Олимпиадные задания с решениями

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

Содержание

  1. Задача 1. Левые части
  2. Задача 2. От азотной кислоты к алюминату
  3. Задача 3. Получение и окисление алкена
  4. Задача 4. Запах газа
  5. Задача 5. «Медный всадник»
  6. Задача 6. Осторожное получение 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. Левые части

Содержание ↑

Восстановите левые части уравнений химических реакций.

  1. … + … → KI + N2↑ + 2H2O
  2. … + … + … = 2MnO2 +3KNO3 + 2KOH
  3. … + … + … = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O
  4. … + … + … = 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 + 8H2O
  5. … + … = 8MnO2 + 3K2SiO3 + 2KOH + 5H2O

 

Решение

Содержание ↑

  1. KNO2 + NH4I → KI + N2↑ + 2H2O
  2. 3KNO2 + 2KMnO4 + H2O = 2MnO2 +3KNO3 + 2KOH
  3. 2Fe(OH)3 + 3Br2 + 10KOH = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O
  4. Cr2(SO4)3 + 3H2O2 + 10NaOH = 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 + 8H2O
  5. 3SiH4 + 8KMnO4 = 8MnO2 + 3K2SiO3 + 2KOH + 5H2O

Критерии оценивания:

каждое уравнение – 2 балла

(если правильные реагенты, но не уравнено – 1 балл)

Итого 10 баллов

 

Задача 2. От азотной кислоты к алюминату

Содержание ↑

Напишите уравнения реакций к схеме превращений:

 

Определите вещества X, Y, Z, E, если известно, что

X – простое вещество,

Y – сложное вещество, твёрдое, при гидролизе образует щёлочь.

 

Решение

Содержание ↑

X – N2, Y – Li3N, Z – LiOH, E – Li2CO3.

Уравнения реакций:

  1. 10Al + 36HNO3 = 10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O
  2. N2 + 6Li = 2Li3N
  3. Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3 (допускается запись NH3·H2O)
  4. 2LiOH + CO2 = Li2CO3 + H2O
  5. Li2CO3 + Al2O3 = 2LiAlO2 + CO2

Критерии оценивания:

каждое уравнение – 2 балла

(если правильные вещества, но не уравнено – 1 балл)

Итого 10 баллов

 

Задача 3. Получение и окисление алкена

Содержание ↑

При взаимодействии галогеналкана со спиртовым раствором щёлочи образуется алкен, плотность паров которого в 2,157 раза меньше плотности паров исходного галогеналкана.

  1. Определите молекулярную формулу исходного галогеналкана. Расчёты запишите.
  2. Установите все возможные структурные формулы исходного галогеналкана и структурную формулу алкена, если известно, что алкен в условиях жёсткого окисления образует кетон и кислоту.
  3. Приведите уравнение реакции окисления искомого алкена подкисленным раствором перманганата калия.

Решение

Содержание ↑

1) Уравнение реакции дегидрогалогенирования исходного галогеналкана:

CnH2n+1Hal + КОН(сп.р-р) → CnH2n + KCl + H2O.

Отношение плотностей паров галогеналкана и алкена равно отношению их молярных масс:

М(CnH2n+1Hal) = 14n + 1 + М(Hal) г/моль; М(CnH2n) = 14n г/моль.

(14n + 1 + М(Hal)) / (14n) = 2,157, отсюда М(Hal) + 1= 16,2n.

В состав галогеналкана могли входить фтор, хлор, бром или иод. Подставляя в полученное уравнение значения молярных масс галогенов, можно определить значение n и природу галогена: при n = 5, M(Hal) = 80 г/моль – бром.

Молекулярная формула галогеналкана С5Н11Br

4 балла

2) При окислении алкена образуются кетон и кислота, следовательно, алкен имеет разветвлённый углеродный скелет, а двойная связь находится в середине цепи:

CH3 – CH = C(CH3) – CH3

2-метилбутен-2

Структурные формулы бромалканов, при дегидрогалогенировании которых образуется 2-метилбутен-2:

CH3–CH(Br)–CH(CH3)–CH3иCH3–CH2–C(Br)(CH3)–CH3
2-бром-3-метилбутан 2-бром-2-метилбутан

3 балла

(баллы ставятся только за структуры, называть вещества не обязательно)

3) Уравнение реакции окисления 2-метилбутена-2 перманганатом калия в кислой среде:

5CH3CH = C(CH3)CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 →

→ 5(CH3)2С = О + 5CH3CООН + 3К2SO4 + 6MnSO4 + 9H2O

3 балла

Итого 10 баллов

 

Задача 4. Запах газа

Содержание ↑

Запах, который люди чувствуют при утечке бытового газа на кухне, связан с присутствием газа Х, который используется в качестве одоранта. Газ Х

обладает резким неприятным запахом. Согласно данным элементного анализа Х имеет следующий состав: 38,71 %(масс.) углерода, 9,68 % водорода, а также некоторый элемент Y.

  1. Определите элемент Y и структуру газа X. Ответ подтвердите расчётом.
  2. При сжигании газа Х на воздухе образовавшуюся газовую смесь пропустили через баритовую воду. Затем аналогичную газовую смесь пропустили через раствор перманганата калия. Запишите уравнения происходящих химических реакций и укажите наблюдаемые признаки реакций.

Решение

Содержание ↑

1. ω(Y) = 51,61%. 1 балл

Пусть формула X – CkHmYn, тогда можно составить пропорцию:

m(C) = 12k – 38,71%

m(Y) = n×M(Y) – 51,61%

откуда M(Y) = 16(k/n)

Рассмотрим возможные случаи:

 k = 1k = 2
n = 1M(Y) = 16 (О) ⇒ СH3OM(Y) = 32 (S) ⇒ С2H6S
n = 2M(Y) = 8 (×)M(Y) = 16 (O) ⇒ С2H6O2

Состав СН3О невозможен, остаётся два варианта – С2H6S и С2H6O2. Так как Х – обладает резким неприятным запахом, это указывает на присутствие серы.

Следовательно,

Y – S 1 балл

X – C2H5SH – этантиол

(принимается также (CH3)2S – диметилсульфид) 2 балла

2. Уравнение реакции горения:

2C2H5SH + 9O2 → 2SO2 + 4CO2 + 6H2O 1 балл

(если Х определён неправильно, но уравнение верное – 1 балл)

SO2 + Ba(OH)2 → BaSO3 + H2O 1 балл

CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O 1 балл

Признак: помутнение раствора или выпадение белого осадка 0,5 балла

5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → 2MnSO4 + K2SO4 + 2H2SO4  2 балла

Признак: обесцвечивание раствора 0,5 балла

(если написаны неправильные коэффициенты – за уравнение ставить половину от максимума)

Итого 10 баллов

 

Задача 5. «Медный всадник»

Содержание ↑

Памятник Петру Великому в СанктПетербурге («Медный всадник») установлен на Гром-камне, монолите весом 1600 т. Открытие памятника состоялось 7 августа 1782 года при участии императрицы Екатерины II. Монумент уникален тем, что имеет всего три точки опоры: задние ноги коня и извивающийся хвост змеи. Для того чтобы скульптура приобрела устойчивость, мастерам пришлось облегчать её переднюю часть, поэтому толщина бронзовых стенок передней части намного тоньше задних стенок, что значительно усложнило отливку монумента.

Памятник Петру Великому в СанктПетербурге («Медный всадник»)

На берегу пустынных волн
Стоял он, дум великих полн…
(А.С. Пушкин, «Медный всадник»)

В лабораторию для анализа состава сплава, из которого был отлит памятник, поступило 10,00 г образца. Лаборант аккуратно растворил образец в концентрированной азотной кислоте, при этом наблюдалось выделение газа бурого цвета, а на дне колбы образовался осадок. После того, как осадок был отфильтрован, к фильтрату добавили избыток щёлочи, после чего выпал осадок голубого цвета, который отделили и прокалили, при этом образовалось 10,00 г чёрного остатка. Осадок, оставшийся после растворения сплава в концентрированной азотной кислоте, прокалили, при этом образовался оксид массой 2,54 г, в котором массовая доля неизвестного элемента составляет 78,8 %.

  1. Определите качественный и количественный (ω, %) состав сплава. Ответ подтвердите расчётами.
  2. Запишите уравнения всех реакций, упомянутых в тексте.

Решение

Содержание ↑

1) Определим формулу неизвестного оксида, образовавшегося при прокаливании осадка. Пусть формула оксида X2Оn, тогда

 

при n = 4, M(X) = 119 г/моль, что соответствует Sn – олово, тогда формула оксида – SnO2. 2 балла

m(SnO2) = 2,54 г, найдём массу олова в сплаве:

 

тогда масса второго компонента сплава равна 8,00 г.

Логично предположить, что остаток чёрного цвета – это оксид, так как получен при разложении гидроксида, образовавшегося при взаимодействии фильтрата с гидроксидом натрия. Для оксида состава Y2On имеем:

 

при n = 2, M(Y) = 64 г/моль, что соответствует Cu – медь, тогда формула оксида – CuO. 2 балла

(без расчётов и доказательств – 0 баллов, если в качестве доказательства указаны цветовые переходы – 1 балл)

Состав сплава – 80% (масс.) Cu и 20% Sn. 1 балл

2)Уравнения реакций:

Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Sn + 4HNO3 → SnO2×xH2O + 4NO2 + (2–x)H2O

SnO2·xH2O → SnO2 + xH2O

Cu(NO3)2 + 2NaOH → Cu(OH)2 + 2NaNO3

Cu(OH)2 → CuO + H2O

За каждое уравнение 1 балл, всего – 5 баллов

(за уравнение с неправильными коэффициентами – 0,5 балла)

Итого 10 баллов

 

Задача 6. Осторожное получение газа

Содержание ↑

Для получения газа X собрали прибор, как показано на рисунке.

Газоотводную трубку от колбы Вюрца 1 ввели через пробку в банку 2. Чтобы газ Х не попал в атмосферу, газоотводную трубку, выходящую из банки 2, опустили в цилиндр 3, на дне которого находилась ртуть. Поверх ртути в цилиндре была налита вода. Открыли зажим 4 на трубке, соединяющей банку 2 и цилиндр 3.

В колбу Вюрца 1 поместили вещество А, из капельной воронки к соли прилили вещество В, смесь нагрели. Выделяющийся газ Х постепенно заполнял банку 2.

В цилиндре 3 пузырьки газа Х проходили через слой ртути и попадали в воду, в которой растворялись.

Известно, что А – бесцветное кристаллическое вещество без запаха, хорошо растворяется в воде, окрашивает пламя в яркий жёлто-оранжевый цвет.

Вещество А широко применяется как приправа к пище и один из важнейших консервантов. В – бесцветная маслянистая жидкость без запаха, хорошо растворяется в воде, выделяя при этом много тепла, обугливает многие органические вещества. Вещество В издавна считают «матерью всех кислот».

  1. О каких веществах А и В идёт речь в условии задачи?
  2. Какой газ Х получали в данном приборе? Приведите соответствующее уравнение реакции.
  3. Почему старались избежать попадания газа в помещение лаборатории, где проводили эксперимент? Какую роль играет вода в цилиндре 3?
  4. С какой целью на дно цилиндра 3 налили ртуть? Что может произойти, если конец газоотводной трубки оставить в воде?
  5. Можно ли было собрать газ X в банке 2, не открывая зажим 4, исключив из прибора цилиндр с водой и ртутью? Чем можно заменить токсичную ртуть в данном приборе?
  6. Что представляет собой раствор газа Х? Какие реакции следует провести, чтобы доказать качественный состав полученного раствора?

 

Решение

Содержание ↑

1) А – хлорид натрия, В – концентрированная серная кислота. 1 балл

2) В приборе получали газ Х – хлороводород:

NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl↑

или

2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl↑ 2 балла

3) Хлороводород – удушливый едкий газ с резким запахом, может вызвать ожоги слизистой дыхательных путей, глаз, кожи. Необходимо остерегаться его попадания в помещение, где находятся люди.

Вода играет роль поглотителя. После того как банка 2 наполнится HCl, избыточный газ поглотится водой, растворяясь в ней. 2 балла

4) Ртуть играет роль затвора, потому что хлороводород очень хорошо растворяется в воде. Если бы слоя ртути не было, то вода бы перелилась из цилиндра 3 в банку 2.

HCl дойдёт по газоотводной трубке до воды в цилиндре 3, и сразу начнётся его растворение. Объём газа станет быстро уменьшаться, а давление в банке 2 падать. Давление может падать быстрее, чем поступать новые порции газа из колбы 1. В банке 2 создастся разряжение, под действием атмосферного давления вода перетечёт в неё из цилиндра. 2 балла

5) Закрыть зажим 4 во время проведения опыта нельзя, т. к. вытесняемый воздух должен выходить из банки 2. В противном случае давление в приборе начнёт критически нарастать, что может привести к его разрушению.

Вместо воды с ртутным затвором можно использовать твёрдые поглотители, например, негашёную или натронную известь. Вместо ртутного затвора можно использовать обратные клапаны (например, бунзеновский клапан), которые предотвратят поступление воды из цилиндра.

2 балла за любое разумное и обоснованное решение

6) Водный раствор газа Х – соляная кислота. Хлороводород диссоциирует в водном растворе:

HCl → H+ + Cl–

Избыток катионов H+ (ионов гидроксония H3O+) можно доказать с помощью индикатора, например лакмуса, который в кислой среде примет красную окраску.

Наличие хлорид-анионов можно доказать с помощью раствора соли серебра, например AgNO3, в результате реакции выпадает творожистый осадок белого цвета:

HCl + AgNO3 → HNO3 +AgCl↓

Cl– + Ag+ → AgCl↓

1 балл за любое разумное и обоснованное решение

Итого 10 баллов

Содержание ↑

Рекомендуем ознакомиться: