Городская школьная олимпиада по химии 2014/2015 уч.год Теоретический тур 9 КЛАСС

Городская школьная олимпиада по химии 2014/2015 уч.год
Теоретический тур
9 КЛАСС
Задача 1.
Чтобы определить содержание воды в продажной серной кислоте, 5 мл
раствора кислоты (ρ = 1,83 г/мл) растворили в воде и к полученному раствору
для полной нейтрализации кислоты добавили 717 мл раствора гидроксида
натрия с концентрацией 0,25 моль/л. Вычислите массовую долю воды (в %) в
продажной кислоте.
(20 баллов)
Задача 2.
Массовая доля кислорода в оксиде некоторого металла составляет 22,55%. В
другом оксиде этого же металла массовая доля кислорода равна 50,48%.
Определите молекулярную массу металла и формулы оксидов.
(20 баллов)
Задача 3.
К раствору нитрата алюминия массой 200 г с массовой долей вещества 16%
добавили 7,8 г калия. Вычислите массовую долю веществ в образовавшемся
растворе.
(20 баллов)
Задача 4.
20 мл смеси угарного и углекислого газа добавили к 20 мл кислорода. После
того, как смесь сожгли, ее общий объем, приведенный к начальным
условиям, составил 36 мл. Определите объем каждого газа в исходной смеси.
(20 баллов)
Задача 5.
Какая соль и в каком количестве образовалась при взаимодействии 7,8 г
гидроксида алюминия с раствором, содержащим 9,8 г серной кислот?
(20 баллов)
Городская школьная олимпиада по химии 2014/2015 уч.год
Теоретический тур
10 КЛАСС
Задача 1.
В 41мл раствора смеси соляной и азотной кислот (плотность раствора
составляла 1,22 г/мл) максимально удалось растворить 24г СuО. Раствор
упарили, остаток прокалили. Затем остаток обработали водой, раствор
отделили от остатка, добавили гидроксид натрия (до прекращения выделения
осадка, при этом весь гидроксид натрия прореагировал), затем упарили и
прокалили. Масса твердого остатка составила 19,7г. Определите процентное
содержание кислот в исходном растворе.
(20 баллов)
Задача 2.
Смесь этиленового углеводорода и водорода общим объемом 26,88л (н.у.)
пропустили при 200°С над платиновым катализатором. При этом реакция
прошла с выходом 75% от теоретического, и объем смеси уменьшился до
20,16л. При пропускании исходной смеси через склянку с бромной водой
весь углеводород прореагировал, и масса склянки увеличилась на 16,8г.
Определите состав исходной смеси (в процентах по объему) и строение
исходного алкена.
(20 баллов)
Задание 3.
Составьте уравнения химических реакций. При написании уравнений
используйте структурные формулы органических веществ. Назовите
органические вещества, укажите класс соединений.
CH3−CH(CH3)−COONa
X4
X5
X1
X2
X3
X4
X6
(20 баллов)
Задача 4.
При пропускании оксида серы (IV) через раствор перманганата калия
образовался раствор, в котором массовая доля серной кислоты равна 5%.
Вычислите массовые доли остальных продуктов реакции в полученном
растворе.
(20 баллов)
Задача 5.
Напишите полные уравнения реакций, соответствующие следующей
последовательности превращений:
Cr2S3
X1
X2
X3
X4
X5
X6
Cr
Для окислительно-восстановительных реакций составить
электронного баланса, определите окислитель и восстановитель.
X5
уравнения
(20 баллов)
Городская школьная олимпиада по химии 2014/2015 уч.год
Теоретический тур
11 КЛАСС
Задача 1. О воздействии тепловой электростанции (ТЭС) на качество атмосферного
воздуха
ТЭС мощностью 0,5 млн. кВт работает на каменном угле; ее к.п.д. равен 15%. Теплота
сгорания угля 16960 кДж/кг. Потери с уносом составляют 1,5% от массы угля. Массовая
доля серы в угле равна 1,7%. Для сжигания угля используется стехиометрически
необходимое количество воздуха. Концентрация оксида азота (II) в газовых выбросах
составляет 0,0150 % (об.). Определите, какую массу пыли за сутки рассеет ТЭС на
прилегающих площадях. Оцените массы диоксида серы и оксида азота (II), поступающих
в атмосферу в течение суток с выбросами ТЭС. При оценке примите, что уголь состоит из
углерода и содержит в качестве примеси только серу.
(20 баллов)
Задача 2.
Два электролизера с платиновыми электродами соединены последовательно.
В первом электролизере находится 200 мл раствора нитрата свинца с массовой долей
растворенного вещества 30% плотностью 1,15 г/см3, во втором электролизере − 250 мл
раствора сульфата меди с массовой долей соли 10% плотностью 1,107 г/см3. После
окончания электролиза масса катода из второго электролизера увеличилась на 0,32 г.
Оставшиеся растворы электролитов смешали. Вычислите массу образовавшегося осадка.
(20 баллов)
Задача 3.
При окислении 0,06 моль неизвестного органического вещества водным раствором
перманганата калия образовалось 9,96г оксалата калия K2C2O4, 13,92г MnO2, 2,24г KOH и
вода. Какое вещество подверглось окислению? Напишите уравнение реакции окисления
ближайшего гомолога этого вещества кислым раствором перманганата калия.
(20 баллов)
Задача 4.
Ароматический углеводород образует единственное мононитропроизводное. Для
получения этого нитропроизводного потребовалось 10,6 г углеводорода и 10г 63%-ного
раствора азотной кислоты. Найдите массу 40%-ного раствора гидроксида натрия,
необходимого для нейтрализации кислоты, полученной при окислении 5,3г исходного
ароматического углеводорода.
(20 баллов)
Задача 5.
При взаимодействии 33,2 г смеси одноатомного спирта неизвестного состава и глицерина
с металлическим натрием выделилось 8,96 л газа. Известно, что при внутримолекулярной
дегидратации исходного одноатомного спирта образовалось 4,48 л этиленового
углеводорода, (все выходы количественные, объемы газов измерены при н.у.). Какова
структура спирта, если известно, что в его молекуле имеются три метильные группы, и
какой был получен углеводород? Назовите эти вещества.
(20 баллов)
Городская школьная олимпиада по химии 2014-15 уч. год
Теоретический тур (решения)
9 КЛАСС
Задача 1.
Чтобы определить содержание воды в продажной серной кислоте, 5 мл
раствора кислоты (ρ = 1,83 г/мл) растворили в воде и к полученному раствору
для полной нейтрализации кислоты добавили 717 мл раствора гидроксида
натрия с концентрацией 0,25 моль/л. Вычислите массовую долю воды (в %) в
продажной кислоте.
(20 баллов)
Решение.
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O
n(NaOH) = CМ∙V(р-ра) = 0,25∙0,717 = 0,179 моль
n(H2SO4) = ½n(NaOH) = ½∙0,179 = 0,09 моль
m(H2SO4) = n∙M = 0,09∙98 = 8,82 г
mр-ра(H2SO4) = ρ∙V = 1,83∙5 = 9,15 г
m(H2O) = mр-ра(H2SO4) − m(H2SO4) = 9,15 – 8,82 = 0,33 г
ω(H2O)в р-ре = m(H2O): mр-ра(H2SO4) = 0,33:9,15 = 0,036 = 3,6 %
2б
3б
2б
3б
2б
3б
5б
Задача 2.
Массовая доля кислорода в оксиде некоторого металла составляет 22,55%. В
другом оксиде этого же металла массовая доля кислорода равна 50,48%.
Определите молекулярную массу металла и формулы оксидов.
(20 баллов)
Решение.
Обозначим первый оксид Ме2Ох. Тогда отношение атомов элементов,
входящих в его молекулу равно:
2:х = n(Me):n(O)
0,7745 0,2255
0,7745 16
54,95
2:х =
:
=
=
(1)
5б
М(Ме)
М(Ме)  0,2255 М(Ме)
16
Второй оксид Ме2Оy:
0,4952 0,5048
0,4592 16
15,595
2:у =
:
=
=
(2)
5б
М(Ме)
М(Ме)  0,5048 М(Ме)
16
Разделим первое отношение на второе:
y/x = 54,95/15,695 = 3,5
Так как атомы элементов входят в формулу соединений целыми порциями:
y/x = 7/2
Подставим х = 2 в первое отношение, получим:
2:2 = 54,95:М(Ме); М(Ме) = 54,95 г/моль
5б
Металл – марганец.
Первый оксид: Ме2Ох – MnO. Второй оксид: Ме2Оy – Mn2O7
5б
Задача 3.
К раствору нитрата алюминия массой 200 г с массовой долей вещества 16%
добавили 7,8 г калия. Вычислите массовую долю веществ в образовавшемся
растворе.
(20 баллов)
Решение.
2K + 2H2O = H2↑ + 2KOH;
H2O в растворе Al(NO3)3 в избытке по отношению к К.
