Министерство образования Республики Башкортостан

Министерство образования Республики Башкортостан
Задания муниципального этапа всероссийской олимпиады школьников по
химии
2011-12 учебный год
10 класс
Задача 10-1. При определенных условиях некоторый углеводород способен
превращаться в другой углеводород в соответствии со схемой:
n1CxH3x-4 = n2 C2x+2 H3x.
Установите формулы углеводородов.
Назовите условия протекания данной реакции.
Назовите фамилию ученого, который впервые провел эту реакцию.
Имеет ли реакция практическое значение.
Решение 10-1.
1 элемент. Число атомов углерода и водорода равно в обеих частях
уравнения, что позволяет вычислить величину х1= 2 и х 2=-4/3, второй корень
не имеет смысла.
3 балла.
Элемент 2. За условия проведения реакции
1 балл
Элемент 3. Реакция Зелинского.
1 балл
Элемент 4. Реакция показывает генетическую связь между классами
углеводородов, в настоящее время имеет теоретическое значение.
1 балла
Итого 6 баллов.
Задача 10-2. Смесь нитратов цинка, серебра и железа (III) общей массы 9,6 г
сначала растворили в воде, а затем обработали избытком гидроксида калия.
Образовавшийся осадок отфильтровали и высушили, его масса составила
3,39 г. После этого осадок прокалили при температуре 700С, при этом
выделилось 448 мл газообразных продуктов (при н.у.). Определите состав
исходной смеси в мольных процентах. Найдите массу m1 осадка после
прокаливания. Будет ли отличаться масса остатка m2 от m1, если прокалить
при 700С исходную смесь нитратов, если – да, то насколько?
Решение 10-2.
При обработке раствора нитратов избытком гидроксида калия будут идти
следующие реакции:
Zn(NO3)2 + 2 KOH  Zn(OH)2 + 2 KNO3
(1)
Zn(OH)2 + 2 KOH  K2[Zn(OH)4],
(2)
2 AgNO3 + 2 KOH  Ag2O + 2 KNO3 + H2O,
(3)
Fe(NO3)3 + 3 KOH  Fe(OH)3 + 3 KNO3.
(4)
3 балла
Прокаливание смеси Ag2O и Fe(OH)3 при 700С приводит к разложению
обоих соединений:
2 Ag2O  4 Ag + O2
2 Fe(OH)3  Fe2O3 + 3 H2O
Газовая смесь состоит из кислорода и воды.
(5)
(6)
2 балла
Определим состав исходной смеси. Пусть x – число молей AgNO3, y – число
молей Fe(NO3)3, z – число молей Zn(NO3)2. Для исходной смеси нитратов
уравнение материального баланса (I):
170x + 242y + 189z = 9,6
(I)
Из уравнений реакций (3) и (4) видно, что осадок содержит 0,5x молей
Ag2O и y молей Fe(OH)3, поэтому
2320,5x + 107y = 3,39
(II)
Выделилось 448/22400 = 0,02 моля газов. Из уравнений реакций (5) и
(6) видно, что это 0,25x молей O2 и 1,5y молей H2O. Следовательно,
0,25x + 1,5y = 0,02
(III)
Решение системы уравнений дает значения: x = 0,02, y = 0,01, z = 0,02
моль. Состав исходной смеси нитратов таков: 40% мольн. Zn(NO3)2, 40%
мольн. AgNO3, 40% мольн. Fe(NO3)3.
4 балла
Из уравнений реакций (5) и (6) следует, что после прокаливания масса осадка
будет:
m1 = xM(Ag) + 0,5yM(Fe2O3) = 2,96 г смеси Ag и Fe2O3.
1 балл
При прокаливании исходной смеси нитратов идут реакции:
2 Zn(NO3)2  2 ZnO + 4 NO2 + O2
(7)
2 AgNO3  2 Ag + 2 NO2 + O2
(8)
4 Fe(NO3)3  2 Fe2O3 + 12 NO2 + 3 O2
(9)
3 балла
Видно, что от остатка m1 смесь твердых продуктов реакций (7-9)
отличается содержанием ZnO. Поскольку M(ZnO) = 81 г/моль, а z = 0,02, то
масса m2 будет больше массы m1 на 810.02 = 1,62 г.
1 балл
Итого 14 баллов.
Задача 10-3. В воде растворили 5,0 г медного купороса, объем полученного
раствора равен 200 мл. Осаждение гидроксида меди (II) из этого раствора
начинается при рН = 4,84. Рассчитайте произведение растворимости
гидроксида меди (II).
Решение 10-3.
Медный купорос имеет формулу CuSO4•5H2O.
M(CuSO4•5H2O) = 250 г/моль.
1 балл
Молярная концентрация раствора медного купороса:
СМ = ν(CuSO4•5H2O)/ V = 5,0/(250•0,2) = 0,1моль/л
1 балл
Соль – сильный электролит, поэтому концентрация ионов меди (II)
равна: [Cu2+] = CM = 0,1M
1 балл
+
В растворе с рН = 4,84 концентрация ионов Н рассчитываем из
соотношения:
рН = -lg[H+] = 4,84;
1 балл
+
-4,84
[H ] = 10
1 балл
Концентрация гидроксид – ионов равна:
[OH-] = Kw/ [OH-] = 10-14/10-4,84 = 6,92•10-10M
2 балла
Составим уравнение диссоциации гидроксида меди (II):
Cu(OH)2
Cu2+ + 2OH1 балл
ивыражение для произведения растворимости:
ПРCu(OH)2 = [Cu2+]•[OH-]2 = 0,1•(6,92•10-10)2 = 4,79•10-20. 2 балла
Итого 10 баллов.
Задача 10-4. На химическом заводе из-за нарушения герметичности одного
аппарата в помещение цеха стали попадать пары брома. Отделом охраны
труда был проделан анализ воздушной среды. Специальный сосуд заполнили
10 мл 0,001М раствора мышьяковистой кислоты и пропустили 40 л воздуха.
Бром прореагировал с мышьяковистой кислотой, а избыток ее был
оттитрован 0,0005М раствором йода, которого было израсходовано 18 мл.
Напишите уравнения проведенных при анализе реакций.
Вычислите концентрацию брома в 1 л воздуха.
Предельно допустимая концентрация брома равна 0,002 мг/л. Можно
ли продолжать работать в цехе после разгерметизации аппарата? Ответ
поясните цифрами.
Решение 10-4.
H3AsO3 +Br2 + H2O → H3AsO4 + 2HBr
1 балла
H3AsO3 +I2 +H2O → H3AsO4 + 2HI
1 балла
Мышьяковистой кислоты прореагировало с йодом:
(0,0005·18)/0,001 = 9 мл.
1 балл
Следовательно, с бромом прореагировал (10 – 9) = 1 мл раствора
мышьяковистой кислоты.
1 балл
Масса прореагировавшего брома составила:
mBr2 = (0.001·1·159.8)/1000 = 0,1598 ·10-3г
2 балла
Таким образом, в 40 л воздуха содержится 0,1598 мг брома.
Концентрация брома в воздухе цеха составляет 0,1598/40 = 0,004 мг/л.
1 балл
Концентрация брома в цехе вдвое превышает предельно допустимую
величину (0,002 мг/л), поэтому необходимо категорически запретить
работать в цехе.
1 балл
Итого 10 баллов.
Задача 10-5. Азид натрия – бесцветная соль – является газообразующим
компонентом в автомобильных системах подушек безопасности. Определите,
какое количество азида натрия необходимо для заполнения подушки
безопасности объемом 0,5 м3? Как получают азид натрия?
Решение 10-5.
Азид натрия – NaN3.
1 балл
Азид натрия получают в два этапа. Сначала получают амид натрия:
2 Na + 2 NH3  2 NaNH2 + H2
Затем окисляют амид оксидом азота (I):
2 NaNH2 + N2O  NaN3 + NaOH + NH3
Возможна реакция NaNH2 с NaNO3, с образованием NaN3.
2 балла
При ударе и вызванной им детонации быстро протекает реакция разложения
азида натрия:
2 NaN3  2 Na + 3 N2
1 балл
По условиям задачи требуется 500 л/22,4 л/моль = 22,32 моль N2. Согласно
уравнению реакции, азида натрия нужно в 1,5 раза меньше в мольном
соотношении, т.е. 14,88 моль.
Масса азида натрия равна 967 г = 0,97 кг.
2 балла
Итого 6 баллов.