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

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