Одиннадцатый класс 2002 год Тестовое задание 1

Одиннадцатый класс 2002 год
Тестовое задание
1). Какой дисахарид можно получить гидролизом крахмала:
а) лактозу;
б) мальтозу;
в) сахарозу?
2). Какой из оксидов обладает кислотными свойствами:
а) MnO;
б) MnO2;
в) Mn2О7?
3). Какая из солей в растворе имеет щелочную реакцию среды:
в) NH4Cl?
а) КСl;
б) Na2S;
4). 1 л газа имеет массу, равную массе 1 л азота. Какова формула газа:
а) СО2;
б) СО ;
в) СН4?
5). Какая из кислот при одинаковых условиях в водном растворе имеет
большую степень диссоциации:
а) уксусная;
б) хлоруксусная;
в) аминоуксусная?
6). Какая из кислот придает неприятный запах и вкус прогорклого сливочного
масла:
а) муравьиная;
б) пальмитиновая;
в) масляная?
7). Лавсан – это волокно, которое представляет собой:
а) полиамид;
б) полиолефин;
в) полиэфир;
г) полисахарид?
8). Какие из веществ способны давать реакцию «серебряного зеркала»:
а) глюкоза;
б) этанол; в) муравьиная кислота; г) щавелевая кислота?
9). Сколько структурных изомеров существует у соединения состава С3Н9N:
а) 4;
б) 3;
в) 2?
10). На взаимодействие с 1 моль какого вещества потребуется больший объем
бромной воды:
а) бутен-2
б) дивинил;
в) фенол;
г) пропин?
Ключ к тесту
Номер задания
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Правильный ответ б в б б б в в а, в а в
За каждый правильный ответ
– 1 балл
Максимальное число баллов за задание
– 10 баллов
Задача 11-1. Смесью бутена-1, бутена-2 и водорода с плотностью по гелию 3,875
заполнили герметичный термостатированный сосуд с платиновым катализатором. К
моменту установления равновесия давление в сосуде составило 80% от
первоначального. Определите объемную долю (в %) бутана в равновесной смеси.
Рекомендации к решению и оценке
1. Для решения задачи неважно, какой из изомерных бутенов вступил в
реакцию. Средняя молярная масса смеси бутенов и водорода:
М (смеси) = 3,875 ⋅ 4 = 15,5 (г/моль).
2. Пусть объемная доля бутенов в исходной смеси х, тогда объемная доля
водорода – (1–х).
М (смеси) = М(С4Н8) ⋅ ϕ(С4Н8) + М(Н2) ⋅ ϕ(Н2), откуда:
15,5 = 56х + 2(1–х).
Решая уравнение, получим х = 0,25, тогда:
ϕ(С4Н8) = 0,25; ϕ(Н2) = 0,75.
3. Пусть количество исходной смеси 1 моль, тогда:
ν(С4Н8) = 0,25 моль; ν(Н2) = 0,75 моль.
4. По условию задачи температура и объем реакционной смеси не изменяются,
поэтому изменение давления происходит за счет уменьшения количеств веществ.
Используя уравнение Менделеева–Клапейрона рV = νRT, выразим давления
исходной и конечной смеси (р1 и р2 соответственно) через количества исходной и
конечной смеси газов (ν1 и ν2 соответственно):
р1V = ν1RT и р2V = ν2RT,
р
ν
тогда при Т = const и V = const, получаем отношение: 1 = 1 ,
р2 ν2
а по условию задачи р2 = 0,8р1, следовательно, ν2 = 0,8ν1.
5. Произведем расчеты по уравнению реакции:
С4Н8
+
Н2
С4Н10
⇄
Исходное количество
0,25 моль
0,75 моль
0
Участвует в реакции
y моль
у моль
у моль
В равновесной смеси
(0,25–у) моль
(0,75–у) моль
у моль
Количество исходной смеси ν1 принято за 1 моль, а количество равновесной
смеси ν2 равно (0,25–у) + (0,75–у) + у, то есть (1–у).
6. На основании того, что ν2 = 0,8ν1, составим уравнение:
1 – у = 0,8, откуда у = 0,2.
Тогда ν(С4Н10) = 0,2 моль, ν2 = 1 – 0,2 = 0,8 (моль).
7. Объемная доля бутана в полученной смеси равна:
0,2
ϕ(С4Н10) =
= 0,25, или 25%.
0,8
За расчет средней молярной массы исходной смеси
– 1 балл
За расчет объемных долей и количеств газов в исх. смеси (пп. 2 и 3)
2 балла
За рассуждения 4
– 2 балла
За написание уравнения реакции и расчеты по нему (п. 5) – 1 балл
За составление алгебраического уравнения и его решение – 1 балл
За расчет объемной доли бутана
– 1 балл
Максимальное число баллов за задачу
– 8 баллов
Задача 11-2. При действии на твердое вещество А веществом В образуются
вещества С и D. C – бесцветное газообразное вещество, обесцвечивающее бромную
воду. При горении вещества С образуются вещество В и газ Е, вызывающий
помутнение раствора вещества D. Назовите вещества А, В, С, D и Е. Напишите
уравнения реакций, о которых идет речь в задаче.
Рекомендации к решению и оценке
А – карбид кальция СаС2; В – вода Н2О; С – ацетилен
кальция Са(ОН)2; Е – углекислый газ СО2.
Уравнения реакций: СаС2 + 2Н2О → Са(ОН)2 + С2Н2;
НС≡СН + Вr2 → СНВr2–СНВr2;
2С2Н2 + 5О2 → 4СО2 + 2Н2О;
Са(ОН)2 + СО2 → СаСО3↓ + Н2О.
За определение вещества А
За определение веществ В, С, D и Е, всего
За написание уравнений реакций, всего
2
С2Н2; D – гидроксид
– 1 балл
– 2 балла
– 2 балла
– 5 баллов
Максимальное число баллов за задачу
Задача 11-3. Эквимолярную смесь двух предельных одноатомных спиртов
обработали избытком натрия, при этом выделилось 672 мл газа (н.у.). При сжигании
такого же количества смеси спиртов получили 4,032 л (н.у.) углекислого газа.
Определите строение спиртов, если известно, что при длительном кипячении в
колбе с обратным холодильником первоначальной смеси с раствором перманганата
калия в результате из органических веществ остается один из исходных спиртов.
Рекомендации к решению и оценке
Так как при кипячении с раствором перманганата калия остается в растворе
только один из спиртов, а другой полностью окисляется, то этот спирт – метанол:
СН3ОН + 2КМnО4 → К2СО3 + 2МnО2 + 2Н2О
(1)
Пусть х – количество каждого из спиртов в исходной смеси. Спирты
реагируют с натрием:
СН3ОН + Nа → СН3ОNа + 0,5Н2
(2)
СnН2n+1ОН + Nа → СnH2n+1ONa + 0,5Н2
(3)
В реакциях (2) и (3) выделяется по 0,5х моль водорода, а всего выделяется
0,5х⋅2 = х моль водорода.
0,672
ν(Н2) =
= 0,03 (моль), значит х = 0,03 моль.
22,4
Тогда в смеси ν(СН3ОН) = ν(СnН2n+1ОН) = 0,03 моль.
Реакция горения спиртов:
СН3ОН + 1,5О2 → СО2 + 2Н2О
(4)
СnН2n+1ОН + 1,5nО2 → nСО2 + (n+1)Н2О
(5)
4,032
= 0,18 моль, а по уравнениям реакций (4) и (5) его
Так как ν(СО2) =
22,4
количество составляет 0,03 + 0,03n, то 0,03 + 0,03n = 0,18 и n = 5 и формула второго
спирта С5Н11ОН.
Так как этот спирт не подвергается окислению раствором перманганата калия,
то это третичный спирт 2-метилбутанол-2, формула которого:
СН3–СН2–С(СН3)2–ОН.
За определение формулы одного из спиртов (метанола)
– 1 балл
За написание уравнения реакции метанола с КMnО4
– 1 балл
За написание уравнений реакций спиртов с натрием, всего – 1 балл
За определение количеств спиртов в смеси
– 1 балл
За написание уравнений реакций горения спиртов, всего – 1 балл
За нахождение эмпирической формулы второго спирта
– 1 балл
За определение структурной формулы этого спирта
– 1 балл
Максимальное число баллов за задачу
– 7 баллов
Задача 11-4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно
осуществить следующие превращения:
Сl , 450 − 500 С
Сl + Н О
Н О
КОН, спирт
С3Н7Сl 

→ А    
→ Б  → В 
→ Г
Назовите вещества А, Б, В и Г.
о
2
2
Рекомендации к решению и оценке
А – пропилен СН2=СН–СН3;
3
2
2
Б – 3-хлорпропен-1 СН2=СН–СН2Сl;
В – 1,3-дихлорпропанол-2 СН2Сl–СНОН–СН2Сl;
Г – глицерин СН2ОН–СНОН–СН2ОН
Уравнения реакций:
1. С3Н7Сl + КОН(спирт) → СН2=СН–СН3 + КСl + Н2О.
450 − 500 С
2. СН2=СН–СН3 + Сl2 

→ СН2=СН–СН2Сl + НСl.
3. СН2=СН–СН2Сl + Сl2 + Н2О → СН2Сl–СНОН–СН2Сl + НСl.
4. СН2Сl–СНОН–СН2Сl + 2Н2О → СН2ОН–СНОН–СН2ОН + 2НСl.
о
За определение веществ А, Б, В и Г – по 0,5 балла, всего
За написание уравнений реакций – по 1 баллу, всего
Максимальное число баллов за задачу
– 2 балла
– 4 балла
– 6 баллов
Задача 11-5. Какую структуру может иметь изомер нонана, если при его
бромировании получается одно третичное монобромпроизводное, а при
хлорировании – 4 монохлорпроизводных? Объясните свой ответ.
Рекомендации к решению и оценке
1. При бромировании алкана замещается атом водорода при третичном атоме
углерода, а при хлорировании – при любых атомах углерода.
2. Если образовалось 4 монохлорида, то в молекуле имеется 4 равноценных
атома углерода и минимально 1 должен быть третичным.
3. Возможные структурные формулы:
а). СН3–СН(СН3)–СН2–СН2–СН2–СН(СН3)–СН3 – 2,6-диметилгептан.
Эта структура отвечает условию задачи, так как атомы углерода 2 и 6
равноценны, они третичные и при бромировании замещается атом водорода у
любого из них. Хлор, как менее селективный, замещает атомы Н у атомов С-1, 2, 3, 4.
б). СН3–С(СН3)2–СН(С2Н5)–СН2–СН3 – 2,2-диметил-3-этилпентан.
Эта структура также отвечает условию задачи, так как у этого изомера при
бромировании будет замещаться атом Н у атома С-3, а при хлорировании – у атомов
С-1, 3, 4 и 5.
За предположение 1
– 2 балла
За предположение 2
– 2 балла
За написание возможных структурных формул и объяснение – по 2 балла за
формулу, всего
– 4 балла
Максимальное число баллов за задачу
– 8 баллов
Максимальное число баллов за задачи 10 класса
– 44 балла
Одиннадцатый класс 2003 год
Тестовое задание
1). Какие моносахариды образуются при гидролизе сахарозы:
а) α-глюкоза,
б) α-глюкоза и β-фруктоза,
в) β-глюкоза и α-фруктоза, г) β-глюкоза?
2). Какая из солей в растворе имеет щелочную реакцию среды:
а) сульфат натрия,
б) хлорид натрия,
в) сульфид калия,
г) сульфат аммония?
4
3). Какая из соединений при одинаковых условиях в водном растворе
проявляет наиболее основные свойства:
а) триметиламин,
б) аммиак,
в) метиламин,
г) анилин?
4). Органическое стекло представляет собой:
а) полиамид,
б) полиуретан,
в) полиизобутилен,
г) полиметилметакрилат.
5). Какое из веществ обесцвечивает бромную воду:
а) этилен, б) бензол, в) этанол, г) гептан?
6). Какой из оксидов обладает наиболее выраженными окислительными
свойствами:
а) Cl2О,
б) ClО2,
в) Cl2О6, г) Cl2О7?
7). Какой из газов имеет «запах свежести»:
а) сероводород, б) углекислый газ,
в) угарный газ, г) озон?
8). Какой объем угарного газа имеет массу, равную массе 4 л азота:
а) 1 л,
б) 2 л,
в) 3 л,
г) 4л?
9). На взаимодействие с 1 моль какого вещества потребуется больший объем
водного раствора перманганата калия:
а) этилен,
б) ацетилен,
в) пропин,
г) изопрен?
10). Сколько структурных изомеров существует у соединения С3Н9N:
а) 4,
б) 5,
в) 8,
г) 10?
Ключ к тесту
Номер задания
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Правильный ответ б в а г а а г г г г
За каждый правильный ответ
– 1 балл
Максимальное число баллов за задание
– 10 баллов
Задача 11-1. При действии на непредельный углеводород А избытком
раствора хлора в четыреххлористом углероде образовалось 2,295 г дихлорида. При
действии на такую же массу углеводорода А избытком бромной воды образовалось
3,63 г дибромида.
1. Определите молекулярную формулу углеводорода А.
2. Напишите структурную формулу углеводорода А. Приведите его название.
3. Напишите структурные формулы и названия любых 4-х изомеров
углеводорода А, удовлетворяющих условию задачи.
Рекомендации к решению и оценке
1. Схемы реакций:
CxHy + 2Cl2 → СxНyCl2;
CxHy + Вr2 → СxНyВr2.
По условию задачи:
2,295
3,63
ν(СxНyCl2) = ν(СxНyВr2); ν(СxНyCl2) =
; ν(СxНyВr2) =
,
12x + y + 71
12х + y + 160
2,295
3,63
отсюда:
=
; y = 82 – 12х,
12x + y + 71 12х + y + 160
где х и y – целые положительные числа, причем 5 < х < 7 (т.е. х = 6), т.к.:
– если х = 7, то у = 82 – 12⋅7 = – 2, что не может быть;
– если х = 5, то у = 22, а углеводорода С5Н22 не существует;
– если х = 4, то у = 34, а углеводорода С4Н34 тоже не существует, и т.д.
5
Если же х = 6, то у = 10, следовательно, молекулярная формула углеводорода
А – С6Н10.
2. Структурная формула и название углеводорода А:
– циклогексен.
3. Примеры возможных изомеров:
H3C
C2H5
CH3
– 1,2-диметилциклобутен;
– 1-этилциклобутен
C2H5
CH3
– 3-этилциклобутен;
– 3-метилциклопентен.
За определение молекулярной формулы А
За написание структурной формулы А и его название
За написание формул изомеров А и их названия
Максимальное число баллов за задачу
– 5 баллов.
– 1 балл.
– 4 балла.
– 10 баллов.
Задача 11-2. При нагревании 0,496 г бесцветного кристаллического вещества
А с избытком концентрированного раствора щелочи выделилось 110 мл газа В (181
кПа; 25°С), плотность которого по воздуху 0,59. При нагревании такой же навески
вещества А с избытком концентрированной серной кислоты выделяется такой же
объем газа С, однако его плотность по воздуху 1,24. При пропускании газа С через
раствор щелочи объем газа уменьшается в 2 раза, а плотность по воздуху
уменьшается в 1,29 раза.
1. Определите вещества А, В, С. Выводы подтвердите расчетами.
2. Напишите уравнения всех реакций.
HCl
3. Напишите уравнение реакции, протекающей по схеме: D +
→ Е,
где D – второй продукт реакции A со щелочью.
4. Какова биологическая роль соединения Е?
Рекомендации к решению и оценке
1. Молярная масса газа В: М(В) = 0,59⋅29 = 17,11 (г/моль). Значит, газ В –
аммиак, а А – соль аммония.
2. С является смесью газов, средняя молярная масса которой: М (С) = 1,24×
×29 = 35,96 (г/моль).
1,24 ⋅ 29
Молярная масса не поглотившегося щелочью газа: М(газа1) =
= 27,87
1,29
(г/моль). Этим газом может быть угарный газ СО.
М(газа 2 ) + М(СО)
По условию задачи V(газа2) = V(СО). Тогда М (С) =
= 35,96
2
(г/моль). Отсюда М(газа2) = 71,92 – 27,87 = 44,05 (г/моль). Значит, второй газ в
смеси С – углекислый газ СО2.
3. Схема реакции А со щелочью:
(NH4)вХ + вNаОН → NaвХ + вNH3 + вН2О (в – валентность кислотного остатка Х)
По условию задачи: ν(NH3) = ν(СО + СО2); ν(СО) = ν(СО2)
6
По уравнению Менделеева–Клапейрона:
pV 181 ⋅ 0,11
ν(NH3) = ν(СО + СО2) =
=
= 0,008 (моль), тогда
RT 8,31 ⋅ 298
ν(СО) = ν(СО2) = 0,004 моль, а ν(NH3) : ν(СО) : ν(СО2) = 2 : 1 : 1,
откуда следует, что валентность кислотного остатка в(Х) = 2.
0,496 ⋅ 2
По схеме реакции М((NH4)2Х) =
= 124 (г/моль), а М(Х) = 124 – 36 = 88
0,008
(г/моль). Следовательно, А – оксалат аммония (NН4)2С2О4.
4. Уравнения реакций:
(NН4)2С2О4 + 2NаОН → Na2C2O4 + 2NH3 + 2H2O
(1)
(2)
(NН4)2С2О4 + 2H2SO4 → 2NH4HSO4 + CO + CO2 + H2O
CO2 + NaOH → NaHCO3
(3)
CO2 + 2NaOH → 2Na2CO3 + H2O
(4)
5. Уравнение реакции получения Е (щавелевой кислоты):
NaOOC–COONa + 2НСl → НООС–СООН + 2NaCl
(5)
6. Щавелевая кислота в виде солей содержится во многих растениях, особенно
много ее в щавеле. Продукты питания с высоким содержанием щавелевой кислоты
способны приводить к серьезным нарушениям солевого обмена, необратимо
связывать ионы кальция.
За определение газа В
– 1 балл.
За определение состава смеси газов С – 1 балл за СО, 2 балла за СО2, всего
– 3 балла.
За определение вещества А
– 2 балла.
За написание уравнения реакции (1)
– 0,5 балла.
За написание уравнения реакции (2)
– 1 балл.
За написание уравнения реакции (3) и/или (4)
– 0,5 балла.
За написание уравнения реакции (5)
– 1 балл.
За указание биологической роли щавелевой кислоты
– 1 балл.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
Задача 11-3. Укажите, какие из следующих уравнений отражают реальное
протекание химических процессов:
I.
H3C
H
C
H3C
Cl
H
C
а) СН3–СН=СН2 + ICl →
I
б) СН3–СН=СН2 + ICl →
II.
в) С6Н6 + Br–Cl → С6Н5Cl + HBr;
г) С6Н6 + BrCl → С6Н5Br + HCl.
Ответ поясните.
Рекомендации к решению и оценке
7
CH2
I
;
CH2
Cl .
1. В реакциях I ICl реагирует по механизму электрофильного присоединения.
Молекула Iδ+→Clδ– полярна, причем частичный положительный заряд сосредоточен
на менее электроотрицательном атоме иода, поэтому механизм реакции следующий:
H3C
C
H
Cδ−H2 + ICl
H3C
C
H
CH2I Cl
H3C
H
C
CH2
Cl
I
.
Следовательно, реально протекает реакция по уравнению а).
2. Атом брома менее электроотрицателен, чем атом хлора, и в молекуле
δ+
Br →Clδ– атом брома имеет частичный положительный заряд. Замещение в
молекуле бензола протекает по механизму электрофильного замещения, поэтому
ароматическое ядро атакуется положительной частью молекулы:
Br
+ Brδ+
Clδ−
Br
H
медленно
быстро
−Cl
−H
Следовательно, из реакций II реально протекает реакция по уравнению г).
За объяснение механизма реакции I
За объяснение механизма реакции II
Максимальное число баллов за задачу
– 2 балла.
– 2 балла.
– 4 балла.
Задача 11-4. Соединение бензольного ряда А имеет состав С9Н8,
обесцвечивает бромную воду, вступает в реакцию Кучерова, реагирует с амидом
натрия. При окислении перманганатом калия в кислой среде соединение А образует
бензойную кислоту.
1. Назовите соединение А и определите его строение. Ответ обоснуйте.
2. Напишите уравнения реакций, описанных в задаче.
Рекомендации к решению и оценке
1. Реакция с амидом натрия указывает на присутствие в молекуле соединения
А концевой тройной углерод-углеродной связи, за счет которой А обесцвечивает
бромную воду и вступает в реакцию Кучерова. Значит, А – 3-фенилпропин:
C C
H2
CH
2. Уравнения реакций:
C C
H2
CH
C C CHBr2
H2 Br2
+ Br2
C C
H2
(1)
CH
2+
+ H2O
C C CH2
H2
OH
+
Hg ; H
8
C C
H2
O
CH3
(2)
C C
H2
CH
C C
H2
+ NaNH2
CNa
+ NH3
C C
H2
(3)
CH
+ 14KMnO4 + 21H2SO4 →
5
COOH
→5
+ 10CO2 + 14MnSO4 + 7K2SO4 + 26H2O
(4)
За определение строения вещества А
– 2 балла.
За название вещества А
– 1 балл.
За написание уравнения реакции (1) и (2)– по 1 баллу, всего– 2 балла.
За написание уравнения реакции (3)
– 2 балла.
За написание уравнения реакции (4)
– 3 балла.
(За написание схемы реакции (4)
– 1 балл).
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
Задача 11-5. Предложите вещества А, Б, В, химические свойства которых
соответствуют приведенной схеме превращений. Напишите уравнения
соответствующих реакций, указав реагенты и условия протекания.
А
1
3
2
4
R–СН2–ОН
Б
СН3ОН; Н+; t°
6
5
7
В
Рекомендации к решению и оценке
А – R–СНО; Б – R–СООН; В – R–СО–О–СН3.
Уравнения реакций:
t
1. R–СН2–ОН + CuO →
R–СНО + Cu + Н2О.
t , Ni
2. R–СНО + Н2 → R–СН2–ОН.
t
3. R–СНО + 2[Ag(NH3)2]OH →
R–СООН + 2Ag + 4NH3 + H2O.
4. R–СООН + LiAlH4 → R–СН2–ОН + Н2О + Li+ + Al3+.
t , H SO
5. R–СООН + СН3ОН 
→ R–СО–О–СН3 + Н2О
6. R–СО–О–СН3 + LiAlH4 → СН3ОН + R–СН2–ОН.
7. R–СО–О–СН3 + Н2О Нили
ОН

→ R–СООН + СН3ОН.
o
o
o
o
2
+
4
−
За предложение формул веществ А, Б, В – по 1 баллу, всего– 3 балла.
За написание уравнений реакций – по 1 баллу, всего
– 7 баллов.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
9
Максимальное число баллов за задачи 11 класса
– 54 балла.
Одиннадцатый класс 2004 год
Тестовое задание
1). Химическая связь, образованная между атомами, имеющими электронные
конфигурации 1s22s22p2 и 1s22s22p4:
а) ковалентная неполярная;
б) ковалентная полярная;
в) ионная;
г) металлическая.
2). Горение этиламина сопровождается образованием углекислого газа, воды и:
а) аммиака;
б) азота; в) оксида азота (II);
г) оксида азота (IV).
3). При взаимодействии с каким из перечисленных веществ метиламин
образует соединение с ионной связью?
а) Br2;
б) HNO3;
в) O2;
г) NaOH.
4). Наиболее сильная кислота:
а) уксусная;
б) хлоруксусная;
в) трихлоруксусная; г) βхлоруксусная.
5). Одинаковые продукты образуются при электролизе водного раствора и
расплава:
а) хлорида меди;
б) бромида калия;
в) гидроксида натрия;
г) хлорида натрия.
6). Скорость реакции CO(г) + Cl2 (г) → COCl2 (г)
при одновременном уменьшении давления в 4 раза и увеличении температуры с 25
до 85°С (температурный коэффициент равен 2):
а) уменьшится в 4 раза;
б) уменьшится в 8 раз;
в) уменьшится в 16 раз;
г) увеличится в 4 раза.
7). Реакция, показывающая сходство глюкозы и глицерина:
а) реакция «серебряного зеркала»;
б) реакция с гидроксидом меди (II) при нагревании;
в) реакция с гидроксидом меди (II) при обычных условиях;
г) реакция брожения.
8). Объем порции пропана (н.у.), содержащей 4,515⋅1023 атомов углерода, равен:
а) 5,6 л;
б) 16,8 л;
в) 22,4 л;
г) 33,6 л.
9). Соотношение масс ионов в иодиде алюминия равно:
а) 0,54:5;
б) 0,72:4,3;
в) 0,54:7,62;
г) 0,54:2,54.
10). Какую пару веществ нельзя различить с помощью нитрата серебра:
а) NH4OH и KOH;
б) CHCOONa и Mg(NO3)2;
в) KI и KCl;
г) K3PO4 и NaOH.
Ключ к тесту
Номер задания
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Правильный ответ б б б в а г в а в б
За каждый правильный ответ
– 1 балл.
Максимальное число баллов за задание
– 10 баллов.
Задача 11-1. Вещество А при нагревании с избытком водного раствора
щелочи образует вещества В и С. Если через холодный водный раствор вещества В
10
пропустить углекислый газ, то выпадет осадок D. Если вещество С сплавлять со
щелочью, то получится метан.
Вещество Е – изомер вещества А. Оно реагирует с водным раствором щелочи
с образованием вещества F, которое при сплавлении со щелочью образует толуол.
1. Определите вещества А, В, С, D, Е, F, напишите их формулы и названия.
2. Напишите уравнения всех описанных реакций.
Рекомендации к решению и оценке
1. Вещество А – фенилацетат С6Н5–О–СО–СН3; В – фенолят натрия С6Н5ОNa;
С – ацетат натрия СН3СООNa; D – фенол С6Н5ОН; Е – фенилуксусная кислота
С6Н5–СН2–СООН; F – натровая соль фенилуксусной кислоты С6Н5–СН2–СООNa.
2. Уравнения реакций:
С6Н5–О–СО–СН3 + 2NaОН → С6Н5ОNa + СН3–СООNa
(1)
С6Н5ОNa + СО2 + Н2О → С6Н5ОН + NaНСО3
(2)
СН3–СООNa + NaОН → Na2СО3 + СН4 (сплавление)
(3)
С6Н5–СН2–СООН + NaОН → Н2О + С6Н5–СН2–СООNa
(4)
С6Н5–СН2–СООNa + NaOH → С6Н5–СН3 + Na2СО3 (сплавление) (5)
За написание формул веществ и их названия
– 6 баллов.
За написание уравнений реакций 1, 2, 5 – по 1 баллу, всего – 4 балла.
За написание уравнений реакций 3 и 4 – по 0,5 балла, всего– 1 балл.
Максимальное число баллов за задачу
– 11 баллов.
Задача 11-2. Из 5 г карбида кальция была получена хлоруксусная кислота. Для полной
нейтрализации ее понадобилось 700 мл едкого кали концентрацией 0,1 моль/л.
1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно из карбида
кальция получить хлоруксусную кислоту.
2. Рассчитайте
массовую
долю
примесей
в
карбиде
кальция,
использовавшемся для получения хлоруксусной кислоты.
3. Расположите в порядке увеличения кислотных свойств следующие
вещества: хлоруксусная кислота, фторуксусная кислота, уксусная кислота,
трихлоруксусная кислота, дихлоруксусная кислота. Ответ объясните.
Рекомендации к решению и оценке
1. Возможная последовательность реакций:
СаС2 + 2Н2О → Са(ОН)2 + С2Н2
(1)
2+
С2Н2 + Н2О Hg
→ СН3–СНО
(2)
t
СН3–СНО + 2Cu(ОН)2 
→ СН3СООН + Cu2О + 2Н2О
(3)
t, hν
СН3СООН + Сl2 → Сl–СН2–СООН + НСl
(4)
2. При нейтрализации хлоруксусной кислоты происходит следующая реакция:
Сl–СН2–СООН + КОН → Сl–СН2–СООК + Н2О
(5)
Количество КОН в 700 мл раствора: ν(КОН) = 0,1⋅0,7 = 0,07 (моль).
По уравнениям (1) – (5) ν(СаС2) = ν(КОН) = 0,07 моль. Масса СаС2:
m(СаС2) = 0,07 моль ⋅ 64 г/моль = 4,48 г.
Тогда масса примесей составляет 5 – 4,48 = 0,52 (г). Массовая доля примесей:
0,52
ω(примесей) =
= 0,104 , или 10,4%
5
3. Кислотные свойства увеличиваются в ряду:
СН3СООН < ClCH2COOH < FCH2COOH < Cl2CHCOOH < Cl3CCOOH
Увеличение кислотности можно объяснить влиянием атомов галогенов.
Причина влияния галогена заключается в том, что α-углеродный атом, связанный с
атомом галогена, особенно фтора, становится более положительно заряженным, чем
в случае связи с атомом водорода. Другими словами, электронные пары связи
11
оттягиваются в сторону атомов галогена и обнажают положительный заряд на атоме
углерода. Тогда более положительный α-углеродный атом в свою очередь
оттягивает к себе пару электронов, связывающую его с атомом углерода
карбоксильной группы. Этот углерод становится более положительным, чем
обычный углерод карбоксила, и в большей степени концентрирует вокруг себя
электронные пары, связывающие его с кислородом. Вследствие этого водород
карбоксила (протон) оказывается менее прочно связанным с кислородом.
За написание уравнений реакций 1 – 5 – по 1 баллу, всего – 5 баллов.
За расчет массовой доли примесей в карбиде кальция
– 2 балла.
За составление ряда веществ по увеличению кислотных свойств– 1 балл.
За объяснение усиления кислотных свойств в ряду
– 2 балла.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
Задача 11-3. На медные стружки подействовали концентрированной азотной
кислотой, массовая доля которой 0,65, плотность 1,32 г/мл. Полученный газ А
пропустили через склянку Дрекселя, наполненную водой, и собрали 4,48 л (н.у.) газа Б.
1. Напишите уравнения описанных в задаче реакций.
2. Рассчитайте массу прореагировавшей меди.
3. Рассчитайте массу взятой для реакции кислоты и ее молярную
концентрацию.
4. Определите массовую долю соли в полученном после реакции меди с
кислотой растворе.
Рекомендации к решению и оценке
1. Уравнения реакций:
(1)
Cu + 4HNO3(конц.) → Сu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
2NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
(2)
2. По уравнению (2):
ν(NO) = 4,48 л : 22,4 л/моль = 0,2 моль; ν(NО2) = 2ν(NO) = 0,4 моль.
По уравнению (1):
ν(Cu) = ν(Сu(NO3)2) = ½ν(NO2) = 0,2 моль; ν(HNO3) = 2ν(NO2) = 0,8 моль.
Тогда массы меди, азотной кислоты и нитрата меди равны:
m(HNO3) = 0,8 моль ⋅ 63 г/моль = 50,4 г;
m(Cu) = 0,2 моль ⋅ 64 г/моль = 12,8 г;
m(Cu(NO3)2) = 0,2 моль ⋅ 188 г/моль = 37,6 г.
3. Масса раствора азотной кислоты равна: m(р-ра HNO3) = 50,4 г : 0,65 =
= 77,5 г. Объем раствора равен: V(р-ра HNO3) = 77,5 г : 1,32 г/мл = 58,7 мл ≈ 0,06 л.
Тогда молярная концентрация азотной кислоты в растворе:
СМ(HNO3) = 0,8 моль : 5,87⋅10–2 л = 13,6 моль/л
4. Массу раствора нитрата меди можно найти, сложив массы меди и азотной
кислоты и вычтя массу оксида азота (IV):
m(NO2) = 0,4 моль ⋅ 46 г/моль = 18,4 г; m(р-ра Cu(NO3)2) = 77,5 + 12,8 – 18,4 =
= 71,9 (г).
Тогда массовая доля нитрата меди в полученном растворе:
ω(Cu(NO3)2) = 37,6 : 71,9 = 0,523, или 52,3%
За написание уравнений реакций – по 1 баллу, всего
– 2 балла.
За расчет массы прореагировавшей меди
– 1 балл.
За расчет массы раствора азотной кислоты
– 1 балл.
За расчет молярной концентрации азотной кислоты
– 1 балл.
За расчет массовой доли нитрата меди в полученном растворе – 1 балл.
Максимальное число баллов за задачу
– 6 баллов.
Задача 11-4. Верхнекамский фосфоритный рудник добывает фосфориты,
содержащие до 21% оксида фосфора (V).
1. Напишите уравнение реакции получения фосфора из фосфоритов.
12
2. Рассчитайте, сколько тонн фосфорита, кокса и песка необходимо для
получения 1,55 т фосфора.
3. При получении фосфора из фосфоритов образуется газ, используемый для
производства синтез-газа. Напишите уравнение реакции получения метанола из
синтез-газа. Укажите условия реакции.
4. Рассчитайте массу метанола, который можно получить из синтез-газа, в
состав которого входит газ, полученный при переработке фосфорита (см. п. 2).
Рекомендации к решению и оценке
1. Уравнение реакции получения фосфора из фосфорита:
Са3(РО4)2 + 5С + 3SiО2 → 2Р + 3CaSiО3 + 5СО↑
(1)
2. По уравнению (1) ν(Са3(РО4)2) = ½ν(Р); ν(С) = 2,5ν(Р); ν(SiO2) = 1,5ν(Р);
ν(Р) = 1,55⋅106 г : 31 г/моль = 5⋅104 моль
ν(Са3(РО4)2) = 2,5⋅104 моль; m(Cа3(РО4)2) = 310 г/моль ⋅ 2,5⋅104 моль = 7,75⋅106 г
Массовая доля Р2О5 в Са3(РО4)2 составляет 142 : 310 = 0,458, или 45,8%, что в
45,8/21 = 2,18 раза больше, чем в верхнекамских фосфоритах. Следовательно,
фосфорита нужно в 2,18 раз больше, чем ортофосфата кальция:
m(фосфорита) = 7,75⋅106 ⋅ 2,18 = 1,6895⋅107 г = 16 т 895 кг.
Предположим, что кокс – чистый углерод, а песок – чистый SiО2. Тогда:
ν(С) = 1,25⋅105 моль; m(кокса) = 1,25⋅105 моль ⋅ 12 г/моль = 1,5⋅106 г = 15 т;
ν(SiO2) = 7,5⋅104 моль; m(песка) = 7,5⋅104 моль ⋅ 60 г/моль = 4,5⋅106 г = 4,5 т.
3. Уравнение реакции получения метанола из синтез-газа:
7 МПа, 250 о С, оксиды Zn и Cu
СО + 2Н2          → СН3ОН
(2)
4. По уравнениям (1) и (2):
ν(СН3ОН) = ν(СО) = 2,5ν(Р) = 2,5 ⋅ 5⋅104 = 1,25⋅105 (моль)
Тогда m(СН3ОН) = 1,25⋅105 моль ⋅ 32 г/моль = 4⋅106 г = 4 т.
За написание уравнения реакции 1
– 3 балла.
За расчет массы фосфорита
– 3 балла.
За расчет масс кокса и песка
– 1 балл.
За написание уравнения 2 и указание условий реакции
– 2 балла.
За расчет массы метанола
– 1 балл.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
Задача 11-5. При нагревании бесцветных кристаллов соли А при 200°С она
без остатка разлагается на смесь паров вещества В и газа С (плотность по воздуху
этой смеси 0,92). Газ С поддерживает горение. При сжигании в нем избытка
углерода образуется смесь газов D и Е (плотность по воздуху этой смеси 1,15).
Отношение молярных масс веществ В, С, Е и D составляет 1:2,444:2,444:1,556
и ϕ(В):ϕ(С) = ϕ(D):ϕ(Е).
1. Определите вещества А, В, С, D и Е.
2. Напишите уравнения описанных реакций.
Рекомендации к решению и оценке
Средняя молярная масса смеси В и С: Мср.(В+С) = 0,92 ⋅ 29 = 26,68 (г/моль).
Средняя молярная масса смеси D и Е: Мср.(D+Е) = 1,15 ⋅ 29 = 33,35 (г/моль).
По условию задачи:
М(Е) = М(С); М(В) = М(С)/2,444; М(D) = 1,556⋅М(С)/2,444 = М(С)/1,57;
ϕ(В) = ϕ(D) = ϕ
Отсюда:
26,68 = ϕ ⋅
Ì(Ñ)
+ (1 – ϕ) ⋅ М(С)
2,444
13
(1)
33,35 = ϕ ⋅
Ì(Ñ)
+ (1 – ϕ) ⋅ М(С)
1,57
(2)
Решая систему уравнений (1) и (2), получаем М(С) = МЕ = 44 г/моль.
Известно несколько газов с такой молярной массой. Это СО2, N2О, С3Н8, пары
СН3СНО, но только N2О поддерживает горение. N2О получается при разложении
нитрата аммония. МВ = 44/2,444 = 18 (г/моль). МD = 44/1,57 = 28 (г/моль).
Таким образом, вещество А – нитрат аммония NH4NO3; В – вода Н2О; С –
оксид азота (I) N2О; D – азот N2; Е – оксид углерода (IV) СО2.
Уравнения реакций:
NH4NO3 → N2O + 2H2O
(3)
2N2O + C → 2CO2 + 2N2
(4)
За нахождение молярной массы С
– 5 баллов.
За определение вещества С
– 1 балл.
За определение веществ А, В, D и Е – по 0,5 балла, всего
– 2 балла.
За написание уравнений реакций 3 и 4 – по 1 баллу, всего
– 2 балла.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
Максимальное число баллов за задачи 11 класса
– 57 баллов.
Одиннадцатый класс 2005 год
Тестовое задание
1. Какую пару веществ нельзя различить с помощью иодида калия:
а) H2O и HCl;
б) Pb(CH3COO)2 и KNO3;
в) AgNO3 и H2SO4;
г) Hg(NO3)2 и Na2SO4.
2. Функция водородсодержащего вещества в реакции, начало краткого ионного
уравнение которой
H3O+ + SiO32– → … :
а) слабая кислота;
б) сильная кислота;
в) слабое основание; г) сильное основание.
3. В состав какого из перечисленных минералов не входит алюминий:
а) боксит; б) каолинит;
в) киноварь;
г) корунд.
4. Какое вещество до сих пор не получено:
а) KI;
б) NaNO2;
в) CrCl3·6H2O; г) Fe2(CO3)2.
5. Тип гибридизации атома азота в молекуле аммиака:
а) sp3-;
б) sp2-;
в) sp-;
г)sp3d-.
6. В 400 г 5%-ного раствора гидроксида натрия добавили 92 г натрия, массовая доля
щелочи в полученном растворе стала:
а) 5%;
б) 10%;
в) 37%;
г) 45%.
7. Процесс, обратный реакции этерификации:
а) катализ; б) гидролиз;
в) крекинг;
г) риформинг.
