Муниципальный этап Всероссийской олимпиады школьников по химии
Класс Москва 2010
ЗАДАНИЯ С РЕШЕНИЯМИ
8-1. Названия веществ, простых или сложных часто употребляются в словосочетаниях. Определите эти вещества и допишите предложенные словосочетания:
_____________ дыра
Активированный _____________
________________, _______________, ______________ век
Дистиллированная ____________
_________________ клей
__________________ недостаточность
________________ лампа
________________ _________________ ложка
РЕШЕНИЕ.
Озоновая дыра; железный, медный или бронзовый век; силикатный клей; кислородная недостаточность; неоновая лампа; активированный уголь; дистиллированная вода; серебряная или золотая ложка.
8-2. Восстановите пропуски в уравнениях реакций, не изменяя приведенных коэффициентов:
2Li +…. = 2LiOH + H2
2C2H2 + 5….= …. + 2H2O
…. + 6HCl = 2 FeCl3 +
CuO + …. = H2O +….
KOH +…. = K2CO3 + H2O
РЕШЕНИЕ.
2 Li + 2Н2О = 2LiOH + H2
2C2H2 + 5О2 = 4СО2 + 2H2O
Fe2O3 + 6HCl = 2 FeCl3 + 3H2O
CuO + H2 = H2O + Cu
KOH + CO2 = KHCO3
8-3. В состав человеческого организма входит в среднем по массе 65% кислорода, 18% углерода, 10% водорода, 0,15% натрия и 0,15% хлора. Расположите выше названные химические элементы в порядке уменьшения числа их атомов, содержащихся в организме человека.
РЕШЕНИЕ.
1) Расчет количества вещества атомов каждого элемента по формуле
n(Э) = m(Э)/Ar(Э)
n(O) = m(O)/Ar(O) = 65:16=4,06 моль атомов кислорода
n(C) = m(C)/Ar(C) = 18:12= 1,5 моль атомов углерода
n(H) = m(H)/Ar(H) = 10:1=10 моль атомов водорода
n(Na)= m(Na)/Ar(Na) = 0,15:23=0,065 моль атомов натрия
n(Cl) = m(Cl)/Ar(Cl) = 0,15:35,5=0,0042 моль атомов хлора
2) Число атомов элемента связано с количеством вещества элемента прямопропорционально.
Сравнивая величины количества вещества атомов каждого элемента, получаем, что в порядке уменьшения атомы располагаются в следующей последовательности:
|
|
водород, кислород, углерод, натрий, хлор.
8-4. В лаборатории приготовили водный раствор этилового спирта (С2Н5ОН) с массовой долей 10%. Плотность раствора спирта равна 0,98 г/мл. Рассчитайте число молекул спирта в 1 мл такого раствора.
РЕШЕНИЕ.
1) m(раствора) = 1·0,98=0,98 г
2) m(вещества) = 0,98·0,1=0,098 г
3) n(вещества) = 0,098:46=0,002 моль
4) N(молекул) = 6,02·10 23·0,02= 1,2· 10 22 молекул
8-5. Ученик 6 класса, который еще не изучает химию и не знаком с правилами поведения в химической лаборатории, случайно уронил несколько 3 банки с веществами: 1) CuSO4∙5H2O, 2) CuO, 3) Cu. Банки разбились, вещества перемешались. Предложите способ, позволяющий извлечь из смеси (выделить в чистом виде) максимальное число компонентов.
РЕШЕНИЕ.
1) Обработка водой.
Сульфат меди растворится, оксид меди и медь – не растворяются.
2) Фильтрование. На фильтре останется смесь оксида меди и меди.
3) Раствор медного купороса оставить на несколько суток для кристаллизации. Упаривание хуже – получим большей частью безводный сульфат.
4) Остаток оксида меди и меди обрабатываем раствором соляной кислоты. Медь остается, оксид переходит в раствор в виде хлорида (кислота и, соответственно, соль могут быть другими).
