Главные вкладки

    Подготовка школьников к олимпиаде

    Винокурова Светлана Андреевна

    Предварительный просмотр:

    Всероссийская олимпиада школьников по химии

    В ПОМОЩЬ ОРКОМИТЕТАМ, ЖЮРИ И МЕТОДИЧЕСКИХ КОМИССИЙ ТРЕТЬЕГО (РЕГИОНАЛЬНОГО) ЭТАПА ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ

    Методические рекомендации

    Третий (региональный) этап олимпиады проводится совместно государственными органами управления образованием субъектов Российской Федерации и советами ректоров высших учебных заведений в январе-феврале, в течение 3-4 дней, в сроки, установленные Рособразованием. В 2006/07 учебном году Олимпиада проводится согласно нормативно-правовым и локальным актам, опубликованным в сборнике[1].

    Центральная методическая комиссия по химии (ЦМК) при Центральном оргкомитете Всероссийских предметных олимпиад школьников предлагает комплект заданий Третьего (регионального) этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии.

    Олимпиада проводится на основе общеобразовательных программ основного общего и среднего (полного) общего образования. Содержание задач соответствует Минимуму образования по химии. Также используется материал программ вступительных испытаний по химии в вузы.

    В первой части приводятся по 5 условий оригинальных задач для трех возрастных параллелей обучающихся: 9, 10 и 11 классов; во второй части даются решения задач и система оценивания.

    Все приведенные задачи охватывают различные области химического знания. Задачи для 9 класса, в основном, охватывают материал неорганической и физической химии; задачи для 10 и 11 класса включают помимо вышеперечисленных разделов химии, также материал органической химии. Таким образом, все задачи являются комбинированными, как по содержанию, так и по подходам. Содержание задач разнообразно, подача материала нацеливает на поиски творческих решений. Ко всем задачам даны развернутые решения и система оценивания.

    Данный комплект носит рекомендательный характер. Некоторые задачи могут быть заменены по усмотрению методической комиссии Третьего этапа олимпиады.

    Третий этап олимпиады состоит из двух этапов – теоретического и практического. Задачи практического тура разрабатывают Методические комиссии на местах, исходя из материальной базы. Желательная последовательность этапов: сначала теоретический тур, затем – практический. Продолжительность каждого этапа – по 5 астрономических часов.

    Процедура проведения олимпиады подробно описана в пособии[2]. ЦМК просит включить в программу олимпиады время для анкетирования участников олимпиады и их наставников.

    Для функционально-методического обеспечения проведения Третьего этапа олимпиады создается Оргкомитеты. Для решения вопросов оценки достижений учащихся на Третьем этапе олимпиады школьников, определения победителей и призеров создается Жюри Олимпиады по химии. В целях методического обеспечения Третьего этапа Олимпиады создается Методическая комиссия по химии. Работа этих структур определяется соответствующими документами[3].

    После процедуры шифрования работ жюри приступает к проверке. Как говорилось выше, к каждой задаче кроме развернутого решения прилагается система оценивания. Максимальный балл за каждую задачу составляет 10 баллов. Система оценивания строится на поэлементном анализе возможного решения участником задачи. Следует обратить внимание, что в материалах представленные решения отражают один из вероятных подходов к решению задачи. Поэтому при проверке работ члены жюри должны учитывать, что участник может прийти к ответу другим путем. Если ход мыслей участника правильный и приводит к искомым ответам, жюри, конечно, засчитывает оригинальное решение и по возможности, отмечает его при подведении итогов олимпиады. При этом система оценивания может быть изменена, но в целом решение задачи оценивается исходя из 10 баллов.

    За практический тур участник может получить не больше 15 баллов. При выполнении заданий практического тура проверяются:

    - умение работать с химической посудой, приборами и реактивами;

    - умение использовать знания о качественном и количественном анализе;

    - умение предсказывать результаты химических реакций

    Перед проведением практического тура проводится инструктаж по технике безопасности, согласно имеющимся утвержденным нормативным документам. Результат практического тура участник узнает по окончании тура – после беседы с членами жюри по результатам выполнения работы. Практический тур проводится в специально оборудованных практикумах или лабораториях.

    ЦМК убедительно просит раздать каждому участнику олимпиады и наставникам комплекты заданий и решений всех классов из этого сборника. Это является  прекрасной базой для самостоятельной подготовки школьника не только к последующему этапу текущего года, но и к этапам олимпиады последующих лет.

    После разбора заданий и обязательного показа работ баллы теоретического и практического туров суммируются и подводятся общение итоги. Настоятельная просьба к жюри, определять число победителей, исходя из того, что победителями и призерами могут стать не более 45% участников олимпиады.

    По итогам проведения олимпиады оформляются отчетные документы согласно[4].

    В целях обеспечения единого организационного и содержательного пространства Всероссийской олимпиады школьников по химии, в первую очередь, в целях преемственности этапов олимпиады, Центральная методическая комиссия по химии настоятельно просит Жюри и Методические комиссии по химии Третьего этапа олимпиады представить по указанным адресам:

    тексты заданий экспериментального тура для 9-11 классов с указанием авторов;

    документы, формы которых представлены в Приложении к данному пособию;

    анкеты и оценочные листы, формы которых представлены в Приложении к данному пособию.

    В случае изменения рекомендованных ЦМК по химии комплектов задач Методическая комиссия Третьего этапа направляет в адрес ЦМК комплекты задач теоретического тура, по которым проводился региональный этап, для анализа результатов выполнения работ.

    Мы желаем удачи, успехов и надеемся на взаимопонимание и дальнейшее плодотворное сотрудничество.

    По всем вопросам, связанным с содержанием и вопросами регламента проведения олимпиады и  подготовки отчетных материалов обращаться:

    •Заместитель председателя ЦМК Архангельская Ольга Валентиновна: Arkh@general.chem.msu.ru

    •Ответственный секретарь ЦМК Тюльков Игорь Александрович: Tiulkov@general.chem.msu.ru

    •Телефон: 939-33-35

    Отчетные материалы в бумажном и электронном вариантах направлять по адресу:

    119992, Москва, Ленинские горы, д.1, строение 3, Химический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова, кафедра общей химии,

    Архангельской О.В. e-mail: arkh@general.chem.msu.ru 

    Девятый класс.

    Задача 9-1.

    «Многие металлы вытесняют водород при действии на растворы щелочей. Особенно ясно действует в этом отношении алюминий, потому что его окись со щелочами дает растворимое соединение. Такой способ предложен в России – во время японской войны даже для получения водорода, необходимого для военных аэростатов, потому что остальные (кроме воды) материалы, для него надобные – NaHO и Al – удобны для перевозки и легки.»

    (Д.И. Менделеев, «Основы химии», т.1, М.-Л., ГХИ, 1947, стр. 415.)

    Напишите уравнение реакции получения водорода по описанному способу.

    Определите минимальную массу реагентов, необходимых для заполнения аэростата с подъемной силой 150 кг (при н.у.).

    «Многие металлы вытесняют водород при действии на растворы щелочей.» Какие из металлов (помимо алюминия) могли бы быть использованы для получения водорода таким путем? Приведите уравнения реакций (два примера).

    Возможно ли использование других “материалов” с большим выходом водорода на единицу транспортируемой массы? (Приведите два примера реакций: а) Al + …; б) с участием веществ других классов химических соединений.)

    Задача 9-2.

    В промышленном процессе получения серной кислоты SO3, образующийся при окислении SO2, поглощается серной кислотой (в первой поглотительной башне) с образованием олеума. Олеум можно рассматривать как раствор SO3 в серной кислоте.

    Напишите уравнение реакции окисления SO2 в SO3.

    При содержании SO3 в олеуме ~ 45% температура плавления (и, соответственно, кристаллизации) составляет 35 оС (температура плавления H2SO4 10,3 oC). Образованию соединения какого состава это может соответствовать (формула)? Запишите графическую формулу этого соединения.

    В вашем распоряжении имеется 30%-ный олеум. В каком весовом соотношении следует его смешивать с водой, чтобы получить 40% раствор H2SO4 в воде (аккумуляторная серная кислота – раствор серной кислоты, который используется для свинцовых автомобильных аккумуляторов).

    В каком весовом соотношении надо смешивать воду и 30%-ный олеум для получения безводной серной кислоты. Определите до какой температуры может нагреться образующаяся кислота, если тепловой эффект взаимодействия воды и SO3 составляет 89,37 кДж/моль, а теплоемкость серной кислоты 138,9 Дж/мольК (начальную температуру принять 25 оС, потерями теплоты можно пренебречь).

    В каком весовом соотношении надо смешивать аккумуляторную кислоту и 30%-ный олеум для получения безводной серной кислоты. Определите, до какой температуры может нагреться образующаяся кислота.

    Задача 9-3

    «Глава 13. Что есть живое серебро, и каково его происхождение

    …Оно источник всех металлов, как уже отмечено мною раньше. Все металлы сотворены из него. Оно смешивается с железом, и ни один металл не может быть озолочен без помощи живого серебра.

    Прибавлю еще. Живое серебро и сера, если их подвергнуть возгонке с нашатырем, обратятся в сверкающий красный порошок. Когда же этот порошок сгорает в пламени, он вновь возвращается к прежнему состоянию»…

    Альберт Великий “Малый алхимический свод” XIIIв.

    “Живое серебро” часто можно встретить в природе в виде сульфидов. Напишите реакцию получения этого металла из сульфида.

    Как называются сплавы, содержащие “живое серебро”. Рассчитайте, сколько атомов “живого серебра” приходится на атом калия в сплаве, если максимальное содержание калия составляет 0,8% по массе. Напишите реакцию этого сплава с водой.

    При взаимодействии “живого серебра” с азотной кислотой может образоваться либо азотнокислая окись “живого серебра” (содержание “живого серебра” 61,84%), либо азотнокислая закись “живого серебра” (масса одного моля 526 г.) (Все данные в расчете на безводную соль). Напишите уравнения реакций.

    Окислители легко переводят соединения закиси “живого серебра” в производные окиси. Напишите реакцию взаимодействия хлорида закиси “живого серебра” (каломели) с хлором.

    Восстановители легко переводят соединения окиси живого серебра в производные закиси. Напишите реакцию хлорида металла с оксидом серы (IV) в растворе.

    Задача 9-4.

    Вещество З – черно-серые кристаллы; легко образуют фиолетовые пары, обладающие резким запахом; кристаллическая решетка ромбическая.

    Вещество В – желто-зеленый газ с резким  запахом; т. пл. – 100,98 °C;
    т. кип – 33,97 °С. Хорошо растворим в неполярных жидкостях, хуже в воде.

    Приведите формулы веществ A – З.

    Запишите уравнения происходящих реакций.

    Задача 9-5

    Медицинский препарат 1 называется «…. магния» состоит из двух бинарных веществ (вещества, в состав которых входят два элемента) А и Б одинакового качественного состава. Нагревание препарата 1 сопровождается выделением бесцветного газа, поддерживающего горение, и потерей массы 4,29%. При этом образуется препарат 2 – «… магния», состоящий исключительно из Б. Оба препарата используются для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, причем 1 оказывает активное противомикробное действие, в отличие от 2.

    При растворении Б в серной кислоте и последующей кристаллизации продукта получается вещество В, исторически используемого в качестве легкого слабительного средства. Массовый состав В: 5,7% H, 71,5% O, 13,0% S, 9,8% Mg.

    Определите состав веществ А и Б и приведите названия препаратов 1 и 2, учитывая, что название 1 – название соединения А, а название 2 – название соединения Б.

    Установите состав препарата 1 (массовые %) и химическую формулу вещества В и его название.

    Напишите уравнения приведенных реакций.

    Рассчитайте, сколько г вещества В можно получить при насыщении 100 г 30% серной кислоты веществом Б при нагревании и кристаллизации раствора при 20оС, если растворимость образующегося соединения составляет при этой температуре 35,1 г на 100 г воды.

    С чем может быть связана противомикробная активность 1?

    Десятый класс

    Задача 10-1.

    Даны условия двух задач:

    После растворения смеси хлорида бария  и сульфата натрия в воде, масса образовавшегося осадка оказалась в 3 раза меньше массы солей в фильтрате (растворе). Определите массовые доли солей в исходной смеси, если известно, что в фильтрате отсутствуют ионы бария.

    После растворения смеси хлорида бария и сульфата натрия в воде, масса образовавшегося осадка оказалась в 3 раза больше массы солей в фильтрате (растворе). Определите массовые доли солей в исходной смеси, если известно, что в фильтрате отсутствуют ионы бария.

    Вопросы:

    Решите эти задачи.

    Проанализируйте обе задачи на химическую корректность.

    Сделайте соответствующие выводы.

    Задача 10-2.

    К водным растворам хлоридов калия, магния, кальция, алюминия, меди(II) и железа(III) прилили водный раствор карбоната натрия. В пяти пробирках наблюдалось выпадение осадка, в трёх – выделение газа.

    1.        Напишите уравнения происходящих реакций?

    2.        В каком случае при кипячении маточного раствора (раствора полученного после отделения осадка) происходит выделение дополнительного количества газа и выпадение осадка другого состава, чем первоначальный?

    3.        Что изменится при замене среднего карбоната натрия на кислый?

    4.        На каких свойствах основано использование питьевой соды в кулинарии, в медицине?

    5.        Можно ли использовать для полоскания горла раствор питьевой соды, растворённой в воде, нагретой до температуры кипения?

    Задача 10-3.

    Вычислите стандартную теплоту сгорания нафталина, если стандартные теплоты образования нафталина, воды и оксида углерода (IV) равны соответственно: 75,8; 285,8; 393,5 кДж/моль.

    Какое количество теплоты выделится при сгорании 1 г нафталина в калориметрической бомбе?

    На сколько градусов, можно нагреть 1,5 л воды теплотой от сгорания 1 г нафталина?

    Оцените, до какого значения повысится температура 1,5 л воды, если ей передать все количество теплоты, выделившееся при сгорании 20 г нафталина?

    Задача 10-4.

    При радикальном хлорировании алканов скорости замещения атомов водорода при первичном, вторичном и третичном атоме углерода не зависят от длины и структуры углеродного скелета.

    Радикальное хлорирование может быть осуществлено при помощи сульфурилхлорида (SO2Cl2)

    По представленному ниже составу продуктов заполните таблицу и рассчитайте соотношение скоростей реакций замещения водорода на галоген у первичного (1°), вторичного (2°) и третичного (3°) атомов углерода

    Таблица

    Относительные количества хлорзамещенных продуктов

    Тип атома углерода

    (первичный, вторичный, третичный)

    Статистический фактор (количество атомов водорода при соответствующем углероде)

    Напишите уравнение реакции и предскажите относительные количества монохлорзамещенных продуктов, полученных по реакции радикального хлорирования 2,4- диметилпентана.

    Задача 10-5.

    В своих популярных Рождественских лекциях М.Фарадей для идентификации продуктов горения свечи использовал «…химическое вещество, открытое сэром Гемфри Деви; оно очень энергично действует на воду, и это воздействие будет служить нам для обнаружения воды. Вещество это называется ……. достаточно взять маленький кусочек его и бросить в чашку с водой; как только оно попадет на воду, так сейчас же вспыхивает…». Более ста лет назад И.Либих наблюдая роль …… и фосфора в растениях, сказал: «Без этих двух элементов не может быть плодородия наших полей».

    1.        Какое вещество открыл сэр Г.Деви? Напишите реакцию этого вещества с водой.

    2.        Из какого соединения и каким образом выделил Г.Деви это вещество? Напишите уравнение реакции.

    3.        В виде каких соединений вещество, открытое Г.Дэви, встречается в природе и где, по Вашему мнению, в нашей стране находятся основные залежи его минералов, имеющие промышленное значение? Какой может быть окраска минералов и почему?

    4.        Содержание этого питательного элемента в удобрениях определяют в расчете на условное содержание его оксида. Определите, выше какого значения не может быть условное содержание оксида в хлориде этого вещества (элемента).

    5.        Напишите уравнение реакции этого вещества с газообразным и с жидким аммиаком.

    Одиннадцатый класс.

    Задача 11-1.

    Бесцветная прозрачная жидкость А, содержащая 8,3% водорода, 32,7% хлора и кислород, при нагревании до 1100С выдеполт газ Х. После того, как потеря массы жидкости А составит 16,8%, при 1100С перегоняется однородная жидкость В постоянного состава (азеотроп). При охлаждении жидкости А ниже О0С сначала выделяются кристаллы Y, не содержащие хлор, а при более сильном медленном охлаждении (вымораживание) выделяются кристаллы С, содержащие до 65% хлора по массе. Плавление кристаллов С сопровождается частичным выделением того же газа Х.

    Вопросы:

    Что собой представляют вещества А, В, С, Х и Y? Ответ подтвердите расчетами.

    Объясните, почему при плавлении кристаллов С частично выделяется газ Х.

    Напишите уравнения необратимых реакций жидкости В с тремя неорганическими и двумя органическими соединениями, принадлежащими к разным классам веществ.

    Задача 11-2.

    Даны условия двух задач:

    После растворения смеси хлорида бария и сульфата натрия в воде масса образовавшегося осадка оказалась в 3 раза меньше массы солей в фильтрате (растворе). Определите массовые доли солей в исходной смеси, если известно, что в фильтрате отсутствуют ионы бария.

    После растворения смеси хлорида бария  и сульфата натрия в воде, масса образовавшегося осадка оказалась в 3 раза больше массы солей в фильтрате (растворе). Определите массовые доли солей в исходной смеси, если известно, что в фильтрате отсутствуют ионы бария.

    Вопросы:

    Решите эти задачи

    Проанализируйте обе задачи на химическую корректность.

    Сделайте соответствующие выводы.

    Задача 11-3.

    При нитровании хлорбензола смесью концентрированных азотной и серной кислот при нагревании происходит образование соединения А, имеющего три типа атомов водорода (по данным спектров ЯМР 1Н). Обработка А метилатом натрия в метаноле приводит к образованию В, а при обработке А этилатом натрия в этаноле образуется соединение С. Растворение В в этаноле и С в метаноле и выдерживание полученных растворов в течение длительного времени в присутствии каталитических количеств соответствующих алкоголятов приводит к образованию смесей Е одинакового качественного, но разного количественного состава. При изучении механизма этих процессов было обнаружено, что в обоих случаях образуется одно и то же промежуточное соединение D.

    Изобразите структуры А, В, С и D, укажите качественный состав Е.

    Напишите, какое ароматическое соединение будет преобладать в смеси Е при ее получении:
    а) из
    В;
    б) из
    С..

    Соединение А в присутствии влаги обладает раздражающим действием на слизистые оболочки. Объясните это явление, ответ подтвердите уравнением реакции.

    Задача 11-4.

    В середине прошлого века специалистами компании «Дюпон» был разработан промышленный метод синтеза вещества F-11, оказавшегося полезным в различных областях техники. В последующие годы были синтезированы и изучены еще несколько десятков веществ, «похожих» на F-11, большинство из которых также обладали рядом ценных свойств.

    В связи с большим количеством и широкой распространенностью соединений типа F-11 было принято решение создать для этих соединений собственную номенклатуру, которая на данный момент стала для них общепринятой. В приведенной таблице показана «зависимость» молекулярной массы от «кода» соединения.

    Соединение

    Мr

    С

    F-23

    70.01

    17.14

    F-11

    137.37

    8.73

    F-125

    120.00

    20.02

    F-14

    88.0

    13.64

    F-21

    102.91

    11.67

    F-12

    120.91

    9.92

    (данные в таблице приведены в соответствии с атомными массами с точностью до второго знака после запятой)

    Все вещества, приведенные в таблице, являются производными насыщенных углеводородов. При 250С все вещества - бесцветные газы,  устойчивые на воздухе.

    Термолиз (или импульсный фотолиз) F-23 и F-14 приводит к одному и тому же продукту – очень реакционноспособной частице А, которая может существовать как в триплетном, так и в более устойчивом синглетом состоянии.

    Приведите состав всех соединений, упомянутых в тексте задаче.

    Приведите схему синтеза любых двух соединений из таблицы.

    Приведите схему реакции термолиза соединений F-23 и F-14. Приведите название соединения А.

    Где применяются описанные соединения?

    Приведите собирательное название веществ, указанных в таблице.

    В соответствии с международным Монреальским протоколом, вступившим в силу 1 января 1989г, производство большинства описанных в задаче соединений было значительно снижено к 1990г и полностью прекращено к 2005г. Данное соглашение нанесло серьезный удар по некоторым отраслям промышленности и повлекло за собой значительные материальные убытки. Как вы думаете, в чем причина столь радикального решения?

    Задача 11-5.

    Большая часть фундаментальных химических законов тесно связана с достижениями квантовой физики, термодинамики и кинетики. Многие из этих законов знакомы вам из школьных учебников химии и физики.

    1.        Подберите каждому из уравнений (I колонка) соответствующее описание (II колонка) и автора (первооткрывателя) с чьим именем (именами) связано уравнение (III колонка).

    I (уравнение)

    II (описание)

    III (автор)

    ΔE = hν

    Уравнение состояния газа

    Роберт Бойль, Эдм Мариотт

    Зависимость скорости реакции от температуры

    Михаил Ломоносов, Антуан Лавуазье

    mvr = nh

    Зависимость скорости реакции от температуры

    Николай Семенов

    pV = mRT/М

    Скорость цепных реакций

    Сванте Аррениус

    Соотношение между энергией и массой покоя

    Макс Планк

    PV = const

    Энергия кванта света

    Никола Ленар Сади Карно

    Изотермическое расширение

    Якоб Вант-Гофф

    η = (Тн – Тх)/Тн *)

    Квантование момента импульса электрона

    Жак Александр Шарль

    P/T = const

    Закон сохранения массы

    Дмитрий Менделеев, Бенуа Поль Эмиль Клапейрон

    КПД тепловой машины

    Альберт Эйнштейн

    Изохорное расширение

    Нильс Бор

    *) Тн – температура нагревателя;        Тх – температура холодильника.

    2.        Назовите шесть обладателей Нобелевской премии, представленных в колонке III.

    3.        Какую размерность имеют в Международной системе измерения физических величин СИ (System International) следующие величины, использованные в уравнениях: h, R, M.

    Основные величины СИ: длина [м], время [c], масса [кг], количество вещества [моль].

    Примеры: сила [Н = кг·м/с2], энергия [Дж = Н·м = кг·м22].

    Девятый класс.

    Задача 9-1 (автор А.И.Жиров)

    1.        2NaOH + 2Al + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2 или

    6NaOH + 2Al + 6H2O → 2Na3[Al(OH)6] + 3H2 (в избытке щелочи) или

    2NaOH + 2Al + 10H2O → 2Na[Al(OH)4(H2O)2] + 3H2

    При любой форме записи на 2 моль алюминия выделяется 3 моль водорода, но масса гидроксида натрия минимальна в первой или третьей реакции.

    2.        Подъемная сила 1 моль водорода при н.у. 29 – 2 = 27 (г). Для заполнения аэростата потребуется 150 : 27 = 5,56 кмоль водорода. На его получение потребуется 40  2  5,56 : 3 = 148,3 кг NaOH и 27  2  5,56 : 3 = 100 кг алюминия. (Общая масса 248,3 кг).

    3.        2NaOH + Be + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2

    2NaOH + Zn + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2

    Это должен быть активный металл, стоящий в ряду напряжения значительно левее водорода, гидроксид которого растворяется в водном растворе щелочи, т.е. – амфотерный. Однако выход водорода по массе исходных реагентов будет меньше даже в случае бериллия, т.к. в реакции расходуется больше щелочи.

    4.        Возможна замена гидроксида натрия на LiOH (Mr = 24). Тогда щелочи для заполнения аэростата потребуется 24  2  5,56 : 3 = 89 кг.

    2LiOH + 2Al + 3H2O → Li[Al(OH)4] + 3H2

    Если исключить использование щелочи, для получения водорода, то можно использовать щелочные и щелочноземельные металлы и их гидриды (или комплексные гидриды: LiAlH4). Наиболее оптимальным для получения водорода в полевых условиях может быть, например, гидрид кальция – CaH2 (выбор определяется скоростью взаимодействия с водой):

    CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

    Масса гидрида кальция, необходимая для заполнения аэростата, составляет 42  5,56 : 2 = 117 кг.

    Исходя только из одного критерия массы, на первый взгляд кажется перспективным современный промышленный способ получения водорода из метана и воды, который суммарно может быть записан в следующем виде:

    CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2

    Для получения необходимого количества водорода требуется 16  5,56 : 4 = 22,2 кг метана, но если реально учесть то, что метан газ и для его транспортировки потребуются металлические баллоны, то масса при транспортировке возрастет в несколько раз. (Кроме того, осуществить этот многостадийный процесс в полевых условиях маловероятно.)

    Система оценок.

    Уравнение реакции алюминия с раствором гидроксида натрия        1 б.

    выбор уравнения реакции        1 б.

            расчёт массы алюминия         2 б.

            расчёт масса гидроксида натрия        2 б.

    Уравнения реакции с другими металлами( 1 б. за уравнение)         2 б.

    Два примера возможности замены реагентов         2 б.

    Задача 9-2 (автор С.А.Серяков)

    1.        Уравнение реакции окисления:

    2SO2 + O2 → 2SO3

    2.        В 45%-ном олеуме на 45 г SO3 приходится 55 г серной кислоты. На 98 г серной кислоты (1 моль) приходится 98 : 5545 = 80,2 г SO3 (1,002 моль). Тогда состав соединения – H2S2O7 : пиросерная кислота.

    3.        При внесении олеума в воду протекает следующая реакция:

    SO3 + H2O → H2SO4

    Весь содержащийся в олеуме SO3 превратится в серную кислоту. В 100 г 30% -ного олеума содержится 30 г (0,375 моль), для реакции потребуется 0,375 моль воды (6,75 г). Общая масса серной кислоты составит 106,75 г. Масса 40%-ного раствора составит 106,75  100 : 40 = 266,9 г. Масса добавленной воды равна 266,9 – 100 = 166,9 г. Соотношение 1 : 1,67

    4.        При внесении олеума в воду протекает следующая реакция:

    SO3 + H2O → H2SO4

    Весь содержащийся в олеуме SO3 превратится в серную кислоту. В 100 г 30% -ного олеума содержится 30 г (0,375 моль), для реакции потребуется 0,375 моль воды (6,75 г). Т.е. олеум заданного состава нужно смешивать с водой в весовом соотношении 14,8 : 1.

    Теплоты в реакции выделится 0,375  89,37 = 33,51 кДж. Общая масса серной кислоты 100 + 6,75 = 106,75 г. Повышение температуры составит 33 510 : (138,9  106,75 : 98) = 221 градуса, т.е. температура может достигать 221 + 25 = 246 оС (а температура кипения H2SO4 составляет ~ 280 оС).

    5.        В 100 г 40%-ной серной кислоты содержится 60 г воды (3,33 моль). Для перевода воды в серную кислоту потребуется 3,33 моль SO3 (266,7 г). Тогда масса олеума, необходимого для перевода воды в серную кислоту, составит 266,7 : 0,3 = 888,9 г. Общая масса получившейся серной кислоты составит 100 + 888,9 = 988,9 г. Соотношение 1 : 8,89. В реакции выделится 89,37  3,33 = 297,87 кДж. Повышение температуры составит 297870 : (138,9  988,9:98) = 212,5 градусов, а температура достигнет 212,5 + 25 = 237,5 оС. Поэтому для орошения первой поглотительной башни при производстве серной кислоты используют концентрированную серную кислоту, а во второй – разбавленную.

    Система оценок.

    За уравнение        1 б.

    Состав        1 б.

            Формула        1 б.

    За правильное соотношение        2 б.

    За соотношение        1 б.

            За повышение температуры        2 б.

    За соотношение         1 б.

            За повышение температуры        2 б.

    Задача 9-3 (авторы Ф.Н.Новиков, О.В.Матусевич)

    1.        Сначала определим, с каким металлом мы работаем. Известно, что металл имеет две степени окисления (присутствуют закись и окись). Если названия “живое серебро” и “каломель”, а также содержания алхимического текста ни о чем не говорят, то придется проводить расчеты. Итак, нитрат металла не в низшей степени окисления содержит 61,84% металла. Пусть общая масса нитрата равна 100 г. Значит, на анион приходится 38,16 г. Тогда это соответствует 0,615 моль. Предположим, что катион – двухзарядный, тогда формула соединения Me(NO3)2 и (Me)= 0,307 моль и Mr(Me)=201, т.е. Me=Hg. Предположение, что металл трехзарядный, приводит к молярной массе 302. Теперь определим состав нитрата закиси ртути. Т.к. масса одного моля 526 г, то единственно возможный вариант – Hg2(NO3)2. Осталось написать уравнение окисления сульфида ртути (обжиг киновари):

    HgS + O2 → Hg + SO2

    Сплавы ртути называются амальгамами. Сплав ртути с калием содержит 0,8% калия по массе. Т.е. 100г сплава содержат 0,021моль калия и 0,492 моль ртути. Тогда, на атом калия приходится примерно 0,492/0,021=23,5 атомов ртути. Т.к. ртуть с водой не реагирует, протекает взаимодействие калия с водой.

    2K + 2H2O → 2KOH + H2

    Следует отметить, что реакция протекает значительно более медленно, чем реакция чистого калия с водой.

    Уравнения взаимодействия ртути и азотной кислотой:

    Hg + 4HNO3 → Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O — азотнокислая окись ртути

    2Hg + 4HNO3 → Hg2(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O — азотнокислая закись ртути

    Переход хлорида одновалентной ртути (каломель) в хлорид двухвалентной ртути (сулему) под действием окислителей:

    Hg2Cl2 + Cl2 → 2HgCl2

    5.        Переход двухвалентной ртути в одновалентную под действием восстановителя.

    2HgCl2 + SO2 + 2H2O → Hg2Cl2 + H2SO4 + 2HCl

    Система оценок.

    Установление ртути        1 б.

            уравнение реакции обжига сульфида         1 б.

    Амальгамы        1 б.

            Соотношение        2 б.

            Реакция        1 б.

    Реакции получения нитратов (по 1 б. за реакцию)        2 б.

    (возможны варианты записи с выделением NO и NO2)

    Реакция        1 б.

    Реакция        1 б.

    Задача 9-4 (авторы Ф.Н.Новиков, О.В.Матусевич)

    1.        Газообразное вещество А может реагирует со щелочью, значит А или газообразная кислота (HЭ, H2Э) или кислотный оксид (можно рассмотреть еще и варианты реакций диспропорционирования). Рассмотрим газообразные кислоты и кислотные оксиды (т.к. газ А взаимодействует с KMnO4, то кислотные оксиды высших степеней окисления рассматривать смысла не имеет). Итак, возможны: N2O3, NO2, SO2, H2S, HCl, HBr, HI и некоторые другие. Все нестабильные вещества (например, N2O3) можно отбросить, т.к. они не выделятся при действии серной кислоты. При действии на кислотные оксиды (SO2, NO2) KMnO4 образуется соответствующая соль (K2SO4, KNO3) и никакого газа не выделяется. Остаются только кислоты (H2S, HCl, HBr, HI) при этом только реакция HCl с KMnO4 приводит к образованию газообразного продукта — Cl2.

    2.        Итак, теперь мы можем расшифровать первые три реакции.

    2HCl + 2NaOH → 2NaCl+ H2O

    Хлорид натрия может быть “высолен” из раствора избытком хлороводорода или выделен в твердом виде при упаривании раствора.

    NaCl + H2SO4 → HCl + NaHSO4

    При действии избытка концентрированной серной кислоты на сухой хлорид натрия.

    2NaCl + H2SO4 → 2HCl + Na2SO4

    (действие концентрированной серной кислоты на избыток хлорида натрия при нагревании).

    16HCl + 2KMnO4 → 5Cl2 + 2MnCl2 + 2KCl + 8H2O

    3.        Взаимодействие хлора с иодидом натрия приводит к образованию хлорида натрия (вещества Б) и некоторого вещества, содержащего иод (вещество Г). Г может окисляться (под действием хлора), восстанавливаться (под действием K2SO3), и дает осадок с хлоридом бария. Значит, в этом соединение иод находится в некоторой (не нулевой, иначе осадка с хлоридом бария не будет). Такой промежуточной степенью окисления может являться только I (V). Итак, Г – NaIO3.

    4.        Запишем уравнения реакция.

    3Cl2 + NaI + 6NaOH → 6NaCl + NaIO3 + 3H2O

    4NaOH + NaIO3 + Cl2 → Na3H2IO6 + 2NaCl + H2O или

    2NaIO3 + Cl2 + 2NaOH → 2NaIO4 + 2NaCl + H2O

    2NaIO3 + BaCl2 → 2NaCl + Ba(IO3)2

    NaIO3 + 3K2SO3 → NaI + 3K2SO4

    (Восстановление эффективнее протекает в кислой среде).

    При окислении NaI с помощью Fe3+ выделяется «черно-серые кристаллы с фиолетовым металлическим блеском» – I2.

    2NaI + 2FeCl3 → 2FeCl2 + 2NaCl + I2

    Система оценок.

    По 1 б. за каждое в-во (6 веществ)        6 б.

    По 0,5 б за каждое ур-ние (8 реакций)        4 б.

    Задача 9-5 (автор С.А.Серяков)

    При термическом разложении бинарного соединения может выделяться простое вещество. Т.о. газ, поддерживающий горение – кислород. Тогда Б – MgO, а А – MgO2, так как для элементов II-a группы нехарактерно образование супероксидов, озонидов. Тогда названия препаратов: 1 – пероксид (перекись) магния, 2 – оксид (окись) магния.

    2MgO2 → 2MgO + O2

    Потеря массы – удаление половины кислорода в составе MgO2, пусть массовая доля MgO2 – x, тогда потеря массы (а):

    а =         х== 0,15 или 15%, тогда MgO - 85%.

    Сумма массовых долей в составе В равна 100%, значит можно найти соотношения элементов в его составе:

    (Mg) : (S) : (O) : (H) =  1:1:11:14

    Сера входит в состав соединения в форме сульфат-иона, остальной кислород соответствует кристаллизационной воде сульфата магния: B – MgSO47H2O. (Семиводный сульфат магния или гептагидат сульфата магния).

    2MgO2 → 2MgO + O2

    MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O

    (MgSO4 + 7H2O → MgSO47H2O)

    В 100 г 30%-ной серной кислоты содержится 30 г H2SO4 (0,306 моль) и 70г воды. Следовательно, растворится 0,306 моль MgO (12,24 г). Горячий раствор содержит 0,306 моль MgSO4 (36,73 г) и 70 + 18  0,306 = 75,5 г воды.

    Пусть х г MgSO47H2O кристаллизуется при 20 оС. Тогда из раствора уйдет 0,488х г MgSO4 и 0,512х г H2O. В растворе останется (36,73 – 0,488х) г MgSO4 и (75,5 – 0,512х) г воды. Тогда:

    35,1 г MgSO4  100 г воды

    (36,73 – 0,488х)  (75,5 – 0,512х)

    3673 – 48,8х = 2650 – 17,97х

    х = 33,2 г MgSO47H2O.

    Препарат 1 содержит MgO2, который в кислой среде желудка образует пероксид водорода (перекись водорода), проявляющую бактерицидную активность.

    MgO2 + 2HCl → MgCl2 + H2O2

    Система оценок.

    За состав+название        21 = 2 балла.

    За состав препарата 1        1 б.

            За формулу и название В        1 б.

             21 = 2 балла

             3 балла

             1 балл

    Десятый класс.

    Задача 10-1 (автор О.В.Архангельская).

    Решение задачи 1:

    М, г/моль

    142

    208

    233

    58,5

    Уравнение реакции

    Na2SO4

    +

    BaCl2

    =

    BaSO4

    +

    2NaCl

    Было, моль

    x

    y

    0

    0

    Прореагировало, моль

    y

    y

    Осталось (образов-сь), моль

    x–y

    0

    y

    2y

    233.3y = 142x–142y + 117y;

    699y = 142x – 142y + 117y

    724y = 142x

    y =0,2x

    mисх.см. = 142x + 0,2.208x = 142x + 41,6x  = 183,6x

    ω(Na2SO4) = 14200x/183,6x = 77,3%

    ω(BaCl2) = 4160x /183,6x = 22,7%

    Решение задачи 2:

    М, г/моль

    142

    208

    233

    58,5

    Уравнение реакции

    Na2SO4

    +

    BaCl2

    =

    BaSO4

    +

    2NaCl

    Было, моль

    x

    y

    0

    0

    Прореагировало, моль

    у

    y

    Осталось (образовалось), моль

    x–y

    0

    y

    2y

    233 y/3 = 142x–142y + 117y;

    77,7y = 142x – 142y + 117y

    102,7y = 142x

    y =1,38x

    mисх.см. = 142x + 1,38.208x = 142x + 287x  = 429x

    ω(Na2SO4) = 14200x/429x = 33,1%

    ω(BaCl2) = 28700x /429x = 66,9%

    Формально задача 2 имеет арифметическое решение. НО при этом количество оставшегося в растворе сульфата натрия равно отрицательной величине:
    х–y = х –1,38x  = – 0,38, чего не может быть.

    Следовательно, задача 2 не имеет химически корректного решения.

    Система оценок.

    Уравнение химической реакции        0,5 б.

    Вывод о том, что хлорид бария дан в недостатке и в растворе будут сульфат и хлорид натрия        1 б.

    Выражение количества одной соли в исходной смеси через количество другой в задаче 1                2 б.

    Расчет ω(Na2SO4) в первой задаче        1 б.

    Расчет ω(BaCl2) в первой задаче         1 б.

    Выражение количества одной соли в исходной смеси через количество другой в задаче 2                2 б.

    Расчет ω(Na2SO4) и ω(BaCl2) во второй задаче не оценивается, т.к. необходимый вывод можно получить на предыдущей стадии решения         0 б.

    Обоснованный вывод о том, что задача 2 не имеет химического решения        2,5 б.

    Задача 10-2 (автор А.А.Антонов, А.А.Дроздов).

    2MgCl2 + 2Na2CO3 + 2H2O → Mg(OH)2∙MgCO3↓ + Mg(HCO3)2 + 4NaCl

    Верными можно считать любые основные карбонаты. Сейчас считается, что в осадок выпадает Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O.

    CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl

    2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2

    2CuCl2 + 2Na2CO3 + H2O → Cu(OH)2∙CuCO3↓ + 4NaCl+CO2

    2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → Fe(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2

    Реакции с хлоридом калия протекать не будет.

    Чем сильнее основание соответствует катиону, тем меньше будет степень гидролиза соответствующей соли. Гидроксид калия сильное основание. В ряду Ca-Mg сила основания уменьшается (оба металла расположены в одной подгруппе, но магний имеет меньший радиус и расположен в подгруппе выше). Медь – переходный металл, ему соответствует слабое основание Cu(OH)2, соли меди (II) в водных растворах сильно гидролизованы. Трехкислотные основания (за исключением редкоземельных элементов) по силе уступают двухкислотным. Образованные ими соли слабых двухосновных кислот в водных растворах претерпевают полный необратимый гидролиз.

    Расположим катионы по силе соответствующих им оснований:

    K+> Ca2+ > Mg2+ > Cu2+ >Al3+  Fe3+

    Осадки образующиеся при действии карбоната натрия на соли алюминия и железа представляют собой гели состава Me2O3·xH2O (где Me = Al или Fe, x=1-5) с небольшим количеством карбонат-анионов включенных в структуру. При старении осадка образуются оксогидроксиды MeOOH.

    В случае хлорида магния:

    Mg(HCO3)2 → MgCO3↓ + CO2 + H2O

    3.        Изменится только реакция с хлоридом магния:

    MgCl2 + 2NaHCO3 → MgCO3↓ + 2NaCl + CO2+H2O

    В растворе гидрокарбоната натрия в отличии от карбоната натрия среда почти нейтральная, т.е. образование основных солей невозможно.

    4.        Использование в кулинарии основано на «гашении» гидрокарбоната уксусной кислотой с выделением углекислого газа, что придает выпечке пышность.

    В медицине питьевую соду используют для нормализации кислотности желудочного сока (при изжоге).

    5.        Нет, т.к. гидрокарбонат разлагается при температуре 70-80˚ С, то в растворе будет щелочной раствор среднего карбоната.

    Система оценок.

    1.        По 1 б. за каждую реакцию        6 б.

    2.        За уравнение        1 б.

    3.        За уравнение        1 б

    4.        За кулинарию         0,5 б.

            За медицину         0,5 б.

    5.        За обоснованный ответ        1 б.

    Задача 10-3 (автор И.А.Тюльков).

    1.        C10H8(тв) + 7О2(г) → 10CO2(г) + 4H2O(ж)

    Согласно закону Гесса:

    2.         моль, следовательно, при сгорании 1 г нафталина выделится  кДж теплоты.

    3.        Для нагрева 1 г воды на 1°, следует затратить 4,184 Дж энергии. Считая плотность воды 1 г/мл, можно рассчитать, на сколько градусов увеличится температура 1,5 л воды:

    При сгорании 20 г (0,16 моль) нафталина выделится 805,3 кДж. Таким образом, изменение температуры воды по расчету:

    .

    При стандартных условиях вода закипает при 100 ۫C, поэтому максимальная температура воды 100 oC.

    Система оценок.

    Термохимический расчет теплоты реакции сгорания нафталина        2 б.

    Расчет количества теплоты, выделившегося при сгорании 1 г нафталина        1 б.

    Расчет изменения температуры воды при сгорании 1 г нафталина        3 б.

    Расчет количества теплоты, выделившегося при сгорании 20 г нафталина        1 б.

    Оценка максимальной температуры воды        3 б.

    Задача 10-4 (автор В.И. Теренин).

    Реакция (CH3)3CH приводит к образованию монохлорзамещенных углеводородов. Из них 31% приходится на третичный атом углерода и 69% на первичный.

    Относительные количества хлорзамещенных изобутанов (%)

    Статистический фактор (количество соответствующих атомов водорода)

    Тип атома углерода

    31

    1

    3°(третичный)

    69

    9

    1°(первичный)

    Выход продукта на одну связь (С-Н)

    для первичного (69:9)

    для третичного (31:1)

    Отношение скорости замещения у третичного атома к скорости замещения у первичного:

    3°/1° = (31/1):(69/9) =4

    Реакция хлорирования CH3CH2CH2CH2CH3 приводит к образованию 48% 2-хлорпентана, 24% 3-хлорпентана, 28% 1-хлорпентана.

    Относительные количества хлорзамещенных (%)

    Статистический фактор (количество соответствующих атомов водорода)

    Тип атома углерода

    48

    4

    24

    2

    28

    6

    Выход продукта на одну связь (С-Н)

    для первичного (28:6)

    для вторичного выход может быть рассчитан как (48:4) или (24:2) или как отношение суммы всех вторичных замещенных продуктов к общему числу атомов водорода при вторичных атомах углерода (72:6). Любой приведенный расчет возможен, поскольку в условии задачи упомянуто (и подтверждается процентными соотношениями), скорости замещения атомов водорода при первичном, вторичном и третичном атоме углерода не зависят от длины и структуры углеродного скелета.

    Отношение скорости замещения у вторичного атома углерода к скорости замещения у первичного:

    2°/1° = (24/2):(28/6) =2,6

    Таким образом, относительная реакционноспособность 3°:2°:1° = 4 : 2,6 : 1

    2.

    Вещество

    Статистический фактор

    Относительная реакционная способность

    Относительные количества

    Процентное содержание в смеси

    A

    12

    1

    12•1=12

    48

    B

    2

    4

    2•4=8

    32

    C

    2

    2,6

    2•2,6= 5,2

    20

    Система оценок.

    Заполнение таблицы        2 б.

    Расчет выхода продукта на 1 связь        1 б.

    Расчет отношения скоростей замещения        2 б.

    Уравнение реакции хлорирования 2,4-диметилпентана (с указанием
    продуктов А,В,С)        2 б.

    Расчет относительных количеств продуктов        3 б.

    Задача 10-5 (автор О.К.Лебедева).

    1.        Вещество – элемент калий

    2K + 2H2O → KOH + H2

    2.        Г.Дэви получил калий электролизом расплава гидроксида калия (гидроксид калия имеет более низкую температуру плавления по сравнению с солями).

    Катод: K+ + e → K

    Анод:  4OH- –4e → O2 + 2H2O

    4KOH → 4K + O2 + 2H2O

    3.        Чаще всего калий встречается в составе хлоридов сильвинита (Na,K)Cl, сильвина (KCl), карналлита (KCl*MgCl2*6H2O), силикатов (полевой шпат). Основные залежи его минералов в России находятся в Приуралье (Пермский край, г.Березники. «Древнее Пермское море охватывало весь Восток Европейской части России. Отдельные его заливы, языки на севере заходили под  самый Архангельск, на юге длинные рукава протягивались к Донецкому Бассейну и к Харькову. Начиная с Соликамска вплоть до юго-восточной части Уральского хребта, тянутся отдельные линзы калиевых месторождений» А.Е.Ферсман. Занимательная геохимия. 1948 ). Цвет обычно белый. Красноватый оттенок придают следы железа, синий цвет обусловлен присутствием в минерале примесей радиоактивного 40К, после распада которого образуются пустоты, придающие минералу синий цвет.

    4.        В чистом хлориде калия условное содержание оксида калия равно[5]:

    Это и есть максимальное значение.

    5.        2K + 2NH3г → 2KNH2 + H2

    K + 6NH → K[(NH3)6]

    Система оценок.

    Вещество – элемент калий        0,5 б.

    Реакция с водой        0,5 б.

    Соединение, из которого Дэви получил калий        1 б.

    Уравнение электролиза        1 б.

    Минералы        1 б.

    Месторождения        0,5 б.

    Окраска        0,5 б.

    Расчет содержания элемента в хлориде        2 б.

    Реакция с газообразным аммиаком        2 б.

    Реакция с жидким аммиаком        1 б.

    Одиннадцатый класс

    Задача 11-1 (автор С.С.Чуранов)

    Соотношение числа атомов в жидкости А – НаСlbОс. a:b:c = 8,3/1 : 32,7/35,5 : 59/16 = =8,3:0,92:3,69 = 9:1:4. Индивидуального вещества с формулой H9ClO4 не существует. В то же время Н:О = 9:4 близко  к соотношению элементов в Н2О, тогда можно предположить, что А – раствор НСl в Н2О с мольным отношением НСl : Н2О = 1 : 4, то есть жидкость А представляет собой соляную кислоту с массовой долей НСl равной ω(НСl) = 36,5/108,5=0,336 или 33,6%.

    Поскольку повышение температуры приводит к уменьшению растворимости газов, то вещество Х представляет собой газообразный НСl. Он удаляется из раствора до тех пор, пока массовая доля НСl не станет равной ω (НСl) = (33,6-16,8)/(100-16,8) = 0,202. Жидкость В представляет собой 20,2%-ную соляную кислоту. Это вещество принадлежит к так называемым азеотропным (совместно перегоняющимся) смесям. Т.кип. азеотропа 110ºС, т. кип. НСl – 85 ºС, т.кип. Н2О – 100ºС).

    При охлаждении 33,6%-ной соляной кислоты А ниже 0ºС могут выделяться кристаллы твердой воды – льда (Y), а при более глубоком охлаждении - гидратов хлороводорода HCl·nH2O. В кристаллах С на 1 атом хлора (А=35,5) приходится М = 35,5/0,65 = 54,5 ед.мол.массы, что соответствует составу кристаллогидрата (криогидрата) HCl·H2O. Массовая доля HCl в растворе при этом снижается и, как установлено экспериментально, при – 20 ÷ – 70ºС образуются неустойчивые гидраты (HCl·2H2O, HCl·3H2O, HCl·6H2O). При плавлении кристаллов С образуется насыщенный раствор HCl в воде и при этом часть HCl (газ Х) выделяется.

    20%-ная соляная кислота (жидкость В) может реагировать с металлами, основными  и амфотерными оксидами, основаниями, солями (выбор конкретных реакций на усмотрение решающего). Из органических веществ с 20%-ной соляной кислотой могут реагировать амины, алкоголяты и феноляты, соли органических кислот.

    Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2

    CuO + 2 HCl → CuCl2 + H2O

    CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

    C6H5NH2 + HCl → C6H5NH+3 Cl

    C2H5ONa + HCl → NaCl + C2H5OH

    Ответ: А – 33,6%-ная соляная кислота; В – 20,2%-ная соляная кислота (азеотропная смесь); С – кристаллогидраты (криогидраты) HCl; Х – газообразный хлороводород; Y – лед.

    Система оценок.

    Установление веществ А и В (с расчетами и указанием концентраций растворов) (по 2 балла за вещество)        4 б.

    (если указано только, что А и В – растворы соляной кислоты – по 0,5 б за вещество)

    За указание С (с расчетами)        2 б.

    За указание Х        0,5 б.

    За указание вещества Y        1 б.

    За уравнения пяти  реакций (принимаются любые правильно написанные реакции по одной для каждого класса – три из разных классов неорганических веществ и две из разных классов органических веществ) (по 0,5 б за реакцию)        2,5 б.

    Задача 11-2 (автор О.В.Архангельская).

    См. решение и систему оценивания задачи 10-1.

    Задача 11-3 (автор М.Д.Решетова).

    Исходя из наличия в А трех типов атомов водорода можно сделать вывод, что при данных условиях нитрования образуется динитропроизводное. Учитывая правила ориентации в реакциях электрофильного ароматического замещения можно сделать вывод, что А – 2,4-динитрохлорбензол.

    При действии на А алкоголята натрия в соответствующем спирте протекает нуклеофильное замещение хлора с образованием 1-метокси-2,4-динитробензола (2,4-динитроанизола) (В) и 1-этокси-2,4-динитробензола (2,4-динитрофенетола) (С). Образование смесей одинакового состава при выдерживании В и С в спирте в присутствии соответствующего алкоголята означает, что реакции представляют собой обмен группы –OMe на группу –ОEt в В и группы –ОEt на группу –OMe в С. Катализ реакции алкоголятами и образование одного и того же промежуточного продукта свидетельствует, что реакции протекают через промежуточный продукт (D). Механизм реакции заключается в нуклеофильной атаке алкокси-группы по атому углерода бензольного кольца, связанного с кислородом, которая приводит к потере ароматичности и образованию D (комплекс Мейзенгеймера, по имени исследователя, который изучал реакции нуклеофильного замещения в ароматическом ряду и впервые доказал образование подобных структур). Далее этот ион отщепляет одну из алкокси-групп (–OMe или –ОEt), восстанавливая ароматическую структуру и превращаясь в Е - смесь В и С.

    Разница в соотношении обоих веществ в разных растворителях определяется тем, что в растворе существует равновесие

    C2H5OH + CH3O-  C2H5O- + CH3OH                                                        (2)

    При большом избытке этанола  равновесие (2) смещено вправо, т.е. в растворе этилат-ионов больше, чем метилат-ионов,  поэтому равновесие (1) смещено влево. Соответственно, в метаноле равновесие (1) смещено вправо. В результате при обработке В этанолом в присутствии этилата натрия в продуктах реакции будет выше содержание С, а при обработке С метанолом в присутствии метилата натрия будет выше содержание В.

    В 2,4-динитрохлорбензоле атом хлора обладает высокой подвижностью, обусловленной наличием в бензольном кольце двух сильных акцепторных заместителей. Это соединение легко гидролизуется в присутствии следов влаги с образованием НСl, поэтому обладает раздражающим действием на слизистую оболочку.

    C6H3(NO2)2Cl (A) + H2O → C6H3(NO2)2OH + HCl

    А: 2,4-динитрохлорбензол.

    В: 1-метокси-2,4-динитробензол.

    С: 1-этокси-2,4-динитробензол.

    Е: смесь 1-метокси-2,4-динитробензола и 1-этокси-2,4-динитробензола.

    Система оценок.

    Структуры А, В, С, D (по одному баллу за каждую структуру)        4 б.

    Структура D        2 б.

    Качественный состав Е        1 б.

    Основной компонент Е 

    в случае реакции В → Е        1 б.

    в случае реакции С → Е        1 б.

    Легкость гидролиза А с образованием HCl (с уравнением реакции)        1 б

    Задача 11-4 (автор А.М.Мажуга).

    Начнем с установления количества атомов углерода в каждом соединении. На примере F-125 имеем: (120.00х0.2002)/12 = 2. Проведя аналогичные вычисления для других соединений, получим, что во всех (кроме F-125) соединениях содержится всего один атом углерода. Результаты вычислений приведены во втором столбце таблицы.

    Соединение

    Число атомов углерода в молекуле

    Средняя атомная масса заместителей у атома углерода

    Брутто-формула

    F-23

    1

    14.5

    СHF3

    F-11

    1

    31.34

    CFCl3

    F-125

    2

    -----

    C2HF5

    F-14

    1

    18.99

    CF4

    F-21

    1

    22.73

    CHFCl2

    F-12

    1

    27.26

    CF2Cl2

     Исходя из очевидного факта, что во всех производных метанового ряда атом углерода окружен четырьмя заместителями, найдем среднюю атомную массу заместителей в каждом из приведенных соединений. Проделаем это на примере F-11: (137.37-12.01)/4 = 31.34. Полученные результаты записаны в третьей колонке.

    Анализируя полученные данные, можно в первую очередь предположить, что соединение F-14 является тетрафторметаном CF4 (т.к. средняя атомная масса заместителей совпадает с атомной массой фтора). Далее обратим внимание на соединение F-23, которое, очевидно, можно представить формулой CHxFy, где х и y легко находятся из системы уравнений: (x + 18.99y)/4 = 14.5 и x + y = 4 (x = 1, y = 3). При установлении формул F следует учитывать, что средняя атомная масса заместителей меньше атомной массы фтора, гидроксильная группа не может входить в состав соединения, т.к. метанол – это жидкость (по условию задачи все приведенные в таблице вещества являются газами), по этой же причине в состав соединений не может входить бром, а аминогруппа не подходит, т.к. в случае наличия в молекуле одного атома азота ее молекулярная масса является нечетным числом (возможен случай одновременного наличия двух аминогрупп, но он устраняется «перебором»). Итак, F-23 является CHF3. Далее, пользуясь аналогичными соображениями, можно установить и формулы оставшихся соединений. Результаты приведены в четвертой колонке.

    См. четвертый столбец в тексте решения задачи.

    Основными промышленными методами получения описанных веществ является жидко- или газофазное фторирование хлоропарафинов фтором, фторидами металлов или безводным HF в присутствии галогенидов кобальта или сурьмы; диспропорционирование полифторхлоралканов при 150-250 оС в присутствии кислот Льюиса.

    В качестве примера приведем схемы реакций исторически первых промышленных методов:

    ССl4 + F2 → CFCl3 + CF2Cl2 + CF3Cl + CF4

    ССl4 + SbF5 → CF2Cl2+CF3Cl + CF4

    CH4 + F2 → CHF3 + CF4 

    Стоит отметить, что во всех указанных синтезах соотношение продуктов реакции может варьироваться в очень широком диапазоне в зависимости от соотношение реагентов, температуры, давления и катализаторов. При правильно выбранных условиях можно получить тот или иной продукт с почти количественным выходом.

    СHF3 → :CF2 + HF

    CF4 → :CF2 + F2

    При термолизе (или импульсном фотолизе) указанные соединения способны генерировать дифторкарбен (дифторметилен) - соединение двухвалентного углерода, которое может существовать как в триплетном, так и в более устойчивом синглетом состоянии, что нашло свое применение в некоторых теоретических изысканиях. Заметим, что название дифторметилен рекомендовано ИЮПАК.  Следовательно, оно не является тривиальным, однако, учитывая формализм в выборе рекомендованного названия, за правильный ответ засчитывается как дифторкарбен, так и дифторметилен.

    Описанные соединения нашли основное свое применение как рабочие тела в бытовых и промышленных холодильных агрегатах и кондиционерах; они используются также в качестве пропеллентов для аэрозолей и как инертные растворители.

    В России приведенные вещества принято называть хладонами, в США фреонами. Эти вещества относятся к хладагентам.

    Причина – в требованиях экологической чистоты. Как показали многочисленные исследования, фреоны (в особенности не содержащие атомов водорода) способствуют разрушению озонового слоя Земли. Связано это в первую очередь с нарушением т.н. нулевого цикла озона, однако более подробное рассмотрение этой крайне сложной проблемы выходит далеко за рамки данной задачи.

    *   *   *

    В заключение раскроем принцип кодирования фреонов, заложенный специалистами компании «Дюпон».

    Ограничимся лишь формулировкой номенклатуры компании «Дюпон» (номенкл2атура приведена со значительными упрощениями, которые невыжны в контексте данной задачи): К числу в коде соединения необходимо прибавить т.н. кодовое число, равное  90. В полученном трехзначном числе первая цифра означает количество атомов углерода в молекуле, вторая – количество атомов водорода, третья – атомов фтора, оставшиеся атомы являются либо атомами хлора, либо брома.

    Поясним сказанное на нескольких примерах:

    F-125: 125 + 90 = 215; 2 – количество атомов «С», 1 – количество атомов «Н» и 5 – количество атомов «F». Получаем C2HF5

    F-21: 21 + 90 = 111; 1 – количество атомов «С», 1 – количество атомов «Н», 1 – количество атомов «F», остальное (т.е. 2) – количество атомов «Cl». Получаем CHFCl2.

    Существует и другая формулировка номенклатуры (распространенная в России; также приведена со значительными упрощениями): Первая цифра в коде вещества – число атомов углерода минус один (для соединений метанового ряда это число опускается), вторая цифра – число атомов водорода плюс единица, третья – число атомов фтора, оставшиеся атомы приходятся либо на бром, либо на хлор.

    Система оценок.

    Состав каждого из 6 соединений в таблице (по 0,5 б)        3 б.

    Синтез двух веществ из таблицы (по 1 баллу за уравнение)        2 б.

    Получение карбена из двух веществ (по 1 баллу за реакцию)        2 б.

    Название А        1 б.

    Прменение соединений F        0,5 б.

    Общее название соединений F

    (оценивается любое из трех названий)        1 б.

    Указание на требования экологии сохранение озонового слоя        0,5 б.

    Задача 11-5 (автор С.А.Серяков).

    1.        Заполненная таблица:

    I (уравнение)

    II (описание)

    III (автор)

    ΔE = hν

    Поглощение/испускание света веществом

    Макс Планк

    Фотоэлектрический эффект

    Альберт Эйнштейн

    mvr = nh

    Квантование момента импульса электрона

    Нильс Бор

    pV = mRT/М

    Уравнение состояния газа

    Дмитрий Менделеев, Бенуа Поль Эмиль Клапейрон

    Закон сохранения массы

    Михаил Ломоносов, Антуан Лавуазье

    PV = const

    Изотермическое расширение

    Роберт Бойль, Эдм Мариотт

    Зависимость скорости реакции от температуры

    Якоб Вант-Гофф

    η = (Тн – Тх)/Тн *

    КПД тепловой машины

    Никола Ленар Сади Карно

    P/T = const

    Изохорное расширение

    Жак Александр Шарль

    Зависимость скорости реакции от температуры

    Сванте Аррениус

    Скорость цепных реакций

    Николай Семенов

    2.        Сванте Аррениус, Нильс Бор, Якоб Вант-Гофф, Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Николай Семенов.

    3.        h [Дж·с = кг·м/с2·с = кг·м/с]; R [Дж/(моль·К) = кг·м/(моль·К·с2)]; M [кг/моль].

    Система оценок.

    0,5 балла за каждое верное соответствие        5,5 б.

    0,5 балла за каждую фамилию        3 б.

    по 0,5 балла за каждый верный ответ        1,5 б.

    ПРИЛОЖЕНИЯ

    Приложение 1.

    Оценочный лист членов жюри

    Глубокоуважаемый коллега!

    Оцените, пожалуйста, условия и решения заданий, разработанных ЦМК по химии, по пятибалльной системе (1 – минимум, 5 – максимум) по предлагаемому плану:

    9-1

    9-2

    9-3

    9-4

    9-5

    9-6

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    10-1

    10-2

    10-3

    10-4

    10-5

    10-6

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    11-1

    11-2

    11-3

    11-4

    11-5

    11-6

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    Ваши рекомендации (замечания, предложения) по задачам Всероссийской олимпиады школьников по химии:

    ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Спасибо!

    Укажите, пожалуйста, субъект РФ _______________________________ откуда Вы.


    Приложение 2.

    Оценочный лист участника олимпиады

    Глубокоуважаемый участник олимпиады!

    Оцените, пожалуйста, условия и решения заданий олимпиады по пятибалльной системе (1 – минимум, 5 – максимум) по предлагаемому плану:

    9-1

    9-2

    9-3

    9-4

    9-5

    9-6

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    10-1

    10-2

    10-3

    10-4

    10-5

    10-6

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    11-1

    11-2

    11-3

    11-4

    11-5

    11-6

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    Ваши рекомендации (замечания, предложения) по задачам Всероссийской олимпиады школьников по химии:

    _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Спасибо!

    Укажите, пожалуйста, свой класс__________ и субъект РФ _______________________________, откуда Вы.

    Приложение 3

    ПРОТОКОЛ

    РАБОТЫ ЖЮРИ ПО ИТОГАМ ПРОВЕДЕНИЯ ТРЕТЬЕГО ЭТАПА ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ

    Число участников ___________________________________________________

    Место проведения ____________________________________________________

    (субъект РФ, город)

    Дата и время _________________________________________________________

    Присутствовали члены жюри: (список членов жюри с указанием ФИО полностью, занимаемой должности, ученого звания)

    Повестка дня:

    Утверждение рейтинга участников третьего регионального этапа олимпиады (по __ место включительно).

    Утверждение списка победителей и призеров третьего этапа олимпиады.

    Утверждение списка команды от субъекта РФ на IV этап олимпиады.

    Слушали:

    Постановили:

    Утвердить рейтинг участников третьего регионального этапа олимпиады (по __ место включительно).

    Утвердить список победителей и призеров третьего этапа олимпиады.

    Утвердить список команды от субъекта РФ на IV этап олимпиады.


    ПРОТОКОЛ

    РАБОТЫ ЖЮРИ ПО ИТОГАМ ПРОВЕДЕНИЯ ТРЕТЬЕГО ЭТАПА ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ

    (окончание)

    Рейтинг участников олимпиады третьего этапа олимпиады

    № п/п

    Шифр участника

    ФИО участника

    Город (село, поселок), субъект РФ

    Образовательное учреждение (полное название в соответствии с Уставом)

    Класс (в случае, если участник выступает за более старший класс, дополнительно указать: обучается в __ классе)

    ФИО лиц, подготовивших участника олимпиады

    Число баллов

    Место

    Особые замечания членов жюри по итогам олимпиады:

    __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Результаты (победителей и призеров)

    № п/п

    Шифр участника

    ФИО участника

    Город (село, поселок), субъект РФ

    Образовательное учреждение (полное название в соответствии с Уставом)

    Класс (в случае, если участник выступает за более старший класс, дополнительно указать: обучается в __ классе)

    ФИО лиц, подготовивших участника олимпиады

    Число баллов

    Место

    Подписи:

    Председатель жюри

    Секретарь жюри

    Члены жюри


    Приложение 4

    ВЕДОМОСТЬ

    ПРОВЕРКИ РАБОТ УЧАСТНИКОВ ТРЕТЬЕГО ЭТАПА ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ

    Место проведения ____________________________________________________

    (субъект РФ, город)

    Дата и время вскрытия пакета зданий _________________________________________________________

    Присутствуют члены жюри: (список членов жюри с указанием ФИО полностью, занимаемой должности, ученого звания)

    РЕЗУЛЬТАТЫ

    № п/п

    Шифр участника

    ФИО участника

    Город (село, поселок), субъект РФ

    Образовательное учреждение (полное название в соответствии с Уставом)

    Класс (в случае, если участник выступает за более старший класс, дополнительно указать: обучается в __ классе)

    ФИО лиц, подготовивших участника олимпиады

    1

    2

    3

    4

    5

    Эксп.

    сумма

    Особые замечания членов жюри по итогам олимпиады:

    __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Подписи:

    Председатель жюри

    Секретарь жюри

    Члены жюри

    Приложение 5

    Анкета сопровождающих (наставников, учителей)

    Глубокоуважаемый коллега!

    Просим ответить на несколько вопросов. Ваши ответы помогут нам планировать нашу работу по олимпиаде.

    Что, по-вашему, являются целями олимпиады? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Как Вы готовите школьников к олимпиаде? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Чего Вы ожидаете от участия ваших подопечных в олимпиаде? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Что бы вы пожелали участникам олимпиады следующего года? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Что необходимо изменить в олимпиаде (как в организационном, так и в содержательном плане)? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    По каким учебникам по химии Вы работаете в

    8 классе _______________________________________________________

    9 классе _______________________________________________________

    10 классе ______________________________________________________

    11 классе ______________________________________________________

    Какой смысл Вы вкладываете в понятия саморазвитие? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Закончите следующее предложение

    Олимпиада для меня … ______________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Спасибо за ответы!

    Укажите, пожалуйста, субъект РФ _______________________________, откуда Вы.


    Приложение 6

    Анкета участника олимпиады

    Какой смысл Вы вкладываете в понятия саморазвитие? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Закончите следующее предложение

    Олимпиада для меня … ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Спасибо за ответы!

    Укажите, пожалуйста, свой класс__________ и субъект РФ _______________________________, откуда Вы.


    [1] Всероссийская олимпиада школьников. Третий (региональный) этап: сборник нормативно-правовых и локальных актов. – М.: АПКиППКРО, 2006. – 40 с.

    [2] Лунин В.В., Архангельская О.В., Тюльков И.А. Всероссийская олимпиада школьников по химии/Научный редактор Э.М.Никитаин. – М.: АПКиППКРО, 2005. – 128 с.

    [3] Всероссийская олимпиада школьников. Третий (региональный) этап: сборник нормативно-правовых и локальных актов. – М.: АПКиППКРО, 2006. – 40 с.

    [4] Всероссийская олимпиада школьников. Третий (региональный) этап: сборник нормативно-правовых и локальных актов. – М.: АПКиППКРО, 2006. – 40 с.

    [5] Питательная ценность (q) калийных удобрений рассчитывается как отношение массы K2O к массе соответсвующего калийного соединения, содержащего ту же массу калия, что и в K2O. Расчет носит условный характер.



    Предварительный просмотр:

    Всероссийская олимпиада школьников по химии

    В ПОМОЩЬ ОРКОМИТЕТАМ, ЖЮРИ И МЕТОДИЧЕСКИХ КОМИССИЙ ТРЕТЬЕГО (РЕГИОНАЛЬНОГО) ЭТАПА ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ

    Методические рекомендации

    Третий (региональный) этап олимпиады проводится совместно государственными органами управления образованием субъектов Российской Федерации и советами ректоров высших учебных заведений в январе-феврале, в течение 3-4 дней, в сроки, установленные Рособразованием. В 2007/08 учебном году Олимпиада проводится согласно нормативно-правовым и локальным актам, опубликованным в сборнике[1].

    Центральная методическая комиссия по химии (ЦМК) при Центральном оргкомитете Всероссийских предметных олимпиад школьников предлагает комплект заданий Третьего (регионального) этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии.

    Олимпиада проводится на основе общеобразовательных программ основного общего и среднего (полного) общего образования. Содержание задач соответствует Минимуму образования по химии. Также используется материал программ вступительных испытаний по химии в вузы.

    В методическом пособии приводятся по 5 условий оригинальных задач для трех возрастных параллелей обучающихся: 9, 10 и 11 классов и даются полные решения задач, а также к каждой задаче прилагается система оценивания.

    Все приведенные задачи охватывают различные области химического знания. Задачи для 9 класса, в основном, охватывают материал неорганической, аналитической и физической химии; задачи для 10 и 11 класса включают помимо вышеперечисленных разделов химии, также материал органической химии. Таким образом, все задачи являются комбинированными, как по содержанию, так и по подходам. Содержание задач разнообразно, подача материала нацеливает на поиски творческих решений. Ко всем задачам даны развернутые решения и система оценивания.

    Данный комплект носит рекомендательный характер. Некоторые задачи могут быть заменены по усмотрению методической комиссии Третьего этапа олимпиады.

    Третий этап олимпиады состоит из двух туров – теоретического и практического. Задачи практического тура разрабатывают Методические комиссии третьего (регионального) этапа олимпиады, исходя из материальной базы. Желательная последовательность туров: сначала теоретический тур, затем – практический. Продолжительность каждого этапа – по 5 астрономических часов.

    Процедура проведения олимпиады подробно описана в пособии[2]. ЦМК просит включить в программу олимпиады время для анкетирования участников олимпиады и их наставников.

    Для функционально-методического обеспечения проведения Третьего этапа олимпиады создается Оргкомитет. Для решения вопросов оценки достижений учащихся на Третьем этапе олимпиады школьников, определения победителей и призеров создается Жюри Олимпиады по химии. В целях методического обеспечения Третьего этапа Олимпиады создается Методическая комиссия по химии. Работа этих структур определяется соответствующими документами[3].

    После процедуры шифрования работ жюри приступает к проверке. Как говорилось выше, к каждой задаче кроме развернутого решения прилагается система оценивания. Максимальный балл за каждую задачу составляет 10 баллов. Система оценивания строится на поэлементном анализе возможного решения участником задачи. Следует обратить внимание, что в материалах представленные решения отражают один из вероятных подходов к решению задачи. Поэтому при проверке работ члены жюри должны учитывать, что участник может прийти к ответу другим путем. Если ход мыслей участника правильный и приводит к искомым ответам, жюри, конечно, засчитывает оригинальное решение и по возможности, отмечает его при подведении итогов олимпиады. При этом система оценивания может быть изменена, но в целом решение задачи оценивается исходя из 10 баллов.

    За практический тур участник может получить не больше 15 баллов. При выполнении заданий практического тура проверяются:

    - умение работать с химической посудой, приборами и реактивами;

    - умение использовать знания о качественном и количественном анализе;

    - умение предсказывать результаты химических реакций.

    Перед проведением практического тура проводится инструктаж по технике безопасности, согласно имеющимся утвержденным нормативным документам. Результат практического тура участник узнает по окончании тура – после беседы с членами жюри по результатам выполнения работы. Практический тур проводится в специально оборудованных практикумах или лабораториях.

    ЦМК убедительно просит раздать каждому участнику олимпиады и наставникам комплекты заданий и решений всех классов из этого сборника. Это является  прекрасной базой для самостоятельной подготовки школьника не только к последующему этапу текущего года, но и к этапам олимпиады последующих лет.

    После разбора заданий и обязательного показа работ баллы теоретического и практического туров суммируются и подводятся общие итоги. Настоятельная просьба к жюри, определять число победителей, исходя из того, что победителями и призерами могут стать не более 45% участников олимпиады.

    По итогам проведения олимпиады оформляются отчетные документы согласно[4].

    В целях обеспечения единого организационного и содержательного пространства Всероссийской олимпиады школьников по химии, в первую очередь, в целях преемственности этапов олимпиады, Центральная методическая комиссия по химии настоятельно просит Жюри и Методические комиссии по химии Третьего этапа олимпиады представить по указанным адресам:

    тексты заданий экспериментального тура для 9-11 классов с указанием авторов;

    документы, формы которых представлены в Приложении к данному пособию;

    анкеты и оценочные листы, формы которых представлены в Приложении к данному пособию.

    В случае изменения рекомендованных ЦМК по химии комплектов задач Методическая комиссия Третьего этапа направляет в адрес ЦМК комплекты задач теоретического тура, по которым проводился региональный этап, для анализа результатов выполнения работ.

    Мы желаем удачи, успехов и надеемся на взаимопонимание и дальнейшее плодотворное сотрудничество.

    По всем вопросам, связанным с содержанием и вопросами регламента проведения олимпиады и  подготовки отчетных материалов обращаться:

    •Заместитель председателя ЦМК Архангельская Ольга Валентиновна: Arkh@general.chem.msu.ru

    •Ответственный секретарь ЦМК Тюльков Игорь Александрович: Tiulkov@general.chem.msu.ru

    •Телефон: 8-495- 939-33-35

    Отчетные материалы в бумажном и электронном вариантах направлять по адресу:

    119992, Москва, Ленинские горы, д.1, строение 3, Химический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова, кафедра общей химии,

    Архангельской О.В. e-mail: arkh@general.chem.msu.ru 

    ДЕВЯТЫЙ КЛАСС

    Задача 9-1.

    В 1744 г французский химик Руэль впервые чётко разделил соли на средние, кислые и оснóвные. Однако долгое время эти понятия продолжали путать.

    В статье «Новый способ получения вполне насыщенного углекислого кали» (1802 г.) известный русский химик Товий Ловиц указал на химические различия между средними и кислыми солями, а также описал способ приготовления одной из таких солей:

    «Обыкновенный кали есть соль, химически пересыщенная своим основанием... Соль же, вполне насыщенную угольной кислотой, называют углекислым кали... Для получения углекислого кали холодный раствор обыкновенного кали в двойном количестве воды постепенно насыщают какой-либо слабой кислотой, например уксусом, растворенным в большом количестве холодной воды, при перемешивании деревянной лопаточкой. Так продолжают до тех пор, пока не обнаружится первый признак разогревания... Здесь действуют осторожно, поскольку та часть угольной кислоты, которой углекислый кали обязан состоянием своей полной насыщенности, настолько слабо связана с кали, что при одном лишь нагревании мало-помалу улетучивается...

            Из двух фунтов обыкновенного кали мне удалось получить примерно 7 унций углекислого кали».

    Приведите современные формулы обыкновенного кали и углекислого кали.

    Запишите 2 уравнения реакций, описанных Т.Ловицем.

    Как обычно получали обыкновенный кали в XVII-XVIII в.в.? Какое другое название закрепилось в химии за обыкновенным кали?

    Оцените выход углекислого кали по рецепту Т.Ловица.

    В журнале «Химия» (приложение к газете «Первое сентября»)  в №10 за 2007 г. на стр. 18 утверждается, что «Кислые соли образуют только многоосновные кислоты». Согласны ли Вы с приведенным утверждением? Подтвердите или опровергните это суждение.

    Для справок: 1 аптекарский фунт равен 12 унциям, 1 унция равна 29,86 г.

    Решение (автор – Ю.Н. Медведев).

    Обыкновенный кали – К2СО3, углекислый кали – КНСО3.

                    К2СО3 + СН3СООН → КНСО3  + КСН3СОО

                    2КНСО3  К2СО3 + Н2О + СО2

    Карбонат калия получали из золы растений. Так, зола подсолнуха содержит до 75% К2СО3. Золу нагревали с водой, полученный щелок фильтровали и упаривали. Более привычное название карбоната калия – поташ.

    В соответствии с уравнением реакции:

    К2СО3 + СН3СООН → КНСО3  + КСН3СОО

    из 2 фунтов (717 г) карбоната калия должно получиться 523 г (17,5 унций) гидрокарбоната калия. Практический выход равен 7/17,5 ·100 = 40%, что связано с большой растворимостью гидрокарбоната калия и большими потерями при перекристаллизации.

    Кислые соли образуют и одноосновные кислоты. Так, хорошо известны гидрофторид калия KHF2, кислый иодат калия KH(IO3)2, менее известно образование кристаллического CsHCl2 и др.

    Система оценивания.

    21=2 (балла)

    21=2 (балла)

    21=2 (балла). 1 – за источник и способ, 1 – за тривиальное название.

    21=2 (балла) 1 – за расчет количества, 1 – определение выхода.

    21=2 (балла) 1 – за ответ, 1 – за примеры.

    Всего – 10 баллов.

    Задача 9-2.

    Изоэлектронные молекулы (молекулы, имеющие одинаковое число электронов) обладают близкими характеристиками межмолекулярного взаимодействия, параметрами химической связи. В таблице приведены значения, характеризующие химическую связь и межмолекулярное взаимодействие для O2, N2, NO и CO.

    I

    II

    III

    IV

    Энергия связи, кДж/моль

    945,3

    1076,4

    631,6

    493,6

    Длина связи, нм

    0,1098

    0,1282

    0,1151

    0,1207

    Дипольный момент, Д

    0

    0,11

    0,16

    0

    Ткип., оС

    -195,8

    -191,5

    -151,7

    -182,97

    Тпл., оС

    -210

    -205

    -163,7

    -218,8

    (Дипольный момент – величина, характеризующая асимметрию распределения положительных и отрицательных зарядов в электрически нейтральной системе (молекуле). Два одинаковых по величине заряда +q и –q образуют электрический диполь с дипольным моментом равным  = ql. где l – расстояние между зарядами. 1Д (Дебай) = 0,33310-30 Клм)

    Определите, какому из веществ (O2, N2, NO и CO) соответствуют данные столбцов I – IV (укажите, на основе каких данных Вы сделали это отнесение).

    Какие из приведенных молекул являются изоэлектронными?

    Определите кратность связи в молекулах (O2, N2, NO и CO).

    Приведите по одному примеру реакций лабораторного получения O2, N2, NO и CO (по одному примеру).

    Решение (автор Жиров А.И.)

    Для двухатомных молекул простых веществ (неполярная связь) дипольный момент равен 0 Д, следовательно, I и IV – N2 или O2, а II и III – CO и NO. Энергия связи I существенно больше, чем IV, следовательно, I – N2, IV – O2. Равенство энергий связи I и II, близость их температур кипения и плавления, показывают, что II - CO (молекула изоэлектронная с N2 см. п.2). Тогда, III – NO (с этим согласуется и промежуточное значение энергии связи между I и III, и длина связи в NO близка к сумме ковалентных радиусов I и IV: 1/2(0,1098 +0,1207) = 0,1153 (нм).

    Суммарное число электронов в молекуле N2 равно 7 + 7 =14; CO – 6 + 8 =14; NO – 7 + 8 = 15; O2 – 8 + 8 = 16. Изоэлектронные молекулы – N2 и CO (обладают близкими значениями энергии связи, температур плавления и кипения).

    Кратность связи в молекуле N2 – 3 (тройная связь в молекуле), аналогичное значение и для CO. Для O2 кратность связи равна 2, а для NO – промежуточное значение (меньше, чем для N2, но больше, чем для O2), т.е. 2,5.

    Примеры реакций лабораторных способов получения O2, N2, NO и CO:

    2H2O2 = 2H2O + O2 

    NH4Cl + NaNO2 = NaCl + N2 + 2H2O

    2KNO2 + 2KI + 2H2SO4 = 2K2SO4 + I2 + 2NO + 2H2O

    HCOOH = H2O + CO

    Система оценивания.

    4  0,5 = 2 (балла). По 0,5 балла за аргументировано определенное соответствие  вещества.

    1  2 = 2 (балла)

    4  0,5 = 2 (балла)

    4  1 = 4 (балла) По 1 баллу за корректное уравнение получения веществ лабораторным способом.

    Всего – 10 баллов.

    Задача 9-3.

    В зоне окисления сульфидных руд встречаются синие кристаллики минерала халькантита. Навеска халькантита 0,8546 г была растворена в воде. К полученному раствору был добавлен избыток раствора гидроксида натрия, при этом образовался синий осадок. После отделения осадка фильтрованием и последующем прокаливании его на воздухе был получен черный порошок массой 0,3065 г. При нагревании черного остатка прокаливания в токе водорода был получен красный порошок массой 0,2243 г. К фильтрату, полученному при отделении синего осадка, был добавлен избыток раствора хлорида бария, при этом образовался белый осадок массой 0,7988 г, нерастворимый в разбавленной соляной кислоте.

    Определите качественный и количественный состав халькантита (формула). ответ подтвердите расчетами.

    Напишите уравнения реакций, которые использовались для проведения его анализа.

    Какие цветовые изменения могут наблюдаться при нагревании халькантита до
    900
    оС? Каким химическим процессам эти изменения могут соответствовать? (Уравнения реакций.)

    Решение (автор Жиров А.И.)

    Синий осадок, образующийся при добавлении гидроксида натрия, - гидратированный оксид (гидроксид); черный порошок, образующийся при его прокаливании – оксид; красный порошок, образующийся при восстановлении оксида, - металл дает возможность предположить, что в состав минерала входит медь. Белый осадок, выпадающий при добавлении к фильтрату соли бария, нерастворимый в соляной кислоте – сульфат бария. (Наличие сульфат-ионов в составе минерала вполне логично предполагать, учитывая, что данный минерал образуется в зоне окисления сульфидных руд.) Количество меди в навеске составляет 0,2243:65,546 = 3,42210-3 (моль). Количество сульфат-ионов  - 0,7988:233,39 = 3,42310-3 (моль). Таким образом, халькантит – сульфат меди. Но сумма масс меди и сульфат – ионов
    0,2243 + 0,3286 = 0,5529 (г) не соответствует исходной навеске минерала. Можно полагать, что в состав минерала входит вода (об этом свидетельствует синяя окраска минерала, т.к. безводный сульфат меди не окрашен). Тогда
    0,8546 – 0,5529 = 0,3017 (г). 0,3017: 0,003423:18 = 4,9
     5, т.е. состав минерала – CuSO45H2O (пентагидрат сульфата меди (II), медный купорос).

     Уравнения реакций:

    CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4

    Cu(OH)2 = CuO + H2O

    CuO + H2 = Cu + H2O

    Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl

    3.        При нагревании происходит дегидратация пентагидрата, образуется безводный сульфат меди (белый). Дальнейшее нагревание приводит к разложению сульфата, с образованием черного оксида меди (II):

    CuSO45H2O = CuSO4 + 5H2O

    CuSO4 = CuO + SO3

    (При высокой температуре оксид серы (VI) разлагается на оксид серы (IV) и кислород).

    Система оценивания:

    Определение качественного и количественного состава: 4  1 = 4 (балла).

    Уравнения, используемые для химического анализа: 4  1 = 4 (балла).

    Уравнения термического разложения, окраска 2  1 = 2 (балла).

    Всего – 10 баллов.

    Задача 9-4

    Хром является одним из важнейших легирующих элементов. Лучшими растворителями хромистых сталей являются соляная и разбавленная серная кислоты в отсутствии окислителей. Один из методов определения хрома в растворе основан на окислении его с помощью персульфат-ионов (в присутствии солей серебра) с последующим титрованием дихромат-ионов солью Мора. В результате окисления зелёный цвет раствора переходит в оранжевый. Присутствующий в стали марганец также переводится в раствор кислотами и затем окисляется персульфат-ионами, в результате чего окраска дихромат-ионов полностью маскируется фиолетовой окраской перманганат-ионов. Затем анализируемый раствор кипятят с добавлением небольших количеств хлорида натрия и после охлаждения титруют солью Мора.

    1. Почему хромистые стали следует растворять в кислотах в отсутствии окислителей?

    2. Зачем в раствор добавляют соль серебра и не мешает ли она процессу титрования?

    3. Почему в случае отсутствия в хромистых сталях марганца его специально вводят в раствор при анализе хрома?

    4. С какой целью раствор перед титрованием кипятят с добавлением хлорида натрия?

    5. Приведите в кратком ионном виде уравнения всех оговоренных в условии процессов.

    Решение (автор Ю.Н. Медведев).

    Растворение хрома происходит в соответствии с уравнениями:

    Cr + 2H+  Cr2+ + H2, в присутствии окислителя:

    4Cr2+ + O2 + 4H+  4Cr3+ + 2H2O

    Окислители пассивируют металл, образуя оксидную плёнку, препятствующую растворению.

    Ионы Ag+ катализируют многие реакции окисления. В последующем серебро не мешает процессу титрования, т.к. при добавлении поваренной соли к анализируемому раствору серебро выпадает в осадок в виде хлорида:

    Ag+ + Cl   AgCl

    Реакции окисления ионов хрома и марганца:

    2Cr3+ + 3S2O82– + 7H2O    Cr2O72– + 6SO42– + 14H+

    2Mn2+ + 5S2O82– + 8H2O  2MnO4 + 10SO42– + 16H+

    Появление характерной фиолетово-красной окраски перманганат-ионов указывает на то, что окисление хрома уже закончено, т.к. ионы Mn2+ окисляются после ионов Cr3+ (Eo MnO4/Mn2+ = +1,51В, Eo Cr2O72–/Cr3+ =  +1,33В). Поэтому марганец специально вводят в ходе анализа для определения окончания окисления хрома.(0,5 балла)

    Перед окончательным титрованием перманганат-ионы разрушают  кипячением кислого раствора с хлорид-ионами:

    2MnO4 + 16H+ + 10 Cl  2Mn2+ +5Cl2 + 8H2O

    Дихромат-ионы в этих условиях не восстанавливаются, поэтому фиолетовая окраска при кипячении изменяется на оранжевую.

    Титрование солью Мора:

    Cr2O72– + 6Fe2+ + 14H+  2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O

    Система оценивания

    Реакции растворения                                                                                1 балл

    Роль хлорида серебра        (0,5 балла за обоснование + 0,5 балла за реакцию)                        1 балл

    Хром и марганец с персульфатом                                                                3 балла

    Объяснение отсутствия окислителей                                                                0,5 балла

    Объяснение роли марганца                                                                        0,5 балла

    Реакция с хлоридом натрия                                                                        2 балла

    Реакция с солью Мора                                                                                2 балла

    Итого                        10 баллов

    Задача 9-5

    Мело, мело по всей земле

    Во все пределы.

    Свеча горела на столе,

    Свеча горела.

    Борис Пастернак, «Зимняя Ночь»

    В герметичный теплонепроницаемый сосуд объёмом 1 л, заполненный воздухом (н.у.) (объёмная доля кислорода 21%) поместили подожженный свечной фитиль. Горение фитиля происходит в две стадии. Сначала под действием теплоты происходит термическое разложение вещества фитиля (1). Собственно горение (т.е. реакцию с кислородом (2)) обеспечивает (А) – продукт термического разложения вещества фитиля. Некоторое время спустя фитиль погас: обгоревший кончик фитиля (практически незначительный) был черного цвета, масса фитиля уменьшилась на 0,42 г, а на стенках сосуда были заметны капельки бесцветной жидкости.

    1. Полагая, что химическая формула материала фитиля C6H10O5, приведите уравнение реакции, приводящее к образованию простого вещества черного цвета (А) под воздействием тепла.

    2. Приведите 2 газообразных продукта сгорания (А) на воздухе. Напишите уравнения сгорания (А), протекающие в сосуде.

    3. Фитиль погас из-за того, что в сосуде не осталось кислорода. Оцените объемную долю продуктов сгорания в сосуде, считая что количество несгоревшего вещества (А) пренебрежимо мало.

    4. Теплота разложения C6H10O5 по уравнению (1) составляет +979,4 кДж/моль, теплота сгорания (А) при образовании продукта с меньшей молекулярной массой – –110,5 кДж/моль, с большей – –398,8 кДж/моль. Величины приведены в виде Δr.

    а) Рассчитайте теплоту (ответ представьте в виде Q), выделившуюся в процессах (1) и (2).

    б) Теплоемкость образовавшейся газовой смеси 29,2 Дж/моль, жидкости на стенках 75,3 Дж/моль. Оцените температуру, установившуюся в сосуде. Теплоемкостью стенок сосуда и свечного фитиля пренебречь.

    Решение (авторы Лебедева О.К., Серяков С.А.)

    1. Среди простых веществ-продуктов разложения только углерод может быть черным. Уравнение разложения: C6H10O5 → 6C + 5H2O                                                (1)

    Такая реакция называется реакцией карбонизации.

    2. Газообразными продуктами сгорания углерода являются CO и CO2 (указание на то, что этих продуктов два позволяет отсечь дальнейшие спекуляции на тему). Уравнения:

    С + O2 → CO2                                                                                (2)

    C + 1/2O2 → CO или CO2 + C =2CO                                                        (3)

    3. Определим количество (моль) углерода и кислорода, вступивших в реакцию в сосуде:

    9,375∙10-3 моль

    15,556∙10-3 моль

    Пусть количество (моль) образовавшегося CO2 – x, CO – y, тогда можно составить систему уравнений и найти эти величины:

    Количество (моль) газовой смеси увеличилось на
    n = n(CO
    2) + n(CO) – n(O2) = (15,556-9,375)∙10-3 = 6,181∙10-3  моль, т.е. всего стало
    z(общ) = 1л/22,4л/моль + 6,181∙10
    -3  моль = 5,082∙10-2  моль. И, наконец, мы можем рассчитать объемные доли:

    φ(CO) = 12,362/50,82 = 0,243 или 24,3%                φ(CO2) = 3,194/50,82 = 0,063 или 6,3%.

    4. а) Выделившеюся теплоту можно рассчитать, зная количество С6H10O5 и продуктов сгорания:cуммарный тепловой эффект складывается из теплоты реакции карбонизации и теплот горения углерода с учетом их количеств

    ΔHреакции = bΔHразл+y∙ΔHсгор(С→СO) + x∙ΔHсгор(С→СO2) или

    Q = -ΔHразл6H10O5)∙[mсгор/M(С6H10O5)] -y∙ΔHсгор(С→СO) - x∙ΔHсгор(С→СO2)

    Q = -979,4∙0,42г/162г/моль + 0,012362∙110,5+0,003194∙398,8 = 0,1006 кДж.

    б) Общее количество образовавшейся воды на стенках сосуда:

    w =  mсгор/M(С6H10O5)∙5 = 0,42г/162г/моль∙5 = 12,963∙10-3  моль

    Суммарная теплоемкость системы:

    С = z∙Cгаз+w∙Cж = 5,082∙10-2  моль ∙ 29,2 Дж/(моль∙К) + 12,963∙10-3моль∙ 75,3 Дж/(моль∙К) = 2,46 Дж/К. Увеличение температуры системы – не более чем на ΔT ≈ Q/C = 100,6 Дж/2,46 Дж/К ≈ 40,9 К.

    Система оценивания

    1.Уранение реакции 1– 1 балл.

    2. Уравнения сгорания, реакции 2 и 3: 21 = 2 (балла)

    3. Расчет количеств продуктов сгорания и состава газовой смеси: 1 + 1 + 1 = 3 (балла).

    4. Расчет теплоты сгорания – 2 балла, расчет температуры – 2 балла.

    Всего – 10 баллов.


    ДЕСЯТЫЙ КЛАСС

    Задача 10-1

    Добавление 20 г образца бесцветного вещества А, дымящего на воздухе, к 100мл 0.5М водного раствора гидроксида натрия сопровождается обильным газовыделением (выделяется газ В) и сильным охлаждением реакционной смеси. По окончании видимых изменений смесь остается прозрачной, а раствор при этом содержит лишь 4.2г соли С. Если полученный раствор прокипятить, а потом упарить в интервале температур 40-90С0, то в качестве сухого остатка может быть выделено 3.1 г соединения D. Соль С можно выделить из раствора без разложения аккуратным упариванием ниже 60 0С.

    Если 4.2 г соли С или 3.1 г соединения D нагреть в вакууме до 160-2000С, то в обоих случаях образуется 2.65 г соли E – белого кристаллического гигроскопичного соединения, умеренно растворимого в воде.

    Соль Е давно и широко используют в промышленности. Основное количество Е получают так называемым аммиачно-хлоридным способом: естественный или природный рассол NaCl очищают от примесей Сa и Mg раствором Е и Ca(OH)2, насыщают NH3, а затем обрабатывают его газом В в барботажных колоннах. В результате такого процесса образуется соль С, прокаливанием которой получают Е.

    Определите все вещества, зашифрованные в задаче, и приведите схемы химических превращений, описанных в задаче, включая основное уравнение реакции аммиачно-хлоридного способа (другие реакции, относящиеся к данному методу синтеза Е, включая очистку рассола от ионов щелочноземельных металлов, писать не следует).

    Все зашифрованные в задаче вещества имеют тривиальные названия, приведите их.

    Аммиачно-хлоридный метод синтеза Е имеет и другое название (по имени его первооткрывателя), приведите это название.

    Решение (автор Решетова М.Д.)

    Решение, вероятно, следует начать с рассмотрения аммиачно-хлоридного способа синтеза Е: «естественный или природный рассол NaCl очищают от примесей Сa и Mg раствором Е и Ca(OH)2, насыщают NH3, а затем обрабатывают его газом В в барботажных колоннах». В этом методе, именуемым еще методом Сольве, в основном реакционном цикле образуется гидрокарбонат натрия (сода питьевая) в соответствии с уравнением реакции:

    NH3 + H2O + CO2 + NaCl → NaHCO3 + NH4Cl.

    Итак, мы установили, что В – это СО2 (углекислый газ), а С – NaHCO3 (сода питьевая). Прокаливание NaHCO3 приводит к образованию Na2CO3, таким образом, Е – это Na2CO3 (сода кальцинированная).

    Известно, что при кипячении водного раствора гидрокарбоната натрия последний постепенно разлагается (разложение начинается выше 600С) с образованием раствора карбоната натрия. Na2CO3 может кристаллизоваться из воды в составе различных кристаллогидратов: ниже 32С0 кристаллизуется декагидрат, в интервале 32-350С – гексагидрат, выше 35С0 – моногидрат, а выше 113 0С – безводная соль. Степень гидратации в нашем случае легко установить на основании имеющихся в задаче численных данных, а именно:

    Разложение NaHCO3 идет по схеме:

    2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 +H2O

    Образование кристаллогидрата можно описать уравнением:

    Na2CO3(р-р) + хН2О(р-р) → Na2CO3∙хH2O

    Таким образом, потеря массы твердого остатка в расчете на y моль исходного гидрокарбоната может быть представлена как: 1/2y∙(44 – (x – 1)∙18). Подставляя в это уравнение известное значение у и различные значения х, можно легко установить степень гидратации (равную 1). Итак D – это Na2CO3∙H2O.

    Осталось определить только вещество А, бесцветный образец которого дымит на воздухе. Из текста задачи и сказанного выше видно, что весь присутствующий в исходном растворе гидроксид натрия прореагировал (в полученном растворе присутствует только NaHCO3, а из имеющихся в первоначальном растворе 2г (0.5М) NaOH было получено 4.2г (0.5М) NaHCO3). Учтем, что бурно выделяющийся из реакционной смеси газ – это СО2 (газ В), причем процесс выделения газа сопровождается сильным охлаждением. И, наконец, учтем, что самый простой способ получить гидрокарбонат натрия из гидроксида – это обработка последнего избытком углекислого газа. Суммируя сказанное, можно заключить, что А – это твердый СО2 (сухой лед). Таким образом, на первой стадии в водный раствор помещают большой избыток (20г = 0.455М) СО2, твердый СО2 нагревается и сублимируется, частично растворяясь в воде и реагируя с гидроксидом натрия (на самом деле реакция идет несколько сложнее, но это не сказывается на результате), не успевший прореагировать избыточный СО2 выделяется из смеси (бурное газовыделение). Замерзание (образование льда) раствора при указанных в задаче условиях практически невозможно.

    Система оценивания.

    А – СО2(т)(1.0 балл),

    В – СО2(г) (0.5 балла),

    C - NaHCO3 (0.5 балла),

    D – Na2CO3∙H2O (0.5 балла),

    E – Na2CO3 (0.5 балла)

    NaOH + CO2(изб) → NaHCO3 (0.5 балла)

    2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O (0.5 балла

    Na2CO3∙H2O → Na2CO3 + H2O (0.5 балла)

    NH3 + H2O + CO2 + NaCl → NaHCO3 + NH4Cl (1.0 балл)

    А – сухой лед (1.0 балл),

    В – углекислый газ (0.5 балла),

    С – сода питьевая (1.0 балл),

    Е – сода кальцинированная (1.0 балл),  

    D – моногидрат соды кальцинированной (кристаллической содой называется декагидрат, можно учесть при оценке и это название для D) (0.5 балла).

    Метод Сольве (0.5 балла).

    Всего – 10 баллов.

    Задача 10-2

    Известны различные способы придать неспелым арбузам товарный вид.

    Oдни пичкают арбузы селитрой, другие шприцуют марганцовкой, третьи помещают в фургоны с недоспелыми арбузами некие капсулы или баллоны с газом этиленом, способствующим быстрому покраснению арбузных внутренностей. Последний метод безопаснее всего, поскольку этилен - природный фитогормон и выделяется, например, гнилыми фруктами, вследствие чего положенные рядом с гнилушками незрелые плоды быстрее созревают.

    1. Напишите формулы упомянутых веществ.

    2. Напишите в сокращенно-ионном виде уравнение реакции между «повышателями товарного вида», если арбуз, обработанный перманганатом калия, долгое время лежит рядом с гнилыми плодами. Каков будет, по вашему мнению, цвет арбузной мякоти?

    3. Исходным веществом для получения марганцовки обычно служит природный минерал пиролюзит, из которого предварительно готовят твердый манганат (VI) калия K2MnO4, потом его переводят в раствор и подвергают окислению. Раньше для этой цели использовали хлор или озон.

    Современная технология состоит в анодном окислении манганата (VI)  калия.

    Напишите уравнения всех упомянутых реакций получения марганцовки из пиролюзита.

            4. Для марганца известен другой минерал гаусманит, который состоит из тех же двух элементов, что и пиролюзит, но содержание марганца в нем по массе в 1.14 раза больше, чем в пиролюзите. Установите состав гаусманита.

    Решение (автор Лебедева О.К.)

    KNO3, KMnO4, C2H4

    Среда в арбузе слабокислая, кожура арбуза повреждена во время шприцевания, тогда продуктами реакции окисления этилена перманганатом будут

    MnO4- + C2H4 + H+ + H2O =2CO2 + MnO2 (или Mn2+)                (1)

    Цвет мякоти будет бурым или бледно-розовым

    3. Схема получения перманганата калия следующая: окисление пиролюзита (MnO2) в щелочной среде известными окислителями (например, бертолетовой солью, кислородом и т.п.) до манганата (VI) с последующим окислением его хлором, озоном или током. Манганаты (VI) получают сплавлением MnO2 с окислителем в щелочной среде (щелочи или карбонаты):

    3MnO2 + KClO3 +6KOH = 3K2MnO4 + KCl + 3H2O                           (2)

    Далее

    2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl                                                        (3)

    2K2MnO4 + O3 +H2O= 2KMnO4 + 2KOH + O2                                      (4)

    Современная технология состоит в анодном окислении манганата калия

    Анод : MnO4 2- -e- = MnO4

    Катод: 2H2O +2e- = H2 + 2OH-

    Суммарное уравнение

    2K2MnO4  +2H2O= 2KMnO4 + 2KOH + H2                                                           (5)

    4.Для тех, кто знает состав пиролюзита (MnO2) установить состав гаусманита легко.

    В MnO2 масса  m(Mn) =55г,т.е ω(Mn)=55/87= 0,63, тогда в гаусманите
    ω(Mn) =0,63·1,14=0,72

    В гаусманите соотношение Mn:O= (72/55):(28/16) = 1,31:1,75=3:4. Формула минерала Mn3O4

    Прийти к такому же результату и заодно установить формулу пиролюзита, можно используя закон кратных отношений. Про минералы известно, что они состоят из двух элементов. Среди минералов чаще всего встречаются оксиды и сульфиды. Для промышленного производства предпочтительнее оксиды. (Вспомните производство железа,например)

    Пусть состав пиролюзита MnxOy, а состав гаусманита MnaOb.Тогда

    Откуда

    62,7ax + 18,25bx -55ax =16ay

    x(7,7a +18,25b) =16ay

    По закону кратных отношений, если элементы образуют несколько соединений, то число атомов в них относятся как простые целые числа. Отсюда следует, что надо подобрать такие комбинации чисел x,y,a и b, чтобы они все были целыми.

    1.Пусть x=y=1 тогда

    7,7a +18,25b=16a или 8,3a=18,25b       - не подходит

    2. x=1, y=2, тогда

    7,7a +18,25b = 32a    

    Т.е. пиролюзит имеет формулу MnO2, а гаусманит Mn3O4

    3.Пусть x=2, y=1, тогда 0,6a =36,5b, a:b=60:1 не подходит. На самом деле у марганца нет оксида (I). Надо рассматривать не любые, а возможные комбинации x и y.

    Система оценивания

    1.Формулы веществ                                      3·0,5 =1,5 балла

    2.Уравнение 1                                                            1 балл

       Цвет мякоти                                                           0,5 балла

    3. Уравнения 2-5                                             4·1 = 4 балла

    4. Установление состава гаусманита                     3 балла

        (любым способом)

    Всего – 10 баллов.

    Задача 10-3

    В шести пронумерованных бюксах находятся кристаллические соли бария: сульфат, карбонат, сульфит, ортофосфат, хлорид и перманганат[5]. Кроме того, в Вашем распоряжении имеются вода и разбавленные растворы соляной и серной кислот.

    Вопросы:

    Установите, что находится в каждом из бюксов, используя только упомянутые в условии вещества? Ответы обоснуйте (напишите ход Ваших рассуждений при идентификации каждого вещества и уравнения соответствующих реакций). Итог представьте в виде таблицы или схемы.

    Для чего Вам выданы две кислоты? Объясните необходимость использования каждой из кислот в каждом конкретном случае.

    Решение (автор Архангельская О.В.)

    По цвету кристаллов обнаруживаем черно-фиолетовый Ba(MnO4)2

    По растворимости в воде из оставшихся идентифицируем единственно растворимый BaCl2 

    По растворимости в соляной кислоте (р-и 1-3) обнаруживаем единственно нерастворимый в воде и кислоте ВаSO4 и растворяющийся в кислоте (с образованием кислых солей) без выделения газа Ba3(PO4)2 (р-и 3а и 3б).

    Чтобы различить карбонат и сульфит бария следует пропустить газы, выделяющиеся при действии на соли раствора соляной кислоты, через пробирки с подкисленным серной кислотой, разбавленным раствором перманганата бария. Там, где будет происходить обесцвечивание раствора (р-я 4), в пробирке с прилитой соляной кислотой находился BaSO3. Там, где обесцвечивание раствора не будет наблюдаться, в пробирке с прилитой соляной кислотой находился  BaСO3.

    Для исследования растворимости в кислоте используется соляная кислота. Серная кислота не годится, т.к. сульфат бария нерастворим ни в воде, ни в кислотах.

    При подкислении раствора перманганата используется раствор серной кислоты, т.к. соляная кислота, содержащая восстановитель (Сl) также может обесцвечивать раствор (реакция 5)

    Уравнения реакций:

    BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + H2O + CO2↑                                (1)

    BaSO3 + 2HCl = BaCl2 + H2O + SO2↑                                (2)

    Ba3(PO4)2 + 2HCl = 2BaHPO4 + BaCl2                                (3а)

    или

    Ba3(PO4)2 + 2HCl = Ba(H2PO4)2 + 2BaCl2                                (3б)

     5SO2 + Ba(MnO4)2 + 2H2O = 2MnSO4 + ВаSO4 + 2H2SO4        (4)

    16HCl + Ba(MnO4)2  = 2MnCl2 + ВаCl2 + 5Cl2 + 8H2O                (5)

    Таблица взаимодействия веществ

    Вещества

    BaSO4

    BaCO3

    BaSO3

    Ba3(PO4)2

    BaCl2

    Ba(MnO4)2

    Цвет

    белый

    белый

    белый

    белый

    белый

    Черно-фиолет.

    H2O

    Растворение

    Растворение

    H2SO4

    Образование осадка

    Образование осадка

    HCl


    Растворение с образованием газа ↑

    Растворение с образованием газа ↑

    Растворение без образования газа

    Растворение без образования газа

    Растворение без образования газа

    Подкисленный H2SO4 раствор Ba(MnO4)2



    Обесцвечивание раствора Ba(MnO4)2




    Обозначения в таблице:

    ↑ - выделяется газ

    ↓ - выделяется осадок

    − - нет признаков реакции

    Схема решения

    Система оценивания:

    Идентификация Ba(MnO4)2 – 0,25

    Уравнение реакции 1 – 0,25

       Объяснение – 0,25

    Уравнение реакции 2 – 0,25

    Идентификация BaCl2 – 0,25

    Уравнение реакции 3а – 0,5

       Объяснение – 0,25

    Уравнение реакции 3б – 0,5

    Идентификация BaSO4 – 0,25

    Уравнение реакции 4 – 0,5

       Объяснение – 0,25

    Уравнение реакции 5 - 0,5

    Идентификация Ba3(PO4)2 – 0,5

    Объяснение использования HCl – 1,0

       Объяснение – 0,5

    Объяснение использования H2SO4 – 1

    Идентификация BaSO3 – 0,5

       Объяснение – 1

    Идентификация BaCO3 – 0,5

       Объяснение – 1

    ВСЕГО – 10 баллов

    Задача 10-4

    Ниже приведены температуры замерзания растворов глюкозы и хлорида натрия в допущении, что эти растворы идеальные.


    –2

    –3

    –4

    –5

    –6

    –7

    –8

    –9

    –10

    3,0

    4,5

    5,9

    7,3

    8,6

    9,9

    11,2

    12,4

    13,6

    16,2

    22,5

    27,9

    32,6

    36,7

    40,4

    43,6

    46,6

    49,2

    Постройте графики зависимости температур замерзания растворов от массовой доли растворенного вещества. Являются ли эти зависимости линейными?

    Как видно из приведенных данных, при увеличении массы растворенного вещества, температура замерзания уменьшается. На этом основано действие многих антигололёдных реагентов. Оцените массы хлорида натрия и глюкозы, необходимые для плавления 1 кг льда при температуре –4,5oC.

    При температуре –4,5oC замерзает 8,3%-ый раствор KCl. Сколько моль хлорида калия требуется, чтобы температура плавления 1 кг льда составила –4,5oC?

    Почему глюкозы требуется больше, чем хлорида натрия для плавления одинаковой массы льда при одной и той же температуре?

    Решение (автор Тюльков И.А.)

    1-2.

    При хорошо подобранном масштабе видно, что эти зависимости не являются линейными.

    Согласно графикам при замерзают растворы с и . Если пренебречь плотностью льда, то для приготовления растворов с соответствующими массовыми процентами требуется:

    Таким образом, для плавления 1 кг льда при температуре –4,5oC требуется 71 г NaCl и 431 г C6H12O6.

    3. Рассчитаем массу KCl, получающегося при плавлении 1 кг льда при заданной температуре:

    4. По сути, вопрос 3 дает подсказку для ответа на этот вопрос. Если рассчитать количество вещества NaCl и C6H12O6, получается 1,2 моль и 2,4 моль соответственно. Заслуживает внимания, что для плавления 1 кг льда при температуре –4,5oC требуется по 1,2 моль NaCl и KCl и в 2 раза больше моль C6H12O6.

            Глюкоза не является электролитом, а при диссоциации 1 моль хлоридов получается по 2 моль соответствующих ионов. Можно сделать вывод, что для плавления 1 кг льда при одной и той же температуре требуется одинаковое число моль частиц вещества (молекул или ионов).

    Система оценивания

    Построение графиков  2  1                                                                2 балла

    Обсуждение вида графиков             2  0,5                                        1 балл

    Определение массы хлорида натрия и глюкозы 2  1,5                   3 балла

    Определение количества хлорида калия                                          2 балла

    Обоснование различного количества хлоридов и глюкозы            2 балла

    итого                10 баллов

    Задача 10-5.

            Органическое соединение А массой 1,42 г при 2500С и 1 атм занимает объем 644,8 мл. Водный раствор того же количества А реагирует с цинком с образованием 168,3 мл водорода (при нормальных условиях). По данным элементного анализа соединение А содержит 25.41% С, 3,198% Н, 33,85% О по массе.

    Определите молярную массу А

    Установите состав соединения А 

    Изобразите простейшую формулу. А

    Изобразите истинную формулу. А

    К какому классу органических соединений относится А? Изобразите его структурную формулу.

    Подтвердите расчетами принадлежность А к определенному классу.

    Решение (автор Решетова М.Д.)

    1. Определим молярную массу вещества А, исходя из уравнения Менделеева-Клайперона: ,

    если использовать R = 8,31,                          или, если R=1.22,4/273 = 0,082 атм. л/К,

            2.Вещество А содержит углерод, водород, кислород и еще какой-то элемент или какие-то элементы (суммарный % углерода, водорода и кислорода < 100).

    3.Определим соотношение углерода, водорода и кислорода в веществе А.
    С : Н : О = 25,41/12 : 3,198/1 : 33,847/16 = 2:3:2, т.е. простейшая формула вещества
    А С2Н3О2Хn. На долю С, Н и О приходится 62,455%, тогда на долю Хn приходится 37,545% или 37,545•94,5/100 = 35,5 г. Эта величина соответствует молярной массе атома хлора, т.е. в первом приближении простейшая формула вещества может быть С2Н3О2Cl.

    4. Молярная масса С2Н3О2Cl равна 94,5 г/моль, что совпадает с молярной массой вещества А. Таким образом, истинная формула А совпадает с простейшей формулой.

            5. При реакции с цинком вещество А выделяет водород, что характерно для реакции кислот. Для соединения С2Н3О2Cl такой кислотой может быть хлоруксусная кислота:        Сl–CH2–COOH

            6. Подтвердим наш вывод расчетами.

    2СlCH2COOH + Zn → H2↑ + Zn(OCOCH2Cl)2

    Согласно этому уравнению 1,42 г (0,015 моль) хлоруксусной кислоты образуют при нормальных условиях 0,015.22,4/2 = 0,1683 л = 168,3 мл водорода, что соответствует условию задачи. Следовательно, формула вещества А установлена правильно.

    Система оценок

            Определение молярной массы А                                        2 балл

            Состав А                                                        1 балл

            Расчет простейшей формулы А                                        3 балла

            Истинная формула А                                                1 балл

            Установление структурной формулы А,                                 1 балла

            Расчеты, подтверждающие структурную формулу А                2 балл

                                                                            Итого        10 баллов


    ОДИННАДЦАТЫЙ КЛАСС

    Задача 11-1.

    Как и простые соли, соли комплексные построены из катионов и анионов, однако один из ионов, называемый комплексным, имеет несколько необычное строение. Комплексный ион представляют состоящим из одноатомного катиона (его называют центральным атомом) и связанных с ним частиц (лигандов), которые его окружают. Число таких частиц, называемое координационным числом, больше 2. При записи формулы такого соединения комплексный ион заключают в квадратные скобки, а все, что находится за скобками, называют внешней сферой. Например, в тетрагидроксоцинкате калия, K2[Zn(OH)4], центральный атом – Zn2+, лиганды – OH, а K+ – внешнесферный противоион.

    Комплексная соль, о которой пойдет речь в этой задаче, построена из трех сортов одноатомных частиц (центральный атом, лиганды, внешнесферные противоионы), причем все эти частицы имеют одинаковую электронную конфигурацию. Центральный атом в комплексном ионе – это катион наиболее распространенного на нашей планете металла, который по важности для народного хозяйства уступает лишь железу. Содержание этого металла в комплексной соли составляет 12.86% (масс.). Сам металл в больших масштабах получают из его минерала боксита, который растворяют в расплаве криолита, а затем проводят электролиз расплава при t ~ 950°С.

    О каком металле идет речь? Благодаря каким свойствам, кроме распространенности, он получил такое широкое применение?

    Приведите полную электронную конфигурацию частиц, из которых построена вышеописанная комплексная соль и рассчитайте ее полный состав. Ответ обоснуйте.

    Найдите массовые доли остальных элементов в этой соли.

    Эта соль встречается в природе в виде минерала. Вспомните его название, а также дайте название этой соли по систематической номенклатуре.

    Напишите суммарное уравнение реакции электролиза, проводимой в промышленности. Почему, несмотря на распространенность и доступность сырья, металл остается относительно дорогим?

    Приведите еще два примера комплексных солей, состоящих из одноатомных частиц с одинаковой электронной конфигурацией (эти конфигурации должны отличаться друг от друга и от конфигурации частиц в соли, приведенной в условии задачи). Назовите эти соли.

    Решение (авторы – Задесенец А.В., Емельянов В.А.).

    Самым распространенным металлом на Земле (да еще и входящим в состав боксита) является алюминий. Его важнейшее народнохозяйственное значение связано с такими свойствами, как легкость, пластичность, высокая электро- и теплопроводность, коррозионная устойчивость (оксидная пленка).

    Ионы Al3+ имеют электронную конфигурацию 1s22s22p6. Такая же конфигурация у частиц Mg2+, Na+, Ne, F-, O2-, N3- и т.д. Исходя из содержания алюминия в комплексе, легко посчитать его молярную массу: 27,0/0,1286 = 210 г/моль, из которых 210-27=183 приходится на лиганды и внешнесферные ионы. В случае, если лигандом является кислород, то соль получается не комплексная, поэтому выбор ограничивается фтором и азотом. Катионами могут быть Mg2+ и Na+, поскольку других катионов с такой электронной конфигурацией в природе нет. Если комплекс содержит n лигандов N3-, то для компенсации заряда в состав соли должны входить (3n-3)/2 катионов магния или 3n-3 катионов натрия, если n ионов F-, то (n-3)/2 катионов магния или n-3 катионов натрия. Осталось решить 4 уравнения:

    24(3n-3)/2 + 14n = 183, n = 4,38;

    23(3n-3) + 14n = 183, n = 3,04;

    24(n-3)/2 + 19n = 183, n = 7,06;

    23(n-3) + 19n = 183, n = 6,000.

    Поскольку для содержания алюминия даны 4 значащих цифры, число n мы тоже считаем с высокой точностью. Единственное целое число в пределах этой точности (к тому же одно из самых распространенных координационных чисел) получилось в последнем случае, следовательно, состав комплексной соли Na3[AlF6].

    Это тот самый криолит, который упоминался в условии задачи. Номенклатурное название – гексафтороалюминат натрия.

    ωF = 6*19/210 = 54.28%, ωNa = 3*23/210 = 32.86%.

    . Производство алюминия – очень энергоемкий процесс, во многом это связано с высокой активностью чистого (не покрытого оксидной пленкой) алюминия и химической стойкостью Al2O3.

    Электронные конфигурации анионных лигандов, очевидно, будут соответствовать конфигурации ближайшего инертного газа, поэтому центральными атомами могут служить только элементы начала периода (кроме I и II групп) в высшей степени окисления. Во втором периоде это только бор (на 2 уровне нет d-подуровня), а в четвертом, например, титан: Li[BH4] – тетрагидридоборат лития; K2[TiCl6] – гексахлоротитанат калия.

    Система оценивания.

    Алюминий – 1 б, свойства: за каждое по 0,25, но не более 1 б, всего 2 б.

    Конфигурация 1 б, расчет формулы 2 б (формула без рассмотрения вариантов, подтвержденная процентами 1 б), всего 3 б.

    Названия 2*0,5 = 1 б.

    Содержание фтора и натрия 2*0,5 = 1 б.

    Уравнение 0,5 б, энергоемкость и ее обоснование 0,5 б, всего 1 б.

    Формулы с названиями 2*0,5 + 2*0,5 = 2 б.

    Итого 10 баллов.

    Задача 11-2

    Некоторый хлорид подвергли химическому анализу. Исходя из навески его массой 0,1514 г приготовили раствор объёмом 250 мл. На титрование 50 мл этого раствора по Фольгарду пошло 20,15 мл 0,012М раствора нитрата серебра.

    Затем 1 г исходной соли нагревали в чашке при 180о-220оС до прекращения выделения газообразных продуктов. Твёрдый остаток массой 0,5184 г растворили в воде, объём раствора довели до 1 л, на титрование 20 мл полученного раствора пошло 13,33 мл раствора нитрата серебра. Часть бесцветных кристаллов, образовавшихся при прокаливании на краях чашки, массой 0,1068 г растворили в воде в колбе объёмом 500 мл. На титрование 25 мл этого раствора пошло 8,33 мл раствора нитрата серебра.

    1. Установите состав и название исходной соли. Ответ подтвердите расчетами.

    2. Приведите уравнение электролитической диссоциации этой соли.

    3. Приведите уравнение термического разложения исходного соединения, с учетом того, что газообразные продукты термолиза не обладают окислительным действием.

    4. Какова среда раствора, полученного при поглощении газообразных продуктов термолиза водой?

    5. Какова окраска исходной соли и твердого остатка после её прокаливания?

    6.Каков цвет водного раствора твердого остатка? Какие ионы придают раствору эту окраску?

    Решение (автор Медведев Ю.Н.)

    1. Расчет массы хлора в исходной соли по результатам титрования:

    Если всё остальное (0,1514 – 0,04286 = 0,10854 г) приходится на металл, то по закону эквивалентов можно попытаться найти молярную массу эквивалента этого металла:     ,    Э = 89,8 – металла с таким эквивалентом нет (Та2+ - странно).

            Из результатов двух других титрований найдем, что два получившихся хлорида – хлориды кобальта и аммония.

    Расчет массы хлора в возгоне:

    По закону эквивалентов найдем молярную массу эквивалента катиона:

    ,     Э = 18,0 – катион аммония.

    Следовательно, возгон – это хлорид аммония NH4Cl.

    Расчет массы хлора в твердом остатке:

    По закону эквивалентов найдем молярную массу эквивалента катиона:

    ,     Э = 29,37 г/моль – что отвечает или Co2+ или Ni2+.

    Одновременное образование хлорида аммония и других газообразных продуктов наводят на мысль, что исходное соединение – комплексный хлорид. Комплексные хлориды более характерны для кобальта. Сделаем предположение, что твердый остаток после прокаливания – это хлорид кобальта СоCl2.

    Молярная масса исходного комплексного хлорида составит:

    М = А(Со)/w(Co)  =  58,93/0,2348 = 250,9 г/моль,

    что отвечает составу CoCl3∙5NH3. Координационная формула [Co(NH3)5Cl]Cl2  подтверждается результатами первого титрования. Действительно, если эквивалентная масса  катиона была найдена нами равной 89,8 г/моль, то для двухзарядного катиона молярная масса должна быть 2∙89,8 = 179,6 г/моль, а для [Co(NH3)5Cl]2+  молярная масса равна 179,54 г/моль.

    2. Диссоциация: [Co(NH3)5Cl]Cl2  → [Co(NH3)5Cl]2+ + 2Cl  (титруются только внешнесферные хлорид-ионы). Название соединения – хлорид пентаамминхлоридкобальта (II)?

    3. 6[Co(NH3)5Cl]Cl2  6CoCl2  + 6NH4Cl + 22NH3 + N2 

    4. Щелочная.

    5. Красная окраска [Co(NH3)5Cl]Cl2  , синяя окраска CoCl2 .  

    6. Розовый цвет раствора за счет акваионов [Co(Н2О)6]2+.

    Система оценивания.

    1.         1) Расчет содержания хлора по 1 титрованию –1 (балл)

    2) Расчет содержания хлора по 2 титрованию и определение формулы CoCl2 –0.5+0.5=1 (балл)

    3) Расчет содержания хлора по 3 титрованию и определение формулы NH4Cl –0.5+0.5=1 (балл)

    4) Определение формулы соли СoCl3*5NH3, и, в соответствии, с результатами 1 титрования [Co(NH3)5Cl]Cl2  0.5+0.5=1 (балл)

    5) Название -1 (балл)

    2. Электролитическая диссоциация - 1 (балл)

    3. Уравнение термического разложения -1 (балл)

    4. Среда в растворе -1 (балл)

    5. Окраска исходной соли и твердого остатка - 0.5+0.5=1 (балл)

    6. Цвет и ответственные за него ионы -0.5+0.5=1 (балл)

                                                    Итого 10 баллов.

    Задача 11-3

    При количественном определении персульфатов щелочных и щелочноземельных металлов исследуемый раствор кипятят в течение 20-30 минут в присутствии нитрата серебра. По остывании раствор титруют едкой щелочью до изменения окраски добавленного индикатора. Описанный метод неприменим, однако, для анализа персульфата аммония – в этом случае предложено предварительно производить реакцию с перекисью водорода.

    В одной из лабораторий анализировали состав некоторого персульфата. Для этого поступали как указано выше. Массы исходных навесок и объёмы 0,0925М раствора щелочи, пошедшей на титрование, приведены ниже:

    m(навески), г

    0,1505

    0,2037

    0,1872

    0,1901

    V(OH), мл

    9,90

    12,05

    11,03

    11,27

    Приведите уравнение реакции, происходящей при кипячении раствора, содержащего персульфат-ионы.

    Какова роль добавляемого нитрата серебра?

    Почему описанный метод неприменим для анализа персульфата аммония (уравнение реакции)?

    Какова роль добавляемой перекиси водорода (уравнение реакции).

    Напишите уравнения реакций, используемых в анализе персульфата

    Установите формулу исследованного в лаборатории персульфата и приведите уравнение реакции, происходящей при кипячении его водного раствора.

    Решение (автор Медведев Ю.Н.).

    1. 2S2O82– + 2H2O  О2 + 4SO42– + 4H+                               (1)

    2. Катализатор.

    3. Из-за частичного протекания побочной реакции:

    3S2O82– + 2NH4+     6SO42– + N2 + 8H+                (2)

    4. S2O82– + H2O2    О2 + 2SO42– + 2H+                              (3)

    5. Реакции, лежащие в основе анализа персульфата:

    2S2O82– + 2H2O  О2 + 4SO42– + 4H+  (см.п.1)

    Н+ + ОН  Н2О                                                       (4)

    6.В соответствии с этими уравнениями

    n(OH) = n(H+)

    n(соли) = 0,5n(H+) = 0,5n(OH) = 0,5·C·V/1000

    Тогда молярная масса соли будет равна:

    m(навески), г

    0,1505

    0,2037

    0,1872

    0,1901

    V(OH), мл

    9,90

    12,05

    11,03

    11,27

    М(соли)

    328,7

    365,5

    367,0

    364,7

    Очевидно, первый результат следует признать ошибочным и отбросить, а остальные три усреднить:   М(соли) = 365,7 г/моль.

            Исходя из общей формулы персульфатов щелочных и щелочноземельных металлов MnS2O8·mH2O (где n = 1 или 2, m ≥ 0), составим выражение для расчета атомной массы металла М:

    Разумный вариант ответа: n = 1, m = 2, А = 137,6  – барий. Соль BaS2O8·2H2O.

    Уравнение реакции при кипячении:

    2BaS2O8·2H2O → 2BaSO4↓ + O2 + 2SO42– + 4H+ + 2H2O        (5)

    Система оценивания

    Уравнения           1                                                                                                               2 балла    

    0,5 балла

    1 балл

    1 балл

    1 балла

    Роль серебра                                                                      0,5 балла

    Установление молярной массы персульфата                                2 балла

    Установление формулы                                                        2 балла

    Итого                10 баллов

    Задача 11-4.

    Ниже приведены температуры замерзания растворов глюкозы и хлорида натрия в допущении, что эти растворы идеальные.


    –2

    –3

    –4

    –5

    –6

    –7

    –8

    –9

    –10

    3,0

    4,5

    5,9

    7,3

    8,6

    9,9

    11,2

    12,4

    13,6

    16,2

    22,5

    27,9

    32,6

    36,7

    40,4

    43,6

    46,6

    49,2

    1. Постройте графики зависимости температур замерзания растворов от массовой доли растворенного вещества. Являются ли эти зависимости линейными?

    2. Как видно из приведенных данных, при увеличении массы растворенного вещества, температура замерзания уменьшается. На этом основано действие многих антигололёдных реагентов. Оцените массы хлорида натрия и глюкозы, необходимые для плавления 1 кг льда при температуре –4,5oC.

    3. При температуре –4,5oC замерзает 8,3%-ый раствор KCl. Сколько моль хлорида калия требуется, чтобы температура плавления 1 кг льда составила –4,5oC?

    4. Почему глюкозы требуется больше, чем хлорида натрия для плавления одинаковой массы льда при одной и той же температуре?

    Решение (автор Тюльков И.А.)

    1-2.

    При хорошо подобранном масштабе видно, что эти зависимости не являются линейными.

    Согласно графикам при замерзают растворы с и . Если пренебречь плотностью льда, то для приготовления растворов с соответствующими массовыми процентами требуется:

    Таким образом, для плавления 1 кг льда при температуре –4,5oC требуется 71 г NaCl и  431 г C6H12O6.

    3. Рассчитаем массу KCl, получающегося при плавлении 1 кг льда при заданной температуре:

    4. По сути, вопрос 3 дает подсказку для ответа на этот вопрос. Если рассчитать количество вещества NaCl и C6H12O6, получается 1,2 моль и 2,4 моль соответственно. Заслуживает внимания, что для плавления 1 кг льда при температуре –4,5oC требуется по 1,2 моль NaCl и KCl и в 2 раза больше моль C6H12O6.

            Глюкоза не является электролитом, а при диссоциации 1 моль хлоридов получается по 2 моль соответствующих ионов. Можно сделать вывод, что для плавления 1 кг льда при одной и той же температуре требуется одинаковое число моль частиц вещества (молекул или ионов).

    Система оценивания

    Построение графиков  2х1                                                                2 балла

    Обсуждение вида графиков             2х0,5                                        1 балл

    Определение массы хлорида натрия и глюкозы 2х1,5                   3 балла

    Определение количества хлорида калия                                          2 балла

    Обоснование различного количества хлоридов и глюкозы            2 балла

    итого                                                                                                  10 баллов

    Задача 11-5

            Органическое соединение А массой 1,42 г при 2500С и 1 атм занимает объем 644,8 мл. Водный раствор того же количества А реагирует с цинком с образованием 168,3 мл водорода (при н.у.). По данным элементного анализа соединение А содержит 25.41% С, 3,198% Н, 33,85% О по массе.

    1. Определите молярную массу А

    2. Установите состав соединения А 

    3. Изобразите простейшую формулу. А

    4. Изобразите истинную формулу. А

    5. К какому классу органических соединений относится А? Изобразите его структурную формулу.

    6. Подтвердите расчетами принадлежность А к определенному классу.

    7. Установлено, что при 200оС молярная масса А равна 170 г/моль. Объясните этот факт и подтвердите Ваше объяснение расчетами.

            Решение (автор Решетова М.Д.)

    1. Определим молярную массу вещества А, исходя из уравнения Менделеева-Клайперона: , если использовать R = 8,31,

    или, если R=1.22,4/273 = 0,082 атм. л/К,  

            2.Вещество А содержит углерод, водород, кислород и еще какой-то элемент или какие-то элементы (суммарный % углерода, водорода и кислорода < 100).

    3.Определим соотношение углерода, водорода и кислорода в веществе А. С : Н : О = 25,41/12 : 3,198/1 : 33,847/16 = 2:3:2, т.е. простейшая формула вещества А С2Н3О2Хn. На долю С, Н и О приходится 62,455%, тогда на долю Хn приходится 37,545% или 37,545•94,5/100 = 35,5 г. Эта величина соответствует молярной массе атома хлора, т.е. в первом приближении простейшая формула вещества может быть С2Н3О2Cl.

    4. Молярная масса С2Н3О2Cl равна 94,5 г/моль, что совпадает с молярной массой вещества А. Таким образом, истинная формула А совпадает с простейшей формулой.

            5. При реакции с цинком вещество А выделяет водород, что характерно для реакции кислот. Для соединения С2Н3О2Cl такой кислотой может быть хлоруксусная кислота:          Сl–CH2–COOH

            6. Подтвердим наш вывод расчетами.

    2СlCH2COOH + Zn → H2↑ + Zn(OCOCH2Cl)2

    Согласно этому уравнению 1,42 г (0,015 моль) хлоруксусной кислоты образуют при нормальных условиях 0,015.22,4/2 = 0,1683 л = 168,3 мл водорода, что соответствует условию задачи. Следовательно, формула вещества А установлена правильно.

    Увеличение массы А при понижении температуры объясняется частичной димеризацией хлоруксусной кислоты. Причем чем ближе температура к температуре кипения СlCH2COOH, тем больше доля димера. Рассчитаем долю димера при 170оС. Пусть она равна х. Тогда:

    , отсюда х = 0,8. Значит при 170оС вещество А состоит из смеси мономера и димера хлоруксусной кислоты в соотношении 1:4.

    Система оценок

            Определение молярной массы А                                        1 балл

            Состав А                                                        1 балл

            Расчет простейшей формулы А                                        2 балла

            Истинная формула А                                                1 балл

            Установление структурной формулы А,                                 1 балл

            Расчеты, подтверждающие структурную формулу А                1 балл

            За указание на смесь мономера и димера                                1 балл

            Математическое доказательство того, что при определенном соотношении мономера и димера Мср может быть равна 170 г/моль                                        2 балла

    Итого        10 баллов

    ПРИЛОЖЕНИЯ

    Приложение 1.

    Оценочный лист членов жюри

    Глубокоуважаемый коллега!

    Оцените, пожалуйста, условия и решения заданий, разработанных ЦМК по химии, по пятибалльной системе (1 – минимум, 5 – максимум) по предлагаемому плану:

    9-1

    9-2

    9-3

    9-4

    9-5

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    10-1

    10-2

    10-3

    10-4

    10-5

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    11-1

    11-2

    11-3

    11-4

    11-5

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    Ваши рекомендации (замечания, предложения) по задачам Всероссийской олимпиады школьников по химии:

    ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Спасибо!

    Укажите, пожалуйста, субъект РФ _______________________________ откуда Вы.


    Приложение 2.

    Оценочный лист участника олимпиады

    Глубокоуважаемый участник олимпиады!

    Оцените, пожалуйста, условия и решения заданий олимпиады по пятибалльной системе (1 – минимум, 5 – максимум) по предлагаемому плану:

    9-1

    9-2

    9-3

    9-4

    9-5

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    10-1

    10-2

    10-3

    10-4

    10-5

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    11-1

    11-2

    11-3

    11-4

    11-5

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    Ваши рекомендации (замечания, предложения) по задачам Всероссийской олимпиады школьников по химии:

    _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Спасибо!

    Укажите, пожалуйста, свой класс__________ и субъект РФ _______________________________, откуда Вы.

    Приложение 3

    ПРОТОКОЛ

    РАБОТЫ ЖЮРИ ПО ИТОГАМ ПРОВЕДЕНИЯ ТРЕТЬЕГО ЭТАПА ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ

    Число участников ___________________________________________________

    Место проведения ____________________________________________________

    (субъект РФ, город)

    Дата и время _________________________________________________________

    Присутствовали члены жюри: (список членов жюри с указанием ФИО полностью, занимаемой должности, ученого звания)

    Повестка дня:

    Утверждение рейтинга участников третьего регионального этапа олимпиады (по __ место включительно).

    Утверждение списка победителей и призеров третьего этапа олимпиады.

    Утверждение списка команды от субъекта РФ на IV этап олимпиады.

    Слушали:

    Постановили:

    Утвердить рейтинг участников третьего регионального этапа олимпиады (по __ место включительно).

    Утвердить список победителей и призеров третьего этапа олимпиады.

    Утвердить список команды от субъекта РФ на IV этап олимпиады.


    ПРОТОКОЛ

    РАБОТЫ ЖЮРИ ПО ИТОГАМ ПРОВЕДЕНИЯ ТРЕТЬЕГО ЭТАПА ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ

    (окончание)

    Рейтинг участников олимпиады третьего этапа олимпиады

    № п/п

    Шифр участника

    ФИО участника

    Город (село, поселок), субъект РФ

    Образовательное учреждение (полное название в соответствии с Уставом)

    Класс (в случае, если участник выступает за более старший класс, дополнительно указать: обучается в __ классе)

    ФИО лиц, подготовивших участника олимпиады

    Число баллов

    Место

    Особые замечания членов жюри по итогам олимпиады:

    __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Результаты (победителей и призеров)

    № п/п

    Шифр участника

    ФИО участника

    Город (село, поселок), субъект РФ

    Образовательное учреждение (полное название в соответствии с Уставом)

    Класс (в случае, если участник выступает за более старший класс, дополнительно указать: обучается в __ классе)

    ФИО лиц, подготовивших участника олимпиады

    Число баллов

    Место

    Подписи:

    Председатель жюри

    Секретарь жюри

    Члены жюри


    Приложение 4

    ВЕДОМОСТЬ

    ПРОВЕРКИ РАБОТ УЧАСТНИКОВ ТРЕТЬЕГО ЭТАПА ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ

    Место проведения ____________________________________________________

    (субъект РФ, город)

    Дата и время вскрытия пакета зданий _________________________________________________________

    Присутствуют члены жюри: (список членов жюри с указанием ФИО полностью, занимаемой должности, ученого звания)

    РЕЗУЛЬТАТЫ

    № п/п

    Шифр участника

    ФИО участника

    Город (село, поселок), субъект РФ

    Образовательное учреждение (полное название в соответствии с Уставом)

    Класс (в случае, если участник выступает за более старший класс, дополнительно указать: обучается в __ классе)

    ФИО лиц, подготовивших участника олимпиады

    1

    2

    3

    4

    5

    Эксп.

    сумма

    Особые замечания членов жюри по итогам олимпиады:

    __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Подписи:

    Председатель жюри

    Секретарь жюри

    Члены жюри

    Приложение 5

    Анкета сопровождающих (наставников, учителей)

    Глубокоуважаемый коллега!

    Просим ответить на несколько вопросов. Ваши ответы помогут нам планировать нашу работу по олимпиаде.

    Что, по-вашему, являются целями олимпиады? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Как Вы готовите школьников к олимпиаде? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Чего Вы ожидаете от участия ваших подопечных в олимпиаде? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Что бы вы пожелали участникам олимпиады следующего года? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Что необходимо изменить в олимпиаде (как в организационном, так и в содержательном плане)? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    По каким учебникам по химии Вы работаете в

    8 классе _______________________________________________________

    9 классе _______________________________________________________

    10 классе ______________________________________________________

    11 классе ______________________________________________________

    Какой смысл Вы вкладываете в понятия саморазвитие? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Закончите следующее предложение

    Олимпиада для меня … ______________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Спасибо за ответы!

    Укажите, пожалуйста, субъект РФ _______________________________, откуда Вы.


    Приложение 6

    Анкета участника олимпиады

    Какой смысл Вы вкладываете в понятия саморазвитие? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Закончите следующее предложение

    Олимпиада для меня … ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Спасибо за ответы!

    Укажите, пожалуйста, свой класс__________ и субъект РФ _______________________________, откуда Вы.


    [1] Всероссийская олимпиада школьников. Третий (региональный) этап: сборник нормативно-правовых и локальных актов. – М.: АПКиППКРО, 2006. – 40 с.

    [2] Лунин В.В., Архангельская О.В., Тюльков И.А. Всероссийская олимпиада школьников по химии/Научный редактор Э.М.Никитаин. – М.: АПКиППКРО, 2005. – 128 с.

    [3] Всероссийская олимпиада школьников. Третий (региональный) этап: сборник нормативно-правовых и локальных актов. – М.: АПКиППКРО, 2006. – 40 с.

    [4] Всероссийская олимпиада школьников. Третий (региональный) этап: сборник нормативно-правовых и локальных актов. – М.: АПКиППКРО, 2006. – 40 с.

    [5] Растворимость перманганата бария при 15оС равна 72,4 г на 100 г воды         (ХЭ – 1990г., т.2, стр.1277)



    Предварительный просмотр:

    Всероссийская олимпиада школьников по химии

    Региональный этап

    Методические рекомендации

    В ПОМОЩЬ ОРКОМИТЕТАМ, ЖЮРИ И МЕТОДИЧЕСКИМ КОМИССИЯМ
    РЕГИОНАЛЬНОГО ЭТАПА ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ
    ПО ХИМИИ

    Методические рекомендации

    Согласно Положению[1] о Всероссийской олимпиаде школьников региональный этап олимпиады проводится органами государственной власти субъектов Российской Федерации в сфере образования в январе-феврале, в течение 3-4 дней, в сроки, установленные Рособразованием.

    Центральная методическая комиссия по химии (ЦМК) при Центральном оргкомитете Всероссийских предметных олимпиад школьников предлагает комплект заданий регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии.

    Олимпиада проводится на основе общеобразовательных программ основного общего и среднего (полного) общего образования. Содержание задач соответствует Минимуму образования по химии. Также используется материал программ вступительных испытаний по химии в вузы.

    В методическом пособии приводятся по 5 условий оригинальных задач для трех возрастных параллелей обучающихся: 9, 10 и 11 классов и даются полные решения задач, а также к каждой задаче прилагается система оценивания. В данном пособии приводятся задания, решения, система оценивания и списки оборудования и реактивов для проведения экспериментального тура для трех возрастных параллелей участников.

    Все приведенные задачи охватывают различные области химического знания. Задачи для 9 класса, в основном, охватывают материал неорганической, аналитической и физической химии; задачи для 10 и 11 класса включают, помимо вышеперечисленных разделов химии, также материал органической химии. Таким образом, все задачи являются комбинированными, как по содержанию, так и по подходам. Содержание задач разнообразно, подача материала нацеливает на поиски творческих решений. Члены ЦМК постоянно работают над формой подачи условий задач. Например, в данном сборнике после многолетнего перерыва вводятся задачи-кроссворды. Ко всем задачам даны развернутые решения и система оценивания. Традиционно в комплект включены задачи-якоря: одинаковые задачи в комплектах для 10 и 11 класса. С помощью подобных задач выявляется, насколько учащиеся 11 класса владеют материалом 10 класса.

    Для проведения экспериментального тура разработаны задачи по аналитической химии. Это связано с тем, что задачи на качественный и количественный анализ легче формализовать для оценивания. Другой причиной разработки подобных заданий являются материально-технические возможности олимпиадных баз.

    Региональный этап олимпиады состоит из двух туров – теоретического и экспериментального. Желательная последовательность туров: сначала теоретический тур, затем – экспериментальный. Продолжительность каждого этапа – по 5 астрономических часов.

    Процедура проведения олимпиады подробно описана в пособии[2], а также в газете «Химия» издательского дома «Первое сентября»[3]. ЦМК просит включить в программу олимпиады время для анкетирования участников олимпиады и их наставников.

    После процедуры шифрования работ жюри приступает к проверке. Как говорилось выше, к каждой задаче кроме развернутого решения прилагается система оценивания. Максимальный балл за каждую задачу теоретического тура составляет 20 баллов. Система оценивания строится на поэлементном анализе возможного решения участником задачи. Следует обратить внимание, что в материалах представленные решения отражают один из вероятных подходов к решению задачи. Поэтому при проверке работ члены жюри должны учитывать, что участник может прийти к ответу другим путем. Если ход мыслей участника правильный и приводит к искомым ответам, жюри, конечно, засчитывает оригинальное решение и по возможности, отмечает его при подведении итогов олимпиады. При этом система оценивания может быть изменена, но в целом решение задачи оценивается исходя из 20 баллов. Минимальный шаг при оценивании заданий теоретического тура составляет 1 балл.

    За экспериментальный тур участник может получить не больше 25 баллов. При выполнении заданий экспериментального тура проверяются:

    - умение работать с химической посудой, приборами и реактивами;

    - умение использовать знания о качественном и количественном анализе;

    - умение предсказывать результаты химических реакций

    Для участия в экспериментальном туре ЦМК настоятельно рекомендует допускать всех школьников, участвовавших в теоретическом туре.

    Перед проведением экспериментального тура проводится инструктаж по технике безопасности, согласно имеющимся утвержденным нормативным документам. Результат экспериментального тура участник узнает по окончании тура – после беседы с членами жюри по результатам выполнения работы. Экспериментальный тур проводится в специально оборудованных практикумах или лабораториях.

    ЦМК убедительно просит раздать каждому участнику олимпиады и наставникам комплекты заданий и решений всех классов из этого сборника и обратить внимание на то, что подробную информацию можно получить на страницах http://chem.rusolymp.ru/ и http://www.chem.msu.su/rus/olimp/. Это является  прекрасной базой для самостоятельной подготовки школьника не только к последующему этапу текущего года, но и к этапам олимпиады последующих лет.

    После разбора заданий и обязательного показа работ баллы теоретического и экспериментального туров суммируются и подводятся общение итоги. Настоятельная просьба к жюри, определять число победителей на основании рейтинга участников каждой возрастной группы, четко следуя Положению и квотам, установленным Рособразованием.

    По итогам проведения олимпиады оформляются отчетные документы согласно формам, разработанным Рособразованием, которые необходимо предоставить в Федеральное агентство по образованию и в центральную методическую комиссию до 15 февраля 2009 г. Напоминаем также о необходимости составления базы данных участников регионального этапа на портале www.rusolymp.ru.

    В целях обеспечения единого организационного и содержательного пространства Всероссийской олимпиады школьников по химии, в первую очередь, и в целях преемственности этапов олимпиады, Центральная методическая комиссия по химии настоятельно просит Оргкомитет,  Жюри и Методические комиссии по химии регионального этапа олимпиады кроме отчетных документов представить по указанным ниже адресам:

    отчет председателя Жюри с анализом выполнения заданий, замечаниями и предложениями по задачам и системе оценивания;

    анкеты и оценочные листы, формы которых представлены в Приложении к данному пособию.

    Мы желаем удачи, успехов и надеемся на взаимопонимание и дальнейшее плодотворное сотрудничество. От всей души благодарим коллег из Калининграда, задачи которых второй год входят в олимпиадные сборники.

    Приглашаем всех желающих к написанию задач для олимпиады.

    Мы будем рады вашим отзывам, предложениям и замечаниям.

    Заместитель председателя ЦМК

    Архангельская Ольга Валентиновна: Arkh@general.chem.msu.ru

    Телефон: 8-495-939-33-35

    Ответственный секретарь ЦМК

    Тюльков Игорь Александрович: Tiulkov@general.chem.msu.ru

    Телефон: 8-495-939-33-35

    Обращаем ваше внимание, что анкеты и опросные листы (приложения 4-7) направляются в адрес ЦМК.

    Отчетные материалы в бумажном и электронном вариантах направлять по адресу:

    119992, Москва, Ленинские горы, д.1, строение 3,
    Химический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова, кафедра общей химии,

    Архангельской О.В.
    e-mail:
    Arkh@general.chem.msu.ru

    Напоминаем, что при использовании материалов данного сборника необходимо ссылаться на ЦМК.

    Девятый класс

    Задача 9-1.

    Из трех веществ А, Б и В могут быть получены (в разных соотношениях и условиях проведения синтеза) четыре соединения I – IV. Эти процессы можно записать в виде схемы:

    2А + Б = CN2H4O (I) + В

    2А + Б = CN2H6O2 (II)

    А + Б + В = CNH5O3 (III)

    2А + Б + В = CN2H8O3 (IV)

    Определите вещества А, Б и В (формулы и названия).

    Для соединений I – IV определите: какие частицы входят с состав этих соединений. (Формулы и названия). Какие типы связей присутствуют в данных соединениях.

    Соединения А и В являются изоэлектронными (содержат равное число электронов), кроме того, они изоэлектронны фрагменту, входящему в состав соединений II – IV. Назовите этот фрагмент.

    Для соединения I уже почти два века известен изомер, состоящий из фрагмента, изоэлектронного А, В и фрагмента, изоэлектронного Б. Напишите формулу этого изомера, определите геометрическое строение фрагментов, его образующих.

    Запишите схему превращений, указанных в условии, в виде традиционных химических уравнений, укажите условия проведения этих реакций.

    Задача 9-2.

    «Илецкая натуральная соль всех прочих солей тверже и, будучи истолчена, получает очень белый цвет и с воздуха в себя влажность не притягивает. На распущение четырех унций сия соли пошло воды пятнадцать унций, из чего видно, что в ней по пропорции против других солей воды меньше, а больше той материи, которая в составлении соли есть главная, то есть алкалическая и кислая. После переварки сели из ней белые и весьма сухие зерна, что показывает снова изобилие соляной материи и пропорциональное оные смешения. С крепкою водкою сия соль шипит, из чего явствует, что она имеет сильную алкалическую материю, которая есть основание и твердость соли. Для таких свойств подобно сию соль в твердости, силе и спориозно предпочесть прочим солям.»

    М. В. Ломоносов «Репорт в кабинет об исследовании русских солей и слюды.»
    Полное собрание сочинений т. 5, с. 256.

    Определите состав «илецкой натуральной соли», если при добавлении к 100 г ее насыщенного раствора избытка раствора хлорида кальция образуется 17 г осадка.

    Определите состав соли, которая образуется при «переварке илецкой натуральной соли», если для растворения 4 фунтов «переваренной» требуется немного больше 4 фунтов воды.

    В каких производствах «илецкую соль спориозно (с успехом) предпочесть прочим солям»?

    Напишите уравнения реакций, происходящих при взаимодействии «илецкой соли с крепкими водками».

    Задача 9-3.

    Ракетное топливо

    Водород, гидразин и этанол можно использовать в качестве горючего для ракетных двигателей.

    1. Запишите уравнения реакций окисления водорода кислородом и фтором, гидразина и этанола кислородом.

    2. Рассчитайте стандартные тепловые эффекты этих реакций при 298 К.

    3. Расположите эти реакции в порядке уменьшения их теплотворной способности (т. е. удельного теплового эффекта в расчёте на грамм реагентов).

    4. Тяга ракетного двигателя тем выше, чем меньше молярная масса истекающих газов. Расположите эти реакции в порядке уменьшения их эффективности с точки зрения создаваемой тяги.

    Дано: fH298 – стандартные энтальпии образования веществ при температуре 298 К.

            ΔH (энтальпия реакции) = – Q (тепловой эффект реакции).

    Вещество

    fH°298,
    кДж
    моль–1

    HF (г)

    –271,1

    CO2 (г)

    –393,5

    H2O (г)

    –241,8

    N2H4 (ж)

    +50,6

    C2H5OH (ж)

    –277,7

    Задача 9-4.

    «В ближайшие 20–25 лет город не сможет отказаться от хлорирования питьевой воды. Он постепенно переходит на применение гипохлорида – элемента безопасного при транспортировке и использовании. Город в короткие сроки планирует перейти на озонирование» (РБК Дейли)

    Какие химические ошибки можно найти в тексте РБК Дейли?

    Каковы причины замены хлорирования питьевой воды озонированием?

    Напишите уравнение реакции диссоциации молекулы кислорода на атомы.

    Рассчитайте энтальпию диссоциации молекулы кислорода на атомы, если известны энтальпии следующих реакций:

    O2(г) + O(г) = O3(г)                ΔH1 = –109 кДж/моль,

    O3(г) + O(г) = 2O2(г)                ΔH2 = –394 кДж/моль.

            ΔH (энтальпия реакции) = – Q (тепловой эффект реакции).

    Разрушение озонового слоя в атмосфере связывают с наличием в воздухе оксидов азота. Напишите уравнения реакций озона с NO и NO2.

    Озон используют для обезвреживания сточных вод, особенно в случае фенольных и цианидных загрязнений. Напишите уравнение реакции озона с цианидом калия в водном растворе.

    Для анализа содержания озона в газовой смеси с кислородом используют иодометрическое определение. Для этого газовую смесь пропускают через раствор иодида калия с последующим титрованием полученного раствора тиосульфатом натрия. Напишите уравнения соответствующих реакций.


    Задача 9-5.

    «Неправо о вещах те думают, Шувалов,

    Которые Стекло чтут ниже Минералов…

    Коль пользы от Стекла приобрело велики,

    Доказывают то Финифти, Мозаики…»

    ***. Письмо о пользе стекла
    к высокопревосходительному господину генералу-поручику, Московского университета куратору

    1. Разгадайте слова, зашифрованные в кроссворде.

    Обозначения:

    1→ по горизонтали

    1↓ по вертикали

    4↓

    3↓

    1↓.1→

    2→

    6→

    5→

    7↓

    8→

    1→ Элемент, полученный Берцелиусом.

    1↓ Газообразное простое вещество.

    2→ Название продукта взаимодействия (1→) с магнием.

    3↓ Один из продуктов взаимодействия (2) с соляной кислотой, содержащий (1→).

    4↓ Один из самых распространенных породообразующих минералов, горный хрусталь, продукт взаимодействия (1→) с (1↓).

    5→ Великий русский ученый, известный в том числе и как создатель мозаичных полотен, автор эпиграфа.

    6→ Общее название веществ, используемых в промышленности для снижения температуры процесса и образования шлаков.

    7→ Полудрагоценный минерал, содержащий (1→).

    8→ Газ, используемый при изготовлении ламп для маяков, рекламы и т. п.

    2. Напишите уравнения упомянутых реакций (3 реакции).

    3. Приведите пример (формула, название) вещества, используемого в промышленности в качестве (6→).

    4. Имеется область устойчивых жидких материалов в интервале составов
    30–40% SiO
    2, 10–20% Na2O и 60–40% воды. Установите примерную химическую формулу жидкого силиката, содержащего около 40% SiO2, 20% Na2O и 40% воды.


    Десятый класс

    Задача 10-1.

    Основный карбонат некоторого металла М, используемый ранее в качестве пигмента, при нагревании разлагается с частичным окислением до вещества красного цвета К (реакция 1), а в атмосфере сероводорода превращается в соединение черного цвета Ч (реакция 2). При взаимодействии с пероксидом водорода вещество Ч превращается в соединение белого цвета Б (реакция 3). Если порошок вещества Б растворить в избытке щелочи (реакция 4), добавить тиокарбамид и нагреть, то получится соединение Ч, которое осаждается на стенках пробирки в виде зеркала (реакция 5). Вещество Ч растворяется в разбавленной азотной кислоте (реакция 6), а образующиеся при этом ионы металла М дают с раствором иодида калия соединение желтого цвета Ж (реакция 7), растворяющееся в избытке реагента (реакция 8). Осадок Ж растворяется при нагревании в воде, в растворе уксусной кислоты, а при охлаждении раствора из него снова выпадают красивые кристаллы в форме листочков с золотистым блеском (реакция Х).

    Вещество красного цвета К разлагается разбавленной азотной кислотой с образованием соединения коричневого цвета О (реакция 9), проявляющего свойства сильного окислителя.

    Определите вещества М, К, Ч, О и приведите их тривиальные названия.

    Напишите уравнения реакций образования веществ (1 – 9).

    Как называется реакция Х?

    Докажите, что вещество О – сильный окислитель (приведите два примера).

    Задача 10-2.

    Лаборант нашел в практикуме 4 склянки с белыми кристаллическими порошками. На склянках было написано «сода». Лаборант обнаружил, что все найденные вещества растворимы в воде. При действии раствора соляной кислоты на пробы твердых веществ в трех из четырех случаев выделяется газ. Лаборант решил измерить объем выделяющихся газов. Для этого он взвесил по 3,0 г каждой соды, растворил каждую навеску в 5,0 мл воды и к каждому раствору медленно прилил по 15,0 мл соляной кислоты (  1,05 г/мл). Выделившийся газ был собран при 22С и 740 мм рт. ст. Результаты опытов представлены в таблице:

    № опыта

    V(газа), мл

    1

    900

    2

    250

    3

    370

    Перечислите названия «сод», которые нашел лаборант.

    Напишите химические формулы каждой соды и напишите их современные названия.

    На основании расчетов (считая, что все реакции прошли количественно, и, пренебрегая растворимостью газа в воде) укажите, какая «сода» была в 1, 2 и 3 опытах соответственно.

    Оцените массовую долю хлороводорода в использованном для опытов растворе.

    Задача 10-3.

    Соединения А–Г состоят из трех элементов и имеют одинаковый качественный состав. Некоторые сведения о них представлены в таблице:

    А

    Б

    В

    Г

    Массовое содержание одного и того же элемента, %

    61,4

    51,5

    34,7

    30,0

    Температура плавления, ºC

    –77

    300*

    600*

    150*

    Отношение к воде

    Реагирует

    Растворяется

    Не растворяется

    Реагирует

    * - плавление с разложением

    Исходным веществом для синтеза соединений А–Г является оранжево-желтый порошок оксида Д. Желтая жидкость А с резким запахом может быть получена пропусканием над Д газообразного хлороводорода в присутствии P2O5 (реакция 1) Соединение Б синтезируют нагреванием А с металлическим цинком (реакция 2), а его водный раствор – взаимодействием Д с концентрированной соляной кислотой при нагревании (реакция 3). Термической диссоциацией Б получают В, при этом также образуется А (реакция 4). Соединение Г оранжево-красного цвета синтезируют пропусканием озона над А (реакция 5).

    1) Определите неизвестные вещества и запишите уравнения всех реакций, упоминающихся в условии задачи.

    2) Какие продукты образуются при взаимодействии веществ А и Г с водой? Напишите уравнения реакций.

    3) Предскажите геометрическое строение частиц вещества А.

    4) Как получают в лаборатории соединение Д (напишите уравнение реакции и условия ее проведения)?

    Задача 10-4.

    На российских космических кораблях и станциях, начиная с первого полета Гагарина, используется атмосфера, максимально близкая к земной (содержание кислорода 20 об. %, давление 1 атм). При выходах в открытый космос возникает необходимость восполнения воздушной среды в больших объёмах. Использование для этих целей сжатой газовой смеси в традиционных шар-баллонах ограничено корпусной массой. Рассмотрим возможность химического получения необходимой газовой смеси с использованием термического разложения аммонийных солей. При нагревании нитрита аммония выделяется азот, а при термическом разложении нитрата аммония образуется оксид азота (I), который при более высокой температуре каталитически разлагается на простые вещества. Свойства исходных и конечных веществ приведены в таблице.

    Вещество

    NH4NO2

    NH4NO3

    N2O

    N2

    O2

    H2O (ж)

    fH298, кДж/моль

    –256,1

    –365,4

    82,0

    0

    0

    –285,8

    Tпл., С

    разл.
    > 35
    С

    169,6

    –91

    –210

    –218,8

    Ткип., С

    разл.
    > 210

    –88,5

    –195,8

    –183,0

    100

    Плотность, г/см3(тв., ж.)

    г/л (газ)

    1,69

    1,72

    1,978

    1,251

    1,429

    1,00

    Здесь fH298 – стандартная энтальпия образования соединения при температуре 298 К.

    Напишите уравнения термического разложения нитрата и нитрита аммония, оксида азота (I).

    В каком соотношении нужно использовать нитрат и нитрит аммония для получения воздушной смеси?

    Рассчитайте стандартные энтальпии реакций разложения при температуре 25 С. Определите, являются ли эти процессы экзо- или эндотермическими.

    Какое давление оказывали бы газообразные продукты разложения нитрата и нитрита аммония, если бы газы находились в объёме, равном объёму соответствующих твёрдых солей при температуре 25 С?

    Какая масса нитрата и нитрита аммония потребуется для заполнения воздухом переходного тамбура объёмом 1 м3 при 25 С?

    Рассчитайте, сколько теплоты выделится в процессе получения воздушной смеси, необходимой для заполнения переходного тамбура.

    Укажите причины, которые, на Ваш взгляд, могут ограничивать использование такого метода получения воздушной смеси на космических аппаратах.

    Задача 10-5.

    Приведенные ниже схемы превращений представляют собой важнейшие промышленные процессы с использованием органического соединения А, а также некоторых продуктов, образующихся из А.

    B+HУ

    Напишите уравнения реакций, соответствующие этим схемам. Примите во внимание, что соединения Б, Д, М, Т – газообразные простые вещества, а З – простое вещество, существующее при комнатной температуре в твердом состоянии, причем атомные массы Д и З отличаются в 2 раза; A, В, Г4, Е, Ж, И-Л, Н, П – бинарные соединения. Кроме того, известно, что в зависимости от соотношения реагентов при взаимодействии А с Д может образовываться (наряду с Ж) также бинарное вещество Л, что обычно является крайне нежелательным процессом. Два разных продукта (отличающихся от А) могут образоваться и при взаимодействии М с Н. Наконец, присоединение Р к Ф дает аддукт, который после отщепления Ж превращается в продукт, являющийся, как и соединение У, важным мономером в синтезе высокомолекулярных соединений.


    Одиннадцатый класс

    Задача 11-1.

    Вещества А–В – бинарные соединения одинакового качественного состава. Массовое содержание входящих в их состав элементов Х и Y, а также некоторые свойства соединений сведены в таблицу.

    Соединение

    Масс., содержание,%

    Реакции при комнатной температуре

    X

    Y

    O2

    H2O

    NaOH

    NH3

    А

    42,9

    57,1

    горит

    Б

    27,3

    72,7

    +

    +

    В

    52,9

    47,1

    горит

    +

    +

    +

    Все три соединения при комнатной температуре являются газами. А и Б не имеют собственного запаха, В, напротив, пахнет отвратительно. А и В при поджигании сгорают на воздухе (реакции 1 и 2), газ Б не горюч. В воде А растворяется совсем плохо, Б чуть лучше (реакция 3), В – хорошо (реакция 4), при этом Б с водой взаимодействует частично, а В полностью. Газ А реагирует лишь с водяным паром при t > 230oC в присутствии Fe2O3 (реакция 5). С водными растворами щелочей и сухим газообразным аммиаком Б и В взаимодействуют легко (реакции 6, 7, 8 и 9), а А только в специальных условиях: со щелочью при t ~ 120oC и давлении > 5 атм. (реакция 10), с аммиаком при t ~ 500–800oC на смешанном катализаторе Al2O3/ThO2 (реакция 11). Последняя реакция используется в промышленности для получения широко известного ядовитого вещества. Интересно, что вещество, получающееся в реакции Б с аммиаком при t ~ 200–500oC и повышенном давлении (реакция 12), настолько безобидно, что его даже добавляют в жевательную резинку, как, впрочем, и продукт реакции Б со щелочью.

            1. Рассчитайте молекулярные массы А и Б, если известно, что смесь равных объемов А и Б имеет плотность по водороду 18, а смесь одного объема А и трех объемов Б – 20.

            2. Установите элементы X и Y и состав соединений А–В.

            3. Напишите уравнения всех описанных в задаче реакций.

            4. Изобразите структурную формулу соединения В и назовите его.


    Задача 11-2.

    Соединения А–Г состоят из трех элементов и имеют одинаковый качественный состав. Некоторые сведения о них представлены в таблице:

    А

    Б

    В

    Г

    Массовое содержание одного и того же элемента, %

    61,4

    51,5

    34,7

    30,0

    Температура плавления, ºC

    –77

    300*

    600*

    150*

    Отношение к воде

    Реагирует

    Растворяется

    Не растворяется

    Реагирует

    * – плавление с разложением

    Исходным веществом для синтеза соединений А–Г является оранжево-желтый порошок оксида Д. Желтая жидкость А с резким запахом может быть получена пропусканием над Д газообразного хлороводорода в присутствии P2O5 (реакция 1) Соединение Б синтезируют нагреванием А с металлическим цинком (реакция 2), а его водный раствор – взаимодействием Д с концентрированной соляной кислотой при нагревании (реакция 3). Термической диссоциацией Б получают В, при этом также образуется А (реакция 4). Соединение Г оранжево-красного цвета синтезируют пропусканием озона над А (реакция 5).

    1) Определите неизвестные вещества и запишите уравнения всех реакций, упоминающихся в условии задачи.

    2) Какие продукты образуются при взаимодействии веществ А и Г с водой? Напишите уравнения реакций.

    3) Предскажите геометрическое строение частиц вещества А.

    4) Как получают в лаборатории соединение Д (напишите уравнение реакции и условия ее проведения)? 

    Задача 11-3.

    На российских космических кораблях и станциях, начиная с первого полета Гагарина, используется атмосфера, максимально близкая к земной (содержание кислорода 20 об. %, давление 1 атм). При выходах в открытый космос возникает необходимость восполнения воздушной среды в больших объёмах. Использование для этих целей сжатой газовой смеси в традиционных шар-баллонах ограничено корпусной массой. Рассмотрим возможность химического получения необходимой газовой смеси с использованием термического разложения аммонийных солей. При нагревании нитрита аммония выделяется азот, а при термическом разложении нитрата аммония образуется оксид азота (I), который при более высокой температуре каталитически разлагается на простые вещества. Свойства исходных и конечных веществ приведены в таблице.

    Вещество

    NH4NO2

    NH4NO3

    N2O

    N2

    O2

    H2O(ж)

    fH298, кДж/моль

    –256,1

    –365,4

    82,0

    0

    0

    –285,8

    Tпл., С

    разл.
    > 35
    С

    169,6

    –91

    –210

    –218,8

    Ткип., С

    разл.
    > 210

    –88,5

    –195,8

    –183,0

    100

    Плотность, г/см3(тв., ж.)

    г/л (газ)

    1,69

    1,72

    1,978

    1,251

    1,429

    1,00

    Здесь fH298 – стандартная энтальпия образования соединения при температуре 298 К.

    Напишите уравнения термического разложения нитрата и нитрита аммония, оксида азота (I).

    В каком соотношении нужно использовать нитрат и нитрит аммония для получения воздушной смеси?

    Рассчитайте стандартные энтальпии реакций разложения при температуре 25 С. Определите, являются ли эти процессы экзо- или эндотермическими.

    Какое давление оказывали бы газообразные продукты разложения нитрата и нитрита аммония, если бы газы находились в объёме, равном объёму соответствующих твёрдых солей при температуре 25 С?

    Какая масса нитрата и нитрита аммония потребуется для заполнения воздухом переходного тамбура объёмом 1 м3 при 25 С?

    Рассчитайте, сколько теплоты выделится в процессе получения воздушной смеси, необходимой для заполнения переходного тамбура.

    Укажите причины, которые, на Ваш взгляд, могут ограничивать использование такого метода получения воздушной смеси на космических аппаратах.

    Задача 11-4.

    Сегодня нашу жизнь невозможно представить без пластмассовых изделий и синтетических волокон: корпус ручки, которой Вы сейчас пишете, яркая кофточка на симпатичной девушке, что Вы встретили вчера, жевательная резинка, которую усердно жует сосед слева, клавиатура ноутбука автора этой задачи – все это сделано из высокомолекулярных продуктов крупнотоннажной химической промышленности. Ниже приведена некоторая информация о пяти распространенных синтетических полимерах IV.

    Поли-мер

    Название или аббревиатура

    Промышленная схема получения

    I

    ПВХ

    II

    ПС

    III

    ПЭТ, лавсан

    IV, V

    ?, ?

    1. Приведите структурные формулы промежуточных продуктов А – З, а также структурные формулы элементарных звеньев полимеров IIV (без учета стереоизомеров).

    2. Расшифруйте аббревиатуры названий полимеров IIII. От каких слов образовано название "лавсан"? Укажите названия полимеров IV и V. Как называется процесс превращения IV в V под действием серы? Какой из полимеров IIV образовался в результате реакции поликонденсации?

    Задача 11-5.

    Соединения А, В и С содержат углерод, водород и кислород. Содержание углерода и водорода в этих соединениях дано в таблице.

    А

    В

    С

    % С

    68,85

    79,25

    77,78

    % Н

     4,92

     5,66

     7,41

    Известно, что С может образовываться из А или В при действии разных восстановителей. С другой стороны, А не вступает в реакцию каталитического гидрирования при комнатной температуре и атмосферном давлении, не обесцвечивает бромную воду, устойчиво к действию хромовой кислоты и многих других окислителей.

    1. Напишите структурные формулы соединений А, В, С.

    2. Приведите по одному примеру восстановителей, которые можно использовать для превращения А и В в соединение С.

    88,4 г смеси А, В и С, взятых в соотношении 1:2:1, нагрели с избытком концентрированного раствора гидроксида калия. Полученную смесь разделили на две равные части. Одну часть смеси нагрели с избытком перманганата калия, затем подкислили серной кислотой. Другую часть смеси подкислили серной кислотой, отогнали воду, добавили каталитическое количество серной кислоты и нагрели.

    3. Напишите уравнения обсуждаемых реакций. Какие соединения и в каких количествах образуются в обоих случаях? Считайте, что все реакции протекают с количественным выходом.

    Девятый класс

    Задание: Вам выданы растворы следующих солей: KCl, Na2CO3, BaCl2, MgSO4, AgNO3.

    Не прибегая к помощи других реагентов, определите, в какой из пробирок находится раствор каждого из указанных веществ. Решение представьте в виде таблицы. Напишите уравнения реакций, представленных в вашей таблице.

    Реактивы: 0,1M KCl, 0,1M Na2CO3, 0,1M BaCl2, 0,1M MgSO4, 0,1M AgNO3 

    Оборудование: штатив с пробирками, пипетка.


    Десятый класс

    Задание: Используя имеющиеся на столе реактивы и оборудование, определите, в какой пробирке находится раствор каждого из перечисленных ниже веществ: Na2SO4, MnSO4, BaCl2, Pb(NO3)2, ZnSO4, Al2(SO4)3. Решение представьте в виде таблицы. Напишите уравнения реакций, представленных в вашей таблице.

    Реактивы: 2M NH3∙H2O, 2M NaOH, 1M H2SO4

    Оборудование: штатив с пробирками, пипетка.


    Одиннадцатый класс

    Задание: Вам выданы две пробирки, содержащие 3 или 4 катиона соответственно в каждой пробирке из следующего набора катионов: Ag+, Zn2+, Al3+, Pb2+, Ba2+, Mn2+, NH4+.

    Используя имеющиеся на столе реактивы и оборудование, определите, какие катионы находятся в каждой пробирке. Решение представьте в виде таблицы. Напишите уравнения реакций, представленных в вашей таблице.

    Реактивы: 2M HCl, 1M H2SO4, 2M NaOH, 2M NH3∙H2O

    Оборудование: штатив с пробирками, пипетка, водяная баня или горелка.

    Девятый класс

    Задача 9-1 (автор Жиров А.И.)

    Вычитая правую часть уравнения III из IV, имеем: 2А + Б + В – (А + Б + В) = А. Разность составов в левой части дает: CN2H8O3 – CNH5O3 = NH3 (аммиак) – А. Аналогичная процедура с уравнениями I и II дает, что В – H2O (вода). Тогда из любого уравнения схемы определяется, что Б – CO2 (оксид углерода (IV), углекислый газ). Аммиак и вода – изоэлектронны (8 + 2 = 10 и 7 + 3 = 10).

    I – (NH2)2CO – мочевина, карбамид (диамид угольной кислоты), молекулярное соединение с ковалентными полярными связями. II – H2NCO2NH4+ – карбамат аммония (аммонийная соль моноамида угольной кислоты). Соединение с ионной связью между фрагментами, в пределах фрагментов – ковалентная полярная. III – гидрокарбонат аммония – соединение с ионной связью между фрагментами NH4+ и HCO3, в пределах фрагментов – ковалентная полярная. IV – карбонат аммония – соединение с ионной связью между фрагментами, в пределах фрагментов – ковалентная полярная.

    В составе всех соединений (II – IV) повторяется ион аммония NH4+ (общее число электронов 7 + 3 = 10.

    Цианат аммония: NH4OCN – аммонийная соль нитрила угольной кислоты. Ион NCO изоэлектронен CO2 (содержат по 22 электрона на частицу). Ион аммония имеет тетраэдрическое строение (атомы водорода в вершинах тетраэдра, а атом азота в центре тетраэдра). Так как CO2 имеет линейное строение O=C=O, следовательно, цианат-ион тоже будет обладать линейным строением NC–O.

    Уравнения реакций:

    2NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O

    (осуществляется при высоком давлении и при нагреве)

    2NH3 + CO2 = NH2CO2 NH4

    (взаимодействие в отсутствие воды, растворителем может служить избыток жидкого аммиака, спирт)

    NH3 + CO2 + H2O = NH4HCO3

    (насыщение избытком углекислого газа водного раствора аммиака)

    2NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3 

    (конденсация стехиометрических реагентов из газовой фазы)

    Задача 9-2 (автор Жиров А.И.)

    Поскольку природная минеральная соль белого цвета, значит, нет катионов-хромофоров, т.е. это соль металлов 1, 2 группы или алюминия. Выделение газа при взаимодействии с сильной кислотой позволяет сделать выбор в пользу анионов слабых кислот: карбонатов, сульфидов и сульфитов. (Сразу можно вычеркнуть алюминий, поскольку все указанные соли для него на воздухе неустойчивы, тем более после переварки). Значит, остаются металлы 1 и 2 группы. Образование осадка с катионом кальция в растворе показывает, что соль образована щелочным металлом и что это не сульфид, т.к. CaS из раствора не выпадает. Значит, остаются карбонат и сульфит. Название "илецкая натуральная соль" подразумевает, что в природе эта соль существует в виде минерала, поэтому приходится сделать выбор в пользу карбоната, т.к. среди сульфитных минералов известен только PbSO3 с единичными месторождениями, а содовые озера не являются редкостью. Кроме того, пункт 3 задачи предусматривает широкое использование соли в промышленности уже во времена Ломоносова. К сульфитам это не относится. Упоминание Илецкого месторождения для 9-тиклассников является подсказкой для выбора катиона, потому что в школе Соль-Илецкое соляное месторождение упоминается при изучении химии, географии и истории.

    В общем виде реакцию осаждения хлоридом кальция можно записать:

    M2CO3 + CaCl2 = 2MCl + CaCO3.

    В качестве щелочного металла, ввиду промышленного использования минерала, а, значит, большой распространенности металла, рассматриваем натрий или калий.

    Количество выпавшего карбоната кальция (равное количеству карбоната в растворе) составляет 17 : 100 = 0,17 моль. Тогда массовая доля в растворе для карбоната натрия составит 0,17  106 : 100 = 0,18, а для карбоната калия 0,17  138 : 100 = 0,23. А для раствора «илецкой соли» массовая доля в насыщенном растворе составляет (считая соль безводной) 4 : 19 = 0,21, так как на 4 масс. доли соли приходится по условию 15 масс. долей воды. Таким образом, «илецкая соль» не может быть карбонатом калия. Значит, это карбонат натрия, но не безводный, а гидрат. Доля безводного карбоната натрия в составе «илецкой соли» составляет 0,18 : 0,21 = 0.85; доля, приходящаяся на воду – 0,15; 1060,15:0,85 = 18,7. Следовательно, «илецкая соль» – моногидрат карбоната натрия: Na2CO3·H2O.

    «После переварки» (перекристаллизации) может образоваться гидрат другого состава (с бóльшим содержанием воды). Так как концентрация насыщенного раствора остается неизменной (при условии постоянства температуры), доля карбоната натрия в полученном растворе 0,18. Это значит, что в 100 г раствора содержится 18 г карбоната натрия. Для растворения 4 фунтов «переваренного» гидрата требуется примерно 4 фунта воды, значит 100 г раствора получается из 50 г воды (или чуть больше) и 50 г кристаллогидрата, т.е. в кристаллогидрате содержится 18 г карбоната натрия и 32 г воды. Это соответствует мольному соотношению 18 : 106 соли / 32 : 18 воды, т. е. 0.17 : 1.7. Таким образом, «переваренная соль» – декагидрат карбоната натрия: Na2CO3·10H2O.

    Карбонат натрия широко используется для производства стекла, моющих средств, для замачивания белья при стирке.

    Взаимодействие карбоната натрия с сильными кислотами:

    Na2CO3 + HCl = NaCl + NaHCO3

    (при медленном добавлении кислоты к раствору карбоната натрия при перемешивании) или

    Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2

    (при добавлении раствора карбоната к кислоте).

    Задача 9-3 (автор Каргов С. И.)

    1–2. Уравнения реакций и стандартные энтальпии  реакций при 298 К:

    1). 2H2 + O2 = 2H2O (г)                                        rH°1 = –483,6 кДжмоль–1

    2). H2 + F2 = 2HF (г)                                                rH°2 = –542,2 кДжмоль–1

    3). C2H5OH (ж) + 3O2 = 2CO2 + 3H2O (г)                        rH°3 = –1234,7 кДжмоль–1

    4). N2H4 (ж) + O2 = N2 + 2H2O (г)                                rH°4 = –534,2 кДжмоль–1

    3. Для расчёта удельных энтальпий разделим стандартные энтальпии на общую молярную массу реагентов (с учётом стехиометрических коэффициентов):

     = –13,43 кДжг–1

     = –13,56 кДжг–1

     = –8,70 кДжг–1

     = –8,35 кДжг–1

    Порядок уменьшения теплотворной способности: 2) > 1) > 3) > 4).

    4. Для определения эффективности с точки зрения создаваемой тяги разделим удельные энтальнии на среднюю молярную массу продуктов:

    –0,75

    –0,68

     –0,31

    –0,39

    Порядок уменьшения эффективности с точки зрения тяги: 1) > 2) > 4) > 3).

    Задача 9-4 (автор Лебедева О.К.)

    1. Во-первых, правильное название соли – гипохлорит.

    Во-вторых, гипохлорит чего – например, гипохлорит натрия.

    И, в-третьих, гипохлорит – не элемент, а вещество.

    2. Озон применяют для очистки питьевой воды, поскольку такая обработка не придаёт воде неприятный вкус и запах, а избыточный озон разлагается с образованием O2.

    3. O2(г) = 2О(г)

    4. Складывая уравнения приведённых реакций, получаем

    O(г) + O(г) = O2.

    Эта реакция обратна реакции п. 3, следовательно, и её тепловой эффект равен по величине и обратен по знаку тепловому эффекту реакции п. 3. Таким образом, энтальпия диссоциации молекулы кислорода равна

    Eдис = –(–109 – 394) = 503 кДж/моль.

    5. Уравнения реакций:

    2NO2 + O3 = N2O5 + O2

    NO + O3 = NO2 + O2 (N2O5)

    6. Уравнение реакции:

    CN + O3 = OCN + O2

    7. Уравнения реакций:

    O3 + 2I + H2O = O2 + I2 + 2OH

    I2 + 2S2O32– = 2I + S4O62–

    Задача 9-5 (автор Лебедева О.К.)

    1→ кремний.

    1↓ кислород.

    2→ силицид.

    3↓ силан.

    4↓ кварц.

    5→ Ломоносов.

    6→ флюс.

    7→ оникс.

    8→ неон.

    к

    в

    а

    с

    к

    р

    е

    м

    н

    и

    й

    с

    и

    л

    и

    ц

    и

    д

    ф

    л

    ю

    с

    а

    л

    о

    м

    о

    н

    о

    с

    о

    в

    н

    е

    о

    н

    р

    и

    о

    к

    д

    с

    2. Si + 2Mg = Mg2Si

    Mg2Si + 4HCl = SiH4 + 2MgCl2 ( в основном)

    Si + O2 = SiO2

    3. CaCO3 – карбонат кальция, кальцит, мел, известняк, мрамор (любое)

    MgCO3 – карбонат магния, магнезит (любое)

    Na3AlF6 – криолит, гексафтороалюминат натрия (любое)

    4. Пусть взяли 100 г соли, тогда в ней приблизительно 40 г SiO2, 20 г Na2O и 40 г воды. Тогда мольное соотношение компонентов равно:

    n(SiO2) : n(Na2O) : n(H2O) = (40/60) : (20/62) : (40/18) =

    = 0,66 : 0,32 : 2,2  2 : 1 : 6,8.

    Такое соотношение соответствует составу соли
    Na
    2Si2O5·6H2O (Na2Si2O5 ·7H2O)


    Десятый класс

    Задача 10-1 (авторы Куркова Т.Н., Чибисова Н.В.)

    1. Вещество М – это Рb3(OH)2(CO3)2   или Pb(OH)2 · 2PbCO3 (или (PbOH)2CO3 или Pb2(OH)2CO3) – свинцовые белила (гидроцеруссит);

    К – Pb3O4 – сурик;

    Ч – PbS – свинцовый блеск (галенит);

    О – PbO2 – тяжелая свинцовая руда.

    2. Уравнения реакций:

            2Pb3(OH)2(CO3)2 + O2 = 2Pb3O4 + 2H2O + 4CO2↑                                        (1)

                                        красный

            Pb3(OH)2(CO3)2 + Н2S = 3PbS↓ + 4H2O + 2CO2↑                                        (2)

                                        черный

            PbS + 4H2O2  = PbSO4 + 4H2O                                                        (3)

                              белый

            PbSO4 + 6NaOH = Na4[Pb(OH)6] + Na2SO4                                           (4)        Na4[Pb(OH)6] + CS(NH2)2 = PbS↓ + Na2CO3 + H2O + 2NaOH + 2NH3↑        (5)

                                    свинцовый блеск

            3PbS + 8HNO3 = 3Pb(NO3)2 + 3S + 4H2O + 2NO↑                                        (6)

            Pb(NO3)2 + 2KI = PbI2+ 2KNO3                                                        (7)

                               желтый

            PbI2↓ + 2KI = К2[PbI4]                                                                (8)

            Pb3O4 + 4HNO3 = 2Pb(NO3)2 + PbO2 + 2H2O                                        (9)

                                            коричневый

    3. Реакция Х – образование «золотого дождя».

    4. Примеры реакций:

            1) 5PbO2 + 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H2O.

    2) PbO2 + 4HCl  = PbCl2 + Cl2↑ + 2H2O.

    Задача 10-2 (авторы Тюльков И.А., Масоуд С.М.)

    1. Каустическая, питьевая (пищевая), кальцинированная, кристаллическая

    2.

    Название

    Формула

    Современное название

    Кальцинированная сода

    Na2CO3

    Карбонат натрия

    Кристаллическая сода

    Na2CO3∙10H2O

    Декагидрат карбоната натрия

    Пищевая или питьевая сода

    NaHCO3

    Гидрокарбонат натрия

    Каустическая сода

    NaOH

    Гидроксид натрия

    3. При взаимодействии соляной кислоты с тремя содами выделяется газ. С каустической содой (NaOH) газ не может выделяться ни при каких условиях, следовательно, с выделением газа реагировали гидрокарбонат, безводный карбонат и декагидрат карбоната натрия. Рассчитаем количество вещества в каждой навеске: 0,028 моль Na2CO3, 0,036 моль NaHCO3, 0,010 моль Na2CO3∙10H2O.

    При медленном приливании раствора соляной кислоты к карбонату сначала образуется гидрокарбонат:

    Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl                                 (1)

    Для того, чтобы из раствора выделялся газ, кислоты должно быть достаточно, чтобы реагировать с получившимся гидрокарбонатом:

    NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2 + H2O                        (2)

    Рассчитаем, сколько моль CO2 выделилось в каждом опыте. Согласно уравнению Клапейрона–Менделеева,

    ,

    где ,  98,659 кПа, T = 295,15 K.

    Составим таблицу:

    № опыта

    V(газа), мл

    n(газа), моль

    1

    900

    0,036

    2

    250

    0,010

    3

    370

    0,015

    Сравним данные таблицы с рассчитанными количествами каждой соды:

    Формула

    Название

    n(соды), моль

    Na2CO3

    Кальцинированная сода

    0,028

    Na2CO3∙10H2O

    Кристаллическая сода

    0,010

    NaHCO3

    Питьевая сода

    0,036

    Можно заключить, что в первом опыте соляная кислота реагировала с раствором питьевой соды, во втором – с раствором кристаллической соды. Тогда третий опыт проводили с раствором кальцинированной соды.

    4. Расчет содержания HCl в соляной кислоте следует проводить, исходя из данных опыта 3, поскольку только в этом опыте HCl в недостатке – в противном случае в этом опыте выделилось бы 0,028 моль CO2.

    Согласно уравнению (1) потребуется 0,028 моль HCl для перевода карбоната в гидрокарбонат. Из раствора кальцинированной соды выделяется 0,015 моль CO2. Согласно уравнению (2) потребуется 0,015 моль HCl для выделения этого количества газа. Таким образом, для третьего опыта потребовалось 0,028 + 0,015 = 0,043 моль HCl.

    В 15 мл (учитывая плотность, в 15,75 г) раствора содержится 0,043 моль HCl.

    .

    Задача 10-3 (автор Панин Р. В.)

    1) Поскольку соединение А состоит из трех элементов и получается при взаимодействии оксида с хлороводородом, логично предположить, что в состав А входят неизвестный элемент, кислород и хлор. Неизвестный элемент определяется по атомной массе, котора рассчитывается из весовых соотношений. Составы соединений отвечают формуле ХpYmZn, (пусть Y – элемент, массовое содержание которого дано в условии). Тогда (Y/ZХ)А : (Y/ZХ)Б : (Y/ZХ)В : (Y/ZХ)Г = 61,4/38,6 : 51,5/48,5 : 34,7/65,3 : 30/70 = 1,59 : 1,06 : 0,53 : 0,43 = 3 : 2 : 1 : 0,81. Поскольку массовая доля Y в соединениях А, Б и В относятся как 3:2:1, то в Ф, Б и В входят 3, 2 и 1 атом Y соответственно. Предположим, что Y отвечает хлору (так как в условии фигурирует хлороводород (реакция 1)), тогда в соединении В на долю оставшейся группировки атомов приходится 65,3∙35,5:34,7 = 66,8 г/моль. Аналогично можно провести расчет для соединения А 3∙35,5∙38,6:61,4=66,95 и для соединения Б 2 ∙ 35,5 ∙ 48,5 : 51.5 = 66,8. Так как вещество Д – оксид, тогда Z – группировка атомов, в которую входит кислород и неизвестный элемент, тогда на его долю приходится 66,8 – 16 = 50,8 г/моль, что соответствует ванадию. Тогда А = VOCl3, Б = VOCl2, В = VOCl, Г = VO2Cl. Исходя из окраски и уравнения реакции Д с HCl (реакция 1) следует, что Д = V2O5.

    V2O5 + 6HCl = 2VOCl3 + 3H2O (реакция 1) (P2O5 необходим для связывания образующейся воды: P2O5 + H2O = 2HPO3)

    2VOCl3 + Zn = 2VOCl2 + ZnCl2 (реакция 2)

    V2O5 + 6HCl(конц.) = 2VOCl2 + Cl2 + 3H2O (реакция 3)

    2VOCl2 = VOCl + VOCl3 (реакция 4)

    VOCl3 + O3 = VO2Cl + O2 + Cl2 (реакция 5)

    2) На первом этапе эти соли подвергаются гидролизу с выделением гидратированного оксида ванадия (V)

    2VOCl3 + (3+n)H2O = V2O5∙nH2O + 6HCl

    2VO2Cl + (1+n)H2O = V2O5∙nH2O + 2HCl

    3) Исходя из физических свойств, VOCl3 имеет молекулярное строение (отрицательная температура плавления), молекула имеет форму искаженного тетраэдра.

    4) V2O5 получают термическим разложением ванадата аммония в токе кислорода или на воздухе 2NH4VO3 = V2O5 + 2NH3 + H2O (350ºC) (реакция 6) для предотвращения восстановления ванадия аммиаком.

    Задача 10-4 (автор Жиров А.И.)

    1.        Реакции термического разложения:

    NH4NO2 = 2H2O + N2

    NH4NO3 = 2H2O + N2O

    Каталитическое разложение N2O:

    2N2O = 2N2 + O2

    Для получения смеси азота и кислорода (20 объёмных, или мольных % кислорода, т. е. 1 объём кислорода на 4 объёма азота) нитрат и нитрит аммония надо использовать в молярном соотношении 1 : 1 или в весовом 72 : 64 (1,125 : 1).

    Стандартные энтальпии реакций разложения при 298 К:

    NH4NO2 (кр.) = N2 (г) + 2H2O (ж)

    rH298 = –285,8  2 +256,1 = –315,5 (кДж/моль).

    При разложении 1 моль нитрита аммония выделяется 315,5 кДж теплоты. Реакция экзотермическая.

    NH4NO3 (кр.) = 2H2O (ж) + N2O (г)

    rH298 = –285,8  2 + 82 + 365,4 = –124,2 (кДж/моль).

    При разложении 1 моль нитрата аммония выделяется 124,4 кДж теплоты. Реакция экзотермическая.

    2N2O (газ) = 2N2 (газ) + O2 (газ)

    rH298 = 0 + 0 – 82  2 = –164 кДж/моль.

    При разложении 2 моль N2O выделяется 164 кДж теплоты. Реакция экзотермическая.

    Объём 1 моль нитрита аммония равен 64 : 1,69 = 37,9 (см3) или 0,0379 л. Давление 1 моль азота в таком объёме при 25 С (298 К) будет равно 1  22,4  298 : 273 : 0,0379 = = 645 (атм) = 65∙103 кПа.

    Объём 1 моль нитрата аммония равен 72 : 1,72 = 41,9 (см3) или 0,0419 л. Парциальное давление азота составит 584 атм, а кислорода 292 атм.

    Объём 1 м3 при 25 С и 298 К соответствует 40,9 моль газов. Количество каждой соли, необходимое для получения такого количества газов, будет равно 40,9 : 2,5 = 16,36 (моль). Масса нитрита аммония составит 64  16,36 = 1047 (г), а нитрата аммония – 72  16,36 = 1178 (г). Общая масса равна 2225 г.

    Общее количество теплоты, выделяемое при получении 1 м3 воздушной смеси составит 16,36 (315,5 + 124,2 + 82) = 8535 (кДж).

    Все используемые реакции протекают с выделением значительных количеств теплоты, в результате реакции образуются газообразные продукты, поэтому управлять этими реакциями (контролировать их скорость) очень сложно. Кроме того, в невесомости выделение газов из расплава приведёт к образованию пены, обладающей низкой теплопроводностью.

    Задача 10-5.

    Итак, все схемы соответствуют важным промышленным процессам. Органическое соединение А при взаимодействии с простым веществом Б дает смесь четырех продуктов Г, из которых лишь один является бинарным, а также бинарное вещество В. Ответ напрашивается: это реакция хлорирования метана, и Г4 – тетрахлорметан, а В – хлористый водород. Реакция Ж + Н – по-видимому, реакция Кучерова. То есть одно из этих соединений – вода, а другое – алкин. Соединение Н образуется (наряду с М) при нагревании метана до 1500С. То есть, М – водород, а Н – ацетилен, С2Н2. Значит, Ж – вода, а Ф – уксусный альдегид, СН3СHO. Реакция Н с хлороводородом В с образованием важного мономера –винилхлорида (У).

    Вода получается при взаимодействии метана (А) с простым веществом Д. Согласно условию, из А и Д могут образоваться также вода и вещество Л, однако обычно это является нежелательным процессом. Поскольку в состав Ж входит кислород, простое вещество Д – О2, соединение Е – углекислый газ, СО2, а соединение Л – оксид углерода(II), СО. Атомные массы Д и З отличаются в 2 раза. Поскольку Д – кислород, З должен иметь атомную массу либо 8, либо 32. То есть, З – это сера. Тогда реакция А с З – реакция метана с серой. При пропускании метана над раскаленной серой образуются продукты соединения с серой как углерода (CS2), так и водорода (H2S). Это соединения И и К. Получение продуктов Г в результате взаимодействия метана с хлороводородом и кислородом позволяет избежать работы с ядовитым хлором и возвращать в реакцию выделяющийся при хлорировании хлороводород, окисляющийся кислородом в ходе процесса. Это уравнение полностью согласуется с выводами о структурах соединений, участвовавших в ранее рассмотренных реакциях.

    Мы выяснили, что Ж – вода; реакция воды с метаном дает «синтез-газ», т.е. смесь СО (соединение Л) и Н2 (М). Осталось расшифровать два уравнения. Промышленно важным процессом, в котором водород взаимодействует с простым веществом Т с образованием бинарного продукта П, является синтез аммиака. Таким образом, при взаимодействии метана, аммиака и кислорода образуются вода и соединение Р, которое содержит углерод (из метана) и азот (из аммиака), но не является бинарным соединением. То есть в его состав может входить также водород или кислород (или оба элемента). Про соединение Р известно, что оно присоединяется к уксусному альдегиду, давая аддукт, который при отщеплении воды превращается в важный мономер. Рассмотрев все эти факты, можно сделать вывод, что вещество Р – синильная кислота, HCN. Таким образом, 10 приведенных схем надо записать в виде следующих уравнений:

    4 CH4 + 10 Cl2 → 10 HCl + CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4 

    CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

    2 CH4 + S8 → 2 CS2 + 4 H2S

    4 CH4 + 10 HCl + 5 O2 → CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4 + 10 H2O

    CH4 + H2O → CO + 3 H2

    2 CH4 → C2H2 + 3 H2

    2 CH4 + 2 NH3 + 3 O2 → 2 HCN + 6 H2O

    3 H2 + N2 → 2 NH3

    C2H2 + HCl → CH2=CHCl

    C2H2 + H2O → CH3CHO


    Одиннадцатый класс

    Задача 11-1 (автор Емельянов В.А.)

     Как известно, для газовых смесей мольные доли компонентов совпадают с объемными. Зная средние молекулярные массы двух смесей, составим систему уравнений:

    0,5МА + 0,5МВ = 18∙2,

    0,25МА + 0,75МВ = 20∙2.

    Умножив второе уравнение на 2 и вычтя из него первое, получаем МВ = 44 а.е.м. Подставив это значение в любое из уравнений, вычисляем МА = 28 а.е.м.

     Для решения задачи воспользуемся числами, приведенными в таблице. В состав газа А входит 42,9 % элемента X, что составит 0,429∙28=12,012 а.е.м. и 57,1 % элемента Y, что составит 0,571∙28=15,988 а.е.м. Эти значения совпадают со значениями атомных масс углерода и кислорода. Проверим свою догадку на соединении Б: 0,273∙44= 12,012 а.е.м., 0,727∙44=31,988. Разница лишь в том, что в состав Б входят 2 атома кислорода. Теперь посчитаем состав В. Пусть его формула СnOm, тогда 12n : MB = 0,529, 16m : MB = 0,471, откуда 12n : 16m=0,529 : 0,471 или n : m = 1,50. Состав В – С1,5О и простейшая формула С3О2.

    Итак, X – углерод, Y – кислород, А – СО, Б – СО2, В – С3О2 (недооксид углерода).

     Уравнения описанных в задаче реакций:

    1) 2СО + О2 → 2СО2;

    2) С3О2 + 2О2 → 3СО2;

    3) СО2 + Н2О  Н2СО3;

    4) С3О2 + 2Н2О → Н4С3О4 (НООС-СН2-СООН (малоновая кислота))[4];

    5) СО + Н2О  Н2 + СО2;

    6) СО2 + NaОH → NaНСО3 или СО2 + 2NaОH = Na2СО3 + Н2О;

    7) С3О2 + NaОH + Н2О → NaН3С3О4 или С3О2 + 2NaОH = Na2H2С3О4 

    8) СО2 + 2NH3 → NH2COONH4;

    9) С3О2 + 2NH3 → CH2(CONH2)2;

    10) СО + NaОH  НСОONa;

    11) СО + NH3  Н2O + HСN;

    12) СО2 + NH3  CO(NH2)2.

     O=С=C=C=O – недооксид углерода, пропадиен-1,3-дион.

    Задача 11-2.

    См.  решение задачи 10-3.

    Задача 11-3.

    См. решение задачи 10-4.

    Задача 11-4 (автор Ильин М.А.)

    Промышленным методом получения ацетилена (схема получения полимера I) является кратковременное нагревание метана до высокой температуры (~1600 С). При взаимодействии ацетилена с газообразным сухим хлороводородом происходит электрофильное присоединение по тройной связи и образуется винилхлорид (продукт А), который является мономером для получения известного полимера – поливинилхлорида (полимер I, ПВХ):

    Рассмотрим схему получения полимера II. При взаимодействии бензола с этиленом в присутствии кислоты Льюиса (в данном случае – AlCl3) образуется этилбензол (Б). Заметим, что молекулярные формулы этилбензола (С8Н10) и продукта В (C8H8) различаются на два атома водорода, следовательно, при нагревании паров этилбензола до 600 С над железохромовом катализатором происходит дегидрирование и образуется стирол (винилбензол, В). В присутствии органических пероксидов (например, пероксида бензоила) происходит радикальная полимеризация стирола, приводящая к полистиролу (полимер II, ПС):

    Основным продуктом жидкофазного каталитического окисления параксилола кислородом (верхняя часть схемы получения полимера III) является терефталевая кислота (Г, С8Н6О4):

    При окислении этилена кислородом в присутствии катализатора (серебро, нанесенное на корундовый носитель) образуется этиленоксид (продукт Д), последующая гидратация которого приводит к образованию простейшего двухатомного спирта – этиленгликоля (Е):

    Нагреванием этиленгликоля и терефталевой кислоты получают полимер III – полиэтилентерефталат (ПЭТ). Сейчас этот полимер широко используется для производства небьющихся пластиковых бутылок, а волокно, формируемое на основе этого полимера называется лавсан (сокращенное от "Лаборатория высокомолекулярных соединений Академии наук СССР").

    При гидратации этилена образуется этиловый спирт (Ж), который на смешанном оксидном катализаторе при нагревании претерпевает одновременно дегидрирование и дегидратацию – это один из способов получения бутадиена1,3 (по Лебедеву) (З). Полученный диен в результате каталитической полимеризации (под действием металлического натрия) превращается в каучук (бутадиеновый, или натрийбутадиеновый, каучук), полимер IV:

    .

    При нагревании смеси каучука с серой его макромолекулы сшиваются между собой мостиковыми атомами серы, этот процесс называют вулканизацией. При вулканизации каучука в зависимости от содержания серы получают резину или эбонит (полимер V, любое из названий считается полным верным ответом).

    Образование макромолекул полимеров из мономеров возможно при протекании двух различных процессов – полимеризации и поликонденсации. Если при полимеризации превращение мономера в полимер происходит без выделения каких-либо соединений, то реакция поликонденсации сопровождается выделением низкомолекулярных продуктов – воды, аммиака, хлороводорода и т. д. Единственный полимер среди IIV, который при образовании из мономеров дает низкомолекулярный продукт (вода), – полиэтилентерефталат.

    Задача 11-5 (автор Ливанцова Л.И.)

    1. Рассчитаем количество кислорода в каждом соединении. В А оно равно 26,23%, в В – 15,09%, в С – 14,81%. Теперь мы можем рассчитать простейшую формулу каждого соединения. Для А она С7Н6О2, для В – С7Н6О, для С – С7Н8О. Высокое отношение Н:С предполагает, что все эти соединения – производные бензола. Это согласуется и с тем, что А не вступает в реакцию каталитического гидрирования при с.у. и не обесцвечивает бромную воду. Тогда А – бензойная кислота. Она действительно не окисляется хромовой кислотой и многими другими окислителями. При ее восстановлении образуется бензиловый спирт С 7Н8О). Соединение В, также восстанавливающееся до бензилового спирта, - бензальдегид.

    2. Для восстановления бензойной кислоты в бензиловый спирт можно использовать алюмогидрид лития LiAlH4, боран (B2H6 или RR’BH). Бензальдегид можно восстановить до бензилового спирта действием боргидрида натрия NaBH4, алюмогидрида лития, борана, каталитическим гидрированием, натрием или литием в спирте, изопропоксидом алюминия, а также некоторыми другими реагентами.

    3. Смесь содержит x моль С6H5COOH, 2x моль С6H5CHO и x моль С6H5CH2OH. С учетом молекулярных масс этих соединений получаем x = 88,4/427 = 0,2 моль. То есть исходная смесь содержала 0,2 моль бензойной кислоты, 0,2 моль бензилового спирта и 0,4 моль бензальдегида. При нагревании исходной смеси с концентрированным раствором щелочи протекают следующие реакции:

           

    Таким образом, после окончания реакции смесь будет содержать бензиловый спирт (0,4 моль), бензоат калия (0,4 моль) и оставшийся в избытке гидроксид калия. Смесь разделили на две части (в каждой по 0,2 моль бензилового спирта и бензоата калия).

            1-й раствор. При нагревании этой смеси с избытком перманганата калия бензиловый спирт окисляется в бензоат калия, перманганат калия в щелочной среде восстанавливается до манганата.

    В результате образовавшаяся смесь содержит единственный органический продукт: бензоат калия (0,4 моль). После подкисления получаем 0,4 моль бензойной кислоты.

            2-й раствор. Раствор подкислили, при этом бензоат калия превратился в бензойную кислоту, а бензиловый спирт не реагирует. При нагревании с каталитическим количеством серной кислоты спирт взаимодействует с бензойной кислотой с образованием сложного эфира.

    Таким образом, второй раствор содержит 0,2 моль бензилбензоата.

    Девятый класс

    (автор Саморукова О.Л.)

    Раствор соли

    KCl

    Na2CO3

    BaCl2

    MgSO4

    AgNO3

    KCl

    Na2CO3

    BaCl2

    MgSO4

    ↓ помутнение

    AgNO3

    ↓ помутнение

    Раствор соли

    KCl

    Na2CO3

    BaCl2

    MgSO4

    AgNO3

    KCl

    1

    Na2CO3

    2

    4

    3

    BaCl2

    2

    5

    6

    MgSO4

    4

    5

    7

    AgNO3

    1

    3

    6

    7

    KCl + AgNO3 = AgCl↓ + KNO3

    Na2CO3 + BaCl2 = BaCO3↓ + 2NaCl

    Na2CO3 + 2AgNO3 = Ag2CO3↓ + 2NaNO3 

    Na2CO3 + MgSO4 = MgCO3 ↓+ 2Na2SO4 (правильным также считать образование осадка Mg2(OH)2CO3)

    BaCl2 + MgSO4 = BaSO4↓ + MgCl2 

    BaCl2 + 2AgNO3 = 2AgCl↓ + Ba(NO3)2 

    MgSO4 +2AgNO3 = Ag2SO4↓ + Mg(NO3)2


    Десятый класс

    (автор Саморукова О.Л.)

    В-во

    Реагент

    Na2SO4

    BaCl2

    MnSO4

    ZnSO4

    Al2(SO4)3

    Pb(NO3)2

    NH3∙H2O

    ↓ буреет

    ↓ р-ся в изб.

    NaOH

    ↓ буреет

    ↓ р-ся в изб.

    ↓ р-ся в изб.

    ↓ р-ся в изб.

    H2SO4

    ↓ р-ся в NaOH

    В-во

    Реагент

    Na2SO4

    BaCl2

    MnSO4

    ZnSO4

    Al2(SO4)3

    Pb(NO3)2

    NH3∙H2O

    2, 3

    5, 6

    9

    12

    NaOH

    4, 3

    7, 8

    10, 11

    13, 14

    H2SO4

    1

    15, 16

    BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HCl

    MnSO4 + 2NH3∙H2O = Mn(OH)2↓ + (NH4)2SO4

    Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2 ↓ или Mn(OH)2 + O2 = 2MnO2↓ + 2 H2O

    MnSO4 + 2NaOH = Mn(OH)2↓ + Na2SO4

    ZnSO4 + 2NH3∙H2O = Zn(OH) 2↓ + (NH4)2SO4

    Zn(OH) 2↓ + 4NH3∙H2O = [Zn(NH3)4](OH)2 + 4H2O

    ZnSO4 + 2NaOH = Zn(OH) 2↓ + Na2SO4

    Zn(OH) 2↓ + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]

    Al2(SO4)3 + 6NH3∙H2O = 2Al(OH)3↓+ 3(NH4)2SO4

    Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3↓ + (NH4)2SO4

    Al(OH)3↓ + NaOH + 2H2O = Na[Al(OH)4(H2O)2] или Al(OH)3↓ + 3NaOH = Na3[Al(OH)6] или Al(OH)3↓ + NaOH + = Na[Al(OH)4]

    Pb(NO3)2 +2NH3∙H2O = Pb(OH)2↓ +2NH4NO3

    Pb(NO3)2 +2NaOH = Pb(OH)2↓ +2NH4NO3

    Pb(OH)2↓ + 2NaOH = Na2[Pb(OH)4]

    Pb(NO3)2 + H2SO4 = PbSO4↓ + 2HNO3

    PbSO4 + 4NaOH = Na2[Pb(OH)4] + Na2SO4


    Одиннадцатый класс

    (автор Саморукова О.Л.)

    Ион

    Реагент

    Ag+

    Zn2+

    Al3+

    Pb2+

    Ba2+

    Mn2+

    NH4+

    HCl

    ↓ р-ся в NH3∙H2O

    ↓ р-ся в гор. воде

    H2SO4

    ↓ помут-нение

    ↓ р-ся в NaOH

    NaOH

    ↓ р-ся в изб.

    ↓ р-ся в изб.

    ↓ р-ся в изб.

    ↓ буреет

    ↑ нагревание

    NH3∙H2O

    ↓ р-ся в изб.

    ↓ р-ся в изб.

    ↓ буреет

    Ион

    Реагент

    Ag+

    Zn2+

    Al3+

    Pb2+

    Ba2+

    Mn2+

    NH4+

    HCl

    1, 2

    14

    H2SO4

    3

    15, 16

    20

    NaOH

    4

    7, 8

    11, 12

    17, 18

    21, 22

    24

    NH3∙H2O

    5, 6

    9, 10

    13

    19

    22, 23

    Ag+ + Cl- = AgCl↓

    AgCl↓ +2NH3∙H2O = [Ag(NH3)2]+ + Cl + 2H2O

    2Ag+ + SO42- = Ag2SO4

    2Ag+ + 2OH- = Ag2O↓ + H2O

    2Ag+ +2NH3∙H2O = Ag2O↓ + 2NH4+ + H2O

    Ag2O↓ + 4NH3∙H2O = 2[Ag(NH3)2]+ + 2OH + 3H2O

    Zn2+ + 2OH = Zn(OH)2

    Zn(OH)2↓ + 2OH = Zn(OH)42–

    Zn2+ + 2NH3∙H2O = Zn(OH)2↓ + 2NH4+

    Zn(OH)2↓ + 4NH3∙H2O = [Zn(NH3)4]2+ + 2OH + 4H2O

    Al3+ + 3OH = Al(OH)3

    Al(OH)3↓ + OH + 2H2O = [Al(OH)4(H2O)2] – или

    Al(OH)3↓ + 3OH = [Al(OH)6]3– или

    Al(OH)3↓ + OH = [Al(OH)4] –

    Al3+ + 3NH3∙H2O = Al(OH)3↓+ 3NH4+

    Pb2+ + 2Cl = PbCl2

    Pb2+ + SO4 2– = PbSO4

    PbSO4↓ + 4OH = [Pb(OH)4]2– + SO42–

    Pb2+ +2OH = Pb(OH)2

    Pb(OH)2↓ + 2OH = Pb(OH)42–

    Pb2+ + 2 NH3∙H2O = Pb(OH)2↓ + 2NH4+

    Ba2+ + SO42- = BaSO4

    Mn2+ + 2OH = Mn(OH)2

    Mn2+ + 2NH3∙H2O = Mn(OH)2↓ + NH4+

    Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2↓ или Mn(OH)2 + O2 = 2MnO2↓ + 2H2O

    NH4+ + OH- = NH3↑ + H2O

    Девятый класс

    Задача 9-1.

    Три вещества и их названия                                                3 × 1 = 3 балла.

    Четыре соединения, названия                                                4 × 1 = 4 балла.

    Типы связей                                                                        4 × 1 = 4 балла.

    Фрагмент                                                                                 1 балл.

    Формула изомера                                                                        1 балл.

    Название                                                                                        1 балл.

    Строение фрагментов                                                                2 × 1 = 2 балла.

    4 реакции                                                                        4 × 1 = 4 балла.

    Всего:                                                                                        20 баллов.

    Задача 9-2.

    Догадка про формулы солей: 2 соли                                                2 × 1 = 2 балла.

    Реакция с хлоридом кальция                                                                2 балла.

    Расчет мольного содержания соли в растворе
    (карбонат калия и карбонат натрия)                                                2 × 2 = 4 балла.

    Выбор в пользу гидрата натрия                                                                2 балла.

    Определение состава моногидрата                                                        2 балла.

    Определение состава декагидрата                                                        2 балла.

    Два примера использования                                                        2 × 1 = 2 балла.

    Две реакции взаимодействия с кислотами
    и условия проведения каждого процесса                                        2 × 2 = 4 балла.

    Всего                                                                                        20 баллов.

    Задача 9-3.

    Четыре уравнения реакций                                                        4 × 1 = 4 балла.

    Четыре тепловых эффекта                                                        4 × 1 = 4 балла.

    Четыре удельных тепловых эффекта                                                4 × 1 = 4 балла.

    За правильный порядок по теплотворной способности                                2 балла.

    Четыре удельных тепловых эффекта,
    отнесённых к средней молярной массе                                                4 × 1 = 4 балла.

    За правильный порядок по эффективности тяги                                        2 балла.

    Всего                                                                                        20 баллов.

    Задача 9-4.

    Три ошибки                                                                        3 × 1 = 3 балла.

    За указание не более двух разумных причин                                        2 × 1 = 2 балла.

    Уравнение         реакции                                                                        2 балла.

    Расчёт теплового эффекта                                                                3 балла.

    Два уравнения реакции                                                                2 × 2 = 4 балла.

    Уравнение         реакции                                                                        2 балла.

    Два уравнения реакции                                                                2 × 2 = 4 балла.

    Всего                                                                                        20 баллов.

    Задача 9-5.

    Девять слов в кроссворде                                                                9×1 = 9 баллов.

    Три уравнения реакций                                                                3×1 = 3 балла.

    Формула и название (одно любое)                                                                2 балла.

    Установление формулы жидкого стекла                                                6 баллов.

    (6 и 7 молекул воды оцениваются одинаково)

    Всего                                                                                        20 баллов.


    Десятый класс

    Задача 10-1.

    Вещества М, К, Ч, О и названия                                                4 × 1 = 4 балла.

    Уравнения реакций 1, 5, 6, 9                                                4 × 2 = 8 баллов.

    Уравнения реакций 2, 3, 4, 7, 8                                                5 × 1 = 5 баллов.

    Реакция Х                                                                                1 балл.

    Доказательство окислителя                                                         2 × 1 = 2 балла.

    Всего                                                                                        20 баллов.

    Задача 10-2.

    За названия четырех «сод»                                                        4 × 1 = 4 балла

    За сопоставление каждой соды ее формуле
    и современному названию                                                        4 × 1 = 4 балла

    Расчет количества вещества трех «сод»                                         3 × 1 = 3 балла

    Расчет количества вещества CO2                                                        1 балл

    За обоснование на основании расчетов
    гидрокарбоната и декагидрата                                                         2 × 2 = 4 балла

    За нахождение концентрации HCl                                                         4 балла

    Всего                                                                                        20 баллов

    Задача 10-3.

    Соединения А, Б, В, Г и Х                                                5 × 2 = 10 баллов.

    5 реакций                                                                        5 × 1 = 5 баллов.

    Две реакции                                                                2 × 2 = 2 балла.

    Строение                                                                                1 балл.

    Реакция                                                                                1 балл.

    Условия                                                                                1 балл.

    Всего                                                                                        20 баллов.

    Задача 10-4.

    Три уравнения реакций                                                                3 × 1 = 3 балла.

    За расчёт правильного соотношения                                                        2 балла.

    За расчёт тепловых эффектов                                                        3 × 1 = 3 балла.

    За расчёт давления (для двух солей)                                                2 × 2 = 4 балла.

    За расчёт массы двух солей                                                        2 × 2 = 4 балла.

    За расчёт количества теплоты                                                                2 балла.

    За указание не более двух разумных причин                                        2 × 1 = 2 балла.

    Всего                                                                                        20 баллов.

    Задача 10-5.

    10 уравнений                                                                        10 × 2 = 20 баллов.

    Всего                                                                                        20 баллов


    Одиннадцатый класс

    Задача 11-1.

    Расчет молекулярной массы                                                        1 балл.

    Элементы X и Y и состав соединений А–В                                5 × 1 = 5 баллов.

    Уравнения реакций                                                        12 × 1 = 12 баллов.

    Структура и название                                                        2 × 1 = 2 балла.

    Всего                                                                                        20 баллов.

    Задача 11-2.

    Соединения А, Б, В, Г и Х                                                        5 × 2 = 10 баллов.

    5 реакций                                                                                5 × 1 =5 баллов.

    Две реакции                                                                        2 × 2 = 2 балла.

    Строение                                                                                        1 балл.

    Реакция                                                                                        1 балл.

    Условия                                                                                        1 балл.

    Всего                                                                                                 20 баллов.

    Задача 11-3.

    Три уравнения реакций                                                                3 × 1 = 3 балла.

    За расчёт правильного соотношения                                                        2 балла.

    За расчёт тепловых эффектов                                                        3 × 1 = 3 балла.

    За расчёт давления (для двух солей)                                                2 × 2 = 4 балла.

    За расчёт массы двух солей                                                        2 × 2 = 4 балла.

    За расчёт количества теплоты                                                                2 балла.

    За указание не более двух разумных причин                                        2 × 1 = 2 балла.

    Всего                                                                                                20 баллов.

    Задача 11-4.

    Структурные формулы промежуточных продуктов А – З
    и элементарных звеньев полимеров IIV                                12 ´ 1 = 12 баллов.

    Расшифровка аббревиатур названий полимеров IIII, расшифровка названия «лавсан», названия полимеров IV и V, название «вулканизация», указание полимера, полученного при поликонденсации                                                                        8 баллов

    Всего                                                                                        20 баллов.

    Задача 11-5.

    Структурные формулы веществ А–С                                        3 ´ 3 = 9 баллов.

    Два примера восстановителей                                                2 ´ 1 = 2 балла.

    Пять уравнений                                                                5 ´ 1 = 5 баллов

    Два численных ответа                                                        2 ´ 2 = 4 балла.

    Всего                                                                                        20 баллов

    Девятый класс

    За открытие солей                                                5 ´ 2 = 10 баллов.

    За написание реакций                                        7 ´ 2 = 14 баллов.

    За оформление таблицы                                                1 балл.

    Итого:                                                                        25 балов.

    Десятый класс

    За открытие солей                                                6 ´ 2,5 = 15 баллов.

    За написание реакций                                        16 ´ 0,5 = 8 баллов.

    За оформление таблицы                                                2 балла.

    Итого:                                                                        25 балов.

    Одиннадцатый класс

    За открытие катионов                                        7 ´ 1,5 = 10,5 баллов.

    За написание реакций                                        24 ´ 0,5 = 12 баллов.

    За оформление таблицы                                                2,5 балла.

    Итого:                                                                        25 балов.

    Приложения

    Приложение 1.

    Список оборудования и реактивов для экспериментального тура в расчете на одного человека

    9 класс

    Растворы: 0,1M KCl, 0,1M Na2CO3, 0,1M BaCl2, 0,1M MgSO4, 0,1M AgNO3 по 50 мл каждого.

    Оборудование: штатив с пробирками (10-12 шт.), 5 пипеток.[5]

    10 класс

    Растворы: 0,1M Na2SO4, 0,1M BaCl2, 0,1M MnSO4, 0,1M ZnSO4, 0,1M Al2(SO4)3, 0,1M Pb(NO3)2 по 50 мл каждого;

    2M NH3∙H2O, 2M NaOH, 1M H2SO4 по 30 мл каждого. Раствор NaOH должен быть свежеприготовленным и закрыт пробкой с хлоркальциевой трубкой.

    Оборудование: штатив с пробирками (10-12), 9 пипеток, 3 склянки с реактивами[6].

    11 класс

    Растворы: 0,1M растворы растворимых в воде солей, содержащих следующие катионы: Ag+, Zn2+, Al3+, Pb2+, Ba2+, Mn2+, NH4+ по 50 мл каждого.

    2M HCl, 1M H2SO4, 2M NaOH, 2M NH3∙H2O по 30 мл каждого. Раствор NaOH должен быть свежеприготовленным и закрыт пробкой с хлоркальциевой трубкой.

    Оборудование: штатив с 10-12 пробирками, 5 пипеток, 4 склянки с реактивами, горелка или водяная баня на 5-10 человек, 1 держатель для пробирок[7].

    Приложение 2 (форма протокола, утвержденного Рособразованием в 2009 г. может отличаться)

    ПРОТОКОЛ

    РАБОТЫ ЖЮРИ ПО ИТОГАМ ПРОВЕДЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНОГО ЭТАПА ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ

    Число участников ___________________________________________________

    Место проведения ____________________________________________________

    (субъект РФ, город)

    Дата и время _________________________________________________________

    Присутствовали члены жюри: (список членов жюри с указанием ФИО полностью, занимаемой должности, ученого звания)

    Повестка дня:

    Утверждение рейтинга участников регионального этапа олимпиады (по __ место включительно).

    Утверждение списка победителей и призеров регионального этапа олимпиады.

    Утверждение списка команды от субъекта РФ на IV этап олимпиады.

    Слушали:

    Постановили:

    Утвердить рейтинг участников регионального этапа олимпиады (по __ место включительно).

    Утвердить список победителей и призеров регионального этапа олимпиады.

    Утвердить список команды от субъекта РФ на IV этап олимпиады.


    ПРОТОКОЛ

    РАБОТЫ ЖЮРИ ПО ИТОГАМ ПРОВЕДЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНОГО ЭТАПА ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ

    (окончание)

    Рейтинг участников олимпиады регионального этапа олимпиады

    № п/п

    Шифр участника

    ФИО участника

    Город (село, поселок), субъект РФ

    Образовательное учреждение (полное название в соответствии с Уставом)

    Класс (в случае, если участник выступает за более старший класс, дополнительно указать: обучается в __ классе)

    ФИО лиц, подготовивших участника олимпиады

    Число баллов

    Особые замечания членов жюри по итогам олимпиады:

    __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Результаты (победителей и призеров)

    № п/п

    Шифр участника

    ФИО участника

    Город (село, поселок), субъект РФ

    Образовательное учреждение (полное название в соответствии с Уставом)

    Класс (в случае, если участник выступает за более старший класс, дополнительно указать: обучается в __ классе)

    ФИО лиц, подготовивших участника олимпиады

    Число баллов

    Место

    Подписи:

    Председатель жюри

    Секретарь жюри

    Члены жюри


    Приложение 3 (форма ведомости, утвержденной Рособразованием в 2009 г. может отличаться)

    ВЕДОМОСТЬ

    ПРОВЕРКИ РАБОТ УЧАСТНИКОВ РЕГИОНАЛЬНОГО ЭТАПА ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ

    Место проведения ____________________________________________________

    (субъект РФ, город)

    Дата и время вскрытия пакета зданий _________________________________________________________

    Присутствуют члены жюри: (список членов жюри с указанием ФИО полностью, занимаемой должности, ученого звания)

    РЕЗУЛЬТАТЫ

    № п/п

    Шифр участника

    ФИО участника

    Город (село, поселок), субъект РФ

    Образовательное учреждение (полное название в соответствии с Уставом)

    Класс (в случае, если участник выступает за более старший класс, дополнительно указать: обучается в __ классе)

    ФИО лиц, подготовивших участника олимпиады

    1

    2

    3

    4

    5

    Эксп.

    сумма

    Особые замечания членов жюри по итогам олимпиады:

    __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Подписи:

    Председатель жюри

    Секретарь жюри

    Члены жюри

    Приложение 4.

    Оценочный лист членов жюри

    Глубокоуважаемый коллега!

    Оцените, пожалуйста, условия и решения заданий, разработанных ЦМК по химии, по пятибалльной системе (1 – минимум, 5 – максимум) по предлагаемому плану:

    9-1

    9-2

    9-3

    9-4

    9-5

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    10-1

    10-2

    10-3

    10-4

    10-5

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    11-1

    11-2

    11-3

    11-4

    11-5

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    Ваши рекомендации (замечания, предложения) по задачам Всероссийской олимпиады школьников по химии:

    ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Спасибо!

    Укажите, пожалуйста, субъект РФ _______________________________ откуда Вы.


    Приложение 5.

    Оценочный лист участника олимпиады

    Глубокоуважаемый участник олимпиады!

    Оцените, пожалуйста, условия и решения заданий олимпиады по пятибалльной системе (1 – минимум, 5 – максимум) по предлагаемому плану:

    9-1

    9-2

    9-3

    9-4

    9-5

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    10-1

    10-2

    10-3

    10-4

    10-5

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    11-1

    11-2

    11-3

    11-4

    11-5

    Сложность задачи

    Интересность задачи

    Понятность условия

    Понятность решения

    Ваши рекомендации (замечания, предложения) по задачам Всероссийской олимпиады школьников по химии:

    ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Спасибо!

    Укажите, пожалуйста, свой класс__________ и субъект РФ _______________________________, откуда Вы.


    Приложение 6

    Анкета члена жюри (наставника, учителя)

    Глубокоуважаемый коллега!

    Просим ответить на несколько вопросов. Ваши ответы помогут нам планировать нашу работу по олимпиаде.

    1) Каковы, по-вашему, цели олимпиады? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    2) Как Вы готовите школьников к олимпиаде? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    3) Чего Вы ожидаете от участия ваших подопечных в олимпиаде? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4) Что бы вы пожелали участникам олимпиады следующего года? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    5) Что необходимо изменить в олимпиаде (как в организационном, так и в содержательном плане)? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    6) Сформулируйте не менее 4-5 требований к олимпиадной задаче. Чем, по вашему мнению, она отличается от задачи повышенного уровня сложности? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    7) Проводится ли в Вашем регионе экспериментальный тур на этапах, указанных ниже?

    Школьном:

    Да

    Нет

    Муниципальном:

    Да

    Нет

    Региональном:

    Да

    Нет

    8) Укажите основные слагаемые (один или несколько) успешного выступления школьников на олимпиаде различного уровня:

    __________________________________________________________________________

    __________________________________________________________________________

    __________________________________________________________________________

    __________________________________________________________________________

    __________________________________________________________________________

    9) Необходима ли примерная программа содержания Всероссийской химической олимпиады при подготовке к олимпиадам различного уровня?

    Да                                                Нет

    10) По каким учебникам по химии Вы работаете в

    8 классе _______________________________________________________

    9 классе _______________________________________________________

    10 классе ______________________________________________________

    11 классе ______________________________________________________

    11) Закончите следующее предложение

    Олимпиада для меня … ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Спасибо за ответы!

    Укажите, пожалуйста, субъект РФ _______________________________, откуда Вы.


    Приложение 7

    Анкета участника олимпиады

    Что бы вы пожелали участникам олимпиады следующих лет ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Закончите следующее предложение

    Олимпиада для меня … ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Спасибо за ответы!

    Укажите, пожалуйста, свой класс__________ и субъект РФ _______________________________, откуда Вы.


    [1] Приказ №286 Минобрнауки России «Об утверждении Положения о Всероссийской олимпиаде школьников» от 22 октября 2007 г.

    [2] Лунин В.В., Архангельская О.В., Тюльков И.А. Всероссийская олимпиада школьников по химии/Научный редактор Э.М.Никитаин. – М.: АПКиППКРО, 2005. – 128 с.

    [3] Тюльков И.А., Архангельская О.В. Методические основы подготовки к олимпиадам по химии. – М.: Первое сентября. Химия, №18, 2008. С.8-17.

    [4] Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии, книга I. М., 1969, с. 201

    [5] Пять пробирок в штативе заполнены на 2/3 исследуемыми растворами.

    [6] Шесть пробирок в штативе заполнены на 2/3 исследуемыми растворами.

    [7] Две пробирки в штативе заполнены на 2/3 исследуемыми растворами.



    Предварительный просмотр:

    Девятый класс

    Задача 9-1

    «Когда в густой крепкой купоросной водке, с которой четыре доли воды смешано, влитую в узкогорлую стклянку, положены будут железные опилки, тогда выходящий пар от свечного пламени загорается… Иногда случается, что загоревшийся пар стклянку с великим треском разрывает» (М. В. Ломоносов, Полное собрание сочинений, – М.: 1953, т. 1, стр. 474).

    Вопросы:

    1. Определите массовую долю (%) растворённого вещества в разбавленной «купоросной водке», если исходная массовая доля в «крепкой купоросной водке» составляла 98 %, а доли воды при разбавлении были взяты по массе.
    2. Напишите уравнения реакций железа с раствором «купоросной водки» и горения «выходящего пара».
    3. Напишите 3 уравнения реакций, которые могут протекать при взаимодействии железных опилок с раствором «купоросной водки» в зависимости от ее концентрации.
    4. Определите соотношение объёмов разбавленного раствора «купоросной водки» (плотность 1,2 г/см3) и «выходящего пара» при нормальных условиях, если принять протекание химических процессов количественными.

    Задача 9-2

    Ниже представлена таблица, описывающая взаимодействие растворов бинарных солей калия и элементов X1, X2, X3 и X4, расположенных в одной группе периодической таблицы, с растворами нитратов серебра, свинца и ртути.

    AgNO3

    Pb(NO3)2

    Hg(NO3)2

    KX1

    ↓жёлтый осадок

    ↓жёлтый осадок

    ↓красно-оранжевый осадок

    KX2

    ↓белый осадок

    ↓белый осадок

    изменений нет

    KX3

    изменений нет

    ↓белый осадок

    изменений нет

    KX4

    ↓светло-жёлтый осадок

    ↓светло-жёлтый осадок

    ↓белый осадок

    Вопросы:

    1. Определите соли элементов X1, X2, X3 и X4.
    2. Напишите уравнения взаимодействия бинарных солей элементов X1, X2, X3 и X4 с нитратами серебра, свинца и ртути. В уравнениях обязательно укажите вещество, выпадающее в осадок.
    3. Напишите уравнения взаимодействия твёрдых бинарных солей калия элементов X1, X2, X3 и X4 с концентрированной серной кислотой.
    4. При взаимодействии смеси сухих солей LiX2, NaX2 и KX2 массой 5,85 г с концентрированной серной кислотой образовалось 12,0 г гидросульфатов. Определите объём (при 30 °С и 130 кПа) газа, который может выделится.

    Задача 9-3

    Элемент Х образует большое количество кислородсодержащих кислот. Примерами этих кислот являются неорганические кислоты 14, причём все они имеют разную основность. В состав молекул кислот 13 входит по три атома водорода, а число атомов кислорода в ряду кислот 13 увеличивается на единицу.

    Ниже приведены данные о содержании водорода и элемента Х в кислотах 3 и 4.

    Кислота

    Содержание элементов (% по массе)

    H

    X

    3

    3,09

    31,6

    4

    2,27

    34,8

    Вопросы:

    1. Назовите элемент Х. Напишите уравнение реакции промышленного получения простого вещества, образованного элементом Х.

    2. О каких кислотах 14 идёт речь в условии задачи? Заполните таблицу:

    Кислота

    Формула кислоты

    Название

    Основность

    Степень окисления Х в кислоте

    молекулярная

    графическая

    (структурная)

    1

    2

    3

    4

    3. Напишите уравнения химических реакций каждой из кислот 14 с раствором гидроксида натрия с образованием средних солей.

    4. Кислоты 1 и 2 в окислительно-восстановительных реакциях выступают в роли восстановителей. Приведите уравнения химических реакций этих кислот с раствором перманганата калия, подкисленным серной кислотой.

    5. Напишите уравнения реакций (с указанием условий их проведения), с помощью которых из простого вещества, образованного элементом Х, можно получить кислоты 3 и 4.

    Задача 9-4

    Газ Х находит широкое применение в медицине, в том числе в качестве компонента смеси для анестезии. Газ Y применяется в медицине как наркоз. Оба газа образуют взрывчатые смеси с водородом (реакции 1а и 1б). Тлеющая лучинка вспыхивает при внесении в них. Отличить X от Y можно смешением равных объёмов анализируемых газов с оксидом азота (II). Смесь газа X с оксидом азота (II) окрашивается в оранжево-красный (бурый) цвет (реакция 2). Для медицинской практики важна чистота препарата. Для установления отсутствия примеси A газ X пропускают через водный раствор нитрата диамминсеребра. В случае наличия примеси A раствор чернеет (реакция 3). Про вещество A известно, что оно не имеет запаха и легче X. Для проверки наличия примеси B газ X пропускают через насыщенный раствор гидроксида бария (реакция 4). Смесь газов B и Х не имеет запаха. Для количественного определения содержания X газ медленно пропускают через раствор, содержащий хлорид аммония и аммиак, туда же помещают взвешенный кусочек медной проволоки. В результате образуется ярко-синий раствор (реакция 5).

    Вопросы.

    1. Определите X и Y; ответ обоснуйте. Назовите эти вещества. Изобразите формулы, передающие их строение.
    2. Какие примеси A и B должны отсутствовать в медицинском препарате? Назовите эти вещества. Охарактеризуйте окислительно-восстановительные свойства A. Напишите уравнения упомянутых в тексте реакций 1–5.
    3. Напишите уравнения реакций X с белым фосфором и PtF6 (реакции 6, 7). Напишите уравнение реакции Y с белым фосфором и перманганатом калия в кислой среде (реакции 8, 9).
    4. Напишите по одному способу получения препаратов X и Y. Какие примеси могут содержать препараты, полученные предложенным Вами способом?

    Задача 9-5

    Кое-что о гемоглобине

    Гемоглобин – основной белок дыхательного цикла, который переносит кислород от органов дыхания к тканям и углекислый газ от тканей к органам дыхания. Гемоглобин содержится в крови человека, позвоночных и некоторых беспозвоночных животных. Нарушения строения гемоглобина вызывают заболевания крови – анемии.

    1. Молярную массу гемоглобина определяли с помощью измерения осмотического давления его раствора. Было установлено, что раствор 20 г гемоглобина в 1 л воды имеет осмотическое давление 7,52·10–3 атм при 25 °C. Рассчитайте молярную массу гемоглобина.

    2. Для определения теплового эффекта реакции связывания кислорода с гемоглобином 100 мл водного раствора, содержащего 5,00 г дезоксигенированного гемоглобина, насыщали кислородом в теплоизолированном сосуде. После полного насыщения гемоглобина кислородом температура раствора изменилась на 0,031 °C. Повысилась или понизилась температура раствора? Объясните ваш ответ.

    3. Рассчитайте тепловой эффект реакции на моль кислорода, учитывая, что 1 моль гемоглобина способен присоединить 4 моль кислорода. Теплоёмкость раствора Cp = 4,18 Дж·К–1·мл–1.

    Для справки. Осмотическое давление π раствора связано с его молярной концентрацией с уравнением: .


    Десятый класс

    Задача 10-1

    Являющийся основой всего живого элемент углерод по распространённости в земной коре (0,087 масс. %) занимает 13 место среди элементов Периодической Системы. В природе углерод представлен двумя стабильными изотопами 12С и 13С и одним радиоактивным 14С, образующимся в верхних слоях атмосферы под действием нейтронов космического излучения на изотоп 14N. Радиоактивный изотоп 14С (его содержание 10–12 % от общей массы углерода) является β-излучателем с периодом полураспада 5700 лет.

    Углерод в форме простого вещества известен ещё с доисторических времён. Очень рано люди познакомились с такими его ископаемыми минералами, как исключительно твёрдый А и горючий Б. С момента овладения огнём человечество узнало о тончайшем чёрном порошке В (до сих пор использующемся в качестве пигмента), а также об остающихся на кострище чёрных кусочках Г, которые, однако, сгорают при повторном разведении костра на том же месте.

    Основная часть углерода находится на нашей планете Земля в окисленном виде, в частности, такие его минералы, как кальцит и доломит слагают целые горные хребты. Есть он и в атмосфере, примерно 0,046 масс % которой составляет углекислый газ. В атмосферном СО2, масса которого оценивается в 2,4∙1012 т, содержится 0,0027 масс. % от всего углерода на нашей планете.

    Тем не менее, признание углерода как элемента состоялось лишь в XVIII веке после проведения целого ряда экспериментов, часть из которых мы представляем Вашему вниманию.

    В 1752–1757 гг. шотландский учёный Джозеф Блэк обнаружил, что нагревание белой магнезии или действие на неё разбавленных кислот приводит к образованию газа, который он назвал «фиксируемый воздух», поскольку газ поглощался («фиксировался») известковой водой. Тогда же он показал, что тот же газ образуется при горении Г и при дыхании человека и животных.

    Английский химик Смитсон Теннант в 1791 г первым получил свободный углерод химическим способом, пропуская пары фосфора над разогретым мелом, в результате чего образовалась смесь углерода с фосфатом кальция. Несколько позже (1796–1797 гг.), окисляя калиевой селитрой одинаковые количества А, Г и графита, Теннант установил, что они дают одинаковые количества продуктов и, следовательно, имеют одинаковую химическую природу.

    Вопросы.

    1. Для описанных в задаче форм углерода А–Г приведите их собственные названия, а для минералов кальцита и доломита напишите химические формулы, отражающие их состав.
    2. Воспользовавшись приведёнными в задаче данными, оцените массу всего углерода на нашей планете, массу земной коры, а также массу земной атмосферы.
    3. Исходя из значения атомной массы углерода и содержания 14С, оцените количество каждого из изотопов углерода в земной коре в штуках.
    4. Напишите уравнения ядерных реакций образования изотопа 14С в атмосфере и его радиоактивного распада. Во сколько раз уменьшается содержание 14С в изолированном образце горной породы за 28500 лет?
    5. Напишите уравнения реакций, проведённых Блэком и Теннантом. Предложите способ выделения углерода из его смеси с фосфатом кальция.

    Задача 10-2

    Для приготовления пирофорного нанопорошка металла юный химик использовал твёрдую двухосновную кислоту А, содержащую 32 % углерода и бесцветный порошок Б (содержит 4,5 % углерода), разлагающийся кислотой с выделением газа, имеющего плотность при н. у. 1,97 г/л. В результате реакции был получен раствор, из которого со временем выделились кристаллы вещества С. Они бесцветны, растворимы в воде, а их раствор даёт чёрный осадок под действием сероводорода и коричневый – под действием раствора гипохлорита натрия. Чёрный осадок при действии пероксида водорода становится белым. При нагревании вещества В до 400 °C в вакууме был получен нанопорошок металла Г с размером частиц 50 нм. На воздухе порошок самораскаляется, постепенно превращаясь в красно-коричневый порошок Д, содержащий 7,17 % кислорода.

    Вопросы.

    1. Назовите неизвестные вещества А – Д и запишите уравнения реакций.

    2. Приведите два примера получения пирофорных порошков других металлов.

    Задача 10-3

    Однажды химик Юра Б., разбирая в своей лаборатории старый заброшенный сейф, обнаружил в нём неподписанную банку с белым кристаллическим веществом (соль X), окрашивающим пламя в фиолетовый цвет.

    «Что же там?» – подумал Юра.

    И, взяв с соседней полки концентрированную серную кислоту, прилил её к навеске соли массой 7,35 г (реакция 1). При этом он наблюдал выделение бурого газа с удушающим запахом (газ A) с плотностью по водороду 33,75.

    «Налью-ка я туда чего-нибудь другого», – решил Юра и добавил к аликвоте соли этой же массы концентрированную соляную кислоту (реакция 2). Каково было удивление химика, когда он обнаружил выделение жёлто-зелёного газа (газ B). Плотность газовой смеси по водороду составляла 35,5.

    «Как опасно!», – воскликнул Юра и осторожно прибавил к навеске данной соли немного концентрированного раствора щавелевой кислоты (реакция 3). При этом он наблюдал бурное выделение из раствора смеси газов A и С (плотность смеси по водороду 29,83).

    «Теперь мне всё ясно, надо её подальше убрать, а то мало ли что может случиться», – твёрдо сказал химик и спрятал банку с солью подальше в сейф.

    Результаты опытов сведены в таблицу.

    Реакция

    Мольное соотношение газов

    Плотность газовой смеси по водороду

    Объём раствора KOH (ρ = 1,092 г/мл, ω = 10 %), пошедший на полное поглощение газовой смеси (t = 40 °C)

    A

    B

    C

    1

    1

    33,75

    20,51 мл

    2

    1

    35,50

    184,62 мл

    3

    2

    1

    29,83

    61,53 мл

    Вопросы:

    1. Расшифруйте формулы газов А, B, C. Ответ подтвердите расчётами.
    2. Напишите уравнения реакций поглощения газов А, В, С раствором KOH.
    3. Какую соль обнаружил Юра у себя в сейфе? Приведите необходимые расчёты.
    4. Напишите уравнения реакций 1–3.
    5. Напишите уравнения разложения соли X при 400 °C в присутствии катализатора (MnO2) и без него.
    6. Объясните, чего опасался Юра? Где применяется соль X? Дайте её тривиальное название.


    Задача 10-4

    Смесь пентадиена-1,3 (I) и пентадиена-1,4 (II) полностью прореагировала с 9,6 л (45 °C, 110,2 кПа) H2 в присутствии Pt с выделением 46,7 кДж тепла. Такая же навеска смеси взаимодействует с 73,5 г 20 %-го раствора малеинового ангидрида в бензоле.

    1. Напишите уравнения обсуждаемых реакций.

    2. Установите состав смеси в мольных %.

    3. Рассчитайте энергии гидрирования I и II (кДж/моль), если при гидрировании 0,2 моль эквимолярной смеси выделяется 48,1 кДж тепла.

    4. Определите, насколько изомер I, содержащий сопряжённую систему двойных связей, стабильнее, чем изомер II c изолированными двойными связями (ΔE, кДж/моль).

    Соединения I и II можно получить из пиперидина, используя превращения, показанные на приведённой ниже схеме. Именно таким путём Гофман впервые установил строение пиперидина.

    5. Расшифруйте схему превращений. Напишите структурные формулы соединений А–С.

    Задача 10-5

    Золотой минерал

    Самый распространённый сульфидный минерал X из-за великолепного золотого блеска нередко путают с золотом (поэтому минерал ещё называют кошачьим золотом или золотом дурака). Минерал состоит из двух элементов, массовая доля серы составляет 53,3 %. При обжиге X масса твёрдого вещества уменьшается на треть, а масса газообразного продукта на 60 % больше массы твёрдого остатка.

    1. Определите химическую формулу минерала. Как он называется? Какие другие названия минерала или его разновидностей вы знаете?

    2. Какой объём воздуха (н. у.), содержащего 20 % кислорода по объёму, требуется для обжига одного моля X? Рассчитайте объём (н. у.) и состав образующейся газовой смеси (в объёмных процентах).

    3. При обжиге одного моль X выделяется 828 кДж теплоты. Рассчитайте теплоту образования X, если теплоты образования газообразного и твёрдого продуктов его обжига равны 297 и 824 кДж/моль соответственно.


    Одиннадцатый класс

    Задача 11-1

    Для приготовления пирофорного нанопорошка металла юный химик использовал твёрдую двухосновную кислоту А, содержащую 32 % углерода и бесцветный порошок Б (содержит 4,5 % углерода), разлагающийся кислотой с выделением газа, имеющего плотность при н. у. 1,97 г/л. В результате реакции был получен раствор, из которого со временем выделились кристаллы вещества С. Они бесцветны, растворимы в воде, а их раствор даёт чёрный осадок под действием сероводорода и коричневый – под действием раствора гипохлорита натрия. Чёрный осадок при действии пероксида водорода становится белым. При нагревании вещества В до 400 °C в вакууме был получен нанопорошок металла Г с размером частиц 50 нм. На воздухе порошок самораскаляется, постепенно превращаясь в красно-коричневый порошок Д, содержащий 7,17 % кислорода.

    Вопросы.

    1. Назовите неизвестные вещества и запишите уравнения реакций.

    2. Приведите два примера получения пирофорных порошков других металлов.

    Задача 11-2

    В водах мирового океана содержится 4,5 миллиарда тонн урана в виде уранил-иона . Это примерно в 820 раз больше, чем можно извлечь из всех известных месторождений урановой руды, из которой этот металл сегодня добывается для использования в ядерных реакторах. Однако в виду низкой концентрации и специфической формы уранил-иона, его экономически выгодное извлечение из морской воды известными химическими методами до недавнего времени считалось практически невозможным.

    В 2010 году американские учёные предложили использовать для этого
    2,6-терфенилкарбоксилат ион, который селективно координирует уранил-ион, образуя устойчивый, малорастворимый в воде комплекс. Объёмные фенильные группы закрывают уранил-ион в виде капсулы, таким образом, вытесняя воду из внутренней сферы и усиливая прочность комплекса:

    Схема реакции

    Полученный комплекс можно экстрагировать из водного раствора хлороформом. Эксперименты показали, что при достижении фазового равновесия концентрация комплекса в органической фазе в 40 раз выше, чем в водной.

    При обработке органического экстракта разбавленным раствором азотной кислоты комплекс разрушается, и уранил-ион переходит в водную фазу. После добавления основания к полученному раствору (для нейтрализации избытка азотной кислоты и создания слабо-щелочной среды) его можно снова экстрагировать. Повторяя эту серию процедур несколько раз, можно добиться значительного концентрирования урана в воде.

    Вопросы.

    1. Из каких двух основных изотопов состоит природный уран? Какой из них участвует в ядерной реакции на ядерных электростанциях? Что такое обогащённый уран?
    2. Напишите сокращённые ионные уравнения реакций образования комплекса и его разрушения раствором азотной кислоты. Для каждого продукта и участника реакции укажите фазу, в которой он находится («о» для органической фазы, «в» – для водной). 2,6-терфенилкарбоновую кислоту и соответствующий ей лиганд можно обозначить RCOOH и RCOO соответственно. Считайте, что в качестве основания использовался аммиак.
    3. Рассчитайте молярную концентрацию уранил-иона в морской воде, учитывая, что объём вод мирового океана составляет 1,3 млрд. кубических километров. Сколько раз необходимо повторить цикл концентрирования исходной морской воды, чтобы достичь концентрации уранил-иона не менее 0,5 моль/л? При решении используйте следующие данные: (1) при экстракции урана из водной фазы объём органической фазы в 10 раз меньше объёма морской воды; (2) при обратной экстракции урана в водную фазу объём раствора азотной кислоты в 10 раз меньше объёма органической фазы; (3) нейтрализация избытка разбавленной азотной кислоты и создание щелочной среды достигаются пропусканием газообразного аммиака через раствор, при этом увеличением объёма раствора можно пренебречь.
    4. Потребление урана в мире составляет около 65 тыс. тонн в год. Через сколько лет следует ожидать истощения месторождений урановой руды? Предполагая, что после этого уран будет добываться из океана, и что скорость потребления останется неизменной, оцените количество воды, которое нужно будет перерабатывать в мире ежедневно, чтобы удовлетворить потребность в уране.


    Задача 11-3

    Вещество Х представляет собой бесцветные игольчатые кристаллы с резким запахом, постепенно розовеющие на воздухе. Оно умеренно растворимо в воде (6,5 г на 100 г воды), гораздо лучше в растворах щелочей. Х растворим также в этаноле, хлороформе, бензоле. Водный раствор X используется как антисептическое средство, для дезинфекции предметов домашнего и больничного обихода.

    Вещество Х может быть получено из бензолсульфоновой кислоты (бензолсульфокислоты) сплавлением её натриевой соли с твёрдой щёлочью с последующей обработкой продукта реакции кислотой (реакции 1 и 2). Вещество Х даёт характерную сине-фиолетовую окраску с солями железа (III), например с FeCl3 (реакция 3).

    В фармацевтическом анализе для установления подлинности препарата используют реакцию 1 % водного раствора Х с бромной водой, приводящую к образованию белого осадка вещества А (реакция 4). При избытке брома реакция протекает с образованием жёлтого осадка вещества В, содержащего 78 % брома (реакция 5). Вещество В не даёт характерной окраски с хлоридом железа (III) и является мягким бромирующим агентом.

    В фармацевтическом анализе получила распространение другая методика: 0,5 г Х растворяют в 2 мл NH3 (C = 13,5 M), доводят до метки до 100 мл. К аликвоте 2 мл добавляют 0,05 мл NaClO (ω(Cl) = 0,03) и оставляют раствор при комнатной температуре. Постепенно появляется тёмно-синее окрашивание (вещество Y).

    1. Установите и назовите вещество Х.

    2. Напишите уравнения реакций 1 – 5.

    3. Напишите уравнения реакций получения Y из Х, если в качестве промежуточных веществ последовательно образуются С и D. Содержание кислорода в C, D, Y составляет 30,2 %, 14,9 % и 16,1 % соответственно. Ответ подтвердите расчётами. Учтите, что в соединении С имеется лишь два типа атомов углерода.

    4. Кроме указанного выше метода известно ещё по крайней мере 4 способа получения Х. Укажите один из них. Напишите соответствующее уравнение (или уравнения) реакции.

    Задача 11-4

    Как известно, основным направлением потребления углеводородов до сих пор является их сжигание. Однако известны и разнообразные примеры частичного окисления углеводородов, приводящего к тем или иным ценным продуктам. При этом в зависимости от используемого окислителя и условий проведения реакции один и тот же углеводород можно превратить в разные соединения. На приведённой схеме показаны наиболее часто используемые методы окисления алкенов на примере (Е)-пентена-2. Учтите, что соединение М содержит 69.8 % углерода, при действии MnO2 оно превращается в продукт N, дающий реакцию серебряного зеркала с образованием соли О; соединения J и L являются диастереомерами (оптическими изомерами, не являющимися зеркальным отображением друг друга), а соединения К и М – изомеры, имеющие разные функциональные группы.

    1. Напишите структурные формулы соединений A–O.
    2. Напишите уравнение реакции (Е)-пентена-2 с перманганатом калия в растворе серной кислоты.
    3. Соединения D, F и H легко превращаются в А, а Е, G и I в В. На примере одного из продуктов реакции (А или В, на ваш выбор) напишите, с помощью каких реагентов можно осуществить эти превращения (один пример для каждого превращения).

    Задача 11-5

    Нарушается ли принцип Ле Шателье?

    Аммиак – самый многотоннажный продукт химической промышленности, ежегодно его получают более 100 млн. тонн. Реакция синтеза обратима: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3. При 200 °C и давлении 1 атм константа равновесия, выраженная через мольные доли, Kx = 1, а при 400 °C и том же давлении Kx = 0,01.

    1. Напишите выражение для константы равновесия Kx.

    2. С выделением или поглощением теплоты происходит реакция синтеза аммиака? Объясните.

    3. Сколько молей аммиака может образоваться при 200 °C из 1 моль N2 и 3 моль H2?

    4. В равновесной смеси при некоторых условиях находится 0,65 моль N2, 0,25 моль H2 и 0,1 моль NH3. В какую сторону сместится равновесие при добавлении к этой смеси 0,25 моль азота? Объясните ваш ответ.



    Предварительный просмотр: