Химия 10 класс, школьный (первый) этап, г. Москва, 2016 год

Задание 1 «Десять порошков»

В  десяти  пронумерованных  стаканах  выданы  порошки  следующих  веществ: медь, оксид меди(II), древесный уголь, красный фосфор,  сера, железо, хлорид натрия,  сахар,  мел,  малахит (оснóвный  карбонат  меди(II)).  Ученики  исследовали свойства выданных порошкообразных веществ, результаты своих наблюдений представили в таблице.

1. Определите, в  каком  по  номеру  стакане  находится  каждое  из  веществ, выданных для исследования. Ответ обоснуйте.
2. Какие из  выданных  веществ  реагируют  с  соляной  кислотой  с  выделением газа? Составьте соответствующие уравнения реакций.
3. Известно, что  плотность  веществ,  находящихся  в  стаканах  № 4  и  № 9, больше  плотности  воды,  т. е.  эти  вещества  должны  тонуть  в  воде.  Однако порошки  этих веществ плавают на поверхности воды. Предложите возможное объяснение этому факту.
4. Известно, что  три  выданных  вещества  проводят  электрический  ток.  Какие это вещества? Раствор какого вещества проводит электрический ток?

Решение

1. В стакане № 1 находится  хлорид  натрия. Белый  цвет,  растворяется  в  воде,практически не изменяется на воздухе при нагревании.

№ 2 –  сахар;  белый  цвет,  растворяется  в  воде,  плавится  и  постепенно

обугливается при нагревании.

№ 3 – мел; белый цвет, не растворяется в воде.

№ 4 – сера; жёлтый цвет, характерное горение.

№ 5 –  медь;  красный  цвет;  появление  чёрной  окраски  при  нагревании  на воздухе за счёт образования оксида меди(II).

№ 6 – красный фосфор; тёмно-красный цвет; характерное горение.

№ 7 –  малахит;  зелёный  цвет;  появление  чёрной  окраски  при  термическом разложении за счёт образования оксида меди(II).

№ 8 – железо; тёмно-серый цвет; потемнение при нагревании.

№ 9 – древесный уголь; чёрный цвет; тлеет при нагревании на воздухе.

№ 10 – оксид меди(II); чёрный цвет; отсутствие изменений при нагревании.

По 0,5 балла за каждое верное определение и разумное обоснование.

Максимум – 5 баллов.

2. Газообразные вещества  выделяются  при  взаимодействии  соляной  кислоты с мелом, малахитом и железом:

•  CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O
•  (CuOH)₂CO₃ + 4HCl = 2CuCl₂ + CO₂↑ + 3H₂O
•  Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑

По 1 баллу за каждое уравнение

3. В стаканах № 4 и № 9 находятся соответственно порошки серы и древесного угля. Частички  древесного  угля  пронизаны  капиллярами,  заполненными воздухом,  таким  образом,  их  средняя  плотность  оказывается  меньше 1  г/мл. К тому же,  поверхность  угля,  как  и  поверхность  серы,  не  смачивается  водой, т. е.  является  гидрофобной. Мелкие  частички  этих  веществ  удерживаются  на поверхности воды силой поверхностного натяжения.

1 балл

4. Электрический ток проводят медь, железо и уголь.

Раствор хлорида натрия проводит электрический ток, т. к. NaCl – электролит.

1 балл

Всего 10 баллов.

Задание 2 «Вывод формулы органического вещества»

Органическое  соединение А  содержит 39,73 % углерода и 7,28 % водорода по массе.  Определите  молекулярную  формулу  вещества  А  и  установите  его структурную  формулу,  если  известно,  что  в  его  состав  входит  четвертичный атом углерода, а плотность паров по воздуху равна 5,2. Назовите органическое соединение  А  по  систематической  номенклатуре.  Предложите  способ получения А.

 Решение

1) Т.к.  сумма массовых долей не равна 100 %, следовательно, в молекуле  ещё есть какой-то остаток, содержание которого равно:  100 – 39,73 – 7,28 = 52,99 %.

Молярная масса вещества: M(A) = D_возд∙M_возд = 5,2 ∙ 29 = 151 г/моль.

Число атомов водорода в молекуле A: 151 ∙ 0,0728/1 = 11.

Число атомов углерода в молекуле A: 151 ∙ 0,3973/12 = 5.

Молярная  масса  остатка  равна 151 × 0,5299 = 80  г/моль,  что  соответствует одному  атому  брома,  следовательно,  молекулярная  формула  вещества  А – C₅H₁₁Br.

2)  В  состав  А  входит  четвертичный  атом  углерода,  поэтому  А  имеет следующую структуру:

3) Способ получения А:

f2.2

Система оценивания:

Задание 3 «Три углеводорода»

Массовая  доля  углерода  в  трёх  углеводородах  составляет 85,7 %. Установите молекулярные  формулы  этих  углеводородов,  если  плотность  их  по  воздуху составляет 0,97; 1,43; 1,93.  Приведите  структурные  формулы  изомеров  этих углеводородов  и  назовите  их  в  соответствии  с  правилами  международной номенклатуры.

Решение

а) Определение молярных масс углеводородов: М = D_возд.(С_xH_y)∙29;

1. M₁ = 0,97∙29 = 28 г/моль;
2. M₂ =1,45∙29 = 42 г/моль;
3. M₃ = 1,93∙29 = 56 г/моль.

б) Определение простейшей формулы искомых углеводородов: 100 г вещества С_xН_y содержат 85,7 г углерода и 14,3 г водорода. Соотношение количества  вещества  углерода  и  водорода  для  искомых  углеводородов составляет:

f3.1

Следовательно,  простейшая формула искомых углеводородов СН₂;

М(СН₂)= 14 г/моль.

в) Определение молекулярных формул искомых углеводородов и приведение структурных формул их изомеров:

1-й углеводород

28 : 14 = 2; n = 2 ⇒ С₂Н₄ — этилен. Изомеров не имеет.

 2-й углеводород

42 : 14 = 3; n = 3 ⇒ С₃Н₆

Изомеры С₃Н₆:

CH₂=СН–СН₃ — пропен

Циклопропан

3-й углеводород

56 : 14 = 4; n = 4 ⇒ С₄Н₈

Изомеры:  СН₃ – СН₂ – СН = СН₂ — бутен-1

цис-бутен-2

транс-бутен-2

СН₃ – С(CН₃) = СН₂ — метилпропен

циклобутан

метилциклопропан

Критерии оценивания

Определение простейшей формулы углеводородов.    1 балл

Определение молекулярных формул углеводородов и приведение структурных формул их изомеров:

• 1-й углеводород – 2 балла (1 балл за молекулярную формулу и 1 балл за структуру этилена)
• 2-й углеводород –  2  балла (1  балл  за  молекулярную  формулу  и  по 0,5 балла за каждую структуру)
• 3-й углеводород –  5  баллов  (1  балл  за  молекулярную  формулу,  по 0,5 балла за каждую структуру и 1 балл дополнительно, если учтена цис-трансизомерия).

(Если  молекулярные  формулы  правильно  определены  без  использования простейшей  формулы,  то 1  балл  за  простейшую  формулу  добавляется к результату.)

Всего 10 баллов.

Задание 4 «Превращения неметалла»

1) Выберите подходящий неметалл и осуществите для него превращения:

простое вещество → X → водородное соединение → высший оксид → простое вещество → соль

2) Напишите уравнения соответствующих реакций.

 Решение

1) Подходят кремний и фосфор.

Цепочка для кремния.

Si → Mg₂Si → SiH₄ → SiO₂ → Si → Na₂SiO₃

2) Уравнения реакций:

•  Si + 2Mg = Mg₂Si
•  Mg₂Si + 4HCl = SiH₄↑ + 2MgCl₂
•  SiH₄ + 2O₂ = SiO₂ + 2H₂O
•  SiO₂ + C = Si + CO₂
•  Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂↑

Каждое уравнение реакции – 2 балла.

Всего 10 баллов.

Задание 5 «Правые части с коэффициентами»

Восстановите левую часть уравнений:

1. …. + …. + …. = Na₂SO₄ + 2Ag↓ + 2HNO₃
2. …. = Na₂S + 3Na₂SO₄
3. …. + …. + …. = 3Na₂SO₄ + 2MnO₂↓ + 2KOH
4. …. + …. = POCl₃ + SOCl₂
5. …. +…. +….  2H₂SO₄

Решение

1. Na₂SO₃ + H₂O + 2AgNO₃ = Na₂SO₄ + 2Ag↓ + 2HNO₃
2. 4Na₂SO₃ = Na₂S + 3Na₂SO₄
3. 3Na₂SO₃+ H₂O + 2KMnO₄ = 3Na₂SO₄ + 2MnO₂↓ + 2KOH
4. SO₂ + PCl₅ = POCl₃ + SOCl₂
5. 2SO₂ + 2H₂O + O₂  2H₂SO₄

 По 2 балла за уравнение.

Всего 10 баллов.

Задание 6 «Волшебный порошок»

Разбирая  реактивы  в  лаборатории, юный  химик  нашёл  неподписанную  банку с белым  порошком  без  запаха.  Для  исследования  его  свойств,  юный  химик аккуратно взвесил 10,00 граммов и разделил их ровно на 5 частей, с каждой из частей он провёл следующие опыты:

1. Определите состав белого порошка. Ответ подтвердите расчётом.
2. Для опытов 2, 4, 5 приведите соответствующее уравнение реакции.
3. Что произойдёт  при  нагревании  белого  порошка?  Приведите  уравнение реакции.

Решение

1. Окрашивание пламени  горелки  в  фиолетовый  цвет  говорит  о  том,  что искомый порошок – соль калия. Выпадение белого осадка с избытком хлорида бария – качественная реакция на сульфат-ион. Но сульфат калия (K2SO₄) имеет нейтральную среду (соль образована сильным основанием и сильной кислотой), а  согласно  опыту № 1  лакмус  окрашивает  раствор  соли  в  красный  цвет,  что говорит о кислой реакции.

Следовательно,  искомая  соль –  гидросульфат  калия, KHSO₄.  Проверим  это расчётом:

 KHSO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + HCl + KCl

т. к. исходную навеску в 10,00 г юный химик разделил на пять равных частей, значит в реакцию вступило 2,00 г соли:

ν(KHSO4) = ν(BaSO4) = 2г : 136г/моль = 0,0147 моль

m(BaSO₄ ) = 0,0147 моль ∙ 233 г/моль = 3, 43 г.

Полученная  масса  сульфата  бария  совпадает  с  результатами  эксперимента, следовательно белый порошок – действительно KHSO₄.

Уравнения реакций:

1. 2KHSO₄ + K₂CO₃ → 2K₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O
2. KHSO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + HCl + KCl
3. KHSO₄ + KOH → K₂SO₄ + H₂O

Уравнение реакции разложения:

2KHSO₄

 Система оценивания: