Олимпиада

Условия 10 кл.

Зональная олимпиада школьников по химии 2006/2007 г.

Решения задач, десятый класс.

Примечания дает член жюри,
доцент кафедры органической и
экологической химии ТюмГУ, к.х.н.
Мостяева Лидия Васильевна.

Дополнения автора сайта

Задача 10-1.

Определим количество вещества углерода и водорода в 0,01 моль красителя:

n(H₂O) = m/M = 3,24/18 = 0,18 моль; n(H) = 0,18*2 =0,36 моль

n(CO₂) = V/V_M = 6,048/22,4 = 0,27 моль; n(C) = 0,27 моль (1 балл)

Следовательно, в 1 моле вещества содержится 27 моль углерода и 36 моль водорода. Учитывая соотношение N:S:O, формулу вещества можно записать как С₂₇H₃₆S_xN_2xO_4x . Масса углерода и водорода в 1 моле вещества будет равна: m(С₂₇H₃₆) = 12*27+36 = 360 г, и на их долю будет приходиться 100%-26,52% = 74,38% молярной массы вещества. Это позволяет найти молярную массу: M = 360/0,7438 = 484 г/моль и общую массу кислорода, азота и серы в ее составе m(S_xN_2xO_4x) = 484 - 360 = 124 г.

Получаем уравнение: 32x + 2*14x + 4*16 x = 124, откуда х = 1.

Формула бриллиантового зеленого: С₂₇H₃₆SN₂O₄ (4 балла)

В одной капле 1%-ного раствора (m= 0,02 г) будет содержаться 2*10^-4 г вещества.

n(С₂₇H₃₆SN₂O₄) = m/M = 2*10^-4/484 = 4,13*10^-7моль;

N(С₂₇H₃₆SN₂O₄) = n*N_A = 4,13*10^-7*6,02*10²³ = 2,49*10¹⁷ молекул (2 балла)

(8 баллов)

Большинство участников успешно определяли количество вещества углерода и водорода по m(H₂O) и V(CO₂), но затруднялись с нахождением числа атомов N,S,O. Как правило, не учитывали, что в условии дано лишь молярное отношение, и надо было еще доказать, что оно совпадает числом атомов. Плохо, как оказалось, знали участники и постоянную Авогадро.

Самая "большая" формула, которую пришлось увидеть: СH₄₃₂SN₂O₄ (человек явно не вспомнил про валентность углерода), самая "маленькая" С₃HSN₂O₄ (тоже фантастика)

Успешность 26%, максимальный балл, полученный участником, - 7.

Задача 10-2.

Газ, раствор которого имеет щелочную среду, это аммиак (1 балл), образование его можно объяснить следующими реакциями:

3Mg + N₂ = Mg₃N₂; Mg₃N₂ + 6H₂O = 3Mg(OH)₂ + 2NH₃↑(2 балла)

Кроме того, следует учесть, что часть магния могла окисляться кислородом:

2Mg + O₂ = 2MgO;

При растворении смеси в соляной кислоте протекают реакции:

Mg₃N₂ + 8HCl = 3MgCl₂ + 2NH₄Cl; MgO + 2HCl = MgCl₂ + H₂O; (2 балла)

Выделение газа показывает, что в смеси остался не вступивший в реакцию магний:

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑ (1 балл)

Определим количество вещества магния (в расчете на половину порции), аммиака и водорода:

n(Mg) = m/M = 3/24/2 = 0,0625 моль; n(NH₃) = V/V_M = 134,4/22400 = 0,006 моль;

n(H₂) = V/V_M = 134,4*5/22400 = 0,03 моль; (1 балл)

По уравнениям реакций определим количество вещества нитрида магния и магния, вступившего в реакцию с азотом:

n(Mg₃N₂) = n(NH₃)/2 = 0,003 моль; n(Mg)_нитр = n(Mg₃N₂)*3 = 0,009 моль;

Остаток магния (в половине смеси) n(Mg)_ост = n(H₂) = 0,03 моль.

Вступило в реакцию с кислородом и образовало оксид магния:

n(Mg)_окс = 0,0625 - 0,009 - 0,03 = 0,0235 моль = n(MgO). (1 балл)

Массы веществ после нагревания (для половины смеси):

m=n*M: m(Mg₃N₂) = 0,003*100 г/моль= 0,3 г; m(Mg) = 0,03*24 г/моль= 0,72 г;

m(MgO) = 0,0235*40 г/моль= 0,94 г; m(смеси) = 0,3 +0,72 + 0,94 = 1,96 г;

Массовые доли w = m/m(смеси):

w(Mg₃N₂) = 0,3/1,96 = 0,153 = 15,3%; m(Mg) = 0,72/1,96 = 0,367 = 36,7%;

m(MgO) = 0,94/1,96 = 0,480 = 48,0%; (1 балл)

(9 баллов)

Задача оказалась самой сложной, только несколько человек получили нитрид магния, указали на наличие NH₃, написали реакцию его получения...

А что, казалось бы, может быть проще горения магния? Пожалуй единственный газ, дающий щелочную реакцию в растворе, это аммиак. Осталось продумать цепочку его получения и все аккуратно просчитать.

Успешность 11%, максимальный балл 8,5.

Задача 10-3.

Уравнение реакции: С₃H₆ + H₂ = С₃H₈; (1 балл)

Определим состав исходной смеси, учтя, что объемные доли газов равны мольным долям и потому М(см) = М₁j₁ + М₂j₂ = М₁j₁ + М₂(1-j₁) = 2D_H2

Считая, что индекс 1 относится к пропену, а 2 к водороду получим уравнение:

42j₁ + 2(1-j₁) = 30, откуда j₁ = 0,7 = 70%, j₂ = 0,3 = 30%. (2 балла)

Если для реакции взять 1 моль газовой смеси, она будет содержать 0,7 моль пропена и 0,3 моль водорода. Водород в недостатке, поэтому теоретически можно получить 0,3 моль пропана. (1 балл)

Уменьшение давления на 20% при неизменных условиях означает, что на 20% (т.е. на 0,2 моль) уменьшилось количество вещества смеси. Поскольку количество вещества углеводорода в ходе реакции не изменяется, это означает, что в реакции гидрирования израсходовалось 0,2 моль водорода, и образовалось 0,2 моль пропана. (1 балл).

Смесь после реакции состоит из 0,5 моль пропена, 0,1 моль водорода, 0,2 моль пропана, общее количество вещества 0,8 моль. Мольные, а значит и объемные доли газов в смеси равны:

j(С₃H₆) = 0,5/0,8 = 0,625 = 62,5%;

j(H₂) = 0,1/0,8 = 0,125 = 12,5%;

j (С₃H₈) = 25%. (1 балл)

Выход продукта реакции от теоретически возможного

h(С₃H₈) = 0,2/0,3 = 0,667 = 66,7%. (1 балл)

(7 баллов)

Участники показали знание реакции гидрирования, многие смогли и рассчитать состав исходной смеси по ее молярной массе. Трудным оказалось связать уменьшение давления с изменением количества вещества в ходе реакции.

Успешность 17%, максимальный балл 7.

Задача 10-4.

Возможные уравнения реакций:

1) FeO + C = Fe + CO↑; 2) Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑;

3) 2FeSO₄ + H₂O₂ + H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O;

4) 3FeO + 10HNO₃ = 3Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 5H₂O;

5) Fe(NO₃)₃ + 3KOH = Fe(OH)₃ + 3KNO₃;

6) 2Fe(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O;

Уравнения реакций - 6 баллов, уравнения 3,4 при наличии электронного баланса еще +2 балла. Возможны варианты реакций.

(8 баллов)

Уравнение реакции оксида железа с углеродом написали многие, а с азотной кислотой - 2-3 человека. Остальные реакции тоже представлены слабо Встречаются и удивительные превращения:
Fe(NO₃)₃ + Na → Fe + NaNO₃;
Fe + NaOH → Fe(OH)₃ + Na; и т.п.

Часто не учитывается правило РИО (реакций ионного обмена) и предлагается, например, такое:
Fe(NO₃)₃ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ +HNO₃;

Успешность 18%, максимальный балл 8.

Задача 10-5.

Все предложенные вещества белые кристаллы или порошки, по внешнему виду их трудно различить. При попытке растворения сразу определяется нерастворимый карбонат кальция. Полученные растворы испытываются на взаимодействие друг с другом. Составим матрицу возможных взаимодействий растворов:

На основании наблюдений можно разбить все вещества на две группы:

Ba(NO₃)₂, Na₂SO₄, MgCl₂- дают 2 осадка,

Pb(NO₃)₂, Na₂CO₃ - 3 осадка.

Из веществ первой группы только одно дает осадки с обоими веществами второй группы - это MgCl₂. Образующиеся осадки отличаются по структуре и количеству: Pb(NO₃)₂ образует незначительное количество игольчатых кристаллов малорастворимого хлорида свинца, Na₂CO₃ - обильный мелкокристаллический осадок карбоната магния.

Определив карбонат натрия можно по реакции с ним определить, в какой из двух оставшихся пробирок находится Ba(NO₃)₂, в какой - Na₂SO₄.

Уравнения реакций (с ионными) 0,5*6 = 3 балла, анализ взаимодействий, план - 4 балла.

(7 баллов)

Многие участники без затруднений написали уравнения реакций, провели анализ взаимодействий, но четко описать последовательность действий, план работы смогли лишь некоторые. Большинство пишут при этом и реакции взаимодействия солей с карбонатом кальция, даже отметив его нерастворимость.

Да, не все учли, что карбонат кальция сразу определяется по своей нерастворимости. Но это мало что дает для дальнейшего анализа, поскольку нерастворимые соли редко вступают в реакцию с другими солями, к тому же, если реакция даже идет, заметить превращение одного осадка в другой (а все осадки белые) невозможно.
Был предложен еще один вариант анализа с использованием нагревания твердых веществ. Действительно, нитрат свинца легко разлагается с выделением бурого оксида азота(IV) (вряд ли также легко можно определить нитрат бария - он разлагается при более высокой температуре с выделением бесцветного кислорода). Определив нитрат свинца, испытываем с помощью его раствора все остальные растворы - не даст осадка только нитрат бария. Раствором нитрата бария из оставшихся легко определяется хлорид магния, а с его помощью различаются карбонат и сульфат натрия.

Успешность 35%, максимальный балл 7.

Задать вопрос

Наверх

Можаев Г. М., старший преподаватель
Тюменского государственного университета