- •Муниципальный этап Всероссийской олимпиады школьников по химии
- •Муниципальный этап Всероссийской олимпиады школьников по химии
- •9 Класс 2015 год
- •1, 2 Реакции по 1,5 балла; 3, 4, 5 реакции по 2 балла.
- •Муниципальный этап Всероссийской олимпиады школьников по химии
- •10 Класс 2015 год
- •Муниципальный этап Всероссийской олимпиады школьников по химии
- •11 Класс 2015 год
Муниципальный этап Всероссийской олимпиады школьников по химии
11 Класс 2015 год
ЗАДАНИЯ С РЕШЕНИЯМИ
Задача 11-1. Теплота образования химического соединения – это тепловой эффект химической реакции образования 1 моль этого вещества из простых веществ, взятых в наиболее устойчивом состоянии при давлении 1,01•105 Па и температуре 25°С.
1. Исходя из этого определения, напишите термохимические уравнения реакций, тепловой эффект которых будет равен теплоте образования газообразного аммиака [Qобр (NH3 (г.))], углекислого газа [Qобр (CO2 (г.))], жидкой воды [Qобр (H2O (ж.))] и мочевины [Qобр (NH2–CO–NH2 (тв.))].
2. На основании этих уравнений выведите формулу расчета Qx реакции (Х):
NH3 (г.) + CO2 (г.) —> (NH2)2CO (тв.) + H2O (ж.) + Qx, (Х)
через теплоты образования участвующих в реакции веществ.
3. Следствием из какого закона является выведенная вами формула?
4. Рассчитайте тепловой эффект реакции (Х), исходя из данных таблицы:
Вещество |
NH3 (г.) |
(NH2)2CO (тв.) |
СО2 (г.) |
H2O (ж.) |
Qобр, кДж/моль |
46,2 |
333,2 |
393,5 |
285,8 |
5. Какое количество теплоты выделится при образовании мочевины (уравнение Х), если исходные объемы аммиака и углекислого газа (н.у.) равны соответственно 8,96 и 17,38 л? Выход в реакции считать за 100%.
Решение:
№ вопросов |
Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла) |
баллы |
1 |
Запишем термохимические уравнения, тепловые эффекты которых равны соответствующим теплотам образования: 1,5H2 (г.) + 0,5N2 (г.) = NH3 (г.) + Qобр (NH3 (г.)), (1) С (гр.) + О2 (г.) = СО2 (г.) + Qобр (CO2 (г.)), (2) N2 (г.) + 2H2 (г.) + С (гр.) + 0,5O2 (г.) = (NH2)2CO (тв.) + Qобр (NH2–CO–NH2 (тв.)), (3) H2 (г.) + 0,5O2 (г.) = H2O (ж.) + Qобр (H2O (ж.)). (4) |
1б
1б
1б
1б |
2 |
Термохимическое уравнение, тепловой эффект которого надо определить: 2NH3 (г.) + CO2 (г.) = (NH2)2CO (тв.) + H2O (ж.) + Qx. (Х) Уравнение (Х) получим, сложив уравнения (3) и (4) и вычтя из этой суммы уравнение (2) и удвоенное уравнение (1):
Отсюда Qx = Qобр (NH2–CO–NH2 (тв.) + Qобр (H2O (ж.)) – Qобр (CO2 (г.)) – 2Qобр (NH3 (г.)). |
3б
|
3 |
Это следствие из закона Гесса (определение теплового эффекта реакции через теплоты образования участвующих в реакции веществ). |
1б |
4 |
Qx = 333,2 + 285,8 – 393,5 – 2•46,2 = 133,1 кДж. |
1б |
5 |
(NH3) = 8,96/22,4 = 0,4 моль; (CO2) = 17,38/22,4 = 0,77 моль. Очевидно, что CO2 дан в избытке, следовательно, расчет надо проводить исходя из количества аммиака. При взаимодействии веществ, данных в условии задачи, выделится
|
1 б
1б
1 б
|
|
Всего |
12 б |
Задача 11-2.
Смесь массой 20 г, состоящая из метиламина, аминоуксусной кислоты и этилацетата может прореагировать с 4,93 л хлороводорода (н.у.). Эта же смесь массой 40 г может прореагировать с 300 мл 1,4 М раствора гидроксида калия. Вычислите массовые доли веществ в исходной смеси.
Решение:
Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла) |
Баллы |
С хлороводородом реагируют метиламин и аминоуксусная кислота (глицин): CH3NH2 + HCl →[CH3NH3]+Cl–; H2NCH2COOH + HCl → [H3NCH2COOH]+Cl– |
2 |
C гидроксидом калия могут реагировать глицин и этилацетат: H2NCH2COOH + KOH → H2NCH2COOK + H2O; CH3COOC2H5 + KOH → CH3COOK + C2H5OH |
1 1 |
Количество хлороводорода n(НСl)= 4,93/22,4 = 0,22 (моль), Количество гидроксида калия n(КОН)=0,3*1,4 = 0,42 (моль) |
0,75 0,75 |
Обозначив за x, y и z количества метиламина, глицина и этилацетата в смеси массой 20 г, составим систему из 3 уравнений: 31x + 75y + 88z = 20 x + y = 0,22 2y + 2z = 0,42 , решая которую получим х = 0,1; y = 0,12; z =0,09 |
3 |
Массовые доли метиламина, глицина и этилацетата в смеси: ω(CH3NH2) = (31*0,09)/20 = 0,15 (15%) ω(H2NCH2COOH) = (75*0,12)/20 = 0,45 (45%) ω(CH3COOC2H5) = (88*0,09)/20 = 0,40 (40%) |
0,5 0,5 0,5 |
Все элементы ответа записаны неверно |
0 |
Максимальный балл |
10 |
Задача 11-3.
Для газообразного вещества Х с резким запахом известны следующие превращения:
Х + Na → A + ...
A + H2O → X + …
X + HCl → B
B = X + … ( при нагревании)
X + O2 → C + H2O
X + O2 → D + H2O (реакция в присутствии катализатора)
D + O2 → E
E + O2 + H2O → F
F + P2O5 → G + …
X + F → H
Н = I + H2O (при нагревании)
Назовите соединения A –I, X. Напишите уравнения всех реакций.
В ряду соединений J–D–E–G не хватает еще одного соединения J. Назовите его и напишите реакцию получения с использованием только веществ, указанных в задаче.
Решение:
X — аммиак.
A — амид натрия NaNH2,
В — хлорид аммония NH4Cl,
С — азот N2,
D — оксид азота(II) NO,
Е — оксид азота(IV) NO2 или N2O4,
F — азотная кислота HNO3,
G — оксид азота(V) N2O5,
H — нитрат аммония NH4NO3,
I — оксид азота(I) N2O.
2NH3 + 2Na → 2NaNH2 + H2
NaNH2 + H2O → NH3 + NaOH
NH3 + HCl → NH4Cl
NH4Cl = NH3 + HCl (при нагревании)
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (в присутствии катализатора)
2NO + O2 → 2NO2
4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3
2HNO3 + P2O5 → N2O5 + 2H3PO3 или 6HNO3 + P2O5 → 3N2O5 + 2H3PO4
NH3 + HNO3 → NH4NO3
NH4NO3 → N2O + 2H2O (при нагревании)
В ряду оксидов не хватает оксида азота(III) N2O3, который образуется при охлаждении эквимолярной смеси оксидов азота (II) и (IV):
NO + NO2 → N2O3
Оценка задачи: 9 баллов
-указаны все неизвестные вещества – 3 балла (0,3 балла за каждую верно определенную формулу)
-составлены все уравнения химических реакций – 5,5 баллов (0,5 балла за каждое уравнение)
-определен недостающий оксид азота – 0,5 балла
Задача 11-4.
Современной промышленности часто требуются высокочистые металлы. Есть много способов их очистки, один из которых – метод электрохимического рафинирования. Так, для получения металла X высокой чистоты через водный раствор его сульфата пропускают электрический ток с электродами, сделанными из Х. При пропускании в течение двух часов через этот раствор тока силой 15А на аноде выделилось 89,3г металла Х.
Определите металл Х ( известно, что он входит в число «семи металлов древности»). Ответ подтвердите расчётом.
Какие минералы, в состав которых входит металл Х, вы знаете? Приведите химические формулы двух из них, а также названия.
Если к Х прилить избыток концентрированной серной кислоты, то образуется раствор соли А (реакция 1), добавление к которому NaOH вызывает выпадение осадка Б сине-голубого цвета (реакция 2). Добавляя Б к раствору формальдегида при нагревании, можно получить соединение В (реакция 3), а также вещество Г желтого цвета. В ходе реакции наблюдается изменение окраски раствора с жёлтой до красной.
Определите вещества А-Г, напишите упомянутые уравнения реакций и назовите их продукты, если известно, что А, Б , Г содержат Х, а В – нет.
С помощью уравнения реакции объясните, почему раствор в реакции 3 краснеет не сразу.
Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла) |
Баллы |
«Семёрка металлов древности» – это Pb, Fe, Au, Ag, Hg, Cu, Sn. Сульфаты не всех металлов растворимы в воде, т.е. не подвергаются электролизу в растворе. |
2 |
С помощью уравнения Фарадея определим возможное значения молярных массы солей: m = (M*I*t)/(n*F), откуда M = (m*n*F)/(I*t) = (0,0893*96500*n)/(15*3600*2) = 0,0798n |
2 |
При n=1 М=79,8г/моль При n=2 М=159,6г/моль, что соответствует сульфату меди CuSO4 При n=3 M=239,4г/моль, ни один из указанных сульфатов не подходит |
2 |
Таким образом, металл Х – медь. |
0,5 |
Малахит (СuOH)2CO3, халькопирит или медный колчедан СuFeS2, халькозин или медный блеск Cu2S. |
1 |
Реакция 1: Сu + 2H2SO4 (конц.) → CuSO4 + SO2 + H2O. Образуются сульфат меди(II) (А), оксид серы(IV) и вода |
0,5 |
Реакция 2: СuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 ↓ + Na2SO4. Получается гидроксид меди(II) (Б) сине-голубого цвета и сульфат натрия |
0,5 |
Реакция 3: СН2О + Сu(OH)2 → HCOOH + 2CuOH +H2O (при нагревании). |
1 |
Продукты: HCOOH –муравьиная кислота (В); CuOH - гидроксид меди(I) (Г) жёлтого цвета |
0,5 |
который далее распадается на оксид меди (I) красного цвета и воду: 2CuOH → Cu2O + H2O. Этим и объясняется постепенное изменение окраски раствора. |
1 |
Всего |
11 |
Задача 11-5.
В пробирках имеются концентрированные растворы следующих кислот: щавелевой, серной, иодоводородной, фосфористой, азотной, муравьиной.
1. Как, не привлекая никаких других реактивов установить содержимое каждой пробирки?
2. Напишите уравнения реакций.
3. Укажите признаки реакций.
Решение:
Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла) |
Баллы |
Концентрированная серная кислота как сильный окислитель будет взаимодействовать с иодоводородной кислотой, проявляющей восстановительные свойства: 8HI + H2SO4 = 4I2↓ + H2S↑ + 4H2O Выпадает коричневый осадок йода и выделяется сероводород с неприятным запахом тухлых яиц. |
2
|
Специфическим свойством муравьиной кислоты является ее способность разлагаться на оксид углерода (II) и воду под действием концентрированной серной кислоты, проявляющей водоотнимающие свойства: H2SO4(к) НСООН →CO + H2O выделяется бесцветный газ с неприятным запахом |
1 2 2 |
Концентрированная серная кислота при нагревании отнимает от щавелевой кислоты воду: t0, H2SO4(к) Н2С2О4 → СО2↑ + CO↑ + H2O выделяются бесцветные газы |
1 2 1 |
Фосфористая кислота как восстановитель может реагировать с азотной кислотой, являющейся сильным окислителем: H3PO3 + 2HNO3 = H3PO4 + 2NO2↑ + H2O выделяется бурый газ |
1 2 1 |
Азотная и серная кислоты, являющиеся сильными окислителями друг с другом не реагируют |
2 |
Все элементы ответа записаны неверно |
0 |
Максимальный балл |
20 |