Контекстные задачи для оценивания химических компетенций учащихся

Контекстные задачи с решениями для оценивания

химических компетенций учащихся

Тема: Периодический закон и периодическая система

1. Задача без расчетов

В начале XX столетия геологи зашифровывали на картах места открытия руд ценных металлов при помощи координат химических элементов в Периодической системе. Арабской цифрой указывали номер периода, а римской – номер группы. Кроме того, в записях были еще буквы русского алфавита – А или Б. На одной из старых карт нашли обозначения: 4VI Б, 4VIII Б2, 6I Б, 6II Б. Расшифруйте записи геологов.

Предполагаемый ответ:

Координаты 4VI Б в Периодической системе означают 4-й период и VIБ-группу, элемент хром; 4VIIIБ2 – 4-й период, VIII Б2-группу, элемент никель; 6IБ – 6-й период, IБ-группа, элемент золото; 6IIБ – 6-й период, IIБ-группа, элемент ртуть.

2. Фиаско

В 1803 г. в одной лондонской газете появилось объявление, будто в магазине торговца минералами Форстера можно приобрести новый металл, близкий по свойствам к платине. Надо сказать, что в это время из всех шести металлов семейства платины была известна только сама платина. Английский химик Ричард Ченевикс был возмущен и раздосадован настолько, что купил небольшой образец «нового» металла, чтобы публично высмеять анонимного химика, якобы открывшего новый элемент. Ченевикс вскоре сообщил, что в руках у него всего-навсего сплав платины с ртутью. Однако другие химики не подтвердили этого вывода: новый металл был мягче платины, плавился при более низкой температуре, реагировал с концентрированной азотной кислотой, не выделяя оксидов азота. Соединение нового элемента с кислородом было темно-красным (а не черным, как у платины). Ченевикс, оправдываясь, утверждал, что всему виной примеси ртути в сплаве... В чем причина заблуждений Ченевикса.

Предполагаемый ответ:

Металл палладий Pd был получен в 1803 г. химиком Уильямом Вулластоном, который предложил торговцу образцы этого металла для продажи, с тем чтобы проверить, как отнесутся другие химики к его открытию и сумеют ли подтвердить его. Среди платиновых металлов палладий – самый реакционноспособный. Он взаимодействует с азотной кислотой следующим образом:

Pd + 4HNO₃ = [Pd(NO₂)₂(NO₃)₂] + 2Н₂О

3. Если бы…

Российский физикохимик Яков Кивович Сыркин любил задавать студентам неожиданные, часто парадоксальные вопросы. И тех, кто успешно справлялся с этими химическими загадками, профессор Сыркин освобождал от экзамена и ставил отличную оценку по физической химии. Один из его вопросов звучал так: «Предположим, что электрон в атоме может иметь три значения спинового квантового числа тs: +1/2, 0 и –1/2. Если все остальные квантовые числа сохраняют прежние разрешенные для них значения, сколько неспаренных электронов должно быть в атоме азота? И какой вид приобретет Периодическая система химических элементов, если осуществится мое предположение относительно спинового квантового числа?» Как ответить на вопрос профессора Сыркина?

Предполагаемый ответ:

Азот имел бы один неспаренный электрон, а его электронная конфигурация была бы такой: Is³2s³2p¹, а в Периодической системе существовал бы первый период с тремя элементами, второй и третий периоды – с 12 элементами, четвертый и пятый – с 27 элементами и т. д.

Тема: Основные классы неорганических соединений

1. «Сахарная кислота»

В 1779 г. немецкий сенатор, аптекарь и химик Иоганн Христиан Виглеб подействовал известковой водой на соки щавеля и кислицы, содержащие «кисличную кислоту», и заметил, что из раствора выпадает белый осадок. Однако состав осадка Виглебу установить не удалось. Через пять лет шведский аптекарь и химик Карл Вильгельм Шееле решил посмотреть, что получится, если тростниковый сахар обработать концентрированной азотной кислотой. Он обнаружил, что при этом выделяется красно-бурый газ и образует прозрачный раствор, который окрашивает синий лакмус в красный цвет. Когда Шееле добавил к этому раствору известковую воду, получил белый осадок, очень похожий по свойствам на осадок, выделенный Виглебом. Какое вещество обнаружили Виглеб и Шееле?

Предполагаемый ответ:

«Кисличная кислота» содержится в соке щавеля и других растений; это гидрооксалат калия КНС₂О₄. Осадок, полученный Виглебом по реакции:

КНС₂О₄ + Са(ОН)₂ = СаС₂О₄↓ + КОН + Н₂О,

представляет собой соль щавелевой кислоты – оксалат кальция СаС₂О₄. Шееле получил из сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ по реакции:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + 12HNO₃ = 6Н₂С₂О₄ + 12NO↑ + 11Н₂О

2NO + О₂ = 2NO₂↑

щавелевую кислоту Н₂С₂О₄, которая в водном растворе подвергается протолизу и создает в растворе кислотную среду:

Н₂С₂О₄ +Н₂О↔ НС₂О₄^-+Н₃О⁺

Шееле назвал щавелевую кислоту «сахарной кислотой»; в кристаллическом состоянии она действительно похожа на сахарный песок. Щавелевая кислота реагирует с гидроксидом кальция, превращаясь в оксалат кальция:

Н₂С₂О₄ + Са(ОН)₂ = СаС₂О₄↓+2 Н₂О

2. Кислоты «с секретом»

На практическом туре городской химической олимпиады ее участникам было поручено приготовить 72%-ные растворы хлорноватистой, хлористой, хлорноватой и хлорной кислот. Победителем был признан участник олимпиады, который приготовил только один раствор. Как вы думаете, почему?

Предполагаемый ответ:

Можно приготовить 72%-ный раствор только в случае хлорной кислоты НСlО₄ (такой раствор перегоняется в вакууме при 111 °С). Другие кислородосодержащие кислоты хлора существуют только в более разбавленных растворах (НСlO до 20–35%, НСlO₂ до 5–10%, НС1О₃ до 40%)

3. Странные реакции нейтрализации

Когда почва «кислая», урожай сельскозозяйственных культур низкий: большинство растений не переносят избытка кислот. В этом случае на поля вносят добавки – известь (карбонат кальция CaCO₃), доломит или мергель, содержащие карбонаты кальция и магния (CaCO₃ и MgCO₃). Почему для «известкования» почвы почти никогда не пользуются жженой или гашеной известью – CaO и Ca(OH)₂, а тем более – щелочами типа NaOH?

Предполагаемый ответ:

Внесение в почву солей очень слабой угольной кислоты – карбонатов кальция и магния позволяет избавиться от избытка кислот:

СаСО₃(т) + Н₃О⁺ = Са²⁺ + НСО₃^– + Н₂О

MgCO₃(т) + Н₃О⁺ = Mg²⁺ + НСО₃ ^– + Н₂О

Присутствующие в почве гуминовые кислоты (условно обозначенные как катионы оксония) связываются в безопасные и мало подверженные протолизу гидрокарбонат-ионы. При этом не создается вредного избытка щелочей («перещелачивания» почвы), что препятствует усвоению растениями фосфатных удобрений, в большинстве своем плохо растворимых в воде

4. Из страны эльфов

В изумрудных копях на Урале раньше часто встречался минерал темно-красного или красно-коричневого цвета – рутил – оксид ранее неизвестного элемента. В Европе он был известен как «красный венгерский шерл». В 1795 г. немецкий химик Мартин Клапрот решил исследовать состав этого минерала. Действуя на него водными растворами кислот и щелочей, Клапрот не обнаружил никакой реакции. Тогда Клапрот использовал концентрированную серную кислоту, в которой стал нагревать крупинки минерала. Постепенно все они перешли в раствор. Клапрот добавил к раствору несколько гранул цинка и увидел, что раствор стал фиолетовым, а одновременно выделился водород. Смешав порошок, в который был измельчен «венгерский шерл», с триоксидом серы SO₃, он нагрел его. Образовались блестящие кристаллы сульфата некоего нового элемента, состава Э(SO₄)_2.. При контакте с водой этот сульфат разлагался, выделяя осадок исходного оксида. Какие реакции провел Клапрот?

Предполагаемый ответ:

Клапрот исследовал оксид нового химического элемента титана (названного так в честь Титании, царицы духов природы – эльфов). Оксид титана (IV) ТiO₂ реагирует с концентрированной (96% -ной) серной кислотой и с оксидом серы (VI) с получением сульфата титана(IV):

ТiO₂ + 2H₂SO₄ = Ti(SO₄)₂ + 2Н₂О

TiO₂ + 2SO₃ = Ti(SO₄)₂,

который при контакте с водой выделяет осадок оксида титана (IV):

Ti(SO₄)₂ + 2Н₂О = ТiO₂↓ + 2H₂SO₄

Фиолетовая окраска раствора при внесении в него цинка обусловлена окислительно-восстановительной реакцией:

2Ti(SO₄)₂ + Zn = Ti₂(SO₄)₃ + ZnSO₄,

приводящей к образованию катионов титана(III). Одновременно цинк реагирует с серной кислотой:

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑

5. Разноцветные диоксиды

Белый диоксид некоторого элемента служит пигментом самой лучшей белой краски, а получить его можно, если влить жидкий тетрахлорид того же элемента в воду. Черный диоксид другого элемента вызывает разложение пероксида водорода с выделением кислорода, а концентрированную соляную кислоту превращает в хлор. Коричневый диоксид третьего элемента тоже выделяет хлор из соляной кислоты, а получить этот диоксид можно, обрабатывая концентрированной азотной кислотой красную краску – сурик. Белый диоксид четвертого элемента, природный минерал, при прокаливании с углем дает легкоплавкий металл. Что это за вещества?

