Олимпиады по химии 10 класс

1. По названиям перечисленных соединений напишите их формулы, после чего составьте уравнения следующих реакций (для реакций, протекающих в водных растворах с участием неорганических веществ – в молекулярной и сокращенной ионных формах, для записи органических веществ используйте структурные формулы):

            1. диоксида марганца с иодоводородной кислотой;

            2. водного раствора бромата цинка с избытком водного раствора гидроксида цезия;

            3. водного раствора перхлората хрома (III) с водным раствором карбоната рубидия;

            4. водного раствора дигидрофосфата кальция с водным раствором гидроксида натрия;

            5. водного раствора хлорита бария с хлороводородом;

            6. 3, 3-диметилбутена-1 с раствором брома в четыреххлористом углероде;

            7. 2, 4-дибромпентана с цинковой пылью при нагревании;

            8. 2, 3-дибромпентана с цинковой пылью при нагревании.

2. Некоторый алкан А, относительная плотность которого по воздуху равна 2, подвергли хлорированию. При этом получили смесь только двух монохлорпроизводных Б₁ и Б₂, которая после обработки спиртовым раствором гидроксида калия дает лишь одно соединение В.

            1. Определите молекулярную формулу алкана А (приведите необходимые расчеты).

            2. Изобразите структурные формулы соединений А, Б₁, Б₂ и В. Назовите эти соединения по номенклатуре IUPAC.

            3. Напишите уравнения реакций соединения В со следующими веществами (с указанием всех продуктов и стехиометрических коэффициентов; для записи органических веществ используйте структурные формулы): а) бромоводородом; б) бромоводородом в присутствии органического пероксида (например, пероксида бензоила); в) хлором (1 моль) при 500 С; г) раствором перманганата калия, подкисленной серной кислотой; д) раствором перманганата калия в щелочном (гидроксид калия) растворе.

3. Термитная смесь (термит) – порошкообразная смесь алюминия с оксидами различных металлов (обычно железа). При воспламенении горит с выделением большого количества тепла (температура горения 2300-2700 °С) и применяется для сварки рельсов и при отливке крупных деталей. Ещё эту реакцию используют в промышленности для получения ряда металлов из их оксидов. Стандартные теплоты образования некоторых оксидов металлов приведены в таблице:

1. Как называется этот метод получения металлов? Напишите уравнения реакций получения металлов из перечисленных в таблице оксидов этим методом (не важно, можно ли провести эти реакции на самом деле).

2.Если среди реакций п. 1 есть эндотермические, укажите их. А в какой из реакций выделяется наибольшее количество тепла (сколько именно) в расчете на моль взятого алюминия?

3. Оцените минимальные массы навесок Al и Fe₂O₃, которые нужно взять для приготовления железного термита, чтобы выделившегося тепла хватило на плавление 1 кг железного рельса. Теплота плавления железа 13,8 кДж/моль, можно принять, что все тепло, выделяющееся в реакции, тратиться на плавление рельса.

4. А теперь решите задачу более точно, учитывая, что рельс еще нужно нагреть до температуры плавления (1539 °С), стартуя от комнатной температуры (20 °С). Средняя теплоемкость железа на этом интервале температур составляет 35,77 Дж/(моль*К).

5. Предложите химический способ разделения смеси, полученной в результате сгорания железного термита.

4. Студенты Даша и Гоша выполняли лабораторную работу по получению хлора. Они обрабатывали перманганат калия конц. соляной кислотой, а хлор, пропущенный через склянку с конц. серной кислотой, собирали в одинаковые газовые пипетки (это такая трубка с двумя краниками) объемом 0,480 л, предварительно их взвесив. Массы пипеток у каждого составляли по 30,60 г. Оба закрепили свои пипетки в штативе вертикально, но один из них присоединил от прибора с хлором к верху пипетки, открыв оба краника, а второй – к низу (краники, правда, тоже открыл). По окончании опыта, закрыв краники и отсоединив шланги, они снова взвесили пипетки. Масса пипетки с хлором у Даши составила 151,43 г, а у Гоши 151,17 г. Когда же они стали вычислять молярные массы собранного газа (молярный объем газа при температуре опыта составляет 24,0 л/моль), у Даши вышло 41,5 г/моль, а у Гоши 57,5 г/моль. Сильно удивившись таким ответам, они решили определить химически, сколько же именно хлора каждому из них удалось собрать в пипетке. По результатам анализа оказалось, что Даша получила 0,0199 моль хлора, а Гоша 0,0136 моль.

