Решения и оценивание заданий для учащихся 11 класса Задание 1.

МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ
ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ 2013
Саратовская область
Решения и оценивание заданий для учащихся 11 класса
Задание 1. Исследуемая смесь включала порошкообразную металлическую
медь, оксид меди (I) и оксид меди (II). Образец этой смеси нагрели в
разбавленной серной кислоте. Было обнаружено, что оставшийся осадок
весит в четыре раза меньше, чем первоначальный образец. Вторую порцию
образца нагрели вместе с концентрированной соляной кислотой и
установили, что в реакцию с кислотой вступило 85% навески этого образца.
Каким образом можно выделить из исследуемой смеси всю
содержащуюся в ней медь? Какое количество (в граммах) этой смеси
потребуется для получения 42,5 г меди?
(15 баллов)
Решение. В состав смеси входят х молей меди (А=64), у молей оксида меди
(II) (M=80) и z молей оксида меди (I) (M=144). Общая масса смеси
m= 64x + 80y + 144z
(1)
1 балл
При действии разбавленной серной кислоты происходят реакции
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Cu2O + H2SO4 = Cu + CuSO4 + H2O
2 балла
Количественно ход процесса описывается уравнением
x Cu + y CuO + z Cu2O + (y+z)H2SO4 = (x+z)Cu + (y+z)CuSO4 + (y+z)H2O (2)
2 балла
При действии соляной кислоты
CuO + 2 HСl = CuCl2+ H2O
Cu2O + 4 HCl = 2[HCuCl2] + H2O
2 балла
Количественно ход этого процесса описывается уравнением
x Cu + y CuO + z Cu2O + 2(y+2z)HCl = xCu+yCuCl2+2z[HCuCl2]+(y+z)H2O (3)
1 балл
Согласно уравнению (3) в осадок выпадает только металлическая медь,
входившая в состав смеси, причем
64x = (1-0,85)m, x = 0,15·m/64
1 балл
Если массы взятых навесок были одинаковы, то по уравнению (2)
64(x+z) = 0,25 m
1 балл
0,15·m/64 + z = 0,25· m/64
z = (0,25-0,15)·m/64 = 0,1·m/64
1 балл
При подстановке найденных значений x и z в уравнение (1) получаем
64·0,15· m/64 + 80y + 144·0,1·m/64 =m
80y=m - 0,15m - 0,225m = 0,625m,
y = 0,628 m /80
1 балл
Процентное содержание меди в смеси равно
64(x+y+2z)·100/m = 64/m(0,15m/64+0,625m/80+2·0,1m/64)·100 =
= (0,35+0,50)·100 = 85%
1 балл
При нагревании смеси в токе водорода можно получить медь.
1 балл
42,5 г меди можно получить из m1=42,5/0,85 = 50 г смеси.
1 балл
Ответ: m(смеси) = 50 г.
Задание 2. При сгорании 5,3416 г органического вещества с формулой
Э(С6Н5)3 получено 2,8276 г оксида Э2О3 элемента, входящего в состав
исходного вещества. Вычислите относительную атомную массу элемента Э.
Назовите этот элемент и напишите уравнение реакции горения Э(С6Н5)3.
(5 баллов)
Решение.
Моль оксида Э2О3 можно получить из двух молей Э(С6Н5)3.
1 балл
Молярная масса трех групп С6Н5 равна 3·77,1=231,3
1 балл
Из 5,3416 г Э(С6Н5)3 получается 2,8276 г Э2О3 ,
из 2(АЭ + 231,3) г Э(С6Н5)3 - (2АЭ + 48) г Э2О3
1 балл
(2АЭ + 48)·5,3416 = 2(АЭ + 231,3)·2,8276, откуда АЭ = 209,1
1 балл
Атомную массу, равную 209,1, имеет висмут Bi
4(C6H5)3Bi + 90 O2 = 72 CO2 + 30 H2O + 2 Bi2O3
1 балл
Ответ: Bi.
Задание 3. Подействовав на некоторое количество смеси карбоната натрия и
формиата натрия концентрированной серной кислотой, получили 300 мл
смеси газов (в пересчете на нормальные условия), масса которых 0,5422 г.
Вычислите массу смеси карбоната натрия и формиата натрия, которую
израсходовали для анализа, и каков был ее массовый состав (в процентах)?
(10 баллов)
Решение.
Способ 1. При действии концентрированной серной кислоты на смесь солей
выделены CO2 и СO.
2 HCOONa + H2SO4 = 2 CO + 2 H2O + Na2SO4
1 балл
Na2CO3 + H2SO4 = CO2 + H2O + Na2SO4
1 балл
В результате реакций получено x г СО (М=28) и y г СО2 (М=44) 1 балл
Решаем систему уравнений
x + y = 0,5422
x/dCO + y/dCO2 = 0,3
3 балла
(0,5422 – y)·dCO2 + y·dCO = 0,3 ·dCO2 ·dCO
(0,5422 – y)·44/22,4 + y·28/22,4 = 0,3 · 28/22,4 ·44/22,4
0,5422·44 – 44y + 28y = 0,3·28·44/22,4
23,8568 – 16y = 16,5 16y = 7,3568
y = 0,46 г СО2 , x = 0,0822 г СО.
1 балл
Зная количественный состав газовой смеси, можно вычислить массу взятых
веществ: 68 г HCOONa дают 28 г СО
x1 г HCOONa 0,0822 г СО
x1 = 0,1996 г HCOONa
106 г Na2CO3 дают 44 г СО2
y1 г Na2CO3
- 0,46 г СО2
y1 = 1,108 г Na2CO3
1 балл
Масса израсходованной для анализа смеси солей
0,1996 + 1,108 = 1,3076 г
1 балл
ωHCOONa = 0,1996 : 1,3076 ·100 = 15,3%
ω Na2CO3 = 1,108: 1,3076 ·100 = 84,7%
1 балл
Ответ: масса смеси 1,3076 г
Способ 2.
Удобнее решать задачу в молях, т.к. из одного моль каждой
соли получается 1 моль газа,
1 балл
2 HCOONa + H2SO4 = 2 CO + 2 H2O + Na2SO4
1 балл
Na2CO3 + H2SO4 = CO2 + H2O + Na2SO4
1 балл
а было получено
0,3 : 22,4 = 0,0134 моль смеси СО и СО2
1 балл
Тогда
28x + 44y = 0,5422 |
28x + 44y = 0,5422
x + y = 0,0134
| ·28
28x + 28y = 0,3752
16y = 0,1670 2 балла
y = 0,01044 моль СО2 и соответственно 0,01044 моль
или 0,01044 ·106 = 1,107 г Na2CO3
1 балл
x = 0,0296 моль СО и соответственно 0, 0296 моль
или 0,0296 ·68 = 0,2013 г HCOONa
1 балл
Следовательно, масса исходной смеси 1,107 + 0,2013 = 1,3083 г.
1 балл
ωHCOONa = 0,2013 : 1,3083·100 = 15,4%
ω Na2CO3 = 1,107: 1,3083 ·100 = 84,6%
1 балл
Задание 4. Неизвестную соль подвергли термической диссоциации, при этом
на один моль соли образовалось три мольных объема газообразных веществ.
Сумма молярных масс этих газов равна 79. Назовите соль и напишите
уравнения реакций: а) ее получения, б) термической диссоциации, в)
электролитической диссоциации, г) взаимодействия с соляной кислотой.
(12 баллов)
Решение. Термической диссоциации подвергаются соли неустойчивых
кислот и соли аммония.
1 балл
При разложении солей аммония образуются только газообразные продукты,
без твердого остатка, причем кислотная составляющая соли дает
дополнительное количество газообразных продуктов. Такими солями могли
быть
NH4Cl, (NH4)2CO3, NH4HCO3, (NH4)2S, NH4F, NH4Br и т.д.
2 балла
Из уравнений термической диссоциации этих солей
1) NH4Cl = NH3 + HCl
1 балл
2) (NH4)2CO3 = 2 NH3 + CO2 + H2O
1 балл
3) NH4HCO3 = NH3 + CO2 + H2O
1 балл
4) (NH4)2S = 2 NH3 + H2S
1 балл
следует, что только соли в уравнениях 3) и 4) при разложении дают 3 моль
газообразных продуктов на 1 моль взятой соли.
1 балл
Из сопоставления молекулярных масс этих газов с указанной в условии
задачи (17 + 44 + 18 = 79) вытекает, что неизвестной солью может быть
NH4HCO3.
1 балл
Способ получения и поведение этой соли в указанных превращениях
описывается уравнениями:
а) NH3 + CO2 + H2O = NH4HCO3
1 балл
б) NH4HCO3 = NH3 + CO2 + H2O
в) NH4HCO3
NH4+ + HCO3― ; HCO3―
H+ + CO32― 1 балл
г) NH4HCO3 + HCl = NH4Cl + H2O + CO2
1 балл
Задание 5.
Напишите уравнения реакций (с указанием условий проведения),
соответствующих следующей последовательности превращений:
C4H5Na →C4H6 →C4H8O → C3H6O2→C4H11O2N.
В уравнениях укажите структурные формулы реагентов и продуктов
реакций. Дайте названия исходного, промежуточных и конечного продуктов.
(8 баллов)
Решение:
C2H5–C≡CNa → C2H5–C≡CH → C2H5–CO–CH3 → C2H5–COOH →
C2H5COONH3CH3.
Уравнения реакций
1) C2H5–C≡CNa +H2O → C2H5–C≡CH + NaOH
Этилацетиленид натрия
2 балла
бутин-1
2) C2H5–C≡CH + H2O → C2H5–CO–CH3
1 балл
бутанон-2
(реакция гидратации в присутствии Hg2+, H+ ),
3) окисление кетона с разрывом углеродного скелета:
5C2H5–CO–CH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 = 5C2H5COOH + 5CO2 + 4K2SO4 +
8MnSO4 + 17H2O
пропановая кислота
2 балла
4) C2H5COOH + CH3NH2 = C2H5COONH3CH3
1 балл
пропионат метиламмония
За 5 правильно названных соединений
2 балла