типовой вариант примеров с решениями для итогового тура

Олимпиада по химии для школьников.
II тур.
Учащимся 11 классов предлагается два варианта заданий, каждый из которых
содержит по 10 задач и заданий на следующие темы:
- строение атома;
- качественное и количественное определение неорганических и органических
соединений;
- классы неорганических и органических соединений;
- окислительно-восстановительные реакции;
- активность металлов;
- расчет по уравнению реакции;
- скорость реакции, химическое равновесие;
- массовая доля;
- объемные отношения газов;
- вывод формулы органического вещества.
Уровень сложности заданий оценивается в баллах, которые указаны в
скобках. При условии правильного решения всех задач, участник олимпиады
набирает 100 баллов.
Варианты заданий II тура олимпиады.
Вариант 1.
1. Химический элемент состоит из двух изотопов, находящихся в
соотношении 9:1. Ядро первого изотопа содержит 10 протонов и 10 нейтронов,
ядро второго – 10 протонов и 12 нейтронов. Вычислить относительную атомную
массу химического элемента. (5 баллов).
2. В четырех пробирках имеются растворы хлорида натрия, карбоната натрия,
нитрата серебра и фосфорной кислоты. Используя только эти вещества
идентифицируйте содержимое пробирок. (10 баллов).
3. Напишите реакции для следующих превращений:
Fe→FeCl2→Fe(OH)2→Fe(OH)3→[Fe(OH)2]2SO4→FeOHSO4→Fe(HSO4)3→
→Fe(OH)3→Fe2O3→Fe. (5 баллов).
Приведите сокращенные ионно-молекулярные уравнения для ионных реакций, для
окислительно-восстановительных реакций составьте схемы электронного баланса.
4. Допишите уравнения реакций. Укажите окислитель и восстановитель.
Составьте схемы электронного баланса. (10 баллов).
KNO3 + Al + … + … → NH3 + k[Al(OH)4]
P4 + AgNO3 + … → H3PO4 + … + …
H2O2 + … + NaOH→ Na2CrO4 + Na2SO4 + …
Cr(OH)3 + NaOH(конц.) + H2O2(конц.) → …. + Н2О
Li2S + HNO3(конц.) → … + … + S + H2O
K2MnO4 + K3PO4 + H2O → KMnO4 + … + KOH
5. При растворении смеси опилок меди, железа и золота в концентрированной
азотной кислоте образовалось 6,72 л (н.у.) газа и 8,55 г нерастворившегося остатка.
При растворении такой же навески в соляной кислоте выделилось 3,36 л газа (н.у.).
Определите процентный состав смеси. (15 баллов).
6. Из 200 мл озонированного воздуха после разложения содержащегося в нем
озона образовалось 216 мл газа. Вычислите объемную долю озона в воздухе. (10
баллов).
7. Через некоторый промежуток времени после начала реакции 3А + В → 2Д
концентрации веществ оказались равны: [A] = 1,8 моль/л, [B] = 1 моль/л, [Д] = 0,8
моль/л. Чему равна начальная концентрация вещества А ([A]0)? (5 баллов).
8. Имеется раствор карбоната натрия с массовой долей 0,1. Сколько этого
раствора надо взять и сколько к нему добавить кристаллогидрата Na2CO3.10H2O,
чтобы получить раствор карбоната натрия массой 540 г и массовой долей 0,15. (10
баллов).
9. При сгорании 13,44 л смеси СО, СН4 и С2Н2 образовалось 17,92 л СО2 и 9 г
воды. Объемы газов измерены при нормальных условиях. Сколько литров каждого
газа содержалось в смеси? (15 баллов).
10. Раствор фенола в метаноле массой 73,4 г реагирует без остатка с 960 г 5%ного раствора брома. Найдите объем водорода (н.у.), который выделится при
действии 183,5 г такого раствора фенола в метаноле на избыток натрия. (15
баллов).
Вариант 2.
1. Даны неполные структуры атомов элементов: …3d14s2; …5s25p6;
…4f55d16s2. Составьте полные электронные формулы атомов элементов,
определите порядковый номер элемента, а также семейство и группу, к которым
они относятся. (5 баллов).
2. В смеси солей в твердом виде находятся хлорид натрия, карбонат магния и
сульфат бария. Разделить смесь на компоненты и доказать наличие каждого
компонента. (10 баллов).
3. Напишите реакции для следующих превращений:
Al→Al(NO3)3→Al(OH)3→Na3[Al(OH)6]→Al2(SO4)3→Al(HSO4)3→Al(OH)3→Al2O3→
→Al. (5 баллов).
Приведите сокращенные ионно-молекулярные уравнения для ионных реакций, для
окислительно-восстановительных реакций составьте схемы электронного баланса.
4. Допишите уравнения реакций. Укажите окислитель и восстановитель.
Составьте схемы электронного баланса. (10 баллов).
H2O2 + H2SO4 + KMnO4 → MnSO4 + …
H2C2O4 + H2SO4 + KMnO4 → CO2 + …
KI + H2O2 + H2SO4 → I2 +…
NaCrO2 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + …
Cu2S + HNO3 → Cu(NO3)2 + SO2 + …
K2SO3 + H2O + KMnO4 → MnO2 + …
5. Имеется сплав двух металлов. Один компонент сплава растворяется в
щелочах, оба металла растворяются в хлороводородной кислоте. В соединениях
оба металла проявляют степень окисления +2. При действии раствора гидроксида
натрия на образец сплава массой 5,7 г выделился водород объемом 2,24 л (н.у.).
Масса нерастворившегося остатка составила 4,8 г. При растворении образца сплава
массой 3,42 г в хлороводородной кислоте образовался водород объемом 4,032 л
(н.у.). Назовите металлы, образующие сплав. Вычислите их массовые доли. (15
баллов).
6. Определите формулу оксида элемента II группы, если из 6,84 г гидроксида
этого элемента можно получить 11,88 г его бромида. Какие вещества и в каком
количестве выделятся на катоде при полном электролизе бромида этого металла.
(10 баллов).
7. Обратимая реакция описывается уравнением А + В ↔ С + Д. Смешали по
одному молю всех веществ. После установления равновесия в смеси обнаружено
1,5 моля вещества С. Вычислите константу равновесия данной системы. (5
баллов).
8. 35,5 г оксида фосфора (V) растворили в 200 г 10%-ного раствора
ортофосфорной кислоты. Определите массовую долю растворенного вещества в
полученном растворе. (10 баллов).
9. При полном гидрировании смеси метана и этилена плотность по водороду
возросла на 0,4. Определите объемные доли газов в исходной смеси. (15 баллов).
10. 1,038 г углеводорода А, массовая доля углерода в котором составляет
94,737% полностью реагирует с 0,23 г натрия. При полном гидрировании вещества
А образуется вещество Б, в котором массовая доля углерода составляет 83,72%.
Определите возможные структуры вещества А. (15 баллов).
Примеры решения задач.
1. Атомная масса химического элемента «Сl» равна 35,5 а.е.м. Этот элемент
имеет два изотопа 3517Cl и 3717Cl. Определите массовые доли каждого изотопа.
Решение:
Пусть х – массовая доля изотопа 3717Cl, %;
(100 – х) – массовая доля изотопа 3517Cl, %;
А – атомная масса химического элемента «Cl»
А =(х.М(37Cl) + (100-x).M(35Cl))/100
35,5 = (37x + 35(100-x))/100
х=25%
Ответ: массовая доля изотопа 37Cl - 25%, массовая доля изотопа 35Cl – 75%.
2. В трех пронумерованных пробирках без этикеток находятся растворы
соляной и азотной кислоты, а также раствор нитрата бария. С помощью каких
химических реакций можно распознать эти вещества?
Решение:
Берем пробы из пробирок №1, 2, 3. В каждую пробирку добавляем по каплям
раствор нитрата серебра. В пробирке, где находится соляная кислота, выпадет
белый осадок по реакции:
HCl + AgNO3 = AgCl↓ + HNO3
В две оставшиеся пробирки добавляем раствор серной кислоты. В пробирке,
где находится нитрат бария, выпадет белый кристаллический осадок сульфата
бария по реакции:
Ba(NO3)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HNO3
В оставшейся пробирке содержится азотная кислота.
3. Две пластины двухвалентного металла одинаковой массы погрузили в
раствор нитрата свинца (II) и нитрата меди (II).Через некоторое время масса
пластинки в нитрате свинца увеличилась на 19%, а в растворе нитрата меди
уменьшилась на 9,6%. Какой металл был взят?
Решение:
Уравнения реакций, которые протекают в растворах:
Ме + Pb(NO3)2 = Me(NO3)2 + Pb
Me + Cu(NO3)2 = Me(NO3)2 + Cu
Δm1 = m(Pb) – m(Me)
Δm2 = m(Me) – m(Cu)
Δm1 – увеличение массы одной пластинки, г
Δm2 – уменьшение массы второй пластинки, г
m – масса исходной пластинки, г
19 = (Δm1/m).100
9,6 = (Δm2/m).100
(Δm1/19).100 =( Δm2/9,6).100
Δm1.9,6.100 = Δm2.19.100
(m(Pb) – m(Me)),9,6 = (m(Me) – m(Cu)).19
9,6m(Pb) + 19m(Cu) = 19m(Me) + 9,6m(Me)
9,6.207 + 19.64 = 28,6m(Me)
m(Me) = 112
M = 112г/моль
Ответ: металл Cd.
4. В водный раствор гидроксида натрия массой 50 г опустили кусочек
металлического натрия массой 2,3 г. После окончания реакции в сосуде находится
раствор гидроксида натрия с массовой долей растворенного вещества 10%.
Определите массовую долю гидроксида натрия в исходном растворе.
Решение:
По уравнению реакции рассчитаем массу образовавшегося NaOH и
выделившегося водорода исходя из массы натрия.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
2.23 г Na – 2.40 г NaOH
2,3 г Na - x г NaOH
m(NaOH) = x = (2,3.2.40)/(23.2) = 4 г
2.23 г Na – 2. г NaOH
2,3 г Na – y г Н2
m(H2) = y = 2,3.2/(2.23) = 0,1 г
После погружения в раствор натрия и выделения водорода масса раствора
стала:
mр = 50+2,3 – 0,1 = 52,2 г
Так как массовая доля NaOH в полученном растворе стала 10%, найдем массу
растворенного вещества в нем:
m’(NaOH) = 52,2.0,1 = 5,22 г ~ 5,2 г
Масса NaOH в исходном растворе:
5,2 – 4,0 1,2 г
Массовая доля NaOH в исходном растворе:
ω(NaOH) = 1,2.100 /50 =2,4%
Ответ: массовая доля гидроксида натрия в исходном растворе 2,4%.
5. Определите величину константы равновесия процесса
СО(г) + 2Н2(г) ↔ СН3ОН(г), если начальные концентрации реагирующих
веществ (в моль/л) составили 1,2 и 1,5 для оксида углерода (II) и водорода
соответственно, а равновесие установилось, когда прореагировало 65% взятого
водорода.
Решение:
Кр = [CH3OH]p/[CO]p[H2]p2
Прореагировало 65% водорода: 1,5 . 0,65 = 0,975 моль/л
Равновесная концентрация водорода составила:
[H2]p = 1,5 – 0,975 = 0,525 моль/л
По уравнению реакции 1 моль СО взаимодействует с 2 молями водорода,
поэтому с 0,975 молями водорода взаимодействует 0,4875 моль СО.
К моменту равновесия СО осталось
[CO]p = 1,2 – 0,4875 = 0,7125 моль/л
По уравнению реакции количество образовавшегося СН3ОН равно количеству
СО, вступившего в реакцию:
[CH3OH]p = 0,4875 моль/л
Кр = 0,4875/0,7125.0,5252 = 2,48
Ответ: константа равновесия процесса 2,48.
6. При термохимическом разложении оксида серы (VI) глубина протекания
реакции составила 80%. Все вещества находятся в газообразном состоянии.
Вычислите плотность по водороду полученной смеси.
2SO3 ↔ 2SO2 + O2
Пусть в реакцию вступает 2 моля SO3, т.к. глубина протекания реакции 80%,
то при этом образуется:
2.0,8 = 1,6 моль SO2 и 0,8 моль О2
Прореагировало: 2.0,8 = 1,6 моль SO3
Осталось: 2 – 1,6 = 0,4 моль SO3
Полученная смесь газов состоит из: 1,6 моль SO2, 0,8 моль О2, 0,4 моль SO3
Найдем молярную массу полученной смеси:
Мсм = (1,6.64+0,8.32+0,4.80)/(1,6+0,8+0,4) = 57,14 г/моль
Плотность по водороду составит:
ДН2 = Мсм/МН2 = 57,14:2 = 28,57
Ответ: плотность по водороду полученной смеси 28,57.
7. На формальдегид полученный окислением метана подействовали избытком
свежеосажденного гидроксида меди (II) и получили красно-коричневый осадок.
При действии на осадок избытка разбавленной азотной кислоты выделился 1 л газа
(н.у.). Найдите объем исходного метана.
СН4 → НСОН
НСОН + 2Cu(OH)2 → Cu2O + HCOOH
3Cu2O + 14HNO3 = 6Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 7H2O
Из уравнений реакций количества Cu2O, HCOH, CH4 равны между собой.
Количество NO, выделившегося в результате реакции, равно:
n=1/22,4 = 0,0446 моль
Количество Cu2O:
n(Cu2O) = 0,0446.3:2 = 0,0669 моль
Количество СН4:
n(CH4) = n(Cu2O) = 0,0669 моль
Объем СН4 равен:
V = 0,0669.22,4 = 1,5 л
Ответ: объем метана 1,5 л.