İstedadlı uşaq və gənclərin aşkara çıxarılmasındafənn olimpiadaları xüsusi rol oynayır.

Fənn olimpiadaları Azərbaycan dili, Ədəbiyyat, Tarix, Coğrafiya, Riyaziyyat, Fizika, Kimya, Biologiya və informatika fənləri üzrə təşkil edilir.

Kimya üzrə Dünya olimpiadaları iki turdan (nəzəri və praktiki), BеynəlхalqMеndеlеyеv olimpiadası isə üç turdan (iki nəzəri və bir praktiki) ibarət olur. Kimyadan Rеspublika olimpiadalarının və rayon turlarının kеçirilməsi zamanı Bеynəlхalq olimpiadaların proqramlarından istifadə еdilir.

AzEdu.az Milli Elmlər Akademiyasının akademik Y. Məmmədəliyev adına Neft-Kimya Prosesləri İnstitutunun saytına istinadən Kimya üzrə bir neçə olimpiada məsələsini və onların həllini təqdim edir:

Məsələ 1.

Kütləsi 0,960 q olan ərinti nümunəsində hər maqnezium atomuna 8 alüminium atomu düşür. Bu ərinti nümunəsi sıxlığı 1,04 q/sm3, hidrogen xloridin kütlə payı 8,49% olan 20,0 sm3 xlorid turşusu ilə işlənir.

1) Ərintidə maqneziumun kütlə payını hesablayır.

2) Bu təcrübədə hansı həcmdə hidrogen alınır (normal şəraitə hesablanan)?

3) Göstərilən ərinti nümunəsinin yarısının tam yandırılması üçün hansı həcmdə oksigen (normal şəraitə hesablanan) lazım olar?

Cavab:

1) Atom nisbətləri mol nisbətlərinə bərabərdir. Ərintidə bir mol maqneziuma 8 mol alüminium düşür. Deməli kütləsi (1•24,3+8•27,0)=240,3 q olan ərinti 1 mol Mg və 8 mol Al malikdir. ω(Mg)=24,3/(24,3+8∙27,0)=0,101 və ya 10,1%.

2) Kütləsi 0,960 q olan nümunədə 0,960•0,101=0,0970 q və ya 0,0970/24,3=0,04 mol Mg və 8•0,0040=0,032 mol Al var.

Məhlulda 20•1,04•0,0849=1,766 q və ya 1,766/36,5=0,0484 mol HCl var.

Aşağıdakı reaksiyalar gedib:

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑;

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑.

Ərintinin tam həll olması üçün

0,0040•2 + 0,032•3 = 0,104 mol HCl

(uyğun olaraq HCl çatışmır).

Stexiometrik sxemə görə

2HCl → H2

0,0484/2=0,0242 mol və ya 0,0242•22,4=0,542 dm3 hidrogen ayrılır.

3) Yandırma zamanı aşağıdakı reaksiyalar gedir:

2Mg + O2 = 2MgO;

4Al + 3O2 = 2Al2O3

İlkin nümunənin yarısının tam oksidləşməsi üçün lazım olan oksigen:

1/2∙(1/2∙0,0040+3/4∙0,032)=0,013 mol və ya 0,013•22,4=0,291 dm3 oksigen.

Məsələ 2.

Təmiz nitrat turşusu davamsızdır və qızdırıldıqda və ya işığın təsiri altında parçalana bilir. Onun parçalanma məhsullarından biri qaz halında (normal şəraitdə) A oksiddir ki, bu oksid havadan təxminən 1,5 dəfə ağırdır və onda oksigenin kütlə payı 69,55%-dir.

Xlorid turşusundan fərqli olaraq nitrat turşusu mis ilə reaksiyaya girir. Mis (II) nitrat və sudan başqa bu reaksiyada B oksid ayrılır ki, o, havadan xeyli ağırdır, onda azotun kütlə payı 46,68%-dir. Kütləsi 3,81 q olan mis nitrat turşusunun artıq miqdarında tam həll olduqda həcmi 896 sm3 olan qaz ayrılır.

