Решения школьного этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии, 2013-2014 учебный год 11.1.

Решения школьного этапа Всероссийской олимпиады школьников
по химии, 2013-2014 учебный год
11 класс
Время выполнения – 2,5 часа (150 минут)
Максимальное количество баллов – 60
11.1. Какую массу карбоната натрия следует добавить к 550 г 20%-ной соляной
кислоты, чтобы массовая доля кислоты уменьшилась вчетверо?
(8 баллов)
Содержание верного ответа
1) Составлено уравнение реакции:
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2↑ + H2O
Балл
1
2) За выражение через неизвестную величину количество вещества
прореагировавшего Na2CO3, кислоты, ее избытка, и выделившегося газа
в реакцию вступило n(Na2CO3) = x моль. По уравнению реакции
n’(HCl) = 2n(Na2CO3) = 2x моль, n(CO2) = x моль
3) За расчет массы веществ. m=n·M; m(Na2CO3) = 106x (г); m(CO2)
= 44x (г); m’(HCl) = 36,5·2x = 71x (г)
Масса HCl в растворе 1: m(HCl) = m(p1)·w1 = 110 г;
масса избытка HCl: mизб(HCl) = 110 – 71x;
1
4) За расчет массы конечного раствора.
По закону сохранения массы:
m(p2) = m(p1) + m(Na2CO3) – m(CO2) = 550 + 106x – 44x = 550 +
62x (г)
1
5) Составлена формула расчета массовой доли HCl в растворе 2 и
определена величина х: mизб(HCl)/ m(p1) = w2;
Алгебраическое уравнение: (110 – 71x) /(550 + 62x) = 0,05
110 – 71x = 0,05(550 + 62x); 110 – 71x = 27,5 + 3,1x; 67,9x = 82,5;
x = 1,215;
2
6) Рассчитана масса карбоната натрия
m(Na2CO3) = 106x = 106*1,215 = 128,8 г.
Итого
1
2
8
11.2. Смесь угарного и бурого газов, имеющих относительную плотность по
водороду 19,4, пропустили через раствор, содержащий стехиометрическое
количество едкого кали. В результате реакции выделили 55,8 г смеси солей.
Определите количество (моль) каждого из газов в смеси.
(8 баллов)
Содержание верного ответа
1. Сделан вывод о том, что с раствором едкого
кали реагирует только бурый газ и составлено
уравнение реакции:
2NO2 + 2KOH → KNO3 + KNO2 + H2O
Баллы
1
2. Введены переменные и записано выражение для
нахождения относительной плотности смеси
газов:
n(CО) = x моль, n(NO2) = y моль
D (CО + NO2) = (28x + 46y) /2=19,4
1
1
3. По уравнению реакции найдены количества
вещества каждой соли и их массы:
n (KNO3) = 0,5 y моль, n (KNO2) = 0,5 y моль
m(KNO3) = 0,5 y · 101(г), m(KNO2) = 0,5 y · 85(г)
1
1
4. Составлено выражение для нахождения массы
смеси солей:
0,5 y · 101 + 0,5 y · 85 = 55,8
1
5. Составлена система уравнений:
(28x + 46y)
= 19,4
{
2
0,5𝑦 · 101 + 0,5y · 85 = 55,8
6. Решена система уравнений и найдены
количества вещества угарного и бурого газов:
х = 0,4моль , y = 0,6 моль
n(CО) = 0,4 моль, n(NO2) = 0,6 моль.
Итого
1
1
8
11.3. Неизвестное органическое вещество массой 4,8 г сожгли и продукты
сгорания пропустили через трубку с безводным сульфатом меди (II) и сосуд,
содержащий избыток баритовой воды. Масса трубки увеличилась на 4,32г, в
сосуде образовался осадок массой 70,92г. Напишите возможные формулы
веществ и дайте им названия.
(9 баллов)
Содержание верного ответа
Элементы ответа.
1. Составлены уравнения реакций
а) Cx Hy Oz + (x + 0,5y + 0,5z) O2 → x CO2 + y H2 O (1 уравн.)
б) CuSO4 + 5 H2 O → CuSO4 ∙ 5 H2 O
(2 уравн.)
в) CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 ↓ + H2 O
(3 уравн.)
2. Рассчитаны количества вещества воды, водорода, карбоната
бария, углерода. Вычислены массы водорода и углерода.
Установлено, что в состав данного вещества не входит
кислород.
а) ν (H2 O) = 4,32 : 18 = 0,24 моль
ν (H) = 0,24 ∙ 2 = 0,48 моль
m(H) = 0,48 ∙ 1 = 0,48 г
б) ν (BaCO3) = 70,92 : 197 = 0,36 моль
в) по уравнению 3:
ν(CO2) = ν(BaCO3) = 0,36 моль
ν(C) = 0,36 моль
m(C) = 0,36 ∙ 12 = 4,32 г
г) 0,48 + 4,32 + m(O) = 4,8 → m(O) = 0
3. Составлена простейшая формула вещества:
x : y = 0,36 : 0,48 = 3 : 4 → C3 H4
4. Составлены все возможные изомеры и даны им названия:
а) СH ≡ C – CH3 пропин (метилацетилен)
б) CH2 = C = CH2 пропадиен (аллен)
в) циклопропен
Баллы
1
1
1
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
1
0,5
0,5
0,5
Ответ правильный и полный, содержит все названные элементы
9
Правильно записан 1-й элемент
3
Правильно записан 2-й элемент
3,5
Правильно записан 3-й элемент
1
Правильно записан 4-й элемент
Итого
1,5
9
11.4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить
превращения:
O2, Pt
Cu, t0
O2
HCl
NH3-------> X1 --------->X2 ---------->X3----->Mg3N2 ---------X4
Укажите вещества X1, X2, X3, X4 и дайте им названия.
(5 баллов)
Уравнение реакции
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
2NO + O2 = 2NO2
2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2
N2 + 3Mg = Mg3N2
Mg3N2 + 8HCl = 3MgCl2 + 2 NH4Cl
Итого
Зашифрованное
Баллы
вещество
X1 – NO
оксид азота (II)
1
X2 – NO2
оксид
азота
1
(IV)
X3 – N2
1
азот
нитрид магния
1
X4 – NH4Cl
1
хлорид
аммония
5
11.5. В шести пробирках находятся водные растворы глицерина, глюкозы,
формалина, фенола, уксусной и муравьиной кислоты. Используя
только
перечисленные ниже реагенты, определите вещества в пробирках. Опишите ход
определения. Напишите уравнения реакций, на основании которых может быть
произведено определение веществ.
Реагенты: CuSO4 5%, NaOH 5%, NaHCO3 10%, бромная вода.
(30 баллов)
Элементы ответы
Баллы
Br2 + H2O
CuSO4 + NaOH
без нагревания
CuSO4 + NaOH
нагревание
Тёмно-синий
раствор
Оранжевокрасный осадок
Cu2O
Оранжевокрасный осадок
Cu2O
Реагенты
NaHCO3
Глицерин
–
Обесцвечивание
Тёмно-синий
раствор
Глюкоза
–
Обесцвечивание
Тёмно-синий
раствор
Формалин
–
Обесцвечивание
Голубой
творожистый осадок
Cu(OH)2 не исчезает
Идентификац
ия веществ:
6 ∙ 3 балла =
18 баллов
Фенол
Уксусная
кислота
Муравьиная
кислота
–
Белый осадок
CO2↑
Без изменений
CO2↑
Обесцвечивание
Уксусная
с раствором кислота:
реакция с
гидрокарбоCO2
+ H2O натом натрия
бромной водой. – 2 балла
Определение кислот.
При взаимодействии карбоновых кислот
гидрокарбоната натрия выделяется углекислый газ.
1.
R-COOH
+
NaHCO3
R-COONa
+
Различить кислоты можно реакцией с
Муравьиная кислота обесцвечивает бромную воду. С уксусной
кислотой бром в водном растворе не реагирует.
HCOOH
+
Br2
2 HBr
+
Муравьиная
кислота:
реакции с
гидрокарбонатом натрия
и бромной
водой
2 ∙ 1 балл =
2 балла
CO2
2. Определение фенола.
При взаимодействии глицерина, глюкозы, формалина и
фенола с бромной водой только в одном случае наблюдается
происходит помутнение раствора и выпадение белого осадка 2,4,6трибромфенола.
OH
OH
Br
+
Br
+
3 Br2
3 HBr
Br
Глицерин, глюкоза и формалин окисляются бромной водой,
при этом наблюдается обесцвечивание раствора. Глицерин в этих
условиях может окислиться до глицеринового альдегида или 1,2дигидроксиацетона. Дальнейшее окисление глицеринового
альдегида приводит к глицериновой кислоте.
HOCH2-CH(OH)-CH2
OH
+
Br2
HOCH2-CH(OH)-CH2OH
+
Br2
HOCH2-CH(OH)-CHO
HOCH2
CH2OH
+
+
2 H Br
2 HBr
O
HOCH2-CH(OH)-CHO + Br2
+ H2O
+ 2 Br2 + H2O
R-CHO + Br2
CH2O
+ H2O
HOCH2-CH(OH)-COOH + 2 HBr
R-COOH
CO2
+ 2 HBr
+ 4 HBr
Фенол:
реакция с
бромной
водой – 2
балла
3. Реакция со свежеприготовленным осадком гидроксида меди
(II) позволяет различить глицерин, глюкозу и формалин.
При добавлении глицерина к гидроксиду меди (II) голубой
творожистый осадок растворяется и образуется тёмно-синий раствор
комплексного глицерата меди. При нагревании окраска раствора не
меняется.
H
CH2OH
2
CH2OH
+
CH2 O
Cu(OH)2
CH
CH2OH
O
CH2
O
CH
Cu
O
H
CH2OH
+
Глицерин:
реакция с
гидроксидом
меди (II) –
2 балла
2 H2O
CH2OH
При добавлении глюкозы к гидроксиду меди (II) также
образуется тёмно-синий раствор комплекса. Однако при нагревании
комплекс разрушается и альдегидная группа окисляется, при этом
выпадает оранжевый осадок оксида меди (I).
R-CHO
+
R-COOH
2 Cu(OH)2
+
Cu2O
+
2 H2O
Формалин:
Формалин реагирует с гидроксидом меди только при нагревании реакция с
с образованием оранжевого осадка оксида меди (I).
гидроксидом
CH2O
+ 4 Cu(OH)2
2 Cu2O
+
CO2
+ 5 H2O
меди (II) при
нагревании –
2 балла
СН2ОН – (СНОН)4 – СОН + Сu(ОН)2 = СН2ОН – (СНОН)4 – СООН Глюкоза:
реакции с
+ Сu2О↓+ Н2О ( при нагревании)
гидроксидом
меди(II) без
нагревания и
при
нагревании –
2 ∙ 1 балл =
2 балла
(без нагревания)
Итого:
30