Муниципальный этап всероссийской олимпиады школьников по химии, 2015

Муниципальный этап всероссийской олимпиады школьников по химии

8 класс

Задача 8 – 1 (7 баллов). В смеси находятся строительный песок, сахарный песок, парафин, железные опилки. Как разделить эту смесь веществ?

Задача 8 – 1 (7 баллов). Решение. 1. С помощью магнита выделим из смеси железо (1 балл). 2. Приливаем к смеси воду (1 балл). 3. Парафин нерастворим в воде. Его можно аккуратно собрать с ее поверхности (2 балла). 4. Сахар растворился в воде. Отделяем водный раствор сахара от песка при помощи фильтрования (2 балла). 5. Выпаривая воду, получаем сахар(1 балл.).

Задача 8 – 2 (4 балла). Какие химические элементы названы в честь России, Франции, Польши? Какой элемент впервые открыт на Солнце?

Задача 8 – 2 (4 балла). Решение. 1. Элемент рутений (Ru) назван в честь России (1 балл). 2.  Элемент полоний (Ро) назван в честь Польши (1 бал). 3. Элемент франций (Fr) назван в честь Франции (1 балл). 4.Элемент гелий (Не) впервые открыт на Солнце (1 балл).

Задача 8 – 3 (6 баллов). Ранним весенним утром, когда температура окружающего воздуха была еще 0°С, а давление 760 мм. рт. ст., три товарища, прогуливая своих собак, увидели бутылку на газоне. «Она пуста», – сказал один из них. «Нет, она полна до краев, и я знаю формулу вещества, которым она заполнена», – сказал другой. «Оба вы неправы», – сказал третий и для убедительности провел расчет количества вещества и числа частиц, содержащихся в бутылке. Объем бутылки 0,7 л. Повторите доводы и вычисления третьего из товарищей.

Задача 8 – 3 (6 баллов). Решение. 1. В бутылке находится воздух. Поэтому ее нельзя считать пустой (1 балл). 2. Поскольку воздух – это смесь веществ, то нельзя говорить об одном веществе, из которого состоит воздух(1 балл). 3. Температура воздуха 0°С, и давление 760 мм. рт. ст., соответствуют нормальным условиям. При этих условиях в соответствии с законом Авогадро объем 0,7 л может занимать газ количеством вещества, равным n = = 0,03125 моль (2 балла). 4. В этом количестве вещества (воздуха) содержится число частиц (различных молекул – в основном кислорода, азота и аргона), равное

N = n ∙ (N_A) = 0,03125∙ (6,02 ∙10²³) = 0,188 ∙10²³ частиц (2 балла).

Задача 8 – 4 (2 балла). В 1820 году в Лондоне разразился скандал. На одном из аристократических приемов известный ювелир сказал графине, хозяйке дома: «У вас, миледи, в перстне не алмаз, а подделка!» Как ювелир смог тут же доказать графине свою правоту?

Задача 8 – 4 (2 балла). Решение. По внешнему виду страз отличить от алмаза трудно, но его происхождение выдает недостаточная твердость: он не царапает стекло.

Задача 8 – 5 (6 баллов). Используя только 11 букв, которые входят в название элемента номер 91 в периодической системе Д.И.Менделеева, составьте как можно больше названий других химических элементов. Предложив 6 названий, вы получите максимальный балл.

Задача 8 – 5 (6 баллов). Решение. Актиний, №89. Титан, №22. Иттрий, №39. Торий, №90. Натрий, №11. Криптон, №36.

Задача 8 – 6 (4 балла). Рассчитайте, во сколько раз масса атома кислорода больше массы атома гелия.

Задача 8 – 6 (4 балла). Дано: элементы О (кислород) и Не (гелий). Определить (m – масса атома элемента).

Решение. 1. Ar (O) = и = (2балла)

2. Используя полученные формулы получаем = = = 4 (2 балла).

Задача 8 – 7 (2 балла). Магний с серой соединяется в массовом отношении 3:4. Определите массу магния, который прореагирует с 20 г серы.

Задача 8 – 7 (2 балла). Решение. m(Mg) = ; m(Mg) = = 15 г.

Задача 8 – 8 (6 баллов). Чему равна масса смеси, состоящей из 10 моль газообразного водорода и 5 моль кислорода?

Задача 8 – 8 Решение. 1. Определяем массу кислорода, входящего в состав смеси: m(О₂) = n(О₂) ∙ М(О₂); m(О₂) = 5 моль∙32г/моль = 160 г (2 балла). 2. Рассчитываем массу водорода, входящего в состав смеси: m(Н₂) = n(Н₂) ∙ М(Н₂); m(Н₂) = 10 моль∙2г/моль = 20 г (2 балла). 3. Вычисляем массу смеси кислорода и водорода: m(смеси) = m(Н₂) + m(О₂); m(смеси) = 20г + 160 г = 180 г (2 балла).

Задача 8 – 9 (6 баллов). Определите общее количества вещества (в молях), которое содержится в 800 г 15%-ного по массе водного раствора нитрата кальция.

Задача 8 – 9 (6 баллов). Решение. 1. В задании требуется определить число молей двух веществ: нитрата калия и воды, из которых состоит раствор (2 балла). 2.Условию задания соответствует выражение для доли (в. мас. %) растворенного вещества 15 = , откуда =120г. М(КNO₃) = 101г/моль. Массе соли m(KNO₃) = 120 г соответствует ее количество, равное n(КNO₃) = = = 1,19 моль (2 балла).

Масса воды в растворе массой 800 г. равна m(H₂O) ==800 – m(KNO₃) = 800 – 120 = 680 г. Этой массе воды соответствует ее количество, равное n(H₂O) = = =37,8 моль (2 балла).

Муниципальный этап всероссийской олимпиады школьников по химии

9 класс

Задача 9 - 1 (5 баллов). Две пробирки наполнены на одну треть каждая прозрачными растворами гидроксида натрия и хлорида алюминия. Количества растворенных веществ в растворах эквивалентны друг другу, т.е. реактивы после смешивания полностью прореагируют между собой без остатка с образованием максимального количества осадка. Имея только эти две пробирки с растворами и ничего более, распознайте пробирку с раствором щелочи и пробирку с раствором соли. Ответ мотивируйте.

Задача 9 - 1 (6 баллов). Решение. 1. Все зависит от порядка сливания (что к чему приливать (2 балла). 2. Если к раствору хлорида алюминия приливать по каплям раствор гидроксида натрия, то осадок будет образовываться сразу же после первых капель добавленного раствора щелочи: AlCl₃ + 3NaOH =Al(OH)₃↓ + 3NaCl (2балла). Если же к раствору гидроксида натрия приливать по каплям раствор хлорида алюминия, то избыток щелочи на начальном этапе будет препятствовать образованию осадка; осадок будет образовываться только с добавлением последних порций раствора соли (2 балла).

Задача 9 – 2 (6 баллов). Твердое, белое, дымящееся на воздухе вещество, принесли из цеха, где делают мороженое, поместили в стакан с дистиллированной водой. Кусок «исчез». В получившемся растворе лакмус изменяет окраску на красную. Известно, что относительная плотность этого вещества по воздуху в газообразном состоянии 1,5. Назовите вещество.

Задача 9 – 2 (6 баллов). Решение. Речь идет о твердом оксиде углерода (IV) – «сухом льде». Применяют его для охлаждения, например, мороженого, металла (2балла).

Возможные уравнения реакций: СО₂ + Н₂О ⇄ Н₂СО₃ (1 балл); СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃ ↓ + Н₂О (1 балл); СаСО₃+ СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂ (1 балл); СО₂ + СаО = СаСО₃ (1 балл).

Задача 9 – 3 (9 баллов). Определите массовые доли (в %) сульфата железа (II) и сульфида алюминия в смеси, если при обработке 25 г этой смеси водой выделился газ, который полностью прореагировал с 960 г 5%-ного раствора сульфата меди.

Задача 9 – 3 (9 баллов). Решение. 1) Составлены уравнения реакций: Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S; CuSO₄ + H₂S = CuS +H₂SO₄ (2 балла). 2) Рассчитано количество вещества сероводорода: n (CuSO4 ) = 960 ∙ 0,05 / 160 = 0,3 моль; n(H₂S) = n(CuSO4) = 0,3 моль (2 балла). 3) Рассчитаны количество вещества и массы сульфида алюминия и сульфата железа(II): n (Al₂ S ₃) = n (H ₂S) = 0,1моль; m(Al₂ S ₃) = 0,1∙150 =15 г; m(FeSO₄ ) = 25 -15 = 10 г (3 балла). 4) Определены массовые доли сульфата железа(II) и сульфида

алюминия в исходной смеси: ω(FeSO4) = 10 / 25 = 0,4, или 40%; ω (Al₂S₃) =15 / 25 = 0,6, или 60% (2 балла).

Задача 9-4. «Когда в густой крепкой купоросной водке, с которой четыре доли воды смешано, влитую в узкогорлую стклянку, положены будут железные опилки, тогда выходящий пар от свечного пламени загорается… Иногда случается, что загоревшийся пар стклянку с великим треском разрывает» (М. В. Ломоносов, Полное собрание сочинений, – М.: 1953, т. 1, стр. 474).

Вопросы:

1. Определите массовую долю (%) растворённого вещества в разбавленной «купоросной водке», если исходная массовая доля в «крепкой купоросной водке» составляла 98 %, а доли воды при разбавлении были взяты по массе.

2. Напишите уравнения реакций железа с раствором «купоросной водки» и горения «выходящего пара».

3. Напишите 3 уравнения реакций, которые могут протекать при взаимодействии железных опилок с раствором «купоросной водки» в зависимости от ее концентрации.

4. Определите соотношение объёмов разбавленного раствора «купоросной водки» (плотность 1,2 г/см³) и «выходящего пара» при нормальных условиях, если принять протекание химических процессов количественными.

Задача 9- 4 (автор – Жиров А. И.). Решение. Пусть было 100 г концентрированного раствора. (Содержание «купоросной водки» – серной кислоты – 98 г) Тогда масса добавленной воды составит 400 г. Общая масса раствора – 500 г. Массовая доля серной кислоты составит 98 : 5 = 19,6 (%).

1. 1. При взаимодействии железа с разбавленной серной кислотой образуется сульфат железа (II) и водород:

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂

2H₂ + O₂ = 2H₂O

1. 2. При более высокой концентрации кислоты наряду с водородом могут выделяться сероводород и сера:

4Fe + 5H₂SO₄ = 4FeSO₄ + H₂S + 4H₂O

3Fe + 4H₂SO₄ = 3FeSO₄ + S + 4H₂O

Концентрированная серная кислота образует оксид серы (IV) и cульфат железа (III):

2Fe + 6H₂SO₄ Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

4. Литр разбавленного раствора серной кислоты имеет массу 1200 г и содержит 0,196 ∙ 1200 = 235,2 г серной кислоты, что составляет 2,4 моль кислоты. Тогда при полном взаимодействии кислоты с железом выделяется 2,4 моль водорода или 2,4 · 22,4 = 53,76 (л). Объём выделяющегося водорода в 53,76 раз больше объёма разбавленной серной кислоты (или объём кислоты в 53,76 раз меньше объёма водорода).

Система оценивания

1. Расчёт концентрации – 5 баллов

2. Реакция с железом – 2 балла

3. Горение водорода – 1 балл

4. Три реакции по 2 балла – 6 баллов

5. Соотношение объёмов – 6 баллов

ИТОГО: 20 баллов

Задача 9-5. Ниже представлена таблица, описывающая взаимодействие растворов бинарных солей калия и элементов X₁, X₂, X₃ и X₄, расположенных в одной группе периодической таблицы, с растворами нитратов серебра, свинца и ртути.

AgNO₃

Pb(NO₃)₂

Hg(NO₃)₂

KX₁

↓жёлтый осадок

↓жёлтый осадок

↓красно-оранжевый осадок

KX₂

↓белый осадок

↓белый осадок

изменений нет

KX₃

изменений нет

↓белый осадок

изменений нет

KX₄

↓светло-жёлтый осадок

↓светло-жёлтый осадок

↓белый осадок

Вопросы:

1. Определите соли элементов X₁, X₂, X₃ и X₄.

2. Напишите уравнения взаимодействия бинарных солей элементов X₁, X₂, X₃ и X₄ с нитратами серебра, свинца и ртути. В уравнениях обязательно укажите вещество, выпадающее в осадок.

3. Напишите уравнения взаимодействия твёрдых бинарных солей калия элементов X₁, X₂, X₃ и X₄ с концентрированной серной кислотой.

4. При взаимодействии смеси сухих солей LiX₂, NaX₂ и KX₂ массой 5,85 г с концентрированной серной кислотой образовалось 12,0 г гидросульфатов. Определите объём (при 30 °С и 130 кПа) газа, который может выделится.

Задача 9-5 (автор – Антонов А. А.). Решение. 1. Нитрат свинца и нитрат серебра являются качественными реагентами на галогены. При этом фторид серебра является растворимым. Значит, зашифрованные элементы являются галогенами. Фторид серебра, как указано выше, является растворимым, значит KX₃ – KF. Белый осадок при взаимодействии с нитратом серебра образуют хлориды, значит KX₂ – KCl. Самыми интенсивно окрашенными являются йодиды серебра и свинца, тогда KX₁ – KI, а KX₄ – KBr.

KX₁ – KI, KX₂ – KCl, KX₃ – KF, KX₄ – KBr.

2.

AgNO₃

Pb(NO₃)₂

Hg(NO₃)₂

KI

AgNO₃ + KI →
→ AgI↓ + KNO₃

Pb(NO₃)₂ + 2KI →
→ PbI₂↓ + 2KNO₃

Hg(NO₃)₂ + 2KI →
→ HgI₂↓ + 2KNO₃

KCl

AgNO₃ + KCl → →AgCl↓ + KNO₃

Pb(NO₃)₂ + 2KCl →
→ PbCl₂↓ + 2KNO₃

─

KF

─

Pb(NO₃)₂ + 2KF →
→ PbF₂↓ + 2KNO₃

─

KBr

AgNO₃ + KBr → →AgBr↓ + KNO₃

Pb(NO₃)₂ + 2KBr →
→ PbBr₂↓ + 2KNO₃

Hg(NO₃)₂ + 2KBr →
→HgBr₂↓ + 2KNO₃

3. KX₁: 2KI + 3H₂SO₄ → 2KHSO₄ + I₂ + SO₂ + 2H₂O или

6KI + 7H₂SO₄ → 6KHSO₄ + 3I₂ + S + 4H₂O или

8KI + 9H₂SO₄ → 8KHSO₄ + 4I₂ + H₂S + 4H₂O

KX₂: KCl + H₂SO₄ → KHSO₄ + HCl↑

KX₃: KF + H₂SO₄ → KHSO₄ + HF

KX₄: KBr + H₂SO₄ → KHSO₄ + HBr↑ или

2KBr + 3H₂SO₄ → 2KHSO₄ + Br₂ + SO₂ + 2H₂O

Во всех случаях будет образовываться кислая соль, так как используется концентрированная серная кислота, т. е. имеется значительный избыток кислоты.

4. Запишем уравнения всех реакций:

LiCl + H₂SO₄ → LiHSO₄ + HCl↑

NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl↑

KCl + H₂SO₄ → KHSO₄ + HCl↑

Пусть во взаимодействия вступило x моль серной кислоты, тогда в результате выделилось x моль хлороводорода. Масса реакционной смеси до взаимодействия 5,85 + 98x, а после взаимодействия 12 + 36,5x. По закону сохранения массы

5,85 + 98x = 12 + 36,5x,

откуда x = 0,1 моль. Значит V = νRT/p = 0,1∙8,31∙303:130 = 1,94 л

Система оценивания:

1. По 1 баллу за верное определение каждого вещества (элемента) 4 балла. Примечание для проверяющих: если угадана группа (т. е. что зашифрованы галогены), но в неправильном порядке, то не более 1 балла за данный пункт.

2. 9 уравнений по 1 баллу. 9 баллов.

3. 4 уравнения по 1 баллу. 4 балла

Примечание для проверяющих: в реакции с бромом и йодом засчитывать любую одну реакцию. Если вместо гидросульфатов указаны сульфаты, то 0,5 балла за реакцию.

4. По 0,5 балла за уравнения с хлоридами лития и натрия. За расчёт числа молей 1,5 балла.
   За расчёт объёма 0,5 баллов. всего 3 балла.

ИТОГО: 20 баллов

Муниципальный этап всероссийской олимпиады школьников по химии

10 класс

Задача10-1 (11 баллов). Сосуд, заполненный азотом, имеет массу 80,84 г; тот же сосуд, заполненный алкеном, имеет массу 81, 33 г. (газы в сосуде находятся при нормальных условиях). Определите структурную формулу алкена и назовите его, если известно, что он имеет одно ответвление от главной цепи. Учтите, что масса сосудов без газов равна 80,35 г.

Задача10-1 (11 баллов). Дано: m (c) = 80,35 (c – сосуд); m (с +N₂) = 80,84 г; m (с +а) = 81,33 г; (а – алкен). Определить: х – формулу алкена.

Решение. 1. Определяем массу и количество вещества азота, находящегося в сосуде

m(N₂) = m(c +N₂) – m(c); m(N₂) = 80,84 г – 80,35г = 0,49 г

n(N₂) = ; n(N₂) = = 0,0175 моль (2 балла)

2. Представим молярную массу в виде М(С_х Н_2х) = хМ(С) + 2хМ(Н) (2 балла);

М(С_х Н_2х) = 14х  г/моль. Вычисляем массу и количество вещества алкена в смеси:

m(a) = m(c + a) – m(c); m(a) = 81,33 г – 80,35г = 0,98 г

n(a) = ; n(a) = = моль (2 балла)

СН₂ = С – СН₃

СН3 (2 балла)

3. Из закона Авогадро следует: n(N₂) = n(a); 0,0175 =; х = 4. Эмпирическая формула алкена С₄Н₈ (3 балла). Учитывая, что алкен имеет одно ответвление от главной цепи, напишем его формулу:

Задача 10 – 2 (9 баллов). На нейтрализацию предельной одноосновной кислоты массой 7,4 г затрачен раствор с массовой долей гидроксида калия 40% объемом 10 мл и плотностью 1,4 г/мл. Определите формулу кислоты.

Задача 10 – 2 (9 баллов). Дано: m(ПК) = 7,4 г (ПК предельная одноосновная кислота) С_х Н_2х+1СООН; V = 10 мл; ρ = 1,4 г/мл; w(КОН) =40%. Определить: х – формулу кислоты.

Решение. 1. Вычисляем массу и количество вещества КОН, который содержится в растворе: m = V ∙ ρ; m =10 мл∙1,4 г/мл =14г (1 балл)

m (КОН) = ; m (КОН) = = 5,6 г; n(КОН) = n(КОН) = = 0,1 моль (2 балла).

2.Расчитываем количество вещества кислоты, взятой для реакции.

М(ПК) = хМ(С) +(2х +1)М(Н)+М(С) +2М(О) +М(Н); М(ПК)=(14х + 46) г/моль

n(ПК) = n(ПК) = (3 балл).

3.Составляем уравнение реакций: С_xH_2x+1COOH +КОН → С_xH_2x+1COOК + Н₂О (1 балл)

4.Из уравнения реакции следует: n(ПК) = n(КОН); = 0,1(1 балл)

5.Отсюда следует, что х =2. Формула кислоты С₂Н₅СООН. Это пропионовая кислота (1 балл).

Задача 10 - 3. (12 баллов). Химические свойства хлора и йода отличаются во многих деталях. Приведите примеры, в которых хлор и йод реагируют по-разному.

Задача 10 - 3. (12 баллов). Решение. 1. С металлической медью или железом при нагревании: 2Сu + I₂ =2CuI; Cu + Cl₂ = CuCl₂; Fe + I₂ → Fe I₂; 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl ₃ (4 балла)._.

2. Со фтором: I₂ + 5F₂ → 2IF₅; Cl₂ + 3F₂ → 2ClF₃ (2 балла).

3. С раствором щелочи на холоде: 2NaOH + Cl₂ → NaCl + NaOCl + H₂O;

6NaOH + 3I₂ → 5NaI + NaIO₃ + 3H₂O (2 балла).

4. С раствором тиосульфата натрия: Na₂S₂O₃ + 4Cl₂ + 5H₂O → Na₂SO₄ + H₂SO₄ + 8HCl;

Na₂S₂O₃ + I₂ → Na₂S₄O₆ +2NaI (2 балла).

Задача 10 – 4 (9 баллов). Определите массовые доли (в %) сульфата железа (II) и сульфида алюминия в смеси, если при обработке 25 г этой смеси водой выделился газ, который

полностью прореагировал с 960 г 5%-ного раствора сульфата меди.

Задача 10 – 4 (9 баллов). Решение. 1) Составлены уравнения реакций: Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S; CuSO₄ + H₂S = CuS +H₂SO₄ (2 балла). 2) Рассчитано количество вещества сероводорода: n (CuSO4 ) = 960 ∙ 0,05 / 160 = 0,3 моль; n(H₂S) = n(CuSO4) = 0,3 моль (2 балла). 3) Рассчитаны количество вещества и массы сульфида алюминия и сульфата железа(II): n (Al₂ S ₃) = n (H ₂S) = 0,1моль; m(Al₂ S ₃) = 0,1∙150 =15 г; m(FeSO₄ ) = 25 -15 = 10 г (3 балла). 4) Определены массовые доли сульфата железа(II) и сульфида

алюминия в исходной смеси: ω(FeSO4) = 10 / 25 = 0,4, или 40%; ω (Al₂S₃) =15 / 25 = 0,6, или 60% (2 балла).

Задача 10-5 (20 баллов). Однажды химик Юра Б., разбирая в своей лаборатории старый заброшенный сейф, обнаружил в нём неподписанную банку с белым кристаллическим веществом (соль X), окрашивающим пламя в фиолетовый цвет. «Что же там?» – подумал Юра.

И, взяв с соседней полки концентрированную серную кислоту, прилил её к навеске соли массой 7,35 г (реакция 1). При этом он наблюдал выделение бурого газа с удушающим запахом (газ A) с плотностью по водороду 33,75.

«Налью-ка я туда чего-нибудь другого», – решил Юра и добавил к аликвоте соли этой же массы концентрированную соляную кислоту (реакция 2). Каково было удивление химика, когда он обнаружил выделение жёлто-зелёного газа (газ B). Плотность газовой смеси по водороду составляла 35,5.

«Как опасно!», – воскликнул Юра и осторожно прибавил к навеске данной соли немного концентрированного раствора щавелевой кислоты (реакция 3). При этом он наблюдал бурное выделение из раствора смеси газов A и С (плотность смеси по водороду 29,83).

«Теперь мне всё ясно, надо её подальше убрать, а то мало ли что может случиться», – твёрдо сказал химик и спрятал банку с солью подальше в сейф.

Результаты опытов сведены в таблицу.

Реакция

Мольное соотношение газов

Плотность газовой смеси по водороду

Объём раствора KOH (ρ = 1,092 г/мл, ω = 10 %), пошедший на полное поглощение газовой смеси (t = 40 °C)

A

B

C

1

1

–

–

33,75

20,51 мл

2

–

1

–

35,50

184,62 мл

3

2

–

1

29,83

61,53 мл

Вопросы:

1. Расшифруйте формулы газов А, B, C. Ответ подтвердите расчётами.

2. Напишите уравнения реакций поглощения газов А, В, С раствором KOH.

3. Какую соль обнаружил Юра у себя в сейфе? Приведите необходимые расчёты.

4. Напишите уравнения реакций 1–3.

5. Напишите уравнения разложения соли X при 400 °C в присутствии катализатора (MnO₂) и без него.

6. Объясните, чего опасался Юра? Где применяется соль X? Дайте её тривиальное название.

Задача 10-5 (автор – К. А.Куриленко). Решение. 1. Рассчитываем молярную массу газа В (г/моль), учитывая, что этот газ получен при взаимодействии соли X c соляной кислотой, им может быть хлор. B – Cl₂.

Рассчитаем молярную массу газа А. (г/моль)

Исходя из дробной молярной массы A, его бурой окраски и удушающего запаха, можно предположить, что данный газ содержит хлор, тогда на оставшиеся элементы приходится 67,5 – 35,5 = 32 г/моль. Это соответствует 2 атомам кислорода, тогда возможная формула A – ClO₂.

Зная молярную массу A и мольное соотношение, можно определить газ С.

 г/моль. Газом с такой молярной массой, выделяющимся из раствора щавелевой кислоты, может быть лишь CO₂. C – CO₂.

A – ClO₂

B – Cl₂

C – CO₂.

2. Уравнения реакций взаимодействия газов со щёлочью в соответствии с условием задачи:

2ClO₂ + 2KOH = KClO₂ + KClO₃ + H₂O (1)

3Cl₂ + 6KOH = KClO₃ + 5KCl + 3H₂O (2)

Cl₂ + 2KOH = KCl + KOCl + H₂O (2а)

CO₂ + 2KOH = K₂CO₃ + H₂O (3)

3. По окраске пламени и выделении двуокиси хлора при взаимодействии соли X с концентрированной H₂SO₄ можно судить о наличии в её составе калия и хлора. По реакции 1 рассчитаем молярную массу X.

, по уравнению реакции

Составим таблицу

Соотношение

ν(X) : ν(ClO₂)

M(X)

X

1:1

–

2:1

–

3:2

KClO₃

1:2

–

Из таблицы видно, что единственной солью с данной молярной массой, в которой присутствуют хлор и калий, может являться хлорат калия.

X – KClO₃

4. Уравнения взаимодействия KClO₃ c кислотами.

3KClO₃ + 3H₂SO₄ → 3KHSO₄ + HClO₄ + 2ClO₂ + H₂O

KClO₃ + 6HCl → KCl + 3Cl₂ + 3H₂O

2KClO₃ + H₂C₂O₄ → K₂CO₃ + CO₂ + 2ClO₂ + H₂O

5. Разложение KClO₃ начинается уже при 400 °C. Так, в присутствии катализатора (MnO₂ и др.) разложение преимущественно идёт по следующей реакции:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

В отсутствие катализатора образуются хлорид и перхлорат калия:

4KClO₃ → 3KClO₄ + KCl

6) Тривиальное название соли X – бертолетова соль. Она применяется в спичечном производстве, при изготовлении взрывчатых веществ и сигнальных ракет. Смеси этой соли с восстановителями (серой, фосфором и др.) легко взрываются от удара (видимо, это вызвало опасения Юры, и он аккуратно убрал банку с бертолетовой солью глубоко в сейф).

Система оценивания:

1. 3 газа + 3 расчёта = 3∙2 балла + 3∙0,5 балла 7,5 баллов

2. 3 уравнения по 1 баллу 3 балла

3. соль + расчёт = 2 балла + 0,5 балла 2,5 балла

4. 3 уравнения по 1 баллу 3 балла

5. 2 уравнения по 1 баллу 2 балла

6. Объяснение опасений Юры + применение 2∙0,5 балла
   + название 1 балл 2 балла

ИТОГО 20 баллов

Муниципальный этап всероссийской олимпиады школьников по химии

11 класс

Задача 11 - 1 (6 баллав). При взаимодействии 25,5 г предельной однооснóвной карбоновой кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Определите молекулярную формулу кислоты.

Задача 11 -1 Решение. (6 баллав). 1. Cоставлено уравнение реакции в общем виде, и вычислено количество вещества газа: С_nH_2n+1COOH + NaHCO₃ = С_nH_2n+1COONa + H₂O + CO₂

n(CO₂) = 5,6 : 22,4 = 0,25 моль (2 балла). 2. Рассчитана молярная масса кислоты: n(CO₂) = n(С_nH_2n+1COOH) = 0,25 моль; М(С_nH_2n+₁COOH) = 25,5/0,25 = 102 г/моль (2 балла)

3. Установлена молекулярная формула кислоты: М(С_nH_2n+₁COOH) = 12n + 2n + 1 + 45 = 102; 14n + 46 = 102; 14n = 56; n = 4; Молекулярная формула – C₄H₉COOH (2 балла).

Задача 11 -2 (4 балла). Железо растворили в горячей концентрированной серной кислоте. Полученную соль обработали избытком раствора гидроксида натрия. Выпавший бурый осадок отфильтровали и прокалили. Полученное вещество сплавили с железом. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Задача 11 -2 (4 балла). Решение. Написаны четыре уравнения описанных реакций:

1) 2Fe + 6H₂SO₄ →^t° Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O (1 балл)

2) Fe₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Fe(OH)₃ + 3Na₂SO₄ (1 балл)

3) 2Fe(OH)₃ →^t° Fe₂O₃ + 3H₂O (1 балл)

4) Fe₂O₃ + Fe = 3FeO (1 балл)

Задача 11 – 3 (7 баллов). Ученик слил растворы хлорида алюминия и карбоната калия. Учитывая особенности гидролиза данных солей, подробно опишите происходящие при этом процессы.

Задача 11 – 3 (10 баллов). Решение. AlCl₃ – соль, образованная сильной кислотой НCl и слабым основанием Al(ОН)₃ (1 балл)._. В водном растворе AlCl₃ подвергается гидролизу. Первая ступень: Al⁺³ + НОН ⇄ Al(ОН)²⁺ + Н⁺ (1 балл).

Вторая ступень: Al(ОН)²⁺ + НОН ⇄ Al(ОН) ₂⁺ + Н⁺ (1 балл).

Третья ступень: гидролиз не идет из-за накопления в растворе ионов водорода (1 балл).

Карбонат калия К₂СО₃ – соль, образованная слабой нестойкой кислотой Н₂СО₃ и сильным основанием КОН (1 балл), в водном растворе подвергается гидролизу:

Первая ступень: СО₃^2- + НОН ⇄ НСО₃ ^– + ОН^– (1 балл).

Вторая ступень: гидролиз не идет из-за накопления в растворе гидроксид-ионов (1 балл).

При сливании растворов AlCl₃ и К₂СО₃ ионы водорода первого раствора связываются гидроксид-ионами второго: Н⁺ + ОН^– = Н₂О. В соответствии с принципом Ле Шаталье равновесие смещается вправо и гидролиз двух солей идет до конца.

2AlCl₃ + 3К₂СО₃ + 3Н₂О = 2 Al(ОН)₃ + 3СО₂ + 6КСl (3 балла)

Задача 11 – 4. (9 баллов). Определите массовые доли (в %) сульфата железа(II) и сульфида алюминия в смеси, если при обработке 25 г этой смеси водой выделился газ, который

полностью прореагировал с 960 г 5%-ного раствора сульфата меди.

Задача 11 – 4 (9 баллов). Решение. 1) Составлены уравнения реакций: Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S; CuSO₄ + H₂S = CuS +H₂SO₄ (2 балла). 2) Рассчитано количество вещества сероводорода: n (CuSO4 ) = 960 ∙ 0,05 / 160 = 0,3 моль; n(H₂S) = n(CuSO4) = 0,3 моль (2 балла). 3) Рассчитаны количество вещества и массы сульфида алюминия и сульфата железа(II): n (Al₂ S ₃) = n (H ₂S) = 0,1моль; m(Al₂ S ₃) = 0,1∙150 =15 г; m(FeSO₄ ) = 25 -15 = 10 г (3 балла). 4) Определены массовые доли сульфата железа(II) и сульфида

алюминия в исходной смеси: ω(FeSO4) = 10 / 25 = 0,4, или 40%; ω (Al₂S₃) =15 / 25 = 0,6, или 60% (2 балла).

Задача 11 - 5. (12 баллов). Химические свойства хлора и йода отличаются во многих деталях. Приведите примеры, в которых хлор и йод реагируют по-разному.

Задача 11 - 5. (12 баллов). Решение. 1. С металлической медью или железом при нагревании: 2Сu + I₂ =2CuI; Cu + Cl₂ = CuCl₂; Fe + I₂ → Fe I₂; 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl ₃ (4 балла)._.

2. Со фтором: I₂ + 5F₂ → 2IF₅; Cl₂ + 3F₂ → 2ClF₃ (2 балла).

3. С раствором щелочи на холоде: 2NaOH + Cl₂ → NaCl + NaOCl + H₂O; 6NaOH + 3I₂ → 5NaI + NaIO₃ + 3H₂O (2 балла).

4. С раствором тиосульфата натрия: Na₂S₂O₃ + 4Cl₂ + 5H₂O → Na₂SO₄ + H₂SO₄ + 8HCl; Na₂S₂O₃ + I₂ → Na₂S₄O₆ +2NaI (2 балла).

Задача 11- 6. (20 баллов). Нарушается ли принцип Ле Шателье? Аммиак – самый многотоннажный продукт химической промышленности, ежегодно его получают более 100 млн. тонн. Реакция синтеза обратима: N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃. При 200 °C и давлении 1 атм константа равновесия, выраженная через мольные доли, K_x = 1, а при 400 °C и том же давлении K_x = 0,01.

1. Напишите выражение для константы равновесия K_x.

2. С выделением или поглощением теплоты происходит реакция синтеза аммиака? Объясните.

3. Сколько молей аммиака может образоваться при 200 °C из 1 моль N₂ и 3 моль H₂?

4. В равновесной смеси при некоторых условиях находится 0,65 моль N₂, 0,25 моль H₂ и 0,1 моль NH₃. В какую сторону сместится равновесие при добавлении к этой смеси 0,25 моль азота? Объясните ваш ответ.

Задача 11-6 (автор – Ерёмин В. В.) (20 баллов). Решение 1. 

2. При нагревании константа равновесия уменьшается, то есть равновесие смещается в сторону реагентов. Согласно принципу Ле Шателье это означает, что реакция идёт с выделением теплоты.

3. Пусть в реакцию вступило a моль N₂, тогда прореагировало 3a моль H₂ и образовалось 2a моль NH₃. Общее количество вещества после реакции: (N₂) + (H₂) + (NH₃) = (1–a) + (3–3a) + 2a = 4 – 2a.

.

.

.

a = 0,34.

(NH₃) = 2  0,34 = 0,68 моль.

4. Рассчитаем мольные доли веществ после добавления азота и составим из них величину Q, по форме аналогичную константе равновесия:

.

.

Это значение превышает значение константы равновесия:

.

Это означает, что продукта реакции больше, чем необходимо в равновесной смеси, следовательно, для достижения равновесия должна пойти обратная реакция. Таким образом, в данном случае добавление реагента приводит к смещению равновесия влево.

Комментарий: Это противоречит традиционной формулировке принципа Ле Шателье (но не самому принципу!). Кажущееся противоречие объясняется тем, что количество азота в исходной смеси сильно превышает стехиометрическое, поэтому дальнейшее добавление азота термодинамически невыгодно.

Система оценивания

1. За правильное выражение для константы равновесия 2 балла

2. 2 балла за правильный ответ (выделение теплоты), 2 балла за объяснение 4 балла

3. За правильный расчёт числа молей 6 баллов

4. 2 балла за правильный ответ (равновесие сместится влево),
   6 баллов за объяснение с расчётом (4 балла за объяснение без расчёта) 8 баллов

ИТОГО 20 баллов

Список литературы и интернет-ресурсов

1. Артемов А.В. Школьные олимпиады. Химия 8 – 11 классы. – М.: Айрис-пресс, 2007. – 240 с.

2. Всероссийская химическая олимпиада школьников: Кн. Для учителя/ П.А.Оржековский, Ю.Н.Медведев, А.В.Чураков, С.С.чуранов; Под редакцией Г.В.Лисичкина. – М.: Просвещение, учебная литература, 1996. – 192 с.

3. Габриелян О.С. Химия. 8 – 11 классы. Региональные олимпиады. 2000/2002/авт. Сост. О.С.Габриелян, А.Н.Прошлецов. – М.:Дрофа, 2005. – 287 с.

4. Габриелян О.С. Химия, 8 класс: учебник для общеобразовательных учреждений – 13 – изд., испр. – М.: Дрофа, 2008. – 270 с.

5. Хомченко И.Г. Решение задач по химии. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2010 – 256 с.

6. Портал Всероссийской олимпиады школьников. Химия – http://chem.rosolymp.ru/