом фторид серебра является растворимым. Значит, зашифрованные элементы являются галогенами. Фторид серебра, как указано выше, является растворимым, значит KX₃ – KF. Белый осадок при взаимодействии с нитратом серебра образуют хлориды, значит KX₂ – KCl. Самыми интенсивно окрашенными являются йодиды серебра и свинца, тогда KX₁ – KI, а KX₄ – KBr.

KX₁ – KI, KX₂ – KCl, KX₃ – KF, KX₄ – KBr.

2.

	AgNO3	Pb(NO3)2	Hg(NO3)2
KI	AgNO3 + KI → → AgI↓ + KNO3	Pb(NO3)2 + 2KI → → PbI2↓ + 2KNO3	Hg(NO3)2 + 2KI → → HgI2↓ + 2KNO3
KCl	AgNO3 + KCl → →AgCl↓ + KNO3	Pb(NO3)2 + 2KCl → → PbCl2↓ + 2KNO3	─
KF	─	Pb(NO3)2 + 2KF → → PbF2↓ + 2KNO3	─
KBr	AgNO3 + KBr → →AgBr↓ + KNO3	Pb(NO3)2 + 2KBr → → PbBr2↓ + 2KNO3	Hg(NO3)2 + 2KBr → →HgBr2↓ + 2KNO3

3. KX₁: 2KI + 3H₂SO₄ → 2KHSO₄ + I₂ + SO₂ + 2H₂O или

6KI + 7H₂SO₄ → 6KHSO₄ + 3I₂ + S + 4H₂O или

8KI + 9H₂SO₄ → 8KHSO₄ + 4I₂ + H₂S + 4H₂O

KX₂: KCl + H₂SO₄ → KHSO₄ + HCl↑

KX₃: KF + H₂SO₄ → KHSO₄ + HF

KX₄: KBr + H₂SO₄ → KHSO₄ + HBr↑ или

2KBr + 3H₂SO₄ → 2KHSO₄ + Br₂ + SO₂ + 2H₂O

Во всех случаях будет образовываться кислая соль, так как используется концентрированная серная кислота, т. е. имеется значительный избыток кислоты.

4. Запишем уравнения всех реакций:

LiCl + H₂SO₄ → LiHSO₄ + HCl↑

NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl↑

KCl + H₂SO₄ → KHSO₄ + HCl↑

Пусть во взаимодействия вступило x моль серной кислоты, тогда в результате выделилось x моль хлороводорода. Масса реакционной смеси до взаимодействия 5,85 + 98x, а после взаимодействия 12 + 36,5x. По закону сохранения массы

5,85 + 98x = 12 + 36,5x,

откуда x = 0,1 моль. Значит V = νRT/p = 0,1∙8,31∙303:130 = 1,94 л

Задача 9-3

Элемент Х образует большое количество кислородсодержащих кислот. Примерами этих кислот являются неорганические кислоты 1–4, причём все они имеют разную основность. В состав молекул кислот 1–3 входит по три атома водорода, а число атомов кислорода в ряду кислот 1–3 увеличивается на единицу.

Ниже приведены данные о содержании водорода и элемента Х в кислотах 3 и 4.

Кислота	Содержание элементов (% по массе)
	H	X
3	3,09	31,6
4	2,27	34,8

Вопросы:

1. Назовите элемент Х. Напишите уравнение реакции промышленного получения простого вещества, образованного элементом Х.

2. О каких кислотах 1–4 идёт речь в условии задачи? Заполните таблицу:

Кислота	Формула кислоты		Название	Основность	Степень окисления Х в кислоте
	молекулярная	графическая (структурная)
1
2
3
4

3. Напишите уравнения химических реакций каждой из кислот 1–4 с раствором гидроксида натрия с образованием средних солей.

4. Кислоты 1 и 2 в окислительно-восстановительных реакциях выступают в роли восстановителей. Приведите уравнения химических реакций этих кислот с раствором перманганата калия, подкисленным серной кислотой.

5. Напишите уравнения реакций (с указанием условий их проведения), с помощью которых из простого вещества, образованного элементом Х, можно получить кислоты 3 и 4.

Решение:

1 – 2. Заметим, что сумма содержания указанных элементов в кислотах 3 и 4 отлична от 100 %. Поскольку перечисленные кислоты являются кислородсодержащими, следовательно, помимо водорода и элемента Х в их состав входит кислород.

Для кислоты 3 соотношение H : O = 3,09/1,01 : 65,3/16,0 = 3,06 : 4,08 = 3 : 4, т. е. её формула – Н₃ХО₄. Руководствуясь данными о содержании элемента Х в кислоте 3, найдём его атомную массу: , т. е. элемент Х – фосфор.

Кислота 3 – H₃PO₄.

В промышленности фосфор получают при нагревании смеси фосфорита, песка и угля:

2Ca₃(PO₄)₂ + 10C + 6SiO₂ P₄­ + 10CO­ + 6CaSiO₃.

Установим молекулярные формулы остальных кислот.

Для кислоты 4:

Поскольку в состав молекул кислот 1–3 входит по три атома водорода, а число атомов кислорода в ряду кислот  1–3 увеличивается на единицу, кислота 1 имеет молекулярную формулу Н₃PO₂, а кислота 2 – H₃PO₃.

Теперь мы можем заполнить пропуски в таблице:

Кислота	Формула кислоты			Название		Основность		Степень окисления Х
	молекулярная	графическая (структурная)
1	Н3PO2		Фосфорноватистая кислота		1		+1
2	Н3PO3		Фосфористая кислота		2		+3
3	Н3PO4		Фосфорная кислота		3		+5
4	Н4P2O7		Пирофосфорная кислота		4		+5

3. Н₃PO₂ + NaOH = NaH₂PO₂ + H₂O Н₃PO₃ + 2NaOH = Na₂HPO₃ + 3H₂O

Н₃PO₄ +3NaOH = Na₃PO₄ +3H₂O Н₄P₂O₇ + 4NaOH = Na₄P₂O₇ + 4H₂O

4. Фосфорноватистая и фосфористая кислоты проявляют восстановительные свойства и обесцвечивают раствор перманганата калия:

10H₃PO₂ + 8KMnO₄ + 7H₂SO₄ ® 5Mn(H₂PO₄)₂ + 3MnSO₄ + 4K₂SO₄ + 12H₂O;

10H₃PO₃ + 4KMnO₄ + H₂SO₄ ® 4Mn(H₂PO₄)₂ +2КH₂PO₄ + K₂SO₄ + 6H₂O.

5. Приведём один из возможных методов получения ортофосфорной и пирофосфорной кислот из фосфора:

P + 5HNO_{3 конц.} H₃PO₄ + 5NO₂­ + H₂O;

2H₃PO₄ H₄P₂O₇ + H₂O.

Задача 9-4

Газ Х находит широкое применение в медицине, в том числе в качестве компонента смеси для анестезии. Газ Y применяется в медицине как наркоз. Оба газа образуют взрывчатые смеси с водородом (реакции 1а и 1б). Тлеющая лучинка вспыхивает при внесении в них. Отличить X от Y можно смешением равных объёмов анализируемых газов с оксидом азота (II). Смесь газа X с оксидом азота (II) окрашивается в оранжево-красный (бурый) цвет (реакция 2). Для медицинской практики важна чистота препарата. Для установления отсутствия примеси A газ X пропускают через водный раствор нитрата диамминсеребра. В случае наличия примеси A раствор чернеет (реакция 3). Про вещество A известно, что оно не имеет запаха и легче X. Для проверки наличия примеси B газ X пропускают через насыщенный раствор гидроксида бария (реакция 4). Смесь газов B и Х не имеет запаха. Для количественного определения содержания X газ медленно пропускают через раствор, содержащий хлорид аммония и аммиак, туда же помещают взвешенный кусочек медной проволоки. В результате образуется ярко-синий раствор (реакция 5).

Вопросы.

1. Определите X и Y; ответ обоснуйте. Назовите эти вещества. Изобразите формулы, передающие их строение.

2. Какие примеси A и B должны отсутствовать в медицинском препарате? Назовите эти вещества. Охарактеризуйте окислительно-восстановительные свойства A. Напишите уравнения упомянутых в тексте реакций 1–5.

3. Напишите уравнения реакций X с белым фосфором и PtF₆ (реакции 6, 7). Напишите уравнение реакции Y с белым фосфором и перманганатом калия в кислой среде (реакции 8, 9).

4. Напишите по одному способу получения препаратов X и Y. Какие примеси могут содержать препараты, полученные предложенным Вами способом?

Решение:

1. Условиям задания соответствуют кислород (O₂) и оксид азота (I) (N₂O). Реакция X с NO позволяет заключить, что газ Х – кислород. Для наркоза и анестезии используют N₂O (Y) (или смесь кислорода с циклопропаном). Таким образом

X – O₂ – кислород, дикислород

Y – N₂O – веселящий газ, гемиоксид азота, оксид диазота, оксид азота (I), закись азота.

По методу валентных связей молекулу кислорода можно представить как O=O. Для молекулы N₂O можно представить следующие формы записи

, , , .

Любая вышеприведённая форма записи может считаться правильной, кроме , поскольку азот не может образовывать более четырёх ковалентных связей. Формула N–O–N также не подходит, поскольку в молекуле остаётся четыре неспаренных электрона.

2. Почернение раствора [Ag(NH₃)₂]NO₃ говорит о том, что вещество A или образует с ионами серебра осадки (коллоидные) чёрного цвета, или восстанавливает ионы серебра до металла. Осадок чёрного цвета с ионами серебра даёт сульфид-ион, но сероводород не подходит по описанию (запах, тяжелее кислорода). Значит, вещество А – это восстановитель. Типичным восстановителем является оксид углерода (II) – CO. Относительно вещества B ясно, что это оксид углерода (IV) – CO₂, который вызывает помутнение баритовой воды, и не имеет запаха.

