Решения заданий II этапа олимпиады по химии (10 класс)

ХИМИЯ – 2014/2015
ОЛИМПИАДА
10 класс
Тур 2
Задание 1.
На полную нейтрализацию 50,0 г. 9,84% раствора некоторой кислоты (М = 82 г/моль)
пошло 4,8 г. основания MeOH. Определите, каким основанием была оттитрована кислота,
напишите её структурную формулу, если известно, что она содержит 37,8 % фосфора и
58,5 % кислорода.
Решение
Зная молекулярную массу кислоты и ее состав, легко находим формулу. Число атомов фосфора
равно 0,378 · 82/31 = 1(1 балл), кислорода 0,585· 82/16 = 3 (1 балл), водорода − 3(1 балл).
Формула кислоты − Н3РО3 (1 балл). Теперь отойдем от стереотипа и рассмотрим все три
возможных варианта нейтрализации:
Н3РО3 + МОН → МН2РО3,
Н3РО3 + 2МОН → M2HPО3,
Н3РО3 + ЗМОН → М3РО3.
(1 балл),
Найдем количество кислоты: 9,84 ·50/(100 · 82) 0,06 моль (1 балл). Соответственно количество
основания в зависимости от основности кислоты будет равно 0,06; 0,12 и 0,18. Тогда
молекулярная масса МОН может быть равна 80, 40 или 27 соответственно (1 балл), а атомная
масса М: 80 - 17 = 63, 23 или 10 (1 балл). Очевидно, что металл - натрий (1 балл).
В условии задачи сказано, что нейтрализация полная, а это значит, что один атом водорода входит
в состав кислотного остатка и формула кислоты следующая:
(1 балл)
10 баллов
Задание 2.
Два стакана одинаковой массы, в одном из которых находится 100 г. 18,25 %-ной соляной
кислоты, а в другом - 100 г. 16 %-ного раствора сульфата меди, поместили на две чашки
весов. К соляной кислоте добавили 2,32 г. карбоната железа. Вычислите массу марганца,
которую нужно добавить в другой стакан, чтобы весы уравновесились.
Решение
В первом стакане происходит реакция:
FeCО3 + 2HCl = FeCl2 - СO2 ↑ + H2O (2 балла).
ν (FeCO3) = 2.32/116 = 0.02 моль (1 балл), ν (НС1) = 18.25/36.5 = 0.5 моль (1 балл),.
Карбонат железа находится в недостатке (1 балл). В результате реакции из стакана
улетучится 0.02 моль СО2 (1 балл). Масса стакана после реакции составит: m = l00 +
m(FeCO3) − m (CO2) = 102.32 − 0,02 · 44 = 101.44 г. (1 балл)
Во втором стакане происходит реакция:
Мn + CuSO4 − MnSO4 + Сu (2 балл).
Выделяющаяся медь остается в стакане, поэтому увеличение массы стакана происходит
только за счет добавления марганца. Следовательно, чтобы уравновесить весы,
необходимо добавить 1.44 г марганца (1 балл).
Ответ. 1.44 г Мn.
10 баллов
Задание 3.
Соединение А образует нерастворимый в воде осадок при действии водно-аммиачного
раствора хлорида меди (I), а при действии оксида хрома (VI) в пиридине даёт соединение В,
содержащее 23,5 мас.% кислорода. При действии избытка бромной воды А превращается в
С, содержащее 82,1 мас.% брома.
1. Установите молекулярную формулу соединения А.
2. Предложите возможные структурные формулы соединения А.
Решение
1. Соединение А присоединяет бром, окисляется CrO3 в пиридине и реагирует с
Cu(NH3)2Cl. Можно предположить, что А представляет собой ацетиленовый спирт с
концевой тройной связью:
R–C≡CH+Cu(NH3)2Cl→R–C≡C-Cu↓+NH4Cl+NH3
R–C≡CH+2Br2→R–CBr2–CHBr2. (3 балла)
Молярная масса соединения А может быть вычислена из массовой доли брома в
тетрабромиде:
М
–
320
17,9
–
82,1,
откуда М(А)=320∙17,9/82,1=69,8≈70, и при формуле R–C≡CH на долю R приходится
70-25=45 единиц атомной массы. Молярная масса кислородсодержащего радикала
R = CxHyOz равна М (R) = 12x+y+16z=45. Из двух возможных решений этого
неопределённого уравнения: х=1, y=1, z=2 и x=2, y=5, z=1, первое даёт формулу сложного
эфира НСООС≡СН, второе – отвечает формулам изомерных ацетиленовых спиртов
[HOC2H4]C≡CH или С4Н6О. (2 балла)
2. Если А содержит группу –ОН (специфические условия окисления спиртов хромовым
ангидридом в пиридине), то эта группировка может быть связана только с радикалом
состава С2Н4 по любому из атомов углерода. Тогда соединение А может иметь структуру
одно из двух изомерных ацетиленовых спиртов:
НОСН2СН2С≡СН или СН3СН(ОН)С≡СН. (3 балла)
8 баллов
Задание 4.
Изомерные гидроксибензойные альдегиды отличаются по результатам их реакции с
уксусным ангидридом: два из них образуют изомерные соединения А и В состава С 9Н8О3, а
третий в тех же условиях даёт соединение Х с формулой С14Н10О3, устойчивое к действию
растворов щелочей. Молекула Х содержит только два типа атомов водорода – при
ароматических и насыщенных атомах углерода.
1. Предложите возможные структурные формулы продуктов реакций.
2. Напишите уравнения реакций, которые могут происходить при действии растворов
щелочей на изомерные соединения А и В.
3. Обсудите схему возможного механизма образования соединения Х.
4. Превращения
гидроксибензальдегидов
С7Н6О2
в
указанных
реакциях
соответствуют молекулярным уравнениям:
Решение
1. С7Н6О2+(СН3СО)2О=С9Н8О3+СН3СООН (1)
2С7Н6О2+(СН3СО)2О=С14Н10О3+2СН3СООН (2) (4 балла)
Первая реакция соответствует этерификации фенольного гидроксила
HO
CHO
CH3COO
CHO
(СН3СО)2О+
→
+ СН3СООН
(аналогично для м-изомера).
2. Полученные сложные эфиры обычным образом гидролизуются в щелочном растворе:
СН3СОО–С6Н4–СНО+2КОН→СН3СООК+КО–С6Н4–СНО+Н2О
(12 баллов)
Сумма баллов: 40