Олимпиада по химии «Покори Воробьёвы горы!» - 2011

Олимпиада по химии «Покори Воробьёвы горы!» - 2011
Решения заданий очного тура 11 класс
Вариант 1 г. УФА
1. Напишите электронную конфигурацию атома в невозбуждённом состоянии, у которого
общее количество d-электронов в 2 раза больше количества s-электронов.
Ответ: Cd 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d10.
W 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f146d4.
2. В сосуде объёмом 4.48 л при 0 °C смешали 18.25 г хлороводорода, 4 г водорода и 17 г
аммиака. Определите давление газа в сосуде.
Решение:
Начальные количества газов равны:
ν(HCl) = 18.25 / 36.5 = 0.5 моль,
ν(H2) = 4 / 2 = 2 моль,
ν(NH3) = 17 / 17 = 1 моль.
После смешения 0.5 моль HCl и 0.5 моль NH3 прореагируют с образованием соли:
HCl + NH3 = NH4Cl.
В сосуде останется 0.5 моль NH3 и 2 моль H2, всего 2.5 моль газов.
νRT
2.5 ⋅ 22.4
Давление в сосуде будет равно p =
= 12.5 атм, или p =
= 1267 кПа = 12.5 атм.
4.48
V
Ответ: 12.5 атм.
3. Степень диссоциации 0.01 М раствора иодноватистой (HIO) кислоты равна 0.01 %.
Определите pH этого раствора.
Решение:
[H+] = C · α = 0.01 · 0.01 / 100 = 1 · 10−6 моль/л
pH = −lg[H+] = 6.
Ответ: pH = 6.
4. Напишите уравнения реакций, соответствующих следующей схеме превращений, укажите
условия их протекания:
AgNO3
4
1
5
6
Y
X
3
2
[Ag(NH3)2]OH
Решение:
1). 2AgNO3 + 2KOH = Ag2O↓ + 2KNO3 + H2O
2). Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2]OH
3). 2[Ag(NH3)2]OH + RCHO = 2Ag↓ + RCOONH4 + 3NH3 + H2O
4). Ag + 2HNO3 = AgNO3 + NO2 + H2O
t
⎯→
5). 2Ag2O ⎯
4Ag + O2↑
6). AgNO3 + 3NH3 + H2O = [Ag(NH3)2]OH + NH4NO3
X = Ag2O
Y = Ag
1
5. Изобразите структурную формулу изомера 3-аминобензойной кислоты, который:
а) не реагирует с раствором NaHCO3,но реагирует с разбавленным раствором NaOH,
б) не реагирует с бромной водой, но реагирует с разбавленным раствором HCl.
Напишите уравнения соответствующих реакций.
Решение:
COCH3
CONH2
или
а)
N
OH
OH
CONH2
CONH2
+ H2O
+ NaOH
OH
ONa
COOCH3
COOH
или
б)
N
N
CH3
COOCH3
COOCH3
+ HCl
N
N
HCl
6. После нагревания 22.12 г перманганата калия образовалось 21.16 г твёрдой смеси. Какой
максимальный объём хлора (н. у.) можно получить при действии на образовавшуюся смесь
36.5 %-ной соляной кислоты (плотность 1.18 г/мл). Какой объём кислоты при этом
расходуется?
Решение:
Исходное количество KMnO4 равно:
22.12
ν(KMnO4) =
= 0.14 моль.
158
При нагревании перманганат калия разлагается по уравнению:
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2.
0.14−0.06
0.03
0.03
0.03
Количество образовавшегося кислорода равно:
22.12 − 21.16
= 0.03 моль.
ν(O2) =
32
Следовательно, в образовавшейся твёрдой смеси содержится 0.08 моль KMnO4, 0.03 моль
K2MnO4 и 0.03 моль MnO2.
При действии на эту смесь соляной кислоты протекают реакции:
2KMnO4 + 16HCl = 5Cl2 + 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O.
0.08
0.64
0.20
K2MnO4 + 8HCl = 2Cl2 + 2KCl + MnCl2 + 4H2O.
0.03
0.24
0.06
MnO2 + 4HCl = Cl2 + MnCl2 + 2H2O.
0.03
0.12
0.03
Общее количество выделившегося хлора равно: ν(Cl2) = 0.20 + 0.06 + 0.03 = 0.29 моль.
Тогда V(Cl2) = 0.29 · 22.4 = 6.496 л.
Количество израсходованной кислоты равно: ν(HCl) = 0.64 + 0.24 + 0.12 = 1.0 моль.
1.0 ⋅ 36.5
Объём раствора кислоты равен V(р-ра HCl) =
= 84.7 мл.
0.365 ⋅1.18
Ответ: V(Cl2) = 6.496 л, V(р-ра HCl) = 84.7 мл.
2
7. Для полного гидролиза 3.42 г смеси двух сложных эфиров потребовалось 20 г 10 %-ного
раствора гидроксида натрия. При добавлении к такому же количеству смеси избытка
аммиачного раствора оксида серебра выделилось 4.32 г осадка. Определите строение
сложных эфиров и их содержание в исходной смеси в мольных процентах.
Решение:
Гидролиз эфиров описывается реакциями:
R1COOR2 + NaOH = R1COONa + R2OH.
R3COOR4 + NaOH = R3COONa + R4OH.
Количество гидроксида натрия равно
ν(NaOH) = 20 · 0.1 / 40 = 0.05 моль.
Следовательно, общее количество эфиров равно 0.05 моль.
Поскольку при добавлении аммиачного раствора оксида серебра выделяется Ag, то один из
эфиров – формиат, т. е. R1 = H:
HCOOR2 + 2[Ag(NH3)2]OH = 2Ag↓ + R2OH + 4NH3↑ + CO2↑ + H2O.
Количество выделившегося серебра равно
ν(Ag) = 4.32 / 108 = 0.04 моль.
Количество 1-го эфира (формиата) равно ν1 = ν(Ag) / 2 = 0.02 моль.
Количество 2-го эфира равно ν2 = 0.05 − 0.02 = 0.03 моль.
Количества эфиров ν1 и ν2 и их молярные массы M1 и M2 связаны с их общей массой
уравнением:
ν1 · M1 + ν2 · M2 = m,
или
0.02· M1 + 0.03 · M2 = 3.42.
Если R2 = CH3, то M1 = 60 г/моль, тогда M2 = 74 г/моль, т. е. R3 = CH3, R4 = CH3.
Других вариантов решения нет, потому что если R2 > CH3, то R3 < CH3 или R4 < CH3, что не
соответствует условиям задачи.
Следовательно, 1-й эфир – HCOOCH3, 2-й эфир – CH3COOCH3.
φ(HCOOCH3) = 0.02 / 0.05 = 40 %, φ(CH3COOCH3) = 0.03 / 0.05 = 60 %,
Ответ: 40 % HCOOCH3, 60 % CH3COOCH3.
3