11 класс ответы по химии

ХИМИЯ – 2014/2015
ОЛИМПИАДА
11 класс
Тур 1
Задание 1.
Расстояние между атомами углерода в алмазе и атомами кремния в кристаллическом
кремнии равны 0,153 и 0,233 нм соответственно. Рассчитайте плотность кремния, если
плотность алмаза равна 3,5 г/см3.
Ответ
1. Плотность вещества определяется по формуле
m

V
Так как атомы углерода в алмазе и кремния в кристаллическом кремнии находятся в sp3гибридном состоянии, то образуют подобные геометрические фигуры – тетраэдр.
Ñ 
Si 
2. Объём тетраэдра равен
12  5àòîìîâ
6,02 1023  Vòåòðàýäðà( Ñ)
28  5àòîìîâ
6,02 1023  Vòåòðàýäðà(Si )
Vòåòðàýäðà 
(2 балла)
2 3
õ
12 , где х – длина ребра.
(1 балл)
3. Длина ребра может быть выражена через расстояние между атомами (а):

2
= а ∙ sin 
2
(α = 109о28′)
(1 балл)
или
х = 2а ∙ sin  .
2
Тогда
Vтетраэдра Si =
2
(2аSi-Si ∙ sin  )3 = const ∙ (аSi-Si)3
2
12
Vтетраэдра C =
2
(2аC-C ∙ sin  )3 = const ∙ (аC-C)3
2
12
4. Следовательно
Si 28  5  VC 7  const (à ÑÑ )3 7  0,1533



