Всероссийская олимпиада школьников по химии, 2007 год

Всероссийская олимпиада школьников по химии, 2007 год

(задачи рекомендованы методической комиссией Всероссийской

Химической олимпиады школьников, г. Москва)

«Многие металлы вытесняют водород при действии на растворы щелочей. Особенно ясно действует в этом отношении алюминий, потому что его окись со щелочами дает растворимое соединение. Такой способ предложен в России — во время японской войны даже для получения водорода, необходимого для военных аэростатов, потому что остальные (кроме воды) материалы, для него надобные - NaHO и А1 - удобны для перевозки и легки.»

(Д.И. Менделеев, «Основы химии», т.1, М.-Л., ГХИ, 1947, стр. 415.)

1. Напишите уравнение реакции получения водорода по описанному способу.

2. Определите минимальную массу реагентов, необходимых для заполнения аэростата с подъемной силой 150 кг (при н.у.).

3. «Многие металлы вытесняют водород при действии на растворы щелочей.» Какие из металлов (помимо алюминия) могли бы быть использованы для получения водорода таким путем? Приведите уравнения реакций (два примера).

4. Возможно ли использование других "материалов" с большим выходом водорода на единицу транспортируемой массы? (Приведите два примера реакций: а) А1 +...;

б) с участием веществ других классов химических соединений.)

В промышленном процессе получения серной кислоты оксид SО₃, образующийся при окислении SO₂, поглощается серной кислотой (в первой поглотительной башне) с образованием олеума. Олеум можно рассматривать как раствор SО₃ в серной кислоте.

1. Напишите уравнение реакции окисления SО₂ в SО₃.

2. При содержании в олеуме ~ 45% SО₃ температура плавления олеума (и, соответственно, кристаллизации) составляет 35°С (температура плавления H₂SО₄ 10,3 °С). Образованию соединения какого состава это может соответствовать (формула)? Запишите графическую формулу этого соединения.

3. В вашем распоряжении имеется 30%-ный олеум. В каком весовом соотношении следует его смешивать с водой, чтобы получить 40% раствор H₂SО₄ в воде (аккумуляторная серная кислота - раствор серной кислоты, который используется для свинцовых автомобильных аккумуляторов).

4. В каком весовом соотношении надо смешивать воду и 30%-ный олеум для получения безводной серной кислоты. Определите до какой температуры может нагреться образующаяся кислота, если тепловой эффект взаимодействия воды и SО₃ составляет 89,37 кДж/моль, а теплоемкость серной кислоты 138,9 Дж/моль∙К (начальную температуру принять 25 °С, потерями теплоты можно пренебречь).

5. В каком весовом соотношении надо смешивать аккумуляторную кислоту и 30%-ный олеум для получения безводной серной кислоты. Определите, до какой температуры может нагреться образующаяся кислота.

«Глава 13. Что есть живое серебро, и каково его происхождение

...Оно источник всех металлов, как уже отмечено мною раньше. Все металлы сотворены из него. Оно смешивается с железом, и ни один металл не может быть озолочен без помощи живого серебра.

Прибавлю еще. Живое серебро и сера, если их подвергнуть возгонке с нашатырем, обратятся в сверкающий красный порошок. Когда же этот порошок сгорает в пламени, он вновь возвращается к прежнему состоянию»

Альберт Великий "Малый алхимический свод" ХIIIв.

1. "Живое серебро" часто можно встретить в природе в виде сульфидов. Напишите реакцию получения этого металла из сульфида.

2. Как называются сплавы, содержащие "живое серебро". Рассчитайте, сколько атомов "живого серебра" приходится на атом калия в сплаве, если максимальное содержание калия в нем составляет 0,8% по массе. Напишите реакцию этого сплава с водой.

3. При взаимодействии "живого серебра" с азотной кислотой может образоваться либо азотнокислая окись "живого серебра" (содержание "живого серебра" 61,84%), либо азотнокислая закись "живого серебра" (масса одного моля 526 г.) (Все данные в расчете на безводную соль). Напишите уравнения реакций.

4. Окислители легко переводят соединения закиси "живого серебра" в производные окиси. Напишите реакцию взаимодействия хлорида закиси "живого серебра" (каломели) с хлором.

5. Восстановители легко переводят соединения окиси живого серебра в производные закиси. Напишите реакцию хлорида металла с оксидом серы (IV) в растворе.

• Вещество З - черно-серые кристаллы; легко образуют фиолетовые пары, обладающие резким запахом; кристаллическая решетка ромбическая.

• Вещество В - желто-зеленый газ с резким запахом; т. пл. - 100,98 °С;

т. кип - 33,97 °С. Хорошо растворим в неполярных жидкостях, хуже в воде.

Медицинский препарат 1 называется «.... магния» и состоит из двух бинарных веществ А и Б одинакового качественного состава (в состав обоих веществ входят два химических элемента). Нагревание препарата 1 сопровождается выделением бесцветного газа, поддерживающего горение, и потерей массы 4,29%. При этом образуется препарат 2 - «... магния», состоящий исключительно из Б. Оба препарата используются для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, причем 1 оказывает активное противомикробное действие, в отличие от 2.

При растворении Б в серной кислоте и последующей кристаллизации продукта получается вещество В, исторически используемое в качестве легкого слабительного средства. Массовый состав В: 5,7% Н, 71,5% О, 13,0% S, 9,8% Mg.

1. Определите состав веществ А и Б и приведите названия препаратов 1 и 2, учитывая, что название 1 - название соединения А, а название 2 - название соединения Б.

2. Установите состав препарата 1 (массовые %) и химическую формулу вещества В и его название.

4. Рассчитайте, какую массу вещества В можно получить при насыщении 100 г 30%-ной серной кислоты веществом Б при нагревании и кристаллизации раствора при 20°С, если растворимость образующегося соединения при этой температуре составляет 35,1 г на 100 г воды.

5. Чем может быть обусловлена противомикробная активность 1?

1. После растворения смеси хлорида бария и сульфата натрия в воде, масса образовавшегося осадка оказалась в 3 раза меньше массы солей в фильтрате (растворе). Определите массовые доли солей в исходной смеси, если известно, что в фильтрате отсутствуют ионы бария.

2. После растворения смеси хлорида бария и сульфата натрия в воде, масса образовавшегося осадка оказалась в 3 раза больше массы солей в фильтрате (растворе). Определите массовые доли солей в исходной смеси, если известно, что в фильтрате отсутствуют ионы бария.

2. Проанализируйте обе задачи на химическую корректность.

К водным растворам хлоридов калия, магния, кальция, алюминия, меди(II) и железа(Ш) прилили водный раствор карбоната натрия. В пяти пробирках наблюдалось выпадение осадка, в трёх - выделение газа.

2. В каком случае при кипячении маточного раствора (раствора полученного после отделения осадка) происходит выделение дополнительного количества газа и выпадение осадка другого состава по сравнению с первоначальным?

3. Что изменится при замене карбоната натрия на гидрокарбонат?

4. На каких свойствах основано использование питьевой соды в кулинарии и медицине?

5. Можно ли использовать для полоскания горла раствор питьевой соды, растворённой в воде, нагретой до температуры кипения?

1. Вычислите стандартную теплоту сгорания нафталина, если стандартные теплоты образования нафталина, жидкой воды и оксида углерода (IV) равны соответственно:

2. Какое количество теплоты выделится при сгорании 1 г нафталина в калориметрической бомбе?

3. На сколько градусов можно нагреть 1,5 л воды теплотой, полученной при сгорании 1 г нафталина (молярная теплоемкость жидкой воды 75,30 Дж/моль∙К)?

4. Оцените, до какого значения повысится температура 1,5 л воды, если ей передать все количество теплоты, выделившееся при сгорании 20 г нафталина?

При радикальном хлорировании алканов скорости замещения атомов водорода при первичном, вторичном и третичном атоме углерода не зависят от длины и структуры углеродного скелета.

