Олимпиадные задания с решениями

Химия 10 класс, муниципальный (второй) этап, г. Москва, 2016 год

Задание 1. (10 баллов) «Правые части»

По  правой  части  с  коэффициентами  восстановите  формулы  веществ  и коэффициенты в левой части уравнений реакций:

  1.   … + … = SiH4↑ + 2MgBr2 + 4NH3
  2.   … + … = Ca3N2 + 3CaH2
  3.   … + … = 2KCl + 3Ca(OH)2
  4.   … + … + … = SiCl4 + 2CO
  5.   … + … = SiO2 + 4NaCl + 2H2O

Решение

  1.   Mg2Si + 4NH4Br = SiH4↑ + 2MgBr2 + 4NH3
  2.   6Ca + 2NH3 = Ca3N2 + 3CaH2
  3.   3CaH2 + 2KClO3 = 2KCl + 3Ca(OH)2
  4.   SiO2 + 2C + 2Cl2 = SiCl4 + 2CO
  5.   SiCl4 + 4NaOH = SiO2 + 4NaCl + 2H2O

Критерии оценивания

  • За правильное указание исходных веществ  –  по 1 баллу
  • За правильное написание уравнений с коэффициентами  –    по 1 баллу

Всего за задачу – 10 баллов.

Задание 2 (10 баллов) «Превращения металла»

Навеску  металла  Х  массой 1,000  г  аккуратно  растворили  в 30%-й  азотной кислоте  при  нагревании (реакция 1).  К  образовавшемуся  раствору  добавили щёлочь  до  полного  выпадения  осадка (реакция 2).  Осадок  отделили  и прокалили  до  постоянной  массы (реакция 3).  В  результате  получили 1,429  г красно-коричневого вещества.

  1. Определите металл Х. Ответ подтвердите расчётом.
  2. Напишите уравнения реакций 1-3.
  3. Напишите уравнение реакции разложения соли металла Х, полученной его растворением в 30%-й азотной кислоте. Какова относительная плотность по водороду образовавшейся газовой смеси?

Решение и критерии оценивания

  1. Логично предположить, что  при  растворении металла Х  в  азотной  кислоте образуется  нитрат  этого  металла.  При  последующем  добавлении  щёлочи наблюдается выпадение осадка, вероятнее всего – гидроксида металла Х. Тогда при  прокаливании  этого  гидроксида  должен  образовываться  оксид.

Следовательно,  можно  предположить,  что  красно-коричневое  вещество –  это оксид  металла Х.  Согласно  закону  сохранения  массы,  содержание  металла Х в 1,429 г его оксида составляет 1,000 г, поэтому массовая доля металла Х в его оксиде X2On равна:

ω(X) = 1 г / 1,429 г = 0,7.

С другой стороны,

откуда M(X) = 18,67n. При n = 3, M(X) = 56 – железо.

Искомый металл Хжелезо (Fe)        4 балла

  1. Уравнения реакций:

 Fe + 4HNO3 (30%) → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O – реакция 1   1 балл

 Fe(NO3)3 + 3NaOH → 3NaNO3 + Fe(OH)3 – реакция 2    1 балл

 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O – реакция 3      1 балл

  1. Уравнение реакции разложения нитрата железа(III)

 4Fe(NO3)3 → 2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2       1 балл

В результате реакции выделяется смесь NO2 и O2 в мольном соотношении 4 : 1.

Тогда,

 M(смеси) = (4∙46 + 32) / 5 = 43,2 г/моль,

 DH2(смеси) = 43,2 / 2 = 21,6.        2 балла

Всего за задачу – 10 баллов.

Задание 3. (10 баллов) Определение спирта

В образце предельного одноатомного спирта массой 18,50 г содержится суммарно 3,75 моль атомов C, H и O. 1. Определите молекулярную формулу спирта и приведите его возможные структурные формулы.

  1. Установите структурную формулу искомого спирта, если при его дегидратации образуется алкен, имеющий геометрические изомеры.
  2. Приведите уравнение реакции дегидратации искомого спирта и укажите условия её проведения.
  3. Приведите структурные формулы геометрических изомеров продукта дегидратации искомого спирта.

Решение

  1. Общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов – CnH2n+2O. Пусть n(CnH2n+2O) = x моль. Общее количество вещества атомов в образце искомого спирта составит (3n + 3)x моль. Масса образца спирта составляет (14n + 18)x г.

Решая систему уравнений:

(3n + 3)x = 3,75,

(14n + 18)x = 18,5,

находим n = 4. Искомый спирт – бутанол C4H10O. Этот спирт может иметь четыре структуры (не учитывая оптические изомеры):

CH3CH2CH2CH2OH — бутанол-1 CH3CH(OH)CH2CHбутанол-2
CH3CH(CH3)CH2OH — 2-метилпропанол-1 (CH3)3COH — 2-метилпропанол-2
  1. Только бутанол-2 при дегидратации образует бутен-2, имеющий цистранс-изомеры.
  2. Уравнение реакции дегидратации бутанола-2

4. Геометрические изомеры бутена-2:

цис-бутен-2

транс-бутен-2

Критерии оценивания.

  1. Определение молекулярной формулы спирта – 2 балла. Структуры изомеров – 4 балла (по 1 баллу за каждую структуру).
  2. Структурная формула искомого спирта – 1 балл
  3. Уравнение реакции с указанием условий – 1 балл (без условий – 0,5 балла)
  4. Структурные формулы геометрических изомеров – 2 балла (по 1 баллу за структуру)

Всего за задачу – 10 баллов.

Задание 4. (10 баллов) «Два углеводорода»

Имеется смесь двух углеводородов А и B общей массой 34,6 г. Известно, что:

  • углеводород А относится к предельным углеводородам и содержит в своїй структуре два третичных атома углерода;
  • углеводороды А и В содержат одинаковое количество атомов углерода;
  • исходная смесь углеводородов может максимально присоединить 112 г брома;
  • при добавлении к исходной смеси избытка аммиачного раствора оксида серебра выпадает осадок массой 35 г;
  • Dвозд.(B) = 2,345.
  1. Определите молекулярные формулы углеводородов А и B. Ответ подтвердите расчётом.
  2. Изобразите структурные формулы углеводородов А и В, удовлетворяющие условию задачи. Назовите их по номенклатуре ИЮПАК.
  3. Напишите уравнение реакции взаимодействия В с аммиачным раствором оксида серебра.
  4. Укажите структуры всех возможных продуктов взаимодействия исходной смеси углеводородов с бромом (без учёта оптических изомеров).

Решение

1.  Из анализа свойств углеводородов можно сделать вывод, что углеводород B – это терминальный алкин, так как он даёт осадок с аммиачным раствором оксида серебра. Общая формула B – CnH2n-2, тогда формула углеводорода A – CnHm. Т.к. известна плотность паров углеводорода B по воздуху, найдём его молярную массу:

M(B) = Dвозд(B)·29 г/моль = 2,345·29 = 68 г/моль,

14n – 2 = 68,

n = 5 – C5H8. 1,5 балла

Тогда формула А – С5Hm.

Реакция В с аммиачным раствором оксида серебра в общем виде:

C3H7 – C ≡ CH + [Ag(NH3)2]OH → C3H7  – C ≡ CAg↓ + 2NH3 + H2O

n(C5H7Ag) = 35г : 175г/моль = 0,2 моль = n(C5H8)

Алкин В также реагирует с бромом:

С5Н8 + 2Br2 → С5Н8Br4

n(Br2) = 112г : 160г/моль = 0,7 моль

По уравнению реакции для полного взаимодействия с 0,2 моль В необходимо 0,4 моль брома, а реагирует 0,7 моль, следовательно, с бромом реагирует и углеводород А. Тогда можно предположить, что углеводород А относится к классу циклоалканов (причём конкретно – к производным циклопропана или циклобутана, так как реагирует с бромом), отсюда формула А – C5H10.

Проверим:

C5H10 + Br2 → С5Н10Br2

n(C5H10) = n(Br2) = 0,7 – 0,4 = 0,3 моль

m(исх. смеси) = m(C5H10) + m(C5H8) = 0,3·70 + 0,2·68 = 34,6 г

Следовательно, молекулярная формула А – C5H10   2,5 балла

2. Условию задачи отвечают две возможные структуры терминального алкина B:

пентин-1

3-метилбутин-1

по 0,5 балла за структуру и 0,5 балла за название, всего – 2 балла.

(Если предложена структура нетерминального алкина, оценка – 0 баллов.)

Так как циклоалкан А реагирует с бромом, следовательно, он является производным циклопропана или циклобутана. Но, согласно условию задачи, в его структуре присутствуют два третичных атома углерода. Такому условию отвечает только 1,2-диметилциклопропан.

Структура А:

1,2-диметилциклопропан

1,5 балла за структуру и 0,5 балла за название, всего – 2 балла.

3. Уравнение реакции взаимодействия В с аммиачным раствором оксида серебра:

или

За любое из уравнений – 0,5 балла.

4. При бромировании А возможно образование двух изомеров:

За каждый продукт – 0,5 балла, всего – 1 балл

В зависимости от структуры В, возможно образование следующих продуктов бромирования:

или

За любой из продуктов бромирования В – 0,5 балла

Всего за задачу – 10 баллов.

Задание 5. (10 баллов) «Разные осадки»

Навеску соли A массой 1,064 г растворили в воде. Если к полученному раствору добавить избыток раствора нитрата серебра, выпадает 2,424 г белого осадка. Если же к исходному раствору A сначала добавить небольшое количество щёлочи, а затем раствор нитрата серебра, то выделится 3,352 г жёлтого осадка. Определите вещество А, если известно, что его раствор окрашивает пламя в жёлтый цвет, а массовая доля кислорода в нём составляет 42,1%. Напишите уравнения соответствующих реакций.

Решение (один из возможных способов)

В жёлтый цвет окрашивают пламя соли натрия. Значит, вещество А – натриевая соль NaxAn (An – анион кислотного остатка). Катионы серебра дают жёлтый осадок с анионами ортофосфорной кислоты.

NaxAn + xAgNO3 = AgxAn + xNaNO3

Согласно уравнению реакции, n(NaxAn) = n(AgxAn):

откуда M(An) = 43,5x.

Представим формулу вещества А как NaxЭyOz, тогда

откуда z = 1,75x. Следовательно, x = 4, z = 7, т.е. анион содержит 7 атомов кислорода, а соль – 4 атома натрия. Формула вещества А – Na4P2O7.

Уравнения реакций:

Na4P2O7 + 4AgNO3 = Ag4P2O7↓ +4NaNO3 (белый осадок)

Na4P2O7 + 2NaOH = 2Na3PO4 + H2O

Na3PO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4↓ + 3NaNO3 (жёлтый осадок)

Критерии оценивания

Определение формулы A 7 баллов (из них – 1 балл за указание о том, что соль натриевая, 1 балл за идею о фосфоре в составе соли, 2 балла за молярную массу аниона, 1 балл за уравнение, выражающее массовую долю кислорода).

Уравнения реакций – по 1 баллу.

Всего за задачу – 10 баллов.

Задание 6. (10 баллов) Неорганический эксперимент

Карбонат марганца(II) обработали азотной кислотой и из реакционной смеси выделили соль X1. При нагревании в фарфоровой чашке кристаллов X1 получили вещество X2, порошок чёрного цвета. Затем X2 смешали с хлоридом натрия и поместили в колбу Вюрца 1 (см. рисунок 6.1). С помощью капельной воронки 2 добавили серную кислоту и нагрели реакционную смесь. В банке 3 начал собираться тяжёлый газ жёлто-зелёного цвета с резким запахом — X3.

Рисунок 6.1

  1. Определите вещества X1X3.
  2. Напишите уравнения реакций, о которых идёт речь в условии задачи.
  3. Предложите ещё два способа получения газа X3 в лаборатории.

Приведите соответствующие уравнения реакций.

Решение и критерии оценивания.

1. X1 – Mn(NO3)2, X2 – MnO2, X3 – Cl2.

По 1 баллу за каждое вещество

2. MnCO3 + 2HNO3 = Mn(NO3)2 + CO2↑ + H2O 1 балл

Mn(NO3)2 = MnO2 + 2NO2 2 балла

MnO2 + 2NaCl + 2H2SO4 = Cl2↑ + MnSO4 + Na2SO4 + 2H2O 2 балла

3. Хлор можно получать в лаборатории различными способами. Например, действием концентрированной соляной кислоты на кристаллический перманганат калия:

2KMnO4 + 16HCl = 5Cl2↑ + 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O

или электролизом водного раствора хлорида натрия с использованием инертного анода:

По 1 баллу за каждый правильный способ.

Всего за задачу – 10 баллов.

Максимальное количество баллов за работу – 50.

Общие указания:  если  в  задаче  требуются расчёты, они обязательно должны быть  приведены  в  решении.  Ответ,  приведённый  без  расчётов  или  иного обоснования, не засчитывается.

В итоговую оценку из 6 задач засчитываются 5 решений, за которые участник набрал  наибольшие  баллы,  то  есть  одна  из  задач  с наименьшим  баллом  не учитывается.

Класс:  / Предмет:  / Этап:  / Год:  / Город:  / 

Рекомендуем ознакомиться: