Задания теоретического тура II городского (районного) этапа (2004/05 учебный год)

Задания теоретического тура
II городского (районного) этапа
(2004/05 учебный год)
11 класс
11-1. В двух колбах находится по 200 г раствора нитрата неизвестного металла. В
первую колбу добавили порошок кадмия, а во вторую – такую же массу магния. После
протекания реакций осадки отделили и взвесили. При этом их массы отличались на 4,4 г.
При взаимодействии осадков с избытком соляной кислоты при нагревании выделился газ
и осталось по 10,8 г непрореагировавшего металла.
Определите формулу нитрата и его массовую долю в исходном растворе.
11-2. В состав бинарных соединений I – III входит один и тот же элемент А и
элементы X,Y,Z в необычных степенях окисления. Общее число атомов в 1 г соединения
составляет
АX3 – 1,376 · 1022; AY3 – 1,330 · 1022; AZ3 – 4,685 · 1021
Установите формулы веществ I – III дайте им названия, если элемент X находится в V
группе.
11-3. В приведенной схеме превращений определите вещество A. Напишите
молекулярные структурно-графические формулы всех веществ. Дайте им названия и
приведите уравнения всех реакций.
C2H4O2N2
H2O, H+
NH3
Вакуумная
C2O2Cl2
сушка
PCl5
C2H8O4N2
упаривание раствора
H2O, H+
óï àðèâàí èå ðàñòâî ðà
Âàêóóì í àÿ
A
р-р
ñóøêà
упаривание
C2H6O6
KOHð-ð
óï àðèâàí èå
C2H2O5K2
11-4. Каталитическим окислением бензола в промышленности получают вещество А,
которое при действии стехиометрического количества воды превращается в кислоту В, а
при окислении В водным раствором перманганата калия образует известную кислоту С
(С4H6O6). Из кислоты В в одну стадию можно получить кислоту Д (С 4H6O4), а в три
стадии – кислоту Е (С4H2O4).
Определите вещества А – Е, дайте им названия, напишите уравнения всех реакций.
Какой продукт можно получить вместо А, если окислению в тех же условиях подвергнуть
нафталин.
11-5. Органическое вещество А является мощным взрывчатым веществом и имеет
молярную массу менее 300 г/моль. Некоторое количество А взорвали. При 100 оС все
продукты находились в газообразном состоянии, а при охлаждении до комнатной
температуры образовалось 4,5 мл воды. Оставшуюся газовую смесь пропустили через
избыток баритовой воды. При этом выпал осадок массой 49,25 г. Не прореагировавший
газ, объемом 2,8 л (н.у.) имеет плотность по метану 1,75. Определите состав и возможную
структуру А. Напишите уравнения реакций. Приведите возможные способы получения А.
Решение заданий теоретического тура
II городского (районного) этапа (2004/05 учебный год)
11 класс
11-1. 2Me(NO3)x + xMg → 2Me + xMg(NO3)2
2Me(NO3)x + xCd → 2Me + xCd(NO3)2
Mg + HCl → MgCl2 + H2
Cd + HCl → CdCl2 + H2
ν(Mg) = ν(Cd) = Δm/ ΔA = 4,4/88 = 0,05 моль
ν(Me) = 2/x
ν(Mg) = 2/x ν(Cd) → A(Me) = m(Me)/ν(Me) = 10,8x/2 · 0,05 = 108x
при x = 1 A = 108 Me = Ag
ν(AgNO3) = ν(Ag) = 0,1 моль
ω(AgNO3) = 0,1 · 170 · 100%/200 = 8,5%
Оценка задания
1. За уравнения реакций
2. За количество вступивших Mg и Cd
3. За нахождение металла
4. За нахождение массовой доли
Итого:
2 ∙ 1= 2 балла
2 балла
2 балла
2 балла
8 баллов
11-2. Число атомов в 1 г соединений равно N = 4NA/M → M = 4NA/N
Тогда МI = 175 г/моль
MII = 181 г/моль
MIII = 514 г/моль
Аx больше Аy на (181–175)/3 = 2 г/моль.
Тогда Y должен находится в VI или VII группе.
Это азот и кислород, соединения АN3 и АО3.
Атомная масса А = 175 – 3 · 14 = 133 г/моль – это цезий
Az = (514 – 133)/3 = 127 г/моль – это йод
Следовательно, соединения:
CsN3 – азид цезия
CsO3 – озонид цезия
CsJ3 или CsJ ∙ J2 – трийодид цезия
Оценка задания
1.
2.
3.
4.