5) Хлорид меди отделяем от меди фильтрованием. Из раствора осаждаем гидроксид.
6) Гидроксид меди прокаливаем.
7*. полученный оксид меди будет содержать немного примеси хлорида (или сульфата) натрия. Промываем водой и сушим.
Муниципальный этап Всероссийской олимпиады школьников по химии
Класс Москва 2010
|
|
ЗАДАНИЯ С РЕШЕНИЯМИ
9-1. Агроном заказал удобрения. Привезли 5 мешков, наполненных белыми гранулами, но без этикеток. В накладной были указаны следующие удобрения: натриевая селитра, аммиачная селитра, хлорид аммония, сульфат аммония, мочевина. Каким образом агроном может определить содержимое мешков, если в его распоряжении имеются вода и еще 3 необходимых реактива. Опишите его действия и приведите уравнения необходимых реакций.
РЕШЕНИЕ.
1) Приготовить растворы веществ, разделить их на четыре порции.
2) Подействовать на каждый раствор первой порции раствором щелочи.
Аммиачная селитра и сульфат аммония при действии щелочи дают аммиак − газ с характерным запахом.
NH4+ + OH− = NH3↑ + H2O
Затем сульфат аммония и аммиачную селитру можно различить по реакции с раствором хлорида бария
SO42− + Ba2+ = BaSO4 ↓ - белый осадок
3) Подействовать на оставшиеся растворы раствором нитрата серебра для обнаружения хлорид-иона
Cl− + Ag+ = AgCl↓
4) Растворы с натриевой селитрой и мочевиной нагреть до кипения. Мочевина при нагревании разлагается с выделением аммиака, который определяется по характерному запаху.
(NH4)2CO + H2O = 2NH3↑ + CO2↑
5) Раствор с натриевой селитрой определяется по остаточному принципу.
На случай, если агроном не различает запахи, в первом и четвертом опыте необходимо к выделяющимся газам поднести влажную индикаторную бумажку, которая покажет щелочную среду.
9-2. Газ, полученный в результате обжига природного пирита, растворили в 136,4 мл раствора гидроксида натрия с массовой долей щелочи 8% и плотностью 1,1 г/мл. В результате образовался раствор, в котором молярные концентрации кислой и средней соли оказались равны. Определите массу использованного пирита, если он содержал 20% (по массе) не окисляющихся примесей.
|
|
РЕШЕНИЕ.
4FeS2 + 11 O2 = 2 Fe2O3 + 8 SO2 (1)
SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O (2)
SO2 + Na2SO3 + H2O = 2NaHSO3 (3)
1) m(раствора NaOH) = 1,1∙136,4 = 150,04 г
m(NaOH) = 150,04 ∙0,08 = 12,00 г
n(NaOH) = 12,00 / 40 = 0,3 моль
2) Вначале получается средняя соль SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O
0,15моль 0,3моль 0,15моль
Затем образуется кислая соль SO2 + Na2SO3 + H2O = 2NaHSO3
х моль х моль 2х моль
Останется (0,15-х) моль Na2SO3
3) По условию задачи в конечном растворе n(Na2SO3) = n(NaНSO3),
т.е. 0,15-х = 2х; 0,15=3х; х=0,05
Следовательно, n(SO2)общ. = 0,15 + 0,05 = 0,20 моль
4) 4FeS2 + 11 O2 = 2 Fe2O3 + 8 SO2
0,1 моль 0,2 моль
m(FeS2)чист. = 120∙0,1 = 12,00 г
Масса образца пирита составит m(FeS2) = 12,00 / 0,8 = 15,00 г
Ответ: 15 г.
9-3. Определите формулу соли, если известно, что она состоит из трёх элементов: азота, водорода и кислорода. Массовая доля азота в ней составляет 43,75 %. Известно, что при нагревании этой соли не образуется твердого остатка. Напишите уравнение реакции термического разложения этой соли.
