Типовые примеры задач региональной студенческой олимпиады

Типовые примеры задач региональной студенческой олимпиады
высших учебных заведений по химии - 2013
Общая и неорганическая химия
1. К 30 мл горячего водного раствора с массовой долей сульфата
алюминия 10 % (плотность 1,1 г/см3) прилили 20 мл горячего водного
раствора карбоната натрия с массовой долей 10 % (плотность 1,15 г/см3).
Смесь оставили на сутки на воздухе. Вычислить моляльные концентрации
компонентов конечного раствора.
2. Рассчитать равновесный состав раствора, содержащего сульфид
калия концентрацией 11,2 г/л. Как изменится состав раствора при увеличении
рН раствора? Построить график зависимости. K dH1 2S  1,1 10 7 ; K dH22S  3,63 10 12;
3. Вычислить рН и равновесный ионно-молекулярный состав раствора
сероводородной кислоты в воде концентрацией 0,2 моль/л при 25°С;
K dH 2S  1,1 10 7 ; K dH 2S  3,63 10 12;
1
2
4. Вычислить растворимость карбоната кальция в воде при 25°С с
учетом гидролиза.
5. Вычислить рН раствора, полученного при смешивании 1,8 л 0,2 М
хлорида аммония и 0,2 л 0,2 М гидроксида натрия; pKdNH4OH  4,752 .
6. Флотореагент алкилсульфат «Новость» получают по реакции
С15Н31OH + 2H2SO4 = С15Н31OSO3H + H2SO4·H2O. Серную кислоту берут в
избытке, затем реакционную смесь нейтрализуют щелочью по реакции:
С15Н31OSO3H + H2SO4 + 3NaOH = С15Н31OSO3Na + Na2SO4 + 3H2O. Какая
масса раствора с массовой долей щелочи 40 % потребуется для
нейтрализации 1 т раствора с массовой долей С15Н31OSO3H – 30 % и H2SO4 –
50 %?
7. На основании электронного строения ионов H  , Li  и атома Не
определить соотношение их радиусов.
8. Объяснить механизм образования молекулы SiF 4 и иона [SiF 6 ] 2 .
Может ли существовать ион [CF 6 ] 2 ?
9. Определите, исходя из положений метода молекулярных орбиталей,
какая из молекул В2, С2 или NO характеризуется большим значением энергии
диссоциации молекул и оцените их магнитные свойства.
10. Одинаково ли геометрическое строение молекул SbH3
Ответ аргументируйте, используя метод валентных связей.
и BiH3?
11. В шести колбах без этикеток находятся растворы следующих
веществ: K 2 SiO 3 , KOH, NH 4 NO 3 , AgF, Al(NO 3 ) 3 , BaCl 2 .Не пользуясь
никакими другими реактивами и имея лишь пустые пробирки, определить,
где какое вещество находится. Написать уравнения реакций.
12. Известно, что при нагревании дихромат аммония бурно разлагается,
на чем основан эффектный демонстрационный химический эксперимент
«вулканчик». Однако если эту соль нагревать в среде расплавленного
роданида аммония (т. пл. 150 ºС), то дихромат аммония ведет себя
совершенно иначе. Реакция также протекает достаточно бурно, в результате
образуется красная масса. При обработке этой массы горячим этиловым
спиртом можно извлечь из нее весь непрореагировавший NH4CNS. Остаток
при растворении в воде и обработке хлоридом аммония дает блестящие
красные кристаллы. Полученное вещество названо по фамилии ученого,
впервые его синтезировавшего – «соль Рейнеке». Согласно элементному
анализу, соль Рейнеке содержит (масс. %): Cr – 14.67, C – 13.55, H – 3.41, N –
27.66, S – 36.19. При выдерживании навески соли Рейнеке над P2O5 ее масса
снижается на 5.08 %.
Составьте уравнения всех описываемых реакций; предложите строение
соли Рейнеке.
13. В сосуде неизвестного объема находится неизвестный газ при н.у. В
сосуд налили неизвестную жидкость, в которой газ полностью растворился,
заняв весь объем сосуда. Определить концентрацию полученного раствора.
14. Из какого элемента состоит атмосфера некоторой планеты, если в
ней горит хлор, а зеленый малахит при нагревании не чернеет (как на Земле),
а краснеет? Напишите уравнения всех реакций.
Физическая химия
1. Твердая глюкоза сгорает при \/ = const с образованием жидкой
воды и газообразного диоксида углерода по уравнению
C6 H12O6 (тв )  6О2 ( газ)  6СО2 ( газ)  6 Н 2О( газ)
Тепловой эффект сгорания при постоянном объеме и температуре 298 К
равен - 2815, 8 кДж. Определить тепловой эффект реакции при постоянном
давлении.
2. Способ производства соды из криолита основан на том, что криолит
при нагревании до красного каления (примерно 800°С) с известняком
разлагается по реакции:
(1) Na3AlF6 (тв) + 3CaCO3 (тв) = NaAlO2 (тв) + 2CaF2 (тв) + 2CO2 (г)+2NaF(тв);
ΔfHo298(NaAlO2 (тв)) = -1133 кДж/моль, a(NaAlO2 (тв)) = 73,6 Дж/мольК.
Полученный таким образом алюминат натрия разлагают водой и
двуокисью углерода при обычных условиях:
(2) 2NaAlO2
(тв)
+ 3H2O(ж) + CO2(г) = Na2CO3(aq) + 2Al(OH)3
(тв);
ΔfHo298(Al(OН)3 (тв)) = -1276,12 кДж/моль.
Для данного процесса рассчитать суммарный тепловой эффект,
учитывая процесс нагревания криолита и известняка от 25 до 800°С.
3. Определить знаки ∆H, ∆S, ∆G для реакции
АВ(кр)+В 2 (г)=АВ 3 (кр),
протекающей при T=298К в прямом направлении. Как будет изменяться
значение ∆G с ростом температуры?
4. Смесь водорода с кислородом (н.у.), имевшую массу 5г и плотность
1,12 г/л взорвали. Сколько тепла выделится при взрыве, если теплота
образования паров воды -242, 8 кДж/моль?
5. Докажите справедливость соотношения:
Cp – Cv = T(∂p/∂T)v (∂V/∂T)p
6. Стандартная константа диссоциации молекулярного йода при
температуре 700 ºС и атмосферном давлении составляет 1.40·10–3. Допуская,
что йод в этих условиях описывается уравнением состояния идеального газа,
определите его плотность и долю молекул, распавшихся на атомы.
7. Вещество В способно диссоциировать согласно уравнению:
В(газ) ↔ 2 А(газ)
При проведении процесса в режиме P = const достигается равновесная
степень диссоциации α (В) = 0,5, если вещество В вносится в реактор с
начальным давлением ро(В) = 0,75 бар. Найдите степень диссоциации
вещества В, если процесс проводится в режиме V = const, а в реактор
вводится смесь аргона и газа В в мольном соотношении 1:1 при общем
давлении 1 бар
8.
Известно, что мольная энтальпия возгонки йодистого водорода равна
24,66 кДж/моль. Давление насыщенного пара йодистого водорода при 136,9
K равно 13,33 Па. Определите, в каком состоянии будет находиться
вещество при давлении 2,666∙104 Па и температуре 200 K.
9.
Вычислить изменение энтропии обратимого процесса: I моль воды в
виде льда плавится при 0°С; далее воду нагревают до 100 °С и при этой
температуре она превращается в пар при постоянном давлении.
10.
Раствор, содержащий 0,872 кмоль /м3 тростникового сахара, при
290К изоосмотичен с раствором, содержащим 0,5 кмоль /м3 хлорида натрия.
Определить кажущуюся степень диссоциации и изотонический коэффициент
Вант-Гоффа для указанного раствора хлорида натрия.
11.
Раствор, содержащий 0,001 моля хлорида цинка в I кг воды, замерзает
на 0,0055° ниже, чем чистая вода; а раствор, содержащий 0,0819 моля в I кг
воды, замерзает на 0,385° ниже, чем чистая вода.
Вычислить изотонический коэффициент i для обоих растворов и объяснить,
почему он различен?
12.
Покажите, что в бинарной системе, компоненты которой образуют
идеальный жидкий раствор, невозможно существование азеотропа. Почему
азеотроп нельзя считать химическим соединением?
13. Расшифровать фазовую диаграмму по ниже приведенной методике
13.1. Дать общую характеристику диаграммы.
13.2. Обозначить все поля диаграммы греческими или римскими
цифрами.
13.3. Указать фазовый состав всех полей диаграммы.
13.4. Рассмотреть свойства систем, заданных соответствующими
фигуративными точками, показанным на диаграмме, заполнить таблицу 1.
13.5. Построить кривые охлаждения к заданным точкам
Таблица 1
Характеристика отдельных фигуративных точек диаграммы
Точка
Исходный
состав
системы, % В
1
2
3
Кол-во
фаз
в
точке
Наимен
ование
фаз
Состав
каждой
фазы,
%В
Относите
льное
кол-во
фаз, %
Температура
конденсации/
Число
расслоения
степеней
Т
Т свободы
Н
K
14. Начертить фазовую диаграмму по ее описанию:
Fe (температура плавления 1535 °С) и Zn (температура плавления
719 °С) образуют два химических соединения;
соединение Fe5Zn21, не выделяется в чистом виде. При температуре
765 °С находится в равновесии с твердой фазой содержащей мольную
долю цинка 25 % и жидкой фазой, содержащей мольную долю цинка 90 %;
соединение FeZn7 при температуре 647 °С разлагается на твердый
раствор с мольной долей цинка 83 %, и жидкость с мольной долей цинка
95 %;
при температуре 623 °С твердая фаза, содержащая мольную долю
цинка 23 %, находится в равновесии с твердыми растворами, содержащими
18 и 80 % цинка;
при температуре 419°С жидкость, содержащая мольную долю цинка
99 %, находится в равновесии с цинком и твердым раствором,
содержащим мольную долю цинка 92 %;
при температуре 900°С железо претерпевает полиморфное
превращение.
15. Скорость реакции
2H2(газ) + 2NO(газ) = N2(газ) + 2H2O(газ)
Описывается кинетическим уравнением, полученным из опытных данных:
r = kC2NOCH2.
Для этой реакции был предложен механизм:
2 NO ↔ N2O2
(k1,k-1,быстр.)
N2O2 + H2 → H2O + N2O
(k2, медл.)
N2O + H2 → H2O + N2 (k3, быстр.)
Совместим ли
уравнением?
этот
механизм
с
экспериментальным
кинетическим
16. Определить среднюю скорость реакции Н 2 +Cl 2 →2HCl и
концентрацию HClи Cl 2 в смеси газов после реакции, если исходные
концентрации реагентов С(Н 2 )= 0,8 моль/л и С(Сl 2 )=1,1 моль/л, а через 20
минут концентрация Н 2 стала равна 0,6 моль/л.
17. Во сколько раз возрастет скорость реакции C2H4+H2=C2H6 при
повышении температуры от 200 до 300С, если энергия активации равна 180
кДж/моль. Во сколько раз возрастет скорость этой реакции при повышении
температуры от 300 до 500С.
18. Найдите температурный коэффициент скорости реакции, если
константа скорости некоторой реакции при 273К равна 1,17 лּмоль-1ּмин-1, а
при 298 К – 6,56 лּмоль-1ּмин-1.
19. ЭДС гальванического элемента
Pt, H2 | HCl | AgCl, Ag
PH2 = 1 атм С, моль/л
измерялась при температуре 313 К в серии опытов с различными значениями
концентрации соляной кислоты (см. таблицу). Можно приять, что
зависимость Е от
при малых концентрациях кислоты близка к
линейной. Найдите величину среднего ионного коэффициента активности в
растворе соляной кислоты концентрации 0,023 моль/л.
С,
моль/л
Е, В
1. 0,001
2. 0,01
3. 0,05
4. 0,1
5. 0,586
6. 0,465
7. 0,383
8. 0,348
20. Некий злоумышленник похитил тонну медного купороса, чтобы
электролизом выделить медь и сдать ее в пункт приема цветных металлов.
Электролизер с рабочим током 0,1А он устроил у себя дома в ванной.
Сколько меди он может получить максимально? Сколько времени у него это
займет? Что останется в ванной после завершения процесса?
Органическая химия
1. При окислении углеводорода С6 Н 10 дихроматом калия в кислой
среде получен единственный продукт окисления – дикарбоновая кислота Х,
которая при нагревании в присутствии оксида тория выделяет воду и
некоторое газообразное вещество Y. Напишите структурную формулу
исследованного углеводорода.
2. При обработке нитрующей смесью ароматического вещества А,
молекулярная формула которого С8 Н10 , образуются преимущественно два
вещества В и В1, с молекулярной формулой С8Н9О2N. При окислении
вещества А подкисленным водным раствором перманганата калия образуется
вещество С с молекулярной формулой С7Н6О2. Окисление в тех же условиях
веществ В и В1 дает изомерные вещества Д и Д1. Установите строение всех
вышеназванных веществ.
3. Из этанола получить амизил:
В ходе синтеза необходимо получать все органические соединения.
4. Существует 13 (и только 13) изомерных углеводородов, среди
которых есть одна пара энантиомеров (оптических изомеров). Определите
состав и строение этих углеводородов.
5.
Один из удобных методов синтеза дигидропиримидинонов заключается
во взаимодействии мочевины (или другого N,N-динуклеофила),
бензальдегида и ацетоуксусного (или циануксусного) эфира. В некоторых
случаях при длительном кипячении выделяют окисленный продукт −
пиримидинон. Объясните механизм превращения и обоснуйте все его стадии.
Ph
O
O
CHO
NH2
+
+
NH2
H+
CO2Et
Me
CO2Et
HN
EtOH,
кипя чение
O
N
H
Me
Ph
NH
MeS
CHO
+
K2CO3
+
NH2
NC
CO2Et
EtOH,
кипя чение
6.
Изобразите все возможные стереоизомеры.
энантиомеров и мезо-формы, если таковые есть:
Me
HO2C
Me
N
Me
CO2H
O
Br
O
Br
MeS
Укажите
Br
CN
N
N
H
пары
O
7. Составьте соединения (1-8) в ряд по увеличению кислотности и
обоснуйте ваш выбор:
O
SO2NHPh
NH2
1
NHPh
2
3
O
SO2NH2
NH2
NHPh
4
5
6
NC
SO2NH
N
H
7
NO2
8
8.
Предложите схему синтеза соединения 1 из диэтилмалоната и
этилакрилата с использованием любых неорганических реагентов. Обоснуйте
все стадии. Что получится из этого диэфира при взаимодействии со щелочью
с дальнейшей обработкой соляной кислотой и последующем нагревании при
180оС?
EtO2C
CO2Et
1