Министерство образования Республики Башкортостан Задания муниципального этапа всероссийской олимпиады школьников по химии 2011-12 учебный год 10 класс Задача 10-1. При определенных условиях некоторый углеводород способен превращаться в другой углеводород в соответствии со схемой: n1CxH3x-4 = n2 C2x+2 H3x. Установите формулы углеводородов. Назовите условия протекания данной реакции. Назовите фамилию ученого, который впервые провел эту реакцию. Имеет ли реакция практическое значение. Решение 10-1. 1 элемент. Число атомов углерода и водорода равно в обеих частях уравнения, что позволяет вычислить величину х1= 2 и х 2=-4/3, второй корень не имеет смысла. 3 балла. Элемент 2. За условия проведения реакции 1 балл Элемент 3. Реакция Зелинского. 1 балл Элемент 4. Реакция показывает генетическую связь между классами углеводородов, в настоящее время имеет теоретическое значение. 1 балла Итого 6 баллов. Задача 10-2. Смесь нитратов цинка, серебра и железа (III) общей массы 9,6 г сначала растворили в воде, а затем обработали избытком гидроксида калия. Образовавшийся осадок отфильтровали и высушили, его масса составила 3,39 г. После этого осадок прокалили при температуре 700С, при этом выделилось 448 мл газообразных продуктов (при н.у.). Определите состав исходной смеси в мольных процентах. Найдите массу m1 осадка после прокаливания. Будет ли отличаться масса остатка m2 от m1, если прокалить при 700С исходную смесь нитратов, если – да, то насколько? Решение 10-2. При обработке раствора нитратов избытком гидроксида калия будут идти следующие реакции: Zn(NO3)2 + 2 KOH Zn(OH)2 + 2 KNO3 (1) Zn(OH)2 + 2 KOH K2[Zn(OH)4], (2) 2 AgNO3 + 2 KOH Ag2O + 2 KNO3 + H2O, (3) Fe(NO3)3 + 3 KOH Fe(OH)3 + 3 KNO3. (4) 3 балла Прокаливание смеси Ag2O и Fe(OH)3 при 700С приводит к разложению обоих соединений: 2 Ag2O 4 Ag + O2 2 Fe(OH)3 Fe2O3 + 3 H2O Газовая смесь состоит из кислорода и воды. (5) (6) 2 балла Определим состав исходной смеси. Пусть x – число молей AgNO3, y – число молей Fe(NO3)3, z – число молей Zn(NO3)2. Для исходной смеси нитратов уравнение материального баланса (I): 170x + 242y + 189z = 9,6 (I) Из уравнений реакций (3) и (4) видно, что осадок содержит 0,5x молей Ag2O и y молей Fe(OH)3, поэтому 2320,5x + 107y = 3,39 (II) Выделилось 448/22400 = 0,02 моля газов. Из уравнений реакций (5) и (6) видно, что это 0,25x молей O2 и 1,5y молей H2O. Следовательно, 0,25x + 1,5y = 0,02 (III) Решение системы уравнений дает значения: x = 0,02, y = 0,01, z = 0,02 моль. Состав исходной смеси нитратов таков: 40% мольн. Zn(NO3)2, 40% мольн. AgNO3, 40% мольн. Fe(NO3)3. 4 балла Из уравнений реакций (5) и (6) следует, что после прокаливания масса осадка будет: m1 = xM(Ag) + 0,5yM(Fe2O3) = 2,96 г смеси Ag и Fe2O3. 1 балл При прокаливании исходной смеси нитратов идут реакции: 2 Zn(NO3)2 2 ZnO + 4 NO2 + O2 (7) 2 AgNO3 2 Ag + 2 NO2 + O2 (8) 4 Fe(NO3)3 2 Fe2O3 + 12 NO2 + 3 O2 (9) 3 балла Видно, что от остатка m1 смесь твердых продуктов реакций (7-9) отличается содержанием ZnO. Поскольку M(ZnO) = 81 г/моль, а z = 0,02, то масса m2 будет больше массы m1 на 810.02 = 1,62 г. 1 балл Итого 14 баллов. Задача 10-3. В воде растворили 5,0 г медного купороса, объем полученного раствора равен 200 мл. Осаждение гидроксида меди (II) из этого раствора начинается при рН = 4,84. Рассчитайте произведение растворимости гидроксида меди (II). Решение 10-3. Медный купорос имеет формулу CuSO4•5H2O. M(CuSO4•5H2O) = 250 г/моль. 1 балл Молярная концентрация раствора медного купороса: СМ = ν(CuSO4•5H2O)/ V = 5,0/(250•0,2) = 0,1моль/л 1 балл Соль – сильный электролит, поэтому концентрация ионов меди (II) равна: [Cu2+] = CM = 0,1M 1 балл + В растворе с рН = 4,84 концентрация ионов Н рассчитываем из соотношения: рН = -lg[H+] = 4,84; 1 балл + -4,84 [H ] = 10 1 балл Концентрация гидроксид – ионов равна: [OH-] = Kw/ [OH-] = 10-14/10-4,84 = 6,92•10-10M 2 балла Составим уравнение диссоциации гидроксида меди (II): Cu(OH)2 Cu2+ + 2OH1 балл ивыражение для произведения растворимости: ПРCu(OH)2 = [Cu2+]•[OH-]2 = 0,1•(6,92•10-10)2 = 4,79•10-20. 2 балла Итого 10 баллов. Задача 10-4. На химическом заводе из-за нарушения герметичности одного аппарата в помещение цеха стали попадать пары брома. Отделом охраны труда был проделан анализ воздушной среды. Специальный сосуд заполнили 10 мл 0,001М раствора мышьяковистой кислоты и пропустили 40 л воздуха. Бром прореагировал с мышьяковистой кислотой, а избыток ее был оттитрован 0,0005М раствором йода, которого было израсходовано 18 мл. Напишите уравнения проведенных при анализе реакций. Вычислите концентрацию брома в 1 л воздуха. Предельно допустимая концентрация брома равна 0,002 мг/л. Можно ли продолжать работать в цехе после разгерметизации аппарата? Ответ поясните цифрами. Решение 10-4. H3AsO3 +Br2 + H2O → H3AsO4 + 2HBr 1 балла H3AsO3 +I2 +H2O → H3AsO4 + 2HI 1 балла Мышьяковистой кислоты прореагировало с йодом: (0,0005·18)/0,001 = 9 мл. 1 балл Следовательно, с бромом прореагировал (10 – 9) = 1 мл раствора мышьяковистой кислоты. 1 балл Масса прореагировавшего брома составила: mBr2 = (0.001·1·159.8)/1000 = 0,1598 ·10-3г 2 балла Таким образом, в 40 л воздуха содержится 0,1598 мг брома. Концентрация брома в воздухе цеха составляет 0,1598/40 = 0,004 мг/л. 1 балл Концентрация брома в цехе вдвое превышает предельно допустимую величину (0,002 мг/л), поэтому необходимо категорически запретить работать в цехе. 1 балл Итого 10 баллов. Задача 10-5. Азид натрия – бесцветная соль – является газообразующим компонентом в автомобильных системах подушек безопасности. Определите, какое количество азида натрия необходимо для заполнения подушки безопасности объемом 0,5 м3? Как получают азид натрия? Решение 10-5. Азид натрия – NaN3. 1 балл Азид натрия получают в два этапа. Сначала получают амид натрия: 2 Na + 2 NH3 2 NaNH2 + H2 Затем окисляют амид оксидом азота (I): 2 NaNH2 + N2O NaN3 + NaOH + NH3 Возможна реакция NaNH2 с NaNO3, с образованием NaN3. 2 балла При ударе и вызванной им детонации быстро протекает реакция разложения азида натрия: 2 NaN3 2 Na + 3 N2 1 балл По условиям задачи требуется 500 л/22,4 л/моль = 22,32 моль N2. Согласно уравнению реакции, азида натрия нужно в 1,5 раза меньше в мольном соотношении, т.е. 14,88 моль. Масса азида натрия равна 967 г = 0,97 кг. 2 балла Итого 6 баллов.