РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ МУНИЦИПАЛЬНОГО ЭТАПА

РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ МУНИЦИПАЛЬНОГО ЭТАПА
ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ 2014 ГОД
8 КЛАСС
(всего 40,5 балла)
ЗАДАНИЕ №1
Бирюза – гидратированный ортофосфат-гидроксид меди и алюминия состава
CuAl6(OH)8(PO4)4 · 5H2O – издавна считалась камнем победы и счастья.
А) Определите количества (моль) меди, алюминия, фосфора, кислорода и водорода в
0,01 моль бирюзы.
Б) Рассчитайте число атомов меди, алюминия, фосфора, кислорода и водорода в 0,01
моль бирюзы.
В) Какова массовая доля меди, алюминия, фосфора, кислорода и водорода в данном
соединении?
РЕШЕНИЕ: n(Cu) = 1 · 0,01моль = 0,01моль;
n(Al) = 6 · 0,01 моль = 0,06 моль;
n(P) = 4 · 0,01 моль = 0,04 моль;
n(O) = 29 · 0,01 моль = 0,29 моль;
n(H) = 18 · 0,01 моль =0,18 моль.
Число атомов считаем по формуле:
N = NA · n, где NA = 6,02 · 1023(моль-1).
N(Cu) = 6,02 · 1023моль-1 · 0,01 моль = 6,02 · 1021;
N(Al) = 6,02 · 1023моль-1 · 0,06 моль = 3,61 · 1022;
N(P) = 6,02 · 1023(моль-1) · 0,04 моль = 2,41 · 1022;
N(O) = 6,02 · 1023(моль-1) · 0,29 моль = 1,75 · 1023;
N(H) = 6,02 · 1023(моль-1) · 0,18 моль = 1,08 · 1023.
М(CuAl6(OH)8(PO4)4 · 5H2O) = 832 г/моль.
w(Cu) = 64 : 832 = 0,0769 или 7,69%;
w(Al) = 162 : 832 = 0,1947 или 19,47%;
w(Р) = 124 : 832 = 0,1490 или 14,90%;
w(О) = 464 : 832 = 0,5577 или 55,77%;
w(Н) = 18 : 832 = 0,0216 или 2,16%.
За каждое выполненное верно расчетное действие (независимо от способа решения) – 0,5 балла,
итого – 7,5 баллов.
ЗАДАНИЕ №2
Укажите химические формулы газов: азот, хлороводород, водород, аммиак, хлор,
угарный газ, сероводород, углекислый газ. Какие из этих газов являются простыми веществами,
оксидами, имеют окраску, характерный запах, ядовиты? Ответ оформите в виде таблицы,
используя знаки «+» и «-».
РЕШЕНИЕ:
Показатель
Газы
азот хлорово- водород аммиак
хлор
угарный серово- углекисдород
газ
дород
лый газ
Химическая
N2
HCl
H2
NH3
Cl2
CO
H2S
CO2
формула
Простое
+
+
+
вещество
Оксид
+
+
Окраска
светлозелен.
Характерный
+
+
+
+
запах
Ядовит
+
+
+
+
Каждая формула – 0,5 балла (итого – 4 балла).
Все остальные верно указанные данные– 0,1 балл (итого – 4 балла).
Итого – 8 баллов.
+
-
ЗАДАНИЕ №3
Вам выдана смесь следующих веществ: железо, сажа, медь, мел, поваренная соль.
А) Предложите план разделения этих веществ, используя воду и соляную кислоту.
Б) Какое лабораторное оборудование потребуется для разделения этой смеси?
В) Напишите уравнения реакций, которые будут использованы при разделении.
Г) Рассчитайте массу мела в смеси по объему выделившегося газа в 5,6 л.
РЕШЕНИЕ:
А: 1)Железо отделяем магнитом.(1 балл)
2) Оставшуюся смесь поместим в воду – поваренная соль растворится. (0,5 балла)
3) Сажа будет на поверхности раствора. Раствор профильтруем. Сажа останется на
фильтре (1 балл).
4) Фильтрат выпарим, это будет NaCl (0,5 балла).
5) Медь и мел обработаем соляной кислотой. Мел (СаСО3) растворится, а медь останется (1
балл).
Б: Для разделения потребовалось следующее оборудование: магнит, прибор для фильтрования
(штатив с кольцом, воронка, фильтр, стеклянная палочка, сборник фильтрата
(стаканчик)),фарфоровая чашка для выпаривания, нагревательный элемент (спиртовка или
электроплитка), химический стакан для растворения (Полное и адекватное предложенной
схеме разделения оборудование – 1 балл, неполное указание (даже при отсутствии одного
значимого элемента – 0,5 балла)).
