Задачи для школьной олимпиады по химии для учащихся 10 класса

Учитель химии МОУ Школы № 29 г.о. Самара Атапина Ирина Михайловна

Задания химической олимпиады для учащихся 10 класса

1. Смесь аммиака с водородом, объемом 0, 56 л (н.у.), пропущена при нагревании над 3,2 г оксида меди (II). Образовавшаяся в трубке смесь обработана 7,7 мл соляной кислоты (массовая доля кислоты 13,7%, плотность раствора 1,04 г/мл). Оставшаяся в растворе кислота, может прореагировать с 16 мл раствора гидрокарбоната калия с концентрацией 0,625 моль/л. Вычислите массовые доли газов в смеси и объем газа (при н.у.), выделяющийся при реакции с избытком кислоты. (8 баллов)

2. Для газообразного вещества Х с резким запахом известны следующие превращения:

Х + Na → A + ...

A + H₂O → X + …

X + HCl → B

B = X + … ( при нагревании)

X + O₂ → C + H₂O

X + O₂ → D + H₂O (реакция в присутствии катализатора)

D + O₂ → E

E + O₂ + H₂O → F

F + P₂O₅ → G + …

X + F → H

Н = I + H₂O (при нагревании)

Назовите соединения A -I, X. Напишите уравнения всех реакций.

В ряду соединений J-D-E-G не хватает еще одного соединения J. Назовите его и напишите реакцию получения с использованием только веществ, указанных в задаче. (7 баллов)

3. При смешивании водных растворов двух веществ, взятых в эквивалентных количествах, выпало 1, 25 г осадка, представляющего собой соль металла (М). Осадок отделили фильтрованием и нагрели до 1100⁰С. в результате образовалось 0,7 г твердого оксида МО и газообразный оксид. При выпаривании фильтрата после отделения осадка получилось 2 г сухого остатка, который при термическом разложении при 215⁰с дает газообразный оксид и 0,9 г водяных паров. общий объем парогазовой смеси составил 1,68 л ( в пересчете на нормальные условия). определите исходные вещества и напишите все уравнения протекающих реакций.

(12 баллов)

4. Углеводород А, массой 0,19 г, простейшая формула которого C₃H₂, реагирует с 0,115 г металлического натрия. При гидрировании его в присутствии тонкоизмельченного никеля образуется углеводород В, имеющий простейшую формулу C₃H₇. Установите структурные формулы веществ А и В. Существуют ли данные соединения в виде пространственных изомеров, если существуют, приведите их формулы.

(8 баллов)

5. При пропускании эквивалентного количества фосфина через подкисленный серной кислотой раствор перманганата калия образовался 5%-ный раствор фосфорной кислоты. Напишите уравнение химической реакции. Вычислите массовые доли остальных продуктов реакции. (5 баллов)

Учитель химии МОУ Школы № 29 г.о. Самара Атапина Ирина Михайловна

Решения задач химической олимпиады для 10 класса

1.При пропускании смеси аммиака и водорода над CuO происходят реакции восстановления оксида меди:

3CuO +2NH₃ =3Cu + N₂ +3 H₂O (1)

CuO + H₂ = Cu + H₂O (2)

В результате этих реакций в трубке образуется смесь Cu и CuO. То, что CuO не прореагировал до конца, следует из реакции смеси с HCl (чистая медь не растворяется в соляной кислоте):

CuO + 2HCl = CuCl₂ + H₂O (3)

Избыток HCl нейтрализуется гидрокарбонатом калия:

KHCO₃ + HCl = KCl +CO₂ + H₂O (4)

Найдем количество веществ: ν (HCl) = V · ρ · ω / М = 7,7 · 1,04 · 0,137 /36,5 =0,03 моль; ν (KHCO₃) = c · V = 0,625 ·0,016 = 0,01 моль.

В реакцию (4) вступило 0,1 моль HCl, следовательно, на растворение CuO по реакции (3) израсходовано 0,03 - 0,01 = 0,02 моль HCl. Таким образом, после реакции восстановления в трубке осталось 0,01 моль CuO; до реакции количество CuO составляло 3,2/80 = 0,04 моль; в реакции (1) и (2) вступило 0,03 моль CuO.

Пусть в смеси было x молей NH₃ и y молей H₂. эти количества газов могут восстановить по реакциям (1) и (2) 3/2 · x + y =0,03 (5)

Объем смеси газов равен 0,56 л (н.у.), следовательно

x + y = 0,56/22,4 = 0,025 (6)

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

x = 0,01 = ν (NH₃); m (NH₃) = 0,01· 17 = 0,07 г;

y = 0,015 = ν (H₂); m (H₂) = 0,015·2 =0,03 г.

Общая масса смеси равна m = m (NH₃) + m (H₂) = 0,17+ 0,03= 0,2 г. Массовые доли газов равны: ω (NH₃) = 0,17/0,2·100%= 85%; ω (H₂) = 0,03/0,2·100%= 15%.

По реакции (4), ν (CO₂) = ν (KHCO₃)= 0,01 моль.

V (CO₂) = 0,01 · 22,4 = 0,224 л.

Ответ: ω (NH₃) = 85%; ω (H₂) = 15%; V (CO₂) = 0,224 л.

Оценка задачи : 8 баллов

• Составлены уравнения реакции - 2 балл

• Найден процентный состав смеси и объем водорода - 6 баллов

2. X - аммиак.

A - амид натрия NaNH₂,

В - хлорид аммония NH₄Cl,

С - азот N₂,

D - оксид азота(II) NO,

Е - оксид азота(IV) NO₂ или N₂O₄,

F - азотная кислота HNO₃,

G - оксид азота(V) N₂O₅,

H - нитрат аммония NH₄NO₃,

I - оксид азота(I) N₂O.

