школьная олимпиада по химии 10 класс
олимпиадные задания по химии (10 класс) по теме

ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ

ШКОЛЬНЫЙ ЭТАП

2012-2013 уч. год

10 класс

10-1     Какие газы можно получить, имея в своем распоряжении следующие вещества:

хлорид натрия, серную кислоту, нитрат аммония, воду, нитрит аммония, соляную кислоту, перманганат калия, гидроксид натрия, карбид алюминия, карбид кальция и сульфит натрия?

Напишите все уравнения возможных реакций, укажите условия их протекания.

10-2. В органических соединениях атом углерода называют первичным, вторичным, третичным или четвертичным в зависимости от того, с каким числом соседних углеродных атомов (с одним, двумя, тремя или четырьмя) он связан. В таблице приведены сведения о некоторых предельных углеводородах.

Напишите структурные формулы углеводородов А–Н и приведите их названия.

10-3     В 1928 году американскому химику корпорации «Дженерал Моторс»

(«General Motors Research») Томасу Мидглей младшему удалось синтезировать и выделить в своей лаборатории химическое соединение, состоявшее на 23,53% из углерода, 1,96% водорода и 74,51% фтора. Полученный газ был в 3,52 раза тяжелее воздуха и не горел. Выведите формулу соединения, напишите структурные формулы органических веществ, соответствующих полученной молекулярной формуле, дайте им названия по номенклатуре ИЮПАК. Где применяются в наше время подобные соединения?

10-4      Для трех химических элементов А, В и С известно, что они принимают участие в следующих превращениях:

С2 + 3В2 2СВ3

4СВ3 + 5А2 4СА + 6В2А

4СВ3 + 3А2 = 2С2 + 6В2А

С2 + А2 = 2 СА

4СА2 + 2В2А + А2 = 4ВСА3

О каких элементах идет речь в задании? Запишите уравнения реакций.

10-5   При растворении 11,5 г смеси алюминия, магния и меди в соляной кислоте выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Нерастворившийся остаток переведен в раствор концентрированной азотной кислотой. При этом выделилось 4,48 л (н.у.) газа. Определите массовые доли (в%) компонентов исходной смеси.

10-6. В пяти пробирках находятся растворы гидроксида кальция, соляной кислоты, карбоната натрия, нитратов аммония  и серебра. Предложите способ определения содержимого каждой пробирки, не прибегая к использованию других реактивов. Напишите уравнения протекающих реакций.  

10-7. Смесь этана, этилена и ацетилена объемом 2,8 л (н.у.) может прореагировать с 17,4 г оксида серебра (в аммиачном растворе) или присоединить 28 г брома. Напишите уравнения реакций. Вычислите объемные доли углеводородов в исходной смеси.

10-8*. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения: пропан → 2-хлорпропан → пропен → 1,2-дихлорпропан → пропин →   → пропен → пропанол-2 → 2-бромпропан → 2,3-диметилбутан.

10-9*. Газ, выделившийся при действии 3,0 г цинка на 18,7 мл 14,6 %-ной (по массе) соляной кислоты (плотностью 1,07 г/мл), пропущен при нагревании над 4,0 г оксида меди (II). Определите, каким минимальным объемом 19,6 %-ной (по массе) серной кислоты (плотность 1,14 г/мл) надо обработать полученную смесь, чтобы выделить из нее металлическую медь.

Решения 10 класс

10-1

 1) 2NaCl(тв.) + H2SO4 (конц.)  Na2SO4 + 2HCl↑

     или NaCl(тв.) + H2SO4 (конц.)  NaHSO4 + HCl↑

NH4NO3 = N2O↑ + 2H2O

NH4NO2 = N2↑ + 2H2O

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2↑

2KMnO4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O

или 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑ + Cl2↑

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4↑

CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2↑

2H2O 2H2↑+ O2

NH4NO3 + NaOH = NaNO3 + NH3↑ + H2O

Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2O + SO2↑ 

За каждое уравнение реакции    1 балл

Итого: 10 баллов

10-2. Соединения:

 А – СН3–СН3                        этан

 В – СН3–СН2–СН3                пропан

 С – СН3–СН2–СН2–СН3        н-бутан

 D – СН3–СН(СН3)–СН3        2-метилпропан (изобутан)

 Е – СН3–СН2–СН2–СН2–СН3        н-пентан

 F – СН3–СН(CH3)–СН2–СН3        2-метилбутан (изопентан)

 G – СН3–С(CH3)2–СН3                2,2-диметилпропан (неопентан)

 H – CH3–C(CH3)2–CH(CH3)–CH3                2,2,3-триметилбутан        

        За каждое правильно составленную структурную формулу – по 0,75 балла.

 За каждое правильно составленное название соединения – по 0,5 балла.

 Всего – 10 баллов.

10-3  

Формула вещества CxHyFz -  1 балл

Относительная молекулярная масса 29*3,52=102 - 1 балл

x : y : z = 23,53/12 : 1,96/1 : 74,51/19 -  1 балл            C : Н : F = 1 : 1 : 2 -  1 балл

Простейшая формула СНF2   Мr= 51 - 1 балл          Отсюда истинная формула С2Н2F4  - 1 балл  

Или: 12 x+ y+19 z=102 -1 балл

12 x – 23,53%

102 – 100%         x =2

Y – 1,96%

102 – 100%         y=2  

19 z – 74,51%

102 – 100%            z =4      расчеты  - 1 балл

Отсюда  формула С2Н2F4  - 1 балл        Это фреон.

Возможны 2 структурных изомера: 1,1,2,2-тетрафторэтан

И 1,1,1,2-тетрафторэтан - каждая структурная формула и название по 1 баллу

 (всего – 4 балла)

 Области применения: в качестве рабочего вещества — хладагента в холодильной технике; раньше применялись в парфюмерии и медицине для создания аэрозолей;

в пожаротушении на опасных объектах (например, электростанции, корабли и т. д.);

как вспенивающий реагент при производстве полиуретановой продукции.

 (хотя бы 1 пример)  -  1  балл

  Всего -  10 баллов

10-4

N2 + 3H2 2NH3

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

N2 + O2 = 2NO

4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3

Составлена система уравнений с тремя неизвестными:

  А – кислород, В – водород, С – азот.

За каждое уравнение реакции                       1 балл

Всего – 5 баллов.

10-5

1)  Медь не взаимодействует с соляной кислотой.

                                                                     4,48 л

Cu + 4 HNO3 = Cu(NO3)2 +2NO2 + 2H2O

n(NO2) = 4,48/22,4 = 0,2 моль;

 n(Cu) = 0,1 моль; m(Cu) = 64 x 0,1 = 6,4 г                                     1 балл

        х моль                                           1,5  х моль

2) 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

      y моль                                           y моль    

    Mg + 2HCl = MgCl2 + H2                                                                                        2  балла

3) Определение количества вещества водорода: n(H2) = 5,6/22,4 = 0,25 моль;      1 балл

4) Составлена система с двумя неизвестными:

x + 1,5y = 0,25

24x + 27y = 5,1                                                                                                              2 балла

5) Решена система с двумя неизвестными (определены значения «х» и «y»)      2 балла

  х = 0,1;  у = 0,1

6) Определены массы и массовые доли компонентов смеси.

    m(Al) = 2,7г;  m(Mg) = 2,4г                                                                                       1 балл

  ώ (Al) =  2,7/11,5 = 0,2348 или 23,48%

  ώ(Mg) =   2,4/11,5 = 0,2087 или 20,87%.                                                                       1 балл

  ώ (Cu) = 6,4/11,5 = 0,5565 или 55,65%

Итого: 10 баллов

10-6. 

Для идентификации соединений в пяти пробирках необходимо провести реакции их попарного взаимодействия. Наблюдаемые в каждом случае эффекты следует занести в таблицу (сетку Плетнера), которую затем необходимо построчно сравнить с аналогичной таблицей эффектов попарного взаимодействия заданных веществ, составленной теоретически:

Уравнения реакций:

Д)  2 HCl + Сa(ОН)2  = СaCl 2  +  2 H2O;                H+  +  OH–  =  H2O  

(нет внешнего эффекта).

З)   2NH4NO3  +  Сa(ОН)2    = Сa(NO3)2   +  2NH3↑  +  2H2O;         

NH4+  +  OH–  =  NH3  +  H2O

(выделяется газ с резким неприятным запахом).

Г)  Na2CO3  + 2 HCl =  2NаCl  +  H2O  +  CO2↑;         

CO32–  +  2 H+  =  H2O  +  CO2   (выделяется газ без запаха).

 В)  2АgNO3 + Сa(ОН)2 = Сa(NO3)2 + 2АgОН (выпадает серый  осадок).

 Б)   2Аg NO3    +  Na2CO3  =  2Nа NO3  + Аg2CO3   (выпадает белый осадок).

А)    Аg NO3    +  HCl =  АgCl + Н NO3   (выпадает белый хлопьевидный осадок).

   Е)   возможно протекание реакции совместного гидролиза:  

2 NH4NO3  +  Na2CO3  =  2 NaNO3  +  2 NH3  +  CO2  +  H2O;

2 NH4+  +  CO32–  =  2 NH3  +  CO2  +  H2O,   в результате чего содержимое пробирки будет пахнуть аммиаком.

Ж)  Сa(ОН)2  +  Na2CO3  =  2Nа ОН  + СaCO3     (выпадает белый кристаллический осадок)

Проведем анализ полученной таблицы.

Комбинация «один осадок + один газ без запаха» соответствует пробирке с раствором соляной  кислоты.

Комбинация «2 осадка (бел и сер) + один газ с резким неприятным запахом» отвечает пробирке с раствором гидроксида кальция.

Сочетание « 2  белых осадка  + один газ без запаха  + возможно, газ с резким неприятным запахом» дает пробирка с раствором карбоната натрия..

Три  осадка образует нитрат серебра.

Только газ с резким неприятным запахом  (один или два раза) выделяется из пробирки с раствором нитрата аммония.

При затруднении в идентификации содержимого отдельных пробирок можно использовать качественные реакции с участием веществ в уже известных пробирках.

Составление таблицы – 5 баллов.

Уравнения реакций – 8 баллов.

Указание на определение каждого из веществ – 5 баллов.

Всего – 18 баллов.

10-7. Уравнения реакций:

        HC≡CH  +  Ag2O(аммиачн.р-р)  →  Ag–C≡C–Ag↓  +  H2O                (1)

        CH2=CH2  +  Br2  →  CH2Br–CH2Br                                        (2)

HC≡CH  +  2Br2  →  CHBr2–CHBr2                                        (3)

Реакция радикального бромирования этана не используется при решении этой задачи, поскольку представляет собой реакцию замещения, а не присоединения.

        Количество вещества Ag2O:        n(Ag2O) = 17,4 г / 232 г/моль = 0,075 моль.

        Количество вещества Br2:                n(Br2) = 28 г / 160 г/моль = 0,175 моль.

        В соответствии с уравнением реакции (1)          n(C2H2) = n(Ag2O) = 0,075 моль.

        Объем ацетилена:                 V(C2H2) = 0,075 моль · 22,4 л/моль = 1,68 л.

        В соответствии с уравнением реакции (3) с 0,075 моль ацетилена прореагирует 0,075 · 2 = 0,150 моль брома. Значит, в реакцию с этиленом вступает                  0,175 – 0,150 = 0,025 моль Br2.

В соответствии с уравнением реакции (2)          n(C2H4) = n(Br2) = 0,025 моль.

Объем этилена:                 V(C2H4) = 0,025 моль · 22,4 л/моль = 0,56 л.

Объем этана:                        V(C2H6) = 2,8 л – 1,68 л – 0,56 л = 0,56 л.

Объемные доли газов в смеси:

φ(С2Н2) = (V(C2H2) / V(смеси)) · 100%;          φ(С2Н2) = (1,68/2,8) · 100% = 60%;

φ(С2Н4) = (V(C2H4) / V(смеси)) · 100%;          φ(С2Н4) = (0,56/2,8) · 100% = 20%;

φ(С2Н6) = (V(C2H6) / V(смеси)) · 100%;          φ(С2Н6) = (0,56/2,8) · 100% = 20%.

 Уравнения реакций – 3 балла.

 Рассуждения и расчеты – 7 баллов.

 Всего – 10 баллов.

Итого за комплект заданий 10 класса – 73  балла.

10-8*. Уравнения реакций:

1. CH3–CH2–CH3  +  Cl2  →  CH3–CHCl–CH3  +  HCl   (hν, to)

2. CH3–CHCl–CH3  +  KOH(спирт.р-р)  →  СН3–СН=СН2  +  KCl  +  H2O

3. СН3–СН=СН2  +  Cl2  →  СН3–СНCl–СН2Cl

4. СН3–СНCl–СН2Cl  +  2 KOH(спирт.р-р)  →  СН3–С≡СН  +  2 KCl  +  2 H2O

5. СН3–С≡СН  +  H2  →  СН3–СН=СН2  (to, p, kt)

6. СН3–СН=СН2  +  HOH  →  СН3–СН(OH)–СН3  (to, p, kt)

7. СН3–СН(OH)–СН3  +  HBr  →  СН3–СНBr–СН3  +  H2O  (при to)

8. 2 СН3–СНBr–СН3  +  2 Na →  СН3–СН(CH3)–CH(CH3)–СН3  +  2 NaBr  

    (рекция Вюрца)

За каждое правильно написанное уравнение реакции – по 1,25 балла.

Всего – 10 баллов.

10-9*. Уравнения реакций:

Zn  +  2 HCl  =  ZnCl2  +  H2                 (1)

CuO  +  H2  =  Cu  +  H2O (при to)                (2)

CuO  +  H2SO4  =  CuSO4  +  H2O                (3)

Cu  +  H2SO4 (разб.) ≠

Количество вещества цинка:          n(Zn) = 3,0 г / 65 г/моль = 0,046 моль.

Масса раствора HCl:                m(р-ра HCl) = 18,7 мл · 1,07 г/мл = 20 г.

Масса HCl:                                m(HCl) = 20 г · 0,146 = 2,92 г.

Количество вещества HCl:        n(HCl) = 2,92 г / 36,5 г/моль = 0,08 моль.

В соответствии с уравнением реакции (1)    n(Zn) : n(HCl) = 1 : 2, поэтому в данном случае Zn взят в избытке, а HCl – в недостатке. Расчеты проводим по HCl.

По уравнению реакции (1):   n(H2) = ½n(HCl);   n(H2) = ½ · 0,08 моль = 0,04 моль.

Количество вещества CuO:        n(CuO) = 4,0 г / 80 г/моль = 0,05 моль.

В соответствии с уравнением реакции (2)   n(CuO) = n(H2), поэтому в данном случае CuO взят в избытке, а водород – в недостатке. Расчет ведем по Н2.

По уравнению реакции (2) с 0,04 моль Н2 прореагирует (и превратится в Сu) 0,04 моль CuO, а 0,05 – 0,04 = 0,01 моль CuO останется непрореагировавшим. Для растворения этого количества CuO в соответствии с уравнением реакции (3) потребуется такое же (0,01 моль) количество H2SO4.

Масса H2SO4:        m(H2SO4) = 0,01 моль · 98 г/моль = 0,98 г.

Масса раствора H2SO4:        m(раствора H2SO4) = 0,98 г / 0,196 = 5 г.

Объем раствора H2SO4:        V(раствора H2SO4) = 5 г / 1,14 г/мл = 4,4 мл.

 Уравнения реакций – 3 балла.

 Рассуждения и расчеты – 7 баллов.

 Всего – 10 баллов.

Как определять вещества и анализировать полученные результаты.

В четырёх пронумерованных пробирках находятся растворы хлорида бария, карбоната натрия, сульфата калия и хлороводородная кислота. В вашем распоряжении имеется необходимое число пустых пробирок. Не пользуясь никакими другими реактивами, определите содержимое каждой из пробирок.

Решение

оригинальность предлагаемой задачи заключается в том, что для ее решения требуется мысленный эксперимент. В решениях таких задач обычно представлена таблица, иллюстрирующая возможность взаимодействия между веществами попарно, уравнения химических реакций и  отдельные комментарии.

Проведём мысленный эксперимент. Рассмотрим содержимое пробирок. Вещества визуально неразличимы – это бесцветные прозрачные растворы. (Помните, что есть окрашенные растворы – Cu +2 (голуб.), Fe +2 (песочн.), Fe +3 (рыжеватого)  

Составим таблицу возможных попарных взаимодействий веществ (табл. 2), в результате которых мы будем (или не будем) наблюдать определённые признаки реакций.

Таблица 1

Уравнения реакций: (составим все возможные – см. таблицу)

BaCl2 + Na2CO3 = BaCO3↓ + 2NaCl;                        (1)

BaCl2 + K2SO4 = BaSO4↓ + 2KCl;                                (2)

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2↑ + H2O.                        (3)

Возьмём пробирку 1. Из остальных пробирок отольём примерно по 2 мл растворов в три пустые пробирки и добавим в каждую из них по 5–6 капель раствора из пробирки 1.и т.д.    Рассмотрим 4 возможных варианта (см. табл.). Для наглядности в каждом случае приведены схемы распознавания веществ. В решении желательно изображать схему в виде представленной выше таблицы .

Описание рассуждений

Комбинация 2 белых осадка дает в-во хлорид бария

Один белый осадок и газ без  цвета  и запаха дает карбонат натрия

Один осадок (а в остальных пробирках видимых изменений нет) – сульфат калия

А один бесцветный газ – соляная кислота.