Уравнения реакций

O₂ + 2H₂= 2H₂O (реакция 1а)

N₂O + H₂ = N₂ + H₂O (реакция 1б)

O₂ + 2NO = 2NO₂ (реакция 2)

CO + 2[Ag(NH₃)₂]NO₃ + 2H₂O = 2Ag↓ + (NH₄)₂CO₃ +2NH₄NO₃ (реакция 3)

CO₂ + Ba(OH)₂ = BaCO₃↓ + H₂O (реакция 4)

2Cu + O₂ = 2CuO (реакция 5)

CuO + 2NH₃ + 2NH₄Cl = [Cu(NH₃)₄]Cl₂ + H₂O

Можно записать суммарное уравнение

2Cu + O₂ + 4NH₃ + 4NH₄Cl = 2[Cu(NH₃)₄]Cl₂ + 2H₂O

3. Реакции кислорода

5O₂ + P₄ = P₄O₁₀ или (реакция 6)

5O₂ + 4P = 2P₂O₅

O₂ + PtF₆ = [O₂][PtF₆] (реакция 7)

10N₂O + P₄ = P₄O₁₀ + 10N₂ (реакция 8)

или 5N₂O + 2P = P₂O₅ + 5N₂

5N₂O + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 10NO + 2MnSO₄ + K₂SO₄ +3H₂O (реакция 9)

4. Следует иметь в виду, что речь идёт о получении медицинских препаратов, поэтому не все реакции получения кислорода пригодны для этой цели. Кислород получают из воздуха путём его сжижения. Возможные примеси – азот, инертные газы. Другая промышленная реакция – электролиз водных растворов щёлочи

2H₂O 2H₂ + O₂

Возможные примеси – пары воды (со следами щёлочи).

В лабораторных условиях

2KClO₃ → 3O₂ + 2KCl

(при каталитическом разложении возможно образование следов ClO₂).

Удобными источниками кислорода могут быть так называемые «хлоратные свечи» (NaClO₃ + Fe + BaO₂), кислород при этом образуется по реакции: 2NaClO₃ = 3O₂ + 2NaCl (возможно образование следов ClO₂).

Можно получать кислород из таблеток, содержащих хлорную известь и пероксид натрия

CaOCl₂ + Na₂O₂ + H₂O = Ca(OH)₂ + 2NaCl + O₂ (в примесях может быть небольшое содержание хлора)

Достаточно чистый кислород получают по реакции:

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

Непригодны для получения препарата реакции

2HgO = 2Hg + O₂

2Zn(NO₃)₂ = 2ZnO + 4NO₂ + O₂

Чаще всего N₂O получают термическим разложением нитрата аммония

NH₄NO₃ = N₂O + 2H₂O

Образующийся газ загрязнён азотом и оксидом азота (II) NO.

Более чистый N₂O получают по реакции

NH₃OH⁺Cl^– + NaNO₂ = N₂O + 2H₂O + NaCl

Задача 9-5

Кое-что о гемоглобине

Гемоглобин – основной белок дыхательного цикла, который переносит кислород от органов дыхания к тканям и углекислый газ от тканей к органам дыхания. Гемоглобин содержится в крови человека, позвоночных и некоторых беспозвоночных животных. Нарушения строения гемоглобина вызывают заболевания крови – анемии.

1. Молярную массу гемоглобина определяли с помощью измерения осмотического давления его раствора. Было установлено, что раствор 20 г гемоглобина в 1 л воды имеет осмотическое давление 7,52·10^–3 атм при 25 °C. Рассчитайте молярную массу гемоглобина.

2. Для определения теплового эффекта реакции связывания кислорода с гемоглобином 100 мл водного раствора, содержащего 5,00 г дезоксигенированного гемоглобина, насыщали кислородом в теплоизолированном сосуде. После полного насыщения гемоглобина кислородом температура раствора изменилась на 0,031 °C. Повысилась или понизилась температура раствора? Объясните ваш ответ.

3. Рассчитайте тепловой эффект реакции на моль кислорода, учитывая, что 1 моль гемоглобина способен присоединить 4 моль кислорода. Теплоёмкость раствора C_p = 4,18 Дж·К^–1·мл^–1.

Для справки. Осмотическое давление  раствора связано с его молярной концентрацией с уравнением: .

Решение:

1. , откуда

= 65,0 кг×моль^–1.

2. Температура раствора повысилась, потому что реакция связывания кислорода с гемоглобином протекает с выделением теплоты, так как образуется химическая связь.

3. Общее количество выделившейся теплоты:

q = C_p · V · ΔT = 4,18 Дж·К^–1·мл^–1 · 100 мл · 0,031 К = 13 Дж.

Тепловой эффект реакции на моль кислорода:

= 42,0 кДж×моль^–1.