Задания муниципального этапа олимпиады для 11 класса (2023)
олимпиадные задания по химии (11 класс)

Всероссийская олимпиада школьников по химии

(муниципальный этап 2022/2023 уч. г.)

Задания 11 класс

Задача 1

В органической химии большинство молекул проще всего изображать в скелетной форме. В данной форме, каждый угол (изгиб) представляет из себя атом углерода. Также, допускается, что все атомы углерода образуют 4 связи. Т.е, если к определенному атому углерода нарисованы только две связи, подразумевается, что остальные два электрона используются на связь С-Н. Например, две структуры ниже являются идентичными.

1. Нарисуйте скелетную структуру 1,2-дигидрокси-2-метил-3-этилгептана (1 балл)

При рассмотрении органических молекул очень полезным может оказаться поиск степени окисления атома углерода.

2. Какая степень окисления каждого атома углерода в ацетальдегиде? (CH3CHO) (1 балл)
3. Какая степень окисления каждого атома углерода в этаноле? (CH3CH2OH) (1 балл)

При метаболизме макромолекул, таких как белки, жиры или углеводы, выделяется энергия. Количество энергии пропорционально количеству электронов, которые образуются в процессе окисления этих самых макромолекул. Допустим, молекулы жира и углеводов имеет следующий вид:

Слева – молекула жира, справа – молекула углевода

Считайте, что и жиры, и углеводы в организме окисляются до СО2.

1. От какой пищи можно получить больше энергии (при условии, что потребляется одинаковое количество атомов углерода) – той, что богата жирами, или той, что богата углеводами? Объясните. (5 баллов)

Задача 2

В растворе карбоната щелочного металла массовая доля соли составляет 25%.  Массовая доля электронов в этом растворе составляет 2,9565 ∙ 10-4. Карбонат какого металла содержится в растворе? (Аr (е) = 5,486 ∙ 10-4)

.

Задача 3

Тетрациклин – распространенный антибиотик, применяемый против бактерий, устойчивых к пенициллину. Впервые тетрациклин был синтезирован профессором Вудвардом и фармацевтической компанией Pfizer в 1962 году.

Тетрациклин был получен из прекурсора с тремя кольцами

В этой задачей мы предлагаем рассмотреть самые первые этапы синтеза прекурсора тетрациклина. Несмотря на то, что молекула тетрациклина выглядит довольно сложной и большой, реакции, используемые в синтезе, вам наверняка знакомы.

Первой стадией синтеза (образование А) является конденсация Кляйзена, протекающая по механизму крайне схожему с альдольной конденсацией. Общий механизм альдольной конденсации приведен ниже:

Первые пять стадий указаны ниже

Известно, что В – это карбанион, а NaH выступает в роли сильного основания. Превращение B в С протекает по SN2 механизму.

1. Нарисуйте структуры соединений А – Е.
2. Нарисуйте механизм образования А.
3. Укажите две резонансные структуры иона В.
4. Нарисуйте механизм превращения В в С.

Задача 4

Восстановление оксида железа (III) углеродом протекает согласно уравнению

                                              Fe2O3 (тв.) + 3С(графит) = 2Fe(тв.) + 3СО (г)

Пользуясь приведенными в таблице данными, рассчитайте, возможно ли протекание этой реакции при температурах 300 и 1200 К.

Задача 5

   Имеются две одинаковые по мольному составу порции смеси Al, Mg, Fe, Zn, каждая массой               7,4 г. Одну порцию растворили в соляной кислоте и получили 3,584 л (н.у.) газа, другую – в растворе щелочи и получили 2,016 л (н.у.) газа. Известно, что в обеих смесях на один атом алюминия приходится три атома цинка. Найдите массы металлов в смеси.

Ответы 11 класс

Задача 1 (8 баллов)

Скелетная  структура 1,2-дигидрокси-2-метил-3-этилгептана

                                                                              1 балл

1. Атом в CH3 -3; атом в CHO +1 (1 связь с водородом, 2 связи с кислородом: -1+2=+1).

1 балл за полное соответствие. 0 баллов если хотя бы одна С.О. неверная.

2. Атом в CH3 -3; атом в CH2OH -1 (две связи с водородом, одна с кислродом: -2+1= -1).

1 балл за полное соответствие. 0 баллов если хотя бы одна С.О. неверная.