            1. Чему именно так удивились Даша и Гоша? Кто из них неправильно рассчитал молярную массу полученного газа? Попробуйте догадаться, что именно он сделал не так, если известно, что все арифметические действия студентами были выполнены правильно.

            2. Рассчитайте объемную долю хлора в каждой из пипеток после опыта и температуру воздуха в комнате, в которой работали студенты. Кто из ребят присоединил шланг от прибора с хлором к низу пипетки? Кстати, один из них на предыдущем занятии получал водород. Как Вы думаете, кто именно? Обоснуйте свои ответы.

            3. Напишите уравнение реакции, по которой Даша и Гоша получали хлор. Когда они стали мыть посуду, на стенках реактора оставался бурый налет, не смывавшийся водой. Что это за налет и чем его можно отмыть (уравнения реакций)?

            4. Предложите методику определения количества хлора, собранного студентами в пипетки (с уравнениями реакций).

1. «... — вещество, открытое сэром Гемфри Деви. Оно очень энергично действует на воду, и это воздействие будет служить нам для обнаружения воды. Достаточно взять маленький кусочек его и бросить в чашку с водой; как только оно попадет на воду, так сейчас же вспыхивает …». М. Фарадей. Популярные Рождественские лекции. Какое вещество, открытое Г. Деви в 1807 г., М. Фарадей использовал в своих популярных Рождественских лекциях? Напишите уравнение реакции этого вещества с водой. В состав каких природных соединений входит химический элемент, образующий это вещество? Где в нашей стране находятся основные залежи его минералов, имеющих промышленное значение? Какой может быть окраска минералов и почему? Из какого соединения и каким образом выделил Г. Деви это вещество? Напишите уравнение реакции. Почему ученый не использовал для этой цели природные соединения?

Решение:

Фарадей использовал калий, который был получен в 1807 г. Г. Деви.

 Калий реагирует с водой:

 2K + 2H2O = 2KOH + H2

 Чаще всего калий встречается в составе хлоридов: сильвинита NaCl·KCl, сильвина KCl, карналлита KCl·MgCl2·6H2O, силикатов (полевой шпат). Основные залежи его минералов в России находятся в Приуралье (г. Березники). «Древнее Пермское море охватывало весь Восток Европейской части России. Отдельные его заливы, языки на севере заходили под самый Архангельск, на юге длинные рукава протягивались к Донецкому Бассейну и к Харькову. Начиная с Соликамска вплоть до юго-восточной части Уральского хребта, тянутся отдельные линзы калиевых месторождений». Цвет обычно белый. Красноватый оттенок придают следы железа, синий цвет обусловлен присутствием в минерале радиоактивного 40К, после распада которого образуются пустоты, придающие минералу синий цвет.  Г. Дэви получил калий электролизом расплава гидроксида калия, т.к. он имеет более низкую температуру плавления по сравнению с хлоридом (tпл.(KOH) = 404°C, tпл.(KCl) = 770°C).

 4KOH  4K + O2 + 2H2O

2. Медицинский препарат X называется «... магния». Он состоит из двух бинарных веществ*: А1 и А2 одинакового качественного состава. Нагревание препарата X сопровождается выделением бесцветного газа, поддерживающего горение, и потерей 4,29% массы. При этом образуется препарат Y — «... магния», состоящий исключительно из А2. Оба препарата используются для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, причем X оказывает активное противомикробное действие, в отличие от Y. При растворении А2 в серной кислоте и последующей кристаллизации продукта получается вещество А3, исторически используемое в качестве легкого слабительного средства. Массовый состав А3: 5,7% Н, 71,5% O, 13,0% S, 9,8% Mg. Определите состав веществ А1 и А2 и приведите названия препаратов X и Y, учитывая, что название X — это название соединения А1, а название Y — А2. Установите состав препарата X в процентах по массе. Установите химическую формулу и название вещества А3. Напишите уравнения приведенных реакций. Предположите, с чем может быть связана противомикробная активность X. * Бинарными называются соединения, состоящие из двух элементов

Решение:

При термическом разложении бинарного соединения может выделяться простое вещество. Возможно единственное решение — простое вещество, газ, поддерживающий горение — кислород. Для элементов IIА группы не характерно образование супероксидов, озонидов, поэтому А2 — MgO, а А1 — MgO2. Тогда названия препаратов: X — пероксид (перекись) магния, Y — оксид (окись) магния. 2MgO2 = 2MgO + O2↑                                                                                             

Потеря массы — удаление половины кислорода в составе MgO2, пусть массовая доля MgO2 — х, тогда потеря массы:

x·16 г/моль / 56 г/моль = 0,0429

x = 0,0429·56 г/моль / 16 г/моль

x = 0,15

 Таким образом ω(MgO2) = 15%, ω(MgO) = 85%.

Сумма массовых долей элементов в составе А3 равна 100%, поэтому можно установить соотношение:

n(Mg) = n(S) = n(O) = n(H) = 9,8/24 = 13,0/32 = 71,5/16 = 5,7/1 = 1:1:11:14

Сера и часть кислорода входит в состав сульфат-иона SO42–, остальной кислород — в кристаллизационную воду. Таким образом, вещество А3 — MgSO4·7H2O — семиводный сульфат магния или гептагидат сульфата магния.

MgO + H2SO4 = MgSO4 + Н2О

 (MgSO4 + 7Н2О = MgSO4·7H2O)

Препарат X содержит MgO2, который в кислой среде желудка образует пероксид водорода, проявляющий бактерицидную активность:

 MgO2 + 2HCl = MgCl2 + Н2О2

3.Часто, говоря о реакциях непредельных соединений с бромной водой, мы несколько упрощаем сущность процесса. На самом деле образуются не только дигалогенпроизводные, но и соединения более сложного состава и строения. Так, в результате взаимодействия углеводорода А с бромной водой образуется некоторое количество вещества Б, состав которого СnH2nBrOH. После дегидратации вещества Б при температуре выше 170°С в присутствии концентрированной серной кислоты образуется два изомерных монобромалкена: В и Г, причем Г не образует геометрических изомеров. Определите молекулярные и структурные формулы веществ А, Б, В и Г. Известно, что 2 литра А при н.у. имеют массу 5 г. Напишите уравнения всех протекающих реакций. Составьте формулы геометрических изомеров В и назовите их.

Решение:

Молярная масса углеводорода А:

M(A) = 5·22,4 / 2 = 56 г/моль

 Молекулярная формула А — C4H8

Вещество В:

цис-2-бромбутен-2 транс-2-бромбутен-2

Вещество Г:

3-бромбутен-1

Вещество А:

бутен-2

4. Минерал авантюрин представляет собой оксид некоторого химического элемента, впервые выделенного в виде простого вещества шведским химиком Й.Я. Берцелиусом в 1822 г. Юный химик пытался определить состав минерала. Он измельчил 0,6 г авантюрина и сплавил его с избытком щелочи. Полученный сплав растворил в воде и обработал избытком соляной кислоты. Масса выделившегося осадка после промывания и прокаливания составила 0,6 г. Весь полученный порошок юный химик смешал с 0,486 г магния и прокалил без доступа воздуха до завершения реакции. После остывания полученную смесь он снова обработал соляной кислотой и получил порошок бурого цвета массой 0,28 г. При обработке полученного порошка избытком водного раствора щелочи выделилось 0,448 л водорода (н.у.). На основе полученных экспериментальных данных помогите юному химику определить состав минерала. Запишите уравнения всех происходящих процессов.

Решение:

Молярная масса углеводорода А:

M(A) = 5·22,4 / 2 = 56 г/моль

 Молекулярная формула А — C4H8

Вещество В: цис-2-бромбутен-2; транс-2-бромбутен-2

Вещество Г: 3-бромбутен-1

Вещество А: бутен-2