Городская олимпиада по химии. 8-11 классы.
олимпиадные задания по химии (11 класс) на тему

Городская  олимпиада по химии

11 класс

РЕШЕНИЯ

1. Наиболее простой вариант – окислительно-восстановительная реакция, в которой третий компонент играет роль среды. Например:

 H2S+KMnO4+H2SO4 = K2SO4+MnSO4+H2O

Ca3(PO4)2+C+SiO2 = P4+CO+CaSiO3

Si+HNO3+HF = SiF4+NO+H2O

2. Реакция с Br2 в присутствии AlBr3 ясно показывает, что вещество X – производное бензола. Составу C8H10 соответствуют 4 изомера: этилбензол, 1,2-диметилбензол, 1,3-диметилбензол, 1,4-диметилбензол. Из этих соединений только 1,4-диметилбензол образует одно монобромпроизводное, поскольку все ароматические атомы водорода в нем одинаковы. Окисление 1,4-диметилбензола избытком KMnO4 в кислой среде дает 1,4-бензолдикарбоновую кислоту. Для того чтобы уравнять реакцию можно определить сколько электронов имеют атомы углерода в 1,4-диметилбензоле и 1,4-бензолдикарбоновой кислоте. При этом мы считаем, что степень окисления кислорода (–2) и водорода (+1) в реакции не меняется и, соответственно, не влияет на коэффициенты в уравнении реакции. Итак в 1,4-диметилбензоле атомы углерода имеют 8*4 + 10*1 = 42 электрона, а в 1,4-бензолдикарбоновой кислоте 8*4 + 6*1 – 4*2 = 30. Таким образом при окислении органическая часть отдает 12 электронов, т.е. коэффициент перед KMnO4 – 12. Получаем: 5C8H10 + 12KMnO4 + 18H2SO4 = 5C8H6O4 + 12MnSO4 + 6K2SO4 + 28H2O Для определения строения Z нужно узнать сколько фрагментов Y (C8H6O4) и 1,3,5-тригидроксибензола (C6H6O3) входит в его состав. При этом, поскольку в реакции выделяется вода проще всего считать фрагменты только по атомам углерода. Это можно сделать подбором или, если выражаться более строго, решить уравнение x*C8 + y*C6 = C36, где x и y – целые числа. Получаем x = 3, y = 2.

3. Один из металлов в сплаве – амфотерный (растворяется в щелочи) – возможно алюминий или цинк. Проверим цинк – рассчитаем его массу по количеству выделившегося водорода: Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2 m(Zn) = (43,5/22,4)*65,4 = 127 г Итак цинк не подходит, поскольку его масса больше массы сплава. Проверим алюминий: 2Al + 6NaOH + 6H2O = 2Na3[Al(OH)6] + 3H2 m(Al) = (43,5/22,4)*2/3*27,0 = 35,0 г. Масса второго металла соответственно: 50 – 35 = 15 г. Попробуем теперь определить молярную массу второго металла Met из уравнения его реакции с соляной кислотой: Met + xHCl = MetClx + x/2 H2 (x – валентность металла) M(Met) = (15*2)/(x*5,74/22,4) = 117/x Для двухвалентного металла (x = 2) имеются решения  Co и Ni – у них близкие молекулярные массы. Однако именно соли никеля имеют зеленый цвет в водном растворе. Образующийся после растворения в щелочи пористый Ni называют никелем Ренея и используют в качестве катализатора гидрирования

4. Сначала используя массовые доли элементов найдем брутто-формулу вещества П: C:H:O:N = 0,636/12 : 0,0594/1 : 0,212/16 : 0,0926/14 = 0,053 : 0,0594 : 0,0133 : 0,0066 = 8:9:2:1. Таким образом простейшая формула C8H9O2N. Учитывая высокую ненасыщенность и первую реакцию цепочки (с (CH3)2CHCl в присутствии AlCl3) логично предположить, что П – производное бензола. При нитровании изопропилбензола образуется в основном пара-изомер, так как объемная изопропильная группа блокирует орто-положение. Тем не менее в работах участников орто-изомер оценивался также в 2 балла. На последней стадии существует возможность ацилирования как OH так и NH2 группы. Однако данные титрования П однозначно указывают его кислотные свойства, т.е. на наличие фенольного фрагмента. Таким образом должна ацелироваться NH2 группа. Наиболее распространенное тривиальное название П – парацетамол. Номенклатурное название – N-ацетил-1,4-аминогидроксибензол (принимались и другие верные названия)

5. В электролизерах проходят реакции: BaCl2 + 2H2O = Ba(OH)2 + H2 + Cl2

K2SO3 + H2O = K2SO4 + H2 Поскольку электролизеры соединены последовательно через них протекает одинаковое количество электричества. Когда проба раствора из первого электролизера перестала давать осадок с раствором нитрата серебра в нем израсходовался весь BaCl2, на электролиз которого пошло 2 моль электронов (2Cl– + 2e = Cl2). Те же 2 моль электронов окислили один моль K2SO3 в сульфат во втором электролизере (можно представить как SO32– – 2e = SO3, затем SO3 + H2O = H2SO4). Таким образом к окончанию электролиза в первом электролизере находится 1 моль Ba(OH)2 и 1 моль Ba(NO3)2, а во втором – 1 моль K2SO4 и 1 моль K2SO3. При смешении растворов выпадают осадки 1 моль (217 г, 48%) BaSO3 и 1 моль BaSO4 (233 г, 52%)

Из условия задачи можно сразу определить, что вещество A – HF, поскольку оно имеет очень низкую молярную массу и разъедает стеклянную посуду. Электролиз с HF можно проводить в никелевой или пластиковой посуде. Также можно предположить, что один из газов D и E, который поглощается щелочью и ответственен за усиление «парникового эффекта», является CO2. Второй газ имеет плотность по водороду 35, т.е. молярную массу 70 г/моль и, вероятно, содержит фтор (который был в исходном HF и не вошел во второй продукт – CO2). Подбором можно найти удовлетворяющее этим условиям вещество – фтороформ, CHF3. Таким образом,  жидкость C имеет состав CHF3 + CO2 = C2HF3O2, причем реакция разложения C похожа на термическое декарбоксилирование карбоновых кислот. Из этого можно заключить, что C – трифторуксусная кислота, CF3COOH. Тогда B – уксусная кислота, CH3COOH, что подтверждается ее молярной массой (60 г/моль). Одним из широко использующихся в промышленности фторсодержащих веществ является тефлон, т.е. поли(перфторэтилен) –CF2–CF2–. Его получают из перфторэтилена CF2=CF2, который имеет молярную массу 100 г/моль, что как раз соответствует веществу F. Суть парникового эффекта заключается в том, что атмосфера пропускает электромагнитное излучение высокой частоты («свет») и задерживает отраженное от земли излучение низких частот («тепло»).