олимпиадные задания 2012-13 учебный год.( школьный этап)
олимпиадные задания по химии по теме

Школьный этап всероссийской олимпиады по химии 2012-2013 уч. год МБУ лицей № 57

10 класс

Задача 10-1.

Для полного сгорания 0,1 моль алкана потребовалось 14,56 л кислорода (н.у.). Установите формулу алкана. Существуют ли изомеры у этого вещества? Если да, напишите их структурные формулы и дайте названия по международной номенклатуре. (5 баллов)

Задача 10-2.

При охлаждении 150 г раствора нитрата бария насыщенного при 80°С часть соли выпала в осадок, а массовая доля нитрата бария в растворе уменьшилась с 21% до 8,34%. Выпавшие кристаллы растворили в воде и довели объем этого раствора до 1 л. Чему будет равна молярная концентрация полученного раствора? Какое примерно число анионов будет содержаться в 1 мл этого раствора?        (9 баллов)

Задача 10-3.

При взаимодействии цинка с разбавленой азотной кислотой образуется оксид азота(I) с выходом 35%. Рассчитайте массу цинка и 20%-ной азотной кислоты, необходимых для получения 1,12 л этого газа (н.у.). (7 баллов)

Задача 10-4.

После растворения смеси нитрата серебра и бромида калия в воде образовался осадок, масса которого оказалась в 1,2 раза больше массы солей в полученном растворе. Определите состав исходной смеси, если известно, что в полученном растворе отсутствуют ионы серебра. (9 баллов)

Задача 10-5.

Определите элементы, зашифрованые буквами Х и Y, если известно, что на внешнем слое электронной оболочки Х 5 электронов, а раствор YCl2 бледно-зеленого цвета. Напишите уравнения реакций, укажите условия их протекания:

(7 баллов)

РЕШЕНИЕ

Задача 10-1. Найдем количество вещества кислорода:

n=V/VM = 14,56/22,4 = 0,65 моль

Следовательно количества вещества алкана и кислорода относятся как 0,1:0,65 = 2:13; (1 балл)

Составим уравнение реакции

2СnН2n+2 + 13О2 = 2nСО2 + (2n+2)Н2О. (1 балл)

Число атомов кислорода до реакции равно числу атомов кислорода после реакции. 2*13 = 2n*2 + (2n + 2)*1; n = 4.    (1 балл)

Формула –  С4Н10. Для этого состава существует два изомера: н-бутан и метилпропан: СН3-СН2-СН2-СН3 и СН3-СН(СН3)-СН3. (2 балла)

Всего 5 баллов.

Задача 10-2. 

Пусть при охлаждении раствора в осадок выпало х г нитрата бария, тогда масса насыщенного раствора (при 20 °С) равна (150 - х) г, а масса оставшегося в растворе нитрата – (150 - х)*0,0834.  Масса растворенной соли в исходном растворе составляет 0,21*150 =31,5 г. (2 балла)

3)  Составим алгебраическое уравнение и решим его:

(150 - х)*0,0834 + х =  31,5;    Отсюда х = 20,7.

m(Ba(NO3)2)ос = 20,7 г.  (1 балл)

Молярная концентрация c = n/V; n(Ba(NO3)2) = 20,7/261=0,0794 моль.

Поскольку объем раствора доведен до 1 л, получим раствор с концентрацией 0,0794 моль/л. (2 балла)

1 мл этого раствора будет содержать 7,94*10-5 моль соли или 4,77*1019 её структурных частиц (N=n*NA). Т.к. при диссоциации структурная частица соли образует 2 аниона, N(-) = 4,77*1019*2 = 9,5*1019 анионов (2 балла)

Всего 7 баллов.

Задача 10-3. Уравнение реакции:

4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)3 + N2O + 5H2O. (1 балл)

Исходные вещества надо рассчитывать для той порции оксида азота(I), которая должна была быть получена теоретически:

реакции=Vпракт/Vтеор; Vтеор= Vпракт/реакции=1,12 /0,35= 3,2 л. (1 балл)

n= Vтеор/VМ; n(N2O) = 3,2/22,4 = 0,143 моль;

По уравнению реакции: n(Zn) = 4n(N2O) = 0,571 моль;

n(HNO3) = 10n(N2O) = 1,43 моль;                                 (2 баллa)

Массы веществ: m(Zn) = 0,571 моль•65 г/моль = 37,1 г.

m(HNO3) = 1,43 моль•63 г/моль = 90 г                 (2 баллa)

Масса 20%-ного раствора:

m(HNO3)p = m(HNO3)/w(HNO3) = 90/0,2 = 450 г. (1 балл)

Всего 7 баллов.

Задача 10-4. Уравнение реакции:

KBr + AgNO3 = KNO3 + AgBr;  (1 балл)

Полученный раствор содержит нитрат калия и, возможно, избыток бромида калия.                                         (1 балл)

Пусть в 100 г исходной смеси содержится х моль KBr и у моль AgNO3. Тогда по уравнению реакции образуется по у моль бромида серебра и нитрата калия, а в растворе останется (х-у) моль бромида калия. (2 балла)

Массы веществ (m=M*n): m(KBr)исх = 119x; m(AgNO3) = 170у; m(AgBr) = 188у; m(KBr)изб = 119(х-у); m(KNO3) = 101у; (2 балла)

Составим систему алгебраических уравнений и решим ее:

119x + 170у =100; 119(x-y) + 101у = 188у /1,2  

х=0,426, y= 0,29                                 (2 балла)

Массы солей: m(KBr) = 119x = 50,7 г; m(AgNO3) = 170у = 49,3 г;

Массовые доли солей в процентах будут численно равны найденным массам:  w(KBr) = 50,7%; w(AgNO3) = 49,3%  (1 балл)

Всего 9 баллов.

Задача 10-5. Из условий задачи ясно, что Х – элемент 5-й группы – азот, а Y (по характерному цвету солей) железо.

Уравнения реакций:

Fe + 4HNO3(р-р) = Fe(NO3)3+NO+ 2H2O;

4Fe(NO3)3 = 2Fe2O3 + 3O2 + 12NO2; (нагревание)                

Fe2O3 + 2Al = Al 2O3 + 2 Fe

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2;                 

2NO2  + 2KOH  = KNO3 + KNO2 + H2O;

2KNO3 = 2KNO2 + O2 (нагревание)

1 балл – элементы, по 1 баллу – уравнения реакций.        Всего 7 баллов.

================================================== Итого 35 баллов

11 класс

Задача 11-1.В реакции этерификации израсходовалось 11,1 г одноатомного первичного спирта, 9 г карбоновой кислоты и было получено 17,4 г сложного эфира. Определите формулу эфира и назовите его. Предложите формулы как минимум еще двух веществ, являющихся изомерами этого эфира, но относящихся к другим классам веществ.                                        (9 баллов)

Задача 11-2.

В толстостенном сосуде взорвали смесь 12 мл метана и 130 мл воздуха. За счет выделившейся теплоты сосуд разогрелся до температуры 150оС. Рассчитайте состав полученной газовой смеси в объемных долях при этой температуре. Как изменится ее состав после охлаждения сосуда до 0оС? (Считать, что в воздухе 21% по объему кислорода и азот, содержанием других веществ пренебречь)                                                         (5 баллов)

Задача 11-3.

Для нейтрализации 50г 15%-ной соляной кислоты к ней добавили 55 г 5,6%-ного раствора гидроксида калия, а потом некоторый объем 12,5%-ного раствора карбоната натрия. Определите состав (массовые доли) полученного при нейтрализации раствора.                                         (8 баллов)

Задача 11-4.

Как распознать без помощи дополнительных реактивов водные растворы следующих веществ: хлорид меди(II), хлорид цинка, соляную кислоту, едкий натр, соду, хлорид кальция. Составьте план анализа и напишите соответствующие уравнения реакций.                 (6 баллов)

Задача 11-5.

Аммиак, полученный при взаимодействии с водой 12 г нитрида магния, поглотили 120 мл раствора ортофосфорной кислоты с концентрацией 1,25 моль/л. Назовите вещества, которые будут содержаться в полученном растворе, рассчитайте их массы.                                                (8 баллов)

РЕШЕНИЕ

Задача 11-1. Запишем в общем виде уравнение реакции этерификации:

RaCOOH + RbOH.= RaCOORb + H2O                        (1 балл)

Используя закон сохранения массы определим массу воды полученной в ходе реакции и ее количество вещества:

m(H2O) = m(к) + m(с) – m(э) = 11,1 + 9 – 17,4  = 2,7 г

n(H2O) = m/M = 2,7/18 = 0,15 моль                                        (1 балл)

По уравнению реакции n(к) = n(с) = n(H2O) = 0,15 моль                

Молярные массы кислоты и спирта равны:

М(к) = m/n = 9/0,15 = 60 г/моль; М(с) = m/n = 11,1/0,15 = 74 г/моль; (1 балл)

Mr(Ra) = 60 – Mr(COOH) = 15.

Следовательно, R1 = CH3, кислота уксусная, CH3COOH.                (1 балл)

Mr(Rb) = 74 – Mr(OH) = 57.

Следовательно, Rb = C4H9, спирт бутиловый, C4H9OH.

Учитывая, что спирт первичный,  можно предположить два изомера спирта: бутанол-1 и изобутанол или метилпропанол-1 (CH3-CH(CH3)-CH2OH). (2 балла)

Соответственно полученный эфир может быть бутилацетатом или изобутилацетатом с общей формулой  CH3COOC4H9.                        (1 балл)

Изомерами сложных эфиров могут быть кислоты (C5H12COOH), оксиальдегиды (HOC5H12CHO) или оксикетоны, алкендиолы (HOC6H10OH), циклоалкандиолы.                         (2 балла за два примера с названиями)                                Всего 9 баллов.

Задача 11-2. Уравнение реакции:  CH4 + 2O2 = СO2 + 2H2O                   (1 балл)

Определим объемы кислорода и азота в воздухе:                         (1 балл)

V(O2) = V( в)*(O2) = 130*0,21 = 27,3 мл; V(N2) = 130 – 27,3 = 102,7 мл

Согласно уравнению реакции для сгорания 12 мл метана достаточно 24 мл кислорода, при этом образуется 12 мл и 24 мл паров воды.                         (1 балл)

При температуре выше 100оС все вещества будут находиться в виде газов. Их объемы, отнесенные к первоначальным условиям, составят: азот – 102,7 мл; кислород – 3,3 мл; углекислый газ – 12 мл; водяной пар – 24 мл; суммарный объем равен 142 мл. Объемные доли: (N2) = 102,7/142 = 0,723 = 72,3%. Аналогично (O2)= 2,3% (СO2) = 8,5%; (H2O) = 16,9%.                                                                (1 балл)

После охлаждения вода конденсируется, ее содержанием в газовой фазе можно будет пренебречь. Суммарный объем смеси станет равным 118 мл.

(N2) = 102,7/118 = 0,87 = 87%; (O2)= 2,8%; (СO2) = 10,2%.                (1 балл)

Всего 5 баллов.

Задача 11-3. Уравнения реакций:

HCl + KOH  = KCl + Н2O;         2HCl + Na2CO3  = 2NaCl + CО2+ Н2O                 1 балл

Определим  количество вещества KOH и HCl в растворе

n(KOH) = m/M = m(p-pa)*w(KOH)/M = 55*0,056/56 = 0,055 моль          

n(HCl) = m/M = m(p-pa)*w(HCl)/M = 50*0,15/36,5 = 0,205 моль                      1 балл

Согласно уравнению 1, на первом этапе образовалось 0,055 моль хлорида калия и израсходовалось 0,055 моль HCl.                                                                      1 балл

Избыток кислоты составил 0,15 моль. Согласно уравнению 2, для окончательной нейтрализации потребовалось добавить 0,075 моль карбоната натрия, при этом образовалось 0,15 моль NaCl и 0,075 моль CО2                                                1 балл

Массы веществ и раствора карбоната натрия:

m(KCl) = n*M = 0,055*74,5 = 4,10 г; m(NaCl) = n*M = 0,15*58,5 = 8,78 г;

m(CО2) = n*M = 0,075*44 = 3,30 г; m(Na2CO3) = n*M = 0,075*106 = 7,95 г;

m(p-pa) = m/w = 7,95/0,125 = 63,6 г                                                2 балла

Масса полученного раствора                                                         1 балл

m(p2) = m(pHCl) + m(pKOH) + m(p Na2CO3) - m(CО2) = 50+55+63,6-3,30= 165,3 г

Массовые доли: w(KCl) = m/m(p2) = 4,10/165,3 = 0,0248 = 2,48%

w(NaCl) = 8,78 /165,3 = 0,0531 = 5,31%                                        1 балл

Всего 8 баллов.

Задача 11-4. 

1. Раствор хлорида меди распознается сразу, по характерному голубому цвету раствора.                                                                        1 балл

2. Прильем несколько капель раствора хлорида меди к пробам остальных растворов в отдельных пробирках. В двух случаях будет выпадать осадок, по его цвету распознаем гидроксид натрия и соду:

CuCl2 + 2NaOH = 2NaCl + Cu(OH)2 - синий                                1 балл

CuCl2 + Na2CO3 +H2O = 2NaCl + (CuOH)2CO3 - сине-зеленый        1 балл

3. Возможно, по цвету осадка не удастся четко определить в каком из растворов находится NaOH. Прильем несколько капель одного из растворов, давших осадки на 2-м этапе, к каждому из трех оставшихся растворов (хлорид цинка, соляная кислота, хлорид кальция). Если при этом ни в одной пробирке газ не выделяется, значит в растворе NaOH, Если в одной из пробирок наблюдается выделение газа – значит это раствор карбоната натрия:

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl +CO2+H2O                                        1 балл

Одновременно определяется раствор HCl.

4. Прильем в две пробирки (хлорид цинка, хлорид кальция) раствор NaOH. В обоих случаях выпадет осадок:

CаCl2 + 2NaOH = 2NaCl + Cа(OH)2 - белый

ZnCl2 + 2NaOH = 2NaCl + Zn(OH)2 - белый, студенистый        1 балл

Добавим избыток NaOH, в пробирке с пробой раствора хлорида цинка осадок растворится:

Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] (Na2ZnO2 + H2O)                1 балл

(При отсутствии плана работы за уравнения реакций 0,5 балла*6 до 3 баллов)

Всего 6 баллов.

Задача 11-5. Уравнения реакций:

Mg3N2 + 3H2O = 3Mg(OH)2 + 2NH3                                 1 балл

NH3 + H3PO4 = (NH4)H2PO4

NH3 + (NH4)H2PO4 = (NH4) 2HPO4

NH3 + (NH4) 2HPO4 = (NH4)3PO4                                        2 балла

Найдем количество вещества нитрида магния и кислоты:

n(Mg3N2) = m/M = 12/100 = 0,12 моль;                        

n(H3PO4) = с*Vр-ра = 1,25*120*10-3 = 0,15 моль;                        1 балл

согласно уравнению 1: n(NH3) = n(Mg3N2)*2 = 0,24 моль;

согласно уравнению 2: n(NH3) в избытке, расчет по кислоте, образуется

n((NH4)H2PO4) = n(H3PO4) = 0,15 моль; n(NH3)изб = 0,24-0,15 = 0,09 моль

согласно уравнению 3:  n(NH3) в недостатке, образуется

n((NH4)2HPO4) = n(NH3)изб = 0,09 моль;                                 2 балла

n((NH4)H2PO4)изб = 0,15-0,09 = 0,06 моль

Т.о. в растворе будет содержаться гидрофосфат и дигидрофосфат аммония.

Их массы:  m((NH4)2HPO4) = n*M = 0,09*132 = 11,88 г;

m((NH4)H2PO4)изб = n*M  = 0,05*115 = 5,75 г;                        2 балла

Всего 8 баллов.

================================================    Итого 36 баллов