Департамент образования Нижегородской области

Департамент образования Нижегородской области
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Всероссийская олимпиада школьников
Областной этап
2007-2008 учебный год
14 января 2008 года
9 класс
Теоретический тур
1. В сосудах равных объемов за равные промежутки времени образуется
17 г сероводорода и 24 г сернистого газа. Объясните, какая из реакций
образования этих газообразных веществ протекает с большей скоростью.
(10 баллов)
2. Нитрат аммония используется не только как удобрение, но и является
окислителем в пиротехнике, а также источником N2 и N2O в лабораторной
практике.
1. Напишите уравнения реакций, по которым получают N2 и N2O. Укажите
условия их протекания.
2. Смесь нитрата аммония с измельченным алюминием способна
взрываться при быстром нагревании или ударе. Составьте уравнение этой
реакции.
3. Приведите уравнения качественных реакций (по одному уравнению) на
ионы, входящие в состав нитрата аммония. Отметьте условия выполнения и
признаки этих реакций.
(36 баллов)
3. При частичном термическом разложении 10.00 г гидрокарбоната натрия
образовалось 7.00 г твердого остатка. Рассчитайте выход карбоната натрия в
процентах от стехиометрического.
(18 баллов)
4. В лабораторной практике нашли применение водные растворы,
содержащие одновременно слабую кислоту (HA) и ее соль, например, NaA.
Буквой A обозначен анион кислоты и соли.
1. Напишите уравнение процесса диссоциации HA и выражение для
константы диссоциации HA.
2. Объясните, в каком направлении сместится равновесие диссоциации HA
и как изменится концентрация ионов водорода в растворе HA до и после
прибавления к нему NaA.
3. Укажите, какие существенные изменения произойдут в растворе
HA + NaA в результате добавления к нему некоторого количества сильной
кислоты и сильного основания. Отметьте, какое свойство этого раствора
изменится при таком воздействии незначительно.
4. Каким термином называют такие растворы?
5. Сформулируйте, для какой цели можно использовать такие растворы.
(36 баллов)
Желаем удачи!
Департамент образования Нижегородской области
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Всероссийская олимпиада школьников
Областной этап
2007-2008 учебный год
14 января 2008 года
10 класс
Теоретический тур
1. «Детонационный шум» в бензиновом двигателе, появляющийся при резком
увеличении нагрузки, служит указанием на то, что регулировка двигателя по данному
сорту бензина неудачна и при сжатии в цилиндре происходит преждевременное
воспламенение. По антидетонационным свойствам, характеристикой которых является
октановое число, сорта бензина существенно различаются.
1. Что такое октановое число? Дайте определение.
2. Рассчитайте октановое число смеси 2,2,4-триметилпентана (ρ = 0.6919 г/мл) и нгептана (ρ = 0.6837 г/мл), при радикальном хлорировании которой образуется только
смесь монохлорпроизводных. При этом масса смеси тяжелых изомеров в 2 раза больше
массы смеси легких.
3. Приведите механизм реакции хлорирования указанных углеводородов,
запишите и назовите все возможные продукты. Приведите тривиальное название 2,2,4триметилпентана.
(25 баллов)
2. В 10 пронумерованных пробирках находятся растворы следующих веществ:
NaOH, ZnCl2, Na2CO3, CH3COOH, HNO3, Na3PO4, MnCl2, Na2SO4, Pb(NO3)2, Ba(NO3)2.
Расставьте их в необходимом порядке, если известно, что
№№ 4 и 7 образуют осадки с №№ 2,3, 8 и 9.
Осадки № 4 с №№ 2,3, 8 и 9 растворимы в №№ 5 и 6.
№ 1 образует осадки с №№ 2 и 3, нерастворимые в №№ 5 и 6.
№№ 3 и 8 образуют осадки с №№ 4, 7, 10, растворимые в избытке № 10.
№ 3 образует осадки с №№ 8 и 9, растворимые в избытке № 10 и горячей воде.
Осадок № 9 и №10 темнеет при стоянии при действии кислорода воздуха.
(24 балла)
3. При сжигании метана в избытке кислорода выделилось 267.1 кДж энергии в
форме теплоты. Продукты реакции растворили в 200 мл 2 М раствора гидроксида натрия
(плотность 1.08 г/мл). Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе.
Энтальпии образования метана, оксида углерода (IV) и жидкой воды равны 74.8, 393.5
и 285.8 кДж/моль соответственно.
(25 баллов)
4. 200 л (н.у.) смеси циановодорода и кислорода, имеющей плотность 1.34 г/л,
нагрели до 150 oC, пропустили над серебряным катализатором и затем привели к
нормальным условиям. В результате реакции объем смеси уменьшился в 1.32 раза по
сравнению с первоначальным.
Известно, что в указанных условиях циановодород окисляется с образованием
двух продуктов, один из которых – газ (н.у.), в 1.79 раза тяжелее воздуха. Кроме того, при
охлаждении реакционной смеси отмечается скачкообразное падение давления при
температуре 100 oC.
1.
Объясните причину падения давления при охлаждении реакционной смеси.
2.
Какой газообразный продукт (н.у.) образуется при каталитическом
окислении циановодорода? Запишите уравнение реакции.
3.
Рассчитайте состав исходной смеси, объем описанного выше продукта
реакции (н.у.) и его выход.
(26 баллов)
Желаем удачи!
Департамент образования Нижегородской области
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Всероссийская олимпиада школьников
Областной этап
2007-2008 учебный год
14 января 2008 года
11 класс
Теоретический тур
1. 4.980 г жидкого органического вещества A, имеющего характерный
неприятный запах, сожгли в кислороде. Все образовавшиеся продукты
абсорбировали в избытке NaOH. Масса раствора щелочи увеличилась на 16.410 г.
К этому раствору добавили Ba(OH)2, в результате чего выпало 59.740 г осадка.
Осадок растворили при нагревании в соляной кислоте, при этом выделилось 6.660
дм3 газа (н.у.).
1. Найдите состав жидкости A (эмпирическая формула)
2. Напишите возможные структуры вещества A.
3. Приведите характерные химические реакции одного из веществ A.
(26 баллов)
2. На схеме представлены три метода получения вещества Х.
Изомасляная
кислота
Cl2, hν
A
CH3OH, H+
B
Силикагель, t
O
Пропилен
Cl
C
OCH3
- HCl
Силикагель, t
E
X
CH3OH, H+
Изомасляный
альдегид
Cr, Zn, Cd, 500oC
C
O2, Cu
D
Расшифруйте цепочки превращения, назовите вещества A, B, C, D. E и X.
Укажите основные химические свойства Х и его промышленное применение.
(24 балла)
3. В прочном сосуде при 427 оС и давлении 0.82 атм. смешали угарный газ
и кислород, так, что в начальный момент плотность смеси составила 0.440 г/л.
Рассчитайте молярную массу и состав смеси в мольных %. Сравните
скорости реакции окисления угарного газа сразу после смешения компонентов и
при выходе продукта, равном 75 %.
(24 балла)
4. Белое кристаллическое вещество Х обладает следующими свойствами:
1.
Окрашивает пламя горелки Бунзена в интенсивный желтый цвет;
2.
Водный раствор вещества Х нейтрален; при добавлении к этому
раствору по каплям раствора сернистой кислоты (раствор SO2) образуется
раствор А темно-коричневого цвета, который обесцвечивается при добавлении
избытка сернистой кислоты;
3.
Если обесцвеченный раствор (см. п.2) подкислить азотной кислотой и
добавить к нему раствор AgNO3, то выпадет желтый осадок, растворимый в
растворах цианида натрия NaCN или тиосульфата натрия Na2S2O3, но не
растворяющийся в водном растворе аммиака;
4.
При добавлении раствора NaI, подкисленного серной кислотой, к
водному раствору вещества Х образуется тот же темно-коричневый раствор А
(см. пункт 2), обесцвечивающийся под действием
сернистой кислоты или
Na2S2O3;
5.
К водному раствору, содержащему 0.1 г вещества Х, прибавили 0.5 г
KI и несколько миллилитров разбавленной серной кислоты. Для полного
обесцвечивания образовавшегося темно-коричневого раствора понадобилось
37.40 мл 0.1 М раствора Na2S2O3.
Какие элементы входят в состав Х? Обоснуйте свой ответ. На основании
количественных данных, приведенных в п. 5, установите формулу вещества Х.
Напишите ионные уравнения реакций, упомянутых в пп. 2-4.
(26 баллов)
Желаем удачи!
Всероссийская олимпиада школьников
Областной этап
2007-2008 учебный год
15 января 2008 года
Экспериментальный тур
9 класс
В восьми пронумерованных
растворы следующих веществ:
Серная кислота.
Гидроксид натрия.
Сульфат железа (II).
Хлорид железа (III).
Хлорид магния.
Хлорид цинка.
Иод и иодид калия.
Метиловый оранжевый.
пробирках
находятся
водные
Используя в качестве реактивов только эти растворы, установите
содержимое каждой из пробирок.
В письменной работе отметьте:
1. Методику идентификации веществ.
2. Номера пробирок, соответствующие их содержимому.
3. Уравнения реакций, которые можно использовать
идентификации веществ.
Желаем удачи!
для
9 класс
Экспериментальный тур
Решение
Три раствора окрашены: FeCl3, I2, метиловый оранжевый, пять остальных
растворов бесцветны. Приливаем к каждому из окрашенных растворов по очереди
все бесцветные. Это позволит выяснить их природу и установить, в каких
пробирках находятся растворы серной кислоты и гидроксида натрия.
При добавлении к раствору трихлорида железа раствора NaOH выпадает
коричневый осадок Fe(OH)3, растворимый в серной кислоте:
FeCl3 + 3 NaOH → Fe(OH)3 + 3 NaCl,
2 Fe(OH)3 + 3 H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6 H2O.
При добавлении к раствору иода раствора NaOH происходит изменение
окраски с желтой на бесцветную, причем первоначальная окраска возвращается
при действии на полученный бесцветный раствор раствором серной кислоты:
3 I2 + 6 NaOH → 5 NaI + NaIO3 + 3 H2O,
5 NaI + NaIO3 + 3 H2SO4 → 3 I2 + 3 Na2SO4 + 3 H2O.
При приливании к раствору метилового оранжевого раствора гидроксида
натрия окраска изменяется на желтую, при добавлении в этот раствор избытка
серной кислоты его окраска становится розовой.
Три оставшиеся бесцветные раствора идентифицируем, основываясь на
природе уже установленных.