В: СаСО3+ 2НСl = CaCl2+ H2O + CO2 (3 балла)
Г: Найдем количество вещества газа СО2:
n(CO2) = 5,6 л : 22,4 моль/л = 0,25 моль;
n(CаСO3) = n(CO2) = 0,25 моль;
m(СаСО3) = 0,25 моль · 100 г/моль = 25 г.(Каждый из элементов – 1 балл, итого – 3 балла).
Итого – 11 баллов.
ЗАДАНИЕ №4
Ранней весной ранним утром, когда температура окружающего воздуха была равна 0°С,
а давление 760 мм. рт. ст., три товарища увидели пустую бутылку на газоне. «Она пуста», сказал один из них. «Нет, она полна до краев, и я знаю формулу вещества, которым она
наполнена», - сказал другой. «Оба вы неправы», - сказал третий товарищ, и для убедительности
провел расчет количества вещества и числа частиц, содержащихся в бутылке. Повторите
доводы и вычисления третьего из товарищей. Рассчитайте молярную массу смеси газов,
находящейся в бутылке.
РЕШЕНИЕ:
В бутылке находится воздух, поэтому ее нельзя считать пустой. Поскольку воздух –
это смесь газов, то нельзя говорить об одном веществе, из которого состоит воздух.
Температура воздуха 0°С (273 К) и давление 760 мм. рт. ст. соответствует нормальным
условиям. При этих условиях в соответствии с законом Авогадро объемом 0,7 (0,5 и т.д.)
может занимать газ количеством вещества, равным
0,7
п=
= 0,03125 моль
22,4
В этом количестве вещества (воздуха) содержится число частиц (различных молекул – в
основном азота и кислорода), равное
N= п NА = 0,03125 (6,02 . 1023)=0,188 . 1023частиц
Молярную массу воздуха можно рассчитать, зная состав воздуха. Принято считать, что
воздух состоит из азота (78% объема), кислорода (21% объема). Поскольку объемные и
мольные доли совпадают, то молярную массу воздуха можно рассчитать по формуле
М (воздуха) = xN2 . M(N2) + xO2 . M(O2)= 0,78 . 28 + 0,21 . 32 = 28,56 г/моль
Среднюю молекулярную массу воздуха принимают равной 29 г/моль
Воздух – смесь газов (1 балл),
Знание нормальных условий (1 балл),
Самостоятельное принятие решения (допуск объема бутылки) (1 балл),
Расчет числа моль, исходя из объема (1 балл),
Расчет числа частиц (1 балл),
Расчет молярной массы воздуха (3 балла).
Итого – 8 баллов.
ЗАДАНИЕ №5
Выведите формулу известного с давних времен противоядия, если 3 моль его весят 474
г., и из них 6 моль атомов Na, 3,612* 1024 атомов S, остальное приходится на кислород. Дайте
название этого вещества.
Решение.
1.
Из условия задачи можно рассчитать молярную массу данного вещества :
М=m/n; M(вещества)=474 г/3 моль=158 г/моль (1 балл)
2.
Рассчитаем число молей атомов Na из пропорции :
На 3 моль вещества приходится 6 моль атомов Na
На 1 моль вещества – X моль атомов Na
Х =n(Na)=2 моль
Таким образом, индекс в химической формуле вещества при символе Na равен 2 (1 балл)
3.
Рассчитаем число молей атомов S
n=N/NA; n(S)=3,612*1024/ 6,02*1023=6 моль атомов S
определяем количество S в одном моль вещества, составив пропорцию
на 3 моль вещества приходится 6 моль атомов S
на 1 моль вещества – Y моль атомов S
Y=n(S)=2 моль атомов (S)
Таким образом, индекс в формуле при символе S равен 2(1 балл)
4.
Молярная масса кислородного фрагмента формулы равна: 158 г/моль – 110
г/моль=48г/моль (1 балл)
5.
Масса 1 моль атомов кислорода равна 16 г
Z =n(O)=48/16=3 моль, следовательно формула вещества - Na2S2O3 (1 балл)
6.
Na2S2O3-тиосульфат натрия (1 балл - за название вещества)
Итого – 6 баллов
РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ МУНИЦИПАЛЬНОГО ЭТАПА
ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ 2014 ГОД
9 КЛАСС
(всего – 38,5 балла)
Задание №1
Смесь железа, магнетита и кремнезема массой 10 г реагирует без остатка с 66,4 мл
12,5 %-ной хлороводородной кислотой (плотность 1,00 г/мл), при этом выделилось 0,56 л газа
(н.у.). Найдите массы веществ в исходной смеси.
Решение
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (1)
- 0,25 баллов
Fe3O4 + 8HCl = FeCl2 + 2FeCl3 + 4 H2O (2)
- 1 балл
SiO2 + HСl ≠
- 0,25 баллов
По уравнению реакции n Fe = n Н2 = 0,56/22,4 = 0,025 моль
m Fe = 0,025 . 56 = 1,4 г
- 0,5 баллов
Количество HСl, вступившей в реакцию равно:
n HСl = V . ρ . ω/ М = 66,4 . 0,125 . 1,00/36,5 =0,227 моль
- 0,75 баллов
.
n HСl (1) = 2 n Н2 = 0.025 2 = 0,05 моль
- 0,25 баллов
n HСl (2) = 0,227 – 0,05 = 0,177 моль
- 0,25 баллов
n Fe3O4 = 1/8 n HСl (2) = 0,177/8 = 0,0227 моль
m Fe3O4 = 0,22 . 232 = 5,1 г
- 0,5 баллов
m SiO2 = 10 – 1,4 – 5,1 = 3,5 г
- 0,25 баллов
Итого: 4 балла
Задание №2
Рассмотрите приведенную схему, отражающую ряд химических превращений. Какие
вещества зашифрованы в схеме буквами A – D? Какие вещества и (или) внешние воздействия
зашифрованы знаком вопроса? Напишите уравнения реакций и укажите условия их
осуществления.
?
D
?
?
Cl2
NaOH (р-р)
?
Al
A
B↓
C (р-р)
?
?
Решение
1. А – AlCl3 (безводный), В – Al(ОН)3, С – Na3[Al(OH)6], D – Al2O3
Знаки вопроса:
CCl4
D
t
NaOH
Cl2
Al
A
Na
NaOH
NaOH (р-р)
B↓
C (р-р)
CO2 (HCl)
- 1 балл
- 1,5 балла
Уравнения реакций:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3 (сжигание металлического Al в сухом хлоре)
- 0,25 баллов
AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl (в растворе)
- 0,25 баллов
Al(OH)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6] (в растворе)
- 0,25 баллов
Na3[Al(OH)6] + 3CO2 = 3NaHCO3 + Al(OH)3 (ток СО2 через раствор) - 0,5 баллов
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O (прокаливание)
- 0,25 баллов
Al2O3 + CCl4 = AlCl3 + 3CO2 или Al2O3 + 3CCl4 = 2AlCl3 + 3COCl2 (пары CCl4 над
раскаленным Al2O3)
- 0,5 баллов
2Al + 6NaOH + 6H2O = 2Na3[Al(OH)6] + 3H2 (при нагревании)
- 0,5 баллов
AlCl3 + 3Na = Al + 3NaCl (при нагревании)
- 0,5 баллов
За каждое условие – по 0,5 баллов
Итого - 9,5 баллов
Задание №3
А.Л. Лавуазье в своих «Мемуарах о кислотах» (1778) писал: «Хотя еще не удалось ни
синтезировать, ни разложить кислоту, которую извлекли из морской соли, нельзя, однако,
сомневаться, что она, подобно всем другим, образована соединением подкисляемого основания
с кислородом. Мы назвали это неизвестное основание, или радикал, муриевым от латинского
слова muria, старинного названия морской соли».
В 1809-1811 гг. Гей-Люссак и Тенар (во Франции) и Дэви (в Англии) исследовали состав
муриевой и оксимуриевой кислот:
1) Оксимуриевую кислоту получали действием муриевой кислоты на на пиролюзит (MnO2);
2) Металлический натрий загорался в желто-зеленом газе (оксимуриевой кислоте), образуя
поваренную соль; та же соль получалась при реакции натрия с газообразной муриевой
кислотой, но одновременно выделялся водород;
3) При пропускании тщательно осушенных газов (муриевой и оксимуриевой кислот)над
раскаленным углем нельзя было заметить признаков их разложения;
4) Фософор загорался в оксимуриевой кислоте, но получалась не фосфорная кислота, а
небольшое количество бесцветной жидкости и белые кристаллы;
5) Муриевую кислоту не удавалось получить, отнимая кислород от оксимуриевой кислоты,
но она всегда получалась при реакции последней с водородом или соединениями, содержащими
водород.
Определите состав муриевой и оксимуриевой кислот. Напишите уравнения реакций,
соответствующих экспериментам 1-5.
Решение
Соли, содержащиеся в морской воде, - это преимущественно хлориды - 0,75 баллов
Таким образом, наиболее вероятно, что муриевая кислота – соляная кислота (или
хлороводородная)
- 2 балла
Тогда, при взаимодействии с пиролюзитом образуется хлор (оксимуриевая кислота) - 2 балла
MnO2 + 4HCl = MnCl2 + 2 H2O + Cl2
- 0,5
2Na + Cl2 = 2NaCl
- 0,25
2Na + 2HCl = 2NaCl + H2
- 0,25
2P +3Cl2 = 2PCl3 (бесцветная жидкость)
- 0,5
2P + 5Cl2 = 2PCl5 (кристаллическое вещество)
- 0,5
Cl2 + H2 = 2HCl
- 0,25
Итого - 7 баллов
Задание №4
После проведения реакции в смеси двух газов ее плотность по воздуху увеличилась до
1,310. При пропускании продуктов реакции через раствор гидроксида натрия их объем
уменьшается вдвое, а плотность остатка по гелию составляет 8,000. Определите качественный и
количественный состав (в объемных %) исходной газовой смеси и состав смеси после реакции.
Напишите уравнения происходящих реакций
Решение
Молярная масса остатка составляет 8 . 4 = 32 (г/моль), что может соответствовать
кислороду – O2.
– 1 балл
Обозначим через х г/моль молярную массу второго газа, этот газ составлял
ровно половину от продуктов реакции.
– 0,25 баллов
Тогда (х+32)/2=1,31. 29, откуда х = 43,98 (г/моль), что может соответствовать газам
CO2, N2O.
– 2 балла
Раствором щелочи может поглощаться CO2. Тогда в смеси после реакции
могут быть CO2 и O2 – (избыток) (1:1).
– 1 балл
Такая смесь может образоваться после взаимодействия CO и O2 (в избытке O2): - 1 балл
2CO + O2 = 2 CO2.
– 0,25 баллов
Тогда исходная газовая смесь – CO и O2 в соотношении 2:(1+2=3),
или 40% CO и 60 % O2.
– 1 балл
Состав смеси после реакции : CO2 (50%), O2 (50%).
– 0,25 баллов
Реакция поглощения CO2: 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O.
– 0,25 баллов
Итого - 7 баллов
Задание №5
В результате попарного сливания растворов протекали обменные реакции, результаты
которых приведены в таблице.
№
раст
вора
1
1
2
Осадок серокоричневого цвета,
растворяющийся в
избытке аммиака
2
Осадок серокоричневого цвета,
растворяющийся в
избытке аммиака
3
Осадок белого цвета,
растворяющийся в
сильных кислотах
4
Видимых изменений
не произошло
Светло-желтый
осадок,
растворяющийся в
сильных кислотах
Желтый
творожистый
осадок, не
растворяющийся в
сильных кислотах
3
Осадок белого
цвета,
растворяющийся
в сильных
кислотах
Светло-желтый
осадок,
растворяющийся
в сильных
кислотах
Выделение
бесцветного газа
4
Видимых
изменений не
произошло
Желтый
творожистый
осадок, не
растворяющийся
в сильных
кислотах
Выделение
бесцветного газа
Определите вещества в пробирках, если известно, что одно из этих веществ – сильная
кислота, другое – щелочь, два других – соли. Какие вещества выпали в осадок и выделились в
виде газа? Составьте уравнения происходящих реакций в каждом случае.
Решение
Вещество 1 – Ва(ОН)2; вещество 2 – AgNO3, вещество 3 - Na2CO3,
вещество 4 - HI.
– по 0,5 баллов за каждое вещество
Вещества, выпавшие в осадок:
осадок серо-коричневого цвета, растворяющийся в избытке аммиака - Ag2O;
осадок белого цвета, растворяющийся в сильных кислотах - ВаСО3;
светло-желтый осадок, растворяющийся в сильных кислотах - Ag2СО3;
желтый творожистый осадок, не растворяющийся в сильных кислотах - Ag I.
выделяющийся газ – СО2
- по 0,5 баллов за каждое вещество
Уравнения протекающих реакций:
Ba(OH)2 +2AgNO3 = Ag2O↓ + Ba(NO3)2 + H2O - 1 балл за молекулярное ур. р.+0,5 балла за
ионное уравнение.
Ba(OH)2 + Na2CO3 = BaCO3↓ + 2NaOH
Ba(OH)2 + 2HI = BaI2 + 2H2O
2AgNO3 + Na2CO3 = Ag2CO3↓+ 2NaNO3
AgNO3 + HI = AgI↓ + HNO3
2HI + Na2CO3 = 2NaI + CO2↑ + H2O
- по 0,5 баллов за каждое уравнение реакции в
молекулярном виде и по 0,5 баллов за ионные
Итого - 11 баллов
РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ МУНИЦИПАЛЬНОГО ЭТАПА
ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ 2014 ГОД
10 КЛАСС
(всего – 64 балла)
Задание №2
При окислении 1 моля неизвестного органического вещества водным раствором
перманганата калия образовались 46,0 г карбоната калия, 66,7 г гидрокарбоната калия,116,0 г
оксида марганца (IV) и вода.
1. Какое вещество подверглось окислению?
2. Напишите уравнения реакций окисления этого вещества раствором перманганата калия в
нейтральной и кислой средах.
3. Рассчитайте массу одной молекулы данного вещества (в граммах).
4. Напишите два уравнения реакций получения данного соединения.
5. Какой объем газа выделится при обработке данного соединения массой 3 г
кислым раствором перманганата калия при температуре 270С и давлении 100 кПа?
Решение
1.Найдем количества образовавшихся веществ:
n(К2СО3)=m/M=46 г/138 г/моль=0,333 моль
n(КНСО3)=m/M=66,7 г/100г/моль=0,667 моль
n(MnО2)=m/M=116г/87г/моль=1,333 моль. (1 балл)
С учетом того, что в реакцию вступило 1 моль органического вещества Х, находим:
n(Х): n(К2СО3): n(КНСО3): n(MnО2)= 1: 0,333: 0,667: 1,333 /0,333
n(Х): n(К2СО3): n(КНСО3): n(MnО2)=3 : 1 :2 : 4 (1 балл)
Составляем уравнение реакции:
3Х+ 4 КMnО4 →К2СО3 +2 КНСО3 + 4MnО2 + zН2О(1 балл)
Из этого уравнения следует, что вещество содержит 1 атом углерода. Пусть его молекулярная
формула СНхОy
Подсчитаем число атомов водорода и кислорода в обеих частях уравнения:
(О) 3y+16=3+6+8+z
(Н) 3х=2+2z
Решая эту систему, получаем: х=2y; при y=1, х=2, что соответствует формуле формальдегида:
СН2О. (1 балл)
2. 5СН2О +4 КMnО4 + 6 Н2SО4 →5 СО2 +2 К2SО4 +4 MnSО4 +11Н2О (1 балл)
3 СН2О + 4 КMnО4 →К2СО3 +2 КНСО3 + 4MnО2 + 2Н2О (1 балл)
3. n(СН2О)= N/Na=1/6,02*1023=0,166*10-23 моль
m(СН2О)=M*n=0,166*10-23моль*30 г/моль=4,98*10-23 г. (1 балл)
4.Возможны реакции:
СН2Cl2 + 2КОН(в)→СН2О + 2КСl+ Н2О
СН3ОН + CuО (t)→CН2О + Сu + Н2О
СН3ОН → CН2О + Н2 ( на медном катализаторе)
Каталитическое окисление метана. (по 1 баллу за правильно написанное уравнение, но не
более 2-х баллов)
5.Находим количество вещества формальдегида:
n(СН2О)=m/M=3 г/30 г/моль=0,1 моль.
По уравнению (1) составим соотношение между количеством вещества формальдегида и
углекислым газом:
n(СН2О): n(СО2)=1:1, n(СО2)= 0,1 моль.
По уравнению Менделеева-Клапейрона найдем объем углекислого газа при заданных условиях:
РV=nRT V=nRT/Р V=2,5 л. (1 балл)
Итого - 10 баллов
Задание №3
Молекулярный азот является инертным веществом, однако его соединения широко
используются в различных отраслях промышленности. Одна из главных проблем производства
азотсодержащих продуктов – проблема связывания азота. Какие методы связывания
атмосферного азота в химические соединения Вы знаете? Приведите уравнения
соответствующих химических реакций.
В лабораторной практике иногда возникает необходимость получить азот высокой
чистоты. Это можно осуществить несколькими способами: термическим разложением азида
натрия (1), окислением водного раствора аммиака водным раствором перманганата калия,
подкисленным серной кислотой (2), пропусканием воздуха через нагретые до 750ºС железные
опилки (3), окислением солянокислого гидразина пероксидом водорода (4) или солянокислого
гидроксиламина хлором (5) и некоторыми другими. Напишите уравнения предложенных
реакций получения азота и мотивированно выберите способ, при котором образуется наиболее
чистый азот.
Решение
Методы связывания атмосферного азота:
1) биохимический метод: основан на деятельности клубеньковых бактерий. При этом азот
связывается в виде солей аммония.
2) получение аммиака: N2+3H2 =2 NH3
3) цианамидный метод: CaC2+N2 = CaCN2+C
CaCN2+3H2O = CaCO3+NH3
4) фиксация при электрическом или грозовом разряде: N2+O2 = 2NO
2NO+O2 = 2NO2
Возможны другие варианты.
Методы получения молекулярного азота:
1) Термическое разложение азида натрия:
3NaN3 → 4N2↑ + Na3N
(иногда предлагается сомнительная схема 2NaN3 → 3N2↑ + 2Na);
2) Окисление водного раствора аммиака водным раствором перманганата калия, подкисленным
серной кислотой:
10NH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5N2↑ + 3K2SO4 + 6MnSO4 + 24H2O;
3) Получение азота пропусканием воздуха через раскалённые железные опилки сводится к
связыванию кислорода воздуха в смешанный оксид железа:
2O2 + 3Fe → Fe3O4,
что приводит к получению на выходе азота;
4) Окисление хлорида гидразиния (солянокислого гидразина) пероксидом водорода:
(N2H4·HCl) или N2H5Cl + 2H2O2 → N2↑ + 4H2O + HCl;
5) Окисление хлорида гидроксиламиния (солянокислого гидроксиламина) хлором:
(NH2OH·HCl) или 2NH3(OH)Cl + Cl2 → N2↑ + 4HCl + 2H2O.
Исходя из приведённых уравнений реакций, можно прийти к заключению, что наиболее чистый
азот получается (1) и (3) способами, так как в остальных случаях азот будет содержать пары
воды, а в случаях (4) и (5) следы хлороводородной кислоты. Однако чистота азота, получаемого
способом (3), во многом зависит от чистоты используемого воздуха. Таким образом, наиболее
подходящим является способ (1).
Система оценивания:
Указание способов связывания азота (уравнения реакций, получаемый продукт) (По 1 баллу за
способ, но не более 3 баллов)
Составление уравнений реакций (1) – (5) 5*1б. = 5 б.
Выбор способа, позволяющего получить наиболее чистый азот, при мотивированном ответе - 2
б., немотивированный ответ не принимается и не оценивается.
Итого - 10 б.
Задание №4
Углеводород Х, содержащий 7,7% водорода (масс.), в ходе ряда последовательных реакций был
превращен в известное средство для лечения чесотки Y:
Перед проведением последней реакции (D + E) щелочной раствор нейтрализовали.
1. Расшифруйте предложенную схему, установите строение всех веществ.
2. Предложите схему синтеза X, исходя из карбоната кальция, если в Вашем распоряжении есть
только неорганические реагенты.
Решение
Углеводород Х – вероятно, бензол. Это подтверждается данными о составе:
С : Н = 92,3/12 : 7,7/1 = 1 : 1.
Простейшая формула СН. Этой формуле удовлетворяют только ацетилен, бензол,
стирол и дифенилэтан.
C6H5COOH+ C6H5-CH2OH→C6H5-COO-CH2-C6H5 + H2O
(Y) 1балл
Получение бензола из карбоната кальция:
CaCO3 → CaO+CO2
CaO + 3C → CaC2 + CO
CaC2 + 2 H2O → Ca(OH)2 + C2H2
3 C2H2 → C6H6 (Cакт, t)
2 балла
Итого - 10 баллов
Задание №5
Решение
Исходя из описания соли, можно предположить, что она не содержит ни фтора, ни брома.
Свойства ее, данные в условии задачи, скорее удовлетворяют хлору. Говоря о мольном
соотношении
ионов
металла
и
галогена,
подавляющее
большинство
солей
кислородсодержащих кислот галогенов содержит один ион металла и один атом галогена,
поэтому соли можно приписать условную формулу MeГOx, где х – количество атомов
кислорода. (1 балл)
Определим состав соли. Пусть масса соли равна 100 граммам, тогда масса галогена
составит
около
29
граммов,
кислорода
–
около
39
граммов,
остальное
(~ 32 грамма) приходится на атом металла. Количество вещества кислорода составит ~ 39 / 16 =
2,44 моль. Предположим, что металл, входящий в состав соли – натрий, тогда его количество
вещества 32 / 23 = 1,39 моль. Соотношение количества вещества натрия и кислорода составит
1,39 : 2,44 = 1 : 1,75. Такой состав соль А иметь не может. Тогда выдвинем предположение, что
металл – калий. Количество вещества калия составит 32 / 39 = 0,82 моль, а соотношение
количества вещества калия и кислорода составит 0,82 : 2,44 = 1 : 3. Таки образом, соль А скорее
всего соль калия состава KГO3. Определим молярную массу галогена: 29 / 0,82 ≈ 35,4 г/моль,
что соответствует хлору. Таким образом, соль А – бертолетова соль KClO3. (2 балла)
Разложение хлората калия протекает при температуре порядка 200оС в присутствии
таких катализаторов, как MnO2, Fe2O3, CuO и др. В присутствии MnO2 реакция протекает при
температуре 150-300оС. (1 балл)
Итого - 12 баллов
РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ МУНИЦИПАЛЬНОГО ЭТАПА
ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ 2014 ГОД
11 КЛАСС
(всего – 62 балла)
Задание №2
При окислении 1 моля неизвестного органического вещества водным раствором
перманганата калия образовались 46,0 г карбоната калия, 66,7 г гидрокарбоната калия,116,0 г
оксида марганца (IV) и вода.
1. Какое вещество подверглось окислению?
2. Напишите уравнения реакций окисления этого вещества раствором перманганата калия в
нейтральной и кислой средах.
3. Рассчитайте массу одной молекулы данного вещества (в граммах).