За нахождение молярных масс
За обоснование элементов N и О
За нахождение йода
За формулы
1 балл
2 балла
1 балл
1·3=3
балла
1·3= 3
балла
10 баллов
5. За названия
Итого:
11-3. С2H6O6 – дигидрат щавелевой кислоты H2C2O4 · 2H2O
A – щавелевая кислота H2C2O4
H2C2O4 + PCl5 → (C(O)Cl)2
оксалилхлорид
С2O2Cl2 + 4NH3 → (C(O)NH2)2 + 2NH4Cl
оксалиламид
H+
С2H4O2N2 + 2H2O → (NH4)2C2O4
оксалат аммония
H2O упаривание
(NH4)2C2O4 + 2HCl ––→ H2C2O4 · 2H2O + 2NH4Cl дигидрат щавелевой кислоты
H2C2O4 · 2H2O→ H2C2O4 + 2H2O
упаривание
H2C2O4 · 2H2O + 2KOH → K2C2O4 · 2H2O
дигидрат оксалата калия
Оценка задания
1. За вещества А – Е
2. За уравнения реакций
Итого:
6 · 1 = 6 баллов
6 · 1 = 6 баллов
12 баллов
11-4.
O
+ 3,5O2
V2 O5
O + 2CO2 ì малеиновый
àëåèí î âû éангидрид
àí ãèäðèä
O
A
O
COOH
малеиновая кислота
O + H2O
ì àëåèí î âàÿ êèñëî òà
COOH
O
COOH
KMnO4 +H2O COOH
COOH
âèí
í àÿкислота
êèñëî òà
винная
OH OH
COOH
COOH
COOH
Pt
янтарная
кислота
ÿí òàðí
àÿ êèñëî òà
+Н
Í 2
COOH
COOH
COOH
CCl4
Br
COOH
NH3,NaNH2
COONa
+
H
COOH
+ Br2
+2Na+
HOOC
COOH
Br
COONa
COOH
ацетилен дикарбоновая кислота
O
O2,V2O5
O
ô òàëåâû é àí ãèäðèä
фталевый ангидрид
+2CO2
O
Оценка задания
1. Уравнения реакций
2. За вещества и названия
Итого:
8∙1=8
баллов
6∙1=6
баллов
14 баллов
11-5.
M(газа) = 16 · 1,75 = 28 г/моль – это азот – N2
ν(H2O) = 4,5/18 = 0,25 моль
ν(Н) = 0,5 моль
1) Ba(OH)2 + CO2 → BaCO3↓ + H2O
ν(BaCO3) = ν(CO2) = ν(C) = 49,25/217 = 0,25 моль
ν(N2) = 2,8/22,4 = 0,125 моль ν(N) = 0,25 моль
ν(О) = 2 ν(СО2) + ν(H2O) = 2 ∙ 0,25 + 0,25 = 0,75 моль
ν(С) : ν(H) : ν(N) : ν(O) = 0,25 : 0,5 : 0,25 : 0,75 = 1 : 2 : 1 : 3.
Простейшая формула CH2NO3
Истинная (СH2NO3)n т.к. М<300, то n < 300/76 < 3,94, т.е. n=1,2,3
Для n = 2 формула C2H4N2O6 это динитроэтиленгликоль – O2NOCH2CH2ONO2
Получение
2) HOCH2CH2OH + 2HNO3(конц.) → O2NOCH2CH2ONO2 + 2H2O
Оценка задания
1. За уравнение 1
2. За уравнение 2
3. За установление N2
4. За нахождение простейшей формулы
5. За нахождение истинной формулы
6. За название
Итого:
1 балл
2 балла
1 балл
2 балла
1 балла
1 балл
8 баллов
Задания теоретического тура
II городского (районного) этапа
(2005/06 учебный год)
11 класс
11-1. Фиолетовые кристаллы соли А окрашивают пламя в фиолетовый цвет и хорошо
растворяются в воде с образованием фиолетового раствора. Анион содержит 4 атома
кислорода. Раствор А взаимодействует с нитратом бария с образованием окрашенного
осадка Б, а при действии раствора азотной или серной кислот выделяется газ В. При
количественном взаимодействии 1,98 г соли А с раствором, содержащим 1,275 г нитрита
калия, выпадает осадок Г бурого цвета, растворимый в 2М азотной кислоте с
образованием почти бесцветного раствора.
Установите формулы веществ А – Г, напишите уравнения реакций, ответ подтвердите
необходимыми расчетами.
Предложите 2 способа получения соли А.
11-2. Напишите уравнения реакций, соответствующие цепочке превращений. Укажите
условия их осуществления.
CaSiO3
(5)
SiO2
(3)
(CH3)2Si(OCH3)2
(CH3)2SiCl2
(2)
(4)
(1)
SiCl4
Si
(9)
(6)
X
(7)
SiH4
(8)
H2SiF6
SiF4
(10)
K2SiF6
11-3. Для установления структуры неопределенных соединений используют озонолиз,
в результате которого молекула алкена окисляется до карбонильных соединений.
R2
3
R
R
C C
1
R
+
O3
R2
3
R
R
C O
+
O C
1
R
Сожгли 25,2 г смеси двух изомерных углеводородов Х и У. Плотность паров по
аргону равна 2,103. При этом выделилось 40,32 л углекислого газа. Такую же массу
исходной смеси подвергли озонолизу, при котором выделилось 29,0 г ацетона.
Определите состав смеси. Изобразите структурные формулы изомеров и дайте им
названия, если известно: при озонолизе смеси образуются только два продукта.
11-4. Альдегид массой 11,6 г нагрели с 44,1 г свежеосажденного гидроксида меди (II).
Образовавшийся осадок отделили и нагрели до постоянной массы, которая составила 32,8
г. Определите возможную структурную формулу альдегида. Приведите формулы его
изомеров, дайте им названия.
11-5. Вещество А при нагревании с металлическим натрием расщепляется на вещества
В и С. Вещество В легко взаимодействует с соляной кислотой с образованием Д. В
результате нагревания вещества Д до 500С с ацетоном происходит конденсация и
образуется Е, имеющее тривиальное название диан, дифенилолпропан и др. При реакции
вещества С с эквимольным количеством HJ в качестве одного из продуктов образуется F.
На холоду С энергично взаимодействует с водой с образованием спирта. В результате
озонолиза F образуется 2 гомолога G и H с содержанием кислорода 53,33% и 36,36%
соответственно.
Напишите уравнения реакций, дайте название по систематической номенклатуре всем
соединениям.
Решение заданий теоретического тура
II городского (районного) этапа (2005/06 учебный год)
11 класс
11-1.
1. Предположение А – KMnO4 не соответствует условию задачи
2KMnO4 + 3KNO2 + H2O = 2MnO2↓ + 3KNO3 + KOH
1,275 г нитрита калия реагирует с 1,58 г KMnO4, что не соответствует условию задачи.
2. А – соль содержит калий – окраска пламени.
1. На основании окраски А и окраски Г можно предположить, что А – K2FeO4 – феррат
калия, а Г – Fe(OH)3 или Fe2O3 ∙ nH2O
2. На основании реакции
2K2FeO4 + 3KNO2 + 5H2O = 2Fe(OH)3↓ + 3KNO3 + 4KOH
υ(K2FeO4)/ υ(KNO2)=2/3. Следовательно М(А) =
(m(A) ∙ 3)/(2 ∙ m(KNO2)/M(KNO2))=1,98 ∙ 3/((2 ∙ 1,275)/85)=198г/моль
М(А) = M(K2FeO4)=198 г/моль
3. Уравнения реакций
K2FeO4 + Ba(NO3)2 = BaFeO4↓ + 2KNO3
4K2FeO4 + 20HNO3 = 4Fe(NO3)3 + 8KNO3 + 3O2 + 10H2O
4K2FeO4 + 10H2SO4 = 2Fe2(SO4)3 + 4K2SO4 + 3O2 + 10H2O
Fe(OH)3 + 3HNO3 = Fe(NO3)3 + 3H2O можно с (Fe2O3*nH2O)
4. Получение K2FeO4
2Fe(OH)3 + 3Cl2 + 10KOH = 2K2FeO4 + 6KCl + 8H2O
Fe + 2KOH + 2KNO3 = K2FeO4 + 3KNO2 + H2O (нагревание)
Fe + 8KOH – 6e = K2FeO4 + 4H2O + 6K+ на аноде
Fe2O3 + 2KOH + 2KO2 = 2K2FeO4 + H2O
Оценка заданий
За докозательство несоответствия KMnO4
За предположение K2FeO4 и Fe2O3 ∙ nH2O
За доказательство с расчетом
За уравнения реакций 5 и 6 по 1 баллу
Итого:
11-2.
1. Si + 2Cl2 → SiCl4 (300o – 400оС)
2. SiCl4 + 2CH3MgCl → (CH3)2SiCl2 + 2MgCl2 (эфир)
3. (CH3)2SiCl2 + 2CH3OH → (CH3)2Si(OCH3)2
4. Si + O2 → SiO2 (t)
5. SiO2 + CaCO3 → CaSiO3 + CO2↑ (t сплав)
6. Si + 2Mg → Mg2Si (t сплав)
7. Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4↑
8. SiH4 + 4F2 → H2SiF6 + 2HF↑
9. Si + 2F2 → SiF4 (t)
10. SiF4 + 2KF → K2SiF6 (200oC)
1 балл
1 балл
2 балла
6 баллов
10 баллов
Оценка заданий
За уравнения с условиями по 1 баллу
Итого:
1 ∙ 10 = 10 баллов
10 баллов
11-3.
1. Формула изомеров СхНу
М(СхНу) = 2,103 ∙ 40 = 84 г/моль
2. Уравнения горения
СхНу + (4х+у)/2 О2 = хСО2 + у/2 Н2О
x = υ(CО2)/ υ(СхНу)
υ(СО2) = 40,32/22,4 = 1,8 моль
υ(СхНу) = 25,2/84 = 0,3 моль, тогда
x = 1,8/0,3 = 6, а у = 12
Формула С6Н12
3. На основании реакции озонолиза, образование ацетона возможно для следующих
реакций.