При добавлении к раствору FeSO4 раствора гидроксида натрия выпадает
зеленовато-серый осадок, постепенно изменяющий окраску на коричневую за счет
взаимодействия с кислородом воздуха. И первоначальный, и окисленный осадки
способны растворяться в растворе серной кислоты:
FeSO4 + 2 NaOH → Fe(OH)2 + Na2SO4,
4 Fe(OH)2 + 2 H2O + O2 → 4 Fe(OH)3,
Fe(OH)2 + H2SO4 → FeSO4 + 2 H2O,
2 Fe(OH)3 + 3 H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6 H2O.
Раствор хлорида магния образует осадок белого цвета с раствором
гидроксида натрия. Этот осадок сохраняет окраску на воздухе, растворяется в
растворе серной кислоты и не растворяется в избытке раствора гидроксида
натрия:
MgCl2 + 2 NaOH → Mg(OH)2 + 2 NaCl,
Mg(OH)2 + H2SO4 → MgSO4 + 2 H2O.
Раствор хлорида цинка образует осадок с раствором гидроксида натрия,
который, в отличие от раствора хлорида магния, растворяется не только в
растворе серной кислоты, но и в растворе гидроксида натрия.
ZnCl2 + 2 NaOH → Zn(OH)2 + 2 NaCl,
Zn(OH)2 + H2SO4 → ZnSO4 + 2 H2O,
Zn(OH)2 + 2 NaOH → Na2[Zn(OH)4].
(40 баллов)
Всероссийская олимпиада школьников
Областной этап
2007-2008 учебный год
15 января 2008 года
Экспериментальный тур
10 класс
I Часть
В пяти пронумерованных пробирках находятся растворы следующих
веществ: NaCl, NH4OH, NaOH, HCl, NaOH + Na2CO3. Используя указанные
растворы, а также индикаторы – метиловый оранжевый (рН перехода окраски
равен 4) и фенолфталеин (рН перехода окраски равен 9), установите
соответствие между номерами пробирок и формулами находящихся в них
веществ. Напишите уравнения химических реакций.
Сообщите инженеру номер пробирки, в которой находится раствор соды и
щелочи.
II Часть
Методом кислотно-основного
титрования,
используя в качестве
индикаторов метиловый оранжевый и фенолфталеин, определите массу соды и
щелочи в выданном Вам растворе.
Методика определения
Анализируемый раствор, полученный у инженера, помещают в мерную
колбу объемом 200 или 250 мл, доводят до метки дистиллированной водой и
тщательно перемешивают.
Пипеткой емкостью 20 или 25 мл отбирают аликвоту полученного раствора
в коническую колбу для титрования, приливают 6-8 капель раствора
фенолфталеина и титруют 0.1
моль/л раствором соляной кислоты до
обесцвечивания, затем приливают 1 каплю раствора метилоранжа и продолжают
титровать раствором соляной кислоты до изменения окраски индикатора от
желтой до красно-оранжевой. Титрование проводят не менее трех раз.
По объемам раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование,
рассчитайте массу соды и щелочи в выданном растворе. Напишите уравнения
реакций, протекающих при титровании. Обоснуйте принцип расчета.
(40 баллов)
Желаем удачи!
10 класс
Экспериментальный тур
Решение
I. Качественный анализ
В растворе NaCl оба индикатора не меняют окраску.
В растворе HCl фенолфталеин меняет окраску, окраска метилоранжа
переходит в розовую.
В растворах NH4OH, NaOH, NaOH + Na2CO3 фенолфталеин приобретает
интенсивную окраску, причем в растворе NH4OH интенсивность окраски меньше.
Кроме того, раствор NH4OH можно идентифицировать по запаху.
Для идентификации растворов NaOH и смеси NaOH + Na2CO3, к ним
добавляют раствор HCl. При добавлении HCl к смеси соды и щелочи выделяются
пузырьки газа:
CO2
Na2CO3 + 2 HCl  2 NaCl + H2CO3
II. Количественный анализ
H2O
При обесцвечивании фенолфталеина протекают реакции:
1. NaOH + HCl  NaCl + H2O
2. Na2CO3 + HCl  NaCl + NaHCO3
V1
При изменении окраски метилоранжа протекают реакции:
1. NaOH + HCl  NaCl + H2O
2. Na2CO3 + HCl  NaCl + NaHCO3
3. NaHCO3 + HCl  NaCl + Н2CO3
CO2
V2
H2O
Следовательно, V = V2 – V1 – объем кислоты, затраченный на реакцию
№ 3. Это и следует положить в основу расчетов масс соды и щелочи в смеси.
Всероссийская олимпиада школьников
Областной этап
2007-2008 учебный год
15 января 2008 года
Экспериментальный тур
11 класс
Методом восходящей тонкослойной хроматографии, используя растворы
веществ - «свидетелей» в хлороформе (2,4-динитрофенилгидразон ацетона; 2,4динитрофенилгидразон циклогексанона; 2,4-динитрофенилгидразон ацетофенона;
2,4-динитрофенилгидразон бензальдегида), разделите и идентифицируйте
производные
карбонильных
соединений.
Рассчитайте
величину
Rf
идентифицированных компонентов, запишите их формулы. Напишите уравнения
реакций образования всех используемых веществ - «свидетелей». Полученную
хроматограмму приложите к отчету.
Оборудование: силуфольная пластинка для хроматографии, емкость с
крышкой с элюентом (толуолом), пипетки, пинцет, карандаш, линейка.
Примечание: все работы проводить в вытяжном шкафу! Стакан с толуолом
нельзя оставлять открытым.