РЕШЕНИЕ.
1) Соли состоят из катионов и анионов. Значит, в состав катиона входит азот и в состав аниона также. Вероятнее всего, это: катион аммония и анион, содержащий азот, нитрат или нитрит.
NH4+ и NOх¯, соль имеет формулу NH4NOх, это могут быть нитрат или нитрит аммония - NH4NO3 и NH4NO2
2) Вычисление молярной массы предполагаемой соли и нахождение её формулы
М(NH4NO3) = 14+4+14+16∙3 = 80 г/моль
М(NH4NO2) = 14+4+14+16∙2 = 64 г/моль
ω=m(N)/М(NH4NOх);
М(NH4NO3) = m(N)/ω; М(NH4NO3) = 28/0,4375 = 64
Искомая соль – нитрит аммония NH4NO2
3) Уравнение реакции
NH4NO2 = N2 ↑ + 2H2O
9-4. На схеме приведены превращения вещества Х
Х + О2 →
Х + Сl2 →
Х+ I2O5 →
C+ O2 → Х
Х+Ni →
Предложите Х и запишите уравнения соответствующих превращений.
РЕШЕНИЕ.
Х - СО
2СО + O2=2СО2
СО + Cl2= СОCl2
5СО+ I2O5 = 5СО2+ I2
2C + O2 = 2CO
4СО + Ni = Ni(CO)4
9-5. Напишите уравнения реакций к схеме превращений
РЕШЕНИЕ.
боксит → А - 2Al2O3 
4Al + 3O2; C + O2 = CO2↑
расплав катод анод окисление анода
А → Б - 2Al + 2NaOHконц. + 6H2Oгор. = 2Na[Al(OН)4] + 3H2↑
А → Д - 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
Д → Б - AlCl3 + 4NaOH = Na[Al(OH)4] + 3NaCl (возможно Na3[Al(OH)6]
Б → В - Na[Al(OH)4] + CO2 = Al(OH)3 + NaHCO3
В → Г - Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 +2H2O
Муниципальный этап Всероссийской олимпиады школьников по химии
Класс Москва 2010
ЗАДАНИЯ С РЕШЕНИЯМИ
10-1. Восстановите левую часть приведенных ниже уравнений химических реакций.
………→ Br2 + MnSO4 + K2SO4 + 2H2O
………→ I2 + 2NO2 + 2H2O
………→t 3Fe + N2 + 3H2O
………→ BaSO3↓ + K2SO3 + 2H2O
………→t K3PO4 + 2NH3↑ + 3H2O
РЕШЕНИЕ.
2KBr + MnO2 + 2H2SO4 → Br2 + MnSO4 + K2SO4 + 2H2O
2HI + 2HNO3 конц. → I2 + 2NO2 + 2H2O
3FeO + 2NH3 →t 3Fe + N2 + 3H2O
Ba(HSO3)2 + 2KOH → BaSO3↓ + K2SO3 + 2H2O
(NH4)2HPO4 + 3KOH →t K3PO4 + 2NH3↑ + 3H2O
10-2. Вычислите массовую долю азотной кислоты в растворе, в котором число атомов водорода равно числу атомов кислорода.
РЕШЕНИЕ.
Пусть n(HNO3) = х моль
n(Н2О) = у моль
Тогда N(H)=(x+2y)NA
N(O)=(3x+y) NA
По условию x+2y=3x+y, откуда у=2х
ω(HNO3) = 
=0,6364 (63,64 %)
10-3. Напишите уравнения реакций к схеме превращений:
С0 → С-4 → С-4 → С+4 → С0 → С-1 + С+2
РЕШЕНИЕ.
