Газ, полученный при взаимодействии 2 г мрамора с 9,8 мл 15

Олимпиада (11 класс)
II этап
Вариант 1
Ответы
1. Составьте уравнение реакции окисления дисульфида железа (II) концентрированной
азотной кислотой. Напишите схемы электронного баланса.
HNO3 – сильный окислитель, поэтому сера будет окисляться до
максимальной степени окисления S+6, а железо – до Fe3+, при этом HNO3
превратится в NO2:
FeS2 + HNO3(конц) → Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2↑
3б
Где будет находиться Н2О (в левой или правой части), пока неизвестно.
Составим схемы электронного баланса:
15
1
1
N+5 + е -- = N+4
Fe2+ - е -- = Fe3+
S2─ - 14 е -- = 2S+6
восстановление; HNO3 – окислитель
окисление; FeS2 - восстановитель
окисление; FeS2 - восстановитель
Fe2+ + S2─ + 15 N+5 = Fe3+ + 2S+6 +15 N+4
3б
15 молекул HNO3 идут на окисление FeS2 и ещё 3 молекулы HNO3
необходимы для образования Fe(NO3)3
FeS2 + 18HNO3(конц) → Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO2↑
Чтобы уравнять водород и кислород, в правую часть надо добавить 7
молекул Н2О:
FeS2 + 18HNO3(конц) = Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO2↑ + 7 Н2О
4б
Сумма – 10 баллов
2. Для полной нейтрализации раствора, полученного при гидролизе 1,23 г некоторого
галогенида фосфора, потребовалось 35 мл раствора гидроксида калия с концентрацией 2
моль/л. Определите формулу галогенида.
Галогениды фосфора могут иметь формулу РГ3 или РГ5 (Г – атом
галогена). При их гидролизе образуются галогеноводородная кислота и
фосфористая или ортофосфорная кислота:
1 моль
РГ3
+
3Н2О
=
1 моль
Н3РО3
+
3 моль
3НГ
2б
1
1 моль
РГ5
+
4Н2О
1 моль
Н3РО4
=
+
5 моль
5НГ
2б
Для полной нейтрализации продуктов гидролиза 1 моль РГ3 потребуется 5
моль КОН (Н3РО3 – двухосновная кислота):
1моль
2 моль
Н3РО3 + 2КОН
К2НРО3
=
+
2Н2О
2б
3 моль
НГ
+
3 моль
КОН = КГ +
Н2О
1б
Аналогично для полной нейтрализации продуктов гидролиза 1 моль РГ5
потребуется 8 моль КОН:
1моль
3 моль
Н3РО4 + 3КОН
К3РО4
=
+
3Н2О
1б
5 моль
НГ
+
5 моль
КОН = КГ +
Н2О
1б
ν(КОН) = с · V = 2 моль/л · 0,035 л = 0,07 моль.
1б
Для РГ3 получим:
ν(РГ3) = ν(КОН)/5 = 0,07/5 = 0,014 моль,
М(РГ3) = m/ ν = 1,23 г / 0,014 моль = 88 г/моль,
А(Г) = (88 – 31)/3 = 19 г/моль.
Г – фтор, искомый галогенид – РF3.
1б
В случае галогенида фосфора (V):
ν(РГ5) = ν(КОН)/8 = 0,07/8 = 0,00875 моль,
М(РГ5) = m/ ν = 1,23 г / 0,00875 моль = 140,6 г/моль,
А(Г) = (140,6 – 31)/5 = 21,9 г/моль – не подходит
О т в е т. РF3
Сумма – 12 баллов
2
1б
3. Важная область применения пероксидов и супероксидов щелочных металлов –
регенерация кислорода в замкнутых помещениях. Так, на космических орбитальных
станциях кислород регенерируют с помощью супероксида калия КО2. Считая, что каждый
космонавт в течение суток выдыхает 1 кг углекислого газа, и зная, что на борту станции
содержится 436 кг КО2, определите, в течение скольких суток будет обеспечена
жизнедеятельность космического экипажа, состоящего из трёх человек.
По уравнению реакции
3 кг
2СО2
2·44 г
х кг
+ 4КО2
4·71 г
= 2К2СО3 + 3О2
масса супероксида калия, необходимая для
поглощаемого тремя космонавтами за сутки, равна
5б
регенерации кислорода,
х = 9,682 кг.
1б
Следовательно, 436 кг КО2 обеспечат жизнедеятельность космического
экипажа в течение
436/9,682 = 45 суток.
1б
Сумма – 7 баллов
4. Хорошо известно, что, из-за эффекта сопряжения, при полном гидрировании бензола
выделяется значительно меньше энергии, чем при гидрировании трех изолированных
двойных связей, например, трех молекул циклогексена. Определите эту разницу, если
известно, что при сгорании 1 моль водорода, циклогексана, циклогексена и бензола
выделяется, соответственно, 286, 3930, 3752 и 3276 кДж тепла. Используя эти же данные
приблизительно оцените теплоту сгорания 1,4-дигидронафталина.
Н2
Н
С
НС
НС
С
Н
С
С
С
СН
СН
С
Н2
1,4 - дигидронафталин
Для определения разницы в энергии гидрорования бензола и трех молекул
циклогексена достаточно применить закон Гесса. Поскольку все описанные вещества при
сжигании образуют одни и те же продукты (CO2 и H2O), можно использовать данные
теплоты сгораниякак теплоты образования веществ. Тогда
Qгидрирования(С6H6) = Qсгор(С6H12)–3·Qсгор(H2)–Qсгор(С6H6)
Qгидрирования(С6H10) = Qсгор(С6H12) – Qсгор(H2) – Qсгор(С6H10)
ΔE= Qгидрирования(С6H6) – 3·Qгидрирования(С6H10) = 120 кДж/моль
Для точного расчета теплоты сгорания 1,4-дигидронафталин данных недостаточно,
однако намнужно сделать только ее приблизительную оценку. Для этого можно представить
1,4-дигидронафталин как бензол + циклогексен – 2/6 циклогексана (две CH2-группы). Тогда:
Qсгор(С10H10) ≈ Qсгор(С6H6) + Qсгор(С6H10) – 2/6·Qсгор(С6H12) = 5718 кДж/моль
3
Сделан вывод о применении закона Гесса – 2 балла
Определены энергии и разница – 3 балла
Найдена теплота сгорания С10Н10 – 2 балла
Сумма – 7 баллов
5. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить следующие превращения
(переход по стрелке может быть осуществлен не в одну стадию), укажите условия
реализации процессов:
C4H6 → C3H6O2 → C5H10O2 → C3H8O → … → изопропиловый спирт
Написано уравнение реакции – 7 баллов (1 балл за каждую реакцию)
Указаны условия протекания реакции – 2 балла
Уравнения окисления бутина-1 написано с учетом коэффициентов – 1 балл
Сумма – 10 баллов
6. Напишите структурные формулы возможных изомеров, имеющих молекулярную
формулу С3Н6О2. Отнесите эти вещества к соответствующим классам органических
соединений. И назовите их.
Пропионовая кислота, метиловый эфир уксусной кислоты, этиловый эфир муравьиной
кислоты, два альдегидоспирта, кетоспирт, циклопропандиол, альдегидопростой эфир,
двойной циклический простой эфир.
Структурные формулы веществ – 5 баллов (0,5балла за каждый, 2 балла за двойной
циклический эфир)
Название каждого изомера – 5 баллов
Сумма – 10 баллов
4