2 этап Всероссийской олимпиады школьников по химии 2013/2014 уч.год

2 этап Всероссийской олимпиады
школьников по химии 2013/2014 уч.год
9 класс (30 баллов)
9-1. В ряду активности натрий находится левее меди. Какие процессы
протекают при внесении натрия в водный раствор сульфата меди (II).
Приведите уравнения соответствующих реакций и поясните (3 балла).
Решение:
Несмотря на то, что натрий стоит левее в ряду активности, вытеснение меди
не происходит (1 балл), а происходит взаимодействие натрия с водой
Na + 2H2O = 2NaOH + H2 (1 балл)
Образовавшийся NaOH взаимодействует с сульфатом меди с образованием
осадка гидроксида меди
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4 (1 балл).
9-2. Предложите 5 различных способов получения оксида серы (IY). (5
баллов).
Решение:
1) S + O2  SO2
2) 2 H2S + 3O2  2H2O + 2SO2
3) Na2SO3 + 2HCl  2 NaCl + SO2 + H2O
4) SOCl2 + H2O  SO2 + 2 HCl
5) Cu + 2 H2SO4  CuSO4 + SO2 + 2 H2O
По 1 баллу за каждый способ. Возможны и другие варианты.
9-3. Соль угольной кислоты содержит 27,38% металла по массе. Найдите
формулу этой соли, если известно, что металл одновалентен (7 баллов).
Решение:
Запишем формулу карбоната в виде
M2CO3, обозначим Х – отн. атомную
массу металла. Тогда можно записать
уравнение: 2х/(2х+60)=0,2738.
Решение уравнения дает х= 11,3.
: Металла с такой атомной массой не
существует. Значит рассматриваемая соль
– не карбонат
Кроме карбонатов угольная кислота
1
1
2
1
образует гидрокарбонаты. Тогда запишем
формулу соли в виде MHCO3
Можно
составить
уравнение:
х/(х+61)=0,2738. Решение уравнения дает
х = 23. Значит металл – натрий, а соль –
гидрокарбонат натрия NaHCO3.
Итого
2
7 баллов
9-4. Образец карбоната бария растворили в избытке 5% раствора соляной
кислоты. На полученный раствор подействовали избытком раствора сульфата
натрия. При этом выпало 7г осадка, а на нейтрализацию полученного таким
образом раствора потребовалось 25 г раствора гидроксида натрия с массовой
долей NaOH 4%. Определите массы исходного образца карбоната бария и
раствора соляной кислоты. (7 баллов).
Решение:
Уравнения протекающих реакций:
BaCO3 + 2 HCl = BaCl2 + CO2 + H2O
BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2 NaCl
HCl + NaOH = NaCl + H2O
Из уравнений реакций следует, что из 1
моля BaCO3 получается 1 моль BaSO4,
значит масса образца карбоната бария
составляет (7/233)*197= 5,92г
Масса хлороводорода, необходимого в
первой реакции: (5,92/197)*2*36,5=2,19г, в
третьей реакции (25*0,04/40)*36,5=0,91г.
Масса
раствора
соляной
кислоты
(2,19+0,91)/0,05=62г
Итого
3 балла
1 балл
2 балла
1 балл
7 баллов
9-5. В пробирках находятся растворы соляной кислоты, карбоната натрия,
нитрата серебра и бромида калия. Как распознать каждый из растворов,
используя только их в качестве реактивов? Составьте план определения,
напишите уравнения реакций и поясните ход распознавания. (8 баллов)
Решение: Составление плана-таблицы -2 балла.
HCl
Na2CO3
AgNO3
KBr
, б/цв
HCl
Na2CO3
, б/цв
AgNO3
, бел.,
, бел.,
KBr
-
-
, бел.,
-
, бел.,
,
желтоватый
,
желтоватый
Уравнения протекающих реакций (по 1 баллу за реакцию=4 балла):
Na2CO3 + 2 HCl  2 NaCl + H2O + CO2
AgNO3 + HCl  AgCl + HNO3
Na2CO3 + AgNO3  2 NaNO3 + Ag2CO3
AgNO3 + KBr  KNO3 + AgBr
Объяснение: а) Нитрат серебра дает три осадка, а бромид калия – только
один. Их можно распознать. (1 балл)
б) Карбонат натрия и соляная кислота дают по одному разу осадок и газ. Их
можно распознать по реакции между собой. При приливании раствора
карбоната к соляной кислоте газ выделяется сразу, а при обратном порядке
сливания газ выделяется только после приливания достаточно большого
количества кислоты, так как сначала образуется гидрокарбонат, а только
затем он реагирует с соляной кислотой с выделением углекислого газа. (1
балл). Всего до 8 баллов.