3С + 4Al =t Al4C3
Al4 C3 + 12 H2O = 4Al (OH)3+ 3CH4↑
CH4 + 2O2 = СО2 + 2H2O
СО2 + 2Mg = 2MgO+C
3C+СаO =t СаС2 + СО
10-4. Озонолиз и окислительная деструкция используются как аналитический метод, дающий возможность установить положение двойных связей в органических соединениях. Определите строение вещества, брутто-формула которого С5Н8, если в процессе его озонолиза с последующим гидролизом образуются пропандиаль и формальдегид, а при жестком окислении перманганатом калия в присутствии серной кислоты образуютя углекислый газ и дикарбоновая кислота (пропандиовая). Приведите уравнения соответствующих реакций.
РЕШЕНИЕ.
Для воссоздания строения исходного соединения следует записать формулы веществ, образующихся при озонолизе, в последовательности согласно приведенной информации. В исходном соединении 5 атомов углерода, в одном из продуктов (пропандиаль) – 3 атома, поэтому формальдегид образуется из оставшихся двух атомов углерода в соотношении к пропандиалю 2:1. Таким образом, правильная запись будет выглядеть следующим образом:
Таким образом, неизвестное вещество – пентадиен-1,4.
Уравнения реакций:
Гидролиз озонида проводится в присутствии восстановителя, чтобы восстанавливать образующийся в процессе реакции пероксид водорода и не допускать дальнейшего окисления получающихся альдегидов (для правильного ответа участникам достаточно указать в качестве продукта гидролиза Н2О2).
Для воссоздания строения исходного соединения при использовании окислительной деструкции следует знать, что при окислении соединений с терминальным (концевым) расположением кратных связей образуется углекислый газ, в остальных случаях образуются либо карбоновые кислоты, либо дикарбоновые кислоты, кетокислоты или кетоны.
CH2=CH-CH2-CH=CH2 +4KMnO4 + 6H2SO4 →2CO2 +HOOC-CH2-COOH+2K2SO4+4MnSO4 +8H2O
Анализ продуктов окислительной деструкции подтверждает строение искомого соединения пентадиен-1,4.
10-5. Три углеводорода А, Б и В имеют одинаковый элементный состав и одинаковое количество вещества. Для полного сжигания 1 моль углеводорода А требуется такой же объем кислорода, что и для сжигания смеси 1 моль углеводорода Б и 1 моль углеводорода В. Углеводороды Б и В изомерны между собой и других изомеров не имеют. Углеводород А при окислении образует соединение с тем же числом углеродных атомов. Его бромирование приводит только к одному монобромпроизводному. Определите возможные структурные формулы этих углеводородов. Напишите уравнения соответствующих реакций, используя структурные формулы, укажите условия их протекания.
РЕШЕНИЕ.
Очевидно, что число углеродных атомов в молекуле углеводорода А равно суммарному числу атомов в углеводородах Б и В.
Элементный состав углеводородов не изменяется в зависимости от числа атомов углерода только в гомологических рядах, отвечающих общей формуле СnH2n.
ω(С) = 
= 0,8571 (85,71 %)
ω(С) = 
= 0,1429 (14,29 %)
следовательно, поиск углеводородов А, Б, В следует направить на алкены и циклоалканы, отвечающие общей формуле СnH2n.
Углеводород А не может быть алкеном, так как при окислении алкенов образуются карбоновые кислоты или карбонильные соединения с меньшим числом углеродных атомов.
С6H12 
HOOC-(CH2)-COOH
(С6Н10О4 адипиновая кислота)
Углеводород А не может быть алкеном, так как при галогенировании алкенов образуются дигалогенпроизводные
С6H12 + Br2 
С6H11Br + HBr
Бромциклогексан (монобромпроизводное)
Углеводороды Б и В изомерны, следовательно отвечают молекулярной формуле С3Н6.
Этой формуле соответствуют пропен и циклопропан. Они изомерны друг другу и других изомеров не имеют. 2балла
I. (А) С6H12 + 9О2 = 6СО2 + 6Н2О
II. (Б и В) С3Н6 + 4,5О2 = 3СО2 + 3Н2О
V(О2)I = V(О2)II + V(О2)III