Смесь трех газов взорвали в закрытом сосуде

Департамент образования Администрации ЯНАО

Ямало-Ненецкий окружной институт повышения

квалификации работников образования

Городская (районная) олимпиада

по ХИМИИ

учебный год

9,10,11 классы

Тексты заданий и ответов

Салехард

2003

Химические олимпиады способствуют пропаганде знаний по предмету, чтению учебной и научно-методической литературы, повышают интерес учащихся к химии, формируют профессиональные интересы и намерения. Они не только развивают творческие способности учащихся, но и вырабатывают настойчивость и упорство в преодолении трудностей, развивают навыки самостоятельной работы.

Выполнение предложенных заданий требует от учащихся знаний теоретических основ химии, химических свойств веществ, условий протекания и признаков химических реакций, превращения веществ, а также умений решать задачи.

Задачи разнообразны как по темам, так и по уровню сложности, они нацелены на выявление и развитие творческого потенциала школьников.

В олимпиаде принимают участие победители школьного тура олимпиад.

На выполнение заданий отводится 4 астрономических часа.

1 место присуждается участникам, набравшим 75% (и более) от максимального количества баллов за все задания олимпиады.

2 место – в результате коллегиального решения членов предметного жюри (55% – 65%).

При выполнении олимпиадных заданий можно использовать

периодическую систему химических элементов и таблицу растворимости.

Химия

9класс

1.  Сколько электронов и протонов содержат следующие молекулы и ионы:

а) АlН4‾, б)NF3 ?

(2 балла)

2. Специальный сосуд по очереди заполняли газами (при н. у.) и взвешивали. Масса сосуда, заполненного углекислым газом, азотом и неизвестным газом А, составляла: 48,8 г, 45,6 г,48 г. Определите молярную массу неизвестного газа А.

(5 баллов)

3. Раствор карбоната натрия с массовой долей 8 % (плотность раствора 1,082 г/мл) смешали с 50 г 15 %-ного раствора соляной кислоты. Избыток соляной кислоты нейтрализовали гидроксидом калия. Для этого потребовалось 10 г 5,6 %-ного раствора гидроксида калия. Определите объем раствора карбоната натрия.

(5 баллов)

4. В капсюлях винтовочных патронов в качестве детонатора используют гремучую ртуть Нg(ОNС)2 , которая при выстреле разлагается, продукты ее разложения (их три, два газообразных, один из которых ядовит) полностью оказываются в воздухе. Сколько раз нужно выстрелить из мелкокалиберной винтовки в непроветриваемом тире размером 50·20·3 м3 , чтобы концентрация ртути в воздухе превысила предельно допустимую (значение этой величины в пересчете на чистую ртуть составляет 0,3·10-3 мг/м3 ), если в каждом патроне содержится 5 мг. гремучей ртути?

(5 баллов)

5. Известный шведский химик ХVIII века обратился однажды к аптекарю с претензией на плохое качество проданной ему натриевой селитры, после прокаливания она давала с кислотами какие-то бурые пары. Аптекарь не смог объяснить столь странное поведение селитры. Объясните, что происходило? Напишите уравнения химических реакций.

(3 балла)

6. Юный химик Миша нашел три запаянных ампулы с блестящей серебристой жидкостью. Он вскрыл ампулы и налил в них воду. Жидкость из первой ампулы с водой не реагировала. Тогда Миша нагрел её в заполненной кислородом колбе и увидел, что при этом образуется красное кристаллическое вещество. Содержимое второй ампулы интенсивно реагировало с водой, выделяя бесцветный горючий газ. После завершения реакции на дне ампулы осталась серебристая жидкость, неотличимая по внешнему виду от исходной, а по химическим свойствам – от содержимого первой ампулы. После того, как Миша налил воду в третью ампулу, произошел сильный взрыв со вспышкой пламени желтого цвета с фиолетовыми проблесками. Что находилось в ампулах и какие грубые нарушения техники безопасности допустил юный химик?

(5 баллов)

ХИМИЯ

9 КЛАСС

Ответы на задания и решения задач

1. а) Число протонов в атоме элемента равно порядковому номеру элемента, поскольку атом алюминия содержит 13 протонов, атом водорода – один протон. Всего в ионе АlН4‾ содержится 17 протонов, а число электронов равно 18, так как заряд иона равен – 1, поэтому число электронов на единицу превышает число протонов.

б) Атом азота содержит 7 протонов, атом фтора – 9 протонов. Всего в молекуле содержится 7 + 3 ∙ 9 = 34 протона. Заряд молекулы равен 0, поэтому число протонов равно числу электронов.

