11 класс Задание 1. Решение:

МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ 2012
11 класс
Задание 1. При гидролизе ионного гидрида образуется водород. Установите,
какой из гидридов массой 1 г образует максимальный объем водорода.
(10 баллов)
Решение:
1. Гидриды - это соединения водорода с металлами или менее электроотрицательными, чем водород, неметаллами. Водород в этих соединениях
проявляет степень окисления минус 1.
(2 балла)
2. В зависимости от природы связи элемента с водородом гидриды
подразделяются на ковалентные, ионные (солеобразные) и металлоподобные
(металлические).
(2 балла)
3. К ионным относят гидриды щелочных и щелочноземельных металлов
(кроме Mg), представляющие собой кристаллы, которые в расплавленном
состоянии проводят электрический ток, например: LiH – гидрид лития; NaH –
гидрид натрия; KH –гидрид калия; CaH2 – гидрид кальция; BaH2 – гидрид
бария и т.д.
(2 балла)
4. Гидриды при взаимодействии с водой выделяют водород:
2LiH + H2O = 2LiOH + H2↑;
CaH2+ 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2↑.
(2 балла)
5. Очевидно, что выход водорода на единицу массы исходного вещества
будет обратно пропорциональна величине относительной атомной массы
металла и прямо пропорциональна его валентности
Рассмотрим два варианта:
а) 2LiH + H2O = 2LiOH + H2↑
16 г
22, 4л
Выход водорода на 1 г гидрида лития составит 22,4:16 ≈ 1,4 (л).
б) CaH2+ 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2↑
42г
44,8 л
Выход водорода на 1 г гидрида кальция составит 44,8:42 ≈ 1,1 (л).
Ответ: максимальный выход водорода на 1 г ионного гидрида получается из
гидрида лития.
(2 балла)
Максимальная сумма баллов – 10.
Задание 2. После упаривания смеси, состоящей из 62,5 мл водного раствора
едкого натра с концентрацией 6 моль/л и 16,5 г 20%-ного раствора
пропанола-1 в этилацетате, получили сухой остаток, который затем
прокалили. Определите содержание веществ (%) в остатке после
прокаливания.
(7 баллов)
1) При нагревании (упаривании) сложного эфира (этилацетата) со
щелочью происходит щелочной гидролиз эфира:
CH3C(O)OC2H5 + NaOH → CH3C(O)ONa + C2H5OH
1 балл
2) Рассчитаем количества реагирующих веществ:
n(эфира) = 16, 5 х 0, 8 / 88 = 0.15 моль,
n(NaOH) = 0.0625 х 6 = 0.375 моль
1 балл
3) Из уравнения реакции видно, что в твердом остатке находятся
0.15 моль ацетата натрия и (0.375 - 0.15) = 0.225 моль NaOH
1 балл
4) При прокаливании этого твердого продукта проходит реакция:
CH3C(O)ONa + NaOH → CH4 + Na2CO3
Остаток от прокаливания содержит
0.15 моль Na2CO3 и (0.225 - 0.15)= 0.075 моль NaOH
2 балла
5) Определяем массы веществ в остатке:
m(NaOH) = 0.075 х40 = 3 (г), m(Na2СО3) = 0.15 х 106 = 15.9 (г),
Общая масса осадка (3 + 15.9) = 18.9 г
1 балл
Массовые доли компонентов:
ω(NaOH) = 3 х100%/18, 9 = 15.9%,
ω(Na2СО3) = 15,9 х 100%/18,9 = 84.1%
1 балл
Задание 3. В 8 пронумерованных пробирках находятся растворы следующих
веществ: HNO3, NaOH, NH4OH, Hg(NO3)2, CoSO4, Co(NO3)2, AlCl3, BaCl2.
Расставьте их в необходимом порядке, если известно, что растворы №№ 6 и 8
образуют осадки с №№ 1,2,3,4, растворимые в №7. Кроме того, осадок № 4 с
№№ 6,8 растворим в избытке № 8, а осадки №№ 1,2 с №№ 6,8 растворимы в
избытке № 6. Раствор № 1 образует осадок с № 5, нерастворимый даже в
избытке № 7. Раствор № 3 с №№ 4 и 5 образует слабый электролит, при
действии на который № 6 выпадает белый осадок, растворимый в №7. Ваши
рассуждения подтвердите уравнениями химических реакций.
(14 баллов)
Решение:
1) № 1 - CoSO4, № 2 - Co(NO3)2, № 3 - Hg(NO3)2, № 4 - AlCl3,
№ 5 -BaCl2, № 6 - NH4OH, № 7 - HNO3, № 8 – NaOH
4 балла
2) CoSO4, Co(NO3)2, AlCl3 дают осадки гидроксидов с NaOH и NH4OH
CoSO4 + 2 NaOH → Co(OH)2 ↓+ Na2SO4
Co(NO3)2 + 2 NaOH → Co(OH)2 ↓+ 2 NaNO3
AlCl3 + 3 NaOH → Al(OH)3 ↓+ 3 NaCl
1 балл
3) Hg(NO3)2 + 2 NaOH → HgO ↓+ H2O + 2 NaNO3
2 Hg(NO3)2 + NH4OH → [NH2Hg2O]NO3 + 2 H2O
2 балла
4) Все эти осадки растворимы в азотной кислоте
[NH2Hg2O]NO3 + 4 HNO3 → 2 Hg(NO3)2 + NH4NO3 + H2O
Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]
Co(OH)2 + 6 NH4OH → [Co(NH3)6](OH)2 + 6 H2O
CoSO4 + BaCl2 → CoCl2 + BaSO4↓
Hg2+ + 2 Cl- → HgCl2
HgCl2 + 2 NH4OH → NH2HgCl↓ + NH4Cl + 2 H2O
NH2HgCl + 2 HNO3 → NH4Cl + Hg(NO3)2
за каждое уравнение реакции 1 балл
Задание 4. При восстановительном озонолизе с последующим гидролизом
некоторого углеводорода, плотность которого по воздуху равна 3,24,
образовалась смесь этандиаля и 4-оксо-пентаналя. Установите структурную
формулу углеводорода и напишите для него: а) реакцию восстановительного
озонолиза; б) реакцию с малеиновым ангидридом.
(7 баллов)
Решение:
1) М(у/в)=3,24•29= 94г/моль
1 балл
2) Х- число атомов углерода. 12х+2х-4=94, х= 7
1 балл
3) Если для него написать реакцию с малеиновым ангидридом, значит,
диен, если при озонолизе образуется гликоль и оксоальдегид – значит,
циклический.
2 балла
4)
O3
O
O
+
O
1 балл
O
O
+
O
O
O
O
O
2 балла
Задание 5. Одноатомный спирт при окислении над порошком СuО образует
соединение, вступающее в реакцию «Серебряного зеркала». При нагревании
же 120 г данного спирта с концентрированной серной кислотой образуется
35,84 л (н.у.) этиленового углеводорода с выходом 80%. О каком спирте идет
речь в задании?
(7 баллов)
Приведите
реакции,
указанные
в
задании.
Решение:
[O]
RCH2OH =====> RCHO
1 балл
RCHO + 2[Ag(NH3)2]OH ==>RCOONH4+2Ag↓+3NH3↑+H2O
или (RCHO +Ag2O==>RCOOH+2Ag↓
Н+
RCH2OH===> СnH2n+H2O
2 балла
1 балл
νпр (СnH2n)=35,84\22,4=1,6 моль
νтеор(СnH2n)= 1,6\0,8=2моль
νтеор(СnH2n)=ν (RCH2OH)
М(RCH2OH)==120/2=60г/моль
1 балл
RCH2OH=СnH2n+1OH
12х+2х+2+16=60 г/моль
х=3 -Пропанол-1 (первичный спирт, так
как в реакции «серебряного зеркала» участвует альдегид)
1 балл
тогда уравнения реакций пропанолом-1:
[O]
CH3CH2CH2OH =====> CH3CH2CHO
CH3CH2CHO + 2[Ag(NH3)2]OH ==>CH3CH2COONH4+2Ag↓+3NH3↑+H2O
CH3CH2CHO+Ag2O==> CH3CH2COOH+2Ag↓
CH3CH2CH2OH===> С3H6+H2O
(за все уравнения реакций 1балл)
Задание 6. Осуществлён четырехстадийный синтез, выражаемый следующей
схемой:
С8Н8 → С8Н10 → С7Н6О2 → С7Н5О2Na → С6Н6
В реакцию вступает 26 г С8Н8. Выход целевых продуктов на первых двух
стадиях равен 80% (для каждой стадии). Третья и четвертая стадия синтеза
протекают количественно. Какова минимальная масса гидроксида натрия,
необходимая для проведения третьей и четвертой стадий синтеза? Какую
массу конечного продукта можно получить? Напишите уравнения реакций
всех четырёх стадий данного синтеза.
(10 баллов)
Решение:
Уравнения всех стадий данного синтеза:
CH
CH2
+
CH 2
CH3
H2
стирол
этилбензол
CH 2
CH3
+
COOH
H
+
6[O]
+ CO2 + 2H2O
бензойная кислота
COOH
COONa
+ NaOH
+ H2O
бензоат натрия
COONa
t
+ Na2CO3
+ NaOH
бензол
4 балла
n(C8H8) = m(C8H8)/ M(C8H8)=26/104=0,25 моль
nтеор.(C6H5C2H5) = n(C8H8)=0,25 моль
nпракт.(C6H5C2H5) = nтеор.(C6H5C2H5) ∙ η = 0,25 ∙ 0,8= 0,2 моль
nтеор.(C6H5CООH) = nпракт.(C6H5C2H5) = 0,2 моль
nпракт.(C6H5CООH) = nтеор.(C6H5CООH) ∙ η = 0,2 ∙ 0,8 = 0,16 моль
n3 (NaOH) = n(C6H5CООH) = 0,16 моль
n4 (NaOH) = n(C6H5CООNa) = nпракт.(C6H5CООH) = 0,16 моль
n(NaOH) = n3 (NaOH) + n4 (NaOH) = 0,16 + 0,16 = 0,32 моль
m(NaOH) = n(NaOH) ∙ M(NaOH) = 0,32 ∙ 40 = 12,8 г
n(C6H6) = n(C6H5CООNa)=0,16 моль
m(C6H6) = n(C6H6) ∙ M(C6H6) = 0,16 ∙ 78 = 12,48 г
Ответ: 12,8 г NaOH, 12,48 г C6H6.
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
Задание 7. Осуществите схему превращений, напишите уравнения реакций
каждой стадии, назовите исходные, промежуточные и конечные продукты.
(9 баллов)
C3H8
Br 2
свет
Mg
A
эфир
B
CH2O
H2О
C
K2Cr2O7 PCl5 C2H5OH NaOH
F
G+H
E
D
пиридин H2О
H2SO4
CH3CCl=O
Решение:
K
H2SO4
межмолекулярная
дегидратация
L
C3H8+Br2==>CH3CHBrCH3+HBr
пропан
2-бромпропан
1балл
CH3CHBrCH3+Mg==> (CH3)2CH-Mg-Br
изопропилмагний бромид
1балл
(CH3)2CH-Mg-Br + CH2O ==> (CH3)2CHCH2OH+ Mg(OH)Br
2-метилпропанол-1
1балл
(CH3)2CHCH2OH + К2Сr2O7 + H2SO4 ===>(CH3)2CHCOOH + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O
2-метилпропановая кислота
1 балл
(CH3)2CHCOOH + PCl5 =====> (CH3)2CHCOCl + POCl3 + HCl
хлор-2-метилпропаноил
1 балл
(CH3)2CHCOCl+C2H5OH ==> (CH3)2CHCOOC2H5+HCl
этиловый эфир 2-метилпропановой кислоты
1 балл
(CH3)2CHCOOC2H5+NaOH ===> (CH3)2CHCOONa + C2H5OH
2-метилпропаноат натрия
этанол
1 балл
(CH3)2CHCOONa+CH3CClO==> (CH3)2CHCOOCOCH3+NaCl
этаноил-2-метилпропаноат
1 балл
2 C2H5OH ===> C2H5OC2H5
диэтиловый эфир
1 балл