Департамент образования Нижегородской области Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Департамент образования Нижегородской области
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Всероссийская олимпиада школьников
Районный этап
2007-2008 учебный год
9 класс
1. В двух пробирках находятся растворы сульфата цинка и гидроксида
натрия.
1. Напишите, каким образом, выполняя только смешивание этих растворов,
установить содержимое каждой их пробирок.
2. Напишите уравнения протекающих реакций.
2. Для дыхания водолазов используется искусственный воздух,
содержащий кислород и гелий. Рассчитайте объемные доли этих газов в смеси,
если «гелиевый воздух» в 3 раза легче обычного.
3. В результате нагревания образца бертоллетовой соли массой 49.0 г
получен твердый остаток массой 34.6 г. Исходное вещество прореагировало
полностью.
1. Напишите формулы и названия твердых веществ, оказавшихся в твердом
остатке.
2. Напишите уравнения протекающих реакций.
3. Рассчитайте массовые доли веществ в твердом остатке.
4. Напишите, что представляют собой и какие вещества содержат
известняк, негашеная известь, гашеная известь, известковая вода и известковое
молоко.
Всероссийская олимпиада школьников
Районный этап
2007-2008 учебный год
9 класс
Решения задач
1.
1. Наливаем небольшое количество одного из растворов и постепенно
добавляем к нему избыток второго раствора. Вначале выпадает осадок
гидроксида цинка. Если вторым (добавляемым) раствором является раствор
сульфата цинка, то в избытке этого раствора осадок не растворится. Но если
добавляемым раствором окажется раствор гидроксида натрия, то осадок
растворится.
2. Уравнения реакций:
2 NaOH + ZnSO4  Zn(OH)2 + Na2SO4,
2 NaOH + Zn(OH)2  Na2[Zn(OH)4].
2. Пусть φ – объемная доля кислорода в искусственном воздухе. Тогда (1-φ)
– объемная доля гелия в нем. Исходя из определения относительной плотности
газа, зависимости молярной массы газовой смеси от ее состава и природы
компонентов и принимая во внимание значение молярной массы воздуха, равное
29 г / моль, получаем уравнение:
32φ + 4(1 – φ) = 29 / 3.
В результате тождественных преобразований получаем φ = 0.202. Таким
образом, гелиевый воздух содержит 20.2 % кислорода и 79.8 % гелия по объему.
3. 1. В твердом остатке содержатся два соединения: хлорид калия KCl и
перхлорат калия KClO4.
2. Уравнения реакций:
2 KClO3  2 KCl + 3 O2,
4 KClO3  3 KClO4 + KCl.
3. Уменьшение массы смеси на 49.0 – 34.6 = 14.4 г связано с выделением
кислорода по первой реакции. Количество вещества кислорода 0.45 моль. Это
значение позволяет заключить, что по первому уравнению разложилось 0.30 моль
хлората калия и образовалось 0.30 моль хлорида калия.
Первоначальное количество вещества хлората калия составляет 0.40 моль.
Следовательно, по второй реакции произошло превращение остающихся 0.10
моль хлората калия. Принимая во внимание стехиометрические коэффициенты,
получаем, что в результате второй реакции образуется 0.075 моль перхлората
калия и 0.025 моль хлорида калия.
Твердый остаток состоит из 0.325 моль хлорида калия (или 24.2 г KCl) и
0.075 моль перхлората калия (или 10.4 г KClO4). Массовая доля хлорида калия
равна 70 %, перхлората калия – 30 %.
4. Известняк представляет собой природный твердый материал, основным
составляющим веществом которого является карбонат кальция CaCO3.
Негашеная известь – продукт прокаливания известняка, основной
компонент – оксид кальция CaO.
Гашеная известь – твердый продукт взаимодействия негашеной извести с
водой, сопровождающегося выделением значительного количества теплоты.
Основной компонент гашеной извести – гидроксид кальция Ca(OH)2.
Известковая вода – насыщенный водный раствор гидроксида кальция.
Известковое молоко – взвесь гидроксида кальция в его насыщенном водном
растворе.
Рекомендации по оценке решения
Задача 1
За методику определения
За 2 уравнения реакций – по 4 балла
Итого
Задача 2
За расчет содержания гелия и кислорода
Итого
Задача 3
За формулы компонентов твердого остатка
За названия компонентов твердого остатка
За 2 уравнения реакций – по 4 балла
За расчет состава твердого остатка
Итого
Задача 4
За указание природы 5 объектов – по 5 баллов
Итого
Максимально возможная оценка
17
8
25
15
15
6
6
8
15
35
25
25
100 баллов
Департамент образования Нижегородской области
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Всероссийская олимпиада школьников
Районный этап
2007-2008 учебный год
10 класс
1. Известно, что ионы Fe2+ окисляются дихромат-ионами, ионы Fe3+
восстанавливаются ионами Sn2+, а ионы Sn4+ восстанавливаются ионами Ti3+.
На основании этих фактов объясните, какие из приведенных ниже окислительновосстановительных реакций могут протекать самостоятельно, и напишите
соответствующие уравнения:
ионы Ti3+ с ионами Cr2O72- или ионы Ti4+ с ионами Cr3+;
ионы Sn2+ с ионами Cr2O72- или ионы Sn4+ с ионами Cr3+;
ионы Ti3+ с ионами Fe3+ или ионы Ti4+ с ионами Fe2+.
2. Монету из медно-серебряного сплава растворили в избытке
концентрированной азотной кислоты. Полученный раствор упарили досуха,
твердый продукт прокалили при температуре 500 оС до постоянного веса. Масса
полученного в результате этого остатка на 15 % больше массы исходной монеты.
Рассчитать содержание металлов в монете. Записать уравнения реакций.
3. В 10 пронумерованных пробирках находятся растворы следующих
веществ: NaOH, HgNO3, NH4OH, AgNO3, Pb(NO3)2, H2SO4, Cu(NO3)2, HNO3,
AlCl3, SnCl2.
Расставьте их в необходимом порядке, если известно, что:
№ 1 образует осадки с №№ 3 и 5.
№ 2 образует осадки с №№ 3, 5, 7 и 8. Осадки № 2 с №№ 7 и 8 растворимы в
№ 10. № 2 образует осадок с № 9 при больших концентрациях обоих.
№№ 3, 5, 6 образуют осадки с №№ 7 и 8, растворимые в №№ 9 и 10.
Осадки №№ 3 и 5 с №№ 7 и 8 растворимы в избытке № 7, а осадки № 6 с №№ 7 и
8 легко растворимы в избытке № 8 и большом избытке № 7.
№ 4 образует осадки с №№ 3, 5, 7, 8, 9, растворимые в избытке № 7. Кроме того,
осадки № 4 с №№ 3 и 5 растворимы в горячей воде.
Ваши рассуждения подтвердите уравнениями химических реакций.
4. В 1-литровой колбе при 406.5 К и давлении 101325 Па находится смесь
газообразного углеводорода с кислородом, причем кислорода в смеси вдвое
больше, чем необходимо для полного сгорания углеводорода. В результате
сгорания образовалось 0.162 г воды и давление в сосуде (при той же
температуре) увеличилось на 5 %.
1. Приведите структурные формулы и названия возможных углеводородов.
2. Какой из изомеров способен образовывать полимер? Приведите формулу
полимера.
3. Известно несколько разновидностей данного полимера в зависимости от
строения.
Приведите
структурные
их
формулы
и
названия.
Всероссийская олимпиада школьников
Районный этап
2007-2008 учебный год
10 класс
Решения задач
1. В окислительно-восстановительных реакциях одни ионы окисляются, а
другие восстанавливаются. Чтобы реакция протекала самопроизвольно,
стандартный нулевой потенциал ионов-окислителей должен превышать
стандартный нулевой потенциал ионов-восстановителей. Первая группа реакций
позволяет расположить окислительные потенциалы в порядке возрастания:
Е0(Cr2O72- / Cr3+)  Е0(Fe3+ / Fe2+)  Е0(Sn4+/ Sn2+)  Е0(Ti4+/ Ti3+)
Из полученного ряда вытекает, что самопроизвольно в указанных условиях
будут идти следующие реакции:
1) 6 Ti3+ + Cr2O72- + 14 H+  2 Cr3+ + 6 Ti4+ + 7 H2O;
2) 3 Sn2+ + Cr2O72- + 14 H+  2 Cr3+ + 3 Sn4+ + 7 H2O;
3) Ti3+ + Fe3+  Fe2+ + Ti4+.
2. Пусть масса монеты х г, а масса меди в ней у г.
Тогда количество меди в монете n(Cu) = y / 64 = 0.0156y,
а количество серебра n(Ag) = (x - y) / 108 = 0.00926(x - y).
При растворении монеты в концентрированной азотной кислоте протекают
следующие реакции:
Ag + 2 HNO3(конц)  AgNO3 + NO2 + H2O и
Cu + 4 HNO3(конц)  Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O.
Твердый продукт после растворения – смесь нитратов серебра и меди.