      В молекулах жира средняя степень окисления углерода ниже, чем в молекулах углеводов (2 балла за идею сравнения степеней окисления)

Значит, при окислении жиров выделяется больше электронов, чем при окислении углеводов (2 балла за большее кол-во электронов)

Значит, с пищи богатой жирами можно получить больше энергии

                                       (1 балл за финальный  ответ).

Задача 2 (10 баллов)

  Из соотношений масс воды и соли У следует, что w(Н2О) = 0,75

w(У) = 0,25                                                                                                       1 балл

  Массовая доля электронов в воде:

   wH2O (e) = 10 ∙ 5,486 ∙ 10-4/ 18 = 3,045 ∙ 10-4                                                                            2 балла

  Находим массовую долю электронов в соли:

   2,9565 ∙ 10-4 = 0,75 ∙ 3,045 ∙ 10-4 + 0,25 wy(е)

  wy(е) = 2,691 ∙ 10-4                                                                                                                                            2 балла

 Соль состава Ме2СO3 обладает относительной молекулярной массой

  Мr = 2Ar + 60. Относительная масса электронов, содержащихся в одной молекуле Ме2СO3 равна: m(е) = 5,486 ∙ 10-4(2Z + 30), где Z порядковый номер искомого элемента. Следовательно,                    

wy(е) = m(e)/ Mr        2,691 ∙ 10-4 = 5,486 ∙ 10-4(2Z + 30)/ 2Аr + 60               3 балла

2Аr = 4,077Z + 1,14.   Для щелочных металлов это равенство выполняется лишь

При Z = 11 и Аr = 22,993, что отвечает натрию.                                           2 балла

Задача 3 (13 баллов)

За каждую структуру по 1,5 балла

    2,5 балл за механизм

По 1 балла за структуру по центру и справа.

                 1 балл за Sn2 замещение.

Задача 4 (9 баллов)

Находим ∆Hх.р.и ∆S х.р 
 
∆Hх.р. = [3(-111) + 2•0] - [-821+3•0] = +488 кДж;                                                 2 балла
∆Sх.р = (2•27 + 3•197) - (90 + 3• 6) = 537 Дж/К.                                                    2 балла
 
Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения:

 ∆G = ∆Hх.р. - Т∆Sх.р 
∆G500 = 488 - 300•537/1000 = + 326,9 кДж;                                                          2 балла
∆G1200 = 488 - 1200•537/1000 = -156,4 кДж.                                                        2 балла
 
Так как ∆G300 > 0, а ∆G1200 < 0, то восстановление Fe2O3 углеродом возможно при 1200 К и невозможно при 300 К.                                                                      1 балл

Задача 5 (10 баллов)

Уравнения реакций со щелочью

х моль                                                      1,5х моль

2Al + 2KOH + 6H2O = 2K[Al(OH)4] + 3H2                                                                      1 балл

3х моль                                                   3х моль

Zn + 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2                                                                              1 балл

 N (H2) = 0,09 моль.

4,5х = 0,09, х = 0,02.

n(Al) = 0,02 моль,

n(Zn) = 0,06 моль.                                                                                                          1 балл

m(Al) = n(Al)⋅ M(Al) = 0,02 моль⋅27 г/моль = 0,54 г;

m(Zn) = n(Zn)⋅ M(Zn) = 0,06 моль⋅65 г/моль = 3,90 г;

m(Al) + m(Zn) = 0,54 г + 3,90 г = 4,44 г.

Следовательно,

m(Mg) + m(Fe) = 7,4 г - 4,44 г  = 2,96 г.                                                                      1 балл

Уравнения с кислотой:

0,02 моль                           0,03 моль        

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2                                                                                         0,5 балла

0,06 моль                        0,06 моль        

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2                                                                                      0,5 балла

Во время реакций смеси с кислотой всего было выделено газа:

n(Н2 )= 0,16 моль,

 из них  0,03 + 0,06 = 0,09 моль за счет алюминия и цинка.                                1 балл

у моль                                       у моль

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2

z моль                                    z моль

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2                                                                                                                                                    1 балл

Составляем систему уравнений: 24у + 56z = 2,96 Отсюда:

у + z = 0,07 у = 0,03, z = 0,04

n(Mg) = 0,03 моль,

n (Fe) = 0,04 моль.                                                                                                        2 балла

m(Mg) = n(Mg)⋅M(Mg) = 0,03 моль⋅24 г/моль = 0,72 г;

m(Fe) = n(Fe)⋅M(Fe) = 0,04 моль⋅56 г/моль = 2,24 г.                                                     1 балл

Итого: 50 баллов