Олимпиада по химии для школьников. II тур.

Транскрипт

1 Олимпиада по химии для школьников. II тур. Учащимся 11 классов предлагается два варианта заданий, каждый из которых содержит по 10 задач и заданий на следующие темы: - строение атома; - качественное и количественное определение неорганических и органических соединений; - классы неорганических и органических соединений; - окислительно-восстановительные реакции; - активность металлов; - расчет по уравнению реакции; - скорость реакции, химическое равновесие; - массовая доля; - объемные отношения газов; - вывод формулы органического вещества. Уровень сложности заданий оценивается в баллах, которые указаны в скобках. При условии правильного решения всех задач, участник олимпиады набирает 100 баллов. Варианты заданий II тура олимпиады. Вариант Химический элемент состоит из двух изотопов, находящихся в соотношении 9:1. Ядро первого изотопа содержит 10 протонов и 10 нейтронов, ядро второго 10 протонов и 12 нейтронов. Вычислить относительную атомную массу химического элемента. (5 2. В четырех пробирках имеются растворы хлорида натрия, карбоната натрия, нитрата серебра и фосфорной кислоты. Используя только эти вещества идентифицируйте содержимое пробирок. (10 3. Напишите реакции для следующих превращений: Fe FeCl 2 Fe(OH) 2 Fe(OH) 3 [Fe(OH) 2 ] 2 SO 4 FeOHSO 4 Fe(HSO 4 ) 3 Fe(OH) 3 Fe 2 O 3 Fe. (5 Приведите сокращенные ионно-молекулярные уравнения для ионных реакций, для окислительно-восстановительных реакций составьте схемы электронного баланса. 4. Допишите уравнения реакций. Укажите окислитель и восстановитель. Составьте схемы электронного баланса. (10 KNO 3 + Al + + NH 3 + k[al(oh) 4 ] P 4 + AgNO 3 + H 3 PO H 2 O NaOH Na 2 CrO 4 + Na 2 SO 4 + Cr(OH) 3 + NaOH(конц.) + H 2 O 2 (конц.). + Н 2 О

2 Li 2 S + HNO 3 (конц.) + + S + H 2 O K 2 MnO 4 + K 3 PO 4 + H 2 O KMnO KOH 5. При растворении смеси опилок меди, железа и золота в концентрированной азотной кислоте образовалось 6,72 л (н.у.) газа и 8,55 г нерастворившегося остатка. При растворении такой же навески в соляной кислоте выделилось 3,36 л газа (н.у.). Определите процентный состав смеси. (15 6. Из 200 мл озонированного воздуха после разложения содержащегося в нем озона образовалось 216 мл газа. Вычислите объемную долю озона в воздухе. (10 7. Через некоторый промежуток времени после начала реакции 3А + В 2Д концентрации веществ оказались равны: [A] = 1,8 моль/л, [B] = 1 моль/л, [Д] = 0,8 моль/л. Чему равна начальная концентрация вещества А ([A] 0 )? (5 8. Имеется раствор карбоната натрия с массовой долей 0,1. Сколько этого раствора надо взять и сколько к нему добавить кристаллогидрата Na 2 CO 3. 10H 2 O, чтобы получить раствор карбоната натрия массой 540 г и массовой долей 0,15. (10 9. При сгорании 13,44 л смеси СО, СН 4 и С 2 Н 2 образовалось 17,92 л СО 2 и 9 г воды. Объемы газов измерены при нормальных условиях. Сколько литров каждого газа содержалось в смеси? ( Раствор фенола в метаноле массой 73,4 г реагирует без остатка с 960 г 5%- ного раствора брома. Найдите объем водорода (н.у.), который выделится при действии 183,5 г такого раствора фенола в метаноле на избыток натрия. (15 Вариант Даны неполные структуры атомов элементов: 3d 1 4s 2 ; 5s 2 5p 6 ; 4f 5 5d 1 6s 2. Составьте полные электронные формулы атомов элементов, определите порядковый номер элемента, а также семейство и группу, к которым они относятся. (5 2. В смеси солей в твердом виде находятся хлорид натрия, карбонат магния и сульфат бария. Разделить смесь на компоненты и доказать наличие каждого компонента. (10 3. Напишите реакции для следующих превращений: Al Al(NO 3 ) 3 Al(OH) 3 Na 3 [Al(OH) 6 ] Al 2 (SO 4 ) 3 Al(HSO 4 ) 3 Al(OH) 3 Al 2 O 3 Al. (5 Приведите сокращенные ионно-молекулярные уравнения для ионных реакций, для окислительно-восстановительных реакций составьте схемы электронного баланса. 4. Допишите уравнения реакций. Укажите окислитель и восстановитель. Составьте схемы электронного баланса. (10 H 2 O 2 + H 2 SO 4 + KMnO 4 MnSO 4 + H 2 C 2 O 4 + H 2 SO 4 + KMnO 4 CO 2 +

3 KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 I 2 + NaCrO 2 + Br 2 + NaOH Na 2 CrO 4 + Cu 2 S + HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + SO 2 + K 2 SO 3 + H 2 O + KMnO 4 MnO Имеется сплав двух металлов. Один компонент сплава растворяется в щелочах, оба металла растворяются в хлороводородной кислоте. В соединениях оба металла проявляют степень окисления +2. При действии раствора гидроксида натрия на образец сплава массой 5,7 г выделился водород объемом 2,24 л (н.у.). Масса нерастворившегося остатка составила 4,8 г. При растворении образца сплава массой 3,42 г в хлороводородной кислоте образовался водород объемом 4,032 л (н.у.). Назовите металлы, образующие сплав. Вычислите их массовые доли. (15 6. Определите формулу оксида элемента II группы, если из 6,84 г гидроксида этого элемента можно получить 11,88 г его бромида. Какие вещества и в каком количестве выделятся на катоде при полном электролизе бромида этого металла. (10 7. Обратимая реакция описывается уравнением А + В С + Д. Смешали по одному молю всех веществ. После установления равновесия в смеси обнаружено 1,5 моля вещества С. Вычислите константу равновесия данной системы. ( ,5 г оксида фосфора (V) растворили в 200 г 10%-ного раствора ортофосфорной кислоты. Определите массовую долю растворенного вещества в полученном растворе. (10 9. При полном гидрировании смеси метана и этилена плотность по водороду возросла на 0,4. Определите объемные доли газов в исходной смеси. ( ,038 г углеводорода А, массовая доля углерода в котором составляет 94,737% полностью реагирует с 0,23 г натрия. При полном гидрировании вещества А образуется вещество Б, в котором массовая доля углерода составляет 83,72%. Определите возможные структуры вещества А. (15 Примеры решения задач. 1. Атомная масса химического элемента «Сl» равна 35,5 а.е.м. Этот элемент имеет два изотопа 35 17Cl и 37 17Cl. Определите массовые доли каждого изотопа. Пусть х массовая доля изотопа 37 17Cl, %; (100 х) массовая доля изотопа 35 17Cl, %; А атомная масса химического элемента «Cl» А =(х. М( 37 Cl) + (100-x). M( 35 Cl))/100 35,5 = (37x + 35(100-x))/100 х=25%

4 Ответ: массовая доля изотопа 37 Cl - 25%, массовая доля изотопа 35 Cl 75%. 2. В трех пронумерованных пробирках без этикеток находятся растворы соляной и азотной кислоты, а также раствор нитрата бария. С помощью каких химических реакций можно распознать эти вещества? Берем пробы из пробирок 1, 2, 3. В каждую пробирку добавляем по каплям раствор нитрата серебра. В пробирке, где находится соляная кислота, выпадет белый осадок по реакции: HCl + AgNO 3 = AgCl + HNO 3 В две оставшиеся пробирки добавляем раствор серной кислоты. В пробирке, где находится нитрат бария, выпадет белый кристаллический осадок сульфата бария по реакции: Ba(NO 3 ) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HNO 3 В оставшейся пробирке содержится азотная кислота. 3. Две пластины двухвалентного металла одинаковой массы погрузили в раствор нитрата свинца (II) и нитрата меди (II).Через некоторое время масса пластинки в нитрате свинца увеличилась на 19%, а в растворе нитрата меди уменьшилась на 9,6%. Какой металл был взят? Уравнения реакций, которые протекают в растворах: Ме + Pb(NO 3 ) 2 = Me(NO 3 ) 2 + Pb Me + Cu(NO 3 ) 2 = Me(NO 3 ) 2 + Cu Δm 1 = m(pb) m(me) Δm 2 = m(me) m(cu) Δm 1 увеличение массы одной пластинки, г Δm 2 уменьшение массы второй пластинки, г m масса исходной пластинки, г 19 = (Δm 1 /m) ,6 = (Δm 2 /m). 100 (Δm 1 /19). 100 =( Δm 2 /9,6). 100 Δm 1. 9, = Δm (m(pb) m(me)), 9,6 = (m(me) m(cu)). 19 9,6m(Pb) + 19m(Cu) = 19m(Me) + 9,6m(Me) 9, = 28,6m(Me) m(me) = 112 M = 112г/моль Ответ: металл Cd. 4. В водный раствор гидроксида натрия массой 50 г опустили кусочек металлического натрия массой 2,3 г. После окончания реакции в сосуде находится

5 раствор гидроксида натрия с массовой долей растворенного вещества 10%. Определите массовую долю гидроксида натрия в исходном растворе. По уравнению реакции рассчитаем массу образовавшегося NaOH и выделившегося водорода исходя из массы натрия. 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H г Na г NaOH 2,3 г Na - x г NaOH m(naoh) = x = (2, )/(23. 2) = 4 г г Na 2. г NaOH 2,3 г Na y г Н 2 m(h 2 ) = y = 2,3. 2/(2. 23) = 0,1 г После погружения в раствор натрия и выделения водорода масса раствора стала: m р = 50+2,3 0,1 = 52,2 г Так как массовая доля NaOH в полученном растворе стала 10%, найдем массу растворенного вещества в нем: m (NaOH) = 52,2. 0,1 = 5,22 г ~ 5,2 г Масса NaOH в исходном растворе: 5,2 4,0 1,2 г Массовая доля NaOH в исходном растворе: ω(naoh) = 1, /50 =2,4% Ответ: массовая доля гидроксида натрия в исходном растворе 2,4%. 5. Определите величину константы равновесия процесса СО(г) + 2Н 2 (г) СН 3 ОН(г), если начальные концентрации реагирующих веществ (в моль/л) составили 1,2 и 1,5 для оксида углерода (II) и водорода соответственно, а равновесие установилось, когда прореагировало 65% взятого водорода. К р = [CH 3 OH] p /[CO] p [H 2 ] p 2 Прореагировало 65% водорода: 1,5. 0,65 = 0,975 моль/л Равновесная концентрация водорода составила: [H 2 ] p = 1,5 0,975 = 0,525 моль/л По уравнению реакции 1 моль СО взаимодействует с 2 молями водорода, поэтому с 0,975 молями водорода взаимодействует 0,4875 моль СО. К моменту равновесия СО осталось [CO] p = 1,2 0,4875 = 0,7125 моль/л По уравнению реакции количество образовавшегося СН 3 ОН равно количеству СО, вступившего в реакцию: [CH 3 OH] p = 0,4875 моль/л К р = 0,4875/0, ,525 2 = 2,48

6 Ответ: константа равновесия процесса 2, При термохимическом разложении оксида серы (VI) глубина протекания реакции составила 80%. Все вещества находятся в газообразном состоянии. Вычислите плотность по водороду полученной смеси. 2SO 3 2SO 2 + O 2 Пусть в реакцию вступает 2 моля SO 3, т.к. глубина протекания реакции 80%, то при этом образуется: 2. 0,8 = 1,6 моль SO 2 и 0,8 моль О 2 Прореагировало: 2. 0,8 = 1,6 моль SO 3 Осталось: 2 1,6 = 0,4 моль SO 3 Полученная смесь газов состоит из: 1,6 моль SO 2, 0,8 моль О 2, 0,4 моль SO 3 Найдем молярную массу полученной смеси: М см = (1, , ,4. 80)/(1,6+0,8+0,4) = 57,14 г/моль Плотность по водороду составит: Д Н2 = М см /М Н2 = 57,14:2 = 28,57 Ответ: плотность по водороду полученной смеси 28, На формальдегид полученный окислением метана подействовали избытком свежеосажденного гидроксида меди (II) и получили красно-коричневый осадок. При действии на осадок избытка разбавленной азотной кислоты выделился 1 л газа (н.у.). Найдите объем исходного метана. СН 4 НСОН НСОН + 2Cu(OH) 2 Cu 2 O + HCOOH 3Cu 2 O + 14HNO 3 = 6Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 7H 2 O Из уравнений реакций количества Cu 2 O, HCOH, CH 4 равны между собой. Количество NO, выделившегося в результате реакции, равно: n=1/22,4 = 0,0446 моль Количество Cu 2 O: n(cu 2 O) = 0, :2 = 0,0669 моль Количество СН 4 : n(ch 4 ) = n(cu 2 O) = 0,0669 моль Объем СН 4 равен: V = 0, ,4 = 1,5 л Ответ: объем метана 1,5 л.