При прокаливании твердого продукта протекают реакции:
2 AgNO3  2 Ag + 2 NO2 + O2 и
2 Cu(NO3)2  2 CuO + 4 NO2 + O2.
Окончательный остаток – смесь серебра и оксида меди (II).
По условию и в соответствии с принятыми обозначениями масса остатка
равна: m(остатка) = 1.15х. С другой стороны,
m(остатка) = m(Ag) + m(CuO) = n(Ag)  M(Ag) + n(CuO)  M(CuO) =
= n(Ag)  M(Ag) + n(Cu)  M(CuO)= 0.00926(x - y) ·108 + 0.0156y · 80 =
= (x - y) + 1.25y = x + 0.25y.
Тогда: 1.15х = x + 0.25y
0.15х = 0.25y
x = 1.67y
Массовая доля меди в монете равна:
(Cu) = m(Cu) / m(монеты) = m(Cu) / [m(Cu) + m(Ag)] = y / x = y / (1.67y) =
= 1 / 1.67 = 0.60 или 60%, тогда содержание серебра в монете 40%.
3. № 1 - HgNO3, № 2 – AgNO3, № 3 - AlCl3, № 4 - Pb(NO3)2, № 5 - SnCl2,
№ 6 - Cu(NO3)2, № 7 - NaOH, № 8 - NH4OH, № 9 - H2SO4, № 10 - HNO3.
Hg+ + Cl-  HgCl 
Ag+ + Cl-  AgCl 
AgCl + 2 NH4OH  [Ag(NH3)2]Cl + 2 H2O
2 Ag+ + 2 OH-  Ag2O + H2O
2 Ag+ + SO42-  Ag2SO4 
Ag2O +2 NH4OH  [Ag(NH3)2]2O+ 4 H2O
AlCl3 + 3 OH-  Al(OH)3 + 3 ClAl(OH)3 + NaOH  Na[Al(OH)4]
Pb2+ + 2 Cl-  PbCl2 
Al(OH)3 + 3 H+  Al3+ + 3 H2O
Pb2+ + 2 OH-  Pb(OH)2 
Pb2+ + SO42-  PbSO4 
Cu2+ + 2 OH-  Cu(OH)2 
PbSO4 + NaOH  Na2[Pb(OH)4] + Na2SO4
Cu(OH)2 + 2 H+  Cu2+ + 2 H2O
Cu(OH)2 + 4 NH4OH  [Cu(NH3)4](OH)2 + 4 H2O
Cu(OH)2 + 2 NaOH  Na2[Cu(OH)4]
4. Реакция полного сгорания углеводорода описывается уравнением:
СхНу + (х + у/4) О2  х СО2 + у/2 Н2О
n1(смеси)=PV/RT = 101.325 кПа  1 л / [8.314 (кДжмоль-1К-1)  406.5 К] =
0.03 моль
Увеличение на 5 % давления по окончании реакции означает и такое же
увеличение числа моль смеси:
n2(смеси) = 0.03 + (0.03  0.05) = 0.0315 моль
n(H2O) = 0.162 / 18 = 0.009 моль
Пусть в исходной смеси было n моль углеводорода, тогда кислорода 2n(х +
у/4), то есть: n + 2n(х + у/4) = 0.03
Поскольку кислород был в избытке, по окончании реакции газовая смесь
состояла из nх моль СО2, nу/2 моль Н2О и n(х + у/4) моль оставшегося О2: nх +
nу/2 + n(х + у/4) = 0.0315.
С учетом nу/2 = 0.009 моль Н2О составим систему уравнений:
n + 2n(х + у/4) = 0.03
nх + nу/2 + n(х + у/4) = 0.0315
nу/2 = 0.009
Решая систему уравнений, получаем n = 0.003 моль, х = 3, у = 6.
1. То есть, общая формула углеводорода С3Н6, чему соответствуют
CH2
пропилен СН2=СН-СН3 или циклопропан
H2C
.
CH2
CH2
CH
2. Полимеризации подвергнется пропилен, образуя полипропилен
CH3
3. Полипропилен бывает:
а) Изотактический (метильные группы по одну сторону боковой цепи)
CH2
CH3
CH3
CH3
C
C
C
H
CH2
H
CH2
CH3
C
CH2
H
CH2
H
n
n
б) Синдиотактический (заместители располагаются поочередно по разные
стороны основной цепи)
CH2
CH3
H
C
C
H
CH2
CH3
H
C
CH2
CH3
H
C
CH2
CH2
CH3
n
в) Атактический (с неупорядоченным расположением заместителей)
CH2
CH3
CH3
H
CH3
C
C
C
C
H
CH2
H
CH2
CH2
H
CH3
CH2
n
Рекомендации по оценке решения
Задача 1
За уравнения 3 уравнения реакций – по 4 балла
Объяснение
Итого
Задача 2
За уравнения реакций растворения – по 2 балла
За уравнения реакций разложения – по 3 балла
За расчет содержания (массовой доли) одного из металлов
За расчет содержания (массовой доли) другого металла
вычитанием
Итого
Задача 3
За правильное указание номеров пробирок – по 1.5 баллов
За уравнения реакций
Итого
Задача 4
За уравнение горения углеводорода
За расчет молей смеси до реакции и по ее окончании – по 2 балла
За расчет молей воды
За установление общей формулы С3Н6
За структурные формулы пропилена, циклопропана,
полипропилена и трех его разновидностей – по 2 балла
Итого
Максимально возможная оценка
12
10.5
22.5
4
6
12
6
28
15
8.5
23.5
2
4
1
7
12
26
100 баллов
Департамент образования Нижегородской области
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Всероссийская олимпиада школьников
Районный этап
2007-2008 учебный год
11 класс
1. В промышленности при 500 С в присутствии катализатора – силиката
алюминия и циркония – проводят изомеризацию мета-ксилола в более ценные
орто- и пара-ксилолы. Константы равновесия реакций превращения метаксилола в орто-ксилол K1 = 0.33, в пара-ксилол K2 = 0.42. Полученную
равновесную смесь изомеров разделяют физическими методами, выходы ортоксилола и пара-ксилола на стадии выделения составляют соответственно 80 и 75
%. Вычислите, сколько килограммов орто-ксилола и пара-ксилола можно
получить из 530 кг мета-ксилола.
2. Пиридин – шестичленное азотсодержащее гетероциклическое
соединение.
1. Какой объем смеси хлороводорода и азота, имеющей плотность по
воздуху, равную 1, нужно пропустить через 50 г 10 %-ного раствора пиридина,
чтобы массовые доли пиридина и его соли стали равны?
2. Укажите природное сырье, из которого выделяют пиридин.
3. Укажите биологически активные химические вещества, в состав молекул
которых входит пиридиновое кольцо.
3. Одним из методов получения фенола является реакция диазотирования:
OH
NH2
+ HNO2
+ N2 + H2O
Используя представленную реакцию, расшифруйте цепочку превращений:
CH3
HNO 3
H2SO4
A
Fe + HCl
B
NaNO2 + HCl
C
CH3COOH
H
D
KMnO4
H2SO4
E
Вещество А - орто-изомер.
Напишите уравнения приведенных реакций, используя структурные
формулы для органических веществ. Приведите названия веществ A, B, C, D, E.
Каково применение вещества Е?
4. Образец дихромата аммония массой 40 г, содержащий нелетучие
примеси, устойчивые к нагреванию, подвергли термическому разложению. Один
из продуктов реакции представляет собой газ, молекулы которого двухатомны,
причем масса 1 л газа при 30 С и 0.44 атм. равна 0.504 г. Другой продукт
разложения представляет собой амфотерный оксид металла.
1. Напишите уравнение реакции.
2. Определите степень чистоты образца (в процентах по массе), если масса
твердого осадка, состоящего из оксида металла и твердых примесей, равна 30 г.
3. Каким образом из оксида металла можно получить свободный металл?
Всероссийская олимпиада школьников
Районный этап
2007-2008 учебный год
11 класс
Решения задач
1. Реакции изомеризации:
CH3
K1
CH3
CH3
CH3
K2
CH3
;
CH3
CH3
CH3
Поскольку в задаче речь идет об изомерных веществах, имеющих одну и ту
же молярную массу, константы равновесия можно выразить через массы веществ
в равновесной смеси:
К1 = m(орто-) / m(мета-); К2 = m(пара-) / m(мета-)
Пусть равновесная смесь содержит x кг мета-ксилола, y кг орто-ксилола и
z кг пара-ксилола. На основании данных, приведенных в условии задачи, можно
составить систему уравнений:
x + y +z = 530
у/х = 0.33
z/x = 0.42
Решая это систему, получаем x = 302.86 кг; y = 99.94 кг; z = 127.2 кг.
Найдем массы орто-ксилола (m1) и пара-ксилола (m2) с учетом выходов
продуктов на стадии выделения:
m1 = 0.8 ∙ 99.94 = 79.95 кг
m2 = 0.75 ∙ 127.2 = 95.4 кг
2. Молярная масса газовой смеси составляет М(HCl, N2) = 29 . 1 = 29 г/моль.
Рассчитываем состав газовой смеси. Пусть x - мольная доля HCl, тогда (1 - x) –
мольная доля N2. Составляем выражение для молярной массы газовой смеси:
29 = 36.5x + 28(1 - x), решаем уравнение, x = 0.118. Т.е. мольная доля HCl равна
0.118, а мольная доля азота – 0.882.
Рассчитываем количество пиридина, содержащегося в исходном растворе:
n(C5H5N) = 0.1 . 50 / 79 = 0.063 моль.
N + HCl
NHCl
Пусть y моль соли образуется, тогда (1 - y) моль пиридина остается. По
условию массы соли и оставшегося пиридина равны, следовательно:
115.5y = 79(0.063 - y). Решаем уравнение, y = 0.026.
Т.е. 0.026 моль пиридина вступило в реакцию, следовательно,
прореагировало 0.026 моль
(0.026 . 22.4 = 0.5824 л) хлороводорода. Объем
смеси V(HCl, N2) = 0.5824 / 0.118 = 4.94 л.
2. Пиридин выделяют из каменноугольного дегтя, из костного масла,
полученного при пиролизе костей.
3. Ядро пиридина содержится в молекулах витамина РР, а также входит в
состав лекарственного препарата – сульфидина.
3. Уравнения реакций:
1.
CH3
+ HNO 3
CH3
CH3
NO 2
H2SO4
+
- H2O
NO2
2.
A
CH3
CH3
NH2
NO 2
+ 3Fe + 6HCl
+ 3FeCl2 + 2H2O
B
CH3
CH3
3.
NH2
OH
+ NaNO2 + HCl
+ N2 + NaCl + H2O
C
4.
CH3
CH3
OH
+ CH 3COOH
OCCH3
O
H
+ H2O
D
CH3
5.
5
OCCH3
O + 6KMnO4 + 9H2SO4
5
COOH
OCCH3
+ 6MnSO4 + 3K2SO4 +14H2O
O
E
Названия веществ:
A – орто-нитротолуол
B – орто-толиламин
C – орто-крезол (орто-метилфенол)
D – орто-крезиловый эфир уксусной кислоты
E – ацетилсалициловая кислота (аспирин)
Ацетилсалициловая кислота применяется в качестве жаропонижающего,
болеутоляющего и противовоспалительного средства в медицине и в качестве
консерванта в пищевой промышленности.
4. Вычислим молярную массу двухатомного газа:
М=mRT / (PV) = 0.504  0.082  303 / (0.44  1) = 28 г/моль.
Следовательно, в результате реакции выделяется N2. Образующийся
амфотерный оксид металла представляет собой Cr2O3. Разложению дихромата
аммония отвечает уравнение:
(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + 4 H2О + N2
2 N-3 – 6e = N20
1
2 Cr+6 + 6e = 2 Cr+3
1
При разложении 1 моль (NH4)2Cr2O7 (М = 252 г/моль) образуется один моль
Cr2O3 (М = 152 г/моль). Если в исходной смеси было х г дихромата и у г нелетучих
примесей, т.е. х + у = 40 (1), то масса полученного осадка равна
(152 / 252)х + у = 30 (2).
Решая систему алгебраических уравнений (1) и (2), получаем х = 25.2 г
(NH4)2Cr2O7. Следовательно, степень чистоты взятой соли составляет:
 = 25.2 / 40 = 0.63 (63 %).
3) Наиболее простой способ выделения хрома из его оксида – реакция
алюмотермии: Cr2O3 + 2 Al = Al2O3 +2 Cr.
Рекомендации по оценке решения
Задача 1
За уравнения реакций изомеризации - по 1 баллу
За правильное применение формул констант реакций - по 2 балла
За расчет масс орто- и пара-изомеров без учета выходов -по 5
баллов
За расчет масс орто- и пара-изомеров с учетом выходов - по 4
балла
Итого
Задача 2
За расчет молярной массы газовой смеси
За расчет состава газовой смеси
За формулу (1 балл) и расчет количества пиридина (2 балла)
За уравнение реакции
За расчет количества прореагировавшего пиридина
За определение объема смеси
За указание природного сырья
За указание биологически активных химических веществ
Итого
Задача 3
За реакции 1, 2, 4, 5 - по 3 балла
За реакцию 3
За написание структурных формул
За названия веществ A, B, C по 1 б
За названия веществ D, E по 2 б.
За применение ацетилсалициловой кислоты
Итого
Задача 4
Расчет молярной массы газа
Уравнение реакции разложения
Вычисление степени чистоты образца
Итого
Максимально возможная оценка
2
4
10
8
24
1
7
3
2
5
2
3
2
25
12
4
2
3
4
3
28
3
10
10
23
100 баллов