4. Напишите два уравнения реакций получения данного соединения.
5. Какой объем газа выделится при обработке данного соединения массой 3 г
кислым раствором перманганата калия при температуре 270С и давлении 100 кПа?
Решение
1.Найдем количества образовавшихся веществ:
n(К2СО3)=m/M=46 г/138 г/моль=0,333 моль
n(КНСО3)=m/M=66,7 г/100г/моль=0,667 моль
n(MnО2)=m/M=116г/87г/моль=1,333 моль. (1 балл)
С учетом того, что в реакцию вступило 1 моль органического вещества Х, находим:
n(Х): n(К2СО3): n(КНСО3): n(MnО2)= 1: 0,333: 0,667: 1,333 /0,333
n(Х): n(К2СО3): n(КНСО3): n(MnО2)=3 : 1 :2 : 4 (1 балл)
Составляем уравнение реакции:
3Х+ 4 КMnО4 →К2СО3 +2 КНСО3 + 4MnО2 + zН2О(1 балл)
Из этого уравнения следует, что вещество содержит 1 атом углерода. Пусть его молекулярная
формула СНхОy
Подсчитаем число атомов водорода и кислорода в обеих частях уравнения:
(О) 3y+16=3+6+8+z
(Н) 3х=2+2z
Решая эту систему, получаем: х=2y; при y=1, х=2, что соответствует формуле формальдегида:
СН2О. (1 балл)
2. 5СН2О +4 КMnО4 + 6 Н2SО4 →5 СО2 +2 К2SО4 +4 MnSО4 +11Н2О (1 балл)
3 СН2О + 4 КMnО4 →К2СО3 +2 КНСО3 + 4MnО2 + 2Н2О (1 балл)
3. n(СН2О)= N/Na=1/6,02*1023=0,166*10-23 моль
m(СН2О)=M*n=0,166*10-23моль*30 г/моль=4,98*10-23 г. (1 балл)
4.Возможны реакции:
СН2Cl2 + 2КОН(в)→СН2О + 2КСl+ Н2О
СН3ОН + CuО (t)→CН2О + Сu + Н2О
СН3ОН → CН2О + Н2 ( на медном катализаторе)
Каталитическое окисление метана. (по 1 баллу за правильно написанное уравнение, но не
более 2-х баллов)
5.Находим количество вещества формальдегида:
n(СН2О)=m/M=3 г/30 г/моль=0,1 моль.
По уравнению (1) составим соотношение между количеством вещества формальдегида и
углекислым газом:
n(СН2О): n(СО2)=1:1, n(СО2)= 0,1 моль.
По уравнению Менделеева-Клапейрона найдем объем углекислого газа при заданных условиях:
РV=nRT V=nRT/Р V=2,5 л. (1 балл)
Итого - 10 баллов
Задание №3
При сжигании газовой смеси этана и метана выделилось 8250 Дж тепла. Продукты
сгорания были последовательно пропущены через хлоркальциевую трубку и 1 л
дистиллированной воды, при этом масса хлоркальциевой трубки увеличилась на 306 мг.
Рассчитайте рН водного раствора, если Kд (Н2СО3/НСО3 –) = 4.27∙10–7, а теплоты сгорания этана
и метана равны 1561 кДж/моль и 891 кДж/моль соответственно.
Решение:
Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки
ответа, не искажающие его смысла)
хмоль
хмоль 2 хмоль
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
y
2y
3y
C2H6 + 3,5O2 → 2CO2 + 3H2O
Масса хлоркальциевой трубки увеличилась за счет поглощения паров воды, следовательно
m(H2O) = 0.306 г, ν(H2O) = 0.306 / 18 = 0.017 моль
Составим и решим систему уравнений:
2х+ 3y= 0.017
891x+ 1561y= 8.25, отсюда x = 0.004 моль, y = 0.003 моль
Значит, в результате сгорания образовалось ν(CO2) = x + 2y = 0.004 + 2 ∙ 0.003 = 0.01 моль
Углекислый газ поглощается водой: CO2 + H2O → H2CO3
с(H2CO3)исх = ν /V = 0.01 моль/л. , т.к. с(H2CO3)= ν(CO2)
В результате диссоциации угольной кислоты
H2CO3 ⇄ H+ + HCO30.01–z z
z
Kдис =[H+ ][HCO3- ]\ [H2 CO3 ]=z2\0,01-z≈ z2\0,01= 4.27 ∙ 10–7
баллы
1б
1б
1б
2б
1б
1б
1б
1б
Z= [H+] = 0.01*4.27 *10-7= 6.535∙10–5 моль/л,
pH = –lg[H+] = 4.2
1б
Всего
10 б
Задание №4
«Разноцветный электролиз»
В дистиллированной воде растворили хлорид калия. Полученный раствор подкрасили
марганцовкой, налили в стеклянный U – образный электролизер с угольными электродами и
стали пропускать постоянный электрический ток. При этом окраска электролита у одного из
электродов (какого?) изменялась с фиолетовой на зеленую. После продолжительного
пропускания тока раствор в одном колене обесцвечивался и образовывались бурые хлопья.