10 класс (42 балла)
10-1. Определите элементы X, Y и Z, если известно, что они принимают
участие в следующих превращениях (7 баллов).
Z2 +3X2
2ZX3 (кат., Р, to)
2X2 + Y2 = 2X2Y
4Z X3 + 3Y2 = 2Z2 + 6 X2Y
4XZY3 = 4ZY2 +Y2 + 2 X2Y (to)
Z2 +Y2 = 2YZ (эл. разряд)
2ZY + Y2 = 2ZY2
2ZY2 + X2Y= XZY3 + XZY2
Решение: X=H, Z=N, Y=O и соответствующие уравнения реакций.
10-2. Напишите уравнения не менее четырех реакций, которые могут
проходить при добавлении в водный раствор нитрата алюминия избытка
лития (5 баллов).
Решение :
1) 2 Li + 2 H2O = 2 LiOH + H2
2) 3 LiOH + Al( NO3)3 = 3 LiNO3 + Al(OH)3
3) 3 LiOH + Al(OH)3 = Li3[Al(OH)6]
Или LiOH + Al(OH)3 = Li[Al(OH)4
4) 8 Li + LiNO3 + 6 H2O = 9 LiOH + NH3
В
случае,
если
приведена
реакция
восстановления нитрат - аниона, но продуктом
восстановления является не аммиак – то 1
балл.
Реакции вытеснения алюминия литием не
оценивать
Итого
3 балла
2 балла
5 баллов
10-3. Дайте определения понятиям: “изомеры”, “гомологи”, “предельные и
непредельные углеводороды”. Используя эти понятия, решите задачу:
Непредельный углеводород А является единственным изомером
предельного углеводорода Б. Углеводород В является ближайшим гомологом
А и не имеет изомеров. Углеводороды Г и Д изомерны друг другу и являются
ближайшими гомологами Б. Определите все указанные углеводороды,
приведите формулы и названия (8 баллов).
Решение:
Изомеры – вещества имеющие одинаковый
качественный и количественный состав, но
отличающиеся строением и свойствами.
Гомологи – вещества, молекулы которых
отличаются на одну или несколько групп CH2,
принадлежащие
к
одному
классу
и
обладающие сходным строением и сходными
химическими свойствами
0,5 балл
0,5 балл
Непредельные углеводороды – содержат
двойные и (или) тройные С-С связи
Предельные углеводороды – содержат только
одинарные С-С связи
A- СH2=CH-CH3 пропен (пропилен);
Б – (CH2)3 циклопропан;
В – CH2=CH2 этен (этилен);
Г-(СH2)4 –циклобутан;
Д – СH3-CH(CH2)2 –метилциклопропан
Итого
0, 5 балла
0,5 балла
5 баллов (5х0,5 за
формулы и 5х0,5 за
названия)
8 баллов
10-4. 21,1 г смеси цинка и алюминия растворили в 565 мл раствора азотной
кислоты, содержащего 20 масс. % НNО3 и имеющего плотность 1,115 г/мл.
Объем выделившегося газа, являющегося простым веществом и
единственным продуктом восстановления азотной кислоты, составил 2,912 л
(н.у.). Определите состав полученного раствора в массовых процентах (13
баллов).
Решение:
Простое вещество азот
Определяем
количество
вещества
газа:
1
nN2 = V/Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 моль
Определяем массу раствора азотной кислоты, массу и
количество вещества растворенной HNO3:
mраствора = ρ • V = 1,115 • 565 = 630,3 г
2
mHNO3 = ω • mраствора = 0,2 • 630,3 = 126,06 г
nHNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 моль
так как металлы полностью растворились, значит —
кислоты точно хватило (с водой эти металлы не
реагируют). Соответственно, надо будет проверить, не
оказалась ли кислота в избытке, и сколько ее осталось
после реакции в полученном растворе
Составляем уравнения реакций и, для удобства расчетов,
принимаем за 5х — количество цинка, а за 10у —
количество алюминия. Тогда, в соответствии с
коэффициентами в уравнениях, азота в первой реакции
получится х моль, а во второй — 3у моль:
5Zn+ 12HNO3 =5Zn(NO3)2 + N2+ 6H2O
10Al+ 36HNO3 =10Al(NO3)3 +3N2+ 18H2O
2
учитывая, что масса смеси металлов 21,1 г, их молярные
массы — 65 г/моль у цинка и 27 г/моль у алюминия,
получим следующую систему уравнений:
{
х + 3у = 0,13 (количество азота)
65 • 5х + 27 • 10у = 21,1 (масса смеси двух металлов)
х=0,04,
значит,
nZn=0,04•5=0,2моль
у = 0,03, значит, nAl = 0,03 • 10 = 0,3 моль
По уравнениям реакций, количество кислоты, вступившей
в реакцию:
nHNO3=0,48+1,08=1,56 моль, т.е. кислота была в избытке и
можно вычислить её остаток в растворе:
nHNO3ост. = 2 − 1,56 = 0,44 моль.
в итоговом растворе содержатся:
нитрат
цинка
в
количестве
0,2
моль:
mZn(NO3)2=n•M=0,2•189=37,8г
нитрат
алюминия
в
количестве
0,3
моль:
mAl(NO3)3=n•M=0,3•213=63,9г
избыток азотной кислоты в количестве 0,44 моль:
mHNO3ост. = n • M = 0,44 • 63 = 27,72 г
mнов. раствора = масса раствора кислоты + масса сплава
металлов
—
масса
азота
mN2=n•M=28•(0,03+0,09)=3,36г
mнов. раствора = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 г
Теперь можно рассчитать массовые доли веществ в
получившемся растворе:
ωZn(NO3)2=mв-ва/mр-ра=37,8/648,04=0,0583
ωAl(NO3)3=mв-ва/mр-ра=63,9/648,04=0,0986
ωHNO3ост. = mв-ва / mр-ра= 27,72 / 648,04 = 0,0428
Ответ: 5,83% нитрата цинка, 9,86% нитрата алюминия,
4,28% азотной кислоты.
Итого
2
1
3
1
1
13 баллов
10-5. В четырех пробирках без этикеток находятся растворы сульфида
натрия, карбоната натрия, нитрата серебра и соляная кислота. Как, не
используя других реактивов, в какой пробирке находится каждое из веществ?
Мысленный эксперимент оформите в виде таблицы, поясните выводы,
сделанные на основе таблицы и приведите уравнения соответствующих
реакций в молекулярном и ионном виде (9 баллов).
Результаты, полученные при попарном смешивании растворов, приведены
в таблице (2 балла):
Вещест
ва
Na2S
Na2S
Na2CO3

AgNO3
Ag2S
черн
H2S
HCl
Na2CO3
AgNO3
HCl

Ag2S
черн
Ag2CO3
бел
H2S
Ag2CO3
бел
СО2
СО2
AgCl
бел
AgCl бел
Следовательно (2 балла),
1) в пробирке, раствор из которой дает черный осадок и газ с запахом,
содержится Na2S;
2) в пробирке, раствор из которой дает белый осадок и газ без запаха,
содержится Na2СО3;
3) в пробирке, раствор из которой дает два белых и один черный осадок,
содержится AgNO3;
4) в пробирке, раствор из которой дает белый осадок и два газа,
содержится HCl.
Уравнения протекающих реакций (5 баллов):
1) Na2S + 2AgNO3 = Ag2S + 2NaNO3
2Na+ + S2 + 2Ag+ + 2NO3 = Ag2S + 2Na+ + 2NO3
S2 + 2Ag+ = Ag2S
2) Na2S + 2HCl = H2S + 2NaCl
2Na+ + S2 + 2H+ + 2Cl = H2S + 2Na+ + 2Cl
S2 + 2H+ = H2S
3) Na2CO3 + 2AgNO3 = Ag2CO3 + 2NaNO3
2Na+ + CO32 + 2Ag+ + 2NO3 = Ag2CO3 + 2Na+ + 2NO3
CO32 + 2Ag+ = Ag2CO3
4) Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O
2Na+ + CO32 + 2H+ + 2Cl = 2Na+ + 2Cl + CO2 + H2O
CO32 + 2H+ = CO2 + H2O
5) AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3
Ag+ + NO3 + H+ + Cl = AgCl + H+ + NO3
Ag+ + Cl = AgCl
11 класс (40 баллов)
11-1. Имеется раствор, содержащий хлорид и сульфат меди (II). Этот раствор
подвергли электролизу. При этом на катоде образовалась медь, а газов на
катоде при электролизе не выделялось. На аноде выделилось 5,6 л (норм.
усл.) смеси двух газов, объемная доля хлора в которой составляла 80%.
Напишите уравнения процессов, протекавших при электролизе на катоде и
аноде и найдите массу меди, выделившейся на катоде (8 баллов).
Решение:
Катодный процесс: Cu2+ + 2e  Cu
1 балл
Анодные процессы:
2 балла
2Cl- -2e  Cl2
+
2 H2O - 4e  4H +O2
Таким образом, на аноде выделилась смесь
кислорода и хлора, в которой содержится
2 балла
5,6*0,8/22,4= 0,2 моль хлора
и 5,6*0,2/22,4= 0,05 моль кислорода
Для образования этой смеси необходимо,
чтобы через раствор прошло 0,2*2+ 0,05*4=0,6
1 балл
моль электронов.
Прохождение такого же количества электронов
через катод вызовет образование 0,6/2=0,3 моль
2 балл
или 19,2 г меди.
Итого
8 баллов
11-2. Имеющийся в продаже в магазинах бытовой химии растворитель
"Ксилол" представляет собой четырехкомпонентную смесь изомерных
ароматических углеводородов с массовой долей углерода 90,57%. Известно,
что при окислении раствором перманганата калия в присутствии
разбавленной серной кислоты из 5,3г "Ксилола" образуется 168 мл (н.у.)
углекислого газа.
а) Какие компоненты содержит растворитель "Ксилол"?
б) Напишите уравнения реакции компонентов "Ксилола" с раствором
перманганата калия.
в) Рассчитайте массовую долю одного из компонентов в "Ксилоле".
(12 баллов).
Решение:
Рассчитаем
формулу
углеводорода.
Ароматические углеводороды имеют состав
CnH2n-6
тогда 12n/(12n+2n-6)=0,9057, откуда n=8.
Ароматические углеводороды состава С8Н10
имеют 4 изомера орто, мета и пара
диметилбензолы С6Н4(СН3)2 и этилбензол
С6Н5С2Н5. (по 0,5 балла за каждый изомер)
Уравнение реакции любого из первых трех
изомеров с перманганатом калия запишется
так:
1 балл
1 балл
2 балла
2 балла
5С6Н4(СН3)2 + 12KMnO4 + 18H2SO4  6K2SO4
+ 12MnSO4 + 28H2O + 5 С6Н4(СOOН)2
уравнение реакции этилбензола - так:
5С6Н5С2Н5 + 12KMnO4 + 18H2SO4  6K2SO4 +
12MnSO4 + 5С6Н5СOOН + 28H2O +
Таким образом, углекислый газ образуется
только по последней реакции. Поэтому исходя
из последнего уравнения можно рассчитать
содержание этилбензола в смеси. Количество
углекислого газа: 0,168/22.4=0,0075 моль.
Количество этилбензола равно количеству
углекислого газа, а его масса равна 0,0075*
(8*12+10)=0,795г.
Массовая
доля
этилбензола
в
смеси
0,795/5,3*100%= 15%
Итого
2 балла
3 балла
1 балл
12 баллов
11-3. Некоторый металл образует два хлорида. Один из них образуется при
реакции металла с хлором, а второй – при действии на металл соляной
кислоты. Из раствора он выделяется в виде дигидрата, массовая доля металла
в котором составляет 0,5265. Определите металл, какие хлориды он
образует? Назовите еще два металла, которые образуют разные хлориды при
реакции с хлором и с соляной кислотой (7 баллов).
Решение:
Рассчитаем относительную атомную массу
металла по известной массовой доле в
MCln*2H2O:
M/(M+35,5n+2*18)=0,5265
Отсюда: М=39,47n +40,03
При n=1 получаем М = 79,5 – селен
(неметалл)
n=2 М = 119 – олово
n=3
М = 158,5 – тербий – образует только
один хлорид.
n=4
М = 198 ------. Дальнейший перебор
валентностей лишен смысла, так как
хлориды валентности более 4 при реакции с
HCl не образуются
Итак металл – олово, образует SnCl2 и SnCl4.
Металлы
переменной
валентности,
реагирующие с соляной кислотой, образуют
различные хлориды. Другими металлами,
которые образуют разные хлориды при
2 балла
2 балла
1 балл
2 балла
реакции с хлором и с соляной кислотой,
являются переходные металлы, стоящие в
ряду напряжений до водорода, например –Fe,
Cr, V, Ti. За каждый правильный пример – по
1 баллу.
Итого
7 баллов
11-4. В лаборатории изучалось взаимодействие с концентрированной серной
кислотой этилового спирта. Спирт смешали с избытком кислоты. При этом
наблюдали выделение большого количества теплоты. При нагревании
полученной жидкости сначала отгонялась легкокипящая жидкость с
приятным запахом. При дальнейшем нагревании выделялся бесцветный газ,
обесцвечивающий бромную воду. Дальнейшее сильное нагревание привело к
почернению жидкости с одновременным выделением бесцветного газа с
резким запахом, обесцвечивающего бромную воду. Разбавление полученной
черной массы водой привело к выпадению в осадок черного вещества,
которое представляет собой практически чистый углерод. Напишите
уравнения реакций, которые объясняют наблюдаемые явления. Напишите
уравнения реакций выделяющихся газов с бромной водой. (7 баллов).
Решение:
Тепловыделение объясняется быстрым обратимым
образованием этилсульфата и высвобождением воды,
которая реагирует экзотермически с серной кислотой.
C2H5OH + H2SO4
C2H5OSO3H + H2O
1 балл
Жидкость с приятным запахом – диэтиловый эфир:
2 C2H5OH  (C2H5 )2O + H2O
или C2H5OH + C2H5OSO3H(C2H5 )2O + H2SO4
Из газов сначала выделяется этилен
C2H5OH  C2H4+ H2O
1 балл
который обесцвечивает бромную воду
C2H4+ Br2  C2H4Br2
1 балл
Затем идет ОВР в которой концентрированная серная
кислота при нагревании играет роль окислителя:
C2H5OH+ 2 H2SO4  2 C + 2 SO2 + 5 H2O
Сернистый газ обесцвечивает бромную воду
SO2 + Br2 + 2H2O  H2SO4 + 2 HBr
2 балла
Итого
1 балл
1 балл
7 баллов
11-5. Приведите 3 способа получения этилбензола реакциями разложения,
соединения и замещения. Приведите по одной реакции разложения,
соединения и замещения в которые может вступать этилбензол. Если условия
протекания реакций отличаются от обычных – укажите это. (6 баллов).
Решение:
Способы получения:
C6H11-C2H5 (Pt,t)  C6H5-C2H5 + 3H2
(разложение)
С6H5-CH=CH2 + H2 (Ni,p,t)  C6H5-C2H5
3 балла
(соединение)
C6H5+C2H5Cl (AlCl3)  C6H5-C2H5 + HCl
(замещение)
Реакции:
C6H5-C2H5 + 3H2 (Ni,p,t)  C6H11-C2H5
(соединение)
C6H5-C2H5 (Pt,t)  C6H5-CH=CH2 + H2
3 балла
(разложение)
С6H5-C2H5 + HNO3  пара-NO2-C6H4-C2H5
+ H2O( замещение)
Итого
6 баллов
Возможны и другие варианты для реакции
замещения
10-6. В лаборатории имеются следующие вещества гидроксид калия,
карбонат натрия, серная кислота, оксид железа (III), магний и вода. Можно
ли получить 10 новых соединений, используя перечисленные выше
вещества и некоторые (по выбору) продукты их взаимодействия в качестве
исходных. Напишите уравнения соответствующих реакций (10 баллов).
Решение:
эл. ток
2Н2О = 2Н2 + О2
2КОН + Н2SO4 = К2SO4 + 2Н2О
Nа2СO3 + Н2SO4 = Nа2SO4 + СO2 + Н2О
Fе2O3 + 3Н2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3Н2О
Mg + Н2SO4 = MgSO4 + Н2
MgSO4 + 2KOH = Mg(OH)2 + К2SO4
Fe2(SO4)3 + 6KOH = 2Fе(OН)3 + 3К2SO4
Nа2СO3 + MgSO4 = MgСO3 + Nа2SO4
10 веществ – 10 баллов. Возможны другие разумные варианты.