8. Окраска водных растворов солей CrCl3, K2CrO4 и K2Cr2O7 соответственно:
а) зеленая, желтая, оранжевая;
б) розовая, желтая, оранжевая;
в) зеленая, фиолетовая, синяя;
г) фиолетовая, желтая, пурпурная.
9. Наиболее устойчивое водородное соединение:
а) PH3;
б) NH3;
в) SiH4;
г) AsH3.
10. Из ацетилена массой 156 г путем его полимеризации получили 0,5 моль бензола.
Чему равен выход бензола (в %):
а) 10;
б) 15;
в) 20;
г) 25.
Ключ к тесту
14
Номер вопроса
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Правильный ответ а б в г а в б а б г
За каждый правильный ответ – 1 балл.
Максимальное количество баллов за тест – 10 баллов.
Задача 11–1. Расплавленное бинарное соединение А подвергнуто электролизу
при определенных условиях. На катоде образовался пар, который удалось
сконденсировать в твердое вещество Б серебристо-белого цвета; на свежем срезе это
вещество Б имеет блестящую поверхность, которая быстро тускнеет во влажном
воздухе. На аноде выделился газ В, который при сгорании в атмосфере хлора
образует газ Г; последний при растворении в воде изменяет окраску лакмуса на
красную.
Если соединение А опустить в воду, то произойдет выделение газа В, а
образующийся после завершения реакции раствор Д при добавлении в него
фенолфталеина приобретает малиновую окраску и способен окрашивать бесцветное
пламя горелки в желтый цвет.
1. Определите вещества А – Д.
2. Запишите уравнения процессов, протекающих на аноде и на катоде.
Укажите, какие условия необходимо соблюдать при проведении электролиза.
3. Объясните потускнение блестящего среза вещества Б во влажном воздухе.
4. Напишите уравнение гидролиза вещества А и уравнение сгорания газа В в
хлоре.
5. Предложите простой практический способ получения вещества А.
6. Опишите промышленный способ получения вещества Б, приведите
уравнения протекающих процессов.
Рекомендации к решению и оценке
1. А – NaH, Б – Na, В – H2, Г – HCl, Д – NaOH.
За определение веществ А, Б, В – по 1 баллу,
за определение веществ Г и Д – по 0,5 балла; итого 4 балла.
2. Гидрид натрия – вещество с ионной структурой, в расплаве диссоциирует
согласно схеме:
NaH ⇄ Na+ + H–.
Электролиз:
Анод (+): 2Н– – 2e = Н2;
Катод (–): Na+ + 1e = Na0.
Электролиз необходимо проводить в герметичной системе. Выделяющийся на
аноде водород отсасывается в вакууме: с кислородом воздуха водород реагирует со
взрывом. Образующийся на катоде натрий отсасывают вакуумным насосом и хранят
под слоем керосина.
За написание электродных процессов – 3 балла.
За указание условий проведения электролиза – 2 балла.
3. Во влажном воздухе натрий постепенно покрывается гидроксидной пленкой
и теряет блеск:
4Na + O2 (воздух) + 2H2O (влага) = 4NaOH
1 балл.
4. Уравнение гидролиза гидрида натрия:
15
NaH + H2O = NaOH + H2↑
(рН > 7, фенолфталеин малиновый)
NaOH ⇄ Na+ + OH–
Уравнение сгорания водорода в атмосфере хлора:
H2 + Cl2 = 2HCl
В водном растворе хлороводород диссоциирует:
HCl ⇄ H+ + Cl– (рН < 7, лакмус красный)
За написание каждого уравнения – по 1 баллу; за объяснение
изменения окраски индикаторов – по 1 баллу; всего 4 балла.
5. Гидрид натрия можно получить при нагревании натрия в струе водорода:
2Na + H2 = 2NaH
1 балл.
6. В промышленности натрий получают электролизом расплава хлорида
натрия. С целью снижения температуры плавления электролита в исходное сырье
добавляют хлориды калия или кальция, фторид кальция. Процесс электролиза
проводят в электролизерах с диафрагмой. Аноды изготавливают из графита, катоды
– из меди или железа.
NaCl ⇄ Na+ + Cl–.
Электролиз:
Анод (+): 2Cl– – 2e = Cl2;
Катод (–): Na+ + 1e = Na0.
Образующийся натрий очищают от примесей хлоридов, оксидов, кальция и
углерода.
За описание способа получения натрия – 2 балла.
Максимальное количество баллов за задачу – 17 баллов.
Задача 11–2. Водоросль ламинария (морская капуста) обладает способностью
концентрировать иодид-ионы из морской воды. Проводя оценку содержания иода в
этих растениях, учащийся составил следующий отчет:
«Морские водоросли сжигали в условиях ограниченного доступа воздуха.
Золу растений кипятили с водой, отфильтровывали и фильтрат обрабатывали
избыточным количеством пероксида водорода. Высвободившийся иод
экстрагировали трихлорметаном, затем отделяли от воды слой растворителя и
титровали его стандартным раствором тиосульфата натрия (Na2S2O3). При этом
тиосульфат превращался в тетратионат (Na2S4O6)».
1. Зачем сжигать водоросли, превращая их в золу?
2. В какой форме высвобождается иод при кипячении золы водорослей в воде?
3. К какому типу относится превращение иодид-ионов при реакции с
пероксидом водорода? Запишите уравнение этой реакции.
4. Почему необходимо экстрагировать иод органическим растворителем, а
нельзя сразу же титровать освободившийся иод?
5. Из 1 кг морских водорослей получено такое количество иода, что для его
титрования понадобилось 100,00 см3 раствора тиосульфата натрия с концентрацией
0,100 моль/дм3. Вычислите массу иода, извлеченного из 1 кг водорослей, и его
массовую долю в ламинарии.
Рекомендации к решению и оценке
1. Водоросли переводят иодид-ионы морской воды в связанное состояние,
синтезируя иодорганические соединения. При прокаливании органическое вещество
16
сгорает с образованием летучих продуктов, остается зола минеральной
2 балла.
(неорганической) природы.
2. При кипячении иод переходит в раствор в виде иодид-ионов 1 балл.
3. Происходит окислительно-восстановительная реакция в соответствии со
следующей схемой:
2I– + H2O2 + 2H+ = I2↓ + 2H2O
2 балла.
4. Иод плохо растворяется в воде, но значительно лучше – в органических
растворителях. При экстрагировании его хлороформом (CHCl3) и последующем
титровании появляется возможность наиболее полного определения иода. [Слой
трихлорметана окрашивается иодом в фиолетовый цвет.]
2 балла.
5. Титрование иода раствором тиосульфата натрия протекает по уравнению:
I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6.
При этом ν (I2) : ν (Na2S2O3) = 1 : 2.
ν (Na2S2O3) = V (р-ра Na2S2O3)·С(р-ра Na2S2O3)
ν (Na2S2O3) = 0,100 дм3·0,100 моль/дм3 = 0,010 моль
Следовательно, ν (I2) = 0,010 моль : 2 = 0,005 моль.
m (I2) = ν (I2)·M (I2).
M (I2) = 254 г/моль.
m (I2) = 0,005 моль·254 г/моль = 1,27 г.
ω (I2) =
m( I 2 )
⋅ 100% .
m(водорослей )
ω (I2) =
1,27 г
⋅ 100% = 0,127%
1000 г
За расчет массы иода – 2 балла.
За вычисление массовой доли иода – 1 балл.
Максимальное количество баллов за задачу – 10 баллов.
Задача 11–3. Два твердых вещества смешали и нагрели в фарфоровом тигле.
Одним из продуктов реакции является вода. Какие вещества могли быть взяты, если
известно, что ни одно из них при нагревании воду не выделяет? Приведите
уравнения 4-х принципиально различных процессов.
Рекомендации к решению и оценке
NH4Cl + KOH = KCl + NH3↑ + H2O.
2 NH4Cl + Na2Cr2O7 = N2↑ + Cr2O3 + 2 NaCl + 4 H2O.
NaNO2 + NH4Cl = N2↑ + NaCl + 2 H2O.
CxH2y (тверд.) + (2 x + y) CuO = (2 x + y)Cu + x CO2 + y H2O
За написание каждого уравнения – по 1 баллу.
Максимальное количество баллов за задачу – 4 балла.
За написание других уравнений, принципиально отличных от приведенных в
решении и отвечающих условию задачи, дополнительно начисляется до 2 баллов.
Задача 11–4. Жидкое вещество, не растворимое в воде, реагирует с дымящей
серной кислотой, но не реагирует с разбавленным раствором перманганата калия и
раствором брома в тетрахлорметане. Анализ показал, что данное вещество содержит
91,3% углерода и 8,7% водорода. Обработка кристаллическим перманганатом калия
при нагревании приводит к твердому соединению, содержащему, согласно анализу,
68,85% углерода и 4,92% водорода. Каково строение исходного соединения? Напишите
уравнения указанных в задаче реакций.
17
Рекомендации к решению и оценке
Определяем формулу углеводорода:
ν (C) : ν (H) =
91,3 8,7
:
= 7,6 : 8,7 = 1 : 1,144 = 7 : 8.
12
1
1 балл.
Исходя их количественного состава молекулы, можно уверенно сказать, что
искомое вещество не является ни алканом, ни циклопарафином. К тому же вещество не
взаимодействует с растворами KMnO4 и брома, следовательно, данное соединение
относится к ароматическим углеводородам. Углеводород – толуол.
2 балла.
Толуол взаимодействует с дымящей серной кислотой:
CH3
CH3
CH3
(n + m)
+ (n + m) H2SO4
SO3H
m
толуол
+ n
о-толуолсульфоновая
кислота
+ (n + m) H2O
SO3H
п-толуолсульфоновая
кислота
За написание уравнения сульфирования толуола – 1 балл.
При окислении толуола перманганатом калия в жестких условиях получаем
бензойную кислоту:
CH3
COOH
to
+ 2 KMnO4
+ 2 KOH + 2 MnO2
толуол
бензойная
кислота
2 балла.
Расчет подтверждает, что получается соединение состава С7Н6О2.
ω (О) = 100% – (68,85% + 4,92%) = 26,23%.
Отсюда: ν (C) : ν (H) : ν (О) =
68,85 4,92 26,23
:
:
= 5,74 : 4,92 : 1,64 = 3,5 : 3 : 1
12
1
16
ν (C) : ν (H) : ν (О) = 7 : 6 : 2
За расчет формулы бензойной кислоты – 1 балл.
Максимальное количество баллов за задачу – 7 баллов.
Задача 11–5. Напишите уравнения реакций, иллюстрирующие следующие
превращения ацетилена:
2
ацетальдегид
этиловый спирт
4
1
HC
3
5
6
9
CH
8
хлорвинил
винилацетат
винилацетилен
10
бензол
уксусная кислота
5
акриловая кислота
акрилонитрил
Укажите условия протекания реакций.
18
7
хлоропрен
Рекомендации к решению и оценке
2+
1. НС≡СН + Н2О Hg

→ СН3–СНО (реакция М. Г. Кучерова).
Ni
2. СН3–СНО + Н2 →
СН3–СН2–ОН.
3. НС≡СН + НCl → СН2=СНCl.
4. СН3–СНО + 2Cu(OH)2 → CН3СООН + 2CuOH + Н2О;
to
2СuОН →
Сu2O + H2O
to
или: СН3–СНО + 2[Ag(NH3)2]OH →
CН3СООН + 2Ag + 4NH3 + H2O.
Н3РО 4 , или В2О3
5. НС≡СН + CН3СООН    
→ CН2=СН–О–СО–СН3.
р-р CuCl и NH3 + NH 4Cl
6. 2НС≡СН     → СН2=СН–С≡СН.
7. СН2=СН–С≡СН + HCl → СН2=СН–СCl=СН2.
8. 3 HC
CH
С, ~600оС
.
9. НС≡СН + СО + Н2О  
→ СН2=СН–СООН.
CuCl2 + NH3
10. НС≡СН + HCN   
→ СН2=СН–С≡N.
Ni(CO)4
За написание уравнений реакций 1–4, 7, 8 – по 0,5 балла, всего – 3 балла.
За написание уравнений реакций 5, 6, 9, 10 – по 1 баллу, всего – 4 балла.
За указание условий протекания реакций 1, 2, 4, 8 – по 0,5 балла,
всего – 2 балла.
За указание условий протекания реакций 5, 6, 9, 10 – по 1 баллу,
всего – 4 балла.
Максимальное количество баллов за задачу – 13 баллов.
Максимальное количество баллов за задачи 11 класса – 61 балл.
Одиннадцатый класс 2006 год
Тестовое задание
1. В молекуле пропионового альдегида С2Н5СНО число σ- и π-связей соответственно
равно :
а) 8 и 2;
б) 7 и 3;
в) 9 и 1;
г) 6 и 4.
2. Нефть представляет собой смесь:
а) воды и глины;
б) карбоновых кислот;
в) углеводородов;
г) спиртов и сажи.
3
3. Sp –гибридизация центрального атома имеет место в молекуле:
а) Н2S;
б) Н3ВО3;
в) СНСl3;
г) С2Н2.
4. Каким веществом надо подействовать на медь, чтобы получить сульфат меди (II):
а) Н2SO4 (разб.); б) SO3;
в) FeSO4;
г) Н2SO4 (конц.).
5. Для получения гидроксида натрия в промышленности используется реакция:
а) 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2↑ + Cl2↑;
б) 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑;
в) Na2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4↓ + 2NaOH;
г) C2H5ONa + H2O = C2H5OH + NaOH.
6. Качественной реакцией на фенол является реакция с:
а) углекислотой;
б) водным раствором NaOH;
19
в) натрием;
г) бромной водой.
7. При гидрировании 7,8 г бензола до циклогексана при нагревании в присутствии
катализатора поглотилось 3,36 л H2 (н.у.). Выход циклогексана (в %) составил:
а) 25,0;
б) 37,5;
в) 50,0;
г) 66,7.
8. Температурный коэффициент некоторой реакции равен 2. При увеличении
температуры с 22°С до 62°С скорость реакции:
а) увеличится в 16 раз;
б) увеличится в 8 раз;
в) увеличится в 12 раз;
г) уменьшится в 16 раз.
9. Сильным взрывчатым веществом и одновременно сосудорасширяющим
средством является:
а) нитробензол;
б) тринитротолуол;
в) тринитроглицерин;
г) анилин.
10. Амфотерными соединениями являются:
а) этан и аммиак;
б) аланин и гидроксид цинка;
в) этиламин и гидроксид натрия;
г) анилин и серная кислота.
Ключ к тесту
Номер вопроса
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Правильный ответ в в в г а г в а в
б
За каждый правильный ответ – 1 балл.
Максимальное число баллов за тест – 10 баллов.
Задача 11–1. В воде растворили 3,855 г смеси солей KBr, NaCl и BaCl2.
Полученный раствор обработали избытком AgNO3. Масса выпавшего осадка составила
6,185 г. Фильтрат после отделения осадка обработали избытком раствора H2SO4. При
этом получился осадок массой 2,33 г. Вычислите массовые доли солей в смеси, если
второй осадок не содержал соединений серебра.
Рекомендации к решению и оценке
1. Уравнения протекающих процессов:
AgNO3 + KBr = AgBr↓ + KNO3;
AgNO3 + NaCl = AgCl↓ + NaNO3;
2AgNO3 + BaCl2 = 2AgCl↓ + Ba(NO3)2;
Ba(NO3)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HNO3.
2. Определим массу хлорида бария в смеси:
ν(BaSO4) = ν(Ba2+) = ν(BaCl2)
ν(BaSO4) =
2,33ã
233ã / ìîëü
= 0,01 моль.
m(BaCl2) = 0,01 моль · 208 г/моль = 2,08 г.
3. Рассчитаем массу хлорида серебра, полученного из хлорида бария
ν(AgCl) = 2 · ν(BaCl2);
ν(AgCl) = 0,02 моль
m(AgCl) = 0,02 моль · 143,5 г/моль = 2,87 г.
4. Вычислим массы KBr и NaCl
m(KBr +NaCl) = 3,855 г – 2,080 г = 1,175 г
m(AgCl + AgBr) = 6,185 г – 2,870 г = 3,315 г
m(KBr) = x г
m(NaCl) = (1,175 – x) г
M(AgBr) = 188 г/моль М(AgCl) = 143,5 г/моль
20
М(KBr) = 119 г/моль
М(NaCl) = 58,5 г/моль
188 x (1,175 − x )143 ,5
+
= 3 , 315 (г)
119
58 , 5
1,580х + (1,175 – х)143,5 = 3,315
1,580х + 4,354 – 2,453х = 3,315
0,873х = 1,039
х = 1,190 (г) – масса KBr,
m(NaCl) = 1,175 г – 1,190 г = 0,585 г
5. Рассчитаем массовые доли солей в смеси:
ω(KBr) =
1,190 ã
0,585ã
· 100% = 30,9%, ω(NaCl) =
· 100% = 15,2%,
3,855ã
3,855ã
2,08ã
ω(BaCl2) =
· 100% = 53,9%
3,855ã
За написание уравнений реакций – по 1 баллу, всего 4 балла.
За вычисление массы хлорида бария – 1 балл.
За вычисление массы бромида калия и хлорида натрия – 4 балла.
За расчет массовых долей солей в смеси – 1 балл.
Максимальное число баллов за задачу – 10 баллов.
Задача 11–2. Физические и химические свойства соединений позволяют
отличить одно вещество от другого и даже выделить индивидуальные вещества из
смеси.
I. В одной пробирке находится раствор брома в четыреххлористом углероде, во
второй – раствор брома в гексане. Как, проведя только один опыт, определить, что
находится в каждой из пробирок?
II. Имеется смесь пропионового альдегида, пропилового и первичного
бутилового спиртов. Как с помощью одного реактива разделить смесь?
Рекомендации к решению и оценке
I. Самым простым способом определения является добавление воды в обе
пробирки.
В пробирке с раствором брома в тетрахлорметане произойдет расслоение
жидкостей, причем вода будет составлять верхний слой, так как раствор брома в
CCl4 тяжелее воды.
В пробирке с раствором брома в гексане также будет наблюдаться расслоение,
однако водный слой будет нижним: гексан легче воды.
За определение реактива – 1 балл.
За объяснение визуальных эффектов опытов – по 2 балла, всего 4 балла.
II. Для разделения смеси можно использовать насыщенный раствор
гидросульфита натрия.
С гидросульфитом натрия будет взаимодействовать только пропионовый
альдегид:
O
H3C
CH2
C
O + NaHSO3
H3 C
H
CH2
CH
S
OH
O
ONa
Пропанол в воде растворяется неограниченно, бутанол-1 – нерастворимое в
воде соединение. Следовательно, при добавлении насыщенного раствора
гидросульфита натрия к данной смеси образуется три разных фазы: пропаналь
21
переходит в осадок, раствор пропанола в воде образует тяжелый нижний слой, а
бутиловый спирт – верхний более легкий, так как плотность бутанола меньше
плотности воды.
За выбор реактива – 2 балла.
За написание уравнения реакции – 1 балл.
За описание визуального эффекта при добавлении NaHSO3 – 2 балла.
Максимальное число баллов за задачу – 10 баллов.
Задача 11–3. При сжигании 24 мг неизвестного вещества А в избытке
кислорода получили 8,96 мл бесцветного газа Б с плотностью 1,25 г/л, 8,96 мл
бесцветного газа В с плотностью 1,96 г/л и 14,4 мг бесцветной жидкости Г с
плотностью 1,00 г/см3.
1. Определите элементный состав вещества А (в %).
2. Приведите структурную формулу вещества А.
3. Охарактеризуйте область применения данного соединения.
4. Предложите способ получения вещества А.
Рекомендации к решению и оценке
1. Определим молярные массы продуктов сгорания.
ρ=
m ⋅ Vm
m M
=
, следовательно M =
= ρ · Vm.
V Vm
V
М(Б) = 1,25 г/л · 22,4 л/моль = 28 г/моль;
М(В) = 1,96 г/л · 22,4 л/моль = 44 г/моль;
Исходя из найденных значений молярных масс, можно предположить, что
продуктами сгорания вещества А являются азот, углекислый газ и вода.
Таким образом, в веществе А могут присутствовать атомы следующих
элементов: C, H, N и О.
2. Вычислим количество атомов каждого из элементов в веществе А.
Уравнение сгорания вещества А имеет вид:
А + (х+у/2) О2 = хСО2 + хN2 + yH2O
ν(СО2) =
ν(N2) =
V (CO2 )
,
Vm
V (N 2 )
,
Vm
ν(H2О) =
m( H 2 O )
,
M ( H 2 O)
ν(СО2) =
ν(N2) =
8,96 ⋅ 10 −3 ë
= 0,0004 моль,
22,4 ë / ìîëü
8,96 ⋅ 10 −3 ë
= 0,0004 моль,
22,4 ë / ìîëü
ν(H2O) =
14,4 ⋅ 10 −3 ã
= 0,0008 моль,
18ã / ìîëü
ν(C) = 0,0004 моль;
ν(N) = 0,0008 моль;
ν(Н) = 0,0016 моль.
Определим, присутствуют ли в веществе А атомы кислорода.
m(A) = 0,0004 · 12 + 0,0008 · 14 + 0,0016 · 1 + ν(О) · 16 = 0,024 (г).
0,0048 + 0,0112 + 0,0016 + ν(О) · 16 = 0,024
16 · ν(О) = 0,024 – 0,0176
ν(О) = 0,0004 (моль)
Выведем формулу вещества А:
ν(C) : ν(Н) : ν(N) : ν(O) = 0,0004 : 0,0016 : 0,0008 : 0,0004 = 1 : 4 : 2 : 1.
Таким образом, формула вещества А – CH4N2O; исходя из формулы, можно
предположить, что вещество А – мочевина. М(CH4N2O) = 60 г/моль.
Вычислим массовые доли элементов в соединении:
22
12
· 100% = 20%;
60
28
ω(N) =
· 100% = 46,6%;
60
4
· 100% = 6,7%;
60
16
ω(O) =
· 100% = 26,7%.
60
ω(С) =
ω(Н) =
Структурная формула мочевины имеет вид
O
H2N
C
NH2
.
Мочевина используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения, в
биохимии – как реагент, вызывающий денатурацию белков.
В промышленности мочевину получают по реакции:
2NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O,
процесс проводят при температуре 180–200°С, давлении 20 МПа, аммиак берут в
избытке.
За определение продуктов сгорания вещества А – 3 балла.
За предположение, какие элементы входят в состав вещества А – 1 балл.
За вывод формулы вещества А – 2 балла.
За вычисление элементного состава вещества А – 1 балл.
За структурную формулу мочевины – 1 балл.
За описание применения мочевины – 1 балл.
За уравнение синтеза мочевины с указанием условий – 1 балл.
Максимальное число баллов за задачу – 10 баллов.
Задача 11–4. В одной из рукописей авторы утверждают, что «химики вместо
выражения «вещество сгорает» используют выражение «вещество окисляется».
Продукты, полученные при реакции вещества с кислородом, называются оксидами».
1. Объясните различие между терминами «горение» и «окисление».
2. Приведите 2 примера реакций, в которых горение и окисление одного и того
же вещества приводит к разным продуктам.
3. Приведите 5 примеров реакций различных веществ с кислородом, в которых
либо не образуется оксидов вообще, либо, помимо оксида, образуются и другие
вещества.
Рекомендации к решению и оценке
1. Термин «окисление» – химический, он описывает процессы,
сопровождающиеся потерей электронов атомами элементов, входящих в состав
соединения или простого вещества. Термин «горение» скорее бытовой, обиходный.
Под горением обычно понимают бурно протекающие реакции окисления,
сопровождающиеся выделением большого количества теплоты и, как правило,
появлением пламени.
2. Горение сероводорода в избытке кислорода:
2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O,
а окисление сероводорода в водном растворе кислородом или раствором
перманганата калия:
2H2S + O2 = 2S↓ + 2H2O.
Горение аммиака:
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O,
а окисление аммиака при температуре 800°С на платиновом катализаторе:
23
4NH3 + 5O2 = 4NО + 6H2O.
Горение углеводородов в избытке кислорода:
С2Н4 + 3О2 = 2СО2 + 2Н2О,
а окисление этилена в водном растворе в присутствии соли палладия:
С2Н4 + 2О2 = 2СН3СНО и т. д.
Участники олимпиады также могут привести примеры реакций горения
веществ в хлоре и других газах окислителях, а также примеры реакций окисления
другими веществами, кроме кислорода. В любом случае оценивается только 2
примера, как и сказано в условии.
3. Примеры реакций, при которых не образуются оксиды:
2NaNO2 + O2 = 2NaNO3;
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3;
2C6H5CHO + O2 = 2C6H5COOH (при нагревании, катализатор – медь).
Примеры реакций, в которых, помимо оксидов, образуются и другие вещества:
HgS + O2 = Hg + SO2 (обжиг);
2C4H10 + 5O2 = 4CH3COOH + 2H2O (в присутствии MnO2).
За объяснение терминов «окисление» и «горение» – 0,5 балла.
За примеры реакций окисления и горения веществ – по 1 баллу, всего 2 балла.
За примеры реакций с кислородом без оксидов и с образованием веществ
других классов – по 1,5 балла, всего 7,5 балла.
Максимальное число баллов за задачу – 10 баллов.
Задача 11–5. Один из способов изображения молекулы бензола – структурная
формула Дьюара:
.
Представьте себе, что это не структурная формула, а схема химических
превращений. Одна вершина соответствует одному веществу, а одна линия между
двумя вершинами – необратимой химической реакции; две линии – обратимой
химической реакции. Таким образом, в схеме содержится 7 химических реакций (5
необратимых и 2 обратимые) и 6 опорных веществ. Схема не содержит стрелок,
поэтому направления реакций Вы можете выбрать по своему желанию. Попробуйте
заполнить эту схему превращений.
Рекомендации к решению и оценке
Мы приведем два варианта решения этой задачи, однако, это не единственные
способы решения, и участники олимпиады могли предложить другие вещества и
уравнения реакций.
1 вариант.
1
SO2
4
H2SO4
2
H2
3
SO3 7
5
6
(NH4)2SO4
1) Cu + 2H2SO4 (конц.) = CuSO4 + SO2↑ +2H2O;
24
NH3
2) Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑;
3) 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4;
4) 2SO2 + O2 ⇄ 2SO3 (температура 400–500°С, катализаторы – платина, оксид
ванадия (V), оксид железа (III));
5) N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 (температура 500°С, давление 30–40 МПа, катализатор –
восстановленное железо);
6) 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4;
7) 2NH3 + SO3 + Н2О = (NH4)2SO4.
2 вариант.
O
1
H3C
4
H3 C
2
CH3
OH
CH
HC
CH3
C
C
H3C
C
CH3
5
3
O
H2C
OCH CH3
CH3
7
6
CH3
CH
H3 C
C
O
OH
1) 3(H3C)2CHOH + Na2Cr2O7 + 4H2SO4 = (H3C)2CO + Cr2(SO4)2 + Na2SO4 + 7H2O;
пропанол-2
2) HC
ацетон
CCH3 + H2O → (H3C)2CO
пропин
ацетон
реакция Кучерова протекает при температуре 90°С, в присутствии 18%-ного
раствора H2SO4 и HgSO4;
3) (H3C)2CO + Н3СС(О)ООН → Н3ССООСН3 + Н3ССООН;
ацетон
пероксиуксусная к-та метилацетат
уксусная к-та
4) (H3C)2CHOH + Н3ССООН ⇄ Н3ССООСН(СН3)2 + Н2О,
пропанол-2
уксусная к-та
изопропилацетат
реакция этерификации происходит в кислой среде (H2SO4);
5) HC
CCH3 + H2 ⇄ HC=CНCH3,
пропин
пропен
реакция гидрирования протекает на палладиевом катализаторе;
6) Н3ССООСН(СН3)2 + Н2О ⇄ (H3C)2CHOH + Н3ССООН,
гидролиз сложного эфира протекает в кислой среде.
7) 3HC=CНCH3 + 5К2Cr2O7 + 20H2SO4 = 3СО2↑ + 3Н3ССООН + 5Cr2(SO4)2 + +5К2SO4
+ 23H2O.
За определение опорных веществ – по 0,5 балла, всего 3 балла.
За написание уравнений реакций – по 1 баллу, всего 7 баллов.
Максимальное число баллов за задачу – 10 баллов.
Максимальное число баллов за задачи 11 класса – 60 баллов.
25
Одиннадцатый класс 2007 год
Тестовое задание
1. Атомное число железа – 26. Элемент рутений в периодической системе
находится под железом. Сколько валентных электронов имеет Ru (II):
а) 9; б) 7; в) 8; г) 5; д) 6.
2. Какое уравнение верно отражает процесс гидролиза нитрида кальция:
а) Ca3N2 + 2H2O = N2 + 2Ca(OH)2 + Ca2+;
б) Ca3N2 + 3H2O = 2NН3 + 3CaO;
в) Ca3N2 + 6H2O = 2NН3 + 3Ca(OH)2;
г) 4Ca3N2 + 9H2O = 3НNО3 + 5NН3 + 12Ca;
д) NaCl + H2O = NaOH + HCl.
3. Какие элементы в реакции MnO2 + 2Cl– + 4H+ = Mn2+ + Cl2 + 2H2O
выступают окислителем и восстановителем соответственно:
а) Cl– и Cl2; б) MnO2 и Mn2+; в) Cl– и MnO2; г) MnO2 и Cl–; д) Cl– и Н+.
4. Какой из элементов имеет наименьшую энергию ионизации?
а) Ne; б) F; в) He; г) Li; д) O.
5. Какую геометрическую форму имеет молекула формальдегида?
а) линейную; б) треугольника; в) тетраэдра; г) октаэдра; д) куба.
6. Константа диссоциации азотистой кислоты равна Кдисс. = 5,1·10–4. Степень
диссоциации этой кислоты в 0,01М растворе равна:
а) 0,056; б) 0,113; в) 0,226; г) 0,452; д) 0,01.
7. Вещество, которое может реагировать с соляной кислотой
а) 2-аминотолуол;
б) фенол; в) нитробензол;
г) этилбензол;
д) 2,4,6-тринитротолуол.
8. Сколько килограммов бутадиена-1,3 можно получить по методу
С. В. Лебедева из 230 л этанола (плотность 0,8 кг/дм3), содержащего 5% воды, если
реакция протекает с выходом 60%?
а) 102,6; б) 61,6; в) 51,3; г) 30,8; д) 23,0.
9. Уксусный альдегид может быть получен
а) окислением этанола;
б) окислением ацетатного волокна;
в) окислением уксусного альдегида; г) окислением уксусной кислоты;
д) восстановлением карбоната кальция.
10. Октановое число характеризует
а) содержание октана в бензине; б) устойчивость топлива к окислению;
в) содержание циклоалканов в топливе; г) степень токсичности бензина;
д) устойчивость топлива к детонации.
Ключ к тесту
Номер вопроса
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Правильный ответ
д
в
г
г
б
в
а
б
а
д
За каждый правильный ответ – 1 балл.
Максимальное число баллов за тест – 10 баллов.
26
Задача 11–1. Химик исследовал поведение иода и серебра в растворах разного
состава. Сначала он высыпал порошок иода в нагретый водный раствор гидроксида
калия и получил прозрачный бесцветный раствор. После охлаждения он добавил к
этому раствору избыток нитрата серебра и получил осадок светло-желтого цвета.
Химик фильтрованием отделил от раствора осадок, промыл его водой и обработал
избытком раствора аммиака. Он отметил, что только часть осадка перешла в раствор, а
оставшаяся часть стала более желтой; этот остаток был перенесен в водный раствор
сульфида натрия. Выпал черный осадок Х, который под действием азотной кислоты
пожелтел, и при этом выделился бесцветный газ, буреющий на воздухе.
Потемнение серебряных изделий на воздухе связано с образованием на
поверхности металла тонкого слоя вещества Х. Для очистки серебряных предметов
их заливают горячим водным раствором карбоната натрия (25 г в 0,5 л воды) и
добавляют гранулы или стружку цинка, а потом выдерживают в течение нескольких
часов. Осадок за это время восстанавливается:
Х + Zn + Na2CO3 + H2O = … + … + Na2[Zn(OH)4] + NaHCO3.
Напишите уравнения всех описанных реакций.
Рекомендации к решению и оценке
Взаимодействие иода с горячим раствором щелочи – реакция
диспропорционирования, в результате получается иодид и иодат калия:
o
6KOH + 3I2 t 5KI + KIO3 + 3H2O
(1)
При добавлении к полученному раствору нитрата серебра в осадок выпадают
иодид и иодат серебра:
KI + AgNO3 = AgI↓ + KNO3
(2)
KIO3 + AgNO3 = AgIO3↓ + KNO3
(3)
В избытке аммиака растворяется только иодат серебра, при этом получается
бесцветный раствор иодата диаминсеребра:
AgIO3 + 2NH3 = [Ag(NH3)2]IO3
(4)
Желтый осадок иодида серебра вносят в раствор сульфида натрия. При этом
происходит образование черного осадка сульфида серебра:
2AgI + Na2S = Ag2S↓ + 2NaI
(5)
Данная реакция возможна, так как растворимость сульфида значительно
меньше растворимости иодида серебра.
В азотной кислоте сульфид серебра растворяется за счет протекания
окислительно-восстановительной реакции:
3Ag2S + 8HNO3(разб.) = 6AgNO3 + 2NO↑ + 3S↓ + 4H2O
(6)
Оксид азота (II) на воздухе легко превращается в оксид азота (IV)^
2NO + O2 = 2NO2
(7)
Чистка серебряных изделий осуществляется за счет процесса:
Ag2S + Zn + 3Na2CO3 + 4H2O = 2Ag↓ + NaHS + Na2[Zn(OH)4] + NaHCO3 (8)
За написание уравнений реакций 1–5 и 7 – по 1 баллу, всего – 6 баллов
За написание уравнений реакций 6 и 8 – по 2 балла, всего
– 4 балла
Максимальное число баллов за задачу – 10 баллов.
Задача 11–2. 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
27
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 образуется прозрачный
раствор, который окрашивает лакмус в красный цвет. Этот раствор К. В. Шееле
назвал «сахарной кислотой». Когда он добавил к этому раствору известковую воду,
получил белый осадок, очень похожий по свойствам на осадок, выделенный
Виглебом.
1. Приведите формулу и дайте название «кисличной кислоты».
2. Напишите уравнение реакции образования осадка при взаимодействии
«кисличной кислоты» с известковой водой.
3. Составьте уравнение получения сахарной кислоты из тростникового сахара.
Объясните, почему изменяется цвет лакмуса в растворе. Приведите еще два
названия сахарной кислоты.
4. Напишите уравнение образования осадка при взаимодействии сахарной
кислоты и известковой воды.
Рекомендации к решению и оценке
1. «Кисличная кислота» содержится в соке щавеля и других растений; это
гидрооксалат калия KHC2O4.
2. Известковая вода – это насыщенный раствор гидроксида кальция.
KHC2O4 + Ca(OH)2 = CaC2O4↓ + KOH + H2O
(1)
3. К. В. Шееле получил из сахарозы (тростникового сахара) по реакции:
С12Н22О11 + 12HNO3 = 6H2C2O4 + 12NO↑ + 11H2O
(2)
сахарную кислоту, которая в водном растворе подвергается протолизу и создает в
растворе кислую среду:
H2C2O4 + H2O ⇄ НС2О 4− + Н3О+
(3)
H2C2O4 ⇄ НС2О 4− + Н+
(4)
Кислота состава H2C2O4 имеет также тривиальное название «щавелевая
кислота», а систематическое название ее – этандиовая кислота.
4. Щавелевая кислота реагирует с гидроксидом кальция с образование осадка
оксалата кальция:
Н2С2О4 + Са(ОН)2 = СаС2О4↓ + 2Н2О
(5)
За написание формулы «кисличной кислоты» – 1,5 балла, за название – 0,5
балла, всего
– 2 балла
За написание уравнений реакций 1 и 5 – по 1 баллу, всего
– 2 балла
За написание уравнения реакции 2
– 2 балла
За объяснение изменения цвета лакмуса
с написанием уравнения 3
–2 балла
с написанием уравнения реакции 4
– 1 балл
За каждое из названий Н2С2О4 – по 1 баллу, всего
–2 балла
Максимальное число баллов за задачу – 10 баллов.
или
Задача 11–3. Вещества А, Б, В, Г и Д – изомеры углеводорода Х. Вещество Х
не обесцвечивает бромную воду и водный раствор перманганата калия. Плотность
вещества Х по водороду равна 50,0. Ни одно из веществ не имеет в своем составе
циклов.
28
Вещество А при нитровании не дает третичных производных, а при
хлорировании его образуется 4 изомера, среди которых только один представляет
собой первичное монохлорпроизводное.
Вещество Б при бромировании на свету не образует третичных
бромпроизводных. При его хлорировании получается 4 изомера, два из которых –
первичные монохлорпроизводные.
Вещества В и Г при нитровании образуют только одно третичное
нитропроизводное, а при хлорировании – смесь изомеров, среди которых два
первичных монохлорпроизводных.
Вещество Д легко бромируется на свету с образованием двух третичных
бромпроизводных, а при хлорировании образует смесь монохлорпроизводных,
среди которых три первичных монохлоралкана.
1. Определите формулу вещества Х. К какому классу углеводородов оно
относится?
2. Установите формулы и назовите вещества А – Д.
3. Напишите уравнения и назовите продукты:
– хлорирования вещества А;
– хлорирование вещества Б;
– бромирование вещества Д.
Рекомендации к решению и оценке
1. Исходя из того, что вещество Х – углеводород, не взаимодействующий с
бромной водой и водным раствором перманганата калия, можно сделать вывод, что
данное соединение относится к алканам. Найдем молярную массу вещества Х:
D H2 (X) =
M(X)
M(X)
=
; М(Х) = 2 г/моль·50,0 = 100 г/моль
M(H 2 ) 2г/моль
Исходя из общей формулы алканов СnH2n+2 и молярной массы выведем
формулу вещества Х:
12n + 2n + 2 = 100
14n = 98 n = 7
Формула алкана – С7Н16.
2. Из всех возможных изомеров условию задачи отвечают:
– вещество А – н-гептан
– вещество Б – 2,2-диметилпентан
СН3
Н2
С
3НС
Н2
С
С
Н2
Н2
С
Н2
С
С
С
Н2
3НС
СН3
С
СН3
Н2
3НС
;
– вещества В и Г – 2-метилгексан и 2,2,3-триметилбутан
СН3
СН3
Н2
С
СН
3НС
;
С
Н2
С
Н2
СН3
С
НС
3
3НС
СН
СН3
СН3
;
– вещество Д – 2,3-диметилпентан
СН3
Н2
С
СН
3НС
СН
3НС
СН3
.
3. Хлорирование н-гептана приводит к образованию смеси четырех измеров,
среди которых только один – первичное монохлорпроизводное – 1-хлоргептан:
29
Н2
С
Н2
С
3НС
С
Н2
Н2
С
3НС
+
3НС
Н2
С
С
Н2
Н2
С
СН3
Н2
С
С
С
Н2
Cl Н2
2-хлоргептан
Н2
С
Cl2
Н2
С
СН3
УФ-облучение
Cl
Н2
С
+
HCl
3НС
+
Н2
С
С
Н2
Н2
С
С
Н2
СН3
+
3-хлоргептан
Н2
С
Н2
С
Н2
С
С
С
Н2 Cl Н2
СН3
3НС
+
С
Н2
Н2
С
С
Н2
СН3
Cl
1-хлоргептан
4-хлоргептан
Хлорирование 2,2-диметилпентана приводит к смеси четырех изомеров, среди
которых два являются первичными хлоралканами:
СН3
Н2
С
С
3НС
3НС
С
Н2
Cl2
УФ-облучение
СН3
СН3
2НС
3НС
С
Н2
СН3
+
1-хлор-2,2-диметилпентан
СН3
Н2
С
С
3НС
3НС
+
СН3
Н2
С
С
Cl
HCl
СН
С
Н2
С
Cl
С
СН2
Н2
1-хлор-4,4-диметилпентан
3НС
3НС
первичные галогенпроизводные
СН3
+
Н
С
С
СН3
НС
С
СН3
3
Н2 Cl
3НС
Cl
3-хлор-2,2-диметилпентан
2-хлор-4,4-диметилпентан
Бромирование 2,3-диметилпентана среди прочих продуктов приводит к
образованию двух третичных монобромпроизводных:
30
СН3
Н2
С
СН
3НС
СН
+ Br2
HBr
to
СН3
+
3НС
СН3
СН3
Н2
С
СН
2НС
СН
+
СН3
СН3
Н2
С
СН
3НС
СН
+
СН3
Br
Br
3НС
2НС
1-бром-2,3-диметилпентан 1-бром-2-изопропилбутан
Н2
С
СН
3НС
3НС
СН3
C
3НС
+
Br
СН
3
3НС
2-бром-3,4диметилпентан
СН3
Н2
С
C
3НС
СН
Br
СН3
СН3
Н2
С
СН
СН
Br
+
СН3
3НС
3-бром-2,3-диметилпентан 2-бром-2,3-диметилпентан
Н2
С
СН
3НС
СН
3НС
СН2
Br
1-бром-3,4диметилпентан
третичные монобромпроизводные
За вывод формулы вещества Х
– 1 балл
За определение принадлежности вещества Х к классу алканов – 1 балл
За нахождение формул изомеров А–Д – по 1 баллу, всего
– 5 баллов
За уравнения реакций галогенирования веществ А, Б и Д – по 1 баллу (если
не названы продукты реакций или написаны не все продукты толь оценка
снижается), всего
– 3 балла
Максимальное число баллов за задачу – 10 баллов.
Задача 11–4. Раствор метаванадата аммония, подкисленный серной кислотой,
пропустили через стеклянную колонку, наполненную гранулами амальгамированного
цинка (рис. 2), и собрали несколько порций фильтрата в маленькие химические
стаканы. Первые порции жидкости были красно-желтого, следующие – голубого,
затем – зеленого и, наконец, фиолетового цвета. Поразительно красивые цвета
растворов были вызваны присутствием соединений ванадия в степенях окисления +5,
+4, +3 и +2. Неудивительно, что данный элемент получил название по имени
скандинавской богини весны и красоты Ванадис.
Рис. 2. Редуктор Джонса – стеклянная колонка с гранулами амальгамированного цинка
31
Напишите формулы и назовите соединения ванадия в различных степенях
окисления, обусловливающих цвет порций фильтрата. С помощью уравнений
реакций покажите, откуда берутся эти окрашенные соединения.
Рекомендации к решению и оценке
Красно-оранжевый цвет раствору придает (VO2)+ – катион диоксованадия (V),
который появляется при добавлении кислоты к раствору ванадата аммония:
2NH4VO3 + 2H2SO4 = (VO2)2SO4 + (NH4)2SO4 + 2H2O
(1)
Голубой цвет раствора вызван присутствием катиона оксопентааквавана-дия
(IV), который получается в результате восстановления (VO2)+ цинком:
Zn – 2е = Zn2+
(VO2)+ + 4H2O + 2H+ + е = [V(H2O)5O]2+
(2)
Зеленый цвет появляется у раствора с образованием аквакатиона ванадия (III):
(3)
[V(H2O)5O]2+ + 2H+ + е = [V(H2O)6]3+
Наконец, фиолетовый цвет обязан своим существованием катиону
гексаванадия (II):
[V(H2O)6]3+ + е = [V(H2O)6]2+
(4)
Этот катион – один из сильнейших восстановителей, он быстро окисляется
даже водой:
[V(H2O)6]2+ + 2H2O = [V(H2O)6]3+ + 2OH– + H2↑.
За написание формулы метаванадата аммония
– 1 балл
За каждую формулу и название окрашенного соединения ванадия – по 1
баллу, всего
– 4 балла
За написание уравнения реакции 1
– 2 балла
За написание уравнений реакций 2, 3 и 4 – по 1 баллу, всего
– 3 балла
Максимальное число баллов за задачу – 10 баллов.
Задача 11–5. В составе коровьего молока содержится до 4,8% углеводов, 3,8%
жиров, 3,2% белков (главным образом белка казеина) и 0,7% минеральных веществ.
Кроме того, что само молоко ценно для питания человека, из него можно получить
еще несколько десятков вкусных и полезных продуктов.
I. В химическом отношении процесс сквашивания молока аналогичен тому,
что происходит при квашении капусты или огурцов. Главные «действующие лица»
здесь – углеводы. В молоке это лактоза (молочный сахар), способная, как и другие
сахара к брожению.
1. Приведите формулу лактозы, напишите уравнения:
– гидролиза лактозы;
– спиртового брожения лактозы;
– молочно кислого брожения лактозы.
2. Рассчитайте количество вещества и массу молочной кислоты, которая
получается из лактозы, присутствующей в 3 л молока, в котором содержится 4,8%
лактозы.
II. Творог представляет собой белковый кисломолочный продукт. Кроме
полноценного молочного белка в нем содержатся минеральные вещества (кальций,
фосфор, железо, магний и др.). Для его получения молоко сквашивают и отделяют
сгусток от сыворотки.
32
1. Укажите две причины, вызывающие выпадение в осадок (свертывание)
молочного белка казеина – составной части творога.
2. Рассчитайте массу творога, который может быть выделен из 3 л молока,
содержащего 3,2% казеина. Содержание казеина в твороге – 14%, а выход готового
продукта (творога) при переработке молока составляет 75%.
Плотность молока примите равной 0,98 г/см3.
Рекомендации к решению и оценке
I. 1. Молочный сахар (лактоза) представляет собой дисахарид, образованный
остатками β-галактозы и α-глюкозы. Гидролиз лактозы протекает по уравнению:
СН2ОН
СН2ОН
НО
О
О
О
ферменты
+ Н2О
ОН
ОН
ОН
ОН
ОН
Лактоза
СН2ОН
СН2ОН
НО
О
ОН
О
+
ОН
ОН
ОН
ОН
ОН
ОН
(1)
α-глюкоза
(или в общем виде С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6)
β-галактоза
галактоза
глюкоза
Галактоза в растворе может изомеризоваться до
подвергается в присутствии бактерий спиртовому брожению
С6Н12О6 → 2С2Н5ОН + СО2↑
глюкоза
глюкозы,
которая
(2)
этанол
(или в общем виде С12Н22О11 + Н2О = 4С2Н5ОН + 2СО2↑)
лактоза
этанол
или молочнокислому брожению
С6Н12О6 → 2СН3—СН(ОН)—СООН
(2)
молочная кислота
(или в общем виде С12Н22О11 + Н2О = 4С3Н6О3)
лактоза
молочная кислота
2. Для расчета воспользуемся уравнением С12Н22О11 + Н2О = 4С3Н6О3, которое
позволяет сделать вывод, что ν(С3Н6О3) в 4 раза больше ν(С12Н22О11).
Найдем массу молочной кислоты.
m = V · ρ; m(молока) = 3000 см3 · 0,98 г/см3 = 2940 г.
m(С12Н22О11) = 2940 г · 0,048 = 141,12 г; ν(С12Н22О11) =
141,12г
= 0,41 моль
342г / моль
ν(С3Н6О3) = 4 · 0,41 моль = 1,64 моль; m(С3Н6О3) = 1,64 моль · 90 г/моль = 147,6 г
33
II. 1. Свертыванию казеина способствуют высокая температура (всем известно,
что молоко лучше сохраняется в холодильнике) и кислая среда, обусловленная
появлением молочной кислоты как продукта брожения лактозы.
2. Рассчитаем массу творога, которую можно получить из 3 л молока.
m = V · ρ; m(молока) = 3000 см3 · 0,98 г/см3 = 2940 г.
m(казеина) = 2940 г · 0,032 = 94,08 г;
m(творога) =
94,08г
= 672 г
0,14
С учетом выхода m(творога) = 672 г · 0,75 = 504 г
За написание структурной формулы лактозы
– 1 балл
За написание уравнения реакции 1
– 2 балла
За написание уравнений реакций 2 и 3 – по 1 баллу, всего
– 2 балла
За расчет массы и количества молочной кислоты
– 1,5 балла
За указание двух причин свертывания молока – по 1 баллу, всего – 2 балла
За вычисление массы творога
– 1,5 балла
Максимальное число баллов за задачу – 10 баллов.
Максимальное число баллов за задачи 11 класса – 60 баллов.
Одиннадцатый класс 2008 год
Тестовое задание
1. Число неспаренных электронов в атоме алюминия в основном состоянии
равно:
а) 1;
б) 2;
в) 3;
г) 0.
2. Реакции разбавленной азотной кислоты с медью соответствует уравнение:
а) 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O;
б) Cu + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2;
в) Cu + 2HNO3 = CuO + NO2 + H2O;
г) Cu + HNO3 = Cu + NH4NO3 + H2O.
3. Азот проявляет восстановительные свойства в реакции с
а) H2;
б) O2;
в) Mg;
г) C.
4. В порядке увеличения электроотрицательности химические элементы
расположены в ряду:
а) C, N, O;
б) Si, Al, Mg;
в) Mg, Ca, Ba;
г) P, S, Si.
5. Какой тип гибридизации имеют орбитали атома кислорода в молекуле воды:
а) sp;
б) sp2;
в) sp3;
г) sp3d.
6. Аппаратом для разделения жидких продуктов производства является:
а) поглотительная башня;
б) ректификационная колонна;
в) теплообменник;
г) осушительная башня.
7. Фиолетовое окрашивание появляется при действии на белок:
а) солей меди (II) в щелочном растворе;
б) аммиачного раствора оксида серебра;
в) концентрированной азотной кислоты;
г) раствора хлорида железа (III).
8. При обработке карбида алюминия соляной кислотой, масса которой 320 г и
массовая доля HCl 22%, выделилось 6,72 л газа (н. у.). Рассчитайте массовую долю
хлороводорода в полученном растворе.
а) 1,23%;
б) 4,87%;
в) 10,2%;
г) 8,07%.
34
9. Вопреки правилу Марковникова присоединяют воду:
а) 3,3,3-трифторпропен;
б) 3,3-диметилбутен-1;
в) 2-метилпропен;
г) бутен-1.
10. Сильными антисептическими свойствами обладает:
а) этановая кислота;
б) раствор фенола;
в) диметиловый эфир;
г) бензол.
Номер вопроса
Правильный ответ
Ключ к тесту
1 2 3 4 5
6
7
8
9
10
а
б
а
г
а
б
а
б
а
в
За каждый правильный ответ
Максимальное число баллов за тест
– 1 балл.
– 10 баллов.
Задача 11–1. К одному молю ацетоуксусного (АЦУ) эфира добавляют раствор
брома в четыреххлористом углероде с концентрацией брома 160 г/л.
1. При добавлении какого объема этого раствора появится устойчивая окраска
от избыточного брома, если добавление производить в следующих условиях:
а) медленно при комнатной температуре;
б) быстро с охлаждением до –5°С.
При расчете учтите, что АЦУ эфир обладает кето-енольной таутомерией и в
равновесном состоянии содержит 93% кетонной формы и 7% енольной.
2. Объясните:
а) в чем заключается явление таутомерии и приведите примеры (не менее
трех);
б) почему АЦУ эфир обладает кето-енольной таутомерией.
Рекомендации к решению и оценке
Таутомерия – вид изомерии, при которой одно и то же вещество существует в
виде нескольких форм, находящихся в состоянии подвижного химического
равновесия и легко переходящих друг в друга. Например:
OH
O
H3C
C
CH2
H3C
CH3
CH
C
CH3
бутанон
O
H2N
C
OH
O
NH
биурет
H2C
H
OH
H
C
HN
NH2
OH
H
H
C
H2C
OH
NH
OH
O H
OH
OH
H
α-В-глюкоза
C
O OH
OH
H
H
OH
OH
OH
H
β-В-глюкоза
35
H
NH
АЦУ эфир обладает кето-енольной таутомерией за счет влияния двух
карбонильных групп на метиленовую группировку, что создает σ-π-сопряжение и
атом водорода метиленовой группы становится подвижным:
O
H3C
C
O
CH2
C
OH
O
CH2
CH3
H 3C
кето-форма (93%)
C
O
CH
C
O
CH2
CH3
енольная форма (7%)
При комнатной температуре при медленном добавлении раствора брома будет
затрачен 1 л раствора брома в четыреххлористом углероде (весь эфир енолизуется и
реагирует с бромом).
При быстром добавлении при –5°С израсходуется 70 мл раствора брома, что
соответствует 7% содержания енола.
За объяснение явления таутомерии и примеры (не менее трех) – 4 балла.
За объяснение явления таутомерии АЦУ эфира
– 4 балла.
За расчет объемов раствора брома с объяснением
– 2 балла.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
Задача 11–2. В 1840 году Ю. Либих в книге «Химия в приложении к земледелию
и физиологии» опубликовал теорию минерального питания растений, в которой
обосновал необходимость внесения минеральных удобрений тем, что растения
обедняют почву элементами питания. Известно, что оптимальным соотношением масс
фосфора и азота для картофеля является 4 : 1. Сколько по массе необходимо внести в
почву чилийской селитры и двойного суперфосфата, чтобы соблюсти указанное
соотношение, если общая масса удобрений 80 кг (в расчете на 1 га)?
Рекомендации к решению и оценке
1. Находим массовое соотношение фосфора и азота в смеси веществ, если в
смесь входит по 1 моль двойного суперфосфата и чилийской селитры.
M(NaNO3) = 85 г/моль; M(Сa(H2PO4)2⋅H2O) = 252 г/моль.
Масса азота в 85 г чилийской селитры составляет 14 г, масса фосфора в 252 г
двойного суперфосфата – 62 г. Соотношение масс фосфора и азота в данном случае
будет равно 62 : 14 = 4,43 : 1, а не 4 : 1.
2. Находим, на сколько нужно уменьшить массу двойного суперфосфата в
смеси, чтобы массовое соотношение фосфора и азота стало равно 4 : 1.
Составляем пропорцию: 4,43 : 252 = 4 : m(Сa(H2PO4)2⋅H2O), отсюда
m(Сa(H2PO4)2⋅H2O) = 227,54 г.
3. Чтобы найти массу каждого удобрения в смеси, примем массу чилийской
селитры за 85x, а массу суперфосфата – за 227,54x. Составляем и решаем уравнение:
85x + 227,54x = 80
312,54x = 80
x = 80 : 312,54 = 0,256.
Откуда:
m(NaNO3) = 85 ⋅ 0,256 = 21,76 (кг);
m(Сa(H2PO4)2⋅H2O) = 227,54 ⋅ 0,256 = 58,25 (кг).
За предложение формулы каждого из веществ – по 0,5 балла, всего
– 1 балл.
За нахождение соотношения масс элементов в одномолярной смеси – 3 балла.
За нахождение массы, на которую нужно уменьшить или увеличить массу одного из
веществ, чтобы получить нужное соотношение
– 3 балла.
36
За нахождение масс минеральных удобрений в 80 кг смеси
Максимальное количество баллов за задачу
– 3 балла.
– 10 баллов.
Задача 11–3. «Уникальное сочетание ксилита и карбамида, не найденное ни в
одной жевательной резинке. Жевательная резинка с ксилитом и карбамидом –
двойная защита от кариеса. Жевательная резинка «Дирол» с ксилитом и карбамидом
защищает Ваши зубы с утра и до вечера», – это цитата из текста телевизионной
рекламы жевательной резинки «Дирол».
1. Какие продукты изменяют кислотно-щелочное равновесие во рту? Какая
кислота разрушает эмаль зубов? Напишите формулу и уравнение реакции ее
образования.
2. Какое вещество нейтрализует эту кислоту: ксилит, карбамид или продукты
их превращений?
3. В чем отличие ксилита от сахара? Как ксилит защищает от кариеса?
Напишите формулу ксилита.
4. На самом ли деле «Дирол» обеспечивает двойную защиту с утра и до
вечера?
Рекомендации к решению и оценке
1. Кислотно-щелочное равновесие в полости рта действительно нарушается в
процессе приема пищи. Углеводы под действием бактерий полости рта,
подвергаются брожению, образуется молочная кислота, которая изменяет рН во рту
и разрушает зубную эмаль:
СН3–СН(ОН)–СООН
2. Разрушение зубной эмали можно предотвратить путем нейтрализации
кислоты. Эту роль выполняет мочевина (карбамид, диамид угольной кислоты):
O
H2N
C
NH2
Мочевина в полости рта гидролизуется, а постепенно образующийся
гидроксид аммония нейтрализует молочную кислоту:
(NH2)2CO + 2H2O → 2NH4OH + СO2↑
СН3–СН(ОН)–СООН + NH4OH → СН3–СН(ОН)–СООNH4 + H2O
3. Ксилит – многоатомный спирт, применяется в качестве заменителя сахара:
НОСН2–(СНОH)3–CН2ОН
Обеспечивает сладкий вкус, не «поставляя» дополнительное сырье в виде
глюкозы бактериям. Ксилит существенного влияния на кислотность в полости рта
не оказывает.
4. Это преувеличение. Но с точки зрения химика это утверждение не лишено
смысла. Карбамид гидролизуется медленно, гидроксид аммония образуется
постепенно. Ксилит от кариеса не защищает. Поэтому защита не двойная, а
одинарная.
За указание формулы молочной кислоты
За указание продуктов, меняющих кислотно-щелочное равновесие
За написание уравнений нейтрализации кислоты карбамидом
За формулу ксилита и описание его роли в полости рта
За доказательство одинарной защиты
37
– 2 балла.
– 2 балла.
– 4 балла.
– 1 балл.
– 1 балл.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
Задача 11-4. В 50-е годы ХХ в. в СССР был придуман способ хищения
самородков золота с сибирских приисков. «Юные химики» растворяли золото в
«царской водке» (схема реакции: Au + HNO3 + HCl → H[AuCl4] + NO + H2O) и
провозили полученный раствор в 0,5-литровой бутылке в самолете под видом
лимонада. Но вскоре сотрудники соответствующих органов нашли способ
предотвращать хищения.
1. Определите коэффициенты в приведенной схеме растворения золота.
2. Какую массу золота можно растворить в 0,5 л царской водки.
3. Предложите физические и химические способы определения содержимого
сомнительной бутылки.
4. Какие еще способы растворения золота Вы знаете? Приведите уравнения не
более 3-х реакций.
Примечание: царская водка – смесь концентрированных азотной и соляной
кислот в объемном соотношении 1 : 3; плотность 96%-ной азотной кислоты 1,623
г/см3; плотность 40%-ной соляной кислоты – 1,35 г/см3.
Рекомендации к решению и оценке
1. Уравнение реакции:
Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO + 2H2O
2. В 0,5 л царской водки содержится 0,5 : 4 = 0,125 (л) концентрированной
азотной кислоты и 0,5 : 4 ⋅ 3 = 0,375 (л) концентрированной соляной кислоты.
Масса концентрированной азотной кислоты:
m(р-ра HNO3) = V ⋅ ρ = 125 ⋅ 1,623 = 203 (г).
Масса азотной кислоты в этом растворе:
m(HNO3) = 203 ⋅ 0,96 = 195 (г).
Количество азотной кислоты:
ν(HNO3) = 195 : 63 = 3,09 (моль).
Масса концентрированной соляной кислоты:
m(р-ра HCl) = V ⋅ ρ = 375 ⋅ 1,35 = 506 (г).
Масса хлороводорода в этом растворе:
m(HCl) = 506 ⋅ 0,4 = 202,5 (г).
Количество хлороводорода:
ν(HCl) = 202,5 : 36,5 = 5,55 (моль).
Следовательно, азотная кислота находится в избытке. Расчет проводим по
недостатку. По уравнению реакции, на 5,55 моль хлороводорода приходится 1,39
моль золота, следовательно, масса золота, которое можно растворить в 0,5 л царской
водки:
m(Au) = 1,39 ⋅ 197 = 273 (г).
3. Способы определения содержимого бутылки:
– по плотности: содержимое «золотоносной бутылки» имеет плотность, много
большую, чем плотность воды;
– помещение в бутылку металла, взаимодействующего с азотной кислотой –
металл будет растворяться в ее избытке.
4. Уравнения некоторых реакций, описывающие способы растворения золота:
2Au + 3H2SeO4 = Au2O(SeO3)2 + H2SeO3 + 2H2O;
4Au + 8NaCN + 2H2O + O2 = 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH;
38
2Au + 2HCl + 3Сl2 = 2H[AuCl4].
За определение коэффициентов в уравнении реакции
– 1 балл.
За расчет массы золота
– 2 балла.
За предложение способов определения содержимого бутылки – 1 балл.
За написание 3-х уравнений реакций растворения золота – по 2 балла, всего
– 6 баллов.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
Задача 11–5. В организме человека происходит ферментативное окисление
этилового спирта до уксусного альдегида, которое описывается следующей схемой:
С2Н5ОН + A+ = CН3СНО + А-Н + Н+.
1. Назовите фермент, катализирующий данную реакцию и класс, к которому
он принадлежит.
2. Сколько килограммов уксусного альдегида получится при ферментативном
окислении 0,23 моль этилового спирта?
3. Назовите А+. В чем заключается его роль в данной реакции?
4. В живых организмах встречается только один из возможных оптических
изомеров органических молекул (L-аминокислоты и D-сахара), хотя по химическим
свойствам L- и D-изомеры абсолютно одинаковы. Этот феномен называется
хиральной чистотой живого. Объясните его.
Рекомендации к решению и оценке
1. Фермент: алкоголь: НАД+ оксидоредуктаза, или алкогольдегидрогеназа;
класс ферментов – оксидоредуктазы.
2. По уравнению реакции ν (CН3СНО) = ν(С2Н5ОН) = 0,23 моль.
Следовательно, масса уксусного альдегида, образующегося из спирта:
m(CН3СНО) = 0,23 ⋅ 44 = 10,12 (г) = 1,012⋅10–2 (кг).
3. Вещество А+ – окисленная форма никотинамидадениндинуклеотида НАД+.
В данном случае НАД+ выступает в качестве кофермента (коэнзима,
термостабильного органического соединения, в присутствии которого фермент
проявляет свою специфическую активность). Так же в этой реакции НАД+ служит
акцептором электронов (окислителем).
4. L- и D-соединения являются оптическими изомерами. Наиболее
характерная черта ферментов как катализаторов – высокая специфичность.
Структура активного центра фермента комплементарна структуре его субстрата, то
есть находится в точном геометрическом соответствии со структурой
каталитического центра. Вследствие этого фермент из множества соединений,
присутствующих в клетке, связывается только со своим субстратом. Именно
поэтому организмом усваиваются оптические изомеры лишь одного типа.
За название фермента и отнесение его к определенному классу
– 2 балла.
За нахождение массы альдегида
– 1 балл.
За описание роли кофермента в данной реакции
– 2 балла.
За объяснение феномена хиральной чистоты живого
– 5 баллов.
Максимальное количество баллов за задачу
– 10 баллов.
Максимальное число баллов за задачи 11 класса – 60 баллов.
Одиннадцатый класс 2009 год
39
Тестовое задание
1. Водородная связь образуется между молекулами:
а) С6Н6;
б) СН3СООН;
в) СН3ОСН3;
г) СН3СООСН3.
2. Формула продукта полного восстановления азотной кислоты – это:
а) NO2;
б) NH3;
в) NO;
г) N2.
3. Атомы водорода входят в состав:
а) пирита;
б) графита;
в) фуллерена;
г) спермацета.
4. С помощью электролиза можно проводить очистку металлов. При
электролитической очистке меди подвергают электролизу раствор сульфата меди.
При этом используют анод, изготовленный из:
а) меди;
б) никеля;
в) графита;
г) платины.
5. В каком растворе самая низкая концентрация ионов Н+, если молярные
концентрации солей равны:
а) Na2SO4;
б) NaCl;
в) Na2SO3;
г) ZnCl2.
6. Продукт внутримолекулярной дегидратации бутанола-1:
а) дибутиловый эфир;
б) бутен-2;
в) бутен-1;
г) бутаналь.
7. Нейлон получают с использованием вещества/веществ:
HO
а) HO CH2 CH2 OH
O
O
б) H C H
в)
O
и
и
OH
OH
H2N CH2 5 CHO
O
HO
г)
CH2
O
и
4
OH
H2N CH2 6 NH2
8. Смешали равные объемы газов: аммиака, азота и метиламина. Полученную
смесь объемом 1,2 л пропустили через избыток соляной кислоты. Чему будет равен
объем газа (в л), измеренный при тех же условиях на выходе из склянки?
а) 0;
б) 0,4;
в) 0,8;
г) 1,2.
9. Как изменится скорость реакции синтеза аммиака, если концентрацию азота
увеличить в 4 раза, а концентрацию водорода – в 2 раза (реакцию считать простой):
а) увеличится в 64 раз;
б) увеличится в 16 раз;
в) увеличится в 32 раза;
г) уменьшится в 32 раза.
10. При взаимодействии в сернокислотной среде 8,7 г диоксида марганца с
22,4 г бромида калия выделился бром, практический выход которого составил 88%.
Какой объем (н. у.) этилена (в л) может прореагировать с полученным количеством
брома:
а) 1,86;
б) 2,32;
в) 4,48;
г) 5,6.
Ключ к тесту
Номер вопроса
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Правильный ответ
б б г а в в г б в а
За каждый правильный ответ
– 1 балл.
Максимальное число баллов за тест
– 10 баллов.
Задачи
40
Задача 11–1. При взаимодействии трет-бутилкарбинола с хлороводородом в
присутствии хлорида цинка образуется 2-хлор-2-метилбутан. Напишите уравнение
реакции и объясните образование данного продукта с помощью механизма реакции.
Рекомендации к решению и оценке
CH3
H3C
C
CH3
ZnCl2
OH + HCl
CH2
H3C
CH3
C
CH2
CH3 + H2O
Cl
Исходное вещество – первичный спирт. Первичные спирты преимущественно
реагируют по механизму SN2 (бимолекулярное нуклеофильное замещение), но в
данном случае, за счет объемного радикала (СН3)3С– возникают пространственные
затруднения, и реакция пойдет по механизму SN1 (мономолекулярное
нуклеофильное замещение) с диссоциацией субстрата и образованием первичного
карбкатиона (I), который перегруппировывается в более устойчивый третичный (II).
Устойчивость последнего обеспечивается большей делокализацией заряда по
сравнению с первичным.
CH3
H3C
C
CH2
OH
ZnCl2
CH3
CH2 + OH
C
H3C
CH3
CH3
(I)
CH3
CH3
H3C
C
H3C
CH2
C
CH2
CH3
CH3
CH3
H3C
C
CH2
CH3
CH3 + Cl
(II)
H3C
C
CH2
CH3
Cl
За написание уравнения
– 1 балл.
За объяснение механизма реакции
– 5 баллов.
За объяснение перегруппировки первичного карбкатиона
в третичный
– 4 балла.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов
Задача 11–2. Навеску перманганата калия прокалили. К твердому остатку
добавили избыток воды. После того как цвет водного раствора изменился с зеленого
на малиновый, осадок отфильтровали и высушили. Масса осадка составила 7,1 г.
Сколько литров газа при давлении 101,3 кПа и температуре 27°С выделилось при
прокаливании перманганата калия?
Рекомендации к решению и оценке
При прокаливании перманганата калия происходит реакция, которой
соответствует уравнение:
(1)
2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2.
После прибавления избытка воды идет реакция, которой соответствует
уравнение:
41
3K2MnO4 + 2H2O → 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH.
(2)
Реакция сопровождается изменением цвета раствора с зеленого на малиновый.
Полученный осадок – оксид марганца (IV), который выделился в ходе реакций
1 и 2.
Пусть было x моль перманганата калия KMnO4 , тогда в ходе реакции 1
образовалось по х/2 моль кислорода, манганата калия и оксида марганца (IV).
Манганат калия вступает во взаимодействие с водой в количестве х/2 моль, при этом
образуется х/6 моль оксида марганца (IV), тогда в двух реакциях образуется х/6 +
х/2 = ⅔х моль оксида марганца (IV).
Вычислим исходное количество перманганата калия:
⅔х⋅М(MnO2) = m(MnO2) т. е. ⅔х⋅87 = 7,1.
Отсюда х = 0,12 (моль).
Количество кислорода равно:
ν(О2) = х/2 = 0,12/2 = 0,06 (моль).
Объем образовавшегося газа вычисляем по уравнению Менделеева–Клапейрона:
pV = νRT,
отсюда
V = νRT/p, V = 0,06⋅8,314⋅300/(101,3⋅1000) = 1,5⋅10–3 (м3) = 1,847 (л).
За написание уравнений реакций – по 1,5 балла, всего
– 3 балла.
За нахождение исходного количества перманганата калия – 4 балла.
За нахождение объема кислорода
– 3 балла.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
Задача 11–3. Три химических элемента обозначены буквами А, Б, В.
Предположите, какие химические элементы могут быть зашифрованы под этими
буквами. Приведите уравнения химических реакций, которые зашифрованы
следующим образом:
1) В2 + Б2 = 2ВБ (электрический разряд);
2) 2ВБ + Б2 = 2ВБ2;
3) 3ВБ2 + А2Б = 2АВБ3 + ВБ;
4) 4АВБ3 = 4ВБ2 + Б2 + 2А2Б (нагревание);
5) В2 + 3А2 = 2А3В (катализатор, давление, температура);
6) 2А2 + Б2 = 2А2Б;
7) 4А3В + 3Б2 = 2В2 + 6А2Б;
8) В2 + СаС2 = К (300–350°С);
9) 2А3В + СО2 = Д (комнатная температура).
Определите формулы веществ К и Д, дайте им названия.
Рекомендации к решению и оценке
А – Н, Б – О, В – N.
1) N2 + O2 = 2NO;
2) 2NO + O2 = 2NO2;
3) 3NO2 + H2O = 2HNO3+NO;
4) 4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O;
5) N2 + 3H2 = 2NH3;
6) 2H2 + O2 = 2H2O;
7) 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O;
8) N2 + CaC2 = Ca(CN)2;
42
9) 2NH3 + CO2 = NH4COONH2.
К – цианид кальция, Д – карбамат аммония.
За предположение элементов А, Б и В по 0,5 баллов,
всего
– 1,5 балла.
За написание уравнений реакций – по 0,5 балла, всего
– 4,5 балла.
За определение формул и названия веществ К и Д
– 4 балла.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
Задача 11-4. Ниже приведены схемы превращений трех органических
веществ:
H 2 SO4
KOH (спирт )
to
HBr
а) 3-метилбутанол-1 

→ А → В → С    
→ D;
o
o
Al 2 O3 , 400 C
H SO4
H O, t
б) 2-метилпропанол-1 

→ Е 2 
→ F 2 → G;
KOH (спирт )
HCl
Na
в) 2-иод-2-метилбутан 

→ D 
→ H → I.
1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить эти
превращения, используя структурные формулы органических веществ.
2. Назовите органические вещества A, B, C, D, E, F, G, H, I, используя
современную номенклатуру.
3. Назовите фамилии ученых (не менее 3-х), именами которых названы
некоторые приведенные Вами реакции или правила, которые Вы использовали при
определении продуктов реакций.
Рекомендации к решению и оценке
1. а).
CH3
H3C CH CH2 CH2 OH + H2SO4
CH3
H3C CH CH2 CH2 O SO2 OH + H2O
А – 3-метилбутилсульфат (изопентилсерная кислота, изопентилсульфат)
CH3
CH3
to
H3C CH CH2 CH2 O SO2 OH
H3C CH CH CH2 + H2SO4
В – 3-метилбутен-1
CH3
CH3 Br
H3C CH CH CH2 + HBr
H3C CH CH CH3
С – 2-бром-3-метилбутан
CH3 Br
CH3
спирт
H3C CH CH CH3 + KOH
H3C C CH CH3 + KBr + H2O
D – 2-метилбутен-2
CH3
CH3
Al2O3, 400oC
H3C C CH2 + H2O
б). H3C CH CH2 OH
Е – метилпропен
CH3
CH3
H3C C CH2 + H2SO4
H3C C CH3
OSO3H
F – трет-бутилсерная кислота (трет-бутилсульфат)
CH3
CH3
to
H3C C CH3 + H2O
H3C C CH3 + H2SO4
OSO3H
OH
43
G – метилпропанол-2
в).
CH3
CH3
спирт
H3C C CH2 CH3 + KOH
H3C C CH CH3 + KI + H2O
I
D – 2-метилбутен-2
CH3
CH3
H3C C CH CH3 + HCl
H3C C CH2 CH3
Cl
Н – 2-метил-2-хлорбутан
CH3
H3C C CH2 CH3 + 2 NaCl
CH3
2 H3C C CH2 CH3 + 2 Na
Cl
H3C C CH2 CH3
CH3
I – 3,3,4,4-тетраметилгексан
2. Можно назвать следующих ученых:
– Вюрц Шарль Адольф (1817–1884), французский химик, разработавший в 1855
г. универсальный метод синтеза парафиновых углеводородов действием
металлического натрия на моногалогенопроизводные алканов. (Получение вещества I).
– Зайцев Александр Михайлович (1841–1910), русский химик-органик,
установивший в 1875 г. правило, согласно которому отщепление галогеноводородов от
галогенопроизводных углеводородов или воды от спиртов происходит таким образом,
что вместе с атомом галогена или гидроксилом «уходит» атом водорода от наименее
гидрогенизированного соседнего атома углерода. (Получение веществ D и E).
– Марковников Владимир Васильевич (1837–1904), русский химик-органик,
сформулировавший в 1869 г. правило, согласно которому при присоединении
молекул типа НХ к молекулам несимметричных алкенов атом водорода
присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода. (Получение
веществ C, F, H).
За написание уравнений реакций – по 0,5 балла, всего
– 5 баллов.
За названия веществ А, F, I – по 0,5 балла,
остальных – по 0,25 балла, всего
– 3 балла.
За приведение фамилий ученых
– 2 балла.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
Задача 11–5. В банке с пластиковой крышкой находится сернистый газ.
Предложите методику его количественного определения, если имеется следующее
оборудование и реактивы: шприц с иглой, мерный цилиндр, пипетки, растворы серной
кислоты, сульфита натрия, перманганата калия (концентрации растворов известны).
Рекомендации к решению и оценке
С помощью шприца можно впрыснуть в банку раствор серной кислоты и
избыточное количество для реакции с сернистым газом раствора перманганата
калия. Тщательно банку встряхнуть. Пройдет реакция, которой соответствует
уравнение:
5H2SO3 + 2KMnO4 = 2H2SO4 + 2 MnSO4 +K2SO4 +3H2O.
Раствор, образующийся в банке, содержит избыток перманганата калия. К
44
данному раствору по каплям и перемешивая, приливают раствор сульфита натрия.
Приливают до полного обесцвечивания раствора.
5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5Na2SO4 + 3H2O + K2SO4 + 2MnSO4.
Для расчетов обязательно нужно знать концентрацию раствора сульфита
натрия и объем раствора, пошедшего на реакцию с избыточным количеством
перманганата, для перманганата калия – концентрацию раствора и объем, который
приливали в банку с сернистым газом.
Расчеты можно провести как по стадиям, так и используя общую формулу.
Расчет основан на равенстве:
ν(KMnO4) = 0,4ν(SO2) + 0,4ν(Na2SO3),
0,4ν(SO2) = ν(KMnO4) – 0,4ν(Na2SO3).
Зная количество перманганата калия и затраченного на реакцию с его избытком
количества сульфита натрия, можно найти количество оксида серы (IV).
m(SO2) = ν(SO2)⋅M(SO2).
За написание уравнений реакции
– 2 балла.
За предложение методики количественного анализа
– 5 баллов.
За алгоритм расчета массы сернистого газа
– 3 балла.
Максимальное число баллов за задачу
– 10 баллов.
Максимальное число баллов за задачи 11 класса – 60 баллов.
Одиннадцатый класс 2010 год
Тестовое задание
1. Для органических соединений наиболее характерной является связь:
а) ионная;
б) ковалентная;
в) водородная;
г) ковалентная полярная.
2. Оксид практически не образуется при взаимодействии кислорода с:
а) с кальцием;
б) с магнием;
в) с калием;
г) с алюминием.
3. Атомы алюминия входят в состав:
а) корунда;
б) карборунда; в) латуни;
г) хрусталя.
4. Крекинг нефтепродуктов – это основной процесс:
а) получения низших углеводородов из высших;
б) разделения нефти на фракции;
в) получения высших углеводородов из низших;
г) ароматизации углеводородов.
5. В каком растворе самая низкая концентрация ионов Н+, если молярные
концентрации солей равны:
а) K2SO4;
б) KCl;
в) Rb2SO3;
г) CuCl2.
6. Этаналь взаимодействует с каждым из двух неорганических веществ:
а) натрий и вода;
б) водород и гидроксид меди (II);
в) водород и оксид меди (II);
г) азотная кислота и бром.
7. Каучук получают реакцией полимеризации:
а) тетрафторэтилена
б) 2-метилбутадиена-1,3;
в) 3-метилбутена-1;
г) стирола.
8. Объем воздуха (н. у.), необходимый для полного сгорания 20 л (н. у.)
бутана, равен
а) 65 л;
б) 0,13 м3;
в) 0,65 м3;
г) 80 л.
9. Как изменится скорость реакции синтеза аммиака, если концентрацию азота
45
увеличить в 8 раз, а концентрацию водорода уменьшить в 2 раза (реакцию считать
простой):
а) увеличится в 4 раз;
б) увеличится в 16 раз;
в) не изменится;
г) уменьшится в 12 раз.