Предполагаемый ответ:

Речь идет о следующих оксидах: оксид титана (IV) TiO₂, оксид марганца (IV) MnO₂, оксид свинца (IV) PbO₂, оксид олова (IV) SnO₂.

6. Круговорот аммиака

В 1840 г. английские инженеры-химики положили начало производству вещества, без которого не могут обойтись многие отрасли промышленности. Инженеры смешали аммиак, диоксид углерода и воду и получили некую кислую соль. Добавив к раствору этой соли хлорид натрия, осадили новую кислую соль, которую затем отделили от жидкости фильтрованием и слегка прокалили. Так получилось то самое вещество, без которого не обойтись в промышленности. Но это еще не все. Жидкость после фильтрования обработали гашеной известью и выделили аммиак, который снова использовали на первой стадии процесса... Какое вещество получали английские химики? Что собой представляли промежуточные продукты – кислые соли?

Предполагаемый ответ:

Английские инженеры-химики вначале получали гидрокарбонат аммония, а затем гидрокарбонат натрия, малорастворимый в воде:

NH₃ + СО₂ + Н₂О = NH₄HCO₃

NH₄HCO₃ + NaCl = NaHCO₃↓ + NH₄C1

После этого нагреванием разлагали гидрокарбонат натрия:

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O↑

А фильтрат после обменной реакции гидрокарбоната аммония с хлоридом натрия подвергали обработке гидроксидом кальция:

2NH₄C1 + Са(ОН)₂ = СаС1₂ + 2NH₃↑ + 2Н₂О

7. Соль против тараканов

Чтобы избавиться от тараканов, часто применяют самодельные приманки, содержащие тетраборат натрия – буру. Трое школьников решили заняться этим полезным делом. Однако вещества, которые они извлекли из двух банок с одинаковыми этикетками «Тетраборат натрия», явно были разными: бесцветные кристаллы, расплывающиеся в жидкую массу при слабом нагревании (уже при 64 °С), и белый порошок, который не плавится при прокаливании (вплоть до 740 °С). Подскажите школьникам, чем отличались друг от друга взятые ими вещества

Предполагаемый ответ:

Тетраборат натрия может быть безводным (с температурой плавления 741 °С) и в виде кристаллогидратов состава Na₂B₄O₇ • 5Н₂О (который начинает обезвоживаться при 320 °С) и Na₂B₄O₇ • 10Н₂О (который плавится в кристаллизационной воде при 64 °С, а при 380 °С начинает терять кристаллизационную воду).

Тема: Химические реакции. Окислительно-восстановительные процессы

1. Колосс Родосский и затонувшая яхта миллионера

В III в. до н. э. на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи Гелиоса. Колосс Родосский считался одним из семи чудес света, однако он просуществовал всего 66 лет и рухнул во время землетрясения. В 20-е гг. XX в. произошла менее известная катастрофа. Рассказывают, что по заказу одного американского миллионера была построена роскошная яхта «Зов моря». Еще до выхода в открытое море яхта полностью вышла из строя. Ученые считают, что в обоих случаях причиной произошедших событий были окислительно-восстановительные процессы. Какие именно?

Предполагаемый ответ:

Два различных металла, которые контактируют друг с другом, образуют так называемую гальваническую пару и обмениваются электронами. В результате в агрессивной среде более активный металл быстро окисляется.

2. «Антихлор»

После отбеливания требуется обязательная обработка ткани для удаления хлора, иначе ее волокна потеряют прочность. Какие вещества можно использовать как «антихлор»?

Предполагаемый ответ:

В качестве «антихлора» можно использовать сульфит натрия или тиосульфат натрия, которые реагируют с хлором следующим образом:

Na₂SO₃ + С1₂ + Н₂О = Na₂SO₄ + 2HC1

Na₂SO₃S + 4C1₂ + 5Н₂О = Na₂SO₄ + H₂SO₄ + 8HC1

3. Бургундский ядохимикат

Французские виноградари широко использовали «бургундскую смесь» – ядохимикат для защиты плантаций от грибковых болезней растений. Эта смесь получила название от имени французской провинции, а ее приготовление основано на реакции гидролиза. Что это за смесь?

