Задания универсиады 2015 c решениями

Задания VII Региональной олимпиады
школьников по химии (Универсиады Южного
федерального университета)
11 класс
11-1. При нитровании бензола получен продукт, для полного восстановления 2.07 г
которого необходим раствор 14.4 г нонагидрата сульфида натрия (в ходе
восстановления выпадает желтоватый осадок). Определите вероятный качественный
и количественный состав продукта нитрования. (20 баллов)
11-2. Период полураспада радиоактивного изотопа 14С – 5730 лет. При
археологических раскопках было найдено дерево, содержание 14С в котором
составляет 72% от нормального. Каков возраст дерева? (20 баллов)
11-3. Предложите многостадийный рациональный метод синтеза пикриновой
кислоты (2,4,6-тринитрофенола) из метана и любых неорганических реагентов.
Для каждой стадии укажите условия протекания реакций. Назовите все
промежуточные соединения. (20 баллов)
11-4. Электролиз 6%-ного раствора сульфата меди объемом 200 мл (плотность 1,02
г/мл) продолжали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 5 г. Определить
массовую долю соединений в оставшемся растворе. Рассчитать массы продуктов,
выделившихся на инертных электродах. (20 баллов)
11-5. Газ, полученный при
гидролизе 36,4 г фосфида кальция, сжигают.
Образовавшийся оксид фосфора (V) растворяют в 75 мл 25%-ного раствора едкого
натра (пл. 1,28). Определите массовые доли веществ в полученном растворе. (20
баллов)
Решение
11-1
Уравнения
1 – 0,5 балла
2 – 1,5 балла
3 – 1 балл
4 – 1,5 балл
Названия
Нитробензол –
0,5 балла
1,3динитробензол
– 0,5 балла
Итого 5,5
балла
1)
2)
3)
4)
m(Na2S . 9 H2O) = 14.4 г ⇒ ν( Na2S . 9 H2O)= 0.06 моль
Если навеска состоит только из мононитропроизводного:
m(RNO2) = 2.07 г ⇒ ν( RNO2)= 0.016 моль ⇒ необходимо ν( Na2S.9 H2O)= 0.048
моль
Если навеска состоит только из динитропроизводного:
m(R(NO2)2) = 2.07 г ⇒ ν( R(NO2)2)= 0.012 моль⇒ необходимо ν( Na2S.9 H2O)=
0.072 моль
Следовательно, в навеске смесь и RNO2 и R(NO2)2
а = ν( RNO2), b = ν( R(NO2)2)
m(навески) = 2.07 г, Mr(RNO2), = 123 г/моль, Mr ( R(NO2)2) = 168 г/моль ⇒
123а + 168b = 2.07
Из уравнений 3 и 4:
На 1 моль RNO2 – 3 моль Na2S . 9 H2O
На 1 моль R(NO2)2 – 6 моль Na2S . 9 H2O
3а + 6b = 0.06
0,5 баллa
За вывод –
3 балла
За составление
и решение
системы
уравнений – 10
баллов
Составляем систему уравнений
123а + 168b = 2.07
3а + 6b = 0.06
Решаем:
a = 0.015
b = 0.005
Состав смеси Нитробензол – 1,3-Динитробензол
Итого: 20 баллов
3 : 1 или 75 % : 25 %
1 балл
11-2
Радиоактивный распад – реакция первого порядка. Константа скорости
равна:
За написание выражения
для константы скорости-5
баллов
Время жизни дерева находим из решения кинетического уравнения с
учётом того, что
:
За написание выражения
-3
балла
За расчет возраста – 12
баллов
Итого:
20 баллов
11-3
Предложен рациональный
путь синтеза – 10 баллов
Указаны условия всех
реакций – 2 балла
Названы все
промежуточные вещества
– 8 баллов
Итого:
20 баллов
11-4
Уравнение электролиза водного раствора CuSO4 складывается из 2-х
электродных реакций:
К: Cu2+ + 2e → Cu
А: 2H2O – 4e → 4 H+ + O2
электролиз
2CuSO4 + 2H2O ––––→ 2Cu + 2H2SO4 + O2
Масса раствора уменьшилась за счет выделившегося кислорода и
осевшей на катоде меди.
Примем количество вещества меди за х, соответственно O2 будет х/2.
Составим уравнение 64х + 32х/2 = 5; x = 0,0625 моль
m(Cu) = 64* 0,0625 = 4 г. m(O2) = 5 – 4 = 1 г.
Найдем массу раствора CuSO4 = 200* 1,02 = 204 г.
m(CuSO4) = 204*0,06 = 12,24 г. Если выделилось 0,0625 моль
меди на катоде, вступило в реакцию столько же CuSO4. Исходное
количество вещества сульфата меди ν(CuSO4) = 12,24/160 = 0,0765 моль.
За написание
уравнений электролиза
4 балла
За расчет масс меди и
кислорода – 6 баллов
(по 3 за каждый)
За определение
оставшейся массы
CuSO4 и образовавшейся серной кислоты
– 6 баллов (по 3 за
каждое вещество)
Следовательно, осталось 0,0765 – 0,0625 = 0,014 моль (2,24 г CuSO4)
Образовалось такое же количество вещества серной кислоты (0,0625
моль). Это соответствует 6,125 г.
Определяем массовые доли веществ в итоговом растворе:
ω (CuSO4) = 2,24/204-5 = 0,01125 (~ 1,13%)
ω (H2SO4) = 6,125/199 = 0,03077 (~ 3,08%)
За определение
массовых долей – 4
балла (по 2 за каждое)
Итого:
20 баллов
11-5
Уравнения реакций:
Каждое уравнение 2 балла, всего 10 баллов
Ca3P2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2PH3 (1)
2PH3 + 4O2= P2O5 + 3H2O
(2)
P2O5 + 2NaOH + H2O= 2 NaH2PO4
(3)
P2O5 + 4 NaOH = 2 Na2HPO4 + H2O
(4)
P2O5 +6 NaOH + H2O= 2 Na3PO4 + 3H2O (5)
Расчетная часть
за определение количеств 2 балла
n(Ca3P2)=n(P2O5) = 36,4/182= 0,2 моль
за определение типа образующихся солей, их
количества и концентрации – 8 баллов
n(NaOH)=[75⋅ 1,28⋅0,25]/40=0,6 моль
Из анализа соотношения n(P2O5): n(NaOH)=0,2 :
0,6 видно, что образуется две кислые соли.
Если в реакцию (3) вступает х моль оксида, то с
ним реагирует 2х моль щелочи и 2х моль соли
образуется.
Тогда в реакцию (4) вступает (0,2-х) моль
оксида, с ним реагирует 4(0,2-х) моль щелочи и
образуется 2(0,2-х) моль гидрофосфата натрия.
Находим х: 2х+4(0,2-х)=0,6 ; х= 0,1 моль
Количество дигидрофосфата n=0,2 и его масса
m=0,2 ⋅120=24 г
Количество гидрофосфата
m=0,2 ⋅142=28,4 г
n=0,2 и его масса
Масса раствора после реакции: m=75 ⋅1,28 +0,2
⋅142=124,4 г
ω( NaH2PO4)= 24⋅100/124,4=19,3%
ω( Na2HPO4)=28,4⋅100/124,4= 22,8%
Итого:
20 баллов