Если эти хлопья отфильтровать и подействовать на них концентрированной соляной кислотой,
то выделяется желто-зеленый газ.
1. Объясните происходящие явления, написав уравнения реакций.
2. Что произойдет, если после непродолжительного времени электролиза (до образования
хлопьев) поменять полярность тока? Напишите уравнение реакции, которая будет происходить
при этом.
Решение
Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные
Баллы
формулировки ответа, не искажающие его смысла)
1. При электролизе раствора хлорида калия у катода образуется водород и
накапливается щелочь, а у анода выделяется хлор:
2 KCl + 2H2O = H2↑ + 2 KOH + Cl2↑
2. Водород в момент выделения восстанавливает перманганат - ионы до манганат ионов, окрашивающих раствор в зеленый цвет:
KOH + KMnO4 + H0 → K2MnO4 + H2O
(возможно восстановление перманганат - ионов непосредственно на катоде:
MnO4– + e → MnO42–).
3. При продолжительном электролизе у катода происходит дальнейшее восстановление
марганца до диоксида (бурые хлопья), который при взаимодействии с HCl дает
желто-зеленый газ – Cl2:
K2MnO4 + 2H0→ MnO2↓ + 2KOH;
4HCl + MnO2 → 2H2O + MnCl2 + Cl2↑
4. При изменении полярности тока окраска растворов у катода и анода меняется:
1б
1б
1б
1б
1б
1б
1б
у анода образовавшиеся ранее манганат- ионы (зеленая окраска) окисляются
выделяющимся хлором до перманганат – ионов (фиолетовая окраска):
K2MnO4 + Сl0 → KMnO4 + KCl
(возможно окисление манганат - ионов непосредственно на аноде:
MnO42– – е → MnO4–).
У катода будут восстанавливаться перманаганат – ионы до манганат - ионов
(процесс, описанный ранее)
1б
1б
1б
Итого
10б
Задание №5
Рассмотрите следующую схему превращений:
Б
NaCN
Этан
хлор, свет
горячая вода, серная кислота
В
хлор, хлорид фосфора (V)
Е
→А
Mg
Г
cухой лёд
Д
вода
водород, Ni Ренея
Ж
нагрев
Известно, что:
- соединение Г содержит 27,1% Mg по массе;
- соединение, имеющее такой же количественный и качественный состав, что и сухой лёд,
образуется при нагревании муравьиной кислоты с перманганатом калия;
- реакции получения веществ А, Г, Д относятся к реакциям присоединения;
- при превращении В в Е в реакцию вступает только α-атом углерода (реакция идёт до конца).
1. Осуществите указанные на схеме превращения, ответ подтвердите с помощью
дополнительных данных (расчёт + полное уравнение реакции).
2. Какой учёный внёс большой вклад в химию соединений, подобных соединению Г?
Решение
№п
\п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные баллы
формулировки ответа, не искажающие его смысла)
С2Н6 + Сl2 → C2H5Cl (на свету) + HCl
0,5 б
C2H5Cl + NaCN → C2H5CN + NaCl
0,5 б
C2H5CN + 2H2O → C2H5COOH + NH3 (в присутствии серной кислоты)
0,5б
C2H5Cl + Mg → C2H5MgCl
0,5 б
C2H5MgCl + CO2(сухой лёд) → C2H5COOMgCl
0,5 б
C2H5COOMgCl + H2O → C2H5COOH + Mg(OH)Cl
0,5б
C2H5COOH + 2Cl2 → CH3CCl2COOH + 2HCl (катализатор – PCl5)
CH3CCl2COOH → CH3CHCl2 + CO2 (при нагревании)
CH3CHCl2 + 2H2 → C2H6 +2HCl (на никелевом катализаторе)
А – C2H5Cl; Б – C2H5CN; В – C2H5COOH; Г – C2H5MgCl; Д – C2H5COOMgCl; Е –
CH3CCl2COOH; Ж – CH3CHCl2.
Подтверждение дополнительными данными, что: соединение Г действительно содержит
24/(2*12+5*1+24+35,5) = 0,271, т.е. 27,1% Mg по массе
в реакции 3НСООН + 2КMnO4 → 2 MnO2 + 3СО2 + 2KOH + 2H2O (при нагревании)
выделяется углекислый газ СО2, следовательно, сухой лёд имеет состав СО2.
1б
1б
1б
Французский химик Виктор Гриньяр.
Итого
1б
10б
1б
2б