 0,66
C VSi 12  5 3  const (à Si Si )3 3  0,2333
ρSi = ρC ∙ 0,66 = 3,5 ∙ 0,66 = 2,3 г/см3
(2 балла)
Ответ: плотность кремния равна 2,3 г/см3.
6 баллов
Задание 2.
Смешали 1 моль оксида кальция, 2 моль карбида кальция и 3 моль фосфида кальция. Какой
объём воды может вступить в реакцию с 16 г такой смеси? Сколько граммов гидроксида
кальция при этом образуется?
Ответ
1. Пусть в смеси содержится х моль СаО,
тогда
n(СаС2) = 2х моль,
n(Са3Р2) = 3х моль.
Общая масса смеси равна
m = m(СаО) + m(СаС2) + m(Са3Р2) = 56х + 64∙2х + 182∙3х = 730х = 16 г,
откуда
х = 0,0219 моль.
(1 балл)
2. При действии воды на смесь происходят реакции:
СаО + Н2О = Са(ОН)2,
(1 балл)
СаС2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2  ,
Са3Р2 + 6Н2О = 3Са(ОН)2 + 2РН3 
(1 балл)
(1 балл)
3.
В первую реакцию вступает х моль воды, во вторую – 2∙2х и в третью – 6∙3х моль,
всего
1х + 2∙2х + 6∙3х = 23х = 23∙0,0219 = 0,504 моль воды.
Следовательно,
m(Н2О) = 0,504∙18 = 9,07 г
и
V(Н2О) = 9,07 мл, (1 балл)
так как плотность воды равна 1 г/мл.
4.
В первой реакции образуется х моль Са(ОН)2, во второй – 2х моль и в третьей – 3∙3х,
всего
1х + 2х + 3∙3х = 12х = 12∙0,0219 = 0,263 моль Са(ОН)2.
Следовательно,
m(Са(ОН)2) = 0, 263∙74 = 19,5 г (1 балл)
Ответ: 9,07 мл Н2О и 19,5 г Са(ОН)2.
6 баллов
Задание 3.
Фосфор, количественно выделенный из 31 г фосфата кальция, окислен при нагревании с
27,9 мл 70%-ного раствора азотной кислоты (ρ = 1,400 г/см3). По окончании реакции к
образовавшемуся раствору прилили 65,3 мл 20%-ного раствора NaOH (ρ = 1,225 г/см3).
Какие вещества, и в каком количестве (моль, г) содержатся в растворе?
Ответ
1. В 31 г Ca3(PO4)2 (31/310 = 0,1 моль) содержится 0,2 моль или 0,2∙31 = 6,1 г фосфора.
2. Масса азотной кислоты равна:
m(HNO3) = ρVω =1,4∙27,9∙0,7 = 27,342 г.
(1 балл)
3. Фосфор окисляется азотной кислотой в соответствии с уравнением реакции:
3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO
(1 балл)
4. Определяем, какое вещество – фосфор или азотная кислота – дано в избытке
6,2 г
хг
yг
3P
+ 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO
3∙31 г
5∙63 г
3∙98 г
х = 21 г HNO3 требуется для реакции, а дано 27,342 г.
Следовательно, азотная кислота дана в избытке. (1 балл)
После реакции осталось 27,342 – 21 = 6,342 ≈ 6,3 г азотной кислоты.
В результате реакции получилось y = 19,6 г фосфорной кислоты. (1 балл)
5. Находим массу гидроксида натрия:
m(NaOH) = ρVω =1,225∙65,3∙0,2 = 16 г.
6. Определяем реакции в растворе. Это, прежде всего, реакция между щёлочью и
азотной кислотой
хг
6,3 г
yг
NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O (1 балл)
1∙40 г
1∙63 г
1∙85 г
В ней расходуется х = 4 г щёлочи и образуется y = 8,5 г соли NaNO3 (0,1 моль). (1 балл)
7. Оставшаяся щёлочь массой 16 – 4 = 12 г (12/40 = 0,3 моль) реагирует с фосфорной
кислотой массой 19,6 г (19,6/98 = 0,2 моль).
Стехиометрическое соотношение 0,3:0,2 = 3:2 соответствует следующему уравнению
реакции
0,3 моль
0,2 моль
0,1 моль
0,1 моль
3NaOH + 2H3PO4 = NaH2PO4 + Na2HPO4 + 3H2O
(3 балла)
В результате реакции получаются соли массой:
m(NaH2PO4) = 0,1∙120 = 12 г
m(Na2HPO4) = 0,1∙142 = 14,2 г.
(1 балл)
Ответ: в растворе содержатся 8,5 г (0,1 моль) NaNO3,
12 г (0,1 моль) NaH2PO4,
14,2 г (0,1 моль) Na2HPO4.
10 баллов
Задание 4.
Напишите уравнения реакций (с указанием условий проведения), соответствующих
следующей последовательности превращений:
C4H5Na
C4H8O
C4H6
C3H6O2
C4H11O2N
В уравнениях укажите структурные формулы реагентов и продуктов реакций.
Ответ
а)
H3C C C C Na
H2
+
H3C C C CH
H2
H2 O
+ NaOH
(C4H6)
б)
Hg
H3C C C CH + HOH
H2
2+
H3C C C CH3
H2
O
(C4H8O)
в)
{O}
H3C C C CH3
H2
O
HCOOH
K2Cr2O7
H2SO4
+
H3C C COOH
H2
(C3H6O2)
г)
O
H3C C C
+ NH2
H2
OH
без t
CH3
O
H3C C C
O NH3CH3
H2
CH3CH2COO
-
CH3NH3
+
8 баллов
Задание 5.
Соединение неизвестного строения медленно реагирует с натрием, не окисляется раствором
дихромата натрия, с концентрированной соляной кислотой реагирует быстро с образованием
алкилхлорида, содержащего 33,3% хлора по массе. Определите строение этого соединения.
Ответ
Характер реакции с Na,Na2Cr2O7 и HCl свидетельствует о том, что неизвестное вещество третичный спирт. При реакции с HCl образуется третичный алкилхлорид: ROH + HCl
RCl + H2O.
Один моль RCl содержит один моль Cl массой 35,5г, что составляет 33,3% от общей
массы, следовательно, молярная масса алкилхлорида равна: M(RCl)= 35,5/0,333=106,5
г/моль, а молярная масса углеводородного радикала равна: M(R) = 106,5-35,5=71 г/моль.
Единственный радикал с такой молярной массой - С5Н11.
Третичные спирты имеют общую формулу:
R
R C R
OH
Один атом углерода из пяти соединен с гидроксильной группой, а четыре атома
входят в состав трех радикалов. Разбить четыре атома углерода можно единственным
способом: два радикала CH3 и один радикал C2H5. Искомый спирт - 2-метилбутанол-2:
CH3
H3C C C CH3
H2
OH
Ответ: 2-метилбутанол-2.
10 баллов
Всего 40 баллов