Предполагаемый ответ:

«Бургундскую смесь» стали готовить, когда в Европе появилась дешевая сода – карбонат натрия. «Бургундскую смесь» получают по реакции гидролиза, смешивая растворы медного купороса и соды:

2CuSO₄ + 2Na₂CO₃ + Н₂О = 2Na₂SO₄ + Cu₂CO₃(OH)₂↓ + СО₂↑,

и используют в виде водной суспензии – взвеси в воде.

4. «Кислый спирт»

В 1547 г. Иван Грозный поручил немцу Шлитте ехать посланником в Немецкую землю и вывезти оттуда «мастера для варения квасцов». Но сделать это не удалось: Шлитте был схвачен и заключен в тюрьму во владениях Ливонского ордена. Алюмокалиевые квасцы (додекагидрат сульфата алюминия-калия KA1(SO₄)₂ • 12Н₂О) широко использовались в медицине и для производства серной кислоты, которую в то время называли «кислым спиртом». Вот как М. В. Ломоносов описывал квасцы: «Квасцы от своего кислого воздуха на российском языке и имя себе весьма правильно имеют, ибо кроме того, что оне очень кислы, еще и через перегонку из реторты дают весьма кислый спирт, который с купоросной кислотой одной натуры». Что происходит с квасцами при растворении в воде и при нагревании?

Предполагаемый ответ:

Квасцы при растворении в воде образуют гидратированные ионы К⁺, А1³⁺ и SO₄^2–. Аквакатион алюминия подвергается гидролизу:

[А1(Н₂О)₆]³⁺ + Н₂0 ↔ [А1(Н₂О)₅ОН]²⁺ + Н₃О⁺

Наличие в водном растворе ионов Н₃О⁺ обусловливает его кислый вкус. При нагревании квасцы разлагаются с выделением серной кислоты, которую во времена Ломоносова называли «кислым спиртом»:

2{KA1(SO₄)₂ • 12Н₂О} = А1₂О₃ + K₂SO₄ + 3H₂S0₄↑ + 21H₂O↑

5. Удивительная соль – «Персоль»

Известный каждой хозяйке порошок для отбеливания «Персоль» – пероксокарбонат натрия состава 2Na₂CO₃ • 3Н₂О₂ – в кипящей воде выделяет кислород и обесцвечивает загрязнения. Можно ли считать, что действие «Персоли» основано на реакциях гидролиза?

Предполагаемый ответ:

Нет, нельзя. При нагревании пероксокарбонат натрия разлагается, выделяя кислород. Это окислительно-восстановительная реакция:

2(2Na₂CO₃ • ЗН₂О₂) = 4Na₂CO₃ + 6Н₂О + 3О₂↑

Тема: Свойства металлов

1. Утраченный и обретенный вновь

Этот металл был известен давно. Он входил в состав латуни, производство которой в древнем мире было довольно распространенным, так что сведения об этом восходят к II в. до н. э. Потом и латунь, и сам металл были надолго забыты. Европа вновь узнала о них только в Средние века. В сочинениях врача и химика Теофраста Парацельса, относящихся к 1528 г., имеется запись о том, что привезенный из других стран «нековкий металл содержит большое количество ртути, благодаря чему легко превращается в жидкость». Металл, о котором идет речь, впервые в Европе подробно описал в 1721 г. саксонский металлург и химик Иоганн Фридрих Генкель, учитель М. В. Ломоносова. Пары металла воспламенялись на воздухе с образованием густого белого дыма. Нагретый чуть выше 100 °С металл становился очень ковким и тягучим, а при более высокой температуре делался хрупким и легко растирался в порошок. Металл реагировал со всеми кислотами-неокислителями, щелочами в водном растворе и аммиаком, всякий раз выделяя водород. Какой же это металл?

Предполагаемый ответ:

Это цинк, который реагирует с кислотами, щелочами и аммиаком в водной среде следующим образом:

Zn + 2НС1 = ZnCl₂ + Н₂↑

Zn + 2Н₂О + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄] + Н₂↑

Zn + 2Н₂О + 4NH₃ = [Zn(NH₃)₄](OH)₂ + H_2↑

2. Один из самых древних

Мягкий, очень тяжелый металл (дадим ему символ М) люди широко использовали еще до нашей эры. В Средневековье самая известная тюрьма Венеции, соединенная «Мостом вздохов» с Дворцом дожей, имела наверху камеры под самой крышей, сделанной из этого металла. Зимой здесь было невыносимо холодно, а летом узники изнывали от жары и духоты. Темно-коричневый оксид данного металла, имеющий состав МО₂, при действии концентрированной соляной кислоты выделяет из нее хлор, а при растирании с серой вызывает ее воспламенение. Сильно охлажденная смесь МО₂ и НС1 превращается в тяжелую желтую жидкость МС1₄, дымящую на воздухе. Добавление к этой жидкости нескольких капель воды вызывает выделение хлора. Оксид МО₂ получается из оксида (M^II₂M^IV)O₄, имеющего красный цвет, под действием концентрированной азотной кислоты. Назовите металл М.

Предполагаемый ответ:

Металл М – это свинец. Оксид свинца (IV) РbО₂ – сильный окислитель, он реагирует с НС1:

РbО₂ + 4НС1 = РbС1₂ + С1₂↑ + 2Н₂О

Тетрахлорид свинца в присутствии воды разлагается, выделяя хлор:

РbС1₄ = РbС1₂ + С1₂↑

Свинцовый сурик (Pb₂^IIPb^IV)O₄ под действием азотной кислоты выделяет осадок оксида свинца (IV), а в растворе появляется нитрат свинца(II):

(Pb₂^:Pb^IV)O₄ + 4HNO₃ = 2Pb(NO₃)₂ + PbO₂↓ + 2H₂O

3. Царица эльфов

Существует некий серебристо-белый металл, тугоплавкий, легкий, стойкий на воздухе и в морской воде. Его название связано с именем царицы эльфов из старинных германских сказок. Он пластичен, хорошо подвергается ковке, прокатке в листы и даже в фольгу. Примеси кислорода, азота, углерода и водорода делают металл хрупким, лишают его пластичности, а заодно снижают его химическую активность. В чистом виде металл реагирует с фтороводородной и (при нагревании) с соляной кислотой, образуя фиолетовые растворы. Стружка металла способна загораться от спички, а порошок его вспыхивает от искры и пламени. В пылевидном состоянии металл на воздухе может даже взорваться и превращается при этом в диоксид. В присутствии окислителей (например, нитрата калия) металл реагирует с расплавами щелочей. Какой это металл?

Предполагаемый ответ:

Царицу эльфов звали Титания, отсюда, вероятно, и имя элемента – титан. Реагируя с фтороводородной кислотой, титан образует гексафторотитанат(III) водорода, а с соляной кислотой и другими кислотами-неокислителями – соли титана(III) и водород:

2Ti + 12HF = 2H3[TiF₆] + 3Н₂↑

2Ti + 6НС1 = 2TiCl₃ + 3Н₂↑

Сгорая на воздухе, титан превращается в диоксид титана ТiO₂, а в расплаве щелочи, содержащем KNO3, переходит в титанат(IV) калия:

Ti + 2KOH + 2KNO₃ = K₂TiO₃ + 2KNO₂ + Н₂О

4. Золотисто-желтый сплав

За три тысячи лет до нашей эры в Египте один из жрецов бога Сераписа нашел в хранилище два разбитых сосуда с иберийским касситеритом и малахитом, привезенными из Эллады. Содержимое сосудов перемешалось, и не было никакой возможности разделить минералы. В поисках «камня жизни» жрец добавил к смеси уголь и попытался ее прокалить. Внезапно из печи показался ручеек золотисто-желтого расплавленного металла, который жрец принял за чистое золото. Когда расплав затвердел, наступило разочарование: это была бронза, и она не выдерживала испытаний азотной кислотой. Бронза, однако, оказалась тверже меди. Из нее стали отливать статуи, изготавливать оружие и доспехи. Это был бронзовый век... Что представляет собой бронза и какие бронзы существуют в наши дни?

Предполагаемый ответ:

Бронза – сплав меди и олова, содержащий до 19% олова. Касситерит, или «оловянный камень», – минерал состава SnO₂, а малахит имеет состав Сu₂СО₃(ОН)₂. В настоящее время, кроме «оловянистой», выплавляют «свинцовистую» бронзу (она идет на вкладыши подшипников), алюминиевую и даже бериллиевую бронзу (которые используются в авиастроении).

5. Рожденная в яме

В 1819 г. в безводной пустыне Атакама на севере Чили нашли на поверхности почвы бесцветное кристаллическое вещество с примесями хлорида и сульфата натрия, а также сульфата магния. Это вещество назвали «чилийской селитрой». В Индии также обнаружили сходное по виду и составу вещество, получившее имя «индийской селитры». Позднее в Норвегии геологи наткнулись на залежи бесцветного кристаллического минерала, похожего на первые два. Ему дали название «норвежская селитра». В России до XIX в. селитру получали, закладывая в ямы различные отходы, бытовой мусор, растительные остатки и навоз. После выдерживания в ямах в течение двух-трех лет водой извлекали из перегноя растворимые вещества и выпаривали раствор до кристаллов сухого остатка – так называемого «ямчуга». Что это были за соединения и как их называют теперь?

Предполагаемый ответ:

Селитры – это нитраты щелочных и щелочноземельных элементов и аммония. Они образуются в природе при гниении органических веществ. Чилийская селитра – нитрат натрия NaNO₃, вещество весьма гигроскопичное; индийская селитра – это негигроскопичный нитрат калия KNO₃; норвежская селитра – нитрат кальция Ca(NO₃)₂ • 4Н₂О. «Ямчуг» – это смесь KNO₃ и Ca(NO₃)₂ • 4Н₂О.

6. Белая и черная магнезия

«Белую магнезию» применяют с древних времен и до наших дней как средство для подсушивания кожи и уменьшения потоотделения. Она входит в состав порошка, которым пользуются гимнасты и тяжелоатлеты, выходя на помост для соревнований. «Жженую магнезию» применяют в производстве огнеупорных материалов. А «черная магнезия» – отличный катализатор, сырье для изготовления гальванических батареек и, кроме того, осветляющая добавка для расплавленного стекла («стекольное мыло»). О каких веществах здесь идет речь?

Предполагаемый ответ:

«Белая магнезия» – это карбонат магния MgCO₃ и оксид магния MgO, который получается при прокаливании MgCO₃ («жженая магнезия»). «Черная магнезия» – диоксид марганца МnО₂.

Тема: Свойства неметаллов

1. Ошибка властителя Лахора

Властитель индийского города Лахора по имени Ранжит-Сингх в 1811 г. хвастался перед другими владыками Индии, Персии и Афганистана, что его голубой алмаз не подвержен действию никаких жидких веществ. Афганский шах Шуджа сказал, что готов поспорить (а ставка в споре – сам голубой алмаз), что его придворный факир-алхимик может за сутки уменьшить массу алмаза, погрузив его в жидкий «алкагест» (мифический универсальный растворитель). Предложение было принято, и придворные двух властителей уселись вокруг сосуда с «алкагестом», куда был погружен алмаз. Вскоре стало заметно, что камень покрылся пузырьками, а жидкость стала желтой. По истечении суток алмаз снова взвесили, и оказалось, что он потерял в весе около 1 карата (0,2 г). К огорчению Ранжит-Сингха, алмаз пришлось отдать шаху Шудже. Правда, через два года силой оружия алмаз был возвращен в Лахор, но это уже другая история... Какой состав имел «алкагест»?

Предполагаемый ответ:

На алмазы разрушительно действует концентрированная азотная кислота. При этом алмаз медленно превращается в диоксид углерода. Желтый цвет жидкости («алкагесту») придает диоксид азота:

С + 4HNO₃ = СО₂ + 4NO₂ + 2Н₂О

2. «Греческий огонь»

Около 680 г. н. э. в морском бою против арабов византийцы впервые применили новое ужасное оружие – «греческий огонь». Галеры византийцев выбрасывали на неприятельские суда заранее подожженную смесь из «пифонов» – установок, подобных огнеметам. Суда пылали как факелы, а огонь нельзя было потушить водой. Смесь горела на морских волнах, прилипала к корпусам судов и одежде людей: это было нечто вроде современного напалма. В 941 г. под стенами Царьграда «греческим огнем» был уничтожен флот киевского князя Игоря. Строки летописи в переводе на современный язык звучат так: «Словно молнию, которая в небе, греки имеют у себя и пускают ее, сжигая нас, поэтому мы не одолели их». В состав «греческого огня» входили битум или нефть, а также неметалл Э. Этот неметалл на воздухе горит красивым сине-голубым пламенем, выделяя удушливый и едкий газ. При обработке концентрированной азотной кислотой неметалл Эпревращается в сильную кислоту Н₂ЭО₄. При кипячении неметалла с солью состава Na₂ЭO₃ в растворе появляется другая соль, состава Na₂ЭO₃Э. Назовите неметалл Э.

Предполагаемый ответ:

В состав «греческого огня» обязательно входила сера. Она реагирует с концентрированной азотной кислотой, превращаясь в серную кислоту:

S + 6HNO₃ = H₂SO₄ + 6NO₂↑ + 2Н₂О

При реакции серы с сульфитом натрия получается тиосульфат натрия:

Na₂SO₃ + S = Na₂SO₃S

Тема: Великие имена: творцы химической науки

1. Он не стал хирургом...

Известный немецкий химик родился в городе Эшерхейме недалеко от Франкфурта-на-Майне, в семье именитого бюргера. По настоянию родителей он окончил медицинский факультет Марбургского университета и в 1823 г. получил звание доктора медицины – хирурга. Однако юношу гораздо больше привлекала химия. Еще студентом-первокурсником в химической лаборатории университета он получил цианид йода при взаимодействии сухого цианида калия с йодом. Хирургом он так и не стал, но заслуги его как химика неоспоримы: ведь он первым получил в чистом виде алюминий, аморфный бор, бериллий, иттрий, карбид кремния и карбид кальция, силан и трихлорсилан. Он предложил новый способ получения белого фосфора нагреванием смеси фосфорита, угля и песка. Самым знаменитым его синтезом стало получение карбамида (NH₂)₂CO (мочевины) при упаривании раствора цианата аммония NH₄NCO – органического вещества из неорганического. Кто был этот химик?

Предполагаемый ответ:

Фридрих Вёлер (1800– 1882)

2. Великий химик из Казанской губернии

В 1842 г. он учился в пансионе в городе Чистополе Казанской губернии. Ему было всего 14 лет, и он страстно увлекался химией. Под его кроватью в общежитии всегда находили склянки с химикатами. Однажды ночью, когда все спали, он стал готовить смесь для бенгальского огня, который хотел показать сверстникам днем. Но смесь неожиданно воспламенилась, пламя подпалило мальчику волосы и брови. Комната наполнилась дымом, все проснулись, и поднялся переполох. Кто-то закричал: «Пожар! Горим!» В наказание за шалость мальчика три дня ставили в угол во время обеда, а на шею вешали черную доску с надписью «Великий химик». Он и стал великим химиком через двадцать лет, когда сформулировал теорию строения органических соединений. Назовите его имя.

Предполагаемый ответ:

Александр Михайлович Бутлеров (1828– 1886).

3. Научный консультант Наполеона

Французский химик, коллега и соратник Лавуазье, имел множество должностей и званий: доктор медицины и лейб-медик при дворе герцога Орлеанского, член Парижской академии наук, правительственный инспектор государственных красильных фабрик, смотритель монетного двора и, наконец, научный консультант Наполеона. Он сопровождал императора Франции в военном походе в Египет. Он представлял собой тип беспринципного и тщеславного придворного, но тем не менее был талантливым ученым и вошел в историю как автор многих химических открытий. Его считали другом Лавуазье, однако он не потрудился защитить ученого от преследования и казни, хотя и был членом революционного комитета Франции. В 1807 г. он оставил официальную службу и поселился в парижском предместье Аркей, где создал свою химическую лабораторию и основал Аркейское научное общество, в состав которого входили самые выдающиеся ученые Франции. Когда произносят имя этого ученого, прежде всего вспоминают его научный спор с Джоном Дальтоном о законах стехиометрии, в котором Дальтон одержал победу. Кстати, именем этого химика названа соль – сильный окислитель, некоторое количество которой входит в состав зажигательной смеси головок спичек. Кто же он?

Предполагаемый ответ: Клод Луи Бертолле (1748– 1822).

4. Они открыли полоний и радий

Ей было 24 года, когда она приехала из Польши в Париж, чтобы учиться в университете. В то время в мире было не так много мест, где женщина могла бы получить высшее образование. В Париже она встретила молодого ученого, с которым связала свою личную жизнь и научную карьеру. Заметив, что смоляная обманка (урановая руда) из рудника в Чехии обладает большей радиоактивностью, чем сам уран, она пришла к выводу: в этом минерале присутствует какой-то пока неизвестный и сильно радиоактивный элемент. В 1898 г. супругам удалось обнаружить даже не один, а два новых элемента. Кто были эти ученые?

Предполагаемый ответ:

Мария Склодовская-Кюри (1867– 1934) и Пьер Кюри (1859– 1906).

5. Аптекарь и химик

Этот немецкий аптекарь и химик XVII в. известен не только исследованиями способов получения кислот. На его счету выделение знаменитой соли, названной его именем и применяемой как слабительное средство, и получение множества неизвестных ранее солей – нитратов и хлоридов. Он получил аммиак, сульфат аммония («саль аммиак секретум»), который использовал как минеральное удобрение в своем саду. Сохранились сведения о том, что великий аптекарь первым выделил и использовал в медицинских целях фенол (карболовую кислоту) и ряд растительных алкалоидов, успешно занимался стекловарением и разработал способы получения цветного стекла. Проживший всего 64 года, этот ученый очень многое сделал для химии и химической технологии. Вспомните его имя.

Предполагаемый ответ:

Иоганн Рудольф Глаубер (1604– 1670).

6. От глицерина до синильной кислоты

Шведский химик-аптекарь, родившийся в 1742 г., оказался автором стольких открытий, что их хватило бы на добрый десяток ученых. Многие из этих открытий относились к получению и очистке кислот. В 1775 г. он приготовил мышьяковую кислоту, в 1782– 1783 гг. – синильную (циановодородную) кислоту, в период с 1776 по 1785 г. – целый набор органических кислот: мочевую, щавелевую, молочную, лимонную, яблочную, галловую, а также глицерин... Тому же химику принадлежит приоритет открытия химических элементов кислорода О, хлора С1, фтора F, бария Ва, молибдена Мо, вольфрама W. Однако годы упорного самоотверженного труда подорвали здоровье этого человека, и он дожил всего до 44 лет. Как его звали?

Предполагаемый ответ:

Карл Вильгельм Шееле (1742– 1786).

7. Лакмус из Шотландии

Самым первым появился кислотно-основный индикатор лакмус. Лакмус – водный настой лакмусового лишайника, растущего на скалах в Шотландии. Этот индикатор случайно открыл в 1663 г. знаменитый английский химик и физик. Этот ученый известен своей книгой «Химик-скептик» и законом физики, который он открыл в 1676 г. одновременно с французским ученым Эдмом Мариоттом. Позднее настоем лакмуса стали пропитывать фильтровальную бумагу; ее высушивали и получали таким способом индикаторные «лакмусовые бумажки», синие в щелочном и красные в кислом растворах. Как звали английского ученого?

Предполагаемый ответ:

Роберт Бойль (1627– 1691).

8. Уроженец Пензанса

Он родился в 1778 г. в маленьком городке Пензансе на юго-западе Англии. Об этой местности есть старинная поговорка: «Южный ветер приносит туда ливни, а северный – возвращает их». Отец мальчика был резчиком по дереву, «не умеющим считать деньги», и поэтому семья с трудом сводила концы с концами. Его мать Грация Милле была приемной дочерью местного врача Тонкина. В 1794 г. после смерти отца подростку пришлось переехать к Тонкину. В аптеке Тонкина он впервые познакомился с химией. Через четыре года он уже руководит лабораторией в Пневматическом институте около Бристоля, а в 1802 г. становится профессором Королевского института в Лондоне. Через десять лет, в 34 года, за научные заслуги химик был удостоен титула лорда, а в 1820 г. его избирают президентом Лондонского Королевского общества – Английской академии наук. Заслуги его действительно были немалыми: он открыл и получил электролизом металлы литий, натрий, калий, барий, кальций, магний и стронций (в виде амальгамы), выделил из борной кислоты элементарный бор, открыл оксид диазота («веселящий газ»), изучил электролиз воды... Его похоронили в Вестминстерском аббатстве в Лондоне, где покоится прах выдающихся сынов Англии. Кто этот химик?

Предполагаемый ответ:

Гемфри Дэви (1778– 1829).

9. Трагическая смерть великого химика

Этот французский химик не только открыл кислород и определил его химическую природу, но и первым использовал латинское название «оксигениум» – «кислотообразующий». Он дал название и другому элементу – азоту. Этот человек сочетал в себе качества блестящего ученого-энциклопедиста и расчетливого финансиста, известного своей деятельностью в «Генеральном откупе» (акционерном обществе по сбору налогов). Непомерно высокие налоги вызывали недовольство простых людей. Недовольство переросло в настоящую ненависть, которая вылилась в расправу над откупщиками. Седьмого мая 1794 г. Революционный трибунал приговорил к смертной казни 28 человек «как зачинщиков или соучастников заговора, стремившихся содействовать успеху врагов Франции путем вымогательств и незаконных поборов с французского народа». Вечером 8 мая приговор был приведен в исполнение... Назовите имя великого ученого.

Предполагаемый ответ:

Антуан Лоран Лавуазье (1743– 1794).

10. «Честнейший еретик»

Годы жизни этого ученого – с 1733 по 1804. Он был богословом, философом и химиком, а главное – занимал очень независимую позицию по отношению к англиканской церкви, поэтому жизнь его была крайне беспокойной. Кроме всего прочего, этот «честнейший еретик» симпатизировал французской революции. Будучи одним из образованнейших людей своего времени (он знал не только французский, итальянский и арабский, но даже халдейский язык) и выдающимся химиком, он открыл кислород, монооксид азота, монооксид углерода и диоксид серы. В Бирмингеме, где он жил в годовщину штурма Бастилии, начались гонения на тех, кого подозревали в сочувствии к республиканской Франции. Дом, лаборатория, книги и рукописи ученого были сожжены, а ему самому пришлось бежать в Лондон, а потом выехать в Америку. Там он и провел последние десять лет своей жизни. Назовите имя этого химика.

Предполагаемый ответ:

Джозеф Пристли (1733– 1804).