CH3
CH3
C CH C2H5 + O3
(1)
CH3
H2O2, H+ CH3
Zn
C C
CH3
CH3
CH3
CH3
C O + C2H5CHO + H2O2
+ O3
H2O2, H+ CH3
2
C O + H2O2
Zn
CH3
(2)
4. υ(ацетона) = m/M = 29/58 = 0,5 моль
 x  y  0,3
 x  0,1
υ(1) = x υ(2) = y 

 x  2 y  0,5  y  0,2
5.
CH3 C CH CH2 CH3
CH3
(1)
m=0,1 ∙ 84 = 8,4 г
CH3
C
2-метилпентен-2
0,1 моль
ω(1) = (8,4 ∙ 100%)/ 25,2 = 33,3%
C CH3
CH3 CH3
(2)
ω(2) = 66,6%
2,3-диметилбутен-2
0,2 моль
Оценка заданий
1. За нахождение М
2. За уравнение горения
3. За установление формулы
4. За уравнение озонолиза по 1 баллу
5. За названия по 1 баллу
6. За нахождение массовой доли по 1 баллу
Итого:
11-4.
1. Уравнение реакции
2Cu(OH)2 + RCHO → Cu2O↓ + RCOOH + 2H2O (to)
1 балл
1 балл
2 балла
1 ∙ 2 = 2 балла
1 ∙ 2 = 2 балла
1 ∙ 2 = 2 балла
10 баллов
2. υ(Cu(OH)2) = m/M = 44,1/98 = 0,45 моль
Если вещества взяты в стехиометрических количествах, то
υ(RCHO) = 1/2 υ(Cu(OH)2) = 0,225 моль
М = 11,6/0,225 = 51,56 г/моль.
Такого альдегида нет
3. Значит Cu(OH)2 взят в избытке и при нагревании дополнительно протекает реакция
Cu(OH)2 → CuO + H2O (нагревание)
если υ(RCHO) = x, то υ(Cu2O) = υ(RCHO) = x
υ(CuO) = υ(Cu(OH)2)ост = 0,45 – 2x, тогда общая масса остатка
m(ост) = m(CuO) + m(Cu2O)
32,8 = 144x + (0,45 – 2x) ∙ 80
x=0,2 моль М(RCHO) = 11,6/0,2 = 58 г/моль, М(R) = 58 – 29 = 29 г/моль
R – C2H5
альдегид – пропаналь (С2Н5СНО)
изомер – пропанон-2, ацетон ((СН3)2СО)
Оценка заданий
За уравнение реакции
За проверку (2) и установление избытка
За нахождение формулы с расчетом
За изомеры и названия по 2 балла
Итого:
1 балл
1 балл
4 балла
2 ∙ 2 = 4 балла
10 баллов
11-5.
1. При озонолизе образуются карбонильные соединения
М1 = 16/0,5333 = 30 г/моль М2 = 16/0,3636 = 44 г/моль
этому соответствуют G – HCHO (метаналь), H – CH3CHO (этаналь)
2. Реакция озонолиза
CH3 CH CH2 + O3
H2O2, H+
O
O
H C
+ CH3
H
C
H
+ H2O2
Вещество F – пропен
3. Диан имеет формулу
CH3
HO
OH
C
CH3
2,2 – ди(4-гидроксифенил)пропан
он получается в качестве одного из продуктов реакции
OH
CH3
2
+
C O
50oC
CH3
HO
OH + H2O
C
CH3
CH3
(E)
4.
OCH2 CH CH2
ONa
+ 2Na
(A)
+ CH2 CH CH2Na
(B)
(C)
5.
ONa
OH
+ HCl
+ NaCl
(D)
6. CH2=CH–CH2Na + HJ → NaJ + CH2=CН–CH3
(F)
A – аллилоксибензол (аллилфениловый эфир)
B – фенолят натрия
C – аллилнатрий
D – фенол
E – 2,2 – ди(4-гидроксифенил)пропан
F – пропен
G – метаналь
H – этаналь
Оценка заданий
1. За нахождение формул G и H по 0,5
балла
2. За уравнения 2,4,5,6 по 1 баллу
3. За формулу Е
4. За названия по 0,5 балла
0,5 ∙ 2 = 1
балл
1 ∙ 4 = 4 балла
1 балл
0,5 ∙ 8 = 4
балла
10 баллов
Итого
Задания теоретического тура
II городского (районного) этапа
(2006/07 учебный год)
11 класс
11-1. Плотность по водороду паров углеводорода, состоящего из 90,45% С и 9,55% Н,
равна 53. Это вещество не обесцвечивает бромную воду, а под действием азотной кислоты
нитруется. Навеску этого вещества массой 1,06 г окислили при помощи сильного
окислителя. Для нейтрализации продукта окисления потребовалось 20 мл раствора
гидроксида калия концентрацией 0,5 моль/л.
Установите формулу вещества и назовите его. Напишите уравнения всех упомянутых
реакций.
11-2.
3А
акт. уголь, Т
В
большой избыток CH3OH
H2SO4
С
KMnO4
H2SO4
-H2O
D
E
Известно, что А содержит 92,31% углерода и 7,692% водорода. Вещество Е содержит
только углерод и кислород (по 50% масс.).
1. Определите структуры всех неизвестных веществ.
2. Назовите вещества А – Е.
3. Напишите все уравнение реакций
11-3.. Юный химик нагрел вещество А в токе газа Х до 1000 С, а затем охладил его,
просто выставив колбу с веществом на ночь за окно (был мороз – 300К). Придя на
следующее утро в лабораторию, он обнаружил в колбе серый порошок Б и немедленно
приступил к его анализу: залил Б кипящей азотной кислотой, при этом образовалось белое
нерастворимое вещество В (которое было прокалено с образованием Г), при этом в
растворе не было обнаружено никаких веществ, кроме непрореагировавшей азотной
кислоты. Г далее было подвергнуто алюмотермии, при этом из 4 грамм Г было получено
3,152 грамм А. Х – неорганическое вещество, плотность которого 1,25 г/л при н.у.
1. Определите все вещества.
2. Напишите уравнения реакций, приведите все расчеты.
11-4. Органическое вещество массой 10,82 мг сожгли в кислороде. Образовавшиеся
газы пропустили через трубку, наполненную безводным сульфатом меди, а затем через
трубку, наполненную гидроксидом натрия. При этом масса первой трубки увеличилась на
26,41 мг, а второй – на 7,21 мг. Кроме того, после сожжения был получен твердый белый
остаток массой 6,01 мг. Этот остаток не растворялся в серной или соляной кислотах, но
легко растворился в плавиковой кислоте. При исчерпывающем гидрировании исходного
вещества в присутствии платины его молярная масса увеличилась на 5,6 %.
Определите строение анализируемого соединения.
11-5. Органическое вещество А с плотностью паров по азоту 2,5 может участвовать в
следующих химических превращениях:
H2O, H2SO4
A
Н2, Pd
CrO3
B
C
H2 Pd Н2, Pt
D
H2SO4t
E, H2SO4 (konz)
H2 Pt
E
C, H2SO4 (konz)
F
Органические вещества A – F являются жидкостями.
Установите строение указанных веществ и напишите уравнения соответствующих
реакций.
Решение заданий теоретического тура
II городского (районного) этапа (2006/07 учебный год)
11 класс
11-1. Для формулы CxHy коэффициенты x и y могут быть определены по формуле:
х : у = 90,45/12 : 9,55/1 = 7,5375 : 9,5500 = 4 : 5
Тогда, простейшая формула углеводорода: (С4Н5)n.
Так как молярная масса вещества:
М = 53 ∙ 2 = 106 г/моль, то n = 106/(12 ∙ 4+5) =2. Таким образом, формула углеводорода
– С8Н10.
Следует отметить, что данные об элементном анализе в данной задаче являются
избыточными. Состав углеводорода может быть однозначно вычислен, исходя из
значения молярной массы. Уравнение 12 ∙ х + у = 106 имеет смысл при целочисленных х и
у только для х=8 и у=10.
Соединение состава С8Н10 может быть инертным по отношению к бромной воде
только в том случае, если оно имеет ароматический характер. Это подтверждается и
возможностью его нитрования азотной кислотой. Формуле С8Н10 может соответствовать 4
замещенных бензола: С6Н5С2Н5 (этилбензол) и С6Н4(СН3)2 (орто-, мета- и параксилолы).
Количество вещества углеводорода, вступившего в реакцию окисления: (у.в.) =
1,06/106 = 0,01 моль
В случае этилбензола при его окислении сильным окислителем образуется 0,01 моль
монокарбоновой бензойной кислоты (сильный окислитель разрывает не только связь С-Н
в заместителе, но и связь С-С в этильном радикале:
С6Н5С2Н5 + 6[O]  С6Н5СOOН + CO2 + 2H2O.
В случае ксилолов окисление приводит к образованию 0,01 моль дикарбоновых
кислот:
С6Н4(СН3)2 + 6[O]  С6Н4(СOOН)2 + 2H2O.
Количество щелочи, пошедшей на нейтрализацию кислоты:
(NaOH) = C·V = 0,5·0,02 = 0,01 моль.
Очевидно, что равенство количеств кислоты и щелочи может быть только в случае
монокарбоновой кислоты. Следовательно, исходный углеводород – этилбензол. Его
нитрование проходит по орто- и параположениям. При избытке нитрующего агента
образуется тринитропроизводное – 2,4,6-тринитроэтилбензол:
С6Н5С2Н5 + 3HNO3  С2Н5С6Н2(NO2)3 + 3H2O
Оценка заданий
1. За нахождение простейшей и истинной формул с расчетом
2. За предположение 4 замещенных бензолов
3. За установление этилбензола с расчетом
4. За уравнения реакций по 1 баллу
Итого:
2 балла
2 балла
3 балла
3 ∙ 1 = 3 балла
10 баллов
11-2. Брутто-формула вещества А – C1H1. Поскольку этот углеводород тримеризуется
на активированном угле, то, скорее всего, это ацетилен. Тогда В – это бензол. Он
подвергается избыточному метилированию, следовательно, С – это гексаметилбензол.
Метильные группы, соединенные с бензольным ядром, довольно легко окисляются. Тогда
D – это меллитовая кислота:
Cakt
1) 3СН≡СH 
С6Н6
CH3
2)
+ 6CH3OH
H2SO4
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
3)
COOH
CH3
CH3
CH3
HOOC
COOH
HOOC
COOH
+ [O]
CH3
CH3
COOH
CH3
4)
HOOC
HOOC
COOH
COOH
O
P2O5
O
O
O
O
COOH
COOH
O
O
O
O
Последнее вещество имеет брутто-формулу C4O3, что (с учетом 12 атомов углерода в
предыдущем соединении) скорее также содержит 12 атомов углерода, т.е. имеет формулу
С12О9. Это меллитовый ангидрид:
Оценка заданий
1. За установление брутто-формулы
2. За установление веществ В, С, Д, Е, по 1
баллу
3. За уравнения по 1 баллу
1 балл
4 ∙ 1 = 4
балла
4 ∙ 1 = 4
балла
4. За формулу Е с расчетом
Итого:
1 балл
10 баллов
11-3. а) Обычно алюмотермии подвергают оксиды переходных металлов. Массовая
доля металла в оксиде w(металла)= 3,152/4=79,2%. Массовая доля кислорода w(O2)=100 –
79,2=20,8%.
Мэкв(металла)=((16/0,208)
–
16)/2=29,5.
Единственный
металл,
удовлетворяющий условию, – олово в степени окисления + 4, М=118. Приближенно
подходит также вольфрам, никель или кобальт, но их оксиды не белые. (Возможно другое
решение.)
Тогда А – олово. В – гидроксид олова(4). Т.к. В образовалось при растворении Б в
азотной кислоте, причем кроме остатков кислоты других веществ обнаружено не было, то
скорее всего Б – чистое олово, только другая его модификация, т.н. «серое олово».
То есть при прокаливании А в Х ничего не произошло, переход А в Х произошел
ночью на морозе. М(Х)=1,25 ∙ 22,4=28 г/моль, скорее всего это довольно инертное
вещество азот (исключается боран, довольно активное и неустойчивое вещество,
возможен СО, т.к. карбонилы, как правило, образуются под давлением, а не в токе газа).
б) Уравнения реакций:
Sn + HNO3 = SnO2 ∙ 2H2O +4NO2 (Н2SnO3)
SnO2 ∙ 2H2O= SnO2 + 2H2O
3SnO2+4Al = 2Al2O3 + 3Sn
Оценка заданий
1. За установление металла с расчетом
2. За установление модификаций
3. За предположение газа Х
4. За вещества В и Г по 1 баллу
5. За уравнения реакций по 1 баллу
Итого:
3 балла
1 балл
1 балл
2 ∙ 1 = 2
балла
3 ∙ 1 = 3
балла
10 баллов
11-4. В трубке с CuSО4 поглотилась вода (7,21 мг). В навеске содержалось 7,21 ∙ 2,02 :
18,02=0,808 (мг) Н.
В трубке с NaOH поглотился СО2 (26,41 мг). В навеске содержалось 26,41 ∙
12,01:44,01=7,207 (мг) С.
Остаток, легко растворимый в HF, может быть либо SiО2, либо В2О3. Если это SiO2, то
в навеске было 6,01 ∙ 28,09 : 60,09 = 2,809 (мг) Si. Если это В2О3, то в навеске было 6,01 ∙ 2
∙ 10,81 : 69,62 = 1,866 (мг) В.
В первом случае вещество не содержит других элементов, во втором содержит 0,94 мг
О.
Если элемент – кремний, то имеем брутто-формулу (С6Н8Si)x, если элемент – бор, то
возможно (С60H80B17O59)x. Очевидно, что разумной является первая формула.
Молекулярная масса этого кремний-органического соединения равна 108,23x. После
гидрирования образуется соединение с молекулярной массой 114,29 г, т.е. присоединяется
6x атомов водорода. В случае x=l это соответствует гидрированию ароматического ядра.
Искомое соединение – С6Н5SiН3.
Оценка заданий
1. За нахождение Н
1 балл
2. За нахождение С
1 балл
3. За рассмотрение вариантов SiO2 и B2O3по 2
2 ∙ 2 = 4 балла
балла
4. За нахождение молекулярных масс 2 балла
исходного
вещества
и
продукта
гидрирования
5. За конечную формулу
2 балла
Итого:
10 баллов
11-5. Молярная масса вещества А равна 28 ∙ 2,5 = 70 (г/моль). Этой массе
удовлетворяют формулы:
C5H10, C4H6O, C3H202 и C3H6N2.
Из схемы видно, что вещество В может быть окислено и восстановлено в вещества,
которые способны взаимодействовать между собой в кислой среде. Можно предположить,
что В – это альдегид, С – кислота, Е – спирт. Тогда D – это либо олефин, либо эфир.
Если D – олефин, тогда А может быть только алкином, но алкина с такой
молекулярной массой нет. Тогда D – эфир, следовательно, А – ненасыщенный эфир с
формулой С4Н6О. Если при кислом гидролизе А дает единственное вещество В, то А
может быть только дивиниловым эфиром.
Уравнения реакций:
H2O, H2SO4
CH2=CH-O-CH=CH2
CrO3
CH3CHO
H2, Pt
CH3CHO
H2O H2SO4
H2 Pt
(В)
CH3CHO
(B)
CH3COOH
(С)
(C)
CH3CH2OH
(Е)
(E)
CH3CH2OH + CH3COOH
H2, Pt
CH2=CH-O-CH=CH2
C2H5OH
H2SO4
H2 Pt
H2SO4
(F)
CH3COOC2H5
(F)
(D)
C2H5-O-C
(D) 2H5
C2H5-O-C2H5
Оценка заданий
1. За нахождение молярной массы
предположения
2. За установление веществ по 0,5 балла
3. За уравнения реакций
Итого:
и 1 балл
6 ∙ 0,5 = 3
балла
6 ∙ 1 = 6 баллов
10 баллов
Задания муниципального этапа всероссийской олимпиады школьников
по химии 2009-2010 гг.
Время выполнения 4 часа
11 класс
11-1. Природный минерал альмандин содержит 16,9% (по массе) кремния, 38,6%
кислорода, также алюминий и железо. Определите формулу минерала. Представьте ее в
виде реально существующих химических соединений.
11-2. При взаимодействии 2,03 г смеси щелочного металла и его оксида с разбавленной
серной кислотой образовался раствор, содержащий 2,926 г соли. Установите металл и
определите массы веществ в исходной смеси.
11-3. В соединении С4Н4Сl4 все атомы хлора эквивалентны. Приведите три возможные
структурно-графические формулы изомеров данного состава. Напишите уравнения их
реакций с избытком водного раствора щелочи. Поясните, что означает термин
«эквивалентность» в данном случае.
11-4. При сгорании органического вещества получено 13,44 л углекислого газа (н.у.) и
10,8 г воды. Вещество вступает в реакцию со свежеприготовленным гидроксидом меди
(II), но не реагирует с перманганатом калия и бромоводородом. Установите неизвестное
вещество.
11-5. Органическое вещество состоит из углерода, водорода и кислорода. Относительная
плотность его паров по неону равна 2,9. Установите формулу вещества. Приведите
структурно-графические формулы устойчивых изомеров, удовлетворяющих условиям
задачи.
Решения и критерии оценки.
11 класс.
11-1.
Находим суммарную массовую долю алюминия и железа
100% - 16,9% - 38,6% = 44,5%
Обозначим содержание железа за Х, тогда содержание алюминия будет (44,5– Х).
Воспользуемся уравнением электронейтральности, учитывая, что железо может иметь
степени окисления +2 и +3.
1). Для железа со степенью окисления +2:
(+2) ∙Х/56 + (+3) ∙ (44,5– Х)/27 +(+4) ∙16,9/28 + (-2) ∙38,6/16 = 0.
Решая уравнение, получаем Х = 33,7%.
Следовательно, массовая доля железа составляет 33,7%, алюминия 44,5– 33,7= 10,8%.
2). Для степени окисления железа +3 содержание железа будет составлять 44%, а
алюминия - 0,5%, что нереально.
Формулу минерала представим в виде FeХAlУSiZOW, тогда
х:у:z:w = 33,7/56 : 10,8/27 : 16,9/28 : 38,6/16 =
0,602 : 0,4 : 0,603 : 2,41 = 1,5 : 1 : 1,5 : 6 = 3 : 2 : 3 : 12.Следовательно, минерал имеет
формулу Fe3Al2Si3O12 или Al2O3 ∙ 3FeO ∙ 3SiO2.
Оценка задачи:
1. За указание степени окисления железа
2. За нахождение содержания калия и магния
3. За установление брутто-формулы минерала
4. За написание формулы соединений
1 балл
4 балла
4 балла
1 балл
Итого: 10 баллов
11-2.
Уравнения реакции имеют вид:
1. 2Ме + H2SO4 = Ме2SO4+ H2
2. Ме2О + H2SO4 = Ме2SO4+ H2O
Для решения задачи недостаточно количественных данных. Поэтому
обозначим молярную массу щелочного металла за х. В реакцию с
кислотой вступает металл и его оксид, отношение масс полученного
сульфата и исходной смеси должно отвечать неравенству: Мсоли /Моксида <
mсоли/mсмеси < Мсоли/Мметалла.
Подставляя значения получаем (2х +96)/(2х +16) < 1,44 < (2х +96)/2х
После решения неравенств получаем 83< х <109, что соответствует
рубидию с молярной массой 85 г/моль.
Далее, обозначим количество вещества металла за а моль, оксида – b моль
и, используя уравнения реакций, выразим массу смеси и массу сульфата:
85а +166b = 2,03
(0,5а +b)∙266 = 2,926.
Решением системы уравнений находим: а = 0,002 моль; b = 0,01 моль.
Следовательно, масса рубидия составляет 0,17 г; масса его оксида – 1,86 г.
Оценка задачи:
1. За уравнения реакций по 1 баллу
2. За установление металла с доказательством
3. За нахождение массы веществ по 1,5 балла
2 балла
5 баллов
3 балла
Итого: 10 баллов
11-3.
Исходя из эквивалентности (одинакового поведения) атомов хлора можно привести
следующие три возможных варианта структуры:
CH3
Cl
Cl
Cl
Cl
1)
Cl
Cl
2)
Cl
Cl
3) Cl2CH–CH=CH–CHCl2
Возможные уравнения реакций с водным раствором щелочи могут иметь вид (без
учета устойчивости и возможных дальнейших превращений)
Cl
OH
Cl
HO
H2O
+ 4KOH
+ 4KCl
1)
Cl
Cl
HO
OH
CH3
Cl
Cl
CH3
H2O
Cl + 4KOH
- 4KCl
Cl
HO
CH3
+ 2H2O
OH
HO
O
OH
O
2)
O
O
3) Cl2CH–CH=CH–CHCl2 + 4KOH
Оценка задачи:
1. За структурные формулы
2. За уравнения реакций по 2 балла
3. За объяснение термина
H2O
C CH CH C
H
по 1 баллу
H
+ 4KCl + 2H2O
3 балла
6 баллов
1 балл
10 баллов
Итого:
11-4.
Сгорело неизвестное вещество CxHyOz. Определим соотношение х:у:
ν(СО2) = 13,44/22,4 = 0,6 моль;
ν(С) = ν(СО2) = 0,6 моль.
ν(Н2О) = 10,8/18 = 0,6 моль;
ν(Н) = 2ν(Н2О) = 1,2 моль;
х:у = ν(С) : ν(Н) = 0,6 :1,2 = 1: 2.
Простейшая формула (СН2Оz)n
z≠0, т.к. углеводороды не реагируют c Cu(OH)2
z=1, при n= 2 получаем (СН2О)2 или СН3СООН
z=2, при n= 1 получаем НСООН, однако муравьиная кислота окисляется раствором
КМnО4
z>2, маловероятно из-за неустойчивости соединений.
Ответ: уксусная кислота.
Оценка задачи:
1. За нахождение соотношения углерода и водорода
2. За нахождение простейшей формулы
2 балла
2 балла
10 ба
3. За установление формулы уксусной кислоты
4. За исключение формулы муравьиной кислоты
4 балла
2 балла
Итого: 10 баллов
11-5.
Формула вещества Сх НуОz
Находим молярную массу:
М = D(Ne) ∙ М(Ne) = 2,9 ∙20 = 58 г/моль или 12х +у +16z = 58, причем z ≤ 3.
Рассмотрим варианты:
z = 3, тогда 12х +у = 10, решения нет.
z = 2, тогда 12х +у = 26, возможные решения :а) х =2,у = 2 , С2Н2О2 -глиоксаль
O
O
C C
H
H
б) х =1, у =14, СН14О2 – вариант не
возможен.
z = 1, тогда 12х +у = 42, возможные решения: х = 1, у = 30, СН30О - не может быть
x =2, у = 18, С2Н18О - не может быть
x =3, у = 6, С3Н6О - данной формуле
отвечают:
1) CH3CH2CHO – пропионовый альдегид
CH3CCH3
O
2)
- ацетон
3) CH2=CH–CH2OH – аллиловый спирт
4) CH2=CH–OСH3 – метилвиниловый эфир
CH2 CH CH3
5)
6)
O
– окись пропилена
OH
– циклопропанол
Оценка задачи:
1. За нахождение молярной массы
2. За формулы веществ
2. За логический подход к нахождению формул
1 балл
7 баллов
2 балла
Итого: 10 баллов
по 1 баллу