2б
1б
n(K) = m/M = 7,8/39 = 0,2 моль
n(KOH) = n(K) = 0,2 моль
n(H2) = ½ n(K) = 0,1 моль
m(H2) = n*M = 0,1∙2 = 0,2 г
1б
1б
3КОН + Al(NO3)3 = Al(OH)3↓ + 3KNO3;
m(Al(NO3)3) = mисх р-ра (Al(NO3)3)∙ ω(Al(NO3)3) = 200 ∙ 0,16 = 32 г;
n(Al(NO3)3)в исх. р-ре = m/M = 32/213 = 0,15моль.
КОН прореагирует полностью.
1б
1б
1б
1б
n(Al(NO3)3)для реакции = 1/3 n(KOH) = 1/3∙0,2 = 0,067 моль
n(Al(NO3)3)после реакции = 0,15 – 0,067 = 0,074 моль
m(Al(NO3)3)в р-ре после реакции = n∙M = 0,083∙213 = 17,68 г
3б
n(KNO3) = n(KOH) = 0,2 моль
m(KNO3) в р-ре после реакции = n∙M = 0,2∙101 = 20,2 г
1б
n(Al(OH)3) = 1/3 n(KOH) = 1/3∙0,2 = 0,067 моль
m(Al(OH)3) = n∙M = 0,067∙78 = 5,23 г
2б
m(р-ра)после реакций = mисх р-ра (Al(NO3)3) + m(K) − m(H2) − m(Al(OH)3) =
= 200+ 7,8 – 0,2 – 5,23 = 202,37
ω(Al(NO3)3)в конечном р-ре = 17,68/202,37 = 0,0874 = 8,74%
ω(KNO3)в конечном р-ре = 20,2/202,37 = 0,0998 = 9,98%
3б
1б
1б
Задача 4.
20 мл смеси угарного и углекислого газа добавили к 20 мл кислорода. После
того, как смесь сожгли, ее общий объем, приведенный к начальным
условиям, составил 36 мл. Определите объем каждого газа в исходной смеси.
(20 баллов)
Решение.
Пусть в исходной смеси содержалось x мл СО.
Тогда V(CO2) = (20-x) мл
1б
С кислородом взаимодействует только СО, который сгорает полностью,
так как О2 в избытке
3б
2СО + О2 = 2СО2
2б
V(CO2)образовавшийся = V(CO) = x мл
1б
V(O2)для реакции = ½ V(CO) = ½ x мл
1б
После реакции в смеси находится кислород избыточный (оставшийся)
и СО2.
2б
V(O2)избыточный = V(O2)всего − V(O2)для реакции = (20 – ½ х) мл
3б
V(CO2)всего = V(CO2)в исходной смеси + V(CO2)образовавшийся =
20 − х + х = 20 мл
3б
По условию их сумма равна 36 мл:
20 – ½ х + 20 = 36
х = V(CO)в исходной смеси = 8 мл
V(CO2)в исходной смеси = 12 мл
2б
2б
Задача 5.
Какая соль и в каком количестве образовалась при взаимодействии 7,8 г
гидроксида алюминия с раствором, содержащим 9,8 г серной кислоты?
(20 баллов)
Решение.
n(Al(OH)3) = m/M = 7,8/78 = 0,1 моль
3б
n(H2SO4) = m/M = 9,8/98 = 0,1 моль
3б
n(Al(OH)3) = n(H2SO4)
2б
Следовательно, реакция идет с образованием основной соли по уравнению:
Al(OH)3 + H2SO4 = AlOHSO4 + 2H2O
10б
n(AlOHSO4) = n(Al(OH)3) = n(H2SO4) = 0,1 моль
2б
Городская школьная олимпиада по химии 2014-15 уч. год
Теоретический тур (решения)
10 КЛАСС
Задача 1.
В 41мл раствора смеси соляной и азотной кислот (плотность раствора
составляла 1,22 г/мл) максимально удалось растворить 24г СuО. Раствор
упарили, остаток прокалили. Затем остаток обработали водой, раствор
отделили от осадка, добавили гидроксид натрия (до прекращения выделения
осадка, при этом весь гидроксид натрия прореагировал), затем упарили и
прокалили. Масса твердого остатка составила 19,7г. Определите процентное
содержание кислот в исходном растворе.
(20 баллов)
Решение.
2HCl + CuO = CuCl2 + H2O
2HNO3 + CuO = Cu(NO3)2 + H2O
2б
После упаривания раствора в сухом остатке находится смесь солей CuCl2 и
Cu(NO3)2. При прокаливании остатка разлагается Cu(NO3)2 :
2Cu(NO3)2
2CuO + 4NO2 ↑ + O2↑
После растворения: CuO − осадок, в растворе CuCl2.
CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2 ↓ + 2NaCl
2б
2б
После упаривания раствора в сухом остатке находится смесь NaCl и Cu(OH)2.
При прокаливания сухого остатка разлагается Cu(OH)2:
Cu(OH)2
CuO + H2O
После всех операций твердый остаток − это CuO(ост) и NaCl.
Пусть n(HCl) = x моль; n(HNO3) = y моль
По уравнениям реакций:
n1исх(CuO) = x моль;
n2исх(CuO) = y моль
n(CuCl2) = 0,5∙ n(HCl) = 0,5x моль
n(Cu(NO3)2) = 0,5∙ n(HNO3) = 0,5y моль
n(Cu(OH)2) = n(CuCl2) = 0,5∙ n(HCl) = 0,5x моль
nкон.(CuO) = n(Cu(OH)2) = 0,5x моль
n(NaCl) = 2∙ n(CuCl2) = 2 ∙0,5x = x моль
mкон(CuO) = n∙M = 0,5x∙80 = 40∙x моль
m(NaCl) = n∙M = x∙ 58,5 = 58,5∙x моль
40∙x + 58,5∙x = 19,7
2б
98,5∙x = 19,7
x = 0,2 моль
Общее количество исходного CuO:
n(CuO) = m(CuO) ∕ M (CuO) = 24г ∕ (80г ∕ моль) = 0,3моль
n(CuO) = n1исх(CuO) + n2исх(CuO)
0,3 = 0,5x + 0,5y = 0,5(х + у);
х + у = 0,6 моль
y = 0,6 – 0,2 = 0,4 моль
n(HCl) = 0,2 моль; n(HNO3) = 0,4 моль
m(HCl) = M(HCl) ∙ n(HCl) = 0,2∙36,5 = 7,3г;
m(HNO3) = M(HNO3)∙ n(HNO3) = 0,4∙ 63 = 25,2г
6б
3б
mр-ра(смеси к-т) = ρр-ра∙Vр-ра = 1,22г ∕ мл ∙ 41мл = 50,02г
ω(HCl) = [m(HCl)∙100%] ∕ mр-ра(смеси к-т) = (7,3∙100%) ∕ 50,02 = 14,6%
ω(HNO3) = [m(HNO3)∙100%] ∕ mр-ра(смеси к-т) = (25,2∙100%) ∕ 50,02 =
= 50,4%.
3б
Задача 2.
Смесь этиленового углеводорода и водорода общим объемом 26,88л (н.у.)
пропустили при 200°С над платиновым катализатором. При этом реакция
прошла с выходом 75% от теоретического, и объем смеси уменьшился до
20,16л. При пропускании исходной смеси через склянку с бромной водой
весь углеводород прореагировал, и масса склянки увеличилась на 16,8г.
Определите состав исходной смеси (в процентах по объему) и строение
исходного алкена.
(20 баллов)
Решение.
CnH2n + H2
CnH2n
n(исх.смеси) = V∕ Vm = 26,88 ∕ 22,4 = 1,2моль
2б
Пусть n(CnH2n) = x моль; n(H2) = y моль;
тогда x + y = 1,2
(1-ое ур-ие).
Считаем, что водород в избытке, тогда
n(CnH2n)прореаг, = 0,75x моль; n(CnH2n)оставш. = 0,25x моль
n(H2)прореаг. = n(CnH2n)прореаг, = 0,75x моль; n(H2)оставш. = (y − 0,75х) моль
n(CnH2n+2)образов. = 0,75x моль.
4б
n(образ.смеси) = V∕ Vm = 20,16 ∕ 22,4 = 0,9моль
0,25х + (y − 0,75х) + 0,75х = 0,9
0,25х + у = 0,9
(2- ое ур-ие)
Решая систему уравнений:
4б
1) x + y = 1,2
2) 0,25х + у = 0,9
получим х = 0,4; у = 0,8
Состав исходной смеси:
n(CnH2n) = 0,4 моль; n(H2) = 0,8 моль;
φ(CnH2n) = (V(CnH2n)∙100%) ∕ V(исх.смеси) =
= (n(CnH2n)∙100%) ∕ n(исх.смеси) = (0,4∙100%) ∕ 1,2 = 33,3%
φ(H2) = (V(H2)∙100%) ∕ V(исх.смеси) =
= (n(H2)∙100%) ∕ n(исх.смеси) = (0,8∙100%) ∕ 1,2 = 66,7%
2б
3б
CnH2n + Br2 (водный) → CnH2nBr2
2б
Δm(склянки) = m(CnH2n ); m(CnH2n ) = 16,8г;
М(CnH2n ) = m(CnH2n) ∕ n(CnH2n) = 16,8 ∕ 0,4 = 42г ∕ моль
М(CnH2n ) = 12n + 2n = 14n
14n = 42; n = 3
Исходный этиленовый углеводород − C3H6 (пропен) CH3−CH=CH2
3б
Задание 3.
Составьте уравнения химических реакций. При написании уравнений
используйте структурные формулы органических веществ. Назовите
органические вещества, укажите класс соединений.
CH3−CH(CH3)−COONa
X4
X5
X1
X2
X3
X4
X6
(20 баллов)
Решение.
1) CH3−CH(CH3)−COONa + NaOH
2) CH3–CH2–CH3 + Cl2
CH3−CH2−CH3 + Na2CO3
CH3–CH(Cl)–CH3 + HCl
3) CH3–CH(Cl)–CH3 + 2Na
CH3–CH(CH3)–CH(CH3) –CH3 + 2NaCl
4) CH3–CH(CH3)–CH(CH3)–CH3 + Br2
+ HBr
5) CH3–CBr(CH3)–CH(CH3)–CH3 + KOH(спирт)
CH3–C(CH3)=C(CH3)–CH3 + KBr + H2O
CH3–CBr(CH3)–CH(CH3)–CH3
6) nCH3–C(CH3)=C(CH3)–CH3
(–C(CH3)2–C(CH3)2–)n
Каждая реакция по 2балла.
CH3–CH(CH3)–COONa ― изобутират натрия, соль предельной одноосновной
карбоновой кислоты
2б
X1 – пропан, алкан
X2 – 2-хлорпропан, галогеналкан
X3 – 2,3-диметилбутан, алкан
X4 – 2-бром-2,3-диметилбутан, галогеналкан
X5 – 2,3-диметилбутен-2, алкен
X6 – 2,3-диметилполиэтилен, полимер алкена
Х1 – Х6 по 1баллу
Задание 4.
При пропускании оксида серы (IV) через раствор перманганата калия
образовался раствор, в котором массовая доля серной кислоты равна 5%.
Вычислите массовые доли остальных продуктов реакции в полученном
растворе.
(20 баллов)
Решение.
5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4
в-ль: S+4 − 2e → S+6
│5
+7
+5
о-ль: Mn + 5e → Mn
│2
Пусть образовалось n(H2SO4) = 1моль
m(H2SO4) = n(H2SO4)·M(H2SO4) = 1·98 = 98г
m(H 2SO4 )
98г
m рра получ. 
100% 
100%  1960г
ω(H2SO4 )
5%
По уравнению реакции:
n (K2SO4) = 0,5∙n(H2SO4) = 0,5∙1 = 0,5моль
m(K2SO4) = n(K2SO4)·M(K2SO4) = 0,5∙174 = 87г
m(K 2SO4 )
87г
ω(K2SO4 ) 
100% 
100%  4,4%
mрра получ.
1960г
n (MnSO4) = n(H2SO4) = 1моль
m(MnSO4) = n(MnSO4)·M(MnSO4) = 1∙151 = 151г
4б
4б
4б
4б
ω(MnSO4 ) 
m(MnSO 4 )
151г
100% 
100%  7,7%
mрра получ.
1960г
Задание 5.
Напишите полные уравнения реакций,
последовательности превращений:
Cr2S3
X1
X2
4б
соответствующие
X3
X4
следующей
X5
X5
X6
Cr
Для окислительно-восстановительных реакций составить
электронного баланса, определите окислитель и восстановитель.
уравнения
(20 баллов)
Решение.
1)
Cr2S3 + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2S
2б
2)
2CrCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Cr(OH)3 + 3CO2 + 6NaCl
2б
3)
Cr(OH)3 + 3KOH = K3[Cr(OH)6]
2б
4)
2K3[Cr(OH)6] + 4KOH + 3Cl2 = 2K2CrO4 + 6KCl + 8H2O
2б
5)
в-ль: Cr+3 − 3e → Cr+6
│2
-1
о-ль: Cl2 + 2e → 2Cl
│3
2б
2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O
2б
6)
K2Cr2O7 + 3KNO2 + 8HCl = 2CrCl3 + 3KNO3 + 2KCl + 4H2O
2б
о-ль: 2Cr+6 + 6e → 2Cr+3
в-ль: N+3 − 2e → N+5
7)
│1
│3
2CrCl3 + 3Mg = 2Cr + 3MgCl2
о-ль: Cr+3 + 3e → Cr0
в-ль: Mg − 2e → Mg+2
2б
2б
│2
│3
2б
Городская школьная олимпиада по химии 2014-15 уч. год
Теоретический тур (решения)
11 КЛАСС
Задача 1. О воздействии тепловой электростанции (ТЭС) на качество атмосферного
воздуха
ТЭС мощностью 0,5 млн. кВт работает на каменном угле; ее к.п.д. равен 15%. Теплота
сгорания угля 16960 кДж/кг. Потери с уносом составляют 1,5% от массы угля. Массовая
доля серы в угле равна 1,7%. Для сжигания угля используется стехиометрически
необходимое количество воздуха. Концентрация оксида азота (II) в газовых выбросах
составляет 0,0150 % (об.). Определите, какую массу пыли за сутки рассеет ТЭС на
прилегающих площадях. Оцените массы диоксида серы и оксида азота (II), поступающих
в атмосферу в течение суток с выбросами ТЭС. При оценке примите, что уголь состоит из
углерода и содержит в качестве примеси только серу.
(20 баллов)
Решение.
Количество энергии, производимое ТЭС в сутки:
Е = N∙τ = 0,5 ∙109 ∙ 3600 ∙ 24 = 43,2∙109 кДж.
1б
Масса каменного угля, необходимого для работы станции в течение суток:
m кам.угля = E : Qсгор = 43,2∙109 : 16960 = 2,547∙106 кг = 2547 т.
2б
С учетом к.п.д. масса угля составит
m *кам.угля = 2547: 0,15 = 16980 т.
2б
Масса пыли mпыли = m *кам.угля ∙ ωуноса = 16980 ∙ 0,015 = 254,7 т.
1б
Количество серы, окисляемое на ТЭС за сутки, равно:
m(S) = m *кам.угля ∙ ω(S) = 16980 ∙0,017 = 288,66 т = 288660 кг.
1б
Диоксид серы образуется при окислении серы
S + O2 → SO2.
Из уравнения реакции следует, что
n(SO2) = n(S) = n(O2)1;
n(S) = m(S) : M(S) = 288660 : 32 = 9020,6 = 9,02∙103 кмоль.
m(SO2) = M(SO2) ∙ n(SO2) = 64 ∙9020,6 = 577320 кг = 577,32 т.
2б
Углерод окисляется по уравнению
C + O2 → CO2.
Из уравнения реакции следует, что
n(СO2) = n(С) = n(O2)2;
m(C) = 16980 − 288,66 = 16691,34 т.
n(С) = m(С) : M(С) = 16691,34∙103 : 12 = 1390,9∙103 кмоль.
2б
Для определения количества NO, образующегося при горении угля, необходимо найти
общее количество газов, содержащихся в отходящих продуктах: nобщ = n(SO2) + n(CO2)
+ n(N2).
2б
Общее количество кислорода, необходимое на окисление серы и углерода n(O2)общ =
n(O2)1 + n(O2)2 = 9,02∙103 + 1390,9∙103 = 1400∙103 кмоль.
Этот кислород будет полностью израсходован в процессе горения топлива. В отходящих
газах останется только азот (наличием других компонентов в воздухе и окислением
самого азота пренебрегаем).
Количество азота, содержащееся в отходящих газах, можно найти, зная средний состав
воздуха:
n(N2) = n(O2)общ ∙φ(N2)/ φ(O2) = 1400∙103∙0,79/0,21 = 5267,7∙103 кмоль.
3б
Общее количество газов, содержащихся в отходящих продуктах сжигания угля:
9,02∙103 + 1400∙103 + 5267,7∙103 = 6675,7∙103 кмоль. 1б
Количество и масса NO в отходящих газах:
n(NO) = nобщ∙ φ(NO) = 6675,7∙103 ∙ 0,0150 ∙10-2 = 1∙103 кмоль.
m(NO) = M(NO) ∙ n(NO) = 30∙1∙103 = 30∙103 кг = 30 т.
nобщ =
2б
Задача 2.
Два электролизера с платиновыми электродами соединены последовательно.
В первом электролизере находится 200 мл раствора нитрата свинца с массовой долей
растворенного вещества 30% плотностью 1,15 г/см3, во втором электролизере − 250 мл
раствора сульфата меди с массовой долей соли 10% плотностью 1,107 г/см3. После
окончания электролиза масса катода из второго электролизера увеличилась на 0,32 г.
Оставшиеся растворы электролитов смешали. Вычислите массу образовавшегося осадка.
(20 баллов)
Решение.
В электролизерах протекают процессы:
2Pb(NO3)2 + 2H2O → 2Pb + 4HNO3 + O2;
2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + 2H2SO4 + O2.
В результате смешения растворов образуется осадок PbSO4
Pb2+ + SO42- → PbSO4↓
Массы солей, содержащихся в растворах:
m(Pb(NO3)2) = ρр-ра(Pb(NO3)2) ∙Vр-ра (Pb(NO3)2)∙ω(Pb(NO3)2) =
= 1,150 ∙200 ∙0,3 = 69,0 г.
m(CuSO4) = ρр-ра(CuSO4) ∙Vр-ра(CuSO4) ∙ω(CuSO4) = 1,107∙250∙0,1=
= 27,68 г.
2б
2б
1б
1б
1б
Количества солей, содержащихся в растворах, равны:
n(Pb(NO3)2) = m(Pb(NO3)2) : M(Pb(NO3)2) = 69,0 : 331 = 0,208 моль. 1б
n(CuSO4) = m(CuSO4) : M(CuSO4) = 27,68 : 160 = 0,173 моль.
1б
n(Pb2+) = n(Pb(NO3)2) = 0,208 моль.
n(SO42-) = n(CuSO4) = 0,173 моль.
1б
1б
На катоде второго электролизера выделяется медь. Количество выделившейся меди:
n(Cu) = 0,32 : 64 = 0,005 моль.
1б
Количество кислорода, выделившегося во втором электролизере:
n(O2) = ½ n(Сu) = 0,005 : 2 = 0,0025 моль.
1б
Поскольку электролизеры соединены последовательно, то количество электричества,
прошедшее через первый и второй электролизеры одно и то же, поэтому количество
кислорода, выделившегося в первом электролизере равно 0,0025 моль.
Следовательно, в первом электролизере на катоде выделилось свинца:
n(Pb) = 2 n(O2) = 2∙0,0025 = 0,005 моль.
3б
В первом растворе осталось
n(Pb2+)ост = 0,208 − 0,005 = 0,203 моль. Во втором растворе количество ионов SO42осталось без изменения.
2б
n(PbSO4) = n(SO42-) = 0,203 моль.
m(PbSO4) = M(PbSO4) ∙ n(PbSO4) = 303 ∙ 0,203 = 52,42 г.
2б
Задача 3.
При окислении 0,06 моль неизвестного органического вещества водным раствором
перманганата калия образовалось 9,96г оксалата калия K2C2O4, 13,92г MnO2, 2,24г KOH и
вода. Какое вещество подверглось окислению? Напишите уравнение реакции окисления
ближайшего гомолога этого вещества кислым раствором перманганата калия.
(20 баллов)
Решение.
Количества образовавшихся веществ:
n(K2С2O4) = 9,86: 166 = 0,06 моль;
n(MnO2) = 13,92:87 = 0,16 моль;
n(KOH) = 2,24:56 = 0,04 моль.
1б
С учетом того, что в реакцию вступило 0,06 моль органического вещества Х, определим
отношение количеств веществ-участников реакции:
n(Х) : n(K2С2O4) : n(MnO2) : n(MnO2) = 0,06: : 0,06 : 0,16 : 0,04 = 3 : 3 : 8 : 2.
Уравнение реакции:
3Х + 8KMnO4 → 3 K2С2O4 + 8 MnO2 + 2KOH + zH2O.
3б
Количество элементарного углерода в правой части уравнения равно 6 моль. Столько же
элементарного углерода должно содержать органическое соединение. Следовательно, 1
моль органического соединения содержит 2 моль атомов углерода.
2б
Пусть молекулярная формула вещества С2HxOy.
Количество элементарного кислорода в обеих частях уравнения:
3у + 32 = 12 + 16 + 2 + z или 3у + 2 = z.
Количество элементарного водорода в обеих частях уравнения:
3х = 2 + 2z.
z = (3х – 2)/2 = 3/2х − 1.
Подставив выражение для z в первое уравнение, получим: х = 2у + 2.
Единственное химически верное решение получается при у = 0 и х = 2, т.е. неизвестное
органическое вещество − ацетилен С2Н2.
7б
При у = 1 и х = 4 молекулярная формула неизвестного вещества С2Н4О. Это может быть
этаналь или оксид этилена. Ни одно из этих веществ не дает при окислении K2С2O4.
При у =2 и х = 4 молекулярная формула неизвестного вещества С 2Н6О2. Ни одно из
веществ с данной формулой не окисляется до K2С2O4.
2б
Ближайший гомолог ацетилена − пропин − окисляется кислым раствором KMnO4 при
нагревании с разрывом тройной связи.
На основании электронного баланса:
5СН3−С≡СН + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 5CH3COOH + 5CO2↑ + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 2H2O.
5б
Задача 4.
Ароматический углеводород образует единственное мононитропроизводное. Для
получения этого нитропроизводного потребовалось 10,6 г углеводорода и 10г 6,3%-ного
раствора азотной кислоты. Установите структуру углеводорода. Найдите массу 40%-ного
раствора гидроксида натрия, необходимого для нейтрализации кислоты, полученной при
окислении 5,3г исходного ароматического углеводорода.
(20 баллов)
Решение.
Уравнение реакции нитрования ароматического углеводорода
CnH2n-6 + HONO2 → CnH2n-7NO2 + H2O.
Из уравнения следует, что n(CnH2n-6) = n(HNO3).
m(HNO3) = mр-ра∙ω(HNO3) = 10 ∙ 0,63 = 6,3 г.
n(HNO3) = m(HNO3) : M(HNO3) = 6,3 : 63 = 0,1 моль.
M(CnH2n-6) = m(CnH2n-6) : n(CnH2n-6) = 10,6 : 0,1 = 106 г/моль.
1б
3б
M(CnH2n-6) = M(C6H6) + 14n =106
78 + 14n = 106
n = 2.
2б
Возможные структуры ароматического углеводорода:
4б
При нитровании первых трех изомеров образуются по два мононитропроизводных
(возможные положения нитрогрупп показаны точками). Одно мононитропроизводное
образуется при нитровании последнего углеводорода − n-ксилола. Положение
нитрогруппы показано точкой.
4б
При окислении n-ксилола образуется бензол-n-дикарбоновая кислота.
2б
С6H4(COOH)2 + 2NaOH → C6H4(COONa)2 + 2H2O
1б
Из уравнения следует, что n(NaOH) = 2n кислоты = 2n(CnH2n-6).
Количество углеводорода, взятое для реакции нейтрализации, равно:
n(CnH2n-6) = m(CnH2n-6): M(CnH2n-6) = 5,3 : 106 = 0,05 моль.
n(NaOH) = 2n(CnH2n-6) = 2 ∙ 0,05 = 0,1 моль.
m(NaOH) = M(NaOH) ∙ n(NaOH) = 40 ∙ 0,1 = 4г.
mр-ра(NaOH) = m(NaOH) : ω(NaOH) = 4: 0,4 = 10г.
3б
Задача 5.
При взаимодействии 33,2 г смеси одноатомного спирта неизвестного состава и глицерина
с металлическим натрием выделилось 8,96 л газа. Известно, что при внутримолекулярной
дегидратации исходного одноатомного спирта образовалось 4,48 л этиленового
углеводорода, (все выходы количественные, объемы газов измерены при н.у.). Какова
структура спирта, если известно, что в его молекуле имеются три метильные группы, и
какой был получен углеводород? Назовите эти вещества.
(20 баллов)
Решение.
Уравнения реакций:
СnH2n+1OH + Na → СnH2n+1ONa + ½
C3H5(OH)3 + 3Na → C3H5(ONa)3
СnH2n+1OH → СnH2n + H2O (3)
H2↑ (1)
+ 1½ H2↑(2)
Количество этиленового углеводорода:
n (СnH2n) = V(СnH2n) : VM = 4,48 : 22,4 = 0,2 моль.
Из уравнения (3) следует, что n(СnH2n+1OH) = n (СnH2n) = 0,2 моль.
3б
3б
Общее количество водорода, выделяющегося при взаимодействии
спиртов с металлическим Na:
n(H2) = V(H2) : VM = 8,96 : 22,4 = 0,4 моль.
1б
Из уравнения (1) следует, что при взаимодействии одноатомного
спирта с Nа выделяется количество водорода:
n(H2)1 = ½ n(СnH2n+1OH) = 0,2 : 2 = 0,1 моль.
1б
При взаимодействии глицерина с Na выделяется количество водорода:
n(H2)2 = 0,4 – 0,1 = 0,3 моль.
Из уравнения (2) следует, что количество глицерина в смеси равно:
n(C3H5(OH)3) = 2/3 n(H2)2 = 0,3∙2/3 = 0,2.
Масса глицерина в смеси равна
m(C3H5(OH)3) = M(C3H5(OH)3)∙n(C3H5(OH)3) = 92∙0,2 = 18,4 г.
m(СnH2n+1OH) = 33,2 − 18,4 = 14,8 г.
3б
1б
1б
Определим молярную массу спирта и его формулу:
M(СnH2n+1OH) = m(СnH2n+1OH) : n(СnH2n+1OH) = 14,8 : 0,2 = 74 г/моль.
M(СnH2n+1OH) = 12n + 2n +1 + 16 +1 = 74;
14n +18 = 74;
14n = 56; n = 4.
Формула спирта С4Н9ОН.
3б
Т.к. в молекуле спирта имеются три метильные группы, он является
третичным спиртом − это трет-бутиловый спирт (2-метил-пропанол-2).
Получен углеводород − 2-метилпропен-1.
Структурные формулы этих соединений:
4б