Ростовский Н.В. (№ 5), Пошехонов И.С. (№ 6)
Решения заданий ОТБОРОЧНОГО (РАЙОННОГО) ЭТАПА
Теоретический тур
Класс
Авторы задач – Бегельдиева С.М. (№№ 1, 2), Пошехонов И.С. (№№ 3 – 5)
I вариант
1. Пусть формула искомого соединения OxNyXz. Тогда x : y : z = 56,6/16 : 16,5/14 : (100 – 56,5 – 16,5)/M(X) = 3,54 : 1,18 : 27/M(X) = 3 : 1 : 23/M(X). По условию количество вещества азота в данном соединении равно количеству вещества элемента Х, т.е. 1 = 23/M(X), M(X) = 23. Следовательно, неизвестный элемент – натрий. Формула добавки: NaNO3 (нитрат натрия).
Рекомендации к оцениванию:
1) Нахождение М(Х) 2 балла = 2 балла
2) Нахождение х, у, z 2 балла = 2 балла
3) Формула вещества 0,5 балла = 0,5 балла
4) Название вещества 0,5 балла = 0,5 балла
ИТОГО 5 баллов
2.Химические явления: созревание плодов (изменение цвета), гниение растения и его частей (изменение цвета, запаха), фотосинтез (выделение газа).
Физические явления: механическое разрушение растения и его частей, образование конденсата (росы).
Рекомендации к оцениванию:
1) Каждое химическое явление по 0,6 балла 0,6∙3 = 1,8 балла
2) Признак химического явления по 0,6 балла 0,6∙3 = 1,8 балла
3) Каждое физическое явление по 0,7 балла 0,7∙2 = 1,4 балла
ИТОГО 5 баллов
3. ν(Cu20) = N/NA = 3,36∙1021/6,02∙1023 = 0,0056 моль;
m(Cu20) = νM = 0,0056∙1280 = 7,168 г;
V(Cu) = m/ρ = 7,168/8,92 = 0,8 см3.
Рекомендации к оцениванию:
1) Расчет ν; m;V по 1,5 балла 1,5∙3 = 4,5 балла
2) Отсутствие ошибок в вычислениях 0,5 балла = 0,5 балла
ИТОГО 5 баллов
4. Пользуясь основным правилом определения степеней окисления в соединениях, а именно, что сумма всех степеней окисления с учетом числа атомов должна быть равна нулю, легко вычислить: Cr+6O3, Cr2+3O3, Cr+2(NO3)2, K2Cr+6O4, [Cr+3(H2O)6]Cl3.
Рекомендации к оцениванию:
1) Правильная степень окисления Cr в соединении 1 балл 1∙5 = 5 баллов
ИТОГО 5 баллов
5. При сгорании металлов протекают следующие реакции:
2Mg + O2 → 2MgO
4Al + 3O2 → 2Al2O3
По условию массы металлов равны. Пусть m(Mg) = m(Al) = x г, тогда:
| Mg | Al | MgO | Al2O3 | |
| ν, моль | x/24 | x/27 | x/24 | x/(27∙2) |
| M, г/моль | ||||
| m, г | x | x | 40x/24 | 102x/(27∙2) |
По условию на чаши весов осело 100 – 20 = 80% оксидов по массе. С учетом этого можно составить следующее уравнение:
(102x/(27∙2) – 40x/24)∙0,8 = 0,2
Решая которое, получим, что x = 1,125 г.
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнения реакций по 1 баллу 1∙2 = 2 балла
2) Уравнение 2 балла (без учета 80% – 1 балл) = 2 балла
3) Верная масса магния и алюминия 1 балл = 1 балл
ИТОГО 5 баллов
II вариант
1. Пусть формула искомого соединения OxNyXz. Тогда x : y : z =47,5/16 :13,9/14 : (100 – 47,5 – 13,9)/M(X) = 2,97: 0,99: 38,6/M(X) = 3 : 1 : 39/M(X). По условию количество вещества азота в данном соединении равно количеству вещества элемента Х, т.е. 1 = 39/M(X), M(X) = 39. Следовательно, неизвестный элемент – калий. Формула добавки: КNO3 (нитрат калия).
Рекомендации к оцениванию:
1) Нахождение М(Х) 2 балла = 2 балла
2) Нахождение х, у, z 2 балла = 2 балла
3) Формула вещества 0,5 балла = 0,5 балла
4) Название вещества 0,5 балла = 0,5 балла
ИТОГО 5 баллов
2.Химические явления: ржавление металлической крышки (банки) (изменение цвета), химические реакции внутри томата (изменение цвета и/или запаха), брожение (выделение газа).
Физические явления: кипение воды, вздутие крышки (банки).
Рекомендации к оцениванию:
1) Каждое химическое явление по 0,6 балла 0,6∙3 = 1,8 балла
2) Признак химического явления по 0,6 балла 0,6∙3 = 1,8 балла
3) Каждое физическое явление по 0,7 балла 0,7∙2 = 1,4 балла
ИТОГО 5 баллов
3. ν(Zn25) = N/NA = 1,58∙1021/6,02∙1023 = 0,0026 моль;
m(Zn25) = νM = 0,0026∙1625 = 4,225г;
V(Zn) = m/ρ = 4,225/7,13 = 0,6 см3.
Рекомендации к оцениванию:
1) Расчет ν; m;V по 1,5 балла 1,5∙3 = 4,5 балла
2) Отсутствие ошибок в вычислениях 0,5 балла = 0,5 балла
ИТОГО 5 баллов
4. Пользуясь основным правилом определения степеней окисления в соединениях, а именно, что сумма всех степеней окисления с учетом числа атомов должна быть равна нулю, легко вычислить: Mn+4O2, Mn2+7O7, Mn+2(NO3)2, KMn+7O4, [Mn+2(H2O)6]SO4.
Рекомендации к оцениванию:
1) Правильная степень окисления Mn в соединении 1 балл 1∙5 = 5 баллов
ИТОГО 5 баллов
5. При сгорании металлов протекают следующие реакции:
2Ca + O2 → 2CaO
4Al + 3O2 → 2Al2O3
По условию массы металлов были равны. Пусть m(Ca) = m(Al) = xг, тогда:
| Ca | Al | CaO | Al2O3 | |
| ν, моль | x/40 | x/27 | x/40 | x/(27∙2) |
| M, г/моль | ||||
| m, г | x | x | 56x/40 | 102x/(27∙2) |
По условию на чаши весов осело 100 – 20 = 80% оксидов по массе. С учетом этого можно составить следующее уравнение:
(102x/(27∙2) – 56x/40)∙0,8 = 0,4
Решая которое, получим, что x = 1,023 г.
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнения реакций по 1 баллу 1∙2 = 2 балла
2) Уравнение 2 балла (без учета 80% – 1 балл) = 2 балла
3) Верная масса кальция и алюминия 1 балл = 1 балл
ИТОГО 5 баллов
Класс
Автор задач – Злотников Э.Г. (№№ 1 – 5)
I вариант
1. Уравнения реакций:
Fe + S = FeS (1)
FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S↑ (2)
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ (3)
Pb(NO3)2+H2S = PbS↓ + 2HNO3 (4)
Количество вещества PbS: 35,85/239 = 0,15мольсоответствует количеству вещества H2S.Объем H2S равен: 0,15∙22,4 = 3,36 л. Значит, в газообразных веществах был еще и водород (см. уравнение 3) объемом 6,72 – 3,36 = 3,36 л. Следовательно, в исходной смеси был избыток железа количеством 0,15 моль. По уравнениям 1 и 3 находим общее количество вещества железа в исходной смеси: 0,15 + 0,15 = 0,3 моль, что соответствует массе 56∙0,3 = 16,8 г. Масса серы в смеси: 0,15∙32 = 4,8 г.
Массовая доля железа: 16,8/(16,8 + 4,8) = 0,78или 78%.
Массовая доля серы: 4,8/(16,8 + 4,8) = 0,22или22%.
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнения реакций по 0,5 балла 0,5∙4 = 2 балла
2) Нахождение массы каждого компонента в смеси по 1 баллу 1∙2 = 2 балла
3) Состав смеси в массовых долях 1 балл = 1 балл
ИТОГО 5 баллов
2.Уравнения реакций:
H2SO4 + Ba(NO3)2 = BaSO4↓ + 2HNO3 (1)
H2SO4 + Ba(NO2)2 = BaSO4↓ + 2HNO2 (2)
Для растворов электролитов электропроводность зависит от количества присутствующих в них ионов. После окончания реакций в первом растворе присутствует сильный электролит – азотная кислота; во втором растворе – азотистая кислота, являющаяся очень слабым электролитом. Так как количества веществ HNO3 и HNO2 в растворах равны, что следует из условия, электропроводность первого раствора будет высокой, а второго – практически равна нулю.
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнения реакций по 1 баллу 1∙2 = 2 балла
2) Выводы об электропроводности растворов по 1,5 балла 1,5∙2 = 3 балла
ИТОГО 5 баллов
3. FeCl3 = Fe3+ + 3Cl–
1 моль 3 моль
В 1000 мл раствора количество хлорид-ионов 0,03 моль
В 200 мл « « « 0,006 моль
Это количество хлорид-ионов будет соответствовать количеству железа и, соответственно, количеству кристаллогидрата – 0,002 моль (см. уравнение).
Отсюда масса кристаллогидрата, полученная при медленном испарении раствора, будет равна: 270,5∙0,002 = 0,54 г.
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнение диссоциации 1 балл = 1 балл
2) Нахождение массы кристаллогидрата 4 балла = 4 балла
ИТОГО 5 баллов
4. Калиевая селитра – KNO3; кальциевая селитра – Ca(NO3)2; хлорид кальция – CaCl2.
1. Растворяем смесь в воде и добавляем нитрат серебра:
CaCl2 + 2AgNO3 = 2AgCl↓ + Ca(NO3)2
2. К фильтрату добавляем карбонат калия:
Ca(NO3)2 + K2CO3 = CaCO3↓ + 2KNO3
3. Отфильтровываем осадок и половину растворяем в азотной кислоте и выпариваем:
CaCO3 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + H2O + СО2↑
Вторую половину осадка растворяем в соляной кислоте и выпариваем:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + СО2↑
4. Из фильтрата выпариваем – KNO3.
Нитрата калия будет в пять раз больше (см. уравнения реакций).
Рекомендации к оцениванию:
1) Получение каждого вещества в индивидуальном виде
с уравнениями реакций по 1,5 балла 1,5∙3 = 4,5 балла
2) Пояснение количественных совпадений 0,5 балла = 0,5 балла
ИТОГО 5 баллов
5. Уравнение реакции разложение дихромата аммония:
(NH4)2Cr2O7 = N2 + Cr2O3 + 4H2O + Q
По следствию из закона Гесса находим тепловой эффект реакции:
Qр-ии = q(Cr2O3) + 4q(H2O) – q((NH4)2Cr2O7) = 1141 + 4∙242 – 1808 = 301 кДж
По уравнению реакции рассчитываем количество выделившейся теплоты:
152 г Cr2O3 соответствуют выделению 301 кДж теплоты
60,8 г « « « x «
Количество выделившейся теплоты равно: 60,8∙301/152 = 120,4 кДж.
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнение реакции 1 балл = 1 балл
2) Нахождение теплового эффекта реакции 2 балла = 2 балла
3) Расчет количества выделившейся теплоты 2 балла = 2 балла
ИТОГО 5 баллов
II вариант
1. Уравнения реакций:
2Al + 3S = Al2S3 (1)
Al2S3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2S↑ (2)
2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑ (3)
Сu(NO3)2+H2S = CuS↓ + 2HNO3 (4)
Количество вещества CuS: 24/96 = 0,25мольсоответствует количеству вещества H2S.Объем H2S равен: 0,25∙22,4 = 5,6 л. Значит, в газообразных веществах был еще и водород (см. уравнение 3) объемом 8,96 – 5,6 = 3,36 л. Следовательно, в исходной смеси был избыток алюминия количеством 0,1 моль. По уравнениям 1 и 3 находим общее количество алюминия в исходной смеси: 0,167 + 0,1 = 0,267 моль, что соответствует массе 27∙0,267 = 7,2 г.Масса серы в смеси: 0,25∙32 = 8 г.
Массовая доля алюминия: 7,2/(7,2 + 8) = 0,474 или47,4%.
Массовая доля серы: 8/(7,2 + 8) = 0,526 или52,6%.
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнения реакций по 0,5 балла 0,5∙4 = 2 балла
2) Нахождение массы каждого компонента в смеси по 1 баллу 1∙2 = 2 балла
3) Состав смеси в массовых долях 1 балл = 1 балл
ИТОГО 5 баллов
2.Уравнения реакций:
Sr(OH)2 + Na2SO4 = SrSO4↓ + 2NaOH (1)
Sr(OH)2 + (NH4)2SO4= SrSO4↓ + 2NH4OH (2)
Для растворов электролитов электропроводность зависит от количества присутствующих в них ионов. После окончания реакций в первом растворе присутствует сильный электролит – гидроксид натрия; во втором растворе – гидроксид аммония, являющийся очень слабым электролитом. Так как количества веществ NaOH и NH4OH в растворах равны, что следует из условия, электропроводность первого раствора будет высокой, а второго – практически равна нулю.
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнения реакций по 1 баллу 1∙2 = 2 балла
2) Выводы об электропроводности растворов по 1,5 балла 1,5∙2 = 3 балла
ИТОГО 5 баллов
3. Cr2(SO4)3 = 2Cr3+ + 3SO42–
1 моль 3 моль
Количество кристаллогидрата в колбе: 10,74/716 = 0,015 моль.В одном литре раствора количество кристаллогидрата в 4 раза больше, т.е. 0,06 моль.
Количество сульфат-ионов в одном литре раствора (см. уравнение): 0,06∙3 = 0,18 моль.
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнение диссоциации = 1 балл
2) Нахождение количества сульфат-ионов 4 балла = 4 балла
ИТОГО 5 баллов
4. Нашатырь – NH4Cl; нонагидрат сульфата железа (III) – Fe2(SO4)3∙9Н2О; хлорид калия – КCl.
1. Растворяем смесь в воде и добавляем гидроксид калия:
Fe2(SO4)3 + 6КОН = 2Fe(OH)3↓ + 3K2SO4
NH4Cl + КОН = КCl + NH4OH
2. Отфильтровываем осадок, растворяем в серной кислоте:
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O
и выпариваем на водяной бане, получая кристаллы Fe2(SO4)3*9Н2О.
3. Фильтрат нагреваем и собираем аммиак:
NH4OH = NH3↑ + H2O
затем пропускаем через соляную кислоту:
NH3 + HCl = NH4Cl.
4. К фильтрату, содержащему K2SO4 и KCl, добавляем хлорид бария:
K2SO4 + ВаCl2 = ВаSO4↓ + 2KCl
Осадок отфильтровываем и из фильтрата выпариваемKCl.
5. Хлорида калия будет в восемь разбольше (см. уравнения реакций).
Рекомендации к оцениванию:
1) Получение каждого вещества в индивидуальном виде
с уравнениями реакций по 1,5 балла 1,5∙3 = 4,5 балла
2) Пояснение количественных совпадений 0,5 балла = 0,5 балла
ИТОГО 5 баллов
5. Уравнение реакции горения аммиака:
4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6H2O + Q
По следствию из закона Гесса находим тепловой эффект реакции:
Qр-ии = 6q(H2O) – 4q(NH3) = 6∙286 – 4∙46,2 = 1716 – 184,8 = 1531,2 кДж.
По уравнению реакции рассчитываем количество выделившейся теплоты:
67,2 лО2 соответствуют выделению 1531,2 кДж теплоты
10,08 л « « х «
Количество выделившейся теплоты равно: 10,08∙1531,2/67,2 = 229,68 кДж.
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнение реакции 1 балл = 1 балл
2) Нахождение теплового эффекта реакции 2 балла = 2 балла
3) Расчет количества выделившейся теплоты 2 балла = 2 балла
ИТОГО 5 баллов
Класс
Авторы задач – Скрипкин М.Ю. (№№ 1, 2, 4), Коронатов А.Н. (№ 3),
Ростовский Н.В. (№ 5), Пошехонов И.С. (№ 6)
I вариант
1.Уравнения химических реакций:
А) 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (кат. Cr2O3 или Pt)
Б) 2NO + O2 = 2NO2
В) 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3(конц.)
Г) Cu + 4HNO3(конц.)= Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Д) 3Mg + 8HNO3(конц.) = 3Mg(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Е) NH3 + HNO3(конц.) = NH4NO3
Ж) NH4NO3 = N2O + 2H2O (нагревание)
З) P + 5HNO3(конц.) = H3PO4+ 5NO2 + H2O
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнения реакций по 0,5 балла 0,5∙8 = 4 балла
2) Определение неизвестного вещества (NH4NO3) 1 балл = 1 балл
ИТОГО 5 баллов
2.Соответствия:
| А | Б | В | Г | Д |
Рекомендации к оцениванию:
1) Правильное соответствие по 1 баллу 1∙5 = 5 баллов
ИТОГО 5 баллов
3. Так как при указанных условиях из щелочных металлов с азотом реагирует только литий, то он является одним из компонентов смеси, тогда по изменению массы можно рассчитать количество вещества и массу лития в ней: n(Li3N) = n(N) = 0,7/14 = 0,05 моль, n(Li) = 0,05∙3 = 0,15 моль, m(Li) = 0,15∙7 = 1,05 г.
Так как второй металл не прореагирует с N2, то в выделившейся смеси газов будет аммиак и водород. Количество и объем выделившегося аммиака: n(NH3) = n(Li3N) = 0,05 моль, V(NH3) = 0,05∙22,4 = 1,12 л. Тогда объем и количество водорода: V(H2) = 6,72 – 1,12 = 5,6 л, n(H2) = 5,6/22,4 = 0,25 моль. Изменение массы раствора произошло из-за добавления к нему металлов и выделения газов, откуда можно посчитать массу металла X в исходной смеси:
∆m(р-ра) = m(X) + m(Li) + ∆m(смеси) – m(H2) – m(NH3);
m(X) = ∆m(р-ра) – m(Li) – ∆m(смеси) + m(H2) + m(NH3);
m(X) = 11,9 – 1,05 – 0,7 + 0,25∙2 + 0,05∙17 = 11,5 г, откуда можем посчитать молярную массу второго металла: n(X) = 2n(H2) = 0,25∙2 = 0,5 моль, M(X) = 11,5/0,5 = 23 г/моль. Итак, это натрий.
Уравнения реакций:
6Li + N2 = 2Li3N
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3
Рекомендации к оцениванию:
1) Вывод о наличии лития 0,5 балла = 0,5 балла
2) Масса лития 0,5 балла = 0,5 балла
3) Масса второго металла 1,5 балла = 1,5 балла
4) Определение второго металла 1 балл = 1 балл
5) Уравнения реакций по 0,5 балла 0,5∙3 = 1,5 балла
ИТОГО 5 баллов
4. Известно, что константа равновесия может быть представлена как отношение произведения концентраций продуктов реакции в степенях их стехиометрических коэффициентов к произведению концентраций исходных веществ в степенях их стехиометрических коэффициентов. При этом концентрации твердых веществ в выражение для константы равновесия не входят (условно принимаются равными единице).
А) Тогда для равновесия PtS(тв.) = Pt2+ + S2–
К = c(Pt2+)∙c(S2–)
Б) Поскольку в этом растворе концентрации ионов равны молярной концентрации соли:
К = c2
c = 1*10–39 моль/л
В) Тогда один ион платины, согласно расчёту, будет содержаться в объеме V = 1/(c∙NA) =
= 1∙1039/(6∙1023) = 1,67∙1015 л = 1,67∙1012 м3 = 1670 км3
Рекомендации к оцениванию:
1) Выражение для константы равновесия 2 балла = 2 балла
2) Расчет концентрации 1,5 балла = 1,5 балла
3) Расчет объема раствора 1,5 балла = 1,5 балла
ИТОГО 5 баллов
5. Найдём брутто-формулу углеводорода:
n(C) : n(Н) = 83,72/12 : (100 – 83,72)/1 = 6,977 : 16,28 = 1 : 2,333.
Умножая полученные значения на 3, получаем простейшую формулу углеводорода – С3H7, тогда истинная формула углеводорода – С6H14. Гексан имеет 5 структурных изомеров:
из которых только 2,3-диметилбутан имеет два типа химически неэквивалентых атомов водорода и, соответственно, может давать при радикальном бромировании только два монобромпроизводных:
Радикальное замещение водорода на бром протекает при третичном атоме углерода гораздо более легко, чем при первичном, основным продуктом бромирования будет 2-бром-2,3-диметилбутан.
Структуры образующихся дибромпроизводных:
Рекомендации к оцениванию:
1) Установление брутто-формулы 1 балл = 1 балл
2) Структура углеводорода 1 балл = 1 балла
3) Структура основного монобромида 1 балл = 1 балл
4) Структуры дибромидов (за 6 – 2 балла, за 4-5 – 1 балл, менее 4 – 0 баллов) = 2 балла
ИТОГО 5 баллов
6. Пусть общая формула хлорпроизводного СxHyClz, тогда массовая доля хлора в нем выражается отношением 35,5z/(12x + y + 35,5z). Предположим, что присоединилась только 1 молекула HCl, т.е. z = 1:
35,5/(12x + y+ 35,5) = 0,2946
Решая это уравнение относительно y, получим, y = 85 – 12x. Химический смысл имеет единственное целочисленное решение x = 6, y = 13, т.е. формула Y– C6H13Cl, X– C6H12.
Исходя из возможных изомеров и того, что в составе Xприсутствуют только первичные и третичные атомы углерода в равном соотношении, а в результате взаимодействия с хлороводородом получается единственное производное, наиболее вероятным представляется вариант симметричного циклоалкана с малым размером цикла:
X – 1,2,3-триметилциклопропан, Y – 3-метил-2-хлорпентан
Рекомендации к оцениванию:
1) Выход на брутто-формулы 0,5 балла = 0,5 балла
2) Брутто-формулы по 0,5 балла 0,5∙2 = 1 балл
3) Структурные формулы по 1 баллу 1∙2 = 2 балла
4) Названия по 0,75 балла 0,75∙2 = 1,5 балла
ИТОГО 5 баллов
II вариант
1.Уравнения химических реакций:
А) 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O
Б) 2SO2 + O2 = 2SO3 (кат. V2O5 или Pt)
В) SO3 + H2O = H2SO4(конц.)
Г) Сu + 2H2SO4(конц.) = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Д) 4Mg + 5H2SO4(конц.) = 4MgSO4 + H2S + 4H2O
Е) H2S+ FeCl2=FeS+ 2HCl
Ж) H2SO4(конц.) + 3H2S = 4S + 4H2O
З) 2P + 5H2SO4(конц.) = 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнения реакций по 0,5 балла 0,5∙8 = 4 балла
2) Определение неизвестного вещества (H2S) 1 балл = 1 балл
ИТОГО 5 баллов
2.Соответствия:
| А | Б | В | Г | Д |
Рекомендации к оцениванию:
1) Правильное соответствие по 1 баллу 1∙5 = 5 баллов
ИТОГО 5 баллов
3. Так как при указанных условиях из щелочных металлов с азотом реагирует только литий, то он является одним из компонентов смеси, тогда по изменению массы можно рассчитать количество вещества и массу лития в ней: n(Li3N) = n(N) = 1,4/14=0,1 моль, n(Li) = 0,1∙3 = 0,3 моль, m(Li) = 0,3∙7 = 2,1 г.
Так как второй металл не прореагирует с N2, то в выделившейся смеси газов будет аммиак и водород. Количество и объем выделившегося аммиака: n(NH3) = n(Li3N) = 0,1 моль, V(NH3) = 0,1∙22,4 = 2,24 л. Тогда объем и количество вещества водорода: V(H2) = 6,72 – 2,24 = 4,48 л, n(H2) = 4,48/22,4 = 0,2 моль. Изменение массы раствора произошло из-за добавления к нему металлов и выделения газов, откуда можно посчитать массу металла X в исходной смеси:
∆m(р-ра) = m(X) + m(Li) + ∆m(смеси) – m(H2) – m(NH3);
m(X) = ∆m(р-ра) – m(Li) – ∆m(смеси) + m(H2) + m(NH3);
m(X) = 17,0 – 2,1 – 1,4 + 0,2∙2 + 0,1∙17 = 15,6 г, откуда можем посчитать молярную массу второго металла: n(X) = 2n(H2) = 0,2∙2 = 0,4 моль, M(X) = 15,6/0,4 = 39 г/моль. Итак, это калий.
Уравнения реакций:
6Li + N2 = 2Li3N
2K + 2H2O = 2KOH + H2
Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3
Рекомендации к оцениванию:
1) Вывод о наличии лития 0,5 балла = 0,5 балла
2) Масса лития 0,5 балла = 0,5 балла
3) Масса второго металла 1,5 балла = 1,5 балла
4) Определение второго металла 1 балл = 1 балл
5) Уравнения реакций по 0,5 балла 0,5∙3 = 1,5 балла
ИТОГО 5 баллов
4. Известно, что константа равновесия может быть представлена как отношение произведения концентраций продуктов реакции в степенях их стехиометрических коэффициентов к произведению концентраций исходных веществ в степенях их стехиометрических коэффициентов. При этом концентрации твердых веществ в выражение для константы равновесия не входят (условно принимаются равными единице).
А) Тогда для равновесия HgS(тв.) = Hg2+ + S2–
К = c(Hg2+)∙c(S2–)
Б) Поскольку в этом растворе концентрации ионов равны молярной концентрации соли:
К = c2
c = 6,3*10–27 моль/л
В) Тогда один ион ртути, согласно расчёту, будет содержаться в объеме V = 1/(c∙NA) =
= 6,3∙1027/(6∙1023) = 1,05∙104 л = 10500 л.
Рекомендации к оцениванию:
1) Выражение для константы равновесия 2 балла = 2 балла
2) Расчет концентрации 1,5 балла = 1,5 балла
3) Расчет объема раствора 1,5 балла = 1,5 балла
ИТОГО 5 баллов
5. Найдём брутто-формулу углеводорода:
n(C) : n(Н) = 83,72/12 : (100 – 83,72)/1 = 6,977 : 16,28 = 1 : 2,333.
Умножая полученные значения на 3, получаем простейшую формулу углеводорода – С3H7, тогда истинная формула углеводорода – С6H14. Гексан имеет 5 структурных изомеров:
из которых только 2,2-диметилбутан является разветвлённым, имеющим три типа химически неэквивалентых атомов водорода, и, соответственно, может давать при радикальном бромировании только три монобромпроизводных:
Радикальное замещение водорода на бром протекает при вторичном атоме углерода гораздо более легко, чем при первичном, основным продуктом бромирования будет 3-бром-2,2-диметилбутан.
Структуры образующихся дибромпроизводных:
Рекомендации к оцениванию:
1) Установление брутто-формулы 1 балл = 1 балл
2) Структура углеводорода 1 балл = 1 балла
3) Структура основного монобромида 1 балл = 1 балл
4) Структуры дибромидов (за 6-7 – 2 балла, за 4-5 – 1 балл, менее 4 – 0 баллов) = 2 балла
ИТОГО 5 баллов
6. Пусть общая формула бромпроизводного СxHyBrz, тогда массовая доля брома в нем выражается отношением 80z/(12x + y + 80z). Предположим, что присоединилась только 1 молекула HBr, т.е. z = 1:
80/(12x + y+80) = 0,4848
Решая это уравнение относительно y, получим, y = 85 – 12x. Химический смысл имеет единственное целочисленное решение x = 6, y = 13, т.е. формула Y– C6H13Br, X– C6H12.
Исходя из возможных изомеров и того, что в составе Xприсутствуют только первичные и третичные атомы углерода в равном соотношении, а в результате взаимодействия с бромоводородом получается единственное производное, наиболее вероятным представляется вариант симметричного циклоалкана с малым размером цикла:
X – 1,2,3-триметилциклопропан, Y – 2-бром-3-метилпентан
Рекомендации к оцениванию:
1) Выход на брутто-формулы 0,5 балла = 0,5 балла
2) Брутто-формулы по 0,5 балла 0,5∙2 = 1 балл
3) Структурные формулы по 1 баллу 1∙2 = 2 балла
4) Названия по 0,75 балла 0,75∙2 = 1,5 балла
ИТОГО 5 баллов
Класс
Авторы задач – Скрипкин М.Ю. (№№ 1, 2), Пошехонов И.С. (№№ 3, 5),
Ростовский Н.В. (№№ 4, 6)
I вариант
1.Найдем соотношение количества атомов элементов в данном соединении:
n(Na) : n(H) : n(O) = 9,14/22,99 : 2,00/1,01 : 38,15/16 = 0.398 : 1.98 : 2.38 = 1 : 5 : 6
Определим неизвестный элемент. Пусть 1 моль соединения Х содержит 1 моль атомов натрия. Тогда масса неизвестного элемента, содержащегося в 1 моль соединения Х, составит: m = 50,71∙22,99/9,14 = 127,55 г, что соответствует 1 моль теллура (2 атома меди 127,1 г и 4 атома серы 128,3 г не дадут указанные в условии процентные содержания). Таким образом, формула вещества – NaH5ТeO6.
По-видимому, это соединение относится к классу кислых солей:
Наличие в составе атома теллура в высшей положительной степени окисления обуславливает сильные окислительные свойства данного вещества. Кроме того, вещество будет окислителем за счет кислого атома водорода. Возможные окислительно-восстановительные реакции:
2NaH5TeO6 + 4HCl = Na2TeO3 + 2Cl2 + H2TeO3 + 6H2O
2NaH5TeO6 + 6SO2 = Na2SO4 + 2Te + 5H2SO4
NaH5TeO6 + 2Na = Na3H3TeO6 + H2
Возможная кислотно-основная реакция:
NaH5TeO6 + NaOH = Na2H4TeO6 + H2O
Рекомендации к оцениванию:
1) Определение формулы соединения 1,5 балла = 1,5 балла
2) Класс соединения 0,5 балла (без указания характера соли – 0,25 балла) = 0,5 балла
3) Структурная формула 1 балл (без указания ионной связи – 0,5 балла) = 1 балл
4) Вывод об окислительных свойствах 0,5 балла (без обоснования 0,25 балла) = 0,5 балла
5) Уравнение ОВР 1 балл = 1 балл
6) Уравнение кислотно-основной реакции 0,5 балла = 0,5 балла
ИТОГО 5 баллов
2.Поскольку в результате прокаливания вещества А образуется газ, поглощающийся фосфорным ангидридом, но не реагирующий со щелочью, можно сделать вывод, что этот газ – аммиак, а вещество содержит соль аммония.
Образование с ионом бария белого осадка, нерастворимого в азотной кислоте, указывает на наличие сульфат-иона. Студенистый осадок, образующийся при действии аммиака на раствор вещества А – нерастворимый в воде гидроксид металла. При его прокаливании получается оксид.
Таким образом, по-видимому, вещество представляет собой двойной сульфат аммония и какого-то трёхвалентного металла, вероятно, кристаллогидрат. Такие двойные сульфаты могут иметь состав: (NH4)Me(SO4)2×xH2O.
Определим металл. Количество металла в 2 раза, а количество оксида металла – в 4 раза меньше количества сульфат-ионов.
n(BaSO4) = 10,287/233 = 0,04415 моль
n(Me2О3) = 0,01104 моль
M(Me2О3) = 1,125/0,01104 = 102 г/моль.
М(Ме) = (102 – 3∙16)/2 = 27 г/моль. Металл – алюминий.
Молярная масса вещества А составит: M(A) = 10∙2/0,04415 = 453 г/моль. Очевидно, это кристаллогидрат, так как молярная масса превышает молярную массу (NH4)Аl(SO4)2 (M = 237 г/моль). Количество молекул воды х составит: x = (453 – 237)/18 = 12. Формула соединения: (NH4)Al(SO4)2×12H2O – алюмоаммонийные квасцы.
Рекомендации к оцениванию:
1) Обоснованное присутствие иона аммония 0,5 балла = 0,5 балла
2) Выход на двойную соль 0,5 балла = 0,5 балла
3) Определение количества сульфат-ионов 0,5 балла = 0,5 балла
4) Обоснование поиска металла,
образующего нерастворимый в воде гидроксид 0,5 балла = 0,5 балла
5) Определение металла 1 балл = 1 балл
6) Определение количества молекул воды 0,5 балла = 0,5 балла
7) Формула соединения 1 балл = 1 балл
8) Тривиальное название 0,5 балла = 0,5 балла
ИТОГО 5 баллов
3. 1) Уравнение щелочного гидролиза метилацетата:
CH3COOCH3 + NaOH → CH3COONa + CH3OH
Механизм:
2) Кинетическое уравнение:
V = k[CH3COOCH3][NaOH]
В квадратных скобках указывается равновесная (или текущая) концентрация реагирующих частиц.
3) Скорость гидролиза в явном виде зависит от кислотности среды, т.к. в кинетическом уравнении есть текущая концентрация щелочи, равная концентрации гидроксид-ионов:
NaOH = Na+ + OH–
[NaOH] = [OH–]
Таким образом, нужно связать концентрацию гидроксид-ионов и pH. Это нетрудно сделать из определения водородного показателя и ионного произведения воды:
pH = –lg[H+], откуда [H+] = 10–pH
подставляя концентрацию протонов через pH в ионное произведение воды, получим:
10–pH∙[OH–] = 10–14, откуда [OH–] = 10 pH–14
Зависимость скорости от pH щелочного гидролиза имеет следующий вид:
V = k[CH3COOCH3]∙10 pH–14
Определим, как изменится скорость при изменении pH:
V1 = k[CH3COOCH3]∙10 pH1–14
V2 = k[CH3COOCH3]∙10 pH2–14
V2/V1 = 10 pH2–14/10 pH1–14 = 10 pH2–pH1 = 10 ΔpH, т.е. V2 = V1∙10 ΔpH. Видно, что при увеличении pH на 1, скорость реакции щелочного гидролиза увеличится в 10 раз.
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнение химической реакции и механизм по 1 баллу 1∙2 = 2 балла
2) Кинетическое уравнение 1 балл = 1 балл
3) Вывод уравнения связи скорости и pH 1,5 балла = 1,5 балла
4) Вывод об изменении скорости 0,5 балла = 0,5 балла
ИТОГО 5 баллов
4. Циклоалканы, в том числе циклопропаны, устойчивы к действию перманганата калия даже при нагревании. В то же время циклопропаны, в отличие от циклоалканов с большим размером цикла, способны реагировать с кислотами, при этом происходит раскрытие цикла.
| сосуд № 1 | сосуд № 2 | сосуд № 3 |
циклопентан  | 2-метилбут-2-ен  | транс-1,2-диметилциклопропан  или  |
Уравнения реакций:
Рекомендации к оцениванию:
1) Структурные формулы соединений по 0,5 балла 0,5∙3 = 1,5 балла
2) Определение содержимого каждого сосуда по 0,5 балла 0,5∙3 = 1,5 балла
3) Уравнение реакции с KMnO4 1 балл = 1 балл
4) Уравнения реакций с HBr по 0,5 балла 0,5∙2 = 1 балл
ИТОГО 5 баллов
5. Пусть молекулярная формула карбоновой кислоты – CxHyClCOOH, тогда молекулярная формула ее этилового эфира – CxHyClCOOC2H5. Схемы образования углекислого газа выглядят следующим образом:
CxHyClCOOH ® (x + 1)CO2
CxHyClCOOC2H5 ® (x + 3)CO2
Исходя из условия, составим уравнение: (x + 3)/(x + 1) = 1,67, решая которое, получим x = 2. Условию задачи удовлетворяют следующие пять кислот:
1) ClCH2CH2COOH
2) CH3CHClCOOH
3) CH2=CClCOOH
4) CHCl=CHCOOH существует в виде двух геометрических изомеров:
5) ClCºCCOOH
Рекомендации к оцениванию:
1) Число атомов углерода в кислоте или общая формула кислоты 2 балл = 2 балла
2) Структурные формулы кислот по 0,5 балла 0,5∙6 = 3 балла
ИТОГО 5 баллов
6.
Рекомендации к оцениванию:
1) Каждая реакция с условиями,
позволяющими осуществить превращение по 1 баллу 1∙5 = 5 баллов
ИТОГО 5 баллов
II вариант
1.Найдем соотношение количества атомов элементов в данном соединении:
n(Na) : n(H) : n(O) = 16,91/22,99 : 1,11/1,01 : 35,31/16 = 0,736 : 1,1 : 2,21 = 2 : 3 : 6.
Определим неизвестный элемент. Пусть 1 моль соединения Х содержит 2 моль атомов натрия. Тогда масса неизвестного элемента, содержащегося в 1 моль соединения Х, составит:
m = 46,67∙22,99∙2/16,91 = 126,9г, что соответствует 1 моль иода (2 атома меди 127,1 г и 4 атома серы 128,3 г не дадут указанные в условии процентные содержания). Таким образом, формула вещества – Na2H3IO6.
По-видимому, это соединение относится к классу кислых солей:
Наличие в составе атома галогена в высшей положительной степени окисления обуславливает сильные окислительные свойства данного вещества. Кроме того, вещество будет окислителем за счет кислого атома водорода. Возможные окислительно-восстановительные реакции:
Na2H3IO6 + 3HCl = NaIO3 + Cl2 + 3H2O + NaCl
Na2H3IO6 + SO2 = NaIO3 + NaHSO4 + H2O
2Na2H3IO6 + 2Na = 2Na3H2IO6 + H2
Возможная кислотно-основная реакция:
Na2H3IO6 + NaOH = Na3H2IO6 + H2O
Рекомендации к оцениванию:
1) Определение формулы соединения 1,5 балла = 1,5 балла
2) Класс соединения 0,5 балла (без указания характера соли – 0,25 балла) = 0,5 балла
3) Структурная формула 1 балл (без указания ионных связей – 0,5 балла) = 1 балл
4) Вывод об окислительных свойствах 0,5 балла (без обоснования 0,25 балла) = 0,5 балла
5) Уравнение ОВР 1 балл = 1 балл
6) Уравнение кислотно-основной реакции 0,5 балла = 0,5 балла
ИТОГО 5 баллов
2.Поскольку в результате прокаливания вещества А образуется газ, поглощающийся фосфорным ангидридом, но не реагирующий со щелочью, можно сделать вывод, что этот газ – аммиак, а вещество содержит соль аммония.
Образование с ионом бария белого осадка, нерастворимого в азотной кислоте, указывает на наличие сульфат-иона. Студенистый осадок, образующийся при действии аммиака на раствор вещества А – нерастворимый в воде гидроксид металла. При его прокаливании получается оксид.
Таким образом, по-видимому, вещество представляет собой двойной сульфат аммония и какого-то трёхвалентного металла, вероятно, кристаллогидрат. Такие двойные сульфаты могут иметь состав: (NH4)Me(SO4)2×xH2O.
Определим металл. Количество металла в 2 раза, а количество оксида металла – в 4 раза меньше количества сульфат-ионов.
n(BaSO4) = 9,668/233 = 0,04149 моль
n(Me2О3) = 0,01037 моль
M(Me2О3) = 1,659/0,01037 = 160 г/моль.
М(Ме) = (160 – 3∙16)/2 = 56 г/моль. Металл – железо.
Молярная масса вещества А составит: M(A) = 10∙2/0,04149 = 482 г/моль. Очевидно, это кристаллогидрат, так как молярная масса превышает молярную массу (NH4)Fe(SO4)2(M = 266 г/моль). Количество молекул воды х составит: x = (482 – 266)/18 = 12. Формула соединения: (NH4)Fe(SO4)2×12H2O – железоаммонийные квасцы
Рекомендации к оцениванию:
1) Обоснованное присутствие иона аммония 0,5 балла = 0,5 балла
2) Выход на двойную соль 0,5 балла = 0,5 балла
3) Определение количества сульфат-ионов 0,5 балла = 0,5 балла
4) Обоснование поиска металла,
образующего нерастворимый в воде гидроксид 0,5 балла = 0,5 балла
5) Определение металла 1 балл = 1 балл
6) Определение количества молекул воды 0,5 балла = 0,5 балла
7) Формула соединения 1 балл = 1 балл
8) Тривиальное название 0,5 балла = 0,5 балла
ИТОГО 5 баллов
3. 1) Уравнение щелочного гидролиза метилацетата:
HCOOC2H5 + NaOH → HCOONa + C2H5OH
Механизм:
2) Кинетическое уравнение:
V = k[HCOOC2H5][NaOH]
В квадратных скобках указывается равновесная (или текущая) концентрация реагирующих частиц.
3) Скорость гидролиза в явном виде зависит от кислотности среды, т.к. в кинетическом уравнении есть текущая концентрация щелочи, равная концентрации гидроксид-ионов:
NaOH = Na+ + OH–
[NaOH] = [OH–]
Таким образом, нужно связать концентрацию гидроксид-ионов и pH. Это нетрудно сделать из определения водородного показателя и ионного произведения воды:
pH = –lg[H+], откуда [H+] = 10–pH
подставляя концентрацию протонов через pH в ионное произведение воды, получим:
10–pH∙[OH–] = 10–14, откуда [OH–] = 10 pH–14
Зависимость скорости от pH щелочного гидролиза имеет следующий вид:
V = k[HCOOC2H5]∙10 pH–14
Определим, как изменится скорость при изменении pH:
V1 = k[HCOOC2H5]∙10 pH1–14
V2 = k[HCOOC2H5]∙10 pH2–14
V2/V1 = 10 pH2–14/10 pH1–14 = 10 pH2–pH1 = 10 ΔpH, т.е. V2 = V1∙10 ΔpH. Видно, что при уменьшении pH на 1, скорость реакции щелочного гидролиза уменьшится в 10 раз.
Рекомендации к оцениванию:
1) Уравнение химической реакции и механизм по 1 баллу 1∙2 = 2 балла
2) Кинетическое уравнение 1 балл = 1 балл
3) Вывод уравнения связи скорости и pH 1,5 балла = 1,5 балла
4) Вывод об изменении скорости 0,5 балла = 0,5 балла
ИТОГО 5 баллов
4. Циклоалканы, в том числе циклопропаны, устойчивы к действию перманганата калия даже при нагревании. В то же время циклопропаны, в отличие от циклоалканов с большим размером цикла, способны реагировать с кислотами, при этом происходит раскрытие цикла.
| сосуд № 1 | сосуд № 2 | сосуд № 3 |
цис-1,2-диэтилциклопропан  или  | циклогексан  | 2-метилпент-2-ен  |
Уравнения реакций:
Рекомендации к оцениванию:
1) Структурные формулы соединений по 0,5 балла 0,5∙3 = 1,5 балла
2) Определение содержимого каждого сосуда по 0,5 балла 0,5∙3 = 1,5 балла
3) Уравнение реакции с KMnO4 1 балл = 1 балл
4) Уравнения реакций с HBr по 0,5 балла 0,5∙2 = 1 балл
ИТОГО 5 баллов
5. Пусть молекулярная формула карбоновой кислоты – CxHyFCOOH, тогда молекулярная формула ее метилового эфира – CxHyFCOOCH3. Схемы образования углекислого газа выглядят следующим образом:
CxHyFCOOH ® (x + 1)CO2
CxHyFCOOCH3 ® (x + 2)CO2
Исходя из условия, составим уравнение: (x + 2)/(x + 1) = 1,33, решая которое, получим x = 2. Условию задачи удовлетворяют следующие пять кислот:
1) FCH2CH2COOH
2) CH3CHFCOOH
3) CH2=CFCOOH
4) CHF=CHCOOH существует в виде двух геометрических изомеров:
5) FCºCCOOH
Рекомендации к оцениванию:
1) Число атомов углерода в кислоте или общая формула кислоты 2 балл = 2 балла
2) Структурные формулы кислот по 0,5 балла 0,5∙6 = 3 балла
ИТОГО 5 баллов
6.
Рекомендации к оцениванию:
1) Каждая реакция с условиями,
позволяющими осуществить превращение по 1 баллу 1∙5 = 5 баллов
ИТОГО 5 баллов