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 X₂O_n равна:

ω(X) = 1 г / 1,429 г = 0,7.

С другой стороны,

f2.1

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

Искомый металл Х – железо (Fe)        4 балла

2. 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

3. 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.

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

Решение

1. Общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов – C_nH_2n+2O. Пусть n(C_nH_2n+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):

2. Только бутанол-2 при дегидратации образует бутен-2, имеющий цис—транс-изомеры.
3. Уравнение реакции дегидратации бутанола-2

Уравнение реакции дегидратации бутанола-2

4. Геометрические изомеры бутена-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;
• D_возд.(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 – C_nH_2n-2, тогда формула углеводорода A – C_nH_m. Т.к. известна плотность паров углеводорода B по воздуху, найдём его молярную массу:

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

14n – 2 = 68,

n = 5 – C₅H₈. 1,5 балла

Тогда формула А – С₅H_m.

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:

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:

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

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

f4.4

или

f4.5

За любое из уравнений – 0,5 балла.

4. При бромировании А возможно образование двух изомеров:

f4.6

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

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

f4.7

или

f4.8

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 Na_xAn (An – анион кислотного остатка). Катионы серебра дают жёлтый осадок с анионами ортофосфорной кислоты.

Na_xAn + xAgNO₃ = Ag_xAn + xNaNO₃

Согласно уравнению реакции, n(Na_xAn) = n(Ag_xAn):

f4.9

откуда M(An) = 43,5x.

Представим формулу вещества А как Na_xЭ_yO_z, тогда

f4.10

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.

1. Определите вещества X₁ – X₃.
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:

f6.2

По 1 баллу за каждый правильный способ.

Всего за задачу – 10 баллов.

Максимальное количество баллов за работу – 50.