Пояснения к работе: Метод тонкослойной хроматографии позволяет
идентифицировать и количественно выделять многие органические вещества,
особенно окрашенные, в частности, гидразоны карбонильных соединений.
Основан метод на различной адсорбции веществ на твердых носителях,
например, на силуфоле.
Важной характеристикой определяемых веществ является величина Rf –
это расстояние от центра пятна вещества до линии старта, деленное на
расстояние от линии старта до линии финиша.
(40 баллов)
Желаем удачи!
11 класс
Экспериментальный тур
Решение
Проводим на силуфольной пластинке линию старта на высоте выше, чем
высота элюента в стакане (примерно 1.5 – 2 см) и линию финиша в 1-3 см от
верхнего края пластини. С помощью пипеток наносим капли растворов
свидетелей и исследуемой смеси на линию старта, даем пятнам высохнуть.
Опускаем пластину в стакан с элюентом и дожидаемся, пока элюент поднимется
до линии финиша. С помощью пинцета извлекаем пластину из стакана, сушим.
Рассчитываем Rf «свидетелей» и компонентов раствора. Сопоставляя
полученные величины, определяем состав выданного раствора.
Образование 2,4-динитрофенилгидразонов карбонильных соединений
выражается уравнениями:
H3C
C O + NH 2 NH
H3C
O2N
O
+ NH 2 NH
NO2
NO2
-Н2О
-Н2О
O2N
C O + NH2 NH
H3C
O2N
O
C + NH 2 NH
H
O2N
H 3C
C N NH
H 3C
O2N
N NH
NO2
NO2
O2N
NO2
NO2
-Н2О
C N NH
H3C
O2N
CH N NH
-Н2О
O2N
NO2
NO2
Всероссийская олимпиада школьников
Областной этап
2007-2008 учебный год
14 января 2008 года
9 класс
Решения задач теоретического тура
1. Количество вещества образующегося сероводорода (0.5 моль)
превышает количество вещества сернистого газа (0.375 моль). Поскольку
скорость реакции определяется количеством вещества, превращающимся в
единице объема за единицу времени, то сероводород образуется с
большей скоростью.
2.
1. Уравнения реакций:
NH4NO3 + KNO2 → KNO3 + N2 + 2 H2O
(кипячение водного раствора смеси солей)
NH4NO3 → N2O + 2 H2O
(термическое разложение, 200 °С)
2. Уравнение реакции:
3 NH4NO3 + 2 Al → 3 N2 + 6 H2O + Al2O3.
3. Обнаружение иона аммония выполняют действием на образец
концентрированного раствора щелочи при нагревании. В присутствии солей
аммония появляется резкий запах аммиака.
NH4NO3 + KOH → NH3 + KNO3 + H2O
Присутствие в пробе нитрат-иона устанавливают добавлением к ней
меди и концентрированной серной кислоты. В результате выделяется газ
бурого цвета.
2 NH4NO3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 + 2 HNO3,
4 HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O.
3. Уравнение реакции:
2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
В соответствии с ним из 2 моль NaHCO3 (168 г) образуется по 1 моль
воды (18 г) и диоксида углерода (44 г). Таким образом, с каждых 168 г
исходного гидрокарбоната натрия образуется 62 г летучих продуктов.
Уменьшение массы исходного образца на 3.00 г соответствует
превращению 8.13 г исходного гидрокарбоната натрия (в результате
расчета по пропорции). Разделив это значение на массу исходного образца,
получаем выход η = 81.3 %.
Ответ: 81.3 %.
4.
1. HA ↔ H+ + A–,
H A 


Ka

HA
2. В соответствии с принципом Ле Шателье равновесие диссоциации
сместится влево, поскольку в результате добавления в раствор соли
(являющейся сильным электролитом) в нем появляются анионы A–,
являющиеся продуктом диссоциации слабой кислоты. Обычно оказывается,
что равновесие диссоциации HA практически полностью смещено влево.
Смещение равновесия в сторону исходных веществ означает, что
концентрация ионов водорода в растворе уменьшается.
3. При добавлении сильной кислоты часть ионов A– превратится в
молекулы HA. При добавлении сильного основания часть молекул HA
перейдет в анионы A–. В обоих случаях равновесие диссоциации будет
смещено в сторону исходных веществ. Концентрация ионов водорода в
растворе в результате указанных воздействий изменится незначительно.
4. Буферные растворы – растворы, способные сохранять прежнюю
концентрацию ионов водорода при добавлении к ним некоторых количеств
сильных кислот или оснований.
5. Буферные растворы используют для обеспечения постоянства в
растворе концентрации ионов водорода при выполнении экспериментов.
Всероссийская олимпиада школьников
Областной этап
2007-2008 учебный год
14 января 2008 года
10 класс
Решения задач теоретического тура
1. 1. Октановое число (О.ч.) характеризует детонационную стойкость топлив
для двигателей с воспламенением от искры. Численно равно содержанию (в % по
объему) изооктана (О.ч. этого соединения принято за 100) в его смеси с
н-гептаном (О.ч. равно 0), при котором эта смесь эквивалентна по детонационной
стойкости испытуемому топливу в стандартных условиях испытания.
2.
Тривиальное
название
2,2,4-триметилпентана
–
изооктан,
следовательно, расчет октанового числа этой смеси сводится к определению
объемной доли изооктана в смеси.
Уравнение хлорирования в общем виде:
hv
CnH2n+2 + Cl2  CnH2n+1Cl + HCl
Количества углеводородов и монохлорпроизводных равны. Пусть
n(C8H17Cl) = х, а n(С7H15Cl) = y. Массы равны: m(C8H17Cl) = 148.5х и
m(С7H15Cl) = 134.5y. По условию задачи 148.5х / 134.5y = 2, отсюда
y = 0.552x.
Массы исходных углеводородов равны: m(C8H18) = 114х, а m(С7H16) =
100 . 0.552x = 55.2x, объемы - V(C8H18) = 114х / 0.6916 = 164.8352x, V(С7H16) =
55.2x / 0.6837 = 80.7371x, объемная доля изооктана φ(C8H18) = [164.8352x /
(164.8352x + 80.7371x)] . 100 = 67 %.
Таким образом, октановое число исходной смеси равно 67.
3. Хлорирование предельных углеводородов на свету – цепной
радикальный процесс, состоит из трех стадий:
1. Инициирование:
Cl2  Cl• + •Cl (на свету)
2. Рост цепи:
CnH2n+2 + Cl•  CnH2n+1• + HCl
CnH2n+1• + Cl2  CnH2n+1Cl + Cl•
3. Обрыв цепи:
Cl• + •Cl  Cl2
CnH2n+1• + Cl•  CnH2n+1Cl
2CnH2n+1•  CnH2n+1 - CnH2n+1
Для
исходных
углеводородов
возможно
образование
следующих
монохлорпроизводных:
CH3
CH3 C
CH3
CH
CH3 Cl
CH
CH3
CH3 C
CH3
CH3 C
CH3
CH3 C
CH3
CH2 CH
CH3
Cl
CH2 C
CH2Cl
CH3
2,2,4-триметил-3хлорпентан
CH2 CH
CH3
CH3
2,2,4-триметил-1хлорпентан
CH3
CH3
изооктан
CH3
CH3
CH3 C
CH3
CH2 CH
CH3
2,4,4-триметил-2хлорпентан
CH2Cl
CH3
2,4,4-триметил-1хлорпентан
CH2-CH2-CH2- CH2-CH2-CH2-CH3
CH3-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH3
Cl 1-хлоргептан
Cl 3-хлоргептан
CH3-CH2-CH2- CH2-CH2-CH2-CH3
н-гептан
CH3-CH-CH2- CH2-CH2-CH2-CH3
CH3-CH2-CH2- CH-CH2-CH2-CH3
4-хлоргептан
Cl
Cl 2-хлоргептан
2.
1. Na2SO4, 2. Ba(NO3)2, 3 Pb(NO3)2, 4. Na2CO3, 5. CH3COOH, 6. HNO3,
7. Na3PO4, 8. ZnCl2, 9. MnCl2, 10. NaOH.
Me2+ + CO32-  MeCO3
3 Me2+ + 2 PO43-  Me3(PO4)2
Me = Ba, Pb, Zn
MeCO3 + 2 CH3COOH  Me(OOCCH3)2 + H2CO3
MeCO3 + 2 HNO3  Me(NO3)2 + H2CO3
CO2
CO2
H2O
H2O
Ba2+ + SO42-  BaSO4
Pb2+ + 2 OH-  Pb(OH)2
Pb2+ + 2 Cl-  PbCl2 (м.р.)
Mn2+ + 2 OH-  Mn(OH)2
Pb2+ + SO42-  PbSO4
Pb(OH)2 + 2 NaOH  Na2[Pb(OH)4]
PbCl2 + 4 NaOH  Na2[Pb(OH)4] + 2 NaCl
2 Mn(OH)2 + O2 + 2 H2O 2 Mn(OH)4
(или MnO2 x H2O )
3. Сгоранию метана соответствует уравнение:
CH4 (г) + 2 O2 (г)  CO2 (г) + 2 H2O (ж)
В соответствии с законом Гесса энтальпия реакции сгорания 1 моль метана
равна:
Н = Нобр.(CO2) + 2Нобр.(H2O)  Нобр.(CН4) =
=  393.5 + 2  (285.8)  (74.8) =  890.3 кДж/моль
Количество вещества оксида углерода (IV):
n(CO2) = (267.1) / (890.3) = 0.3 моль
Количество вещества гидроксида натрия:
n(NaOH) = 0.2 л  2 моль/л = 0.4 моль.
Оксид углерода (IV) и гидроксид натрия взаимодействует по уравнениям:
x
x
CO2 + NaOH  NaHCO3
(1)
у
2y
CO2 + 2 NaOH  Na2CO3 + H2O
(2)
Пусть x моль CO2 взаимодействует с NaOH по уравнению (1), а y моль – по
уравнению (2). Тогда:
x + y = 0.3
x + 2y = 0.4
Откуда x = 0.2 моль, y = 0.1 моль.
n(NaHCO3) = x = 0.2 моль; m(NaHCO3) = 0.2 моль  84 г/моль = 16.8 г
n(Na2CO3) = y = 0.1 моль; m(Na2CO3) = 0.1 моль  106 г/моль = 10.6 г
Масса раствора равна:
m(р-ра) = m(р-ра NaOH) + m(CO2) + m(H2O) =
= 200 мл  1.08 г/мл + 0.3 моль  44 г/моль + 0.6 моль  18 г/моль = 240 г
Массовые доли NaHCO3 и Na2CO3 составляют:
(NaHCO3) =
16.8
 100 % = 7.00 %
240
(Na2CO3) =
10.6
 100 % = 4.42 %
240
4. 1. Резкое падение давления при охлаждении реакционной смеси до 100
oC связано с тем, что один из продуктов реакции – вода, конденсирующаяся при
указанной температуре.
2. Газообразный продукт обязательно должен содержать углерод и азот.
Молярная масса газообразного продукта:
М(продукта) = М(возд.) · Dвозд.(продукта) = 29 г/моль · 1.79 = 51.9 
52 г/моль. По величине молярной массы можно сделать вывод, что неизвестный
газ – дициан C2N2.
3. Уравнение реакции:
4 HCN +O2 = 2 C2N2 + 2 H2O (150 oC, серебряный катализатор).
4. Молярная масса исходной смеси газов: М =  · Vm,
для н.у. М = (н.у.) · 22,4 л/моль = 1.34 г/л · 22.4 л/моль = 30.0 г/моль.
5. Состав исходной смеси:
М(HCN + O2) = (HCN) · М(HCN) + (O2) · М(O2) =
= (HCN) · М(HCN) + (1–(HCN)) · М(O2), отсюда, обозначив х = (HCN),
получаем:
30 = 27х + 32(1 – х) = 27х + 32 – 32х = –5х + 32
5х = 2
х = 0.4, т.е. (HCN) = 0.4 (40 %) и (O2) = 1 – 0.4 = 0.6 (60 %).
Следовательно, исходная смесь содержала:
Vисх.(HCN) = (HCN) · Vнач. = 200 · 0.4 = 80 л циановодорода и
Vисх.(O2) = 200 – 80 = 120 л кислорода.
6. Конечный объем смеси равен:
Vкон =Vнач. – Vреаг.(HCN) – Vреаг.(O2) + Vобраз.(C2N2).
Так как смесь была приведена к нормальным условиям, объемом жидкой
воды можно пренебречь.
Обозначив y = Vреаг(HCN), и учитывая, что в соответствии с уравнением реакции
Vреаг.(HCN) = 4 Vреаг.(O2) = 2 Vобраз.(C2N2), получаем:
Vкон =Vнач. – у – 0.25 у + 0.5 у = Vнач. – 0.75 у.
С другой стороны, в соответствии с условием задачи:
Vкон. =Vнач. / 1.32 = 200 /1.32 = 152 л. Тогда:
152 = 200 – 0.75 у
у = (200 – 152) / 0.75 = 64.
Следовательно, образовалось дициана Vобраз.(C2N2) = 64 / 2 = 32 л. При
этом прореагировало 64 л циановодорода и 16 л кислорода.
7. Поскольку циановодород взят в недостатке, расчет выхода необходимо
вести по нему:
(C2N2) = Vреаг.(HCN) / Vисх.(HCN) = 64 / 80 = 0.80 (80 %).
Всероссийская олимпиада школьников
Областной этап
2007-2008 учебный год
14 января 2008 года
11 класс
Решения задач теоретического тура
1. Жидкость А — это органическое соединение. Тогда очевидно, что при
горении А образуется вода и газ СО2, который в реакции с Ba(OH)2 и образует
осадок BaCO3. При действии HCl на BaCO3 получается 6.66 дм3(л) / 22.4 л/моль =
= 0.2973 моль СО2.
СО2 + 2 NaOH  Na2CO3 + H2O
Na2CO3 + Ba(OH)2  BaCO3 + 2 NaOH
BaCO3 + 2 HCl  BaCl2 + H2O + CO2
Однако если считать, что осадок состоит только из BaCO3, должно
получаться 59.74 г / 197 г/моль = 0.3032 моль CO2. Следовательно, CO2 и H2O не
единственные продукты горения. Жидкость А должна содержать еще какойнибудь элемент, способный образовывать летучий кислый оксид. Поскольку
исходная жидкость имеет неприятный запах, можно предположить, что этот
элемент — сера, а соответствующий оксид - SO2. При этом протекают реакции,
идентичные вышеприведенным.
n(CO2) + n(SO2) = 0.2973 моль
n(CO2)  M(BaCO3) + n(SO2)  M(BaSO3) = 59.74 г
n(CO2) = 0.2387 моль  m(CO2) = 10.5 г
n(SO2) = 0.0586 моль  m(SO2) = 3.75 г
m(H2O) = 16.41 г – [m(CO2) + m(SO2)] = 2.16 г
Масса воды равна 2.16 г и количество моль n(H2O) = 0.120 моль.
m(С) + m(S) + m(H) = 0.2387  12 + 0.0586  32 + 0.24  1 = 2.8644 + 1.8752 + 0.24 =
= 4.98 г.
n(С) : n(S) : n(H) = 0.2387 : 0.0586 : 0.24 = 4 : 1 : 4
Общая формула вещества А — (C4H4S)n, при n = 1 вещество А — тиофен.
Тиофен ароматичное соединение. Он легко вступает в
реакции замещения, например, при нитровании образует 2-
S
нитротиофен. Тиофен окисляется азотной кислотой с
разрушением молекулы, поэтому нитруют его ацетилнитратом
+ CH3CONO2
S
O
NO2 + CH3COOH
S
В реакции тиофена с Cl2 происходит замещение водорода, но не разрыв
двойных связей. При этом могут образоваться как моно-, так и полихлортиофены:
+ Cl2
S
Cl
- HCl
S
Cl2
Cl
Cl
- HCl
S
Можно предложить еще несколько формул соединений состава (C4H4S)n:
HC
C
CH2
CH2 ;
H2C
;
C
S
S
CH2
SH
;
S
SH
HC
C
C
S
C
CH=CH2;
SCH3
S
2.
1.
CH3
CH3 CH
Cl2, hν
COOH + Cl2
CH3
CH3 C
COOH + HCl
A
Cl
2.
CH3
CH3 C
3.
COOH + CH3OH
Cl
CH3
CH3 C
CH3
H+
CH3 C
COOCH3 + H2O
B
Cl
CH3
Силикагель
COOCH3
CH2 C
t
COOCH3 + HCl
X
Cl
4.
CH3
CH3 CH
Cr, Zn, Cd,
500oC
C(O)H
CH3
CH2 C
C(O)H + H2
C
5.
CH3
CH2 C
CH3
O2, Cu
C(O)H + 1/2O2
CH2 C
COOH
D
6.
CH3
CH2 C
H+
COOH + CH3OH
CH3
CH2 C
COOCH3 + H2O
X
7.
CH2 CH
 

CH3 + Cl
CH3
C
OCH3
ClCH2
O
CH3
8.
ClCH2
C
H
C
H
COOCH3
E
CH3
COOCH3
Силикагель
t
CH2
C
COOCH3 + HCl
X
A – 2-метил-2-хлорпропановая кислота;
B – метиловый эфир 2-метил-2-хлорпропановой кислоты;
C – 2-метилпропен-2-аль (метакриловый альдегид);
D – 2-метилпропен-2-овая кислота (метакриловая кислота);
E – метиловый эфир 2-метил-3-хлорпропановой кислоты;
X – метиловый эфир 2-метилпропен-2-овой кислоты (метилметакрилат).
Метилметакрилат проявляет свойства непредельных соединений (присоединение
галогенов, галогеноводородов
и воды против правила Марковникова,
полимеризации) и сложных эфиров (гидролиз), используется в производстве
пластмасс.
3. 1) По уравнению Клапейрона-Менделеева
PV = nRT = (m/M)RT = (V/M)RT, откуда M = (RT)/P, т.е.
М(смеси) = (0.440 г/л · 0.082(л·атм/(моль·К))·700 К) / 0.82 атм = 30.8 г/моль.
2) С другой стороны,
М(смеси) = Х(СО) · М(СО) + Х(О2) · М(О2) = Х(СО) · М(СО) + (1 – Х(СО)) · М(О2).
Обозначив (СО) = х, получаем:
30.8 = 28х + 32(1 – х)
30.8 = 28х + 32 – 32х
30.8 = 32 – 4х
4х = 32 – 30.8
4х = 1.2
х = 0.3.
Следовательно, мольная доля угарного газа в смеси равна
Х(СО)·= 0.3 = 30 % и мольная доля кислорода равна
Х(О2)·= 1 – 0.3 = 0.7 = 70 %.
3) 2 СО + О2 = 2 СО2.
Скорость реакции окисления угарного газа в выбранный момент
определяется уравнением:
 = k · C2(CO) · C(O2).
Учитывая, что в сосуде постоянного объема концентрация газа
пропорциональна его количеству, можно записать:
 = k'·n2(CO) · n(O2).
Примем, что объем сосуда был таков, что содержал 1 моль исходной смеси,
т.е. 0.3 моль СО и 0.7 моль O2.
Тогда сразу после смешения
1 = k'·n12(CO) · n1(O2) = k' · 0.32 · 0.7 = 0.0630k'.
Поскольку в соответствии с уравнением реакции СО в недостатке, выход
определяется по этому газу, т.е. в конечный момент прореагировало 75 % СО, т.е.
nреаг.(СО) = 0.75 · nисх.(СО) = 0.75 · 0.3 = 0.225 моль.
Тогда осталось nост.(СО) = nисх.(СО) – nреаг.(СО) = 0.3 – 0.225 = 0.075 моль,
прореагировало кислорода
nреаг.(О2) = 0.5  nреаг.(СО) = 0.5 · 0.225 = 0.113 моль и осталось кислорода
nост.(О2) = nисх.(О2) – nреаг.(О2) = 0.7 – 0.113 = 0.587 моль.
Следовательно, в конечный момент скорость составила:
2 = k' · 0.0752 · 0.587 =0.00330k'.
Тогда, в ходе реакции за рассматриваемый промежуток времени скорость
уменьшилась в:
1 / 2 = 0.06300k' / 0.00330k' = 19.1 раза, т.е. примерно в 19 раз.
4. Кристаллическое вещество Х должно содержать Na и I (желтый цвет
пламени указывает на присутствие натрия; желтая соль серебра, растворимая
только в растворах NaCN или Na2S2O3, может представлять собой лишь AgI).
Вещество Х, содержащее Na и I, не может быть иодидом натрия NaI, так как
это противоречит описанию опытов 2, 4 и 5. По всей вероятности вещество Х
содержит также кислород и имеет формулу NaIOy (к числу достаточно устойчивых
солей относятся NaIO3 и NaIO4, эти соли практически не подвергаются гидролизу
и их растворы нейтральны).
Определение формулы соли NaIOy .
Реакция соли NaIOy (М = 150 + 16у) с NaI в кислом растворе протекает по схеме:
NaIOy + (2у -1) NaI + у H2SO4 → у Na2SO4 + у I2 + у H2O
Иодид калия (0.5 г) взят в избытке, чтобы обеспечить восстановление NaIOy.
