Задания 1 тура

ВсОШ по химии, III региональный этап
2013-2014 уч.год
Задания экспериментального тура
Девятый класс
Задача 9-1.
«Илецкая натуральная соль всех прочих солей тверже и, будучи истолчена, получает
очень белый цвет и с воздуха в себя влажность не притягивает. На распущение четырех
унций сия соли пошло воды пятнадцать унций, из чего видно, что в ней по пропорции против
других солей воды меньше, а больше той материи, которая в составлении соли есть главная,
то есть алкалическая и кислая. После переварки сели из ней белые и весьма сухие зерна, что
показывает снова изобилие соляной материи и пропорциональное оные смешения. С
крепкою водкою сия соль шипит, из чего явствует, что она имеет сильную алкалическую
материю, которая есть основание и твердость соли. Для таких свойств подобно сию соль в
твердости, силе и спориозно предпочесть прочим солям.»
М. В. Ломоносов «Репорт в кабинет об исследовании русских солей и слюды.»
Полное собрание сочинений т. 5, с. 256.
1. Определите состав «илецкой натуральной соли», если при добавлении к 100 г ее
насыщенного раствора избытка раствора хлорида кальция образуется 17 г осадка.
2. Определите состав соли, которая образуется при «переварке илецкой натуральной
соли», если для растворения 4 фунтов «переваренной» требуется немного больше
4 фунтов воды.
3. В каких производствах «илецкую соль спориозно (с успехом) предпочесть прочим
солям»?
4. Напишите уравнения реакций, происходящих при взаимодействии «илецкой соли с
крепкими водками».
Задача 9-2.
Основным компонентом минерала является оксид A металла Y, содержащий 88,15 %
металла. В качестве примесей в этом минерале также присутствуют вещества B и C,
имеющие тот же качественный состав, что и A, и содержащие 84,80 % и 83,22 % металла
соответственно. Известно, что этот металл может разлагаться с выделением газа X, причем в
разных количествах.
Вопросы:
1. Установите формулы соединений A, B, C.
1
© ЦПМК ВсОШпохимии
ВсОШ по химии, III региональный этап
2013-2014 уч.год
Задания экспериментального тура
2. Установите формулу вещества Х. Напишите уравнение реакции, приводящие к
образованию X. К какому типу реакций они относится?
3. В промышленности используют установки, в которых вещество A находится в
атмосфере газа X. Как называются эти установки?
4. Напишите уравнения реакций металла, содержащегося в А, В и С с избытком
фтора и избытком брома, исходя из степеней окисления, которые проявляет металл в
соединениях А и С. Ответ обоснуйте. При ответе примите во внимание силу
окислителей и размеры их атомов.
5. Предложите реакцию превращения металла Y с
получается
256
102
22
10
Ne ,в результате которой
No .
Задача 9-3.
Газ Х находит широкое применение в медицине, в том числе в качестве компонента
смеси для анестезии. Газ Y применяется в медицине как наркоз. Оба газа образуют
взрывчатые смеси с водородом (реакции 1а и 1б). Тлеющая лучинка вспыхивает при
внесении в них. Отличить X от Y можно смешением равных объёмов анализируемых газов с
оксидом азота (II). Смесь газа X с оксидом азота (II) окрашивается в оранжево-красный
(бурый) цвет (реакция 2). Для медицинской практики важна чистота препарата. Для
установления отсутствия примеси A газ X пропускают через водный раствор нитрата
диамминсеребра. В случае наличия примеси A раствор чернеет (реакция 3). Про вещество A
известно, что оно не имеет запаха и легче X. Для проверки наличия примеси B газ X
пропускают через насыщенный раствор гидроксида бария (реакция 4). Смесь газов B и Х не
имеет запаха. Для количественного определения содержания X газ медленно пропускают
через раствор, содержащий хлорид аммония и аммиак, туда же помещают взвешенный
кусочек медной проволоки. В результате образуется ярко-синий раствор (реакция 5).
Вопросы.
1. Определите X и Y; ответ обоснуйте. Назовите эти вещества. Изобразите формулы,
передающие их строение.
2. Какие примеси A и B должны отсутствовать в медицинском препарате? Назовите эти
вещества. Охарактеризуйте окислительно-восстановительные свойства A. Напишите
уравнения упомянутых в тексте реакций 1–5.
3. Напишите уравнения реакций X с белым фосфором и PtF6 (реакции 6, 7). Напишите
уравнение реакции Y с белым фосфором и перманганатом калия в кислой среде (реакции
8, 9).
2
© ЦПМК ВсОШпохимии
ВсОШ по химии, III региональный этап
2013-2014 уч.год
Задания экспериментального тура
4. Напишите по одному способу получения препаратов X и Y. Какие примеси могут
содержать препараты, полученные предложенным Вами способом?
Задача 9-4.
Бесцветная жидкость (Tпл = –112 C, Tкип = 46 C) сгорает голубым пламенем в избытке
кислорода, образуя смесь газов, плотность которой почти вдвое больше плотности воздуха.
Полученная смесь полностью поглощается водным раствором щёлочи. При поглощении
продуктов сгорания водным раствором пероксида водорода объём смеси уменьшается в три
раза, причём оставшийся газ имеет плотность приблизительно в полтора раза больше
плотности воздуха.
Вопросы.
1. Определите состав жидкости, предложите химическое название соединения.
2. Напишите уравнения реакций получения, горения жидкости, реакции поглощения
продуктов горения раствором щелочи и пероксидом водорода.
3. Для аналогов элементов, входящих в состав жидкости, напишите формулы химических
соединений, образованных элементами, находящимися ниже в соответствующих группах.
Предскажите их свойства (в первую очередь агрегатное состояние). Приведите 2 примера.
Задача 9-5.
Оптимальное топливо
В вашем распоряжении имеются три вида топлива: газообразный водород под
давлением 10 атм и при температуре 25 С (стоимость 25 у. е. за кубометр), газообразный
метан при тех же условиях (стоимость 5 у. е. за кубометр) и уголь (стоимость 3 у. е. за
килограмм), представляющий собой чистый графит.
Вопросы.
1. Запишите уравнения сгорания каждого из веществ и рассчитайте тепловой эффект.
2. Определите, какой из видов топлива даёт наибольшую энергию при сгорании:
а) на единицу объёма;
б) на единицу массы;
в) на одну у. е. стоимости.
Справочные данные.
а) Теплоты образования Q (кДж/моль):
CH4
74,8
CO2
393,5
H2O(ж)
285,8
3
© ЦПМК ВсОШпохимии
ВсОШ по химии, III региональный этап
2013-2014 уч.год
Задания экспериментального тура
б) Плотность графита: 2,27 г/см3.
Десятый класс
Задача 10-1.
Элемент Х образует большое количество кислородсодержащих кислот. Примерами этих
кислот являются неорганические кислоты 1–4, причём все они имеют разную основность. В
состав молекул кислот 1–3 входит по три атома водорода, а число атомов кислорода в ряду
кислот 1–3 увеличивается на единицу.
Ниже приведены данные о содержании водорода и элемента Х в кислотах 3 и 4.
Кислота
Содержание элементов (% по массе)
H
X
3
3,09
31,6
4
2,27
34,8
Вопросы:
1. Назовите элемент Х. Напишите уравнение реакции промышленного получения
простого вещества, образованного элементом Х.
2. О каких кислотах 1–4 идёт речь в условии задачи? Заполните таблицу:
Формула кислоты
Кислота
молекулярная
Степень
Название
графическая
Основность
окисления Х
в кислоте
(структурная)
1
2
3
4
3. Напишите уравнения химических реакций каждой из кислот 1–4 с раствором
гидроксида натрия с образованием средних солей.
4. Кислоты 1 и 2 в окислительно-восстановительных реакциях выступают в роли
восстановителей. Приведите уравнения химических реакций этих кислот с раствором
перманганата калия, подкисленным серной кислотой.
5. Напишите уравнения реакций (с указанием условий их проведения), с помощью
которых из простого вещества, образованного элементом Х, можно получить кислоты 3 и 4.
Задача 10-2.
4
© ЦПМК ВсОШпохимии
ВсОШ по химии, III региональный этап
2013-2014 уч.год
Задания экспериментального тура
Лаборант нашел в практикуме 4 склянки с белыми кристаллическими порошками. На
склянках было написано «сода». Лаборант обнаружил, что все найденные вещества
растворимы в воде. При действии раствора соляной кислоты на пробы твердых веществ в
трех из четырех случаев выделяется газ. Лаборант решил измерить объем выделяющихся
газов. Для этого он взвесил по 3,0 г каждой соды, растворил каждую навеску в 5,0 мл воды и
к каждому раствору медленно прилил по 15,0 мл соляной кислоты (  1,05 г/мл).
Выделившийся газ был собран при 22С и 740 мм рт. ст. Результаты опытов представлены в
таблице:
№ опыта V(газа), мл
1
900
2
250
3
370
1. Перечислите названия «сод», которые нашел лаборант.
2. Напишите химические формулы каждой соды и напишите их современные названия.
3. На основании расчетов (считая, что все реакции прошли количественно, и,
пренебрегая растворимостью газа в воде) укажите, какая «сода» была в 1, 2 и 3 опытах
соответственно.
4. Оцените массовую долю хлороводорода в использованном для опытов растворе.
Задача 10-3.
Элементы X, Y, Z и L образуют соединения состава: XYZ2L24O20 (соединение 1),
XYL4O4 (соединение 2), X2Y2O7(соединение 3) и XZLO4(соединение 4), массовые доли
кислорода в которых соответственно равны (%): 64.13; 40.25; 38.095 и 47.06.
1. Определите формулы этих соединений.
К какому классу и подклассу они относятся?
Назовите эти соединения. Ответы представьте в виде таблицы:
№
Соединение
1
XYZ2L24O20
2
XYL4O4
3
X2Y2O7
4
XZLO4
Бруттоформула
Формула
Класс
Подкласс
Название
5
© ЦПМК ВсОШпохимии
ВсОШ по химии, III региональный этап
2013-2014 уч.год
Задания экспериментального тура
2. Напишите реакцию взаимодействия растворов
a) соли 3 с гидроксидом бария.
b) солей 2 и 4
c) солей 2 и 3.
3. Напишите уравнения реакций получения веществ 1–4
Задача 10-4.
Молекулы
промышленно
важного
углеводородаА
(DH2 = 13)
в
присутствии
катализаторов образуют различные олигомеры:
Cu2Cl2
B + C
A
NH4Cl
D
акт. C
450 C
50 C
Ni(CN)2
E
1. Напишите структурные формулы А–E, учитывая, что MA : MB : MC : MD : ME =
1 : 2 : 3 : 3 : 4.
Из углеводородовА и В были получены изомерные углеводороды I–VI согласно
приведенной ниже схеме превращений:
B
III
изб.H2
F
Ni
K
Pd/BaSO4
хинолин
Pd/BaSO4
хинолин
Pd/C
t
1) NaH
H2
H2
t
G
I
Cl2
H
t
HBr, ROOR
hn
wC 53.0%
2) C2H5Br
A
CH2O
KOH, t
M
изб.H2
KOH
EtOH
t
V
AlCl3
L
Na
NH3
Ni
N
J
Zn
II
wC 28.0%
HBr
O
Li/Hg
диоксан
IV
wC 53.3%
VI
2. Напишите структурные формулы I–V, F–О. Учтите, что превращения F в G и Kв L
– изомеризации. Помните, что разные буквы не могут обозначать одно и то же вещество.
Задача 10-5.
Золотой минерал
Самый распространённый сульфидный минерал X из-за великолепного золотого
блеска нередко путают с золотом (поэтому минерал ещё называют кошачьим золотом или
золотом дурака). Минерал состоит из двух элементов, массовая доля серы составляет 53,3 %.
При обжиге X масса твёрдого вещества уменьшается на треть, а масса газообразного
продукта на 60 % больше массы твёрдого остатка.
6
© ЦПМК ВсОШпохимии
ВсОШ по химии, III региональный этап
2013-2014 уч.год
Задания экспериментального тура
1. Определите химическую формулу минерала. Как он называется? Какие другие названия
минерала или его разновидностей вы знаете?
2. Какой объём воздуха (н. у.), содержащего 20 % кислорода по объёму, требуется для обжига
одного моля X? Рассчитайте объём (н. у.) и состав образующейся газовой смеси (в объёмных
процентах).
3. При обжиге одного моль X выделяется 828 кДж теплоты. Рассчитайте теплоту образования
X, если теплоты образования газообразного и твёрдого продуктов его обжига равны 297 и
824 кДж/моль соответственно.
Одиннадцатый класс
Задача 11-1.
Вещества А–В – бинарные соединения одинакового качественного состава. Массовое
содержание входящих в их состав элементов Х и Y, а также некоторые свойства соединений
сведены в таблицу.
Соединение
А
Б
В
Масс., содержание,%
X
Y
42,9
57,1
27,3
72,7
52,9
47,1
Реакции при комнатной температуре
O2
H2O
NaOH
NH3
горит
–
–
–
–
+
+

горит
+
+
+
Все три соединения при комнатной температуре являются газами. А и Б не имеют
собственного запаха, В, напротив, пахнет отвратительно. А и В при поджигании сгорают на
воздухе (реакции 1 и 2), газ Б не горюч. В воде А растворяется совсем плохо, Б чуть лучше
(реакция 3), В – хорошо (реакция 4), при этом Б с водой взаимодействует частично, а В
полностью. Газ А реагирует лишь с водяным паром при t > 230oC в присутствии Fe2O3
(реакция 5). С водными растворами щелочей и сухим газообразным аммиаком Б и В
взаимодействуют легко (реакции 6, 7, 8 и 9), а А только в специальных условиях: со щелочью
при t ~ 120oC и давлении > 5 атм. (реакция 10), с аммиаком при t ~ 500–800oC на смешанном
катализаторе Al2O3/ThO2 (реакция 11). Последняя реакция используется в промышленности
для получения широко известного ядовитого вещества. Интересно, что вещество,
получающееся в реакции Б с аммиаком при t ~ 200–500oC и повышенном давлении (реакция
12), настолько безобидно, что его даже добавляют в жевательную резинку, как, впрочем, и
продукт реакции Б со щелочью.
1. Рассчитайте молекулярные массы А и Б, если известно, что смесь равных объемов
А и Б имеет плотность по водороду 18, а смесь одного объема А и трех объемов Б – 20.
7
© ЦПМК ВсОШпохимии
ВсОШ по химии, III региональный этап
2013-2014 уч.год
Задания экспериментального тура
2. Установите элементы X и Y и состав соединений А–В.
3. Напишите уравнения всех описанных в задаче реакций.
4. Изобразите структурную формулу соединения В и назовите его.
Задача 11-2.
При добавлении аммиака к голубому растворуА его окраска становится ярко-синефиолетовой (B) (реакция 1). При добавлении к A раствора желтой кровяной соли выпадает
красно-бурый осадок (C) (реакция 2).
При нагревании порошка бинарного вещества D в токе аммиака цвет вещества
становится розово-красным (вещество E) (реакция 3). При растворении вещества D в
концентрированной соляной кислоте образуется раствор вещества Fжелто-оранжевого цвета
(реакция 4). При небольшом разбавлении этого раствора водой окраска его становится
зеленой (реакция 5), а при большем разбавлении голубой вследствие образования A(реакция
6).
Все перечисленные вещества содержат элемент Х, массовая доля Хв цезиевой соли
кислоты F составляет 13,49%.
Вопросы:
1) Определите элемент X, ответ обоснуйте.
2) Определите вещества А–F, обоснуйте свой выбор, состав F подтвердите расчетом.
3) Напишите уравнения реакций всех описанных превращений.
4) Объясните изменение окраски при разбавлении раствора F.
5) Укажите цвет исходного соединения D.
Задача 11-3.
Приведенные ниже схемы превращений представляют собой важнейшие промышленные
процессы с использованием органического соединения А, а также некоторых продуктов,
образующихся из А.
νèëè t

 Â  Ã1  Ã2  Ã3  Ã4
1. À  Áh
o
t
2. А  Д 
ЕЖ
o
t
ИК
3. А  З 
o
t
4. А  В  Д 
Ж  Г1  Г 2  Г3  Г 4
o
8
© ЦПМК ВсОШпохимии
ВсОШ по химии, III региональный этап
2013-2014 уч.год
Задания экспериментального тура
900 С , Ni
5. А  Ж 
 Л  М
o
1500 С
6. А 

 Н  М
o
Ñ, Rh, 10ìñ
7. À  Ï  Ä 1100


 Æ  Ð
o
С
8. Т  М 400

П
o
200î Ñ , HgCl
( êàò .)
 У
9. B+H   2

2
Hg
10. Ж  Н Н, 
 Ф
Напишите уравнения реакций, соответствующие этим схемам. Примите во внимание,
что соединения Б, Д, М, Т – газообразные простые вещества, а З – простое вещество,
существующее при комнатной температуре в твердом состоянии, причем атомные массы Д и
З отличаются в 2 раза; A, В, Г4, Е, Ж, И-Л, Н, П – бинарные соединения. Кроме того,
известно, что в зависимости от соотношения реагентов при взаимодействии А с Д может
образовываться (наряду с Ж) также бинарное вещество Л, что обычно является крайне
нежелательным процессом. Два разных продукта (отличающихся от А) могут образоваться и
при взаимодействии М с Н. Наконец, присоединение Р к Ф дает аддукт, который после
отщепления Ж превращается в продукт, являющийся, как и соединение У, важным
мономером в синтезе высокомолекулярных соединений.
Задача 11-4.
Сегодня нашу жизнь невозможно представить без пластмассовых изделий и
синтетических волокон: корпус ручки, которой Вы сейчас пишете, яркая кофточка на
симпатичной девушке, что Вы встретили вчера, жевательная резинка, которую усердно жует
сосед
слева,
клавиатура
ноутбука
автора
этой
задачи
–
все
это
сделано
из
высокомолекулярных продуктов крупнотоннажной химической промышленности. Ниже
приведена некоторая информация о пяти распространенных синтетических полимерах I-V.
Полимер
Название
или
Промышленная схема получения
аббревиатура
9
© ЦПМК ВсОШпохимии
ВсОШ по химии, III региональный этап
2013-2014 уч.год
Задания экспериментального тура
I
II
ПВХ
CH4
1600oC
C2H2
H2C
ПС
AlCl3, 450 C
CH3
Á
600oC
Â
Fe2O3 / CrO3
C8H8
î ðãàí è÷åñêèé
ï åðî êñèä
O2
Ã
Co , 200oC, 2 Ì Ï à
C8H6O4
2+
ï î ëèì åð I
250oC
ПЭТ, лавсан
H2C
IV, V
CH2
o
H3C
III
HCl
À
î ðãàí è÷åñêèé
Càêòèâ. / HgCl2
ï åðî êñèä
?, ?
H2C
CH2
CH2
O2
Ag, 250oC, 2 Ì Ï à
H2O
+
o
H , 300 C, 7 Ì Ï à
Ä
Æ
H2O
150oC, 2 Ì Ï à
450oC
ZnO / MgO
ï î ëèì åð II
ï î ëèì åð III
Å
Na
ï î ëèì åð IV
S
250oC
Ç
ï î ëèì åð V
1. Приведите структурные формулы промежуточных продуктов А – З, а также структурные
формулы элементарных звеньев полимеров I-IV (без учета стереоизомеров).
2. Расшифруйте аббревиатуры названий полимеров I-III. От каких слов образовано название
"лавсан"? Укажите названия полимеров IV и V. Как называется процесс превращения IV в V
под действием серы? Какой из полимеров I-IV образовался в результате реакции
поликонденсации?
Задача 11-5.
На российских космических кораблях и станциях, начиная с первого полета Гагарина,
используется атмосфера, максимально близкая к земной (содержание кислорода 20 об. %,
давление 1 атм). При выходах в открытый космос возникает необходимость восполнения
воздушной среды в больших объёмах. Использование для этих целей сжатой газовой смеси в
традиционных шар-баллонах ограничено корпусной массой. Рассмотрим возможность
химического получения необходимой газовой смеси с использованием термического
разложения аммонийных солей. При нагревании нитрита аммония выделяется азот, а при
термическом разложении нитрата аммония образуется оксид азота (I), который при более
высокой температуре каталитически разлагается на простые вещества. Свойства исходных и
конечных веществ приведены в таблице.
10
© ЦПМК ВсОШпохимии
ВсОШ по химии, III региональный этап
2013-2014 уч.год
Задания экспериментального тура
Вещество
fH298, кДж/моль
Tпл., С
Ткип., С
Плотность, г/см3(тв., ж.)
г/л (газ)
NH4NO2 NH4NO3 N2O
N2
O2
H2O (ж)
–256,1
–365,4
82,0
0
0
–285,8
разл.
169,6
–91
–210 –218,8
–
> 35С
разл.
–
–88,5 –195,8 –183,0
100
> 210
1,69
1,72
1,978
1,251
1,429
1,00
Здесь fH298 – стандартная энтальпия образования соединения при температуре 298 К.
1. Напишите уравнения термического разложения нитрата и нитрита аммония, оксида
азота (I).
2. В каком соотношении нужно использовать нитрат и нитрит аммония для получения
воздушной смеси?
3. Рассчитайте стандартные энтальпии реакций разложения при температуре 25 С.
Определите, являются ли эти процессы экзо- или эндотермическими.
4. Какое давление оказывали бы газообразные продукты разложения нитрата и нитрита
аммония, если бы газы находились в объёме, равном объёму соответствующих
твёрдых солей при температуре 25 С?
5. Какая масса нитрата и нитрита аммония потребуется для заполнения воздухом
переходного тамбура объёмом 1 м3 при 25 С?
6. Рассчитайте, сколько теплоты выделится в процессе получения воздушной смеси,
необходимой для заполнения переходного тамбура.
7. Укажите причины, которые, на Ваш взгляд, могут ограничивать использование такого
метода получения воздушной смеси на космических аппаратах.
11
© ЦПМК ВсОШпохимии