2NH₃ + 2Na → 2NaNH₂ + H₂

NaNH₂ + H₂O → NH₃ + NaOH

NH₃ + HCl → NH₄Cl

NH₄Cl = NH₃ + HCl (при нагревании)

4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (в присутствии катализатора)

2NO + O₂ → 2NO₂

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

2HNO₃ + P₂O₅ → N₂O₅ + 2H₃PO₃ или 6HNO₃ + P₂O₅ → 3N₂O₅ + 2H₃PO₄

NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃

NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O (при нагревании)

В ряду оксидов не хватает оксида азота(III) N₂O₃, который образуется при охлаждении эквимолярной смеси оксидов азота (II) и (IV):

NO + NO₂ → N₂O₃

Оценка задачи: 7 баллов

• указаны все неизвестные вещества - 3 балла

• составлены все уравнения химических реакций - 3,5 балла

• определен недостающий оксид азота - 0,5 балла

3. ν (H₂О) =0, 9/18 моль

V (H₂) = 1,12 л

ν (газовой смеси) = 1,68/22,4 = 0,075 моль

ν (газа) = 0,075- 0,05 = 0,025 моль

М_ср =2/0,075 = 26,67 г/моль

V(газа) = 1,68 - 1, 12 = 0, 56 л

М_ср = М_газа · V(газа) + М (H₂O) · V(H₂O) / V(газа) + V(H₂O)

26,67 = М_газа · 0, 56 + 18 · 1,12 / 0,56 + 1,12

M(газа) = 44 г/моль

Таким газом в данном случае может быть только N₂O. Следовательно, соль - NH₄NO₃.

Разложение соли NH₄NO₃ происходит в соответствии с уравнением:

NH₄NO₃ = N₂O + 2 H₂O (1)

поэтому ν (NH₄NO₃ ) = ν (N₂O) = 0,025 моль

ν (М) = ν (МО) = ν (M(NO₃)₂ = 0,5 ν (NH₄NO₃) = 0,0125 моль

M (MO) =0,7/0,0125 = 56 г/моль

М (М) = 56 - 16 = 40 г/моль

металл - кальций

0,7 г CаO - соответствует 0,55 г газообразного оксида

56 г CаO - соответствует x г газообразного оксида

x = 56 · 0,55/0,7 = 44 следовательно, газообразный оксид CO₂.

Соль: CaCO₃.

Разлагается в соответствии с уравнением: CaCO₃ = CaO + CO₂

При сливании растворов протекает реакция:

(NH₄)₂CO₃ + Ca(NO₃)₂ = CaCO₃↓ + 2NH₄NO₃ (2)

Ответ: исходные соли - (NH₄)₂CO₃ и Ca(NO₃)₂.

Оценка задачи : 12 баллов

• запись уравнений (1) и (2) по 2 балла

• за доказательное определение исходных веществ 8 баллов

4. Соединение с брутто-формулой C₃H₂ не существует, но C₆H₄ - реально существующее соединение, возможно, непредельное. Молярная масса C₆H₄ равна 76 г/моль. Взаимодействие с натрием указывает на наличие в молекуле как минимум одной тройной связи. По условию задачи исходное соединение А в количестве 0,19 г (М = 76 г/моль, ν = 2,5 · 10^-3 моль) реагирует с 0,015 г (М = 23 г/моль, ν = 5 · 10^-3 моль) натрия. Это означает, что тройных связей две и они концевые. С учетом выявленного, структурная формула соединения А выглядит так:

HC ≡ C - CH = CH - C ≡ CH

Данное соединение может существовать в виде двух изомеров (цис и транс). Также возможно существование еще одной структуры:

HC ≡ C - C - C ≡ CH

║

СH₂

Проверяем правильность решения задачи по соединению В. Его простейшая формула С₃H₇, но это после гидрирования соединения А. Полностью гидрированным может быть алкан, но с брутто-формулой C₆H₁₄. Возможно существование двух изомеров (исходя из возможных структур А):

H₃C - C H₂ - CH - C H₂ - СH₃ H₃C - C H₂ - C H₂ - C H₂ - C H₂ - СH₃

│

СH₃

Оценка задачи : 8 баллов

• количественное обоснование структурной формулы - 5 баллов

• написание структурных формул изомеров - 3 балла

5. Уравнение реакции:

0,051 моль Х моль Y моль

5PH₃ + 8KMnO₄ + 12H₂SO₄ = 5H₃PO₄ + 8MnSO₄ + 4K₂SO₄ + 12H₂O

5моль 8моль 5моль 8моль 4моль

В 100г 5%-ного р-ра содержится 5г H₃PO₄.

ν(H₃PO₄) = 5\98 = 0,051 моль

ν(MnSO₄) = X = 0,0816 моль, M(MnSO₄) = ω(MnSO₄) = 0,0816 · 151 = 12,3%

ν(K₂SO₄) = Y = 0,0408 моль, M(K₂SO₄) = ω(K₂SO₄) = 0,0408 · 174 = 7,1%

Ответ: ω(MnSO₄) = 12,3% ; ω(K₂SO₄) =7,1%

Оценка задачи: 5 балла

• Уравнение реакции - 2 балла

• Нахождение массовой доли продуктов реакции в растворе - 3 балла