Гимназическая химическая
олимпиада школьников

2002/2003 учебный год 9 класс

См. также статьи А.С.Гордеева в № 45–47/2004.

Задания

9 класс

1. Известно, что сероводород, циркулируя в биосфере, может окисляться под действием аэробных бактерий до свободной серы. Именно это, как полагают геохимики, было причиной возникновения залежей самородной серы. Рассчитайте, какой объем сероводорода при нормальных условиях (н.у.) был поглощен и переработан бактериями, если в результате образовалось 450 т серы.

(4 балла.)

2. При взаимодействии 7,2 г некоего двухвалентного металла с раствором серной кислоты выделилось 6,72 л (н.у.) легкого горючего газа. Определите исходный металл. Составьте уравнение реакции водного раствора соли этого металла, образующейся при действии на него серной кислоты, с водным раствором хлорида бария. Запишите полное и сокращенное ионные уравнения этой реакции и объясните, почему она протекает в водном растворе до конца.

(9 баллов.)

3. Все соли кадмия очень токсичны. Определите, какая из солей кадмия(II): нитрат, сульфат, хлорид или бромид – наиболее ядовита. Подтвердите свой выбор необходимыми расчетами.

(6 баллов.)

4. Самый эффективный способ обезвреживания загрязненных сточных вод химических предприятий – обработка их веществами, осаждающими вредные примеси в виде труднорастворимых соединений. Предприятие подает на участок водоочистки 1000 м³ сточной воды, содержащей
3,31 мг/л нитрата свинца(II). Осаждение катионов свинца ведут, добавляя в стоки 1,27 кг карбоната натрия. Рассчитайте массу выпадающего осадка. Почему очень важно, чтобы добавляемый к стокам реагент-осадитель был в избытке?

(8 баллов.)

5. Электронные формулы двух элементов – 1s²2s²2р⁴ и 1s²2s²2р⁶3s²3р⁴. Составьте уравнение реакции взаимодействия друг с другом двух простых веществ, образованных атомами этих элементов, и назовите образующийся продукт.

(3 балла.)

10 класс

1. При действии на некоторый алкен избытком раствора хлора в четыреххлористом углероде образовалось 3,66 г дихлорпроизводного. При действии на такое же количество исходного углеводорода избытком бромной воды было получено 5,44 г дибромпроизводного. Определите молекулярную формулу алкена, напишите структурные формулы четырех его изомеров, отвечающих условию задачи, назовите их.

(10 баллов.)

2. Известно, что молярная масса непредельного углеводорода каротина равна 536 г/моль, а при сжигании 1 моль его образуется 40 моль углекислого газа и 28 моль воды. Определите молекулярную формулу каротина.

(3 балла.)

3. Напишите уравнения реакций, позволяющих выполнить следующие превращения:

СН₄ А С₂Н₆ С₂Н₄ В СН₂=СН–СН=СН₂.

Укажите условия осуществления реакций, назовите вещества А и В.

(7 баллов.)

4. При нагревании 4,80 г оксида некоторого трехвалентного металла в токе водорода образовалось 1,62 г воды. Оксид какого металла был взят?

(5 баллов.)

5. Лимонная кислота содержится не только в лимонах, но и в незрелых яблоках, вишне, смородине и т.п. При выпаривании водных растворов это органическое соединение выделяется в виде кристаллогидрата, формула которого С₆Н₈О₇•Н₂О. Лимонную кислоту используют в кулинарии и в домашнем хозяйстве (например, для выведения ржавых пятен с ткани). Определите массу кристаллогидрата лимонной кислоты и объем воды, которые потребуются для приготовления в домашних условиях 100 г 5%-го раствора (в расчете на безводное вещество).

(5 баллов.)

11 класс

1. Хлорофилл является зеленым пигментом растений. При сжигании 89,2 мг хлорофилла в избытке кислорода получаются вещества: 242 мг газа, используемого для производства газированных напитков, 64,8 мг жидкости, составляющей основу этих напитков, 5,6 мг газа, которого больше всего в атмосфере Земли, и 4,0 мг белого порошка, являющегося оксидом легкого металла, атом которого имеет электронную формулу 1s²2s²2p⁶3s². О каких веществах идет речь? Определите молекулярную формулу хлорофилла, учитывая, что его молекула содержит один атом металла. Напишите уравнение реакции горения хлорофилла. Не содержит ли хлорофилл атомы хлора, что может следовать из его названия? Какие еще природные соединения, аналогичные по строению хлорофиллу, вы знаете?

(18 баллов.)

2. Соединение А – газ, горящий сильно коптящим пламенем. При его нагревании до 650 °С в присутствии активированного березового угля образуется бесцветная жидкость В, относительная плотность паров которой по метану равна 4,875. При действии на В смеси концентрированных азотной и серной кислот образуется тяжелая жидкость С с запахом горького миндаля, при каталитическом восстановлении которой водородом получают жидкость D, имеющую большое практическое значение в органическом синтезе. Приведите формулы веществ А, В, С, D, назовите их и напишите уравнения всех химических реакций, о которых идет речь.

(9 баллов.)

3. Массовая доля крахмала в картофеле составляет 60%. Рассчитайте массу этилового спирта, который можно получить из 810 кг картофеля, если выход спирта составляет 70% от теоретически возможного.

(7 баллов.)

4. На образование 1 моль глюкозы в процессе фотосинтеза требуется 2692 кДж энергии. Каждый квадратный сантиметр земной поверхности ежеминутно получает примерно 2 Дж солнечной энергии. Сколько времени потребуется, чтобы в 10 листьях образовалось 900 мг глюкозы, если площадь каждого листа составляет (в среднем) 10 см², а солнечная энергия используется только на 10%?

(6 баллов.)

5. При прокаливании 2,96 г карбоната неизвестного металла образовалось 2,08 г оксида этого металла. Рассчитайте объем (н.у.) газа, выделившегося в данной реакции.

(5 баллов.)

Решения и ответы

9 класс

1.

• 2H₂S + O₂ = 2S + 2H₂O.

(1 балл.)

• (S) = m/M = 450 000 000/32 = 14 062 500 моль.

(1 балл.)

• По уравнению реакции:

(S) = (H₂S); (H₂S) = 14 062 500 моль.

(1 балл.)

• V₀(H₂S)= (H₂S)•V_M = 14 062 500•22,4 = 315 000 000 л = 315 000 м³.

(1 балл.)
(Всего 4 балла.)

2.

• По условию с металлом M взаимодействует раствор серной кислоты, значит, образующийся легкий горючий газ – водород.

(1 балл.)

• М + Н₂SО₄ = МSО₄ + H₂.

(1 балл.)

• По уравнению реакции:

(М) = (Н₂) = V₀/V_M = 6,72/22,4 = 0,3 моль.

(1 балл.)

• M(M) = m(M)/(M) = 7,2/0,3 = 24 г/моль.

Такую молярную массу имеет металл магний:

M = Mg.

(1 балл.)

• Мg + Н₂SО₄ = МgSО₄ + H₂.

Образуется соль сульфат магния.

(1 балл.)

• МgSO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + MgCl₂.

(1 балл.)

• Мg²⁺ + + Ba²⁺ + 2Cl^– = BaSO₄ + Mg²⁺ + 2Cl^–.

(1 балл.)

• Ba²⁺ + = BaSO₄.

(1 балл.)

• Данная реакция протекает в водном растворе до конца, т.к. образующийся сульфат бария – нерастворимое соединение.

(1 балл.)
(Всего 9 баллов.)

3.

• Токсичность соли тем выше, чем она богаче кадмием, т.е. чем больше в ней массовая доля кадмия.

(1 балл.)

• Предложенные соли кадмия(II) имеют следующие химические формулы: нитрат – Сd(NO₃)₂, сульфат – CdSО₄, хлорид – CdCl₂, бромид – СdВr₂.

(1 балл.)

• Массовая доля кадмия в нитрате:

₁(Cd)= М(Сd)/M(Сd(NО₃)₂) = 112/236 = 0,475 (47,5%).

(1 балл.)

• Массовая доля кадмия в сульфате:

₂(Сd) = М(Сd)/М(СdSО₄) = 112/208 = 0,539 (53,9%).

(1 балл.)

• Массовая доля кадмия в хлориде:

₃(Сd) = М(Сd)/М(СdCl₂) = 112/183 = 0,612 (61,2%).

(1 балл.)

• Массовая доля кадмия в бромиде:

₄(Сd) = М(Сd)/М(СdBr₂) = 112/272 = 0,412 (41,2%).

(1 балл.)

При сравнении массовых долей оказывается, что наибольшая массовая доля кадмия в его хлориде. Следовательно, хлорид кадмия(II) наиболее токсичен.

(Всего 6 баллов.)

4.

• Pb(NO₃)₂ + Na₂CO₃ = Pb(CO₃) + 2NaNO₃.

(1 балл.)

• Масса нитрата свинца(II) в стоках:

m(Pb(NO₃)₂) = V•c = 1 000 000•3,31 = 3 310 000 мг = 3310 г.

(1 балл.)

• Количество вещества нитрата свинца в стоках:

(Pb(NO₃)₂) = m/M = 3310/331 = 10 моль.

(1 балл.)

• Количество вещества реагента-осадителя карбоната натрия:

(Na₂CO₃) = m/M = 1270/106 = 12 моль.

(1 балл.)

• По уравнению реакции (Pb(NO₃)₂)/(Na₂CO₃) = 1:1, а по данным задачи 10:12 = 5:6, следовательно, карбонат натрия – в избытке. Расчет массы осадка необходимо производить по нитрату свинца(II).

(1 балл.)

• По уравнению реакции:

(PbСO₃) = (Pb(NO₃)₂) = 10 моль.

(1 балл.)

• Масса выпавшего осадка:

m(РbСО₃) = •М = 10•267 = 2670 г = 2,67 кг.

(1 балл.)

• Реагент-осадитель всегда должен быть в избытке, чтобы загрязнитель прореагировал с ним полностью и весь перешел в осадок, в противном случае не будет достигнута требуемая степень очистки стоков.

(1 балл.)
(Всего 8 баллов.)

5.

• Электронную формулу 1s²2s²2р⁴ имеет химический элемент № 8 – кислород. Он образует простое вещество О₂.

(1 балл.)

• Электронную формулу 1s²2s²2р⁶3s²3р⁴ имеет химический элемент № 16 – сера. Он образует простое вещество S.

(1 балл.)

• S + O₂ SO₂.

Образуется оксид серы(IV) (или сернистый газ, или сернистый ангидрид).

(1 балл.)
(Всего 3 балла.)

10 класс

1.

• Общая формула углеводородов гомологического ряда алкенов – С_хН_2х.

(1 балл.)

• 

(1 балл.)

• По уравнению реакции (1):

₁(С_хН_2х) = (С_хН_2хCl₂) = m(С_хН_2хCl₂)/M(С_хН_2хCl₂).

(1 балл.)

• По уравнению реакции (2):

₂(С_хН_2х) = (С_хН_2хBr₂) = m(С_хН_2хBr₂)/M(С_хН_2хBr₂).

(1 балл.)

• ₁(С_хН_2х) = ₂(С_хН_2х), следовательно,

m(С_хН_2хCl₂)/M(С_хН_2хCl₂) = m(С_хН_2хBr₂)/M(С_хН_2хBr₂),

3,66/(14х + 71) = 5,44/(14х + 160).

(1 балл.)

• Решая уравнение, получаем:

х = 8, С₈Н₁₆ – октен.

(1 балл.)

• За каждую правильно изображенную структурную формулу изомера – 0,5 балла, за каждое правильно данное название изомера по систематической номенклатуре – 0,5 балла (но в сумме не более 4 баллов).

(Всего 10 баллов.)

2.

• Пусть формула каротина – С_хН_y. По образовавшемуся при сгорании 1 моль каротина углекислому газу находим количество вещества углерода в 1 моль углеводорода, соответствующее индексу углерода в химической формуле:

(C) = (CO₂) = 40 моль, х = 40.

(1 балл.)

• Аналогично по образовавшейся при сгорании каротина воде находим количество вещества и индекс водорода:

(Н) = 2(Н₂O) = 56 моль, y = 56.

(1 балл.)

• Молярная масса вещества (с такой формулой): М(С₄₀Н₅₆) = 536 г/моль, что соответствует условию задачи, следовательно, молекулярная формула каротина – С₄₀Н₅₆.

3.

• Вещество А – хлорметан СН₃Сl.

(1 балл.)

•

(1 балл.)

• 2CH₃Cl + 2Na C₂H₆ + 2NaCl.

(1 балл.)

•

(1 балл.)

• Вещество В – этиловый спирт С₂Н₅ОН.

(1 балл.)

•

(1 балл.)

•

(1 балл.)

Если не указаны условия осуществления реакции, то снимается 0,5 балла за каждую реакцию.

(Всего 7 баллов.)

4.

• Поскольку металл трехвалентный, его оксид имеет формулу М₂О₃. Уравнение реакции взаимодействия оксида с водородом:

М₂О₃ + 3Н₂ 2М + 3Н₂О.

(1 балл.)

• (H₂O) = m/M = 1,62/18 = 0,09 моль.

(1 балл.)

• По уравнению реакции:

(M₂O₃) = 1/3(H₂O) = 0,03 моль.

(1 балл.)

• M(М₂О₃) = m/ = 4,80/0,03 = 160 г/моль.

(1 балл.)

• M(М) = 1/2(M(М₂О₃) – 3М(О)) = 1/2(160 – 3•16) = 56 г/моль.

Такую молярную массу имеет металл железо.

(1 балл.)
(Всего 5 баллов.)

5.

• Масса безводной лимонной кислоты, содержащейся в конечном растворе:

m(С₆Н₈O₇) = m(р-ра)•(%)(С₆H₈O₇)/100(%) = 100•5(%)/100(%) = 5 г.

(1 балл.)

• (С₆Н₈O₇) = m/M = 5/192 = 0,026 моль.

(С₆Н₈O₇•Н₂О) = (С₆Н₈O₇) = 0,026 моль.

(1 балл.)

• Масса кристаллогидрата лимонной кислоты:

m(С₆Н₈O₇•Н₂О) = •М = 0,026•210 = 5,46 г.

(1 балл.)

• Масса воды, которую необходимо добавить к кристаллогидрату для приготовления раствора:

m(Н₂O) = m(р-ра) – m(С₆H₈O₇•H₂О) = 100 – 5,46 = 94,54 г.

(1 балл.)

• Объем требующейся воды:

V(Н₂О) = m(Н₂O)/(Н₂O) = 94,54/1 = 94,54 мл.

(1 балл.)
(Всего 5 баллов.)

11 класс

1.

• Газ, используемый для производства газированных напитков, – углекислый газ CO₂.

(1 балл.)

• Жидкость, составляющая основу газированных напитков, – вода Н₂О.

(1 балл.)

• Газ, которого больше всего в атмосфере Земли, – азот N₂.

(1 балл.)

• Электронная формула 1s²2s²2р⁶3s² соответствует химическому элементу с порядковым номером 12 – магнию. Следовательно, белый порошок – оксид магния MgO.

(1 балл.)

• Формулу хлорофилла в общем виде можно записать как С_хН_yN_zO_kMg₁.

(1 балл.)

• Находим количества веществ элементов, содержащиеся в исходной массе хлорофилла:

(С) = (СО₂) = m/M = 0,242/44 = 0,0055 моль.

(1 балл.)

• (H) = 2(Н₂O) = 2m/M = 0,1296/18 = 0,0072 моль.

(1 балл.)

• (N) = 2(N₂) = 2m/M = 0,112/28 = 0,0004 моль.

(1 балл.)

• (Mg) = (MgO) = m/M = 0,004/40 = 0,0001 моль.

(1 балл.)

• Масса кислорода: m(O) = m(хлорофилла) – m(С) – m(Н) – m(N) – m(Mg) =

= 0,0892 – 0,0055•12 – 0,0072•1 – 0,0004•14 – 0,0001•24 = 0,008 г.

(1 балл.)

• (О) = m/M = 0,008/16 = 0,0005 моль.

(1 балл.)

• Индексы элементов в простейшей формуле:

х : у : z : k : l = (C) : (Н) : (N) : (O) : (Mg) = 0,0055 : 0,0072 : 0,0004 : 0,0005 : 0,0001 =

= 55 : 72 : 4 : 5 : 1.

Следовательно, простейшая формула хлорофилла – С₅₅Н₇₂N₄O₅Мg.

(1 балл.)

• Эта формула является конечной молекулярной формулой, т.к. по условию задачи в молекуле хлорофилла содержится один атом магния.

(1 балл.)

• Уравнение реакции горения хлорофилла:

С₅₅Н₇₂N₄О₅Мg + 71О₂ = 55СО₂ + 36Н₂O + 2N₂ + МgО.

(2 балла.)

• Хлор в молекуле хлорофилла не содержится, а название этого вещества происходит от греч. chloros – зеленый и phyllon – лист.

(1 балл.)

• Аналогичные по строению хлорофиллу природные соединения:

гемоглобин,

(1 балл.)

биллирубин.

(1 балл.)
(Всего18 баллов.)

2.

• Вещество А – ацетилен С₂Н₂.

(1 балл.)

• Уравнение реакции горения ацетилена:

2С₂Н₂ + 5О₂ 4CO₂ + 2H₂O.

(1 балл.)

• Вещество B – бензол С₆Н₆.

(1 балл.)

• Относительная плотность паров бензола по метану:

D(С₆Н₆/СH₄) = М(С₆Н₆)/М(СН₄) = 78/16 = 4,875, что соответствует условию задачи.

(1 балл.)

• Уравнение реакции тримеризации ацетилена:

(1 балл.)

• Вещество С – нитробензол С₆Н₅NO₂.

(1 балл.)

• Уравнение реакции нитрования бензола:

(1 балл.)

• Вещество D – анилин С₆Н₅NН₂.

(1 балл.)

• Уравнение реакции восстановления нитробензола:

(1 балл.)
(Всего 9 баллов.)

3.

• Уравнение реакции гидролиза крахмала:

(1 балл.)

• Уравнение реакции спиртового брожения глюкозы:

(1 балл.)

• Масса крахмала:

m((С₆Н₁₀O₅)n) = m(картофеля)•(%)((С₆Н₁₀O₅)n)/100(%) = 810 000•60(%)/100(%) = 486 000 г.

(1 балл.)

• ((С₆Н₁₀O₅)n) = m/M = 486 000/162n = 3000/n моль.

(1 балл.)

• По уравнению реакции гидролиза крахмала:

(С₆Н₁₂О₆) = n•((С₆Н₁₀O₅)n) = 3000 моль.

(1 балл.)

• По уравнению реакции спиртового брожения глюкозы:

(С₂Н₅ОН) = 2(С₆Н₁₂О₆) = 6000 моль.

(1 балл.)

• Практическая масса полученного этилового спирта:

m(С₂Н₅OН) = •M• = 6000•46•0,7 = 193 200 г = 193,2 кг.

(1 балл.)
(Всего 7 баллов.)

4.

• Термохимическое уравнение реакции фотосинтеза:

6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ – 2692 кДж.

(1 балл.)

• Площадь поверхности всех листьев:

S = 10•10 = 100 см^2.

(1 балл.)

• Полезная энергия E, используемая листьями за 1 мин:

E = 2•100•0,1 = 20 Дж.

(1 балл.)

• Составим пропорцию по уравнению реакции:

180 г глюкозы – 2692 кДж,
0,9 г глюкозы – q кДж;

q = 2692•0,9/180 = 13,46 кДж = 13 460 Дж.

(2 балла.)

• Время, затраченное на образование 0,9 г глюкозы:

t = q/Е = 13 460/20 = 673 мин = 11 ч 13 мин.

(1 балл.)
(Всего 6 баллов.)

5.

• По закону сохранения массы веществ при химических реакциях:

m(карбоната) = m(оксида) + m(СO₂).

(2 балла.)

• Отсюда m(СO₂) = 2,96 – 2,08 = 0,88 г.

(1 балл.)

•(СО₂) = m/M = 0,88/44 = 0,02 моль.

(1 балл.)

• V₀(СО₂) = •V_M = 0,02•22,4 = 0,448 л = 448 мл.

(1 балл.)
(Всего 5 баллов.)

А.С.ГОРДЕЕВ,
учитель химии и экологии
гимназии № 20
(г. Донской, Тульская обл.)