КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ХИМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ А.М. БУТЛЕРОВА ОТКРЫТАЯ ГОРОДСКАЯ ОЛИМПИАДА ПО ХИМИИ (XI класс, 22 апреля 2007 г.) 1. Какие нитраты при нагревании разлагаются с выделением оксида азота(IV): 1) NH4NO3 2. 2) NaNO3 3) Pb(NO3)2 4) Cu(NO3)2 ? Какие вещества следует добавить к водному раствору CrCl3, чтобы усилить гидролиз этой соли: 1) HCl 3. 2) Na2CO3 3) Na2S 4) Na2SO4 ? Какие вещества образуются при взаимодействии хлората калия с раствором щавелевой кислоты: 1) Cl2 4. 2) ClO2 3) CO2 4) HCl ? Какие вещества следует добавить к сернокислому раствору K2Cr2O7, чтобы получить вещества, входящие в состав хромокалиевых квасцов: 1) C2H5OH 5. 2) SO2 3) CO2 4) NH3 ? Какое соединение образуется при пропускании H2S в щелочной раствор вольфрамата аммония: 1) W5O14 6. 2) WS3 3) WS2 4) (NH4)2WS4 ? Приведите формулу углеводорода, в молекуле которого все четыре атома углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации. 7. Вещество А бурно реагирует с водой с образованием двух сложных веществ, одно из которых (В) - газообразное. Это вещество способно присоединить хлор в объеме, вдвое превышающем свой объем. При этом образуется вещество С – растворитель по отношению ко многим органическим веществам. Приведите формулы веществ А, В, С. Напишите уравнения описанных реакций. 8. Составьте уравнения реакций в соответствии со схемой (вещества, закодированные буквами, не повторяются; Х – оксид): 1 2 A 4 5 X C 6 9. 3 B карбонат натрия диметиловый эфир уксусная кислота Вычислите молярную массу эквивалента дихромата калия в реакции окисления сульфата железа(II) в сернокислой среде. 10. Напишите схемы реакций, соответствующих следующей последовательности превращений С6Н6 С2Н5Сl Х1 Cl2 A Х2 KOH B Х3 KMnO4 C H2O D Обязательно укажите условия проведения всех процессов (Х1, Х2, Х3). 11. 100 г 8%-ного раствора гидроксида натрия подвергли в течение некоторого времени электролизу с разделенными катодным и анодным пространствами равных объемов. На нейтрализацию 10 г раствора из катодного пространства потребовалось 100 мл раствора соляной кислоты с концентрацией 0.3 моль/л. Сколько азотной кислоты такой же концентрации понадобится для нейтрализации 10 г раствора из анодного пространства? 12. При гидратации двух нециклических углеводородов, содержащих одинаковое число атомов углерода, образовались монофункциональные производные – спирт и кетон – в молярном соотношении 2:1. Масса продуктов сгорания исходной смеси после пропускания через трубку с избытком сульфата меди уменьшилась на 27.27%. Установите строение исходных углеводородов, если известно, что при пропускании их смеси через аммиачный раствор оксида серебра выпадает осадок, а один из них имеет разветвленный углеродный скелет. Напишите уравнения всех упомянутых реакций и укажите условия их проведения. ОТВЕТЫ НА ЗАДАНИЯ 1. Какие нитраты при нагревании разлагаются с выделением оксида азота(IV): 3) 2 Pb(NO3)2 2 PbO + 4 NO2 + O2 4) 2 Cu(NO3)2 2 CuO + 4 NO2 + O2 (2 балла) 2. Какие вещества следует добавить к водному раствору CrCl3, чтобы усилить гидролиз этой соли: 2) Na2CO3 3) Na2S (2 балла) 3. Какие вещества образуются при взаимодействии хлората калия с раствором щавелевой кислоты: KClO3 + H2C2O4 = K2CO3 + ClO2 + CO2 + Н2O 2) ClO2 3) CO2 (4 балла) 4. Какие вещества следует добавить к сернокислому раствору K2Cr2O7, чтобы получить вещества, входящие в состав хромокалиевых квасцов. 1) K2Cr2O7 + 3 C2H5OH + 4 H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3 CH3CHO + 7 Н2O 2) K2Cr2O7 + 3 SO2 + H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4) 3 + Н2O (6 баллов) 5. Какое соединение образуется при пропускании H2S в щелочной раствор вольфрамата аммония: 4) (NH4)2WO4 + 4 H2S = (NH4)2WS4 + 4 H2O (10 баллов) 6. Приведите формулу углеводорода, в молекуле которого все четыре атома углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации: 1,3 бутадиен (4 балла) 7. А = CaC2 В = C2H2 С = C2H2Cl4 CaC2 + 2 H2O = Ca(OH)2 + C2H2 C2H2 + 2 Cl2 = C2H2Cl4 (6 баллов) 8. X = H2O A = NaOH 1) Na + 2 H2O = NaOH + H2 В = NaHCO3 С = CH3OH 2) NaOH + CO2 = NaHCO3 3) 2 NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O 4) H2O + CH3COOCH3 = CH3COOH + CH3OH 5) 2 CH3OH = CH3OCH3 + H2O (t, H2SO4) 6) (CH3CO)2O + H2O = 2 CH3COOH (12 баллов) 9. K2Cr2O7 + FeSO4 + H2SO4 = Cr2(SO4)3 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Н2O Мэкв K2Cr2O7 = М K2Cr2O7 / 6 = 294/6 = 49 г/моль (10 баллов) С6Н6 10. С2Н5Сl Cl2 A Х1 Х2 KOH B KMnO4 C Х3 D X4 A = C6H5C2H5, B = C6H5CHClCH3, C = C6H5CH=CH2, D = C6H5CHOH-CH2OH Х1 = AlCl3, Х2 = hν, Х3 = C2H5OH. 1) C6H6 + C2H5Cl = C6H5C2H5 + HCl 2) C6H5C2H5 + Cl2 = C6H5CHClCH3 + HCl 3) C6H5CHClCH3 + KOH = C6H5CH=CH2 + KCl + H2O 4) 3 C6H5CH=CH2 + 2 KMnO4 + 4 H2O = 3 C6H5CHOH-CH2OH + 2 KOH + 2 MnO2. (8 баллов) 11. m(NaOH) до электролиза в каждом пространстве составляла 100·0.08/2 = 4 г. ν(NaOH) = 4/40 = 0.1 моль, ν(OH-)до эл-за = 0.1 моль, На катоде и в катодном пространстве: 4 Н2О + 4 е- = 2 Н2 + 4 ОНх моль 0.5х х моль m (H2) = 0.5x · 2 = x (г) m(р-ра) = (50-х) г - после электролиза; ν(OH-)после эл-за = (0.1 + х) моль (50-х) г раствора содержат (0.1 + х) моль ОН10 г раствора ----"----- 0.1·0.3 = 0.03 моль ОН(50-х) ·0.03 = 10·(0.1 + х); 1.5-0.03х = 1 + 10х; 10.03х = 0.5; х = 0.5/10.03 ~ 0.05 моль. На аноде и в анодном пространстве: 4 ОН- - 4 е- = О2 + 2 Н2О 0.05 моль 0.0125 моль m (О2) = 0.0125 · 32 = 0.4 (г) m(р-ра) = (50-0.4) = 49.6 г - после электролиза 49.6 г раствора содержат (0.1 – 0.05) моль ОН10 г раствора ----"----49.6 ·у = 10·0.05; у = 0.5/49.6; у моль ОНх ~ 0.01 моль (ОН-). 0.3 моль HNO3 содержатся в 1 л р-ра ν(OH-) = ν(HNO3) 0.01 моль ------"---------- в z л р-ра z = 0.01/0.3 = 0.033 л = 33 мл р-ра HNO3. (16 баллов) 12. Пусть число атомов углерода в нециклических углеводородах равно "n". Как следует из продуктов гидратации, в состав исходной смеси входили алкен (CnH2n) и алкин (CnH2n-2), причем алкена было в 2 раза больше, т.е. ν(CnH2n) = 2 ν(CnH2n-2). Уравнения гидратации: CnH2n + Н2О = CnH2n-1ОН CnH2n-2 + Н2О = CnH2nО Возьмем 2 моля алкена и 1 моль алкина и запишем уравнения сгорания этой смеси: CnH2n + 3n/2 О 2 = n CО2 + n Н2О 2 моль 2n 2n CnH2n-2 + (3n-1)/2 О 2 = n CО2 + (n-1) Н2О 1 моль n n-1 ν(CO2)всего = 2n + n = 3n моль ν(Н2О)всего = 2n + (n-1) = 3n-1 моль Общая масса продуктов сгорания m(прод) = m(CО2) + m(Н2О) = 3n·44 + (3n-1)18 = 186n – 18 (г) Пары воды поглощаются сульфатом меди: CuSO4 + 5 H2O = CuSO4·5H2O. По условию, масса воды составляет 27.27% от массы исходной смеси: (3n-1)18 = 0.2727(186n – 18), откуда n = 4. При таком условии из возможных алкинов только бутин-1 дает осадок с аммиачным раствором оксида серебра: CH3-CH2-C≡CH + [Ag(NH3)2]OH → CH3-CH2-C≡CAg + 2 NH3 + H2O Этот углеводород имеет неразветвленный углеродный скелет, тогда единственный алкен С4Н8 с разветвленным скелетом – это 2-метилпропен. Уравнения реакций гидратации и условия их проведения: H3C C CH2 CH3 CH3 CH2 CH2 C (20 баллов) + H2O CH t, H3PO4 + H2O Hg2+, H+ OH H3C C CH3 CH3 CH3 CH2 CH2 C O CH3