Олимпиадные задания с решениями

Химия 9 класс, школьный (первый) этап, г. Москва, 2017-2018 год

Содержание

  1. Задача 1. Два газа
  2. Задача 2. Соединения с водородом
  3. Задача 3. Свойства неизвестного газа
  4. Задача 4. Хорошо растворимый газ
  5. Задача 5. Ионное соединение без металлов
  6. Задача 6. Расширение и сжатие газа

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.

Задача 1. Два газа

Содержание ↑

Два газа X и Y способны взаимно превращаться друг в друга. Оба они встречаются в природе, оба поддерживают горение тлеющей лучинки. Газ Y в отличие от газа X вызывает потемнение серебряной пластинки. Газ X образуется из газа Y при пропускании его через раствор иодида калия KI:

KI + Y + H2O → I2 + X + KOH

Назовите газы X и Y. Составьте уравнение записанной выше реакции. Какую роль играет газ Y в верхних слоях земной атмосферы? Запишите уравнение реакции газа Y с серебряной пластинкой, если известно, что продуктами её являются газ Х и вещество Z, содержащее 87,1 % серебра по массе.

Решение

Содержание ↑

Газы X и Y – это кислород O2 и озон О3. 4 балла

2KI + О3 + H2O → I2 + O2 + 2KOH 1 балл

Озоновый слой в стратосфере поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца и предохраняет от него поверхность Земли и её обитателей. 1 балл

Найдём формулу вещества Z.

Ag : O = (87,1/108) : (12,9/16) = 1: 1.

Простейшая формула – AgO. 2 балла

Уравнение реакции:

Ag + O3 = AgO + O2 2 балла

Итого 10 баллов

Задача 2. Соединения с водородом

Содержание ↑

Некоторый элемент X образует несколько соединений с водородом, в каждом из которых он четырёхвалентен. Все эти соединения легко воспламеняются на воздухе, гидролизуются водой до оксида, а при нагревании разлагаются на простые вещества.

В простейшем соединении массовая доля водорода равна 12,5 %. Установите его формулу (не забудьте привести расчёты) и напишите уравнения трёх перечисленных выше реакций с его участием.

Напишите формулу водородного соединения X, которое содержит 8 атомов водорода.

Решение

Содержание ↑

Общая формула гидридов четырёхвалентных элементов: XH4.           1 балл

Массовая доля водорода:

ω(H) = 4 / (4+M(X)) = 0,125, откуда M(X) = 28 г/моль. X – кремний, формула простейшего водородного соединения – SiH4          2 балла

Уравнения реакций:

SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O     2 балла

SiH4 + 2H2O = SiO2 + 4H2     2 балла

SiH4 = Si + 2H2   2 балла

за каждое уравнение – 1 балл, если неверные коэффициенты. Если уравнения записаны в общем виде, без указания элемента Si, ставится полный балл

Формула другого водородного соединения – Si3H8 1 балл

Итого 10 баллов

Задача 3. Свойства неизвестного газа

Содержание ↑

Через склянки, содержащие растворы сульфата меди (II), нитрата серебра (I) и гидроксида калия пропустили неизвестный газ, имеющий неприятный запах и образующийся при разложении белков. В двух склянках выпал осадок, а в одной – нет.

  1. Какой газ пропускали через растворы солей?
  2. Осадки каких веществ выпали из растворов? Напишите уравнения реакций, протекающих во всех склянках.
  3. Приведите два разных способа получения неизвестного газа в химической лаборатории.

Решение

Содержание ↑

1) Газ, образующийся при разложении белков и имеющий неприятный запах, – сероводород H2S. 2 балла

2) При взаимодействии с сероводородом соли образуют соответствующие сульфиды металлов, имеющие тёмную окраску, а в растворе гидроксида калия происходит реакция нейтрализации, осадок не образуется:

CuSO4 + H2S = CuS↓ + H2SO4 2 балла

2AgNO3 + H2S = Ag2S↓ + 2HNO3 2 балла

2KOH + H2S = K2S + 2H2O 2 балла

принимается также KOH + H2S = KHS + H2O

(если реакция не уравнена – 1 балл из 2-х)

3) В химической лаборатории сероводород можно получить действием раствора серной кислоты или соляной кислотой на сульфиды металлов, чаще всего используют сульфид железа (II):

FeS + H2SO4 = FeSO4 + H2S↑ 1 балл

Реже используют прямой синтез – взаимодействие кипящей серы с водородом:

H2 + S = H2S 1 балл

Итого 10 баллов

Задача 4. Хорошо растворимый газ

Содержание ↑

В воде растворили 33 л неизвестного газа и получили 250 г раствора. Если в том же количестве воды растворить в три раза больше газа, образуется раствор массой 300 г.

  1. Определите массовые доли растворённого вещества в каждом из растворов.
  2. Найдите массу воды, взятой для растворения.
  3. Определите неизвестный газ, если известно, что объёмы измерены при нормальных условиях. Все необходимые расчёты запишите.

Решение

Содержание ↑

1) Сравнив первый и второй растворы, находим, что 66 л газа весят 50 г. Следовательно, 33 л газа весят 25 г. В первом растворе содержалось 25 г газообразного вещества, а во втором – в 3 раза больше, 75 г. Массовые доли:

ω1 = 25 / 250 = 0,1 = 10 % 2 балла

ω2 = 75 / 300 = 0,25 = 25 % 2 балла

2) Масса воды в обоих растворах – одна и та же:

m(H2O) = 250 – 25 = 300 – 75 = 225 г 2 балла

3) Составим пропорцию:

33 л газа весят 25 г

22,4 л газа весят M г

M = 25 · 22,4 / 33 = 17          3 балла

Неизвестный газ – аммиак, NH3. 1 балл

Итого 10 баллов

Задача 5. Ионное соединение без металлов

Содержание ↑

Вещество состава CNH5O3 представляет собой бесцветные кристаллы, водный раствор которых хорошо проводит электрический ток. При добавлении соляной кислоты к этому веществу выделяется бесцветный газ, вызывающий помутнение известковой воды. Назовите неизвестное вещество и изобразите структуру его формульной единицы. Назовите виды связей, присутствующие в этом соединении. Запишите уравнения описанных реакций.

Решение

Содержание ↑

Судя по описанию свойств, вещество представляет собой соль угольной кислоты. В роли катиона в ней выступает ион аммония. Формула вещества – NH4HCO3. Это гидрокарбонат аммония. 2 балла

Структура формульной единицы:

 

3 балла

(по 1,5 балла за каждый ион)

В соединении присутствуют ионная и ковалентная связи 1 балл

Уравнения реакций:

NH4HCO3 + HCl = NH4Cl + CO2 + H2O 2 балла

CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O 2 балла

Итого 10 баллов

Задача 6. Расширение и сжатие газа

Содержание ↑

С помощью шланга пустую колбу герметично присоединили к U-образной трубке, в которую налили некоторое количество воды (см. рисунок 1). Уровень воды в обоих коленах трубки (А и В) был одинаковым. Когда колбу плотно обхватили рукой, то уровень воды в колене А понизился, а в колене В повысился (см. рисунок 2).

  1. Почему изменяется уровень воды в U-образной трубке, когда колбу обхватывают рукой?
  2. Что можно сделать (разбирать прибор не разрешается), чтобы уровень воды в трубке изменился обратным образом: в колене А поднялся, а в колене В – опустился?
  3. Данный прибор является аналогом термоскопа, созданного великим итальянским учёным Галилео Галилеем. Предположите, с какой целью Г. Галилей использовал термоскоп. Прообразом какого современного прибора является термоскоп?
  4. Небольшое количество некоторого вещества внесли в стакан с водой и начали растворять. В этот же стакан опустили расширенную часть колбы (см. рисунок 3). Уровень воды в U-образной трубке изменился так, как показано на рисунке.

    Рисунок 3

    Объясните данный эффект. Приведите примеры двух веществ, при растворении которых будет наблюдаться подобное изменение уровня воды в U-образной трубке, и двух веществ, растворение которых сопровождается обратным эффектом.

  5. Замечено, что при растворении некоторых безводных веществ (например, CuSO4, MgSO4, Na2CO3) и соответствующих кристаллогидратов (CuSO45H2O, MgSO4·7H2O, Na2CO3·10H2O) наблюдаются прямо противоположные тепловые эффекты.

При растворении каких солей – безводных (CuSO4, MgSO4, Na2CO3) или соответствующих кристаллогидратов – будет наблюдаться изменение уровня воды в U-образной трубке, показанное на рисунке 3? Предложите возможное объяснение данной закономерности.

Решение

Содержание ↑

  1. От тепла руки нагреваются стенки колбы и воздух внутри колбы. При нагревании газы расширяются, их объём увеличивается. Воздух сильнее давит на столб воды в колене А, поэтому её уровень понижается, а в колене В – повышается. 1 балл
  2. Можно охладить колбу, используя снег, лёд или холодную воду. В этом случае давление воздуха в колбе уменьшится. Воздух будет слабее давить на столб воды в колене А, поэтому её уровень повысится, а в колене В – понизится. 1 балл
  3. Термоскоп использовался для регистрации изменения температуры. Термоскоп — прообраз современного термометра. 2 балла
  4. Наблюдаемый эффект можно объяснить тем, что при растворении вещества выделяется тепловая энергия, в результате чего раствор разогревается. С выделением тепла растворяются многие вещества, например, серная кислота, гидроксид натрия. 2 балла. Примеры веществ, растворение которых является эндотермическим процессом: нитрат калия, нитрат аммония. 2 балла
  5. Растворение безводных солей: CuSO4, MgSO4, Na2CO3 является экзотермическим, поэтому будет наблюдаться такое изменение уровня воды в U-образной трубке, как это показано на рисунке 3. При растворении вещества в воде происходят следующие процессы: разрушение структуры растворяемого вещества (разрываются связи, энергия затрачивается) и гидратация, т.е. взаимодействие молекул воды с частицами растворенного вещества (образуются новые связи, энергия выделяется). В зависимости от соотношения этих тепловых эффектов процесс растворения вещества может быть эндо- или экзотермическим. При растворении рассмотренных безводных солей энергия гидратации весьма велика (эти соли образуют устойчивые кристаллогидраты), она превышает энергию, необходимую для разрушения кристаллических решеток. 2 балла

Итого 10 баллов

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

Рекомендуем ознакомиться: