Задачи школьных олимпиад по химии
жүктеу/скачать 0,84 Mb. Pdf көрінісі
|
chem
- Бұл бет үшін навигация:
- ЗАДАЧИ ШКОЛЬНЫХ ОЛИМПИАД ПО ХИМИИ
- Часть 1. Районные олимпиады 1. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Районный этап. 10 декабря 1998 г. 10 класс
- 2. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Районный этап 30 ноября 1999 г. 10 класс
- 3. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Районный этап 21 ноября 2000 г. 10 класс
| МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. И. ЛОБАЧЕВСКОГО
ЗАДАЧИ ШКОЛЬНЫХ ОЛИМПИАД ПО ХИМИИ
Нижний Новгород
2002 УДК 547.54
Задачи школьных олимпиад по химии / Сост. А.В.Гущин, Т.И.Старостина, Т.И.Зиновьева, И.А.Гурьев, А.А.Калугин, А.А.Лукутцов, Г.М.Сергеев, А.А.Сибиркин, С.Г.Чеснокова, - Н. Новгород: ННГУ, 2002. - 84 с.
Методическое пособие рекомендуется абитуриентам, поступающим на химический и биологический факультеты ННГУ, а также студентам 1-3 курсов этих факультетов. Пособие включает задачи и их решения по общей, неорганической, аналитической и органической химии, нацелено на обучение школьников, повторение и закрепление студентами-младшекурсниками школьной программы по химии.
Данное методическое пособие составлено членами методической комиссии по химии Всероссийской олимпиады школьников Нижегородской области, осуществлявшими формирование комплектов задач в 1998-2001 гг. к районным, городским и областным этапам - преподавателями химического факультета ННГУ.
химии, Т.И.Старостина, к.х.н., доцент кафедры органической химии, Т.И.Зиновьева, к.х.н, доцент кафедры органической химии (задачи для 11 классов), И.А.Гурьев, д.х.н., зав. кафедрой аналитической химии, А.А.Калугин, к.х.н., доцент кафедры аналитической химии, А.А.Лукутцов, к.х.н., доцент кафедры аналитической химии, Г.М.Сергеев, к.х.н., доцент кафедры аналитической химии (задачи для 10 классов), С.Г.Чеснокова, старший преподаватель кафедры неорганической химии, А.А.Сибиркин, ассистент кафедры неорганической химии (задачи для 9 классов).
Редактор – д.х.н., профессор Н.Г.Черноруков, декан химического факультета ННГУ.
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского, 2002
ОГЛАВЛЕНИЕ
Часть 1. Районные олимпиады.................................................................. 4 1. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Районный этап. 10 декабря 1998 г. .......................................................................... 4
10 класс................................................................................................. 4 11 класс................................................................................................. 8
2. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Районный этап 30 ноября 1999 г. .......................................................................... 11
10 класс............................................................................................... 11 11 класс............................................................................................... 15
3. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Районный этап 21 ноября 2000 г. .......................................................................... 18
10 класс............................................................................................... 18 ЧАСТЬ 2. ГОРОДСКИЕ ОЛИМПИАДЫ ................................................ 23
1. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Городской этап 19 декабря 1998 г. ......................................................................... 23
10 класс............................................................................................... 23 11 класс............................................................................................... 27
2. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Городской этап 27 ноября 1999 г. ........................................................................... 32
10 класс............................................................................................... 32 11 класс............................................................................................... 35
Часть 3. Областные олимпиады........................................................... 39 1. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Областной этап 26-27 января 1999 г. ...................................................................... 39
10 класс. Теоретический тур............................................................. 39 10 класс. Экспериментальный тур ................................................... 43
11 класс. Теоретический тур............................................................. 45 11 класс. Экспериментальный тур ................................................... 49
2. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Областной этап 18-19 января 2000 г. ...................................................................... 51
10 класс. Теоретический тур............................................................. 51 10 класс. Экспериментальный тур ................................................... 55
11 класс. Теоретический тур............................................................. 56 11 класс. Экспериментальный тур ................................................... 60
3. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Областной этап 11-12 января 2001 г. ...................................................................... 62
10 класс. Теоретический тур............................................................. 62 10 класс. Экспериментальный тур ................................................... 65
11 класс. Теоретический тур............................................................. 66 11 класс. Экспериментальный тур ................................................... 70
Часть 1. Районные олимпиады 1. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Районный этап. 10 декабря 1998 г. 10 класс
1. Определите строение углеводорода с открытой цепью углеродных атомов, если известно, что при полном сжигании 0.1 моль его образуется 5.4 мл воды и выделяется 8.96 л (н.у.) оксида углерода(IV). При взаимодействии этого углеводорода с эквимольным количеством хлора образуется преимущественно дихлоралкен симметричного строения, у которого атомы хлора находятся на концах цепи. (27 б.)
2. При взаимодействии 1 г смеси меди, алюминия и магния, взятых в виде порошков, с разбавленным раствором HCl выделяются 900 мл (н.у.) водорода. Из такой же массы указанной смеси можно получить 0.125 г оксида меди(II) в индивидуальном состоянии. Вопросы: 1). Рассчитайте массовую долю (%) каждого компонента смеси. 2). Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно из данной смеси получить оксид меди(II). (24 б.)
3. В пронумерованных пробирках находятся растворы следующих веществ: нитрата цинка, нитрата бария, соляной кислоты, серной кислоты и карбоната натрия. Не используя других реагентов, предложите способ идентификации указанных веществ. Напишите уравнения необходимых химических реакций. (27 б.)
4. Ученик проводил эксперимент по определению скорости химических реакций. В одном сосуде он получил Н2S, в другом сосуде такого же объема - СО2. Через одинаковый промежуток времени он определил массы выделившихся газов: СО2
- 23 г, Н2О - 20 г. Скорость какой реакции выше? Ответ обоснуйте. Напишите уравнения реакций получения указанных газов. (22 б.) Решение задач Задача 1. Уравнение сгорания углеводорода:
СxHy + O2 x CO2 + 0.5 y H 2 O
(H2O) = 5.4 / 18 = 0.3 моль, (СO2) = 8.96 / 22.4 = 0.4 моль. При сжигании 0.1 моль углеводорода получается 0.3 моль Н2О и 0.4 моль СО2, т.е. x = 4, y = 6. Следовательно, формула углеводорода С4Н6. Такой формуле удовлетворяют следующие соединения: HCC-CH2CH3 (бутин-1), СH3CC-CH3 (бутин-2), СH2=CH-CH=CH2 (бутадиен-1,3). Только при действии хлора на бутадиен-1,3 может получиться дихлоралкен симметричного строения, у которого атомы хлора находятся на концах цепи:
СH2=CH-CH=CH2 + Cl2 Cl-CH2-CH=CH-CH2-Cl Задача 2. 1. При действии разбавленного раствора HCl реагируют лишь Mg и Al: Mg + 2 HCl = MgCl2 + H 2 2 Al + 6 HCl = 2 AlCl3 + 3 H2 Примем содержание магния и алюминия в смеси: m(Mg) = x г, m(Al) = y г. В этом случае количества этих веществ составят: (Mg) = x / 24.3 моль, (Al) = y / 27 моль. Количество вещества водорода будет равняться сумме значений для реакции с магнием и с алюминием: (H2) = (Mg) + 1.5 (Al) = x / 24.3 + 1.5y / 27 моль. Объем выделившегося водорода по условию задачи равняется 0.9 л: V(H2) = 22.4(x / 24.3 + 1.5y / 27) = 0.9 После сокращения получаем первое уравнение с двумя неизвестными: 0.922 x + 1.244 y = 0.9 Количество CuO (M = 79.5 г/моль), которое можно получить из смеси, эквивалентно количеству содержащейся в смеси Сu (M = 63.5 г/моль): (СuO) = (Сu) = 0 125
79 5 , , моль m(Сu) = 63.5 0 125 79 5
, , = 0.1 г. Таким образом, масса магния и алюминия в 1 г смеси составляет: m(Mg) + m(Al) = 1 - 0.1 = 0.9 г. x + y = 0.9 Решаем систему из двух уравнений: 0.922 x + 1.244 y = 0.9
Получаем результат: x = 0.62. y = 0.28. m(Mg) = x = 0.62 г, m(Al) = y = 0.28 г, m(Cu) = 0.1 г. Определяем массовые доли металлов в смеси: (Mg) = 62 %, (Al) = 28 %, (Cu) = 10 %.
2. Способ получения CuO из смеси: Mg 0 + Al 0 + Cu 0
HCl(разб.) MgCl2(р-р) + AlCl3(р-р) + Cu 0 (осадок) 2 Cu 0 + O2 200 350 2 CuO
При более высокой температуре образуется смесь оксидов меди(II) черного цвета и меди(I) красного: Cu 0
400 CuO + Сu2O Задача 3. Ответ: №1 - Ba(NO3)2, №2 - Zn(NO 3 )2, №3 - HCl, №4 - H2SO4, №5 - Na2CO3.
1. Ba(NO3)2 2. Zn(NO3)2 3. HCl 4. H2SO4 5. Na2CO3 1. Ba(NO3)2
Осадок 2. Zn(NO3)2
Осадок 3. HCl
Газ
4. H 2 SO4 Осадок
Газ
5. Na2CO3 Осадок Осадок
Газ Газ
1. Na2CO3 + 2 HCl 2 NaCl + CO2 + H 2 O 2. Na2CO3 + H2SO4 Na2SO4 + CO2 + H2O 3. H2SO4 + Ba(NO3)2 BaSO4 + 2 HNO3 4. Na2CO3 + Ba(NO3)2 BaCO3 + 2 NaNO3 5. Na2CO3 + Zn(NO3)2 ZnCO3 + 2 NaNO3 Одновременно с образованием ZnCO3 идет осаждение продукта его гидролиза - менее растворимого Zn(OH)2: 6. Na2CO3 + Zn(NO3)2 + H2O Zn(OH)2 + 2 NaNO3 + CO2 + H2O
Осадки BaCO3, ZnCO3, Zn(OH)2 растворяются в HCl. Задача 4. CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + CO2 + H2O FeS + 2 HCl FeCl2 + H2S Cкорость химической реакции связывает с концентрацией выделяющихся веществ уравнение: =
dC dt , где С - концентрация, моль/л, t - время. По условиям задачи объемы сосудов одинаковы, время реакций одинаковое, следовательно скорости реакций пропорциональны количеству веществ выделившихся СO2 и H2S. (СO2) = m M =
23 44 = 0.52 моль, (H2S) = m M =
20 34 = 0.59 моль. Итак, скорость реакции выделения сероводорода выше. 11 класс 1. Смесь двух изомеров, один из которых является монокарбоновой кислотой, а другой сложным эфиром, при обработке избытком калия образует 0.672 л (н.у.) газа. Такую же смесь такой же массы обработали избытком раствора щелочи при нагревании. Продукт реакции нагрели с концентрированной серной кислотой, при этом образовалось 0.448 л непредельного углеводорода. Вычислить массовые доли веществ в исходной смеси. (25 б.)
2. К 30 л смеси, состоящей из аргона и этиламина, добавили 20 л бромоводорода, после чего плотность первой смеси по воздуху стала 1.814. Вычислите объемные доли газов в исходной смеси. (25 б.)
3. Получите этиловый эфир бензойной кислоты на основе натриевой соли уксусной кислоты, не используя других органических соединений. Дайте название промежуточно образующимся органическим веществам, укажите условия проведения реакций. (25
4. Пользуясь термохимическим уравнением KOH(р) + HNO3(р) KNO3(р) + H2O(ж) + 55.6 кДж/моль,
рассчитайте, какое количество теплоты выделится при сливании 22.7 мл 6.20% раствора гидроксида калия (плотность 1.055 г/мл) и 46.3 мл 2.00 М раствора азотной кислоты (плотность 1.065 г/мл). (25 б.)
Решение задач Задача 1. С калием реагирует карбоновая кислота: 2 СnH2n+1COOH + 2 K 2 СnH2n+1COOK + H2
(H2) = 0.672 / 22.4 = 0.03 моль (СnH2n+1COOH) = 2 (H2) = 0.06 моль
Со щелочью реагируют кислота и эфир: СnH2n+1COOH + NaOH СnH2n+1COONa + H2O CxH2x+1COOCyH2y+1 + NaOH CxH2x+1COONa + CyH2y+1OH
Непредельный углеводород получается из спирта при нагревании с конц. H 2 SO 4 :
CyH2y+1OH , H
2 SO 4 CyH2y
+ H
2 O (CyH2y) = 0.448 / 22.4 = 0.02 моль Так как сложный эфир и кислота являются изомерами, то их молярные доли равны массовым: (эфира) = 0 02 0 02
0 06 , , , = 0.25 или 25 %, (кислоты) = 1 - 0.25 = 0.75 или 75 %. Задача 2. Пусть в исходной смеси содержалось х л аргона и y л этиламина. Тогда x + y = 30 л. Этиламин реагирует с HBr с образованием твердой соли бромида этиламмония: C2H5NH2 + HBr [(C2H5NH3)+]Br - Средняя молярная масса полученной газовой смеси равна 1.814 / 29 = 52.6 г/моль. Следовательно, в газовой смеси остались аргон (М = 40) и HBr (М = 81). Если бы остались аргон и этиламин (М = 45), то выполнялось бы: 40 < Мср. < 45. Итак, y литров HBr прореагировало с амином, осталось 20-y литров аргона. Решив систему из двух уравнений: Мср. = 40
20 x y x y ( ) ( ) = 52.6 x + y =30 находим: x = 18 л, y = 12 л. Объемные доли газов равны: (Ar) = 18 / 30 = 0.6 или 60%, (амина) = 12 / 30 = 0.4 или 40%.
1.
CH3COONa + NaOH Na2CO3 + CH4
(метан)
2. 2 СH4
1500 3 H2 + C2H2 (ацетилен) 3. 3 C2H2
C, C6H6 (бензол) 4. CH4
+ Cl2
h HCl + CH3Cl (хлорметан) 5. С6H6 + CH3Cl AlCl 3
HCl + C6H5CH 3 (толуол) 6. C6H5CH3
KMnO 4 , C6H5COOH (бензойная кислота) 7. С2H2 + H2O Hg 2
CH3C(O)H (уксусный альдегид) 8.
CH3C(O)H + H2
Ni C2H5OH (этанол) 9. C2H5OH + C6H5COOH H , H2O + C6H5C(O)OC2H5 (этиловый эфир бензойной кислоты) Задача 4. Количество вещества гидроксида калия и азотной кислоты в растворах: (KOH) = V M =
0,062 1 055 22,7
56 , / / г мл мл г моль = 0.0265моль. (HNO 3
M V = 2.00 моль/л . 0.0463 л = 0.0926 моль. Поскольку (KOH) < (HNO3), а коэффициенты при этих веществах в уравнении реакции одинаковы и равны единице, то гидроксид калия находится в недостатке, и его количество определит тепловой эффект реакции, который составит: Q = 55.6 кДж/моль . 0.0265 моль = 1.47 кДж. Ответ: выделится 1.47 кДж теплоты. 2. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Районный этап 30 ноября 1999 г. 10 класс
1. В 8 пронумерованных пробирках находятся разбавленные водные растворы соединений: нитрата свинца, нитрата никеля, сульфата меди, сульфата железа(III), сульфата натрия, карбоната натрия, едкого натра и аммиака. Расставьте их в нужном порядке, если известно: Раствор 3 образует осадки с растворами 1,2,4,6,7,8, растворимые в избытке 1. Раствор 6 дает осадки с растворами 1,2,3,7 которые нерастворимы в избытке соответствующих реактивов 1,2,3,7. Растворы 1,2,7 изменяют окраску метилоранжа. Осадки, выделившиеся при сливании растворов 4 и 5 с растворами 1,2,7, растворимы в избытке 2. Ваши рассуждения подтвердите формулами выпадающих осадков и уравнениями реакций их растворения. (23 б.)
2. В герметично закрытом стеклянном сосуде емкостью 2150 мл с внутренней перегородкой раздельно находятся 50 мл раствора сульфата железа(II) и 100 мл раствора NaOH при нормальных условиях. Перегородку удалили, и указанные вещества полностью прореагировали. Через некоторое время отмечено падение давления до 0.9 атм. при той же температуре. Напишите уравнения химических реакций. Рассчитайте молярные концентрации растворов исходных веществ перед смешиванием. (25 б.)
3. Сколько граммов нитрата свинца вступило в реакцию разложения, если известно, что газообразные продукты полностью прореагировали с раствором едкого натра, а на реакцию с полученными при этом продуктами израсходовано 25 мл 0.02 М раствора перманганата калия в сернокислой среде. (24 б.)
4. Ненасыщенный сопряженный углеводород А при обработке избытком раствора оксида металла 2-й группы в водном растворе серной кислоты образует органический продукт, плотность паров которого по воздуху составляет 3.31, что на 18.75% выше плотности паров А. При действии на А избытка аммиачного раствора оксида металла 1-й группы получается нерастворимое соединение с содержанием углерода 39.13%, что в 2.37 раза ниже, чем в исходном А. При пропускании паров А с избытком водорода над нагретым оксидом металла 3-й группы выделен углеводород с наименьшим октановым числом.
Приведите структурную формулу и название углеводорода А, дайте мотивированное объяснение. Запишите уравнения указанных реакций и условия протекания. (28 б.)
Решение задач Задача 1. Номера пробирок: 1- NaOH, 2 - NH4OH, 3 - Pb(NO3)2, 4 - CuSO4, 5 - Ni(NO3)2, 6 - Fe2(SO4)3, 7- Na2CO3, 8 - Na2SO4. Выпадающие осадки: Pb(OH)2, PbSO4, PbCO3, Fe(OH)3, Cu(OH)2, Ni(OH)2, NiCO3. Карбонат железа при гидролизе не образуется. Запись осаждения CuCO3 за ошибку не считать в связи с разночтением в таблицах растворимости. Уравнения растворения осадков: Pb(OH)2 + 2 NaOH Na2PbO2 + 2 H2O PbSO4 + 4 NaOH Na2PbO2 + Na2SO4 + 2 H2O PbCO3 + 4 NaOH Na2PbO2 + Na2CO3 + 2 H2O Cu(OH)2 + 4 NH4OH [Cu(NH3)4](OH)2 + 4 H2O NiCO3 + 6 NH4OH [Ni(NH3)6]CO3 + 6 H2O Ni(OH)2 + 6 NH4OH [Ni(NH3)6](OH)2 + 6 H2O Задача 2. FeSO4 + 2 NaOH Fe(OH)2(т.) + Na2SO4 4 Fe(OH)2(т.) + O2 + 2 H2O 4 Fe(OH) 3 (т.) Fe(OH)2(т.) + OH - - 1 e Fe(OH)3(т.) O 2 + 2 H2O + 4 e 4 OH -
Суммарное уравнение: 4 FeSO4 + 8 NaOH + O2 + 2 H2O 4 Fe(OH)3(т.)+ 4 Na2SO 4
Определим объем прореагировавшего O2: V(O2) = (2.150 - 0.05 - 0.10) (1 - 0.9) = 0.2 л (О2) = 0.2 л / 22.4 л моль-1 = 0.0089 моль (FeSO4) = 4 (О 2 ) = 0.0356 моль С(FeSO4) = (FeSO 4 ) / 0.05 л = 0.712 моль/л (NaOH) = 2 (FeSO 4 ) = 0.0712 моль С(NaOH) = (NaOH) / 0.10 л = 0.712 моль/л. Задача 3. 2 Pb(NO3)2 2 PbO + 4 NO 2 + O
2
2 NO2 + 2 NaOH NaNO3 + NaNO2 + H2O 5 NaNO2 + 2 KMnO4 +3 H 2 SO4 2 MnSO4 + 5 NaNO3 + 3 H2O + K2SO4 (KMnO4) = 0.025 л 0.02 моль л -1 = 0.0005 моль (NaNO2) = 2.5 (KMnO 4 ) = 0.00125 моль (NO2) = 2 (NaNO 2 ) = 0.0025 моль [Pb(NO3)2] = 0.5 (NO 2 ) = 0.00125 моль m[Pb(NO3)2] = 331.20.00125 = 0.414 г Задача 4. Плотность паров Dвозд.(А) = (3.31 - 3.310.1875) = 2.69. М(А) = 2.6929 78. Следовательно, эмпирическая формула С6Н6. Возможны следующие структуры сопряженного ненасыщенного углеводорода А: (1) СН2=СН-СН=СН-ССН (2) СН3-СН2-СС-ССН
(3) СН2=С(-СН=СН2)-ССН (4) СН3-СС-СС-СН3
(5) СН2=СН-СС-СН=СН2 (6) бензол Находим М продукта, получающегося при действии раствора серной кислоты: М = 3.3129 = 96. Она отличается от М(А) на 18 единиц, что соответствует молекуле воды. По-видимому, идет присоединение молекулы воды по тройной связи в присутствии сульфата ртути (полученного растворением HgO в серной кислоте). СН2=СН-СН=СН-ССН + Н2О Hg 2
СН2=СН-СН=СН-С(ОН)=СН2 СН2=СН-СН=СН-С(О)-СН3
Альтернативные структуры (2), (4), не подходят, так как присоединили бы 2 молекулы воды по двум -СС- связям и молярная масса при этом возрастала бы на 36, а не на 18 единиц. Бензол (6) не реагировал бы вовсе в данных условиях.
Далее предполагаем следующую характерную реакцию алкинов. В присутствии оксида серебра идет замещение атома водорода при тройной связи на серебро. При этом сильно увеличится М продукта и снизится массовая доля углерода в веществе. Проверяем это предположение на структуре (1). 2СН2=СН-СН=СН-ССН + Ag2О NH 3 2СН2=СН-СН=СН-СС-Ag + + H2O (C) = 72100% / 78 = 92.3%. (C) = 72100% / 184.9 = 38.9%. 92.3 / 38.9 = 2.37, значит условия задачи выполняются. Тот же результат получится и со структурой (3). Структура (5) не содержит концевой тройной связи и не реагировала бы с Ag2О.
При пропускании паров А с избытком водорода можно ожидать гидрирование всех кратных связей. Процесс осуществляется в присутствии Al2O3 как одного из характерных катализаторов. СН2=СН-СН=СН-ССН + 4 Н2 Al 2 O 3 , СН3СН2СН2СН2СН2СН3
(гексан) СН2=С(-СН=СН2)-ССН+ 4 Н2 Al 2
3 ,
СН3-СН(-СН2СН3)-СН2СН3 (3-метилпентан) Меньшим октановым числом обладает неразветвленный гексан, следовательно углеводород А - это гексадиен-1,3-ин-5
СН2=СН-СН=СН-ССН. 11 класс
1. Имеется смесь изомерных кислородсодержащих органических соединений (содержание кислорода 21.62%, плотность паров по азоту 2.64). Пары одного из изомеров пропустили через нагретую трубку с оксидом меди(II) (оксид покраснел) и далее поглотили аммиачным раствором оксида серебра, при этом из раствора выпал осадок. То же самое проделали с каждым из изомеров. Те, которые не изменили цвет оксида меди(II), были обработаны при нагревании концентрированной Н2SO4. О смеси каких изомеров шла речь? Запишите их структурные формулы, дайте названия и приведите уравнения всех названных реакций. (26 б.)
2. После упаривания смеси, состоящей из 62.5 мл водного раствора едкого натра с концентрацией 6 моль/л и 16.5 г 20%-ного раствора пропанола-1 в этилацетате получили сухой остаток, который затем прокалили. Определите содержание веществ (%) в остатке после прокаливания. (28 б.)
3. При синтезе из элементов аммиака давление в реакторе упало на 10%. Рассчитайте выход аммиака и его объемную долю в смеси после реакции, если исходные реагенты взяты в необходимом стехиометрическом соотношении. (22 б.)
4. Рассчитайте массовую долю (%) MnO2 в руде, если известно, что при взаимодействии 0.3710 г руды с избытком йодида калия в кислой среде выделяется йод, на титрование которого расходуется 24.41 мл 0.2217 М раствора тиосульфата натрия. (24 б.)
Решение задач Задача 1. М(орг. соед.) = 2.6428 = 73.92 74. В состав 1 моль соединения входит кислород, m(О) = 740.2162 = 15.99 16. Т.е. 1 атом. Формула соединения С4Н10О. Так как соединение взаимодействует с CuO и далее с Ag2O, то это спирт: СН3СН2СН2СН2ОН (бутанол-1, н-бутиловый спирт), (СН3)2СН-СН2ОН (2-метилпропанол-2, изобутиловый спирт), СН3СН2СН(СН3)-ОН (бутанол-2, втор.-бутиловый спирт), (СН3)3С-ОН (2-метилпропанол-2, трет.-бутиловый спирт).
Окислению оксидом меди(II) подвергаются первичные спирты до альдегидов, которые дают реакцию серебряного зеркала. Вторичные окисляются до кетонов. Третичные не окисляются, а при действии конц. серной кислоты дегидратируются. СН3СН2СН2СН2ОН + CuО СН3СН2СН2С(О)Н + Н2О + Cu (СН3)2СН-СН2ОН + CuО
(СН3)2СН-С(О)Н + Н2О + Cu СН3СН2СН(СН3)-ОН + CuО СН3СН2С(СН3)=О + Н2О + Cu СН3СН2СН2С(О)Н + Ag2O NH 3
СН3СН2СН2С(О)ОН + 2 Ag (СН3)2СНС(О)Н + Ag2O NH 3
(СН3)2СНС(О)ОН + 2 Ag (СН3)3СОН + CuО
не реаг. СН3СН2С(СН3)=О + Ag2O NH
3 не реаг. (СН3)3СОН H
2 SO 4 (CН3)2С=СН2 + Н2О Возможные простые эфиры С4Н10О (диэтиловый, метилпропиловый, метилизопропиловый) не реагируют с CuО, Ag2O. С серной кислотой не реагируют, могут лишь образовывать донорно-акцепторные комплексы.
При нагревании (упаривании) сложного эфира (этилацетата) со щелочью происходит щелочной гидролиз эфира: CH3C(O)OC2H5 + NaOH
CH3C(O)ONa + C2H5OH
Рассчитаем количества реагирующих веществ: (эфира) = 16 5 0 8
88 , , = 0.15 моль, (NaOH) = 0.0625 6 = 0.375 моль.
Из уравнения реакции видно, что в твердом остатке находятся 0.15 моль ацетата натрия и (0.375 - 0.15) = 0.225 моль NaOH.
При прокаливании этого твердого продукта проходит реакция: CH3C(O)ONa + NaOH CH4 + Na2CO3 Остаток от прокаливания содержит 0.15 моль Na2CO3 и (0.225 - 0.15) = 0.075 моль NaOH. Определяем массы веществ в остатке: m(NaOH) = 0.075 40 = 3 г,
m(Na
2 СО 3 ) = 0.15 106 = 15.9 г, Общая масса осадка (3 + 15.9) = 18.9 г.
Массовые доли компонентов: (NaOH) = 3 100%
18 9 , = 15.9%, (Na2СО3) = 15 9 100% 18 9
, , = 84.1%. Задача 3. N2 +
3 H2 2 NH3 1 моль
3 моль 2 моль
Пусть прореагировало х моль N2, следовательно потребовалось 3х моль Н2 и выделилось 2х моль NH3. Состав смеси до реакции: 1 моль N2 + 3 моль Н2 = 4 моль. Состав смеси после реакции: (1-х) N2 + (3-3х) Н2 + (2х) NH3 = (4 - 2х) моль. Согласно уравнению Менделеева-Клапейрона PV = nRT P1 V1 P2 V2
= n1 R T1
n2 R T2 ; P1 P2 =
1 0,9
= n1 n2 = 4 4 - 2х ; х = 0.2 (N2 прореагировавшего) = 0.2 моль, (NH3 образов.) = 0.4 моль, или 0.4100% /2 = 20% (NН3) = 2x 100%
4 2x = 0,4
3,6 100% = 11.1% Задача 4. MnO2 + 2 I - + 4 H+ Mn2+ + I2 + 2 H2O I2 + 2 Na2S2O3 2 NaI + Na2S4O6 Из уравнений видно, что (MnO2) = (I2) = 0.5(Na2S2O3) (Na2S2O3) = 0.02441 л 0.2217 моль л-1 = 0.005412 моль (MnO2) = 0.5 (Na2S2O3) = 0.002706 моль m(MnO2) = 0.002706 моль 86.94 г моль-1 = 0.2353 г (MnO2) = 0.2353 г 100% / 0.3710 г = 63.41%. 3. Всероссийская химическая олимпиада школьников. Районный этап 21 ноября 2000 г. 10 класс
1. В 8 пронумерованных пробирках налиты растворы следующих соединений: азотной, соляной, серной кислот, гидроксида аммония, хлоридов меди и бария, сульфата меди и нитрата серебра. Расставьте их в необходимом порядке, если известно: - раствор 1 образует осадки с 3 и 5, а при больших концентрациях с 4; -осадки, образующиеся при сливании раствора 1 с растворами 4 и 5, растворимы в избытке 5. Кроме того, осадок 1 с 5 растворим в 6, 7, 8; -раствор 2 образует осадки с 4 и 5, растворимые в избытке 5. Кроме того, осадок 2 с 5 растворим в 6, 7, 8; -раствор 3 образует осадки с 1, 4 и 8. Осадок 3 с 4 растворим в 5; -раствор 4 образует осадки с 2, 5, 7, а при больших концентрациях с 1 и 8. Все они растворимы в избытке 5.
Ваши рассуждения подтвердите молекулярными или сокращенными ионными уравнениями реакций. (26 б.)
2. В результате реакции фосфата кальция с магнием при нагревании образуются два вещества, одно из которых взаимодействует с водой, при этом выделяется бесцветный ядовитый газ, обладающий чесночным запахом. Последний окисляют кислородом воздуха. Напишите уравнения всех указанных химических процессов, назовите их продукты. Рассчитайте объем воздуха (н.у.), необходимый для окисления газа, если в первой из указанных реакций было использовано 2.4 г магния. (24 б.)
3. 13.6 г образца фосфора провзаимодействовало с азотной кислотой. При этом произошло выделение одинаковых объемов сначала бурого, затем бесцветного газов. По окончании реакции к полученному водному раствору добавили избыток нитрата серебра и получили 166.4 г осадка ярко-желтого цвета. Какова массовая доля фосфора во взятом образце? Запишите уравнения приведенных реакций. (20 б.)
4. Соединение имеет молекулярную формулу С8Н12. При гидрировании 1 моль его поглощалось 2 моль водорода. Как получающееся при гидрировании вещество С8Н16, так и исходное соединение при нагревании с палладием дают в качестве продукта орто-ксилол. Запишите уравнения указанных реакций и структурные формулы веществ. (30 б.)
Решение задач Задача 1. №1 – CuSO4, №2 - CuCl2, №3 - BaCl2, №4 - AgNO3, №5 - NH4OH, №6 - HNO3, №7 - HCl, №8 - H2SO4. 5 уравнений образования осадков: Ag+ + Cl- AgCl Ba2+ + SO42- BaSO4
2 Ag+ + SO42- Ag2SO4 Cu2+ + 2 OH- Cu(OH)2
2Ag+ + 2 OH- Ag2O + H2O 5 уравнений растворения осадков:
Ag2O + 4 NH3(в) + H2O 2 [Ag(NH3)2]OH Cu(OH)2 + 2 H+ Cu2+ + 2 H2O
Cu(OH)2 + 4 NH3(в) [Cu(NH3)4](OH)2 AgCl + 2 NH3(в) [Ag(NH3)2]Cl Ag2SO4 + 4 NH3(в) [Ag(NH3)2]2SO4 Задача 2. Ca3(PO4)2 + 8 Mg Ca3P2 + 8 MgO (фосфид кальция) Ca3P2 + 6 H2O 3 Ca(OH)2 + 2 PH3(г) (фосфин) 2 PH3 + 4 O2 2 H3PO4
(Mg) = 0.1 моль. (О2) = 0.05 моль. V(О2) = 1.12 л. V(воздуха, содержащего 21% кислорода) = 5.3 л.
P + 5 HNO3(конц.) H3PO4 + 5 NO2 + H2O 3 P + 5 HNO3 + 2 H2O 3 H3PO4 + 5 NO 3 AgNO3 + H3PO4 Ag3PO4 + 3 HNO3 Так как объемы газообразных продуктов одинаковы, то (P) = (Ag3PO4) = 0.4 моль. m(P) = 12.4 г
(P) = 12.4 100 / 13.6 = 91.2% Задача 4. Шесть возможных изомеров: а) 1,2-диметилциклогексадиен-1,3; б) 1,2-диметилциклогексадиен-1,4; в) 2,3-диметилциклогексадиен-1,3; г) 2,3-диметилциклогексадиен-1,4; д) 1,6-диметилциклогексадиен-1,3; е) 5,6-диметилциклогексадиен-1,3. С8Н12 + 2 Н2 1,2-диметилциклогексан (Pt)
С8Н12 орто-СН3-С6Н4-СН3 + Н2
(Pd) С8Н16 орто-СН3-С6Н4-СН3 + 3 Н2
(Pd) 11 класс
1. 6.8 г порошка черенковой серы полностью прореагировало с 56 мл азотной кислоты. При этом произошло выделение 17.92 л (н.у.) сначала бурого, затем бесцветного газов с объемным соотношением их 3 : 1 соответственно. Определить массовую долю серы в образце и молярную концентрацию исходной азотной кислоты. Сколько г баритовой воды необходимо взять для нейтрализации образовавшегося после реакции раствора? Растворимость соответствующего твердого реактива для приготовления баритовой воды при 20 С составляет 3.89 г на 100 г воды. Запишите уравнения всех упомянутых реакций (23 б.)
2. Соединение А (С8Н14О2) при нагревании с водой образует два соединения: Б (С4Н10О) и В (С4Н6О2). Соединение Б в водном растворе имеет нейтральную реакцию, устойчиво к окислению, но дегидратируется при легком нагревании с концентрированной серной кислотой. Соединение В имеет кислую реакцию и не содержит в молекуле концевых метильных групп. Соединение В не вступает в реакцию с озоном. Запишите структурные формулы указанных соединений и назовите их. (18 б.)
3. После сожжения равных количеств неизвестного углеводорода и бензола в необходимом количестве кислорода установлено, что объемы продуктов сгорания каждого из указанных веществ при 300С относятся как 1.666 : 1. Неизвестный углеводород не обесцвечивает бромную воду и реагирует с концентрированной HNO3 в присутствии концентрированной H2SO4. При окислении его концентрированным раствором перманганата калия образуется кислота следующего состава: 68.83% С, 4.94% Н, 26.23% О. Приведите формулы и названия возможных изомеров неизвестного углеводорода. Составьте уравнения указанных реакций. (26 б.)
4. Пары метанола подвергли каталитическому окислению до альдегида в присутствии стехиометрического количества кислорода. До реакции смесь занимала объем 3 л при 200 С и давлении 800 мм рт. ст., а после реакции ее объем при 150 С и давлении 740 мм рт. ст. оказался равным 3.48 л. Вычислите объемную долю (%) альдегида в смеси после окисления. Каким образом можно вычислить Н указанной выше реакции окисления метанола (газ) до альдегида (газ), если известны значения Н гидрирования альдегида (газ) до метанола (газ) и Н образования воды (газ), равные соответственно (–85 кДж/моль) и (– 242 кДж/моль). (33 б.)
Решение задач Задача 1. S + 6 HNO3(конц.) H2SO4 + 6 NO2 + 2 H2O S + 2 HNO3 (разб.) H2SO4 + 2 NO (NO2 + NO) = 17.92 / 22.4 = 0.8 моль. Объемы газообразных продуктов по условию относятся как 3 : 1, следовательно (NO2) = 0.6 моль, (NO) = 0.2 моль. (S) = 0.2 моль. m(S) = 6.4 г (S) = 6.4 100 / 6.8 = 94.12% (HNO3) = (NO2 + NO) = 0.8 моль. C(HNO3) = 0.8 / 0.056 = 14.3 М (Ba(OH)2) = (H2SO4) = (S) = 0.2 моль. m(Ba(OH)2 твердого) = 0.2 171.35 = 34.27 г. m(Ba(OH)2 раствора) = 34.27 103.89 / 3.89 = 915.25 г
цикло-С3Н5-С(О)-О-С(СН3)3 + Н2О цикло-С3Н5-С(О)ОН + НО-С(СН3)3
НО-С(СН3)3 (СН3)2С=СН2 + Н2О (нагревании в прис. Н2SO4. Продукт - 2-метилпропен).
Пусть формула продукта окисления CxHyОz. x : y : z = 68.23 / 12 : 4.94 / 1 : 26.23 / 16 = 5.73 : 4.94 : 1.64 = 3.5 : 3 : 1 = 7 : 6 : 2. Формула продукта C7H6O2. Это бензойная кислота. Из данных по свойствам следует, что неизвестный углеводород - монозамещенный гомолог бензола С6Н5R. При сгорании 1 моль бензола образуется 9 моль газообразных продуктов при 300 С. С6Н6 + 7.5 О2 6 СО2 + 3 Н2О При сгорании 1 моль неизвестного гомолога бензола образуется 9 1.666 = 15 моль газообразных продуктов. Пусть формула его CnH2n-6 CnH2n-6 + (3n-3) O2 n CO2 + (n-3) H2O n + (n-3) = 15 2n - 3 = 15
2n = 18 n = 9
Состав углеводорода С9Н12. Формула его С6Н5С3Н7. Возможны 2 иомера: пропилбензол С6Н5СН2СН2СН3 и изопропилбензол С6Н5СН(СН3)2
С6Н5С3Н7 + 24 О2 9 СO2 + 6 H2O С6Н5С3Н7 + KMnO4 C6H5COOН + продукты окисления Нитрование в присутствии Н2SO4 в орто- и пара- положения кольца: С6Н5С3Н7 + 3 HNO3 C6H2(NO2)3С3Н7 + 3 H2O Задача 4. 2 СН3ОН + О2 2 Н2С=О + 2 Н2О Стехиометрическая смесь должна содержать 2 л паров метанола и 1 л кислорода (при 200 С и 800 мм. рт. ст.). При количественном протекании реакции объем продуктов возрос бы до 4 л. Реально объем газообразных продуктов и непрореагировавших исходных веществ в пересчете на начальные условия составляет: V1 = (V2 P2 T1) / (P1 T2) = (3.48 740 473) / (800 423) = 3.6 л Пусть х – объем прореагировавшего О2, тогда (1-х) – объем оставшегося О2, 2х – объем образовавшегося СН2О, (2-2х) – непрореагировавшего спирта, (2х) – паров воды. Суммарный объем газов определен: V = (1-х) + (2-2х) + 2х + 2х = 3.6 3 + х = 3.6 х = 0.6
V(СН2О) = 1.2 л (СН2О) = 1.2 100% / 3.6 = 33.3%.
СН2О(г) + Н2(г) СН3ОН(г) Н1 = -85 кДж Н2 (г) + 0.5 О2 (г) Н2О (г)
Н2 = -242 кДж Вычитанием первого уравнения из второго получаем необходимое нам уравнение: СН3ОН(г) + 0.5 О2(г) СН2О(г) + Н2О(г) Н3 = Н(окисления метанола) Н3 = Н2 - Н1 = -242 + 85 = -157 кДж/моль.
жүктеу/скачать 0,84 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|