10. Соляную кислоту объемом 300 мл (ω(HCl) = 16%, ρ = 1,08 г/см3)
нейтрализовали оксидом кальция. Определите массовую долю хлорида кальция в
образовавшемся растворе:
а) 21,7%;
б) 2,32%;
в) 16%;
г) 56%.
Задачи
Задача 11-1. 32 г тонкой проволоки, изготовленной из металла Х и
предварительно нагретой, поместили в колбу. Через колбу пропустили газ Y,
полученный действием соляной кислоты на оксид марганца (IV). Проволока при
этом раскалилась и сгорела. Продукт сгорания проволоки, в котором металл Х
проявляет валентность II, растворили, через полученный раствор пропустили ток
сероводорода, в результате чего выпало 48 г черного осадка.
1. Определите металл Х, из которого сделана проволока. Напишите уравнения
описанных в задаче реакций.
2. Рассчитайте массу оксида марганца (IV) и объем 36,5%-ной соляной
кислоты (плотность 1,19 г/мл), которые нужно взять для получения газа Y в
количестве, достаточном для сгорания проволоки.
3. Приведите не менее трех уравнений реакций получения газа Y в
промышленности и лаборатории.
Задача 11-2. На схеме представлены превращения хлорбензола
1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить
данные превращения.
2. Определите типы 2,3 и 5 реакций, изобразите схематически их механизм.
3. Определите вещества А – G и дайте им названия.
4. Какая из химических реакций является именной? Дайте ей название.
Задача 11-3. В герметичный калориметр поместили 1,792 л (н.у.) смеси
метана, угарного газа и кислорода. Смесь в калориметре подожгли, в результате
чего выделилось 13,683 кДж теплоты. Если к продуктам сгорания добавить
некоторое количество водорода и вновь поджечь, то выделиться еще 9,672 кДж
теплоты. Теплоты образования метана, угарного газа, углекислого газа и воды равны
74,8, 110,54, 393,5 и 241,8 кДж/моль соответственно.
1. Составьте уравнения реакций описанных в условии задачи.
2. Рассчитайте объемные доли газов в исходной смеси?
Задача 11-4. Для отработки пропущенного занятия студент должен
определить массовые доли веществ в смеси. Для опыта он взял навеску смеси
сульфата и сульфита натрия массой Х г. В его распоряжении имеются реактивы:
KMnO4 (0,5 н. раствор), H2SO4 (2 н. раствор), BaCl2 (5% раствор).
1. Предложите наиболее рациональный способ определения массовой доли
веществ в смеси.
46
2. Опишите ход определения веществ. Обоснуйте все этапы анализа.
Напишите уравнения реакций. Приведите формулы для расчетов.
Задача 11-5. Задача предполагает проведение мысленного эксперимента.
Ответ на нее должен включать следующее: выбор необходимых реактивов и
оборудования, описание и/или рисунок установки для проведения заданного опыта,
объяснение наблюдаемых явлений с написанием соответствующих уравнений
реакций, ответы на дополнительные вопросы задачи.
Получите твердое мыло из твердого жира и подтвердите химическими
опытами его состав и свойства.
1. Получите твердое (!) мыло из твердого жира (тристеарата).
2. Определите среду мыльного раствора, объясните.
3. Как состав определяет агрегатное состояние жиров и масел? Докажите это
различие в составе качественными реакциями. Приведите уравнение на примере
триолеата.
ОДИННАДЦАТЫЙ КЛАСС
Рекомендации к решению и оценке
Ключ к тесту
Номер
1
вопроса
Правил
б
ьный ответ
2
3
4
5
6
7
8
9
в
а
а
в
б
б
в
в
За каждый правильный ответ
Максимальное число баллов за тест
1
0
а
– 1 балл
– 10 баллов
Задача 11-1
1. Так как газ Y получается при взаимодействии оксида марганца (IV) с
соляной кислотой, то этот газ – хлор. Уравнение реакции имеет вид:
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
(1)
При сгорании металла Х образуется хлорид:
Х + Cl2 → ХCl2
При взаимодействии этого хлорида с сероводородом образуется сульфид:
ХCl2 + H2S → ХS + 2HCl
На основании двух последних уравнений рассчитаем молярную массу металла Х:
1 моль Х образует 1 моль ХS, т. е.
М(Х) образует (М(Х) + 32) г ХS, а
32 г Х образуют 48 г ХS.
Составим пропорцию:
М ( Х ) М ( Х ) + 32
=
32
48
Решение данного уравнения с одним неизвестным приводит к тому, что М(Х)
= 64 (г/моль). Следовательно, металл Х – медь, а уравнения происходящих реакций:
Cu + Cl2 → CuCl2
(2)
При взаимодействии этого хлорида с сероводородом образуется сульфид:
CuCl2 + H2S → CuS + 2HCl
(3)
2. По уравнению (2) рассчитаем количество хлора, необходимое для
взаимодействия с 32 г меди:
ν(Cl2) = ν(Cu) = 32/64 = 0,5 (моль).
По уравнению (1):
47
ν(MnO2) = ν(Cl2) = 0,5 (моль);
ν(HCl) = 4⋅ν(Cl2) = 2 (моль).
Таким образом,
m(MnO2) = 0,5⋅87 = 43,5 (г);
m(HCl) = 2⋅36,5 = 73 (г);
m(р-ра HCl) =
73 ⋅100
= 200 (г);
36,5
V(р-ра HCl) = 200/1,19 = 168 (мл).
3. Хлор можно получить следующими способами:
– промышленные способы:
. ток
2NaCl(р-р) + 2H2O Эл

→ 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
to
4HCl + O2 → 2Cl2 + 2H2O
(на катализаторе (хлорид меди (II), оксиды хрома) при 430°С)
to
Na2S2O7 + SO2 + Cl2
2NaCl + 3SO3 →
to
2CaCl2 + 2SiO2 + O2 →
2CaSiO3 + 2Cl2
(метод Сольве)
– лабораторный способ:
16HCl + 2KMnO4 → 5Cl2 + 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O
За написание уравнения (1)
За определение металла Х
За написание уравнений (2) и (3) – по 1 баллу, всего
За расчет массы оксида марганца (IV)
За расчет объема соляной кислоты
За написание 3-х уравнений реакций получения хлора
Максимальное число баллов за задачу
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
– 1 балл
– 1 балл
– 2 балла
– 1 балл
– 2 балла
– 3 балла
– 10 баллов
Задача 11-2
метилбензол (вещество А);
1.
бензилхлорид (вещество В);
бензиловый спирт (вещество С);
бензойный альдегид (вещество D);
нитрил фенилгидроксиэтановой кислоты (вещество E);
48
фенилгидроксиэтановая кислота (вещество G).
2. Вторая реакция является реакцией радикального замещения SR и протекает
по механизму:
hv
Сl2 →
2Cl⋅;
C6H5–CH3 + Cl⋅ → НСl + C6H5–CH2⋅;
C6H5–CH2⋅ + Сl2 → Cl⋅ + C6H5–CH2Cl.
Третья реакция является реакцией нуклеофильного мономолекулярного
замещения SN1 и протекает по механизму:
C6H5 – CH2Cl ⇄ C6H5 – CH2+ + Сl– (медленно);
H2O ⇄ H+ + OH–;
C6H5 – CH2+ + OH– ⇄ C6H5 – CH2OH (быстро).
Пятая реакция является реакцией нуклеофильного присоединения АN и
протекает по механизму:
CN
H
O
HO
C
O
CN
CH
+Н–С≡N→
+ H+ →
3. См. пункт 1.
4. Первая реакция – именная – реакция Вюрца–Фиттига.
За написание уравнений реакций, по 0,5 балла, всего
– 3 балла
За определение типа реакций и написание механизма по 1 баллу, всего – 3 балла
За каждое верное название веществ, по 0,5 балла, всего
– 3 балла
За название именной реакции
– 1 балл
Максимальное количество баллов за задачу 10 баллов
Задача 11-3
1. Составим уравнения происходящих реакций и определим изменения
энтальпий для них по закону Гесса:
∆H°реакции = Σ∆Hf°(продуктов) – Σ∆Hf°(исходных веществ);
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О;
∆Н° = 2·(–241,8) + (–393,5) – (–74,8) = –802,3 (кДж/моль);
2СО + О2 = 2СО2;
∆Н° = 2·(–393,5) – 2·(–110,54) = –565,92 (кДж/моль);
2Н2 + О2 = 2Н2О;
∆Н° = 2·(–241,8) = –483,6 (кДж/моль).
2. Тот факт, что при добавлении водорода к продуктам сгорания газов
происходит дальнейшее горение, свидетельствует о том, что в исходной смеси
кислород был в избытке. Зная, что при сгорании добавленного водорода выделяется
9,672 кДж теплоты, определим избыток кислорода. Согласно уравнению реакции
при расходовании 1 моль кислорода на сжигание водорода выделяется 483,6 кДж
теплоты, следовательно:
νизб(O2) = 9,672 / 483,6 = 0,02 (моль).
49
Суммарное количество вещества газов в исходной смеси:
ν= 1,792 л / 22,4 л/моль = 0,08 моль.
Обозначим ν(СН4) = х моль, а ν(СO) = у моль. Для сгорания метана
расходуется 2х моль кислорода, а для сгорания угарного газа – у/2 моль, и после
сгорания остается еще 0,02 моль кислорода. Таким образом:
х + у + (2х + у/2 + 0,02) = 0,08;
3х + 1,5у = 0,06;
х + 0,5у = 0,02.
При сгорании 1 моль метана выделяется 802,3 кДж теплоты, следовательно, в
калориметре за счет сгорания метана выделяется 802,3х кДж теплоты. При сгорании 2
моль угарного газа выделяется 565,92 кДж, следовательно, за счет сгорания угарного
газа в калориметре выделяется 565,92у/2 = 282,96у кДж. Отсюда:
802,3х + 282,96у = 13,683.
Мы получили два уравнения с двумя неизвестными:
х + 0,5у = 0,02
802,3х + 282,96у = 13,683
Решая эту систему, получаем, что:
ν(СН4) = х = 0,01 моль, а ν(СO) = у = 0,02 моль.
Понятно, что на кислород остается ν(O2) = 0,08 – 0,01 – 0,02 = 0,05 (моль).
Для газов объемные доли равны мольным долям, поэтому количества вещества
для расчета объемной доли можно не переводить в объем. Тогда объемные доли газов
будут равны:
φ(СН4) = 0,01 / 0,08 = 0,125 (12,5 %);
φ(СО) = 0,02 / 0,08 = 0,25 (25 %);
φ(О2) = 0,05 / 0,08 = 0,625 (62,5 %).
За написание уравнений реакций, по 0,5 балла, всего
– 1,5 балла
За определение теплового эффекта реакций по 1 баллу, всего
– 3 балла
За определение избыточного количества кислорода
– 1,5 балла
За решение системы уравнений
– 2,5 балла
За определение объемных долей газов по 0,5 балла, всего
– 1,5 балла
Максимальное количество баллов за задачу 10 баллов
Задача 11-4
1. Наиболее рациональный способ определения содержания сульфита в смеси –
метод перманганатометрии. Количество сульфата натрия рассчитывают по разнице
между массой смеси и массой сульфита натрия.
2. Ход определения:
– Взять навеску смеси.
– Навеску растворить в определенном количестве воды, объем полученного
раствора – Vр-ра.
– Из приготовленного раствора с помощью пипетки взять аликвотный объем –
Vал..
– Внести аликвоту в коническую колбу для титрования, добавить столько же
раствора серной кислоты и титровать раствором перманганата калия. Объем
раствора KMnO4, пошедший на титрование, – Vр-ра(KMnO4).
Реакция протекает по уравнению:
2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = 5Na2SO4 + K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O;
серная кислота необходима, так как только в кислой среде перманганат-ионы
восстанавливаются до ионов Mn2+. Титрование вести до появления устойчивой
слабо-розовой окраски раствора.
50
– Рассчитать массовые доли солей в смеси. Возможны разные способы
расчетов, приведем два из них.
Способ 1. По закону эквивалентов:
C(Na2SO3) = С(KMnO4) · Vр-ра(KMnO4) / Vал.(Na2SO3)
(для расчета используем эквивалентные концентрации).
Зная концентрацию сульфита натрия, можно по формуле найти его массу в
навеске смеси: m(Na2SO3) = Сн(Na2SO3) · Vр-ра · Mэ (Na2SO3), а по массе сульфита
натрия и навески, – его массовую долю: ω(Na2SO3) = m(Na2SO3) / Х.
Массовая доля сульфата натрия равна: ω(Na2SO4) = 1 – ω (Na2SO3).
Способ 2. По количеству вещества:
Определим количество перманганата калия, пошедшего на титрование, в
стандартном растворе по формуле:
ν(KMnO4) = Сн⋅V⋅f,
где f – фактор эквивалентности, который равен 1/число электронов, участвующих в
ОВР, т. е. 1/5. Тогда:
ν(KMnO4) = (Сн⋅V)/5, т. е. ν(KMnO4) = 0,1⋅Vр-ра(KMnO4)
(объем необходимо брать в литрах).
По уравнению реакции, ν(Na2SO3) = 2,5ν(KMnO4) = 0,25⋅Vр-ра(KMnO4).
Зная ν(Na2SO3), можно найти m(Na2SO3) в аликвотном объеме:
m(Na2SO3) = ν(Na2SO3)⋅М(Na2SO3);
m(Na2SO3) = 0,25⋅Vр-ра(KMnO4)⋅126 = 31,5⋅Vр-ра(KMnO4).
Необходимо учесть, что для титрования был взят не весь объем
приготовленного раствора. Учтя отношение объема раствора к аликвотному объему,
можно найти массу сульфита натрия в навеске смеси:
m(Na2SO3) = 31,5⋅Vр-ра(KMnO4) ⋅ Vр-ра / Vал.;
Зная массу сульфита натрия и навески, можно найти его массовую долю:
ω(Na2SO3) = m(Na2SO3) / Х:
ω(Na2SO3) = 31,5⋅Vр-ра(KMnO4) ⋅ Vр-ра / (Vал. ⋅ Х);
Массовая доля сульфата натрия равна:
ω(Na2SO4) = 1 – {31,5⋅Vр-ра(KMnO4) ⋅ Vр-ра / (Vал. ⋅ Х)}.
За выбор метода анализа
– 1 балл
За написание уравнения реакции
– 1 балл
За приведение хода анализа
– 4 балла
За объяснения и обоснования
– 4 балла
Максимальное количество баллов
10 баллов
Задача 11-5
1. В основе получения мыла лежит реакция гидролиза сложного эфира,
которым и является жир. Вообще мыла – это натриевые или калиевые соли высших
предельных монокарбоновых кислот. Калиевые соли – это жидкие мыла, а
натриевые соли – твердые. Калиевые мыла лучше растворимы в воде, они
содержатся в шампунях, кремах для бритья. Натриевые мыла ограниченно
растворимы, их используют для получения хозяйственного и туалетного мыла,
которые выпускают в виде брикетов
различной формы.
В фарфоровую чашку (рис. 7) помещают
жир. При нагревании на спиртовке (или на
небольшом
пламени
газовой
горелки)
расплавляют жир и при энергичном
перемешивании малыми порциями добавляют к
нему нагретый раствор гидроксида натрия,
51
Рис. 7. Установка для варки мыла
стараясь при этом исключить разбрызгивание щелочи.
Полученную смесь при непрерывном перемешивании стеклянной палочкой
нагревают 30 минут, добавляя горячую воду по мере выкипания. При этом
происходит щелочной гидролиз жира:
O
H 2C
O
C
O
H2C
(CH2) 16CH3
OH
O
HC
O
C
O
(CH2)16CH3 +3NaOH
H 2C
O
C
(CH2)16CH3
HC
H2C
тристеарат
OH +3NaO
C
(CH2)16CH3
OH
глицерин
стеарат натрия
Для определения окончания реакции гидролиза несколько капель гидролизата
выливают в 2-3 мл горячей воды: если гидролизат растворяется полностью, без выделения
капель жира, то реакцию можно считать законченной.
После окончания омыления из гидролизата высаливают мыло добавлением горячего
насыщенного раствора хлорида натрия. В отличие от горячей воды, в растворе поваренной
соли мыло почти не растворяется. Поэтому выделяющееся мыло всплывает, образуя на
поверхности раствора плотный слой – ядро. Из этой массы готовят так называемое ядровое
мыло – обычные сорта хозяйственного мыла.
Массе дают немного остыть, выделившийся на поверхности слой довольно
твердого мыла собирают, отжимают, придают ему нужную форму и высушивают.
2. Растворение мыла как соли сильного основания и слабой кислоты
сопровождается гидролизом, при этом создается щелочная среда, которая оказывает
вредное воздействие на многие ткани, особенно белкового происхождения (шерсть,
шелк):
C17H35COONa + H2O → C17H35COOH + NaOH;
C17H35COO– + H2O → C17H35COOH + OH– (рН >7).
3. В природе, за редкими исключениями, встречаются только полные эфиры
глицерина, т. е. триацилглицерины. Твердые триацилглицерины называют жирами,
жидкие – маслами.
В составе триацилглицеринов животного происхождения преобладают
остатки насыщенных кислот. Это триацилглицерины, как правило, твердые
вещества. Напротив, растительные масла содержат в основном остатки
ненасыщенных кислот и имею жидкую консистенцию.
Доказать непредельность масла можно с помощью качественной реакции с
бромной водой. В пробирку налить небольшое количество масла и добавить
бромную воду. Содержимое пробирки энергично взболтать. При этом наблюдается
обесцвечивание бромной воды и частичное затвердевание жира:
52
O
H2C
O
C
O
(CH2)7
C
H
HC
O
C
O
(CH2)7
C
H
C
H
(CH2) 7 CH3
H2C
O
C
(CH2)7
C
H
C
H
(CH2) 7 CH3
триолеат
C
H
(CH2)7 CH3
O
H 2C
O
C
(CH2)7
O
HC
O
C
O
C
Br Br
C C
(CH2)7 CH3
H H
Br Br
(CH2)7
C
H
C
H
(CH2) 7 CH3
(CH2)7
H
C
Br
H
C
Br
(CH2) 7 CH3
O
H 2C
+ 3 Br2
Аналогично можно провести реакцию с водным раствором перманганата
калия и наблюдать обесцвечивание последнего.
За описание способа получения мыла
– 2 балла
За написание уравнения омыления тристеарата
– 2 балла
За определение среды раствора мыла
– 1 балл
За написание уравнения гидролиза мыла
– 1 балл
За объяснение связи состава и агрегатного состояния жира
– 1 балл
За уравнение доказательства непредельности триолеата
– 3 балла
Максимальное количество баллов за задачу 10 баллов
Максимальное число баллов за задачи 11 класса – 60 баллов
Одиннадцатый класс 2011 год
Тестовое задание
1. Наименее прочной является связь:
а) ионная;
б) ковалентная;
в) водородная;
г) ковалентная полярная.
2. Водород выделяется при взаимодействии воды с:
а) кислородом;
б) фтором;
в) серой;
г) углеродом.
3. Атомы кислорода не входят в состав:
а) корунда;
б) карборунда;
в) патины;
г) хрусталя.
4. Риформинг – это процесс:
а) получения низших углеводородов из высших;
б) разделения нефти на фракции;
в) получения высших углеводородов из низших;
г) ароматизации углеводородов.
5. В каком растворе самая высокая концентрация ионов Н+, если молярные
концентрации солей равны:
а) K2SO4;
б) KCl;
в) Rb2SO3;
г) CuCl2.
6. Бензол вступает в реакцию замещения с:
а) бромом и азотной кислотой;
б) кислородом и серной кислотой;
в) хлором и водородом;
г) азотной кислотой и водородом.
7. Какое свойство не характерно для метиламина:
53
а) газообразное вещество;
б) проявляет основные свойства;
в) реагирует с серной кислотой;
г) реагирует с водородом.
8. В соответствии с термохимическим уравнением
С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + 2816 кДж
выделится 1408 кДж теплоты, если в реакции участвует кислород количеством
вещества а) 1,5 моль;
б) 3 моль;
в) 4,5 моль;
г) 6 моль.
9. Как изменится скорость реакции окисления оксида серы (IV) кислородом,
если концентрацию оксида увеличить в 3 раза, а концентрацию кислорода
уменьшить в 2 раза:
а) увеличится в 4,5 раза;
б) увеличится в 9 раз;
в) не изменится;
г) уменьшится в 4 раза.
10. К раствору, полученному при добавлении 2,3 г натрия к 100 мл воды,
прилили 100 мл 30%-ного раствора азотной кислоты (плотность 1,18 г/см3).
Определите массовую долю соли в полученном растворе:
а) 3,86%;
б) 2, 2%;
в) 6%;
г) 5,6%.
Задачи
Задача 11-1. Вещество А при нагревании до 250-300°С превращается в вещество
Б с выделением двух газообразных продуктов В и Г. Вещество Б может быть также
получено при действии на А раствора вещества Д. При взаимодействии Б с раствором
вещества Е выпадает белый осадок вещества Ж. Вещество Ж при нагревании до 900°С
превращается в белое вещество З, при этом выделяется газ В. При пропускании газа В в
раствор полученный после добавления воды к веществу З сначала выпадает осадок
вещества Ж, который затем исчезает, образуя соединение И. Вещество Д также может
реагировать с газом В. Продуктами такого взаимодействия могут быть вещества А или
Б.
Вещество Е при нагревании до 450-500°С разлагается с выделением газа К,
который тяжелее воздуха в 1,1 раза.
Определите вещества А-К, запишите уравнения всех описанных процессов.
Подсказка. Вещества А, Б и Д имеют тривиальные названия, в состав которых
входит слово «сода». Найдите эти вещества, уточните их тривиальные названия.
Задача 11-2. На схеме представлены превращения:
1. Расшифруйте символы реакций.
2. Определите и назовите исходное вещество А. Ответ обоснуйте.
3. Напишите соответствующие уравнения реакций с указанием условий их
проведения. Определите вещества Б, В, Г и Д. Назовите эти вещества и конечный
продукт реакции.
Задача 11-3. «Для открытия озона обыкновенно пользуются бумагою,
пропитанною одновременно растворами иодистого калия и крахмала. Такая
озонометрическая или иодокрахмальная бумага в сыром состоянии в присутствии
озона окрашивается в синий цвет, и, смотря по степени продолжительности
54
действия и по содержанию озона в исследуемом газе, степень окрашивания бывает
весьма различна, до черноты…
Такую бумагу приготовляют следующим образом: берут 100 г дистиллированной
воды, 10 г крахмала и 1 г среднего иодистого калия; растворяют эту последнюю соль в
воде и разбалтывают крахмал в этой жидкости, а затем такую смесь нагревают до
тех пор, пока крахмал не разварится и не превратится в клейстер, который
намазывают на пропускную бумагу и сушат. Необходимо, однако, заметить, что
иодокрахмальная бумажка изменяет свой цвет не только от озона, но и от многих
других окислителей, напр., от окислов азота (особенно от N2O3) и перекиси водорода».
(Менделеев Д. И. Основы химии).
1. Напишите уравнение реакции, происходящее при взаимодействии озона с
иодокрахмальной бумажкой. Объясните изменение ее окраски.
2. Напишите уравнения реакций, происходящих при взаимодействии
иодокрахмальной бумажки с другими окислителями, указанными в цитате.
3. Какие еще газы можно определять с помощью иодокрахмальной бумажки?
Приведите хотя бы один пример с уравнением соответствующей реакции.
Раствор иодистого калия используют при титриметрическом определении
окислителей. К раствору окислителя прибавляют избыток раствора иодистого калия
и избыток раствора серной кислоты. Образовавшийся продукт оттитровывают
раствором тиосульфата натрия.
4. К раствору дихромата калия добавили избыток растворов иодистого калия и
серной кислоты. На титрование образовавшегося продукта израсходовали 30,00 мл
раствора тиосульфата натрия с концентрацией 0,1 моль/л? Напишите уравнения
происходящих реакций. Рассчитайте, сколько граммов дихромата калия содержится
в растворе.
Задача 11-4. «Слабый (до 2%) водяной раствор синильной кислоты получается при
перегонке некоторых растительных веществ; в особенности значительной
известностью пользуется, так называемая, лавровишневая вода, которая содержит
синильную кислоту. Получают ее чрез настаивание и перегонку листьев лавровишневого
дерева. Совершенно подобная же вода получается при перегонке настоя горьких
миндалей. Они, как известно, ядовиты и отличаются особым горьким вкусом, зависящим
от присутствия в них амигдалина, извлекаемого из горьких миндалей спиртом. Этот
амигдалин, при настаивании растертых миндалей, разлагается, образуя эфирное
горькоминдальное масло, глюкозу и синильную кислоту…». (Менделеев Д. И. Основы
химии).
1. Установите структуру «эфирного горькоминдального масла», используя
следующие данные. Раствор, содержащий это вещество массой 1,612 г в диэтиловом
эфире массой 100 г, кипит при температуре 35,925°С. Температура кипения чистого
диэтилового эфира равна 35,6°С, а эбуллиоскопическая постоянная его равна 2,14
К·кг/моль. Массовая доля углерода в «эфирном горькоминдальном масле»
составляет 79,24%. «Эфирное горькоминдальное масло» вступает в реакции
«серебряного зеркала» и Троммера, присоединяет синильную кислоту.
Примечание. Растворы кипят при более высокой температуре, чем чистый растворитель.
Повышение температуры кипения раствора неэлектролита прямопропорционально моляльной
концентрации раствора, равной количеству вещества, растворенного в 1 кг растворителя.
Коэффициентом пропорциональности служит эбуллиоскопическая постоянная растворителя:
∆tкип = Е⋅Сm,
где ∆tкип – повышение температуры кипения раствора, Е – эбуллиоскопическая постоянная, Сm –
моляльная концентрация, моль/кг).
2. Назовите
«эфирное горькоминдальное масло» по современной
номенклатуре. Напишите уравнения реакций, иллюстрирующие описанные в п. 1
химические свойства данного вещества.
55
Амигдалин представляет собой генциобиозид нитрила миндальной кислоты, т.
е. производное необычного дисахарида генциобиозы и миндальной кислоты.
Молекула генциобиозы состоит из 2-х остатков глюкозы, соединенных 1–6гликозидной связью. Современное название миндальной кислоты – 2-окси-2фенилэтановая кислота. Ее нитрил (продукт присоединения синильной кислоты к
«эфирному горькоминдальному маслу») за счет гидроксильной группы образует
гликозидную связь с 1-м атомом углерода второго остатка глюкозы в молекуле
генциобиозы.
3. Предложите структурную формулу амигдалина и напишите уравнение
реакции получения синильной кислоты, описанное Д. И. Менделеевым.
Задача 11-5. Задача предполагает проведение мысленного эксперимента.
Ответ на нее должен включать следующее: выбор необходимых реактивов и
оборудования, описание и/или рисунок установки для проведения заданного опыта,
объяснение наблюдаемых явлений с написанием соответствующих уравнений
реакций, ответы на дополнительные вопросы задачи.
1. Получите этилэтаноат реакцией этерификации (опишите эксперимент,
напишите уравнение реакции). Исходя из механизма реакции, укажите роль каждого
вещества реакционной смеси.
2. Предложите не более 2-х способов получения органических реагентов,
необходимых Вам для синтеза этилэтаноата, исходя из углеводородов и/или
углеводов. Составьте уравнения всех предложенных реакций.
ОДИННАДЦАТЫЙ КЛАСС
Ключ к тесту
Номер
1
вопроса
Правил
в
ьный ответ
2
3
4
5
6
7
8
9
г
б
г
г
а
г
б
а
За каждый правильный ответ
Максимальное число баллов за тест
1
0
а
– 2 балла
– 20 баллов
Задача 11-1.
Смотри решение задачи 10-1.
Задача 11-2.
1. Символы реакций обозначают следующее:
– SE2 – реакция электрофильного замещения бимолекулярная;
– SR – реакция радикального замещения;
– SN1 – реакция нуклеофильного замещения мономолекулярная.
2. Вещество А – это бензол, т. к. конечный продукт превращений содержит
ядро бензола.
3. Составим уравнения реакций:
CH3
1)
+ CH3Cl
to
AlCl3
+ HCl
Б
Вещество Б – толуол (метилбензол)
2)
CH 3
+
56
HONO2
H2SO4
CH3
NO 2
+ H2O
В
Вещество В – о-нитротолуол (1-метил-2-нитробензол).
CH3
CH3
3)
NO2
NH2
+ 2FeCl3 + 2H2O
+ 2Fe + 6HCl K
Г
Вещество Г – о-толуидин (1-амино-2-метилбензол).
Внимание! Если написано уравнение с образованием хлорида железа (II), оно
засчитывается как верное и оценивается максимальным числом баллов.
4)
CH3
CCl3
NH2
NH2
+ 3Cl2
hν
+ 3HCl
Д
Вещество Д – о-трихлорметиламинобензол.
5)
CCl3
OH
HO
NH2
+ 3H2O
C
OH
NH2
pH>7
3HCl +
COOH
NH2
+ H2O
о-аминобензойная кислота
(антраниловая кислота)
Полученное вещество – антраниловая кислота
За определение вещества А с обоснованием рассуждений
– 2 балла
За расшифровку символов реакций – по 1 баллу, всего
– 3 балла
За написание уравнений реакций – по 2 балла, всего
– 10 баллов
За название веществ – по 1 баллу, всего
– 5 баллов
Максимальное число баллов за задачу
– 20 баллов
Задача 11-3.
1. Уравнение реакции:
2KI + O3 + H2O → I2 + O2 + 2KOH.
(1)
Крахмал с образовавшимся в этой реакции иодом образует соединения
включения (клатраты). Такие соединения окрашены в характерные цвета – синий
для амилозы и красный для амилопектина. Молекулы амилозы в этих комплексах
образуют вокруг молекулы иода спираль, каждый виток которой содержит 6
остатков глюкозы.
2. Уравнения реакций иодида калия с другими окислителями:
– с оксидом азота (III):
N2O3 + 2KI + H2O → 2KOH + I2 + 2NO.
(2)
(Оксид азота (III) существует в твердом состоянии (ниже –100°С). В жидком и
парообразном состояниях он в значительной степени диссоциирован за счет
диспропорционирования:
N2O3 NO + NO2.
(2а)
57
При взаимодействии с водой равных объемов NO и NO2 образуется неустойчивая
азотистая кислота:
(2b)
NO + NO2 + Н2О → 2HNO2.
Далее она взаимодействует с иодидом калия:
2HNO2 + 2KI → 2KOH + I2 + 2NO).
(2с)
– с пероксидом водорода:
H2O2 + 2KI → I2 + 2KOH
(3)
3. С помощью иодокрахмальной бумажки можно определять, например, хлор,
пары брома:
2КI + Cl2 → 2KCl + I2,
(4)
2КI + Br2 → 2KBr + I2,
(5)
4. Запишем уравнения реакций:
K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3I2 + 4K2SO4 + 7H2O
(6)
(7)
I2 + 2Na2S2O3 → Na2S4O6 + 2NaI
В соответствии с уравнением (6) при реакции иодида калия с 1 моль
дихромата калия образуется 3 моль иода. Тогда согласно уравнению (7), на
титрование этого количества иода необходимо 6 моль тиосульфата натрия.
В 30,00 мл раствора тиосульфата натрия содержится:
30,00 мл ⋅ 0,1 моль/л
ν(Na2S2O3) =
= 0,003 моль.
1000
Следовательно, это количество тиосульфата натрия пошло на титрование иода,
образованного при реакции с иодидом калия дихромата калия количеством:
ν(K2Cr2O7) = 0,003 моль : 6 = 0,0005 моль;
m(K2Cr2O7) = 0,0005 моль ⋅ 294 г/моль = 0,147 г.
За написание уравнений реакций 1–3, 6, 7 – по 2 балла, всего – 10 баллов
(для реакции с N2O3 засчитывается либо уравнение (2), либо уравнения (2а)–(2с))
За написание уравнения (4), (5) или любого другого,
отвечающего условию задачи
– 2 балла
За объяснение изменения окраски
– 2 балла
За расчет массы дихромата калия
– 6 баллов
(за любой логически верный способ решения, приводящий к верному результату)
Максимальное число баллов за задачу
– 20 баллов
Задача 11-4.
1. По данным о температуре кипения раствора можно рассчитать молярную
массу «эфирного горькоминдального масла». Для этого преобразуем приведенную в
примечании к п. 1 условия задачи формулу:
ν(в - ва)
m(в - ва)
∆tкип = Е⋅Сm = Е
=Е
, отсюда:
m(р - рителя)
M(в - ва) ⋅ m(р - рителя)
Е ⋅ m(в - ва)
М(в-ва) =
;
∆t кип ⋅ m(р - рителя)
1000 ⋅ 2,14 К ⋅ г/моль ⋅1,612 г
М(в-ва) =
≈ 106 г/моль.
(35,925 − 35,6) ⋅100 г
В 1 моль данного вещества содержится 106 ⋅ 0,7924 = 84 г (7 моль атомов)
углерода, а остальная масса (106 – 84 = 22 г) приходится на водород и кислород
(возможно, азот). Более 1 моль атомов кислорода или азота в 1 моль вещества быть
не может (22 : 16 = 1,375; 22 : 14 = 1,57). Анализ описанных в
задаче химических свойств вещества позволяет сделать вывод о
том,
что это альдегид, а значит в молекулах содержатся атомы
кислорода, а не азота.
58
Таким образом, в одной молекуле «эфирного горькоминдального масла»
содержится 7 атомов углерода, 1 атом кислорода и 22 – 16 = 6 атомов водорода.
Эмпирическая формула вещества – С7Н6О. Соотношение атомов в молекуле [n(C) :
n(H) : n(O) = 7:6:1] свидетельствует о том, что данное соединение крайне
ненасыщенное и относится к ароматическим. Единственно возможная структура
«эфирного горькоминдального масла»:
2. Современное название «эфирного горькоминдального масла» –
бензальдегид. Уравнения реакций:
– реакция «серебряного зеркала»:
to
С6Н5–СНО + 2[Ag(NH3)2]OH →
С6Н5–СOОH + 2Ag + 4NH3 + H2O; (1)
Внимание! Если написано уравнение с образованием бензоата аммония, оно
засчитывается как верное, и оценивается максимальным числом баллов.
– реакция Троммера:
С6Н5–СНО + 2Cu(OH)2 → С6Н5–СOОH + 2CuOH + H2O;
(2)
to
2CuOH → Cu2O + H2O;
(3)
– присоединение синильной кислоты:
(4)
3. Структурная формула амигдалина:
Уравнение реакции, описанной Д. И. Менделеевым:
За определение структуры «эфирного горькоминдального масла» – 6 баллов
За название «эфирного горькоминдального масла»
– 2 балла
За уравнения реакций 1, 4 – по 2 балла, всего
– 4 балла
За уравнения реакций 2, 3 – по 1 баллу, всего
– 2 балла
(В обоих случаях оцениваются уравнения реакций, а не схемы!)
За структурную формулу амигдалина
– 4 балла
За уравнение реакции, описанной Д. И. Менделеевым
– 2 балла
Максимальное число баллов за задачу
– 20 баллов
Задача 11-5.
1. Этилэтаноат – сложный эфир, продукт взаимодействия этанола (этилового
спирта) и этановой (уксусной) кислоты.
Прибор для получения сложного эфира может выглядеть следующим образом
(рис. 6).
59
Рис. 6. Прибор для получения этилэтаноата (пояснения в тексте)
В реакционную колбу (1), закрепленную в лапке штатива, помещают смесь
реагентов – уксусную кислоту, этиловый спирт и серную кислоту. Колбу закрывают
пробкой с газоотводной пробкой (2), конец которой опускают в U-образную трубкуприемник (3). Смесь реагентов осторожно нагревают на водяной бане. Происходит
реакция этерификации, в результате которой образуется сложный эфир. Этилэтаноат
представляет собой подвижную жидкость с неприятным сладковатым запахом. Так
как температура кипения этилэтаноата меньше, чем у компонентов смеси, эфир
будет испаряться. Пары эфира по длинной газоотводной трубке попадают в
приемник, где и конденсируются.
Этилэтаноат обычно содержит в качестве примеси воду, спирт и уксусную
кислоту. Для их удаления его промывают равным объемом 5%-ного раствора
карбоната натрия, сушат хлоридом кальция и перегоняют.
Внимание! Засчитывается любое аппаратное оформление процесса, позволяющее
практически осуществить реакцию этерификации и выделить нужный продукт.
2. Механизм реакции этерификации: реакция этерификации протекает в
условиях кислотного катализа (катализатором служит концентрированная серная
кислота) и проходит по механизму нуклеофильного замещения. На первой стадии
происходит протонирование атома кислорода карбонильной группы карбоновой
кислоты с образованием стабилизированного карбкатиона:
После этого происходит нуклеофильная атака атома кислорода гидроксильной
группы спирта на карбониевый центр с образованием алкилоксониевого иона, эта
стадия является лимитирующей, т. е. ограничивающей скорость данного процесса.
Затем в алкилоксониевом ионе происходит миграция протона на один из
гидроксилов с образованием уходящей группы – O+H2:
Завершающей стадией является отщепление промежуточного продукта
присоединения воды и протона – катализатора с образованием сложного эфира:
60
Механизм реакции подтвержден экспериментом с использованием изотопных
меток: при использовании спирта, меченного изотопом 18O, метка оказывается в
составе сложного эфира:
Таким образом, в реакции этерификации карбоновая кислота выступает в роли
основания, спирт проявляет кислотные свойства, а концентрированная серная кислота
является не просто водоотнимающим средством, но и катализатором.
3. Получить этиловый спирт можно, например, реакцией спиртового брожения
глюкозы при участии дрожжей:
С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2,
или через промежуточный продукт реакции – хлорэтан:
С2Н6 + Cl2 = C2H5Cl + HCl
(на свету);
Cl–CH2–CH3 + NaOH(водный р-р) → HO–CH2–CH3 + NaCl.
4. Получить уксусную кислоту можно окислением этилового спирта, причем
промежуточным продуктом окисления будет являться уксусный альдегид:
5C2H5OH + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5CH3CHO + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O;
5CH3CHO + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5CH3COOH + K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O.
Внимание! Засчитываются любые верно составленные уравнения химических
реакций (не схемы!), отвечающие условию и позволяющие получить этанол и
уксусную кислоту.
За описание методики эксперимента для получения эфира
– 5 баллов
(без упоминания о серной кислоте оценка снижается до 3 баллов)
За написание уравнения реакции этерификации
– 2 балла
За написание механизма реакции этерификации
– 5 баллов
За указание роли спирта и кислот – по 1 баллу, всего
– 3 балла
За уравнения получения этанола
– 2 балла
За уравнения получения уксусной кислоты
– 3 балла
Максимальное число баллов за задачу
– 20 баллов
Максимальное число баллов за задачи 11 класса
– 120 баллов
61