заданиями и их решениями

Республиканская олимпиада по химии 2015-2016
(региональный этап ВсОШ)
Задания 8 класса
Задание 1. Кроссворд
В приведенном кроссворде по горизонтали зашифрованы названия химических
элементов и простых веществ. А в одном из столбцов по вертикали – фамилия
выдающегося русского ученого-энциклопедиста, одного из основоположников атомномолекулярного учения и закона сохранения материи.
1. Этот металл находит применение как для изготовления
кухонных кастрюль, так и в составе сплавов для создания
2
новейших самолетов и вертолетов.
3
2. Раньше этим веществом заполняли дирижабли и
аэростаты, однако из-за высокой взрывоопасности от этого
4
пришлось отказаться
5
3. Из этого металла сделано множество электрических
6
проводов, делающих нашу жизнь ярче и светлее. Да и сам
7
этот металл яркий и похожий по цвету на металл из
следующего вопроса.
8
4. Этот благородный металл по карману немногим и
9
обладает крайне инертным характером. Для своего
растворения он предпочитает царскую водку!
5. Этот элемент получил свое название по имени мифической героини, дочери
Тантала. Как и положено дочери, имеет сходные свойства и находится с танталом в
одной подгруппе.
6. А этот элемент название свое получил по имени злого гнома, вредившего
рудокопам добывать серебро. Атом этого элемента содержит 27 протонов.
7. Она бывает ромбическая, моноклинная и пластическая. А еще поговаривают, что ее
можно найти в ушах!
8. Этот металл традиционно входит в состав жести, применяемой для изготовления
консервных банок, а еще из него был сделан знаменитый сказочный солдатик!
9. А этот металл прочно обосновался в составе кислотных автомобильных
аккумуляторов и других батареек, да еще имеет нехорошую славу, связанную с пулями и
токсичными добавками в бензин.
1
1) Разгадайте все названия и назовите ключевое слово (фамилию). Ответы запишите в
форме «№ вопроса – название элемента - символ элемента».
2) Металл из вопроса 9 проявляет в своих соединениях степени окисления +2 или +4.
Он образует три оксида, один из которых является смешанным, в формульной единице
этого оксида атомов кислорода в 1,333 раз больше, чем атомов металла. Запишите
формулы этих оксидов и рассчитайте массовую долю кислорода в каждом из них.
3) Запишите уравнение реакции между металлом из вопроса 3 и неметаллом из
вопроса 7, если вещества вступили в реакцию в массовом соотношении 4:1.
1
Задание 2. Свойства веществ и тел
Приведите в соответствие названия тел и свойства веществ, из которых они состоят.
Тела: кусок древесного угля, горка алюминиевого порошка, железный гвоздь, горка
кварцевого песка, кристалл поваренной соли, золотой слиток.
Свойства:
а) ржавеет, тонет в воде
б) плавает на поверхности воды, горит на воздухе
в) не ржавеет, имеет металлический блеск, горит на воздухе
г) тонет в воде, не горит на воздухе
д) растворяется в воде, не горит на воздухе
1) Запишите химические формулы всех веществ. Ответы перенесите в таблицу, графы
перечерчивать не обязательно:
Название тела
Свойства
описаны под
буквой
формула вещества (для
простых веществ – символ
элемента)
древесный уголь
алюминиевый порошок
железный гвоздь
кварцевый песок
кристалл поваренной соли
золотой слиток
2) Приведите химические названия для сложных веществ из таблицы, определите класс,
к которому они относятся (оксиды, гидроксиды, соли).
3) Напишите все возможные реакции горения данных веществ на воздухе. Учтите, что
основным продуктом горения железа является смешанный оксид, содержащий 72,41%
железа (приведите вывод формулы). Углерод при горении может образовать два оксида.
4) Предложите способ разделения смеси кварцевого песка, поваренной соли и железных
опилок на индивидуальные компоненты (опишите последовательность действий),
используя магнит, стакан с водой, воронку, фильтровальную бумагу, спиртовку, чашу для
выпаривания.
2
Задание 3. Кислота для маринада
Одним из важных компонентов маринадов является столовый уксус – 10% водный
раствор кислоты Х. Известно, что кислота Х содержит 40 масс.% углерода, 6,67 масс.%
водорода, остальное – кислород.
1) Установите брутто-формулу кислоты Х, если ее молекулярная масса находится в
интервале 55-65 а.е.м. Запишите формулу в привычном для химиков виде RCOOH, где R
– некая группа атомов. Изобразите структурную (графическую) формулу уксусной
кислоты, показав порядок соединения атомов в молекуле.
2) Запишите уравнения реакций кислоты Х с натрием и негашеной известью (оксид
кальция), назовите образующиеся соли. Учтите, что кислота Х одноосновна.
3) Мама принесла домой бутылку, содержащую 100 г уксусной эссенции (содержит 80%
кислоты Х и 20% воды) и попросила Колю приготовить из нее столовый уксус для
маринада. Помогите Коле решить эту задачу, используя только стакан на 100 мл. Сколько
стаканов воды нужно добавить Коле к исходной эссенции? Каков объем полученного
раствора столового уксуса? Плотности всех растворов принять равными 1г/мл.
4) Рассчитайте количество молекул воды и коилчество атомов водорода в полученном
растворе столового уксуса.
Задание 4. Очень важный элемент
Очень важный элемент Х существует в виде двух простых веществ Х2 и Х3. Вещество
Х2 необходимо для дыхания всех живых существ (так, 1 человек в минуту потребляет
0,4 л Х2), а вещество Х3 защищает землю от вредного УФ излучения из космоса. Один из
старых способов лабораторного получения Х2 состоит в разложении вещества YХ
(реакция 1), при этом масса исходного вещества уменьшается в 1,0796 раз, а в пробирке
остается очень тяжелая жидкость Y с металлическим блеском. Другой лабораторный
способ получения Х2 – разложение вещества Z2X2 (реакция 2) которое продается в аптеке
и содержит самый распространенный во Вселенной элемент Z (в веществе Z2X2 массовое
содержание Z равно 5,88%), при этом также образуется очень известное вещество Z2X.
Вещество Z2X также можно разложить с получением Х2, например, под действием
электрического тока (реакция 3).
1) Определите неизвестные элементы Х, Y, Z, ответ подтвердите расчетом.
называются вещества Х3 и Z2X2?
Как
2) Напишите уравнения реакций 1,2,3. Приведите еще один любой способ получения
вещества Х2 (уравнение реакции).
3) Для получения жизненно важного вещества Х2 в космосе можно использовать
реакцию 3. Рассчитайте массу вещества Z2X, которую нужно доставить на космическую
станцию для получения Х2, достаточного для дыхания трех космонавтов в течение 2
месяцев (60 дней).
3
Задание 5. Химия красной планеты.
В секретную лабораторию привезли образец грунта, доставленный с Марса.
Образец состоял из трех основных компонентов: оксида кремния, поваренной соли и
оксида Х красно-бурого цвета. При нагревании 16 г оксида Х с избытком угля (реакция 1)
был получен чистый металл М массой 11,2 г, а также очень ядовитый газообразный оксид
Y, который иногда образуется в каминах при недостатке воздуха. Известно, что 1 г
металла М содержит 1,075∙1022 атомов. Окисление вещества Y кислородом (реакция 2)
приводит к оксиду Z, являющемуся основным компонентом атмосферы Марса.
1) Установите металл М и формулы веществ X, Y, Z, вывод формулы Х подтвердите
расчетом.
2) Напишите уравнения реакций 1 и 2. Рассчитайте объем (л) газа Y, образовавшегося в
реакции 1.
3) Рассчитайте массовую долю вещества Х в марсианском грунте, если из 200 г
марсианского грунта удалось выделить 28 г металла М.
Каждая задача оценивается в 20 баллов.
4
Республиканская олимпиада по химии 2015-2016
(региональный этап ВсОШ)
Решения 8 класса
Задание 1. Кроссворд
Элемент ответа (допускаются другие способы решения, приводящие к
верному ответу)
1)
2)
11 – алюминий - Al, 2 – водород - H, 3 – медь - Cu, 4 – золото Au,
5 – ниобий - Nb, 6 – кобальт - Co, 7 – сера - S, 8 – олово - Sn,
9 – свинец - Pb
Ключевое слово (фамилия) – Ломоносов
Оксид свинца (II): PbO
М(PbO) = 207+16 = 223,
Оксид свинца (IV): PbO2
М(PbO2) = 207+16*2 = 239,
ω(О) = 16/(223) = 0,0717 (7,17%)
ω(О) = 16*2/(239) = 0,1339 (13,39%)
Смешанный оксид (II,IV): отношение атомов 1:1,333, приводим к
наименьшим целым числам: 3:4, то есть формула Pb3O4
М(Pb3O4) = 207*3 + 16*4 = 685, ω(О) = 16*4/(685) = 0,0934 (9,34%)
3)
Нужно дописать уравнение реакции Cu + S = …
Рассчитаем мольное соотношение веществ: Возьмем 40 г меди и 10 г
серы.
n(Cu) = 40/64 = 0,625 моль
n(S) = 10/32 = 0,3125 моль
Получаем, что n(Cu) : n(S) = 2:1, то есть вещества реагируют в мольном
соотношении 2:1, и образуется вещество Cu2S
Уравнение реакции:
2Cu + S = Cu2S
Всего
20 баллов
5
Балл
10×1 = 10
баллов
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
4 балла
Задание 2. Свойства веществ и тел
Элемент ответа (допускаются другие формулировки и способы
решения, приводящие к верному ответу)
1 Название тела
Свойства
описаны под
буквой
формула вещества (для
простых веществ – символ
элемента)
древесный уголь
б
C
алюминиевый порошок
в
Al
железный гвоздь
а
Fe
кварцевый песок
г
SiO2
кристалл поваренной соли
д
NaCl
золотой слиток
г
Au
1)
Балл
За каждую
верную строчку
таблицы – 1
балл
Всего – 6 баллов
2)
Кварцевый песок – оксид кремния – оксид
Поваренная соль – хлорид натрия - соль
2 балла
2 балла
3)
Гореть могут уголь, алюминий и железо:
Уголь в недостатке кислорода дает оксид углерода (II), а в избытке –
оксид углерода (IV)
2C + O2(нед-к) = 2CO
C + O2(изб-к) = CO2
1 балл
1 балл
4)
Алюминий образует только один оксид:
4Al + 3O2 = 2Al2O3
1 балл
Вывод формулы смешанного оксида железа FexOy:
x:y = (72,41/56) : (27,59/16) = 1,29 : 1,72 = 1 : 1,33 = 3 :4
Формула Fe3O4
Реакция горения:
3Fe + 2O2 = Fe3O4
Вывод формулы
– 2 балла
Разделение смеси:
А) Удалим железо при помощи магнита
Б) Поместим оставшуюся смесь в воду, размешаем до растворения
поваренной соли
В) Изготовим бумажный фильтр из бумаги и профильтруем смесь.
Остаток на фильтре – кварцевый песок
Г) Фильтрат (раствор поваренной соли) поместим в чашу для
выпаривания и нагреем на пламени спиртовки до удаления воды. Остаток
– чистая поваренная соль
Примечание – стадию а) можно делать после б) или в), но желательно
делать вначале
Всего
20 баллов
6
Уравнение –
1 балл
4 балла
(за неполную
или частично
верную схему
можно ставить
1,2 или 3 балла)
Задание 3. Кислота для маринада
Элемент ответа (допускаются другие формулировки и способы
решения, приводящие к верному ответу)
1)
1Вывод формулы уксусной кислоты CxHyOz:
x:y:z = (40/12) : (6,67/1) : (53,33/16) = 3,33 : 6,67 : 3,33 = 1 : 2 : 1
То есть простейшая формула – СH2O
Молекулярная масса этого фрагмента будет равна 12+2+16 = 30 а.е.м,
что примерно вдвое меньше указанного диапазона.
Следовательно, истинная формула – (СH2O)2 или С2H4O2
Если выделить фрагмент COOH, то останется CH3, и формула будет
выглядеть CH3COOH
Балл
2 балла
1 балл
Графическая формула
1 балл
2)
CH3COOH + Na = CH3COONa
ацетат натрия
2CH3COOH + CaO = (CH3COО)2Ca + H2O ацетат кальция
3)
4)
В 100 г уксусной эссенции –
m(к-ты) = 100×0,8 = 80 г
m(H2O) = 100-80 = 20 г
В конечном растворе (столовом уксусе) должно содержаться 10%
уксусной кислоты, поэтому можно составить пропорцию:
80 г – 10%
Х г – 100% ,
откуда Х = 800 г
или m(р-ра) = m(в-ва)/ω = 80/0,1 = 800 г
Объем столового уксуса V = m/ρ = 800/1 = 800 мл.
Для получения 800 мл к исходной уксусной эссенции нужно добавить 800
– 100 = 700 мл воды, то есть 7 стаканов.
В 800 г столового уксуса
n(CH3COOH) = m/M = 80/60 = 1,333 моль
n(H2О) = m/M = 720/18 = 40 моль
N(H2О) = n×NA = 40×6,02×1023 = 24,08×1023 молекул (2,408×1024)
Общее количество моль атомов водорода = 1,333×4 + 40×2 = 85,33 моль
Количество атомов водорода
N(H) = n×NA = 85,33×6,02∙1023 = 513,69∙1023 атомов (5,1369×1025)
Всего
20 баллов
7
1+1 = 2 балла
1+1 = 2 балла
7 баллов
2 балла
2 балла
1 балл
Задание 4. Очень важный элемент
Элемент ответа (допускаются другие формулировки и способы
решения, приводящие к верному ответу)
1)
1Судя по описанию, элемент Х – кислород (О)
Модификация О3 - озон
Элемент Z – водород
Тогда Z2X2 = H2O2 – перекись водорода
Проверка:
ω(H) = 2/34 = 0,0588 или 5,88%
3)
Уравнения реакций:
Реакция 1: 2HgO = 2Hg + O2
Реакция 2: 2H2O2 = 2H2O + O2
Реакция 3: 2H2O = 2H2 + O2
Реакция 4: любое уравнение реакции получения кислорода, например
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2
2KClO3 = 2KCl + 3O2 или другие
1 космонавт в минуту потребляет 0,4 л кислорода
60 дней – это 60×24×60 = 86400 минут
Общий объем кислорода, необходимый для 3-х космонавтов
V(O2) = 86400×3×0,4 = 103680 л
n(O2) = V/VM = 103680/22,4 = 4628,57 моль
n(H2O) = 2n(O2) = 9257,1 моль
m(H2O) = n×M = 9257×18 = 166628,6 г или 166,63 кг
Всего
2 балла
2 балла
2 балла
2 балла
Определим элемент Y:
Молярные массы HY и Y различаются в 1,0796 раз, то есть
(Y+16)/Y = 1,0796, откуда Y = 201 г/моль – это ртуть
Y = Hg
2)
Балл
20 баллов
8
2 балла
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
6 баллов
Задание 5. Химия красной планеты
Элемент ответа (допускаются другие формулировки и способы
решения, приводящие к верному ответу)
1)
2)
3)
1Определение металла М:
n(M) = 1,075∙1022 / 6,02∙1023 = 0,01786 моль
М = m/n = 1/0,01786 = 56 г/моль – железо (Fe)
Возможно определение по качественным признакам и проверка
Балл
4 балла
Определение формулы оксида железа FexOy (вещество Х):
По условию, из 16 оксида образуется 11,2 г железа, значит, на кислород
приходится 4,8 г
х : y = 11,2/56 : 4,8/16 = 0,2 : 0,3 = 2 : 3
Формула Х = Fe2O3
2 балла
Ядовитый оксид углерода Y = CO – угарный газ
При его окислении образуется углекислый газ Z = CO2
2 балла
2 балла
Уравнения реакций:
Реакция 1: Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO
Реакция 2: 2CO + O2 = 2CO2
2 балла
2 балла
n(Fe2O3) = 16/160 = 0,1 моль
Тогда n(СО) = 0,3 моль
V(СО) = n×VM = 0,3×22,4 = 6,72 л
2 балла
В 160 г Fe2O3 содержится 112 г железа
В х г Fe2O3 содержится 28 г железа
х = 160×28/112 = 40 г
ω(Fe2O3) = 40/200 = 0,2 или 20%
Всего
4 балла
20 баллов
9