LXXII Московская олимпиада школьников по химии .8 класс .2016 г.

LXXII Московская олимпиада школьников по химии
Заключительный этап
Теоретический тур 21 февраля 2016 года
8 класс
Решения всех заданий считаются полными только в том случае, если записаны все необходимые уравнения реакций, расчеты и рассуждения.
1. Приведите примеры 2 уравнений реакций, в которых одновременно образовывались бы вещества во всех трех (при комнатной температуре) агрегатных состояниях. Помните: раствор является смесью, а не индивидуальным соединением!
Рекомендации к решению.
Ответом задачи могут являться любые разумные реакции, отвечающие условию. Например,
BaCO3 + H2SO4 = BaSO4(тв) + CO2(г) + H2O(ж);
Ca(HCO3)2 = CaCO3(тв) + CO2(г) + H2O(ж);
(NH4)2Cr2O7 = N2(г) + Cr2O3(тв) + 4H2O(ж) и др.
За каждое уравнение реакции – по 5 баллов
Всего за задачу – 10 баллов
2. Хлорофилл – зеленый пигмент растений, участвующий в процессе фотосинтеза – представляет собой сложное органическое соединение с молярной массой 892 г/моль. В состав хлорофилла входят (по массе): Mg – 2,69%, C – 73,99%, O – 8,97%, N – 6,27%, остальное – водород.
1. Рассчитайте, сколько атомов магния содержится в одной молекуле хлорофилла.
2. Твердый остаток, полученный при сжигании 100 г хлорофилла, растворили в 100 г 10%-ной соляной кислоты. Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе.
Рекомендации к решению.
1. Поскольку молярная масса хлорофилла составляет 892 г/моль, то на магний приходится 892×0,0269 = 24 г/моль, что соответствует одному атому магния в молекуле (поскольку молярная масса магния равна 24 г/моль).
Тот же ответ можно получить, рассчитав из данных задачи брутто-формулу хлорофилла MgC55H72O5N4.
2. Сжигание сложных веществ чаще всего приводит к образованию оксидов тех элементов, которые образуют исходное вещество. Таким образом, твердым продуктом сжигания хлорофилла может быть только MgO, который реагирует с соляной кислотой по уравнению:
MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O.
В 100 г хлорофилла содержится 100×0,0269 = 2,69 г или 2,69/24 = 0,112 моль атомов магния. Отсюда следует, что ν(MgCl2) = ν(MgO) = ν(Mg) = 0,112 моль.
В свою очередь соляной кислоты введено в реакцию:
m(HCl) = 100×0,10 = 10 г, ν(HCl) = 10/36,5 = 0,274 моль.
По уравнению реакции видно, что соляная кислота взята в избытке. Избыток кислоты составил:
ν(HCl)изб = 0,274 – 2×0,112 = 0,05 моль, m(HCl)изб = 1,825 г.
Масса раствора, полученного после реакции, складывается из массы раствора соляной кислоты и массы растворенного оксида магния:
m(р-ра) = 100 + 0,112×40 = 104,5 г.
В конечном растворе присутствуют хлорид магния массой 0,112×95 = 10,64 г и непрореагировавшая соляная кислота. Их массовые доли в растворе составляют:
ω(MgCl2) = 10,64/104,5 = 0,102 (10,2%)
ω(HCl) = 1,825/104,5 = 0,0175 (1,75%)
Расчет числа атомов магния в молекуле хлорофилла – 3 балла
Формула твердого остатка – 1 балл
Уравнение реакции с соляной кислотой – 1 балл
Расчет массы хлорида магния – 5 баллов
Расчет массы раствора – 1 балл
Расчет массовой доли хлорида магния – 1 балл
Расчет массовой доли соляной кислоты – 2 балла
Всего за задачу – 15 баллов
3. В кулинарии Древнего Рима в качестве подсластителя широко использовался так называемый defrutum, который получали выпариванием виноградного сока в металлических котлах. Вещество A, которое при этом могло образовываться, сейчас получают взаимодействием оксида двухвалентного металла с уксусной кислотой (одноосновная уксусная кислота имеет формулу CH3COOH). Известно, что в образующемся веществе A на металл приходится 63,7% массы.
1. Какой металл мог входить в состав сплава, из которого был изготовлен котел? Ответ подтвердите расчетом.
2. Напишите уравнение реакции современного процесса получения A.
3. Почему в настоящее время defrutum не используется в пищевой промышленности?
Рекомендации к решению.
1. В общем случае при взаимодействии оксида с кислотой получается соль и вода, поэтому скорее всего вещество А является солью данного неизвестного металла. По условию металл двухвалентен, а уксусная кислота одноосновна (молярная масса кислотного остатка уксусной кислоты составляет 59 г/моль), значит, общая формула такой соли – M(CH3COO)2. Если считать, что молярная масса неизвестного металла M – х г/моль, то по определению массовой доли x/(x+2×59)= 0,637. Отсюда x = 207 г/моль, что соответствует свинцу.
2. PbO + 2CH3COOH = Pb(CH3COO)2 + H2O
3. В силу токсичности соединений свинца ими не стоит пользоваться в кулинарных целях. Есть версия, что использование свинецсодержащих посуды и водопровода является одной из причин гибели древнеримской цивилизации.
В решении принимаются любые разумные формы записи соединений уксусной кислоты!
Нахождение металла – 10 баллов
Уравнение взаимодействия оксида с кислотой – 2 балла
Обоснование токсичности соединений свинца – 3 балла
Всего за задачу – 15 баллов
4. Смесь углекислого и угарного (CO) газов составлена таким образом, что массовая доля кислорода в ней оказалась равной 70%.
1. Определите соотношение объемов компонентов газовой смеси.
2. Тяжелее или легче воздуха данная смесь газов? Ответ обоснуйте.
3. Предложите способ химического разделения данной газовой смеси.
1. Пусть в нашей смеси содержится x моль CO и у моль CO2. В силу закона Авогадро их объемы будут соотноситься так же, как и количества веществ, то есть искомому соотношению отвечает величина x/y. Количество вещества атомов кислорода, содержащихся в угарном газе, равно количеству вещества CO, тогда как атомов кислорода в углекислом газе – в два раза больше.
Тогда масса атомов кислорода в смеси составит 16(x + 2y), а масса смеси газов – 28x + 44y, где 28 и 44 г/моль – молярные массы угарного и углекислого газов, соответственно.
По определению массовой доли: 16(x+2y)/(28x+44y) = 0,7. Откуда x/y = 1/3.
2. Значение молярной массы смеси угарного и углекислого газов может принимать значения от 28 до 44 г/моль. Поскольку рассматриваемая газовая смесь обогащена углекислым газом, то значение ее средней молярной массы ближе к 44 г/моль, чем к 28 г/моль. Поскольку средняя молярная масса воздуха составляет 29 г/моль, то очевидно, рассматриваемая смесь будет тяжелее воздуха.
3. Химически смесь можно разделить следующим образом: при пропускании через раствор гидроксида кальция (известковую воду) углекислый газ вступает в реакцию и поглощается, тогда как угарный – нет:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O.
Поглощенный таким образом углекислый газ можно регенерировать, прокалив карбонат кальция:
CaCO3 = CaO + CO2↑
Расчет состава газовой смеси – 8 баллов
Обоснование относительной плотности по воздуху – 6 баллов
Любые приемлемые способы разделения газов – 6 баллов
Всего за задачу – 20 баллов
5. 0,5 моль простого вещества, образованного элементом X, полностью реагируют с 14 л (н.у.) кислорода. При этом образуется 35,5 г твердого белого продукта Y, при взаимодействии которого с горячей водой получается соединение Z. Раствор Z в присутствии метилового оранжевого приобретает красный цвет.
1. Установите элемент X. Ответ подтвердите расчетом.
2. Приведите уравнения описанных реакций, укажите формулы веществ Y и Z.
Рекомендации к решению.
1. При реакции простого вещества с кислородом образуются соответствующие оксиды. Количество вещества кислорода, введенного в реакцию, составляет 14/22,4 = 0,625 моль или 0,625×32 = 20 г. Тогда, по закону сохранения массы, на простое вещество приходится 35,5 – 20 = 15,5 г и, следовательно, молярная масса X составляет 15,5/0,5 = 31 г/моль. X – это фосфор P.
2. 4P + 5O2 = 2P2O5 (Y)
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4 (Z, появление кислоты в растворе приводит к изменению цвета индикатора)
Определение элемента X – 10 баллов
За каждое уравнение – по 5 баллов
Всего за задачу – 20 баллов
6. Одним из химических свойств солей является их способность к реакции с металлами, часто формулируемая как «более активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей». Учащийся решил воспользоваться этим правилом для получения меди. Для этого он поместил в широкую пробирку раствор сульфата меди (II), закрепил ее в лапке штатива и бросил в пробирку кусочек лития. Однако вместо ожидаемого слоя меди на поверхности металла, литий зашипел (1), раствор начал мутнеть (2), а затем в верхней части раствора образовалось черное нерастворимое вещество, постепенно распространившееся по всему объему раствора (3).
1. Объясните наблюдаемые явления, приведите уравнения реакций (1)-(3).
2. Каким образом можно получить медь из раствора сульфата меди (II)? Опишите постановку эксперимента, ожидаемые наблюдения и уравнение происходящего процесса.
Рекомендации к решению.
1. Литий зашипел, поскольку достаточно активен для того, чтобы взаимодействовать с водой, в которой растворен сульфат меди. При этом выделяется водород и образуется гидроксид лития (1). Реакция лития с водой сильно экзотермична. Гидроксид лития вызвал помутнение раствора медного купороса, поскольку при их взаимодействии начал выделяться нерастворимый гидроксид меди (II) (2). Черное нерастворимое вещество, появившееся впоследствии – оксид меди (II), продукт дегидратации указанного гидроксида (3) при нагревании. Уравнения:
(1) 2Li +2H2O = 2LiOH + H2↑;
(2) 2LiOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓+ Li2SO4;
(3) Cu(OH)2 = CuO + H2O.
2. Основная ошибка юного экспериментатора – использование слишком активного металла для вытеснения меди. Для успешного проведения данного эксперимента необходимо взять металл, не реагирующий с водой при обычных условиях. Классический эксперимент подобного рода, описанный во всех учебниках – опускание предварительно зачищенной от оксидной пленки железной пластинки в раствор медного купороса. Уже через несколько минут хорошо видно образование медного покрытия на железной пластинке. При этом происходит реакция вытеснения меди из ее соли:
CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.
Каждое уравнение реакции, описывающее процессы в пробирке – по 3 балла
Объяснение каждого изменения, протекающего в пробирке – по 2 балла
Описание корректного эксперимента – 3 балла
Уравнение реакции корректного эксперимента – 2 балла
Всего за задачу – 20 баллов
Всего 100 баллов

Формат:PDF
Скачать задания и решения олимпиады:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

или

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]