|
|
Зональная олимпиада школьников по химии 2006/2007 г. Решения задач, одиннадцатый класс. 
Примечания дает член
жюри, Дополнения автора сайта Задача 11-1.
При нагревании протекает реакция этерификации, где серная кислота играет роль катализатора: CH3COOH + C2H5OH = CH3COOC2H5 + H2O; (1 балл) При добавлении хлорида бария: H2SO4 + BaCl2 = 2HCl + BaSO4↓ (0,5 балла) При добавлении питьевой соды (гидрокарбонат натрия) две реакции: 1) H2SO4 + 2NaHCO3 = Na2SO4 + 2H2O + 2CO2↑ (0,5 балла) 2) CH3COOH + NaHCO3 = CH3COONa + H2O + CO2↑ (0,5 балла) Определим количество вещества с пересчетом (для BaSO4 и CO2) на всю смесь: (1 балл) n=m/M; n(CH3COOH) = 36/60 = 0,6 моль; n(C2H5OH) = 7,36/46 = 0,16 моль; n(BaSO4) = 2,33*2/233 = 0,02 моль; n(CO2) = V/VM = 6,05*2/22,4 = 0,54 моль; Расчет по уравнениям реакций: Уксусная кислота в избытке, n(эфир)теор = n(C2H5OH) = 0,16 моль; n(H2SO4) = n(BaSO4) = 0,02 моль; В реакции 1 с содой образуется n(CO2)1 = 2n(H2SO4) = 0,04 моль; n(CH3COOH)ост = n(CO2)2 = 0,5 моль. Следовательно в реакции этерификации израсходовалось по 0,1 моль уксусной кислоты и этанола, образовалось по 0,1моль этилацетата и воды. (2 балла) Состав смеси до и после реакции представим в таблице (2 балла):
Выход продукта реакции: h(эфир) = nпр /nтеор = 0,1/0,16 = 0,624 = 62,4% (0,5 балла) (8 баллов) Основной недостаток: отсутствие навыков планирования, соблюдения последовательности вычислений, четкости и ясности решения. Многие решают «по пропорции», не понимая смысла пропорции. Стехиометрические расчеты с использованием мольных количеств веществ (а в этой задаче, как и в абсолютном большинстве задач на стехиометрию, целесообразно действовать именно так) для многих участников непривычны, и школьники используют массовые или объемные количества, и здесь вероятность совершить ошибку гораздо выше, что, как правило, и происходит. Большинство участников не учло факт разделения смеси на две равные части. Показалось, что многие 11-классники подзабыли, что при нагревании спирта с кислотой протекает реакция этерификации, и что она обратима.. Для реакций, идущих не до конца, удобен табличный метод представления расчетов. Успешность - 20%, максимальный балл, полученный участником - 8. Задача 11-2. Определим количество вещества серы и натрия в 0,01 моль соли: n=m/M; n(SO42-) = 4,8/96 = 0,05 моль; n(S) = 0,05 моль; n(Na2SO4) = 1,42/142 = 0,01 моль; n(Na) = 0,02 моль; Таким образом, в 1 моль соли содержится 5 моль серы и 2 моль атомов натрия, т.е. ее формулу можно записать как Na2S5Oz. (1 балл) Определим степень окисления атомов серы. n( KMnO4) = c*V = 0,2 моль/л *0,2 л = 0,04 моль, значит на 1 моль соли расходуется 4 моль перманганата. Если обозначить степень окисления серы как +а, то электронные уравнения можно записать так: 1|5S+a - Ae = 5S+6 4|Mn+7 + 5e = Mn+2 Учитывая равенство числа отданных и принятых электронов получаем А=20, и уравнение 5(+а) - 20(-1) = 5(+6), откуда 5а = +10, а=+2. (2 балла) Теперь можно рассчитать число атомов кислорода, чтобы сумма степеней окисления была равна нулю: 2+2*5-2z = 0, откуда z=6 Формула соли Na2S5O6, а кислоты H2S5O6 (пентатионовая кислота). (2 балла) Строение кислоты можно выразить формулой HO-SO2-S-S-S-SO2-OH. (1 балл) Уравнение реакции соли с перманганатом калия методом полуреакций (3 балла): 1|S5O62- + 14H2O - 20e = 5SO42- + 28H+ 4|MnO4- + 8H+ +5e = Mn+2 + 4H2O ______________________________________________ S5O62- + 4MnO4- + 4H+ = 5SO42- + 4Mn+2 + 2H2O Na2S5O6 + 4KMnO4 + 4HNO3 = Na2SO4 + 4MnSO4 + 4KNO3 + 2H2O (9 баллов) С химией серы
школьники малознакомы, и это неудивительно. Для решения задачи нужно было знать свойства перманганат-иона как окислителя в кислой среде. Это позволяло рассчитать, сколько электронов отдает моль вещества и определить степень окисления серы. Успешность 5%, максимальный балл 5. Задача 11-3. Уравнения реакций: 
По 1 баллу за каждое уравнение реакции с указанием условий. (6 баллов) Общее замечание: условия проведения реакций либо вообще не указываются, либо указываются нечетко. Не учитывается влияние заместителей в ароматическом кольце (типичная ошибка: вначале приводится нитрование бензола, а уж потом алкилирование; ясно, что пара-изомер так не получится). C алкилированием, как реакцией электрофильного замещения, многие участники вообще не знакомы. То же можно сказать и о получении альдегидов щелочным гидролизом дигалогенпроизводных (с этим справились очень немногие). Вообще найти правильный путь перевода метильной группы в альдегидную, оказалось наиболее трудной задачей. Почти все пытались предложить прямое ступенчатое окисление кислородом или перманганатом, что, разумеется, неверно. Многие участники предлагают переводить пара-нитробензойную кислоту в ее натриевую соль реакцией с натрием, что говорит, о формальном подходе к изучению химии. О том же говорит, например, и неудачные применения реакции «серебряного зеркала», других реакций окисления-восстановления, дегидрогенизации и т.п. Еще более грубые ошибки (а они есть) комментировать не будем. Успешность 29%, максимальный балл 5,8. Задача 11-4. Константа равновесия реакции H2 + I2 ↔ 2 HI рассчитывается по формуле: 
(2 балла) Здесь формула вещества в квадратных скобках означает его равновесную молярную концентрацию с = n/V (причем значение объема можно сократить). Определим количество вещества участников реакции: Для водорода надо использовать уравнение Клапейрона-Менделеева или привести объем газа к нормальным условиям, поскольку значение VM = 22,4 л/моль относится именно к нормальным условиям. Используем уравнение: V/T = V0/T0 V0(H2) = VT0/T = 28,85*273/293= 26,88 л; n(H2)исх = V0/VM = 26,88/22,4 = 1,2 моль. (2 балла) n(I2)исх = m/M = 177,8/254 = 0,7 моль. Количество выделяющейся при реакции теплоты пропорционально количеству полученного вещества Q = QM*n, откуда: n(HI) = Q/QM = 8,4/7 = 1,2 моль. (2 балла) По уравнению реакции на образование такого количества HI израсходуется по 0,6 моль водорода и иода, поэтому их равновесные количества вещества будут равны: n(H2)равн = 1,2 - 0,6 = 0,6 моль; n(I2)равн = 0,7 - 0,6 = 0,1 моль. (1 балл) Константа равновесия: K = 1,22/(0,6*0,1) = 24 (1 балл) (8 баллов) Многие участники либо просто не знакомы с выражением для константы равновесия, либо приводят формулу с ошибками (например, вместо произведения концентраций записывают сумму). Расчеты зачастую проводятся бессознательно, неумело и формально. Четкий расчет состава равновесной системы представили немногие. Типичная ошибка - не учитываются условия, при которых измерен объем газа. Кроме того, оказалось, что подзабыли термохимию. Задача 11-5. Смесь металлов взвешиваем и обрабатываем раствором щелочи, при этом происходит растворение алюминия: 2Al + 2NaOH + 6H2O = Na2[Al(OH)4] + 3H2 (2 балла) Убыль массы при этой реакции равна содержанию алюминия. Оставшуюся часть обрабатываем соляной кислотой: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (1 балл) Снова взвесив нерастворившуюся часть, определим содержание железа. Смесь меди и серебра растворяем в азотной кислоте: 3Cu + 8НNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Ag + 2НNO3 = AgNO3 + 2NO2 + H2O (1 балл) К полученному раствору добавляем хлорид натрия до прекращения выпадения осадка хлорида серебра: AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3 (1 балл) Взвесив осадок хлорида серебра, рассчитываем массу серебра, содержащуюся в нем. Содержание меди определяем по разности. (1 балл) Описание работы - 3 балла, уравнения реакций - 3 балла. (6 баллов) Если с уравнениями химических реакций участники худо-бедно справляются, то реально представить себе объект исследования, химию разделения металлов, план количественного анализа, выделения веществ – задача, неподъемная для подавляющего большинства участников. Даже если есть общая схема анализа, воплощается она формально, без учета особенностей металлов и их соединений. Многие участники олимпиады допускают ошибки даже при рассмотрении таких простых реакций, как реакции металлов с кислотами, не учитывают электрохимическую активность металлов. Самая загадочная фраза: "Если растворить в воде данные металлы...". Да, давно не держал человек в руках железной ложки и "люменевой" миски. Успешность 13%, максимальный балл 6. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Можаев Г. М., старший преподаватель |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
