Просмотр содержимого документа
«Олимпиадные задачи с решением. Для подготовки к олимпиаде по химии учащихся 10 -х классов.»
Олимпиадные задания по химии с решениями. 10 класс
1. В водно-спиртовом растворе хлорида цинка было обнаружено 1,806·1022 хлорид-ионов и 11,56 г соли, не распавшейся на ионы. Определите степень диссоциации соли (в %) в этом растворе.
| РЕШЕНИЕ | БАЛЛЫ |
| ZnCl2 → Zn2+ + 2Cl– | 1 балл |
| n(Сl– в растворе) = 1,806·1022 / 6·1023 = 0,03 моль, тогда | 1 балл |
| n(диссоциированного ZnCl2) = 0,5·n(Сl– в растворе) = 0,015 моль | 2 балла |
| n(недиссоциированного ZnCl2) = 11,56 / 136 = 0,085 моль | 1 балл |
| Общее содержание в растворе ZnCl2:
n(ZnCl2) = n(диссоциированного ZnCl2) + n(недиссоциированного ZnCl2) =
= 0,015 + 0,085 = 0,1 моль | 2 балла |
| Степень диссоциации равна: α = 0,015 / 0,1 = 0,15 или 15%
Ответ: 15% | 1 балл |
| ИТОГО ЗА ЗАДАНИЕ | 8 БАЛЛОВ |
2 Неизвестный алкен массой 7 г присоединяет бромоводород, объём которого одинаков с объёмом метана массой 2 г (н.у.) Найдите молекулярную формулу алкена и напишите структурные формулы его изомеров.
| РЕШЕНИЕ | БАЛЛЫ |
| По условию задачи V(HBr) = V(CH4), тогда по закону объёмных отношений газов
n(HBr) = n(CH4) = 2 / 16 = 0,125 моль | 1 балл |
| Формула алкена СnH2n, тогда уравнение реакции CnH2n + HBr → CnH2n+1Br | 1 балл |
| По уравнению реакции n(CnH2n) = n(HBr) = 0,125 моль | 1 балл |
| Молярная масса алкена 7 / 0,125 = 56 г/моль. Определим «n» в формуле CnH2n: | 1 балл |
| 12n + 2n = 56
n = 4. Молекулярная формула алкена С4Н8. | 1 балл |
| Изомеры:
бутен-1 | 0,5 балла |
| 2-метилпропен-1 | 0,5 балла |
| цис-бутен-2 | 1 балл |
| транс-бутен-2 | 1 балл |
| циклобутан | 1 балл |
| метилциклопропан | 1 балл |
| ИТОГО ЗА ЗАДАНИЕ | 10 БАЛЛОВ |
3.При пропускании 15,68 л смеси метана, углекислого газа и угарного газа через раствор гидроксида калия, взятого в избытке, объем исходной смеси уменьшился на 8,96 л (н.у.). Для полного сгорания оставшейся смеси потребовалось 6,72 л (н.у.) кислорода.
Определите объемные доли компонентов в исходной смеси.
| РЕШЕНИЕ | БАЛЛЫ |
| С раствором гидроксида калия реагирует только углекислый газ. Следовательно,
уменьшение объёма исходной смеси на 8,96 л после пропускания через раствор щёлочи
говорит о том, что в этой смеси содержится 8,96 л углекислого газа. | 1 балл |
| Горение оставшихся компонентов смеси описывается уравнениями реакций:
СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О (1) | 1 балл |
| 2СО + О2 = 2СО (2) | 1 балл |
| На обе реакции расходуется 6,72 л О2.
Пусть СН4 в смеси Х л, тогда на реакцию (1) расходуется 2х л кислорода. | 2 балла |
| V(CO) в смеси (15,68 – 8,96 – х) л = (6,72 – х) л, тогда на реакцию (2)
расходуется (6,72 – х)/2 л кислорода. | 2 балла |
| Составим уравнение, учитывая, что на реакции (1) и (2) потребовалось 6,72 л кислорода:
2х + (6,72 – х)/2 = 6,72
Х = 2,24 л – объём метана. | 2 балла |
| V(СО) = 6,72 – 2,24 = 4,48 л | 0,5 балла |
| φ(СО2) = 8,96 / 15,68 = 0,571 или 57,1% | 0,5 балла |
| φ(СН4) = 2,24 / 15,68 = 0,143 или 14,3% | 0,5 балла |
| φ(СО) = 4,48 / 15,68 = 0,286 или 28,6% | 0,5 балла |
| ИТОГО ЗА ЗАДАНИЕ | 11 БАЛЛОВ |
4. Соль А является соединением металла Х, окрашивающим бесцветное пламя газовой горелки в жёлтый цвет. При нагревании до 300°С А разлагается с образованием хорошо растворимой в воде соли Б. Взаимодействие раствора гидроксида кальция с раствором соли Б или с раствором соли А приводит к выпадению осадка вещества В, которое разлагается при нагревании до 1000°С на газ Г(без запаха) и твёрдое вещество Д. Пропускание газа Г через раствор соли Б приводит к образованию А.
Определите вещества А–Д, напишите уравнения реакций.
| РЕШЕНИЕ | БАЛЛЫ |
| В жёлтый цвет окрашивают пламя газовой горелки соединения натрия. Х — Na. | 0,5 балла |
| В — соль кальция, тогда Г — кислотный газообразный оксид, например, СО2 или SO2.
Подходит только СО2, т.к. SO2 имеет резкий запах. | 1 балл |
| В — СаСО3, | 0,5 балла |
| Д — СаО. | 0,5 балла |
| Тогда Б — Na2CO3, | 0,5 балла |
| а А — NaHCO3. | 1 балл |
| Уравнения реакций:
2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2 | 1 балл |
| NaHCO3 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + NaOH + H2O | 2 балла |
| Na2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + 2NaOH | 1 балл |
| CaCO3 = CaO + CO2 | 1 балл |
| Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3 | 1 балл |
| ИТОГО ЗА ЗАДАНИЕ | 10 БАЛЛОВ |
5. Составьте уравнения реакций (укажите условия их протекания), с помощью которых можно осуществить превращения, назовите вещества А–Г.
ацетат натрия → А → Б → В → Г → этиленгликоль
| РЕШЕНИЕ | БАЛЛЫ |
| 1. CH3COONa + NaOH → Na2CO3 + CH4 (спекание) | 2 балла |
| 2. CH4 + Cl2 → HCl + CH3Cl (на свету) | 1 балл |
| 3. CH3Cl + 2Na + CH3Cl → 2NaCl + CH3–CH3 (нагревание) | 1 балл |
| 4. СH3–СH3 → H2 + СH2=СH2 (катализатор Cr2O3, 600°С) | 1 балл |
| 5. 3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH
Если вместо уравнения реакции (5) записана схема то даётся 1 балл | 2 балла |
| За названия четырёх веществ по 0,5 балла | 2 балла |
| За условия протекания четырёх реакций по 0,5 балла | 2 балла |
| ИТОГО ЗА ЗАДАНИЕ |
|
Задание 2.
При гидрировании смеси бутана и бутена-2 плотность ее (смеси) по водороду возросла на 0,5.
1. Вычислить состав исходной смеси в объемных процентах.
Решение:
| Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла) | Баллы |
| Обозначим плотность по водороду исходной смеси за Z. Тогда молярная масса смеси газов будет: М(смеси) = D(H2)·2 = 2Z. | 1 |
| Рассмотрим газовую смесь количеством вещества в 1 моль. Пусть ?(С4Н8) в этой смеси былоХ моль, тогда ?(С4Н10) = (1–Х) моль | 2 |
| m(С4Н8) = M(С4Н8) · ?(С4Н8) = 56X | 3 |
| m(С4Н10) = M(С4Н10) · ?(С4Н10) = 58(1–X) | 3 |
| При гидрировании газовой смеси бутен-2 превращается в бутан: СН3–СН=СН–СН3 + Н2 ? СН3–СН2–СН2–СН3 Из уравнения реакции видно, что ?(С4Н8) = ?(С4Н10), то есть количество моль смеси не изменяется. | 2 |
| Так как D(H2) после гидрирования возросла на 0,5, то молярная масса газа составит: М(газа) = 2·(Z + 0,5) | 3 |
| Получили систему уравнений с двумя неизвестными: 56Х + 58(1–Х) = 2Z 58 = 2(Z + 0,5) X = 0,5 Z = 28,5 | 4 |
| Так как Х = ?(С4Н8) = 0,5 моль, то ?(С4Н10)=(1–Х)= 0,5 моль и, следовательно, в исходной смеси количество моль (соответственно и объемы) были равны. Таким образом, в исходной смеси содержалось 50 % С4Н8 и 50 % С4Н10 в объемных процентах. | 1 1 |
Задание 3.
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
|
| H2O |
| HI |
| KOH + H2O2 |
|
|
| HCl |
| KFeO2 | ? | X1 | ? | X2 | ? | X1 | ? | Na2FeO4 | ?X3 |
Решение:
| Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла) | Баллы |
| KFeO2 + 2H2O = Fe(OH)3? + KOH | 4 |
| 2Fe(OH)3 +6HI = 2FeI2 + I2? + 6H2O | 4 |
| 2FeI2 + 4KOH + H2O2 = 2Fe(OH)3 + 4KI | 4 |
| 2Fe(OH)3 + 3Br2 + 10NaOH = 2Na2FeO4 + 6NaBr +8H2O | 4 |
| 2Na2FeO4 + 16HCl = 2FeCl3 +3Cl2? +4NaCl + 8H2O | 4 |
Задание 4.
Различные виды топлива характеризуются теплотворной способностью (ТС). ТС – это тепловой эффект, который соответствует сгоранию 1 кг твердых и жидких видов топлива или 1 м3 для газообразного топлива.
1. Вычислите теплотворную способность угля в (кДж/кг), содержащего 87% углерода и 13% негорючих примесей, если ?Н0(С) графит = 0 кДж/моль, ?Н0(О2) газ = 0 кДж/моль, ?Н0(СО2)газ = –393,8 кДж/моль.
2. Основной компонент природного газа – метан. Вычислите теплотворную способность природного газа в (кДж/м3), считая, что в нем содержится 95 % метана, если ?Н0(СН4)газ = – 74,86 кДж/моль, ?Н0(Н2О)газ = – 241,98 кДж/моль, ?Н0(О2) газ = 0 кДж/моль, ?Н0(СО2)газ = –393,8 кДж/моль.
Решение:
| Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла) |
| 1. С(гр.) + О2(г) = СО2(г) |
| По закону Гесса ?Н0реакции = ?Н0(СО2)газ – [?Н0(О2) газ + ?Н0(С)графит)], подставив данные, получим ?Н0реакции = – 393,8 кДж/моль. |
| Теплота сгорания этой реакции Q = – ?Н0реакции; Q = 393,8 кДж/моль. |
| Для вычисления теплотворной способности возьмем образец угля массой 1 кг, тогда в нем будет содержаться углерода: m(С) = ?(С)·m(угля) = 0,87·1000г = 870г |
| Рассчитаем ТС угля: ТС(угля) = 393,8 кДж/моль · (870г : 12г/моль) / 1кг = 28550,5 кДж/кг. Или: ?(С) = m(С):M(C) = 870г : 12г/моль = 72,5 моль Q = 393,8 кДж/моль ·72,5 моль = 28550,5 кДж ТС(угля) = 28550,5 кДж : 1кг = 28550,5 кДж/кг. |
| 2. Уравнение сгорания метана: СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О (г) |
| По закону Гесса ?Н0реакции = [?Н0(СО2)газ + 2 ?Н0(Н2О)газ] – [2?Н0(О2) газ + ?Н0(СН4) газ] ?Н0реакции = [(– 393,8) + (–2·241,98)] – [0 + (–74,86)] = – 802,9 (кДж/моль) |
| Теплота сгорания этой реакции Q = – ?Н0реакции; Q = 802,9 кДж/моль |
| Для вычисления теплотворной способности газообразного топлива возьмем образец метана объемом 1 м3, тогда в нем будет содержаться метана: V(С) = ?(СH4)·V(природного газа) = 0,95·1м3 = 0,95 м3= 950 л |
| Рассчитаем ТС природного газа: ТС(СН4) = 802,9 кДж/моль · (950 л : 22,4 л/моль) / 1м3 = 34051,6 кДж/м3. Или: ?(СH4) = V(СH4):Vm = 950 л : 22,4 л/моль = 42,41 (моль) Q = 802,9 кДж/моль · 42,41 моль = 34051,6 кДж ТС(угля) = 34051,6 кДж : 1м3 = 34051,6 кДж/м3 |
5
2 074
24 300 