Ответ: а) 17 протонов, 18 электронов; б) 34 протона, 34 электрона.

(2 балла)

2. 1) m = ν · М М (N2) = 28 г/моль

М (СО2) = 44 г/моль

2)  Обозначим через х массу сосуда, через у количество газа в сосуде. Так как газы занимали один и тот же объем, их количества одинаковы.

m (сосуда) = х , ν (N2) = ν(СО2) = ν(А) = у, тогда m (СО2) = 44 у

m(N2) = 28 у

3)  Составим систему уравнений, учитывая, что масса сосуда, заполненного газом, равна сумме масс сосуда и газа.

х + 44 у = 48,8

х + 28 у = 45,6

х = 40; у = 0,2

m(А) = 48 г – 40 г= 8 г

М (А) = 8 г/0,2 моль = 40 г/моль

Ответ: М(А) = 40 г/моль

(5 баллов)

3. 1) Запишем уравнения реакций:

Nа2СО3 + 2 НCl= 2 NаСl + Н2О +СО2

НСl + КОН = КCl + Н2О

М (НCl) = 36,5 г/моль

М (КОН) = 56 г/моль

М (Nа2СО3) = 106 г/моль

2) Найдем массы гидроксида калия и соляной кислоты по формуле:

m (в-ва) = w% – m(р) /100%

m (КОН) = 10г – 5,6 % /100% = 0,56 г

ν(КОН) = ν1(НСl) = 0,56 г/ 56 г/моль = 0,01 моль

m(НСl) = 50 г – 15% /100% = 7,5 г

ν2(НСl) = 7,5 г /36,5 г/моль = 0,2055 моль

3) Найдем количество соляной кислоты, вступившей в реакцию с карбона – том натрия: ν3(НСl) = 0,2055 моль – 0,01 моль = 0,1955 моль

4) Найдем количество карбоната натрия, вступившего в реакцию.

ν (Nа2СО3) = 1/2 ν3(НСl) = 0,1955 моль: 2 = 0,0978 моль

5)  Найдем массу карбоната натрия.

m(Nа2СО3) = 0,0978моль·106 г/моль = 10,36г

6)  Найдем массу раствора карбоната натрия.

m(р. Nа2СО3) = 10,36г· 100% / 8% = 129,5г

7)  Найдем объем раствора карбоната натрия.

V (р. Nа2СО3) =129,5г /1,082 г/мл = 119,7мл

Ответ: V (р. Nа2СО3) = 119,7мл

(5 баллов)

4. Разложение гремучей ртути: Нg(ОNС)2 → Нg + N2 + 2СО

М(Нg(ОNС)2) = 285 г/моль

М(Нg) = 201г/моль

m(Нg) = 5· 201 /285 =3,5(мг)

Вычислим объем тира V = 50·20·3 = 3000(м3 )

Рассчитаем концентрацию ртути в воздухе тира после одного выстрела:

С (Нg) = 3,5мг /3000 м3 = 0,0012мг/ м3

Это в 4 раза больше предельно допустимой концентрации, следовательно, достаточно годного выстрела.

(5 баллов)

5. Селитра при прокаливании разлагается, образуя нитрит натрия:

2NаNО3 ® 2 NаNО2 + О2 ­

При взаимодействии нитрита натрия с кислотами образуется непрочная азотистая кислота, которая при нагревании разлагается с выделением оксида азота (VI) – газа бурого цвета.

NаNО2 + НСl = Nа Сl + Н NО2

или

2 NаNО2 + Н2SО4 = Nа2 SО4 + 2 Н NО2

2 Н NО2 = NО­+ NО2 ­ + Н2О

(3 балла)

6. Ответ: В первой ампуле была ртуть, во второй амальгама (сплав ртути и какого-либо щелочного металла (например, натрия)), а в третьей – сплав натрия и калия, который при комнатной температуре является жидкостью. Подсказкой является окраска пламени (желтая с фиолетовой).

Что касается правил техники безопасности, часто встречающиеся ответы, что вообще ничего нельзя подбирать на улице, а также нельзя проводить опыты с незнакомыми веществами, безусловно, являются верными правилами поведения для школьников. Но при этом, в химии невозможно не проводить опыты с незнакомыми веществами. Просто для таких опытов надо аккуратно отбирать небольшие количества веществ и обязательно использовать защитные очки или маску, проводить опыты под тягой.

(5 баллов)

10 класс

1.  Вычислите массу меди, железа и алюминия в смеси, если при действии на смесь массой 13 г раствора гидроксида натрия выделился газ объемом 6,72 л, а при действии соляной кислоты без доступа воздуха – газ объемом 8,96 л (н. у.).

(5 баллов)

2. Определите молекулярную формулу алкана, если известно, что для сжигания 6 л этого вещества потребовалось 39 л кислорода. Сколько литров углекислого газа при этом образовалось?

(5 баллов)

3. Поставьте приведенные формулы химических веществ в соответствии с областями их применения, указанными в таблице. ( Решение можно записать в виде « число – буква»)

(за каждый правильный ответ 0,5 балла, итого 7 баллов)

4. Ацетиленовый углеводород, содержащий пять углеродных атомов в главной цепи, может максимально присоединить 80 г брома с образованием продуктов реакции массой 104 г. Определите строение ацетиленового углеводорода, если известно, что он не вступает в реакцию с аммиачным раствором оксида серебра.

(5 баллов)

5. Напишите уравнения реакций, протекающих в водной среде:

а) Nа2SО3 + КМпО4 (в кислой среде) → Х + …..

б) Х + КОН → …..

(3 балла)

6. Смесь трёх газов взорвали в закрытом сосуде. Определите качественный и количественный составы продукта реакции, если первый газ был получен действием хлороводородной кислоты на 21,45 г цинка, второй – разложением нитрата натрия массой 25,5 г и третий – действием избытка хлороводородной кислоты на оксид марганца (IV) массой 2,61 г.

(5 баллов)

ХИМИЯ

10 КЛАСС

Ответы на задания и решения задач

1. 1. Из данных трех металлов (Сu, Fе, Аl) только алюминий взаимодействует с раствором щелочи, поэтому можно вычислить массу алюминия в смеси.

Х моль 0,3 моль

2Аl + 2NаОН + 6Н2О = 2 Nа [Аl(ОН)4] + 3Н2 ↑

2 моль 3 моль

2.Определяем количество вещества выделившегося водорода:

ν (Н2) = V (Н2)/Vм = 6,72/22,4 = 0,3 (моль)

1.  Находим массу алюминия.

Из уравнения следует:

ν (Аl) : ν(Н2) =2 : 3 → ν (Аl) = 2· ν(Н2) / 3 = 2 · 0,3 /3 = 0,2 (моль)

m (Аl) = ν (Аl) · М(Аl) = 0,2· 27 = 5,4 (г).

2.  Из данных металлов железо и алюминий реагирует с раствором соляной кислоты, поэтому можно вычислить объем газа, который выделяется при взаимодействии алюминия количеством вещества 0,2 моль, а затем – по оставшемуся объему газа – массу железа, содержащуюся в смеси.

0,2 моль Х моль

2Аl + 6 НСl = 2 АlCl3 + 3 Н2 ↑

2 моль 3 моль

Определяем количества вещества выделившегося водорода:

ν(Н2) = V(Н2) / Vм = 8,96 / 22,4 = 0,4 (моль)

Из уравнения следует:

ν (Аl) : ν(Н2) =2 : 3 → ν(Н2) = 3 · ν (Аl) /2 = 3 ·0,2 / 2 = 0,3 (моль)

3.  Находим количество вещества оставшегося водорода:

ν(Н2) = 0,4 – 0,3 = 0,1 (моль)

4.  Определяем массу железа в смеси:

Х моль 0,1 моль

Fе + 2 НСl = FеСl2 + Н2 ↑

1 моль 1 моль

Из уравнения реакции следует:

ν (Fе) : ν(Н2) = 1 : 1→ ν (Fе) = ν(Н2) = 0,1 моль.

Масса железа равна:

m (Fе) = ν (Fе) ·М(Fе) = 0,1· 56 = 5,6 (г).

7. Вычислим массу меди в смеси:

m (Сu) = m смеси – [ m(Аl) + m(Fе) ] = 13 – (5,4 +5,6) = 2 (г).

(5 баллов)

2. Общее уравнение сгорания алкана СnН2n+2 :

6л 39л

СnН2n+2 + (3n +1) / 2 О2 → nСО2 + (n +1) Н2О

Объем кислорода в 6,5 раз превышает объем алкана. По закону Авогадро это означает, что для сгорания одного моля алкана требуется 6,5 моль кислорода, т. е. (3n +1) / 2 = 6,5, откуда n = 4. Формула алкана – С4Н10.

Из закона Авогадро также следует, что объем углекислого газа в n = 4 раза превышает объем алкана: V(СО2) = 4 · 6 = 24(л)

Ответ: С4Н10., V(СО2) = 24 литра.

(5 баллов)

3.

(за каждый правильный ответ 0,5 балла, итого 7 баллов)

4. К тройной связи в ацетиленовых углеводородах может присоединиться две молекулы брома:

Сn Н2n-2 + 2 Вr2 → Сn Н2n-2 Вr4

ν(Вr2 ) = 80 / 160 = 0,5(моль), ν(Сn Н2n-2 ) = 0,5 / 2 = 0,25(моль). В реакцию с бромом вступило 104 – 80 = 34 (г) углеводорода Сn Н2n-2 , следовательно его молярная масса равна М(Сn Н2n-2) = 24 /0,25 = 96 г/моль, откуда следует,

что п = 7.

Углеводород С7 Н12 не реагирует с аммиачным раствором оксида серебра, следовательно тройная связь находится в середине цепи. Существует только один алкин состава С7 Н12 с пятью атомами углерода в главной цепи и с тройной связью в положении 2 – это 4,4 – диметилпентин –2

СН3

│

СН3 – С – C ≡ C ─ СН3

│

СН3

(5 баллов)

5.

а) 5Nа2SО3 + 2КМпО4 +3 Н2SО4 → 5 Nа2SО4 +2Мп SО4 +К2 SО4 +3Н2О

5 SО3 2- + Н2О –2е → SО4 2- +2Н +

2 МпО4 – + 8Н + + 5е → Мп2+ + 4Н2О

б) Из продуктов предыдущей реакции только сульфат марганца ( вещество Х) реагирует со щелочью:

Мп SО4 +2 КОН = Мп(ОН)2 ↓ +К2 SО4

(3 балла)

6. Решение:

1.

2.

3.

4. В результате взрыва смеси получаются вещества:

Таким образом, все исходные газы израсходовались полностью (0,33 моль Н2 , 0,15 моль О2 и 0,03 моль Сl2), при этом образовалось 0,3 моль, или 5,4 г, Н2О и 0,06 моль, или 2,19 г, НСl.

5. m р-ра = ?

5,4 г + 2,19 г = 7,59 г

6.

Итак, образовался раствор соляной кислоты с массовой долей 28,8% НСl.

(5 баллов)

11 класс

1. Определите формулу предельного одноатомного спирта, если при дегидратации образца его объемом 37мл и плотностью 1,4г/мл получили алкен массой 39,2 г.

(5 баллов)

2. Через горячий 10 % – ный раствор муравьиной кислоты массой 75 г. пропускали газообразный хлор до тех пор, пока массовые доли обеих кислот в растворе не стали равными. Определите массы образовавшихся кислот.

(5 баллов)

3. Через 10 г смеси бензола, фенола и анилина пропустили ток сухого хлороводорода, при этом выпало 2,59 г осадка. Его отфильтровали, а фильтрат обработали водным раствором гидроксида натрия. Верхний органический слой отделили, его масса уменьшилась на 4,7 г. Определите массы веществ в исходной смеси.

(5 баллов)

4. Составьте уравнения реакций в соответствии со схемой (вещества закодированные буквами, не повторяются; Х – оксид):

2 3

А → В → карбонат натрия

1 4 5

Х → С → диметиловый эфир

6

уксусная кислота

( за каждое уравнение по 0,5 балла, всего 3 балла)

5. При обжиге на воздухе сложного вещества массой 9,7 г образуется оксид массой 8,1 г, растворимый в щелочах, содержащий 80,2 % элемента (II) и газ, плотность которого по водороду равна 32, обесцвечивающий раствор, содержащий бром массой 16 г. Определите исходное вещество.

(5 баллов)

6. Расположите вещества в порядке возрастания энергии связи Э –Э в молекулах этана, гидрозина (Н2N –NН2), пероксида водорода, фтора. Объясните свой выбор.

(2 балла)

ХИМИЯ

11 КЛАСС

Ответы на задания и решения задач

1. 1. Определим массу спирта: m (Сn Н2n+1 ОН) = V – ρ = 37- 1,4 = 51,8 (г).

2.  Составим уравнение реакции в общем виде:

tо, Н2 SО4

Сn Н2n+1 ОН → Сn Н2n + Н2О

3.  Молярная масса спирта равна:

М(Сn Н2n+1 ОН) = (12n + 2n +1 + 16 + 1) = (14n + 18) г/моль.

4.  Молярная масса алкена равна:

М(Сn Н2n) = 12n + 2n = 14 n (г/моль).

5.  Вычислим количество вещества спирта и алкена:

ν(Сn Н2n+1 ОН) = m (Сn Н2n+1 ОН) / М(Сn Н2n+1 ОН) = 51,8 / 14n + 18 (моль),

ν(Сn Н2n ) = 39,2 /14n (моль).

6.  Находим значение n. Из уравнения следует:

ν(Сn Н2n+1 ОН) = ν(Сn Н2n ) или 51,8 / 14n + 18 = 39,2 / 14n,

отсюда n = 4, следовательно формула спирта С4 Н9 ОН (бутанол).

(5 баллов)

2. Решение: НСООН + Сl2 = СО2 + 2 НСl

М(НСООН) =46 г/моль, М(НСl) =36,5 г/моль

Найдем массу муравьиной кислоты в растворе – m(НСООН) = 75 · 0,1 =7,5 (г)

Пусть масса прореагировавшей муравьиной кислоты будет равна Х г. Поскольку процесс идет в одном растворе, то массы кислот тоже оказываются одинаковыми (по условию задачи – реакцию проводили до тех пор, пока массовая доля образовавшейся соляной кислоты не стала равной массовой доле непрореагировавшей муравьиной кислоты).

Выразим массу непрореагировавшей муравьиной кислоты через m2,

m2 = 7,5 – х

По уравнению реакции найдем массу образовавшейся соляной кислоты:

m(НСl) = х · 2· 36,5 / 46 , зная, что m(НСООН) = m (НСl) составим уравнение: 7,5 – х = х · 2· 36,5 / 46, х = 2,9г.

Найдем массу муравьиной кислоты – m2 (НСООН) = 7,5 –2,9 = 4,6(г)

Ответ: m(НСООН) = m (НСl) = 4,6 г

(5 баллов)

3. Решение: При пропускании через смесь сухого хлороводорода выпадает осадок хлорида фениламмония, который нерастворим в органических растворителях:

С6Н5NН2 + НСl → С6Н5NН3 Сl ↓

ν(С6Н5NН3Сl) = 2,59 / 129,5 = 0,02 (моль), следовательно ν(С6Н5NН2) = 0,02 моль, m (С6Н5NН2) = 0,02 ∙ 93 = 1,86(г).

Уменьшение массы органического слоя на 4,7 г произошло за счет реакции фенола с гидроксидом натрия: С6Н5ОН + NаОН → С6Н5ОNа + Н2О.

Фенол перешел в водный раствор в виде фенолята натрия m(С6Н5ОН) = 4,7 г.

Масса бензола в смеси составляет 10 – 4,7 – 1,86 = 3,44 (г).

Ответ: 1,86 г анилина,4,7 г фенола, 3,44 г бензола.

(5 баллов)

4. Решение: Х – Н2О, А – NаОН, В – NаНСО3, С – СН3ОН

Уравнения реакций

1.  2Nа + 2 Н2О = 2 NаОН + Н2 ↑;

2.  NаОН + СО2 = NаНСО3 ;

3.  2NаНСО3 = Nа2СО3 + Н2О + СО2 ↑ (при нагревании) ;

4.  СН3СООСН3 + Н2О = СН3ОН + СН3СООН;

to, Н2SО4

5.  2 СН3ОН → СН3 — О — СН3 + Н2О;

6.  (СН3СО)2 О + Н2О = 2 СН3СООН.

( за каждое уравнение по 0,5 балла, всего 3 балла)

5. Решение:

1.  Определяем о каком элементе идёт речь.

В-во + О2 = ЭО + газ

100% – 80,2% =19,8% (для кислорода в оксиде).

16 мас. ч. кислорода составляют 19,8%

x мас. ч. элемента составляют 80,2%

x= , т. е. Аr (Э) ,

следовательно, элемент – цинк, его оксид ZnO растворяется в щелочах.

2.  Определяем формулу образовавшегося газа.

Мr (газа)=

Исходя из относительной молекулярной массы газа и его свойства

обесцвечивать бромную воду, можно сделать предположение, что этот газ SO2.

3.  Определяем массу SO2.

16 г х г

Br2 + SO2 + H2O=2HBr + H2 SO4

Итак, исходное вещество, по-видимому, ZnS, убедимся в этом.

4.  Определяем массу цинка в оксиде цинка.

8,1 г х г

81 г 65 г

5.  Определяем массу серы в оксиде серы (IV) массой 6,4 г.

6,4 г х г

64 г 32 г

6.  Определяем массу (Zn + S) в веществе.

6,5 г + 3,2 г = 9,7 г

Следовательно, вещество – сульфид цинка (ZnS).

(5 баллов)

6. В ряду С – N – О – F увеличивается число несвязывающих электронных пар и, следовательно, увеличивается вызванное ими отталкивание между связанными одноименными атомами, что облегчает диссоциацию по связи элемент – элемент. Таким образом, энергия связи возрастает в ряду:

..

: F – F : < Н – О – О – Н < Н2N – NН2 < Н2С – СН2

..

(2 балла)