Выделившийся йод оттитровали раствором Na2S2O3:
I2 + 2 Na2S2O3  2 NaI + Na2S4O6
На титрование израсходовано 37.4 мл 0.1 М раствора Na2S2O3, в котором
содержится 0.1 ∙ 0.0374 = 3.74 ∙ 10-3 моль Na2S2O3. Из уравнения реакции видно,
что это количество Na2S2O3 прореагировало с 0.5 ∙ 3.74 ∙ 10-3 = 1.87 ∙ 10-3 моль
I2. Это количество I2 выделяется в результате взаимодействия
[1.87 ∙ 10-3 / у] моль NaIOy с избытком NaI. Из условия задачи известно, что
количество прореагировавшего Na2S2O3 равно [0.1 / (150 + 16у)] моль. Из
соотношения [1.87 ∙ 10-3 / у] = [0.1 / (150 + 16у)], получаем, что у = 4.
Таким образом, вещество Х имеет формулу NaIO4.
Уравнения реакций, протекающих в пп. 2-4:
2)
2 IO4- + 7 SO2 + 6 H2O  I2 + 7 SO42- + 12 H+
I2 + SO2 + 2 H2O  2 I- + SO42- + 4 H+
3)
I- + Ag+ → AgI
AgI + 2 CN-  [Ag(CN)2]- + IAgI + 2 S2O32-  [Ag(S2O3)2]3- + I-
4)
IO4- + 7 I- + 8 H+  4 I2 + 4 H2O
I2 + 2 S2O32- → 2 I- + S4O62-
9 класс
Рекомендации по оценке решения теоретического тура
Задача 1
За расчет количеств 2 веществ – по 1 баллу
За указание на сероводород
Итого
Задача 2
За 2 уравнения реакций получения N2 и N2O – по 3 балла
За условия 2 реакций получения N2 и N2O – по 3 балла
За уравнение реакции с алюминием
За 3 уравнения реакций обнаружения ионов – по 3 балла
За условия выполнения обнаружения 2 ионов – по 3 балла
За признаки 2 реакций – по 3 балла
Итого
Задача 3
За уравнения реакции
За расчет выхода
Итого
За уравнение диссоциации
За выражение для константы диссоциации
За указание направления смещения равновесия
За направление изменения концентрации ионов H+
За изменение концентрации HA и A–
За сохранение постоянной концентрации ионов H+
За термин «буферные растворы»
За применение буферных растворов
Итого
Максимально возможная оценка
2
8
10 баллов
6
6
3
9
6
6
36 баллов
3
15
18 баллов
3
3
4
4
7
7
4
4
36 баллов
100 баллов
Рекомендации по оценке решения экспериментального тура
За методику определения
За установление природы 8 веществ – по 3 балла
За уравнения 12 реакций – по 1 баллу
Итого
4
24
12
40 баллов
10 класс
Рекомендации по оценке решения теоретического тура
Задача 1
За определение октанового числа
За расчет октанового числа
За написание формул 2,2,4-триметилпентана и гептана – по 0.5
балла
За формулы 8 монохлорпроизводных и их названия – по 1 баллу
За механизм хлорирования
За тривиальное название 2,2,4-триметилпентана (изооктана)
Итого
Задача 2
За правильное указание №№ пробирок – по 1.5 балла
За уравнения реакций
Итого
Задача 3
За 3 уравнения реакций – по 2 балла
За расчет энтальпии по закону Гесса
За расчет массовых долей
Итого
За объяснение падения давления
За установление молярной массы и формулы дициана
За написание уравнения реакции
За расчет состава исходной смеси
За расчет объема образовавшегося дициана
За расчет выхода дициана
Итого
Максимально возможная оценка
3
6
1
8
6
1
25 баллов
15
9
24 балла
6
10
9
25 баллов
3
5
2
5
7
4
26 баллов
100 баллов
Рекомендации по оценке решения экспериментального тура
За правильное определение содержимого пробирок - по 2 балла
За уравнения химических реакций – по 1 баллу
За определение массы соды и щелочи (в граммах)
Ошибка от 10 до 15 %
Ошибка от 16 до 25 %
Ошибка более 25 %
Максимально возможное количество баллов
10
6
24
14
10
0
40 баллов
11 класс
Рекомендации по оценке решения теоретического тура
Задача 1
За 3 уравнения реакций (независимо с СО2 или SO2) – по 1 баллу
За определение тиофена
За приведение других формул – не более 4-х баллов
За указание ароматичности и свойства тиофена
Итого
Задача 2
За формулы веществ A-E и Х и их названия – по 2 балла
За уравнение реакции пропилена с метилхлорформиатом
За остальные уравнения реакций – по 1 баллу
За указание химических свойств и практическое применение X
Итого
Задача 3
За расчет молярной массы исходной смеси
За расчет состава исходной смеси
За расчет изменения скорости реакции
Итого
Задача 4
За установление элементов, входящих в состав Х, + объяснение –
2 + 3 балла
За установление формулы вещества Х
За уравнения протекающих реакций – 2 х 6 + 1
Итого
Максимально возможная оценка
3
12
4
7
26 баллов
12
2
7
3
24 балла
6
8
10
24 балла
5
8
13
26 баллов
100 баллов
Рекомендации по оценке решения экспериментального тура
За определение числа компонентов смеси
За идентификацию и расчет Rf
За написание уравнения реакций
За технику выполнения работы
За оформление отчета
Всего
4
10
12
10
4
40 баллов