1) A və B oksidlərinin kimyəvi formullarını müəyyən edin və onları adlandırın.

2) Nitrat turşusu parçalandıqda A oksidindən əlavə su və oksigen də əmələ gəlir. Nitrat turşusunun parçalanma reaksiyasının tənliyini tərtib edin.

3) Məsələnin şərtində verilən misin nitrat turşusunda həll olması tənliyini tərtib edin və öz mühakimələrinizin gedişini qısa şərh edin.

4) Kütləsi 10 qram olan nitrat turşusunun parçalanması zamanı əmələ gələn, normal şəraitdə qaz halında olan məhsulların kimyəvi miqdarını hesablayın. Bu qarışıqda oksigenin kütlə payını hesablayın.

Cavab:

1) Şifrələnmiş hər iki maddə azot oksidləridir.

A birləşməsi üçün:

n(N):n(O) = (100–69,55)/14,01:(69,55/16,00)=2,17:4,35=1:2

Onun tərkibi – (NO2)x.

Nəzərə alınsa ki, o, havadan təxminən 1,5 dəfə ağırdır (molyar kütləsi 29•1,5=44 q/mol), A azot (IV) oksiddir NO2.

Analoji olaraq B maddəsi üçün:

n(N):n(O) = (46,68/14,01):(100–46,68/16,0)=3,33:3,33=1:1

Onun tərkibi – (NO)x kimidir.

Nəzərə alınsa ki, maddə havadan az ağırdır (molyar kütləsi 29 q/mol-dan bir qədər ağırdır), B – azot (II) oksiddir NO.

2) Nitrat turşusu aşağıdakı tənliyə uyğun olaraq parçalanır:

4HNO3 = 2H2O + 4NO2↑ + O2↑

3) Tənliyi tərtib etmək üçün prosesin bütün iştirakçılarını və onların arasındakı miqdari nisbətləri bilmək lazımdır.

Həll edilib: 3,81/63,5=0,060 mol Cu.

Ayrılıb: 0,896/22,4=0,040 mol NO

Deməli, hər 3 mol misə 2 mol NO ayrılır.

Bu məlumatı reaksiya sxeminə daxil edək:

3Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO↑ + H2O

Üç mol misdən 3 mol Cu(NO3)2 əmələ gəlir (misə görə material balansı), buna da 6 mol HNO3 sərf olunur.

Amma 2 mol NO əmələ gəlməsi üçün daha iki mol HNO3 tələb olunur, deməli, cəmi tələb olunur (6+2)=8 mol HNO3

8 mol HNO3-dən dörd mol H2O əmələ gəlir (hidrogenə görə balans). İnanmaq olar ki, oksigenə görə də balans ödənilir. Deyilənlər nəzərə alınmaqla tənlik aşağıdakı şəkli alır:

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O.

4) 4 mol HNO3 parçalandıqda əvvəl verilmiş tənliyə uyğun olaraq 5 mol qaz halında məhsullar (normal şəraitlərdə su mayedir) əmələ gəlir.

Parçalanıb: 10/63=0,159 mol HNO3

Uyğun olaraq (5/4)∙0,159=0,199 mol qaz halında məhsullar əmələ gəlib.

Əmələ gələn qarışıqda hər O2 molekuluna dörd molekul NO2 düşdüyündən oksigenin kütlə payını hesablamaq çətin deyil:

M(O2) = 32 q/mol; M(NO2) = 46 q/mol

ω(O2) =32/(32+4∙46)=0,148 və ya 14,8%

Məsələ 3.

Məlum olduğu kimi kimyəvi hesablamalarda geniş istifadə olunan kütlənin saxlanması qanunu təxmini yerinə yetirilir. Bu, ona görə baş verir ki, istənilən kimyəvi proses istilik effekti ilə müşayiət olunur, ümumi nisbilik nəzəriyyəsinə görə isə enerji və kütlə öz aralarında E=mc2 nisbəti ilə əlaqədardır  (c - vakuumda işığın sürəti olub 3•108 m/san-yə bərabərdir; E - enerji, Coul; m - kütlə, kq). Normal şəraitə hesablanmaqla 600 sm3 metan oksigendə tam yandıqda 21,5 kCoul istilik ayrılıb.

1) Metanın oksigendə yanmasının termokimyəvi tənliyini tərtib edin.

2) Hansı kütlədə metanı oksigendə yandırmaq lazımdır ki, kütləsi 1,0 ton olan antrasit markalı daş kömür yandıqda alınan qədər istilik ayrılsın (antrasitin istilik törətmə qabiliyyəti 22,8 MCoul/kq təşkil edir)?

3) 1 mol kimyəvi miqdarda metanın tam yanma məhsullarının kütləsi ilkin maddələrin kütləsindən nə qədər fərqlənir? Hansı sayda su molekulları bu kütləyə malik olur?

Cavab:

1) 21,5 kCoul istilik 0,600/22,4=0,0268  mol metan yandıqda ayrılır.

Deməli, 1 mol metan yandıqda 21,5/0,0268=802 kCoul istilik ayrılır.

Metanın yanmasının termokimyəvi tənliyi belədir:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 802 kCoul

2) 1,0 ton antrasit yandıqda 22,8•1000=22800 MCoul = 2,28•107 kCoul istilik ayrılır.

M(CH4) = 16 q/mol.

Bu miqdar istilik almaq üçün

2,28∙107/802=2,84•104 mol = 28,4 kmol və ya

28,4•16 = 454 kq metan yandırmaq lazımdır.

3) Bir mol metan yandıqda 802•103 Coul istilik enerjisi ayrıldığındanEynşteyn tənliyinə uyğun olaraq alınan məhsulların kütləsi ilkin maddələrin kütləsindən.

m=E/c2 = 802∙103 / (3∙108)2 = 8,91∙10–12 kq az olacaq.

Görmək olar ki, belə kütlə dəyişməsini mümkün üsullarla qeydə almaq mümkün deyil, odur ki, kütlənin saxlanması qanunu çox düzgündür.

Bir su molekulunun kütləsi

m0=M/NA = 18,0/6,02∙1028 = 2,99∙10–23 q = 2,99∙10–26 kq

Sanki 8,91∙10–12 / 2,99∙10–26 = 2,98∙1014  su molekulu “yox olub”.

Məsələ 5.

Duzlar arasında mübadilə reaksiyaları çox vaxt kimya laboratoriyasında lazımi reaktivləri almaq üçün istifadə olunur. Bizim ixtiyarımızda aşağıdakı duzların suda məhlulları var: kalium karbonat, ammonium sulfat, mis (II) xlorid, alüminium nitrat, barium yodid.

1) Bu duzların kimyəvi formullarını yazın.

2) Göstərilən məhlulların hansıları arasında reaksiya mümkündür? Bu proseslərin tənliklərini molekulyar və ion-molekulyar formada yazın.

Cavab:

1) Kimyəvi birləşmələrin formulları: kalium karbonat – K2CO3; ammonium sulfat – (NH4)2SO4; mis (II) xlorid – CuCl2; alüminium nitrat – Al(NO3)3; barium yodid – BaJ2.

2) Verilən maddələr üçün cüt-cüt qarışdırdıqda beş reaksiya həyata keçirmək olar:

2K2CO3 + 2CuCl2 + H2O = (CuOH)2CO3↓ + 4KCl + CO2↑

və ya 2CO32–  + 2Cu2+ + H2O = (CuOH)2CO3↓ + CO2↑;

BaJ2 + (NH4)2SO4 = BaSO4↓ + 2NH4J

və ya Ba2+ + SO42– = BaSO4↓;

2CuCl2 + 2BaJ2 = 2BaCl2 + J2↓ + 2CuJ↓

və ya 2Cu2+ + 4J– = J2↓ + 2CuJ↓;

2Al(NO3)3 + 3K2CO3 + 3H2O = 6KNO3 + 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑

və ya 2Al3+ + 3CO32–   +3H2O = 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑;

K2CO3 + BaJ2 = 2KJ + BaCO3↓

və ya Ba2+ + CO32–   = BaCO3↓

Məsələ 6.

Normal şəraitdə həcmi 10,0 litr olan metan yandıqda 358 kCoul istilik ayrılır. Metanın yanma məhsulları fotosintez prosesində qlükoza almaq üçün ilkin maddələrdir, lakin bu halda enerji mənbəyi günəş işığıdır. Kütləsi 1,00 q olan qlükozanın əmələ gəlməsinə 15570 Coul işıq enerjisi sərf olunur.

1) Metanın yanmasının termokimyəvi tənliyini yazın.

2) Fotosintez prosesinin termokimyəvi tənliyini yazın.

3) Metanın istilik törətmə qabiliyyətini hesablayın (MCoul/kq).

4) Hesab edərək ki, bütün yanma məhsulları və normal şəraitdə həcmi 1,00 m3 olan metanın yanması zamanı əmələ gələn enerjinin hamısı fotosintez prosesində ilkin komponentlər və enerji kimi istifadə olunub, bu halda əmələ gələ biləcək qlükozanın kütləsini hesablayın.

Cavab:

Şərtə görə 10,0/22,4=0,446 mol metan yandırılıb.

Onda 1 mol metana görə 358/0,446=803 kCoul istilik ayrılır.

Metanın yanmasının termokimyəvi tənliyi:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 803 kCoul

2) Qlükozanın tərkibi: C6H12O6

M(C6H12O6) = 180 q/mol.

1,00/180=0,00556 mol qlükozanın əmələ gəlməsinə 15,57 kCoul enerji tələb olunur. Onda 1 molun əmələ gəlməsinə 15,57/0,00556=2800  kCoul tələb olunur.

Məlum olduğu kimi, fotosintezdə karbohidrat ilə yanaşı oksigen də əmələ gəlir.

Fotosintezin termokimyəvi tənliyi:

6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2↑ – 2800 kCoul (enerji sərf olunur).

3) M(CH4) = 16,0 q/mol.

Şərtdə verilən həcmdə metanın kütləsi 0,446•16,0=7,14 q = 7,14•10-3 kq.

Onda metanın istilik törətmə qabiliyyəti 358/7,14∙10–3=5,01∙104 kCoul/kq = 50,1 MCoul/kq.

4) Metanın miqdarı yuxarıda baxılandan 100 dəfə çoxdur. Deməli, yanma zamanı 358•100 = 35800 kCoul = 35,8 MCoul enerji ayrılır və bu zaman tənliyə uyğun olaraq 100•0,446 = 44,6 mol CO2 və 2•100•0,446 = 89,2 mol H2O əmələ gəlir.

Qlükozanın əmələ gəlməsi üçün üç komponent lazımdır – karbon qazı, su və enerji.

Aydındır ki, su karbon qazına nisbətdə artıq miqdardadır. Lazım olan enerji və CO2 miqdarını müqayisə edək.

Fotosintez reaksiyasına görə hər mol CO2-yə 2800/6=467 kCoul enerji sərf olunur ki, bu da metanın yanması zamanı əmələ gələn enerjidən (803 kCoul/mol) əsaslı dərəcədə azdır. Deməli, limitləşdirici faktor karbon qazının miqdarıdır. Hesablamanı CO2-yə görə aparaq 44,6/6=7,43 mol və ya 7,43•180=1337 q = 1,34 kq qlükoza əmələ gələ bilər. Qeyd edək ki, reallıqda fotosintezin çıxımı əsaslı dərəcədə azdır.

Mənbə: B.Н.Хвалюк, Ю.С.Головко, Д.Г.Канакович. Олимпиады школьников по химии. Минск «Народная асвета», 2010, 264с.