Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №8/2007

ОЛИМПИАДЫ. ТЕСТЫ

 

ГИМНАЗИЧЕСКАЯ ХИМИЧЕСКАЯ
ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ

2005/06 УЧЕБНЫЙ ГОД

ЗАДАНИЯ

9 класс

1. В замечательной книге П.Руденко и Е.Таубе «От водорода до...» статья о хлоре называется «Убийца, спрятавшийся в солонке». Объясните это название.

(2 балла.)

2. Известно, что химический элемент водород имеет три изотопа: протий (1Н, или просто Н), дейтерий (2Н, или Д) и тритий (3Н, или Т), а кислород – два основных изотопа: обычный 16О и тяжелый 18О. Сколько разновидностей молекул воды существует в природе? Каковы молярные массы М этих разновидностей?

(3 балла.)

3. Напишите уравнения реакций, соответствующих следующей схеме:

(4 балла.)

4. Средством первой помощи при ожоге кожи белым фосфором служит мокрая повязка, пропитанная 5%-м раствором сульфата меди(II). При этом белый фосфор «обезвреживается» в соответствии со следующей схемой реакции:

Р4 + СuSO4 + Н2О Н3РО4 + Н24 + Сu.

Составьте уравнение данной реакции, используя метод электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления.

Рассчитайте объем 5%-го ( = 0,05) водного раствора сульфата меди(II) ( = 1,1 г/мл), который необходим для «обезвреживания» белого фосфора массой 2,48 г.

(5 баллов.)

5. Продукт взаимодействия 5 г водорода и 14,2 г хлора поглощен водой объемом 128 мл. Рассчитайте массовую долю (в %) вещества в образовавшемся растворе. Как называется этот раствор?

(5 баллов.)

6. Юный химик, проводя анализ бесцветного раствора, не содержащего осадка, определил наличие в этом растворе следующих ионов: Nа+, Сu2+, Н+, Fе3+, NО3, OH, Cl. Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, показывающие, какие ошибки допустил юный химик.

(6 баллов.)

10 класс

1. Ученик, желая внести в почву азотное удобрение, полил цветок раствором нитрата бария. Растение погибло. Почему это произошло? Как можно было спасти растение?

(2 балла.)

2. После пропускания хлоровоздушной смеси через раствор йодида калия образовалось 1,27 г йода, а объем смеси уменьшился до 1,888 л (при нормальных условиях). Определите объемную долю хлора в исходной смеси.

(3 балла.)

3. Составьте уравнения химических реакций в соответствии со следующей схемой:

Назовите вещества А, Б и В.

(5 баллов.)

4. При полном сгорании газообразного углеводорода общее число молей в системе не изменилось. Найдите возможную формулу углеводорода.

(6 баллов.)

5. Раствор содержит (массовые доли в %) 1,64% нитрата кальция, 1,89% нитрата цинка и 1,7% нитрата серебра(I). В 100 г такого раствора поместили 0,48 г магниевых опилок. Определите состав осадка после окончания реакций (массовые доли в %).

(10 баллов.)

6. Смесь карбонатов натрия и калия массой 12,2 г растворили в воде и добавили в нее избыток соляной кислоты. Выделившийся газ пропустили через трубку с пероксидом натрия Nа2О2. Образовавшегося кислорода хватило, чтобы сжечь 2,24 л водорода (объем измерен при нормальных условиях). Рассчитайте состав исходной смеси в массовых долях.

(10 баллов.)

11 класс

1. а) В одной из легенд рассказывается, что мудрый садовник окуривал деревья ладаном для того, чтобы плоды скорее созрели. Экспериментальная проверка показала, что в дыме ладана действительно содержится чудодейственный газ. Назовите его, запишите химическую формулу, рассчитайте относительную плотность данного газа по воздуху.

(3 балла.)

б) Запишите химические формулы и названия из номенклатуры для следующих веществ: медный купорос, веселящий газ, каустическая сода, виноградный сахар, карболовая кислота, глицин.

(3 балла.)

2. Напишите уравнения реакций, соответствующих следующей схеме:

(4 балла.)

3. Смешали 9,2 мл этанола (плотность равна 0,8 г/см3) и 12,0 мл уксусной кислоты (плотность равна 1,0 г/см3). К полученному раствору добавили избыток металлического натрия. Выделившийся газ пропустили при нагревании над 69,6 г оксида серебра(I). Вычислите массу образовавшегося серебра.

(6 баллов.)

4. Сожгли 5,1 г предельной одноосновной карбоновой кислоты. В результате было получено 7,69 л углекислого газа (объем измерен при 127 °С и 108 кПа). Определите молекулярную формулу кислоты и назовите ее.

(7 баллов.)

5. Смесь, состоящую из карбоната магния, карбоната бария, оксида кальция и оксида стронция, растворили в азотной кислоте. При этом выделилось 6,72 л газа (объем измерен при нормальных условиях). Полученный раствор последовательно обработали сначала избытком раствора сульфата натрия, а затем избытком раствора гидроксида натрия. На первом этапе выпало 55,3 г осадка, а на втором – 11,6 г. Найдите состав исходной смеси в массовых долях, если масса ее равна 52,5 г.

(Справка: нитрат стронция растворим в воде, а сульфат стронция нерастворим.)

(17 баллов.)

Решения и ответы

9 класс

1. Простое вещество хлор Сl2 – чрезвычайно ядовитый газ, способный убить все живое вокруг. В составе поваренной соли NаСl присутствуют уже не нейтральные атомы, а анионы хлора Cl. Эти анионы не обладают такой высокой токсичностью, как молекулы хлора. Однако человеку для сохранения собственного здоровья необходимо помнить, что избыток анионов хлора вреден, поэтому нужно ограничивать наличие соли в пище.

(Всего 2 балла.)

2. Существует шесть разновидностей молекул воды:

• Н216О – М = 18 г/моль,

(0,5 балла.)

• D216О – М = 20 г/моль,

(0,5 балла.)

• T216О – М = 22 г/моль,

(0,5 балла.)

• Н218О – М = 20 г/моль,

(0,5 балла.)

• D218О – М = 22 г/моль,

(0,5 балла.)

• T218О – М = 24 г/моль.

(0,5 балла.)

(Всего 3 балла.)

3. 1) МnО2 + 4НСl = МnСl2 + Сl2 + 2Н2О,

(1 балл.)

2) Сl2 + 2Nа 2NaСl,

(0,5 балла.)

3) NaСl +AgNО3 = NaNО3 + АgСl,

(0,5 балла.)

4) 2АgСl 2Аg + Сl2,

(0,5 балла.)

5) 2Аg + Br2 2АgBr,

(0,5 балла.)

6) 2АgBr + Cl2 = 2АgCl + Br2.

(1 балл.)

(Всего 4 балла.)

4. Определение изменяющихся степеней окисления фосфора и меди:

(1 балл.)

• Уравнения электронного баланса:

(1 балл.)

• После расстановки коэффициентов уравнение принимает вид:

P4 + 10СuSО4 + 16Н2O = 4H3РО4 + 10Н2SO4 + 10Сu.

(1 балл.)

• Найдем количество вещества белого фосфора:

(P4) = m/M = 2,48/124 = 0,02 моль.

(0,5 балла.)

• По уравнению реакции найдем количество вещества сульфата меди(II):

(СuSО4) = 10(P4) = 0,2 моль.

(0,5 балла.)

• Объем раствора сульфата меди(II):

V = M/() = 581,82 мл.

(1 балл.)

(Всего 5 баллов.)

5. • При взаимодействии исходных веществ образуется хлороводород:

H2 + Cl2 = 2HCl.

(0,5 балла.)

• Найдем количества исходных веществ:

(H2) = m/M = 5/2 = 2,5 моль,

(Cl2) = m/M = 14,2/71 = 0,2 моль.

(1 балл.)

• По уравнению реакции 2) : (Cl2) = 1 : 1, а по данным задачи 25 : 2, следовательно, водород в избытке и расчет массы хлороводорода необходимо вести по хлору.

(1 балл.)

• Количество вещества хлороводорода:

(НCl) = 2(Cl2) = 0,4 моль.

(0,5 балла.)

• Масса хлороводорода:

m(НСl) = М = 14,6 г.

(0,5 балла.)

• Масса раствора:

m(р-ра) = m(НСl) + m2О) = m(НСl) + V2О) = 14,6 + 128 = 142,6 г.

(0,5 балла.)

• Массовая доля хлороводорода в растворе:

(HCl) = m(НСl)•100(%)/m(р-ра) = 1460/142,6 = 10,24%.

(0,5 балла.)

• Раствор хлороводорода в воде называется соляной кислотой.

(0,5 балла.)

(Всего 5 баллов.)

6. В растворе не могут одновременно существовать следующие пары ионов:

а) • Сu2+ и ОН (1 балл), т.к. при их взаимодействии выпадает осадок гидроксида меди(II):

• Сu2+ + 2ОН = Cu(OH)2,

(0,5 балла.)

• СuСl2 + 2NаОН = Cu(OH)2 + 2NаСl;

(0,5 балла.)

б) • Fe3+ и ОН (1 балл), т.к. при их взаимодействии выпадает осадок гидроксида железа(III):

Fe3+ + 3ОН = Fe(OH)3,

(0,5 балла.)

Fe(NO3)3 + 3NаОН = Fe(OH)3 + 3NаNO3;

(0,5 балла.)

в) Н+ и ОН (1 балл), т.к. при их взаимодействии образуется слабый электролит вода:

Н+ + ОН = Н2О,

(0,5 балла.)

HNО3 + NаОН = NаNО3 + Н2О.

(0,5 балла.)

(Всего 6 баллов.)

10 класс

1. Растение было отравлено ионами бария. Его можно было бы спасти, внеся в почву раствор сульфата натрия или сульфата калия. При этом ионы бария переходят в нерастворимый сульфат бария, который не обладает токсичностью.

(Всего 2 балла.)

2. • Хлор реагирует с йодидом калия в соответствии с уравнением:

Сl2 + 2КI = I2 + 2КСl.

(0,5 балла.)

• Найдем количество вещества йода:

(I2) = m/M = 1,27/254 = 0,005 моль.

(0,5 балла.)

• По уравнению реакции найдем количество вещества хлора:

(Cl2) = (I2) = 0,005 моль.

(0,5 балла.)

• Объем хлора (н.у.):

V(Cl2) = VM = 0,112 л.

(0,5 балла.)

• Объемная доля хлора в исходной смеси:

(Cl2) = V(Cl2)•100(%)/(V(Cl2) + V(возд.)) =   0,112•100(%)/(0,112 + 1,888) = 5,6%.

(1 балл.)

(Всего 3 балла.)

3. • Вещество А – оксид железа(III) Fe2О3.

(0,5 балла.)

• 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O.

(0,5 балла.)

• Вещество Б – хлорид железа(III) FeСl3.

(1 балл.)

• Fе2O3 + 6НСl = 2FеСl3 + 3Н2O.

(1 балл.)

• FeСl3 + 3AgNО3 = Fе(NO3)3 + 3AgCl.

(1 балл.)

• Вещество В – хлор Сl2.

(0,5 балла.)

• 2АgСl 2Аg + Сl2.

(0,5 балла.)

(Всего 5 баллов.)

4. • Уравнение реакции горения неизвестного углеводорода имеет следующий вид:

СхНу + (х + y/4)O2 xСО2 + y/2H2О.

(2 балла.)

• В соответствии с условием задачи:

хНу) + (O2) = (СО2) + 2О).

Следовательно, 1 + (х + y/4) = х + y/2.

(1 балл.)

• Решая уравнение, получаем: y = 4.

(1 балл.)

• Таким образом, искомый углеводород содержит в молекуле четыре атома водорода, а количество атомов углерода может быть разным.

(1 балл.)

• Возможные варианты углеводородов: СН4 – метан, С2Н4 – этилен, С3Н4 – циклопропен, пропадиен, пропин, С5Н4 – пентадиин-1,3, пентадиин-1,4 и т.д.

(1 балл.)

(Всего 6 баллов.)

(Можно поставить дополнительные баллы, если ученик укажет не один углеводород, а два или несколько, при этом метан, этилен, пропадиен, пропин оцениваются по 1 баллу, а циклопропен, пентадиины и т.д. – по 2 балла.)

5. • Сначала магний будет реагировать с нитратом серебра (серебро – наименее активный металл (в электрохимическом ряду напряжений металлов) из тех, катионы которых присутствуют в растворе).

(1 балл.)

• Mg + 2АgNО3 = Мg(NO3)2 + Аg. (1)

(0,5 балла.)

• Затем идет реакция с нитратом цинка:

Mg + Zn(NО3)2 = Мg(NO3)2 + Zn. (2)

(0,5 балла.)

• C нитратом кальция реакция невозможна (кальций – более активный металл, чем магний).

(0,5 балла.)

• Найдем общее количество вещества магния:

(Mg) = m/M = 0,48/24 = 0,02 моль.

(0,5 балла.)

• Найдем количества веществ нитрата серебра и нитрата цинка в растворе.

(АgNО3) = m(р-ра)• /М = 100•0,017/170 = 0,01 моль.

(0,5 балла.)

(Zn(NО3)2) = m(р-ра)• /М = 100•0,0189/189 = 0,01 моль.

(0,5 балла.)

• По уравнению реакции (1) прореагирует 0,01 моль нитрата серебра и 0,005 моль магния, выпадет в осадок 0,01 моль серебра и останется непрореагировавшим 0,015 моль магния.

(2 балла.)

• По уравнению реакции (2) прореагирует 0,01 моль нитрата цинка и 0,01 моль магния, выпадет в осадок 0,01 моль цинка и останется непрореагировавшим 0,005 моль магния.

(2 балла.)

• Таким образом, осадок после окончания реакций будет состоять из 0,01 моль серебра, 0,01 моль цинка и 0,005 моль магния. Найдем массу осадка:

m(осадка) = m(Ag) + m(Zn) + m(Mg) = (Ag)M(Ag) + (Zn)M(Zn) + (Mg)M(Mg) =

= 0,01•108 + 0,01•65 + 0,005•24 = 1,85 г.

(1 балл.)

• Массовые доли (в %) металлов в осадке:

(Ag) = 100(%)• m(Ag)/m(осадка) = 108/1,85 = 58,4%;

(Zn) = 65/1,85 = 35,1%,

(Mg) = 12/1,85 = 6,5%.

(1 балл.)

(Всего 10 баллов.)

6. • При действии соляной кислоты на водный раствор смеси карбонатов выделяется углекислый газ:

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2, (1)

K2CO3 + 2HCl = 2KCl + H2O + CO2. (2)

(1 балл.)

• Углекислый газ реагирует с пероксидом натрия, регенерируя кислород:

2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2. (3)

(0,5 балла.)

• Уравнение реакции горения водорода:

2 + O2 2O. (4)

(0,5 балла.)

• Найдем количество вещества водорода:

(H2) = V/VM = 2,24/22,4 = 0,1 моль.

(0,5 балла.)

• По уравнению реакции (4) находим количество вещества кислорода:

2) = 0,5(H2) = 0,05 моль.

(0,5 балла.)

• По уравнению реакции (3) находим общее количество вещества углекислого газа, образовавшегося в двух реакциях:

(СО2) = 22) = 0,1 моль.

(0,5 балла.)

• Пусть в исходной смеси было х моль карбоната натрия и у моль карбоната калия.

Масса исходной смеси:

m(смеси) = m(Na2CO3) + m(K2CO3).

C учетом молярных масс карбонатов получаем уравнение:

106х + 138y = 12,2 г. (5)

(1 балл.)

• По уравнениям реакций (1) и (2):

(СО2) = (Na2CO3) + 2CO3) = (х + y) моль.

(1 балл.)

• Получаем уравнение:

х + y = 0,1. (6)

(0,5 балла.)

• Решая систему уравнений (5) и (6), находим:

х = 0,05 и y = 0,05.

(2 балла.)

• Тогда массы карбонатов:

m(Na2CO3) = 106х = 5,3 г,

m(K2CO3) = 138y = 6,9 г.

(1 балл.)

• Массовые доли (в %) карбонатов в исходной смеси:

(Nа2СO3) = 100(%)• m(Na2CO3)/m(смеси) = 530/12,2 = 43,4%,

(K2СO3) = 100(%)• m(K2CO3)/m(смеси) = 690/12,2 = 56,6%.

(1 балл.)

(Всего 10 баллов.)

11 класс

1. а) • Газ, ускоряющий созревание плодов, – этилен.

(1 балл.)

• Химическая формула этилена – С2Н4.

(0,5 балла.)

• Относительная плотность этилена по воздуху:

D = M(C2H4)/M(возд.) = 28/29 = 0,97.

(1,5 балла.)

(Всего 3 балла.)

б) • Медный купорос – пятиводный сульфат меди(II) СuSO4•5Н2О.

(0,5 балла.)

• Веселящий газ – оксид азота(I) N2О.

(0,5 балла.)

• Каустическая сода – гидроксид натрия NаОН.

(0,5 балла.)

• Виноградный сахар – глюкоза С6Н12О6.

(0,5 балла.)

• Карболовая кислота – фенол С6Н5ОН.

(0,5 балла.)

• Глицин – аминоуксусная (аминоэтановая) кислота NН2СН2СООН.

(0,5 балла.)

(Всего 3 балла.)

2. 1) 2Сu2О + O2 4СuО.

(1 балл.)

2) СuО + Н24 СuSО4 + Н2О.

(0,5 балла.)

3) СuSO4 + ВаСl2 = СuCl2 + ВаSО4.

(1 балл.)

4) СuСl2 + 2NаОН = Сu(ОН)2 + 2NaCl.

(0,5 балла.)

5) 2Cu(ОН)2 + СН3СНО СН3СООН + Сu2О + 2Н2О.

(1 балл.)

(Всего 4 балла.)

3. • При действии натрия на раствор этанола в уксусной кислоте выделяется водород:

2Н5ОН + 2Nа = 2С2Н5ОNa + H2, (1)

2СН3COOН + 2Nа = 2СН3COONa + H2. (2)

(1 балл.)

• При нагревании водород восстанавливает металлическое серебро:

Аg2O + Н2 = 2Аg + Н2О. (3)

(0,5 балла.)

• Найдем количества веществ этанола и уксусной кислоты:

2Н5ОН) = V/M = 9,2•0,8/46 = 0,16 моль,

(СН3СООН) = V/M = 12•1,0/60 = 0,2 моль.

(1 балл.)

• Найдем суммарное количество вещества водорода, выделившегося в реакциях (1) и (2):

12) = 0,52Н5ОН) = 0,08 моль,

22) = 0,5(СН3СООН) = 0,1 моль,

(общ. Н2) = 0,18 моль.

(1,5 балла.)

• Количество вещества оксида серебра:

(Аg2О) = m/M = 69,6/232 = 0,3 (моль).

(0,5 балла.)

• По уравнению реакции (3) 2) : (Аg2О) = 1 : 1, а по данным задачи 1,8 : 3, следовательно, оксид серебра взят в избытке и расчет массы серебра необходимо вести по водороду.

(0,5 балла.)

• Количество вещества серебра:

(Аg) = 22) = 0,36 моль.

(0,5 балла.)

•  Масса серебра:

m(Ag) = M = 0,36•108 = 38,88 г.

(0,5 балла.)

(Всего 6 баллов.)

4. • Общая формула гомологического ряда предельных одноосновных карбоновых кислот СхН2хO2,
где х = 1, 2 ...

(1 балл.)

• Уравнение реакции горения кислоты может быть записано следующим образом:

СхН2хО2 + (3х –2)/2О2 = хСО2 + хН2О.

(2 балла.)

• Найдем количество вещества образовавшегося углекислого газа, используя уравнение Менделеева–Клапейрона:

pV = RT, (СO2) = pV/RT,

Т = 127 + 273 = 400 К,

(СO2) = 108•7,69/(8,31•400) = 0,25 моль.

(1 балл.)

• По уравнению реакции:

хН2хО2) = (СO2)/х,

mхН2хО2)/MхН2хО2) = (СO2)/х,

5,1/(14x + 32) = 0,25/x.

(1 балл.)

• Решая уравнение, получаем x = 5.

(1 балл.)

• Таким образом, исходная кислота – С5Н10О2 – пентановая кислота (валериановая).

(1 балл.)

(Всего 7 баллов.)

5. • С азотной кислотой способны реагировать все исходные вещества, и все образующиеся продукты растворимы в воде:

МgСО3 + 2НNO3 = Мg(NO3)2 + Н2О + СО2, (1)

ВаСО3 + 2НNO3 = Ва(NO3)2 + Н2О + СО2, (2)

СаО + 2HNО3 = Са(NО3)2 + Н2О, (3)

SrО + 2HNO3 = Sr(NO3)2 + Н2О. (4)

(2 балла.)

• При действии на полученный раствор раствора сульфата натрия протекает три реакции и выпадает три осадка:

Ва(NO3)2 + Na24 = ВаSО4 + 2NaNО3, (5)

Са(NO3)2 + Na24 = CаSО4 + 2NaNО3, (6)

Sr(NO3)2 + Na24 = SrSО4 + 2NaNО3. (7)

(1,5 балла.)

• В оставшемся растворе будут присутствовать нитрат магния, нитрат натрия и избыток сульфата натрия. При действии раствора гидроксида натрия возможна одна реакция, сопровождающаяся выпадением осадка:

Mg(NO3)2 + 2NaOH = Mg(OH)2 + 2NaNО3. (8)

(0,5 балла.)

• Пусть в исходной смеси х моль карбоната магния, y моль карбоната бария, z моль оксида кальция и q моль оксида стронция. Масса исходной смеси:

m(cмеси) = m(MgCO3) + m(BaCO3) + m(CaO) + m(SrO).

C учетом молярных масс веществ получаем:

84x + 197y + 56z + 104q = 52,5 г. (9)

(1 балл.)

• Из уравнений реакций (1) и (2) следует:

1(СO2) = (MgСO3) = x моль,

2(СO2) = (BaСO3) = y моль.

(СO2) = V/VM = 6,72/22,4 = 0,3 моль.

Отсюда получаем уравнение:

х + y = 0,3. (10)

(2 балла.)

• Из уравнений реакций (2)–(7) следует:

(ВаSO4) = (Ba(NO3)2) = (BaСO3) = y моль,

(СаSO4) = (Сa(NO3)2) = (СaO) = z моль,

(SrSO4) = (Sr(NO3)2) = (SrO) = q моль.

Масса осадка, выпавшего на первом этапе, равна:

m(осадка) = m(BaSO4) + m(CaSO4) + m(SrSO4).

C учетом молярных масс веществ получаем уравнение:

233y + 136z + 184q = 55,3 г. (11)

(2 балла.)

• Из уравнений реакций (1) и (8) следует:

(Mg(OH)2) = (Mg(NO3)2) = (MgCO3) = х моль.

С учетом молярной массы выпавшего в осадок на втором этапе гидроксида магния получаем уравнение:

58х = 11,6 г. (12)

(1 балл.)

• Решая систему уравнений (9) – (12) получаем:

х = 0,2; y = 0,1; z = 0,1; q = 0,1.

(4 балла.)

• Тогда массы исходных веществ:

m(MgCO3) = 84х = 16,8 г,

m(BaCO3) = 197y = 19,7 г,

m(CaO) = 56z = 5,6 г,

m(SrO) = 104q = 10,4 г.

(1 балл.)

• Mассовые доли (в %) веществ в исходной смеси:

(MgCO3) = 100(%)m(MgCO3)/m(смеси) = 1680/52,5 = 32%,

(BaCO3) = 100(%)m(BaCO3)/m(смеси) = 1970/52,5 = 37,52%,

(CaO) = 100(%)m(CaO)/m(смеси) = 560/52,5 = 10,67%,

(SrO) = 100(%)m(SrO)/m(смеси) = 1040/52,5 = 19,81%.

(2 балла.)
(Всего 17 баллов.)

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

Рейтинг@Mail.ru