Теоретический тур II (муниципального) этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии 2007-2008 учебный год г. Рязань.Решения

ХИМИЯ РЕШЕНИЕ (9 класс)
1. К 100г водного раствора сульфата железа (II), содержащего 15,2 мас.% FeSO₄, добавили 5,75г натрия. Вычислите массовые доли веществ в полученном растворе.

Вариант решения.
2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂ (1)
2NaOH + FeSO₄ = Na₂SO₄ + Fe(OH)₂↓ (2)
За каждое верно написанное уравнение по 1б.
ν(Na) = 5,75/23=0,25 моль
ν (FeSO4) = 100* 0,152/152 = 0,1 моль (1б)
По уравнению реакции (1) ν(Na) : ν(NaОН) = 1:1, т.е. ν(NaОН)= 0,25 моль (1б)
По уравнению реакции (2) ν(NaОН) : ν(FeSO₄) = 2:1, а по данным задачи, как 0,25:0,1, т.е. NaOH в избытке, расчет по FeSO₄.
Т.о. в конечном растворе находятся Na₂SO₄ и избыток NaOH.
ν(Na₂SO₄) = ν(FeSO₄) = 0,1моль; m(Na₂SO₄)= 0,1*142 =14,2г (1б)
ν(NaОН)прореагиров.= 2 ν(FeSO₄) = 0,2моль
ν(NaОН)ост. = 0,25-0,2=0,05моль; m(NaOH)ост.= 0,05*40=2г (1б)
m (конечного раствора) = m (исх. раствора FeSO₄) + m(Na) – m(H₂) – m(Fe(OH)₂)
m(H₂)= (0,25/2)*2= 0,25г
m(Fe(OH)₂) = 0,1*90= 9г
m (конечного раствора) = 100+5,75-0,25-9= 96,5г (1б)
ω(Na2SO4)= 14,2/96,5 = 0,147 (14,7%)
ω(NaOH) = 2/96,5= 0,02 (2%) (1б)
Ответ: 14,7% Na₂SO₄; 2% NaOH.


2. В химической лаборатории обнаружили смесь, состоящую из стружек железа и меди, порошка серы, кристаллов сахара и йода. Предложите один из способов разделения этой смеси, который позволил бы сохранить химически неизменными все её компоненты.
Вариант решения
Согласно условию задачи компонентами смеси являются два металла - железо и медь, два неметалла - сера и йод и сахар - слож¬ное органическое вещество. Для того чтобы сохранить все эти компо¬ненты смеси химически неизменными, следует использовать лишь физические методы разделения веществ.
Железо можно выделить из смеси с помощью магнита.
Далее рациональнее всего отделить йод. Это можно сделать с помощью метода возгонки, только нагревать оставшуюся смесь надо весьма осторожно, ведь йод и сера - неметаллы, а медь, имеющаяся в смеси, - металл, и они могут реагировать друг с другом при силь¬ном нагревании.
Затем смесь, состоящую уже из серы, меди и сахара, разделяем с помощью воды: сахар растворится, а медь и сера - нерастворимы, причём медь тяжелее воды, сера же будет плавать на поверхности воды. Сахар из раствора можно выделить методом выпаривания
За выделение каждого компонента в индивидуальном виде по 0,5б мах-2,5б
3. Стакан (200 мл) водного раствора аммиака с массовой долей растворенного вещества 5 % (плотность раствора 1,0 г/мл) вылили в Черное море. Сколько приблизительно молекул аммиака снова ока¬жется в стакане, если через некоторое время им зачерпнуть воды из моря? При расчетах принять, что молекулы аммиака равномерно распределяются в верхнем слое воды, свободном от сероводорода, толщиной 200 м. Площадь поверхности Черного моря 420 000 км2.

Вариант решения
Масса аммиака m(NH₃) = 200 мл *1,6 г/мл* 0,05 = 10 г.
Количество вещества ν(NH3) = m(NH₃)/M(NH₃)= 10г/17г/моль= 0,588 моль. (1б)
Количество молекул аммиака в стакане N(NH₃) = ν (NH₃)*N_A (N_A —число Авогадро, 6,02*10²³ моль-1).
N(NH₃) = 0,588*6,02*10²³=3,54*10²³ молекул. (1б)
Объем воды, в котором распределились эти молекулы, V = 200 м • 420000 • 10⁶ м² = 8,4*10²³ м³ (8,4*10¹⁶ л). (1б)
Следовательно, в 1 л воды будет содержаться 3,54*1023/8,4*10¹⁶=4,21*10⁶ молекул/л, в 200 мл — 4,21*10⁶ молекул/л*0,2 л = 840000 молекул. (1б)
Ответ: 840000молекул
Мах - 4б

4. При действии избытка хлороводородной кислоты на 20 г смеси меди, железа и цинка выделилось 4,48 л (н.у.) газа, а при обработке того же количества смеси избытком раствора едкого кали выделилось 2,24 л (н.у.) газа. Найдите состав смеси металлов в мас.%.
Вариант решения.
Уравнения происходящих процессов:
Fe + 2НС1 = FeCl₂ + Н₂
Zn + 2 НС1 = ZnCl₂ + H₂
Сu + НС1 = реакция не идёт
Zn + 2КОН + 2Н₂О = К₂[Zn(OH)₄] + Н₂
Железо и медь со щёлочью не взаимодействуют
За каждое верно написанное уравнение по 1б.
Поскольку в щелочи растворим только цинк, то количество полученного в реакции со щелочью водорода однозначно связано с массой цинка.
А именно, 2,24 л (н.у.) составляют 2,24/22,4 = 0,1 моль водорода, и получен он был согласно уравнению растворением в щелочи 0,1 моль цинка. (1б)
Итак, в смеси 0,1 • 65 = 6,5 г цинка, на медь и железо приходится 20 - 6,5 = 13,5 г. (1б)
4,48 л (н.у.) водорода ( 0,2 моль), полученные при реакции смеси металлов с избытком хлороводородной кислоты, связаны с растворением железа и цинка.
0,1 моль цинка выделил при этом 0,1 моль водорода. Значит и железо в реакции с НС1 выделило 0,1 моль водорода. Отсюда следует в соответствии с уравнением, что в реакцию с кислотой вступило 0,1 моль железа, то есть 0,1 • 56 = 5,6 г. (1б)
Таким образом, масса меди в смеси равна 20 - 6,5 - 5,6 = 7,9 г.
Состав смеси металлов:
ω% цинка = (6,5/20) • 100 = 32,5 %
ω% железа = (5,6/20) • 100 = 28 %
ω% меди = 100 - 32,5 - 28 = 39,5 % (1б)
мах-7б

5. В 1,55л 0,1М раствора фтороводородной кислоты содержится 1,02*1023 непродиссоциировавших молекул и ионов. Рассчитайте степень диссоциации кислоты.

Вариант решения.
HF ↔ H⁺ +F^-
ν (HF) в растворе = V*C_M= 1.55*0.1= 0.155моль (1б)
ν (непрод.молекул и ионов) = N/N_A =1,02*10²³/6,02*10²³ = 0,169 моль (1б)
Пусть ν (HF),распавшейся на ионы = х моль, тогда Σν (ионов)= 2х моль, а ν (HF)непродиссоциировавшей = (0,155-х) моль
По условию задачи 0,155-х+2х = 0,169,
Откуда х=0,014 (1б)
Степень диссоциации (ά) = ν (продиссоциировавших молекул)/ ν (исходное)
ά(HF) = 0,014/0,155*100 = 9,3% (1б)
Ответ: 9,3%
мах-4б



ХИМИЯ РЕШЕНИЕ(10кл)
1. В молекуле нециклического углеводорода число атомов углерода, в которых атомные орбитали находятся в состоянии sp2-гибридизации, равно числу атомов углерода, в которых атомные орбитали находятся в состоянии sp3-гибридизации. Число электронов в молекуле равно 62. Установите состав этого углеводорода и приведите возможное строение (четыре структурные формулы).
Вариант решения.
Присутствие в молекуле атомов углерода, в которых атомные орбитали находятся в состоянии sp2-гибридизации предполагает наличие в системе двойных связей.
Предположим, что двойная связь одна, тогда состав соединения отвечает формуле СnH2n и общее число электронов равно 6n + 2n = 62, откуда n=7,75 чего быть не может.
Предположим, что двойных связей две, тогда состав соединения отвечает формуле СnH2n-2 и общее число электронов равно 6n + 2n - 2 = 62, откуда n=8, т.е. формула УВ С₈Н₁₄.
Условию задачи отвечают несколько изомеров данного состава ,например: 2,3-диметилгексадиен-1,4; 2,4-диметилгексадиен-1,4; 2,3-диметилгексадиен-1,3 и др.
За определение МФ – 2б
За каждую правильно написанную структурную формулу по 0,5б (не больше 2б)
Max 4б
2. При обработке 8,2 г смеси меди, железа и алюминия избытком концентрированной азотной кислоты выделилось 2,24 л газа. Такой же объем газообразного вещества выделяется и при обработке той же навески смеси избытком разбавленной серной кислоты (объемы газов приведены к н.у.). Определите состав исходной смеси в массовых процентах.
Вариант решения.
Уравнения происходящих процессов:
Cu +4HNO₃(конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O (1)
Алюминий и железо концентрированной азотной кислотой пассивируются.
Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂ (2)
2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂ (3)
Медь с раствором серной кислоты не реагирует.
За каждое верно написанное уравнание по 1б

ν(NO₂)₁ = ν(H₂)_2,3 = 2,24/22,4 = 0,1моль.
По уравнению реакции (1) ν(Cu) = ν(NO₂)/2=0,05моль, масса меди = 0,05*64=3,2г (1б)
На железо и алюминий приходится 8,2-3,2=5г
Пусть ν(Fe)= х моль, а ν(Al) = y моль, тогда по ур.р. (2),(3) суммарное количество водорода равно (х+1,5у) = 0,1моль
m(Fe)= 56х; m(Al) = 27y моль, тогда
, откуда х = 0,085, а у= 0,01 (2б)
m(Fe)= 56*0,085 = 4,76г; ω(Fe)= (4,76/8,2)*100 =58%
m(Al) = 27*0,01 = 0,27г; ω(Al) = (0,27/8,2)*100 = 3%
ω(Cu) = (3,2/8,2)*100 = 39% (1б)

Max 7б

3.Смесь моно- и дигалогенпроизводных, полученных при хлорировании этана, была обработана избытком спиртового раствора гидроксида калия при нагревании. Полученная газовая смесь была пропущена через избыток аммиачного раствора оксида серебра. При этом выпал осадок массой 2,4 г и осталось непоглощенным 224 мл газа (объем газа измерен при н.у.). Определите состав смеси продуктов галогенирования в массовых процентах.
Вариант решения.
С₂Н₆ + Cl_{2 =} C₂H₅Cl + HCl (1)
С₂Н₆ + 2Cl₂ = C₂H₄Cl₂ + 2HCl (2)
C₂H₅Cl + КОН(спирт.) → С₂Н₄ + КCl + Н₂О (3)
C₂H₄Cl₂ + 2КОН(спирт.) → С₂Н₂ + 2КCl + 2Н₂О (4)
Из полученных газов с аммиачным раствором оксида серебра реагирует только ацетилен:
С₂Н₂ + 2[Ag(NH₃)₂]OH → C₂Ag₂↓+ 2H₂O + 4NH₃ (5)
За каждое верно написанное уравнание по 1б
ν(C₂Ag₂) = m/M = 2,4/240 = 0,01моль и по ур.р.(4,5) = ν(C₂H₄Cl₂)
m(C₂H₄Cl₂) = ν*M = 0.01*99 = 0.99г (1б)
Непоглощённый газ – это этилен.
ν(C₂H₄) = V/V_m = 0.224/22.4 = 0.01моль и по Ур.р. (3) = ν(C₂H₅Cl)
m(C₂H₅Cl) = ν*M = 0.01*64,5 = 0,645г(1б)
Масса смеси галогенпроизводных равна (0,645+0,99) = 1,635г
ω%(C₂H₄Cl₂) = (0,99/1,635)*100 = 60,55%
ω%(C₂H₅Cl) = (0,645/1,635)*100 = 39,45% (1б)
Ответ: 60,55%; 39,45% Max 8б
4. При проведении хлорирования 2,74 г одного из изомеров пентана было получено только два изомерных хлоропроизводных, а при взаимодействии выделившегося в реакции хлороводорода с избытком нитрата серебра выпло 10,9г осадка. Определите строение продуктов хлорирования. Какой изомер пентана был хлорирован.
Вариант решения.

Напишем уравнения протекающих реакций:
С₅Н₁₂ + nС1₂ → С₅Н_12-nС1_n + nНС1 (1)
AgNO₃ + HCl → AgCl↓ + HNO₃ (2)
За каждое верно написанное уравнание по 1б
Прежде всего определим, какое количество атомов водорода замещено на атомы хлора. Число атомов хлора, введенных в молекулу пентана пропоционально числу молей выделившегося хлороводорода.
ν (HC1) определяем по уравнению (2):
ν(AgCl) = m/M = 10.9/143.5 = 0.076 моль
ν (HC1) = ν(AgCl) = 0,076 моль ( по уравнению реакции) (1б)
ν(С₅Н₁₂) = m/M = 2,74/72 = 0,038 моль
Согласно уравнению (1) 1моль С₅Н₁₂ выделяет n моль НС1 при замещении n моль атомов водорода на n моль атомов хлора.
, откуда n = 2 (2б)
Отсюда следует.что два полученных изомера являются дихлоропроизводными одного из изомерных пентанов.
Рассмотрим их структурные формулы:
СН₃—СН₂—СН₂—СН₂—СН₃ СНз—СН(СН₃)-СН_2- СН₃ НзС-C(СН₃)₂- СН₃
н-пентан метилбутан диметилпропан
При анализе возможных дихлоропроизводных получаем, что только диметилпропан может образовать два (не более) изомерных дихлоропроизводных:
СН₂С1 СН₃
Н₃С-С-СН₂С1 Н₃С-С-СНС1₂
СНз СНз
1,3-дихлор-2,2-диметилпропан 1,1 -дихлор-2,2-диметилпропан
н-Пентан и изопентан могут образовать большее, чем два количество изомерных дихлоропроизводных - 9 и 10 изомеров соответственно.
За правильно выбранный изомер – 2б Max 7б

5. В окислительно-восстановительной реакции конфигурации валентных электронов двух элементов меняются следующим образом: 3d⁵ → 3d⁶ и 4s¹3d¹⁰→ 3d9.Определите эти элементы и напишите уравнение реакции.
Вариант решения.
3d⁵ → 3d⁶ Fe⁺³→Fe⁺² (1б)
4s¹3d¹⁰→ 3d⁹ Cu⁰ → Cu⁺² (1б)

уравнение реакции: 2FeCl₃ + Cu = 2FeCl ₂ + CuCl₂ (1б)
Max 3б

ХИМИЯ РЕШЕНИЕ (11класс)
1. В 6.5 см³ неизвестного металла содержится 7.88*10²³ валентных электронов (плотность металла 3.02 г/см³). Определите металл.
Вариант решения.
Масса образца неизвестного металла m(Ме) = ρ•V=3.02 • 6.5 = 19.63 г.
1 моль металла содержит 6.02 • 10²³ • n валентных электронов (n - число валентных электронов в одном атоме).
Пусть А - атомная масса металла, тогда количество вещества этого металла составляет v(Me) = 19.63/A В нем содержатся 7.88•10²³ валентных электронов, что составляет
7.88•10²³ / (6.02•10²³ • n) = 1.309 / n моль.
Тогда 19.63/ А = 1.309 / n, или А = 15n.
Подставляя n = 1,2,3..., получаем при n = 3 значение А = 45 г/моль, это скандий Sc.
Ответ: скандий. (3б)

2. Навеску смеси гидрида бария и нитрида лития разделили на две равные части. Одну часть растворили в воде, а вторую - в избытке соляной кислоты. Объем газа, выделившегося в реакции с водой, в полтора раза больше, чем в реакции с соляной кислотой (растворимостью газов в воде пренебречь). Определите массовую долю гидрида бария в исходной смеси.

Вариант решения.
В реакциях с водой образуются два газа - водород и аммиак:
ВаН₂ + 2Н₂О = Ва(ОН)₂ + 2Н₂ ,
Li₃N + 3H₂O = 3LiOH + NH₃ .
При растворении смеси в соляной кислоте выделяется только водород:
ВаН₂ + 2НС1= ВаС1₂ + 2Н₂ ,
Li₃N + 4HC1 = 3LiCl + NH₄C1.
За каждое верно написанное уравнение по 1б

Пусть ν (BaH₂) = х моль, ν (Li₃N) -у моль, тогда ν1 (H₂,NH₃) = 2х+у, v2(H₂) = 2х.
По условию: 2х + у = 1.5 * 2х, откуда х = у. Исходная смесь - эквимолярная. (2б)
Массовая доля гидрида бария:
ω (ВаН₂) = М(ВаН₂) / (М(BaH₂) + M(Li₃N)) = 139 / (139 + 35) = 0.80 или 80%. (1б)
Ответ: 80%.
Мах – 7б

3. К 65 г раствора уксусной кислоты в пропаноле-1 с массовой долей кислоты, равной 11,08%, добавили 1 мл раствора серной кислоты, содержащего 98 % H2SO4 и имеющего плотность 1,84 г/мл, и нагревали продолжительное время. К полученной после нагревания смеси добавили избыток водного раствора гидрокарбоната натрия и получили 1,272 л (н.у.) газа. Определите массу образовавшегося сложного эфира.
Вариант решения.
СН₃СООН + С₃Н₇ОН = СН₃СООС₃Н₇ + Н₂О (1)
С гидрокарбонатом натрия с выделением газа реагируют каталитическое количество серной кислоты и не вступившая в реакцию (1) уксусная кислота:
СН₃СООН + NaHCO₃ → СН3СООNa + CO₂ + H₂O (2)
H₂SO₄ +2NaHCO₃ → Na₂SO₄ + 2CO₂ + 2H₂O (3)
За каждое верно написанное уравнение по 1б
ν (СН₃СООН в исх.р-ре) = 65*0,1108/60 = 0,12 моль (1б)
ν (H₂SO₄) = 1*1,84*0,98/98 = 0,0184 моль (1б)
Σν (СО₂)_2,3 = 1,272/22,4 = 0,057 моль
ν (СО₂ в р-ции 3) = 2* ν (H₂SO₄) = 2*0,0184 = 0,037 моль
ν (СО₂ в р-ции 2) = 0,057-0,037 = 0,02 моль
ν (СН₃СООН в р-ции 2) = ν (СО₂ в р-ции 2) = 0,02 моль, (1б)
тогда ν (СН₃СООН вступившей в р.1) = 0,12-0,02 = 0,1 моль = ν (эфира)
Масса эфира равна ν*М = 0,1*102 = 10,2г (1б)
Мах – 7б

4. Определите возможное строение соединения А (С₉Н₁₀), если известно, что:
а) при обработке А водным раствором КМnО₄ при 0° С выпадает бурый осадок;
б) при взаимодействии А с Н₂О в присутствии минеральной кислоты при нагревании образуется соединение С;
в) при взаимодействии С с металлическим натрием выделяется горючий газ;
г ) при обработке соединения А водным раствором КМnО₄ при нагревании с последующим подкислением полученного раствора образуется соединение Д, при обработке 1 моль которого избытком водного раствора NаНСОз выделяется 44,8 л газа (н.у.);
д) соединение Д может взаимодействовать с Вг₂ в присутствии железных стружек.
Установите строение веществ А,С, Д. Напишите все уравнения реакций.
Вариант решения.
УСЛОВИЕ Д) указывает на то, что в составе соединения Д присутствует бензольное кольцо, так как соединение Д взаимодействует с Вг2 в присутствии катализатора FeBr3, что характерно для ароматических соединений.
Анализ условия г) позволяет сделать вывод, что в структуре соединения Д присутствуют две карбоксильные группы (1 моль Д выделяет 2 моль СО₂ при взаимодействии с NаНСОз) , а структура соединения А содержит два углеводородных радикала, соединённых с бензольным кольцом: один углеводородный радикал — СНз, а другой имеет два атома углерода.
Условия а) и б) определяют присутствие во втором углеводородном радикале двойной углерод-углеродной связи (окисление по реакции Вагнера и присоединение воды с образованием спирта С).
Таким образом, соединение А может иметь следующие структуры:


[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

За определение строения вещества – 3б
Уравнения реакций для одного из его изомеров: (За каждое верно написанное уравнение по 1б)

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

5. Имея в распоряжении лишь цинк, ацетилен, калий, воздух и необходимые катализаторы, получите максимально возможное число различных солей.

Вариант решения.
Цель может быть достигнута совокупностью реакций:
2С₂Н₂ + 5О₂ → 4СО₂ + 2Н₂О
2К + 2Н₂О → 2КОН + H₂
2КОН + СО₂ → К₂СО₃ + Н₂О
К₂СО₃ + СО₂ + Н₂О →2КНСО₃
Zn + 2KOH+ 2Н₂О →K2[Zn(OH)₄] + Н₂
K₂[Zn(OH)₄] + 2СО₂ → К₂СО₃ + ZnCO₃↓ + 2Н₂О
N₂+ 3H₂ ↔2NH₃
2NH₃ + СО₂+ Н₂О → (NH₄)₂CO₃
NH₃ + СО₂+ Н₂О → NH₄НCO₃
СН ≡ СН + Н₂О = СН₃ - СНО
2СН₃СНО + О₂ = 2СН₃СООН
CH₃COOH + KOH→ CH₃COOK + H₂O

За каждую полученную соль по 1 баллу.