ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный педагогический институт имени М. Е. Евсевьева»

реклама
ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный педагогический институт
имени М. Е. Евсевьева»
МАЛАЯ ШКОЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ
г. Саранск, ул. Студенческая, 13. Тел. 33-92-56, 33-92-57
www. mordgpi.ru
II Открытая олимпиада школьников 2013–2014 учебный год
Заключительный этап
ХИМИЯ
9 КЛАСС
Задание 1. После сжигания сероводорода в избытке кислорода и
возвращения системы к первоначальным условиям (1 атм, 20 °С) объем
газовой смеси уменьшился на 60 мл. Найдите объем сожженного
сероводорода (до 4 баллов).
Задание 2. На схеме показаны превращения соединений азота.
Определите и назовите вещества, обозначенные буквами А, Б, В, Г, Д, Е и
напишите уравнения реакций.
Аммиак
+ кислород,
без катализатора
А
+Б
В
+Г
Д
азотная кислота
+Е
Оксид азота (V)
(до 5 баллов).
Задание 3. Раствор, содержащий 25,2 г гидроксида натрия, добавили к
раствору, содержащему 29,4 г ортофосфорной кислоты. Найдите число молей
веществ, содержащихся в конечном растворе (до 10 баллов).
Задание 4. При прокаливании 13,2 г смеси карбонатов аммония (А),
кальция (Б) и калия (В) выделились газообразные продукты (2,016 л, объем
указан после приведения к нормальным условиям), на сжигание которых
было израсходовано 3,36. л воздуха с объемной долей кислорода 20%.
Следовательно, соли в исходной смеси находились в молярном (мольном)
соотношении n ((NH4)2CO3): n(СаСO3): n(К2СO3) = .... (до 17 баллов).
Задание 5. Газ, выделившийся при взаимодействии 3,2 г меди с 100 мл
60%-ной азотной кислоты (плотностью 1,4 г/мл), растворили в 100 г 15%ного раствора гидроксида натрия. Рассчитайте суммарную массовую долю
солей в полученном растворе (до 10 баллов).
КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ОТВЕТОВ
ХИМИЯ 9 КЛАСС
Задание 1. После сжигания сероводорода в избытке кислорода и возвращения
системы к первоначальным условиям (1 атм, 20 °С) объем газовой смеси уменьшился на
60 мл. Найдите объем сожженного сероводорода.
№
Критерии ответа
п/п
1.
Составлено уравнение реакции, указаны, какие соединения (реагенты и
Балл
1 балл
продукты) в заданных условиях (t = 20 ˚С, Р = 1 атм) находятся в
газообразном состоянии, а также их молярные соотношения в реакции:
Н2S + 3/2O2 → SO2 + Н2O
газ
газ
газ
жидкость
1
1,5
1
Итак, изменение объема газовой фазы связано с «уходом» из нее Н2S и
O2 и «Приходом» SO2. При этом при сжигании 1 моля Н2Sрасходуется
1,5 моля O2 и образуется 1 моль SO2.
2.
3.
Вариант решения 1
Переведены количества вещества газов в объемы, которые они 1 балл
занимают.
Обозначено, что объем 1 моля газа в условиях задачи за «V», и
рассчитано изменение объемах газовой фазы:
Н2S + 3/2O2 → SO2 + Н2O
1V
1,5V
1V
∆V = 1,5V
∆V = V(Н2S) + V(O2) – V(SO2) = 1V + 1,5V – 1V = 1,5V.
Таким образом, установлено, что действительно, протекание реакции
сопровождается уменьшением объема газовой фазы.
Зная уменьшение объема газовой фазы по условию задачи, рассчитано, 1 балл
каким объемам газов – вступивших в реакцию Н2S, O2 и
образовавшегося SO2 оно соответствует.
Поскольку в задаче требуется определить объем сожженного Н2S,
обозначено, что V(Н2S) = х мл.
∆V = 60 мл
х мл
Н2S
1V
4.
+
3
/2O2 →
1,5V
SO2
1V
+
Н2O
∆V = 1,5V
Установлено соответствие между объемом Н2S и изменением объема 1 балл
газовой фазы в результате реакции:
1V Н2S — уменьшение на 1,5 V
х мл Н2S — уменьшение на 60 мл
x=
= 40 мл
Итак, V(Н2S) = 40 мл.
2.
3.
Вариант решения 2
Реакция идет с уменьшением числа «газовых» молей, что в 1 балл
соответствии с: законом Авогадро (объемы газов пропорциональны
числу их молей), сопровождается уменьшением объема газовой фазы:
∆V = V(Н2S) + V(O2) – V(SO2) (1)
По условию задачи ∆V = 60 мл
1 балл
Обозначен объем сожженного Н2S за «х»: (V(Н2S) = х мл).
Найдено с использованием уравнения реакции и пропорциальности
объема газа числу его молей, соответствующие объемы O2 (а) и SO2 (b).
х мл
Н2S +
1 моль
4.
a мл
3
b мл
/2O2 → SO2 +
1,5 моль 1 моль
Н2O
a (O2) = 1,5x (мл)
b S(O2) = x (мл)
Подставив в уравнение (1) данные задачи, получено математическое 1 балл
уравнение с одним неизвестным (х):
60 = ∆V = V(Н2S) + V(O2) – V(SO2) = х + 1,5х – х = 1,5х.
Решено уравнение:
х = 60: 1,5 = 40.
V(Н2S) = 40 мл.
Итого
4 балла
Задание 2. На схеме показаны превращения соединений азота. Определите и
назовите вещества, обозначенные буквами А, Б, В, Г, Д, Е и напишите уравнения
реакций.
Аммиак
А
В
Д
азотная
кислота
.
(до 5 баллов).
№
Критерии ответа
п/п
1.
Окисление аммиака без катализатора приводит к получению азота.
Балл
1 балл
Вещество А – только N2.
4NН3 + 3O2 → 2N2 + 6Н2О (без катализатора)
2.
3.
4.
5.
N2 + O2 → 2NO
Б – O2; В – NO
2NO + O2 → 2NO2
Г – O2; Д – NO2
4NO2+ O2+ 2Н2О → 4HNO3
В качестве водоотнимающего средства может быть использован оксид
фосфора (V).
2HNO3
Итого:
N2O5 + Н2О
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
Е – P2O5
5 баллов
Задание 3. Раствор, содержащий 25,2 г гидроксида натрия, добавили к раствору,
содержащему 29,4 г ортофосфорной кислоты. Найдите число молей веществ,
содержащихся в конечном растворе.
№
Критерии ответа
п/п
1.
Найдены количества вещества NаОН и Н3РO4:
n(NаОН) = m/М = 25,2 : 40 = 0,63 (моль),
n(Н3РO4) = m/М = 29,4 : 98 = 0,3 (моль).
Сопоставлены полученные значения n(NаОН) и n(Н3РO4). Число молей
щелочи более чем в 2 раза больше числа молей кислоты.
Следовательно, в данном случае щелочи хватит для превращения всей
фосфорной кислоты в гидрофосфат. Исходя из этого составлено
уравнение реакции (1):
Н3РO4 + 2 NаОН → Nа2НРO4 +2Н2O (1)
Щелочь - в избытке. По числу молей, в соответствии с уравнением
реакции 1,
кислоты находим число молей образовавшегося
гидрофосфата натрия и израсходованного гидроксида натрия:
n (Nа2НРO4) = n(Н3РO4) = 0,3 моль;
n(NаОН) израсх. = 2 n(Н3РO4) = 0,6 моль.
Найден число молей гидроксида натрия оставшегося в избытке:
n(NаОН) изб = n(NаОН) исх. - n(NаОН) израсх. = 0,63-0,6= 0,03 моль
Далее гидрофосфат (0,3 моль) взаимодействует со щелочью (0,03 моль).
Балл
2 балла
1 балл
2 балла
1 балл
1 балл
Составлено уравнение реакции (2):
Nа2НРO4 + 2 NаОН → Na3РO4 + 2Н2O (2)
В соответствии с уравнением 2 реакции щелочь - в недостатке. По 2 балла
числу молей NaОН найдено число молей образовавшегося Na3РO4 и
прореагировавшего Nа2НРO4:
n(NаОН) = n(Na3РO4) = 0,03 моль
n(Nа2НРO4) прореаг = n(NаОН) = 0,03 моль
1 балл
Вычислено число молей избыточного Nа2НРO4:
n(Nа2НРO4) изб = n(Nа2НРO4) получ. по реакции 1 - n(Nа2НРO4) прореаг =
= 0,30 - 0,03 = 0,27 (моль).
Итак, в результате взаимодействия Н3РО4 и NaОН в количествах,
указанных в задаче, образуется смесь солей - Nа2НРO4 и Na3РO4:
n(Nа2НРO4) = 0,27 моль, n(Na3РO4) = 0,03 моль.
10 баллов
Итого
Задание 4. При прокаливании 13,2 г смеси карбонатов аммония (А), кальция (Б) и
калия (В) выделились газообразные продукты (2,016 л, объем указан после приведения к
нормальным условиям), на сжигание которых было израсходовано 3,36. л воздуха с
объемной долей кислорода 20%. Следовательно, соли в исходной смеси находились в
молярном (мольном) соотношении n ((NH4)2CO3): n(СаСO3): n(К2СO3) = ...
№
Критерии ответа
Балл
п/п
1.
В первом опыте исходную смесь прокалили. Из трех карбонатов 2 балла
разлагаются два. Составлены уравнения реакций 1, 2:
(NH4)2CO3
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
2NH3↑ + CO2↑ + H2O↑
(1)
CaCO3
CaO + CO2↑
(2)
К2СО3 плавится без разложения. При этом газы образуются в
результате обеих реакций: NН3 (реакция 1), СO2 (реакции 1, 2), Н2O
(реакция 1).
Объяснено, что поскольку объем газообразных продуктов указан после
приведения их к нормальным условиям, при которых вода не является
газом, 2,016 л – это общий объем выделившихся аммиака и оксида
углерода(IV):
V(NH3,СО2)=2,016 л.
Рассчитано общее число молей NH3 и СО2:
n (NH3,СО2) = V(NH3,СО2) / 22,4 = 2,016 : 22,4 = 0,09 (моль).
Таким образом, на основании данных эксперимента № 1 установили
общее число молей отдельных продуктов (NH3,СО2), образующихся в
результате двух реакций (1 и 2).
Из выделившихся в первом опыте газообразных продуктов (NH3,СО2,
Н2O) горит только аммиак. Составлено уравнение реакции 2:
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
(2)
Объяснено, что, кислород, содержащийся в указанном количестве
воздуха, расходуется только в реакции 2.
Используя данные задачи, найден объем кислорода:
V(O2) = ωоб(O2) V(возд.) = 0,2 • 3,36 = 0,672 (л)
Найдено количество вещества кислорода:
V(O2) = V(O2) /22,4 = 0,672 : 22,4 = 0,03 (моль).
По уравнению реакции 2 рассчитано количество вещества NH3,
соответствующее данному количеству вещества O2:
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
n (NH3) = 4/3 ∙ n (O2) = 4/3 ∙ 0,03= 0,04 моль
Следовательно, по данным эксперимент № 2 установлено количество
одного из продуктов (NH3) реакции (1) эксперимента № 1.
Найдено общее количество n (СО2) выд. в р-ии 1+2 = n (NH3,СО2) – n (NH3) = 1 балл
= 0,09 – 0,04 = 0,05 моль
1 балл
Зная число молей выделившегося NH3 найдено, в соответствии с
реакцией 1 число молей (NH4)2CO3 в исходной смеси и СО2,
выделившегося в реакции 1:
n ((NH4)2CO3) = n (СО2) выд. в р-ии 1 = n (NH3) = 0,04 = 0,02 моль.
Исходя из общего числа молей СО2, выделившегося в первом опыте, и
числа молей СО2, выделившегося по реакции 1, найдено число молей
СO2, образовавшегося в результате реакции 2:
n выд. в р-ии 2(СО2) = n (СО2) выд. в р-ии 1+2 – n (СО2) выд. в р-ии 1 = 0,05 – 0,02 =
= 0,03 моль
По уравнению реакции 2 рассчитано количество вещества СаСО3 в
исходной смеси:
n(СаСO3) = n выд. в р-ии 2(СО2) = 0,03 моль
Найдены массы (NH4)2CO3 и CaCO3:
m((NH4)2CO3) == М((NH4)2CO3) ∙n((NH4)2CO3) = 96 • 0,02 = 1,92 (г);
m (CaCO3) = М(CaCO3) ∙n(CaCO3) = 100 • 0,03 = 3 (г).
Найдена масса третьего компонента смеси (К2СО3)
m(К2СO3) = m(смесь) – m((NH4)2CO3) - m((NH4)2CO3) =
= 13,2 – 1,92 – 3 = 8,28 (г)
Найдено количество вещества третьего компонента смеси (К2СО3):
n(К2СO3) = m/М = 8,28 : 138 = 0,06 (моль).
Найдены молярные соотношения компонентов в исходной смеси:
n ((NH4)2CO3): n(СаСO3): n(К2СO3) = 0,02 : 0,03 : 0,06 = 1 : 1,5 : 3 =
=2 : 3 : 6
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
Итого:
17 баллов
Задание 5. Газ, выделившийся при взаимодействии 3,2 г меди с 100 мл 60%-ной
азотной кислоты (плотностью 1,4 г/мл), растворили в 100 г 15%-ного раствора гидроксида
натрия. Рассчитайте суммарную массовую долю солей в полученном растворе.
Критерии ответа:
Баллы
1) Составлено уравнение реакции меди с азотной кислотой:
2) Определено количество вещества
1
:
0,5
моль
1,5
(в т.ч.0,5 - найдена масса
раствора, 0,5 - найдена
масса
растворенного
вещества, 0,5- найдено
количество вещества для
азотной кислоты)
Определено, что азотная кислота в избытке, медь - в 0,5
недостатке
0,5
моль
моль - в избытке
3) Составлено уравнение реакции оксида азота(IV) с
гидроксидом натрия:
1
4) Рассчитана масса солей:
моль
моль
Определено, что гидроксид натрия в избытке, NO2
недостатке
г
г
4) Определена суммарная массовая доля солей в растворе:
г
1 (в т.ч. 0,5 - найдена
масса
растворенного
вещества, 0,5- найдено
количество вещества для
гидроксида натрия)
1
- в 0,5
0,5
0,5
г
или
0,5
0,5
0,5
%
Итого
10
Задания по химии
10 - 11 классы
Задание 1. В 5 склянках без этикеток находятся растворы следующих веществ:
NaOH, K2CO3, H2SO4, Al2(SO4)3, BaCl2. Вопросы:
а) Какие из этих веществ могут взаимодействовать между собой? Напишите
молекулярные и краткие ионные уравнения соответствующих реакций. Опишите
наблюдаемые явления.
б) Один из осадков, получаемых при взаимодействии этих растворов, растворяется в
избытке одного из исходных веществ. Что это за осадок и как объяснить растворение
осадка (уравнение реакции). (до 10 баллов)
Задание 2. Напишите уравнения химических реакций, с помощью которых можно
осуществить превращения и назовите все продукты реакций:
этан
+Cl2, cвет
Х1
этилбензол
+Cl2, AlCl3
Х2
KMnO4, H2SO4
Х3
п-метилбензойная
кислота
(до 10 баллов)
Задание 3. Как изменится скорость прямой реакции N2(г)+3Н2(г)
2NH3(г), если
давление в системе увеличить в 2 раза? (до 8 баллов)
Задание 4. На сколько градусов повысится температура при растворении 0,2 моль
серной кислоты в воде массой 200 г, если теплота растворения серной кислоты равна –
74,94 кДж, а удельная теплоемкость раствора равна 3,77 Дж/г ∙ К? (до 10 баллов)
Задание 5. К водному раствору, содержащему 26,4 г сульфата аммония, добавляют
избыток гидроксида натрия и нагревают. Выделившийся при этом газ полностью
поглощается 100 мл раствора 4М фосфорной кислоты с плотностью 1,2 г/см3. Определите
состав образующейся соли и ее концентрацию (масс. %) в полученном растворе. (до 12
баллов)
КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ОТВЕТОВ
ХИМИЯ 10-11 КЛАСС
Задание 1.В 5 склянках без этикеток находятся растворы следующих веществ:
NaOH, K2CO3, H2SO4, Al2(SO4)3, BaCl2. Вопросы:
а) Какие из этих веществ могут взаимодействовать между собой? Напишите
молекулярные и краткие ионные уравнения соответствующих реакций. Опишите
наблюдаемые явления.
б) Один из осадков, получаемых при взаимодействии этих растворов, растворяется в
избытке одного из исходных веществ. Что это за осадок и как объяснить растворение
осадка (уравнение реакции).(до 10 баллов)
Ответ
1) Запись уравнений возможных реакций
NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + H2O
OH– + H+ = H2O
6NaOH + Al2(SO4)3 = 2Al(OH)3↓ + 3Na2SO4
3OH – + Al3+ = Al(OH)3↓
K2CO3 + H2SO4 = K2SO4 + H2O + CO2↑
CO32– + 2H+ = H2O + CO2↑
3K2CO3 +Al2(SO4)3+3H2O = 2Al(OH)3↓ +3K2SO4+3CO2↑
3CO32– + 2Al3+ + 3H2O = 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑
K2CO3 + BaCl2 = 2KCl + BaCO3↓
CO32– + Ba2+ = BaCO3↓
Балл
1
1
1
1
1
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HCl
SO42– + Ba2+ = BaSO4↓
3BaCl2 + Al2(SO4)3 = 3BaSO4↓ + 2AlCl3
3SO42– + 3Ba2+ = 3BaSO4↓
2) Возможные взаимодействия веществ удобно представить в виде таблицы:
NaOH
K2CO3
H2SO4
Al2(SO4)3
BaCl2
NaOH
–
осадок
–
K2CO3
–
газ
осадок + газ
осадок
H2SO4
газ
–
осадок
Al2(SO4)3
осадок
осадок + газ
–
осадок
BaCl2
–
осадок
осадок
осадок
3) Растворяться в избытке щелочи может гидроксид алюминия, вследствие своей
амфотерности
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]
или
Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O
Итого
1
1
2
1
10
Задание 2. Напишите уравнения химических реакций, с помощью которых можно
осуществить превращения и назовите все продукты реакций:
этан
+Cl2, cвет
Х1
этилбензол
+Cl2, AlCl3
Х2
KMnO4, H2SO4
Х3
п-метилбензойная
кислота
(до 10 баллов)
Ответ
CH3 – CH3 + Cl2 → CH2Cl– CH3 + HCl
+ CH3CH2Cl
CH2CH3
+
Cl2
Балл
2
CH2CH3
AlCl3
2
+ HCl
CH2CH3
AlCl3
CH2CH3
+
Cl
Cl
COOH
CH2CH3
5
2
+ HCl
+ 12KMnO4 + 18 H2SO4
5
+ 5CO2 + 6 K2SO4 + 12 MnSO4
2
Cl
Cl
+ 28 H2O
COOH
COOH
+ CH3Cl + 2 Na
Cl
+ 2 NaCl
2
H3C
Всего
10
Задание
3.Во
сколько
раз
изменится
скорость
прямой
реакции
N2(г)+3Н2(г)
2NH3(г), если давление в системе увеличить в 2 раза? (до 8 баллов)
Ответ
Увеличение давления в системе в 2 раза равносильно уменьшению объема
системы в 2 раза. При этом концентрации реагирующих веществ возрастут в 2
Балл
2
раза. Согласно закону действия масс, начальная скорость реакции равна
Vн=k·[N2]·[H2]3
После увеличения давления в 2 раза концентрации азота и водорода увеличатся в
2 раза, и скорость реакциистанетравна
Vк = k·2[N2]·23[H2]3 = k·16[N2]·[H2]3
ОтношениеVк./Vн показывает, как изменится скорость реакции после изменения
давления.
Следовательно,
Ответ: скорость реакции увеличится в 16 раза.
Всего
2
4
8
Задание 4.На сколько градусов повысится температура при растворении 0,2 моль
серной кислоты в воде массой 200 г, если теплота растворения серной кислоты равна –
74,94 кДж, а удельная теплоемкость раствора равна 3,77 Дж/г ∙ К? (до 10 баллов)
Ответ
1) Вычислим количество теплоты, которое выделится при растворении 0,2 моль
кислоты:
при растворении 1 моль серной кислоты выделится 74940 Дж теплоты;
при растворении 0,2 моль серной кислоты выделится хДж теплоты.
Балл
2
2) Найдем массу образовавшегося раствора:
mр-ра = m (H2O) + m (H2SO4)
m (H2SO4) = M (H2SO4) ∙ n (H2SO4) = 98 г/моль∙0,2 моль = 19,6 г
mр-ра = 200 г + 19,6 г = 219,6 г
3) Вычислим изменение температуры раствора из его теплоемкости:
Q = m ∙ C ∙ ∆T
4
Всего
10
4
Задание 5. К водному раствору, содержащему 26,4 г сульфата аммония, добавляют
избыток гидроксида натрия и нагревают. Выделившийся при этом газ полностью
поглощается 100 мл раствора 4М фосфорной кислоты с плотностью 1,2 г/см3. Определите
состав образующейся соли и ее концентрацию (масс. %) в полученном растворе.(до 12
баллов)
Ответ
1) Запишем уравнения протекающих реакций:
(NH4)2SO4 + 2NaOH= 2NH3↑+ 2H2O + Na2SO4
NH3↑+ H3PO4 = (NH4)H2PO4либо2NH3↑+ H3PO4 = (NH4)2HPO4
или3NH3↑ + H3PO4 = (NH4)3PO4
2) Вычислим количество аммиака, которое выделится при
Балл
2
2
взаимодействиисульфата аммония с избытком гидроксида натрия:
n(NH3) = 2n((NH4)2SO4) = 0,4 моль
3) Рассчитаем количество фосфорной кислоты в растворе:
n(H3PO4) = C∙V=4 ∙ 0,1 = 0,4 моль
4) Вычислим массовую долю полученного раствора, для чего сначала рассчитаем
массы раствора и растворенного вещества:
m(NH4)H2PO4 = n ∙ M = 0,4 моль ∙ 115 г/моль = 46 г
Масса раствора кислоты равна:
m1 =V∙ρ = 100 мл ∙ 1,2 г/см3 = 120 г.
Масса поглощенного газа равна:
m(NH3) = n(NH3) ∙ M(NH3) = 0,4 моль∙ 17 г/моль = 6,8 г
Масса полученного раствора равна:
m = m1+ m(NH3) =120 + 6.8 = 126,8 г.
Массовая доля раствора:
Всего
2
6
12
Скачать