Радикальное хлорирование может быть осуществлено при помощи сульфурилхлорида (SO₂Cl₂)

1. По представленному ниже составу (мол%) продуктов реакций заполните для каждой из них таблицу и рассчитайте соотношение скоростей реакций замещения водорода на галоген у первичного (1°), вторичного (2°) и третичного (3°) атомов углерода

CH₃CH₂CH₂CH₂CH₃ + ClSO₂Cl

CH₃CH₂CH₂CHClCH₃ + CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂Cl +

Замечание: Выход реакции замещения водорода на галоген в расчете на одну связь С–Н пропорционален ее скорости для данного типа атомов углерода.

2. Напишите уравнение реакции радикального хлорирования 2,4- диметилпентана

и предскажите относительные количества моно-хлорзамещенных продуктов.

В своих популярных Рождественских лекциях М.Фарадей для идентификации продуктов горения свечи использовал «...химическое вещество, открытое сэром Гемфри Деви; оно очень энергично действует на воду, и это воздействие будет служить нам для обнаружения воды. Вещество это называется.......достаточно взять маленький кусочек его и бросить в чашку с водой; как только оно попадет на воду, так сейчас же вспыхивает...». Более ста лет назад И.Либих, наблюдая роль......и фосфора в растениях, сказал: «Без этих двух элементов не может быть плодородия наших полей».

1. Какое вещество открыл сэр Г.Деви? Напишите реакцию этого вещества с водой.

2. Из какого соединения и каким образом выделил Г.Деви это вещество? Напишите уравнение реакции.

3. В виде каких соединений вещество, открытое Г.Дэви, встречается в природе и где, по Вашему мнению, в нашей стране находятся основные залежи его минералов, имеющие промышленное значение? Какой может быть окраска минералов и почему?

4. Содержание этого питательного элемента в удобрениях определяют в расчете на условное содержание его оксида. Определите, выше какого значения не может быть условное содержание оксида в хлориде этого вещества (элемента).

5. Напишите уравнение реакции этого вещества с газообразным и с жидким аммиаком.

Бесцветная прозрачная жидкость А, содержащая по массе 8,3% водорода, 32,7% хлора и кислород, при нагревании до 110°С выделяет газ X. После того, как потеря массы жидкости А составит 16,8%, при 110°С перегоняется однородная жидкость В постоянного состава (азеотроп). При охлаждении жидкости А ниже О°С сначала выделяются кристаллы Y, не содержащие хлор, а при более сильном медленном охлаждении (вымораживание) выделяются кристаллы С, содержащие до 65% хлора по массе. Плавление кристаллов С сопровождается частичным выделением того же газа X.

1. Что собой представляют вещества А, В, С, X и Y? Ответ подтвердите расчетами.

2. Объясните, почему при плавлении кристаллов С частично выделяется газ X.

3.Напишите уравнения необратимых реакций жидкости В с тремя неорганическими и двумя органическими соединениями, принадлежащими к разным классам веществ.

1. После растворения смеси хлорида бария и сульфата натрия в воде масса образовавшегося осадка оказалась в 3 раза меньше массы солей в фильтрате (растворе). Определите массовые доли солей в исходной смеси, если известно, что в фильтрате отсутствуют ионы бария.

2. Проанализируйте обе задачи на химическую корректность.

При нитровании хлорбензола смесью концентрированных азотной и серной кислот при нагревании происходит образование соединения А, имеющего три типа атомов водорода (по данным спектров ЯМР ¹Н). Обработка А метилатом натрия в метаноле приводит к образованию вещества В, а при обработке А этилатом натрия в этаноле образуется соединение С. Растворение В в этаноле и С в метаноле и выдерживание полученных растворов в течение длительного времени в присутствии каталитических количеств соответствующих алкоголятов приводит к образованию смесей Е одинакового качественного, но разного количественного состава. При изучении механизма этих процессов было обнаружено, что в обоих случаях образуется одно и то же промежуточное соединение D.

1. Изобразите структуры соединений А, В, С и D, укажите качественный состав смеси Е.

2. Напишите, какое ароматическое соединение будет преобладать в смеси Е при ее получении: а) из В;

3. Соединение А в присутствии влаги обладает раздражающим действием на слизистые оболочки. Объясните это явление, ответ подтвердите уравнением реакции.

В середине прошлого века специалистами компании «Дюпон» был разработан промышленный метод синтеза вещества F-11, оказавшегося полезным в различных областях техники. В последующие годы были синтезированы и изучены еще несколько десятков веществ, «похожих» на F-11, большинство из которых также обладали рядом ценных свойств.

В связи с большим количеством и широкой распространенностью соединений типа F-11 было принято решение создать для этих соединений собственную номенклатуру, которая на данный момент стала для них общепринятой. В приведенной таблице показана «зависимость» молекулярной массы от «кода» соединения.

(данные в таблице приведены в соответствии с атомными массами с точностью до второго знака после запятой)

Все вещества, приведенные в таблице, являются производными насыщенных углеводородов. При 25°С все вещества - бесцветные газы, устойчивые на воздухе.

Термолиз (или импульсный фотолиз) F-23 и F-14 приводит к одному и тому же продукту - очень реакционноспособной частице А, которая может существовать как в триплетном, так и в более устойчивом синглетом состоянии.

1) Приведите состав всех соединений, упомянутых в тексте задачи.

2) Приведите схему синтеза любых двух соединений из таблицы.

3) Приведите схему реакции термолиза соединений F-23 и F-14. Приведите название соединения А.

5) Приведите собирательное название веществ, указанных в таблице.

6) В соответствии с международным Монреальским протоколом, вступившим в силу 1 января 1989 г, производство большинства описанных в задаче соединений было значительно снижено к 1990 г и полностью прекращено к 2005г. Данное соглашение нанесло серьезный удар по некоторым отраслям промышленности и повлекло за собой значительные материальные убытки. Как вы думаете, в чем причина столь радикального решения?

Большая часть фундаментальных химических законов тесно связана с достижениями квантовой физики, термодинамики и кинетики. Многие из этих законов знакомы вам из школьных учебников химии и физики.

1. Подберите каждому из уравнений (I колонка) соответствующее описание (II колонка) и автора (первооткрывателя) с чьим именем (именами) связано уравнение (III колонка).

(*) Т_н - температура нагревателя; Т_х - температура холодильника.

2. Назовите шесть обладателей Нобелевской премии, представленных в колонке III.

3. Какую размерность имеют в Международной системе измерения физических величин СИ (System International) следующие величины, использованные в уравнениях: h, R, М.

Основные величины СИ: длина [м], время [с], масса [кг],

Примеры: сила [Н = кг∙м/с²], энергия [Дж = Н∙м = кг∙м²/с²].

1. Уравнение реакции алюминия с раствором гидроксида натрия............................ 16.

2. Выбор уравнения реакции............................................................................................ 1 б.

расчёт массы алюминия............................................................................................. 2 б.

расчёт массы гидроксида натрия.............................................................................. 2 б.

3. Уравнения реакции с другими металлами(1 б. за уравнение)................................ 2 6.

4. Два примера возможности замены реагентов........................................................ 2 6.

1. За уравнение.......................................................................................................... 1 б.

2. Состав................................................................................................................... 1 б.

Формула.................................................................................................................. 1 б.

3. За правильное соотношение................................................................................ 2 6.

4. За соотношение.................................................................................................... 1 б.

За повышение температуры............................................................................... 2 б.

5. За соотношение..................................................................................................... 1 б.

За повышение температуры.................................................................................. 2 б.

1. Установление ртути.............................................................................................. 1 б.

уравнение реакции обжига сульфида ртути...................................................... 1 б.

2. Амальгамы...............................................................................................................1 б.

Соотношение............................................................................................................. 2 б.

Реакция.......................................................................................................................1 б.

3. Реакции получения нитратов ртути (по 1 б. за реакцию)................................. 2 б.

(возможны варианты записи с выделением NO и NO₂)

4. Реакция.......................................................................................................................1 б.

5. Реакция........................................................................................................................ 1 б.

1. По 1 б. за каждое вещество (6 веществ).............................................................. 6 б.

2. По 0,5 б. за каждое уравнение (8 реакций)........................................................... 4 б.

1. За состав + название............................................................................... 2x1 = 2 балла.

2. За состав препарата 1........................................................................................... 1 б.

За формулу и название В........................................................................................ 1 б.

3..................................................................................................................... 2x1 = 2 балла

4................................................................................................................................ 3 балла

5................................................................................................................................... 1 балл

Формально задача 2 имеет арифметическое решение. НО при этом количество оставшегося в растворе сульфата натрия равно отрицательной величине:

Следовательно, задача 2 не имеет химически корректного решения.

1. Уравнение химической реакции.......................................................................... 0,5 б.

2. Вывод о том, что хлорид бария дан в недостатке и в растворе будут сульфат и хлорид натрия.........................................................................................................................1 б.

3. Выражение количества одной соли в исходной смеси через количество другой в задаче 1................................................................................................................................. 2 б.

4. Расчет ω(Na₂SO₄) в первой задаче......................................................................1 б.

5. Расчет ω(ВаС1₂) в первой задаче....................................................................... 1 б.

6. Выражение количества одной соли в исходной смеси через количество другой в задаче 2.................................................................................................................................... 2 б.

7. Расчет ω(Na₂SO₄) и ω(ВаС1₂) во второй задаче не оценивается, т.к. необходимый вывод можно получить на предыдущей стадии решения ………………………………………………………………..................................... 0 б.

8. Обоснованный вывод о том, что задача 2 не имеет химического решения.................................................................................................................................... 2,5 б.

1. По 1 6. за каждую реакцию...................................................................................6 б.

2. За уравнение............................................................................................................. 1 б.

3. За уравнение..............................................................................................................1 б

4. За кулинарию........................................................................................................ 0,5 б.

За медицину........................................................................................................... 0,5 б.

5. За обоснованный ответ......................................................................................... 1 б.

1. Термохимический расчет теплоты реакции сгорания нафталина..................... 2 б.

2. Расчет количества теплоты, выделившегося при сгорании 1 г нафталина.... 1 б.

3. Расчет изменения температуры воды при сгорании 1 г нафталина................ 3 б.

4. Расчет количества теплоты, выделившегося при сгорании 20 г нафталина.. 1 б.

5. Оценка максимальной температуры воды...........................................................5 б

1. Заполнение таблицы................................................................................................ 2 б.

2. Расчет выхода продукта на 1 связь...................................................................... 1 б.

3. Расчет отношения скоростей замещения............................................................ 2б.

4. Уравнение реакции хлорирования 2,4-диметилпентана (с указанием продуктов А,В,С …………………………………………………………………………………………………….2 б

5. Расчет относительных количеств продуктов..................................................... 3 б.

1. Установление веществ А и В (с расчетами и указанием концентраций растворов)

(по 2 балла за вещество)......................................................................................... 4 б.

(если указано только, что А и В - растворы соляной кислоты - по 0,5 б за вещество)

2. За указание состава С (с расчетами)......................................................... 2 б.

3. За указание вещества X...................................................................................... 0,5 б,

4. За указание вещества Y......................................................................................... 1 б.

5. За уравнения пяти реакций (принимаются любые правильно написанные реакции по одной для каждого класса - три из разных классов неорганических веществ и две из разных классов органических веществ) (по 0,5 б за реакцию)..................................................... 2,5 б.

Состав каждого из 6 соединений в таблице (по 0,5 б).............................................. 3 б.

Синтез двух веществ из таблицы (по 1 баллу за уравнение).................................... 2 б.

Получение карбена из двух веществ (по 1 баллу за реакцию).................................... 2 б.

Название А...................................................................................................................... 1 б.

Применение соединений F.......................................................................................... 0,5 б.

1. 0,5 балла за каждое верное соответствие...................................................... 5,5 б.

2. 0,5 балла за каждую фамилию.............................................................................. 3 б.

3. по 0,5 балла за каждый верный ответ...............................................................7,5 б.

Всероссийская олимпиада школьников по химии, 2007 год

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: