11 класс муниципальная

Всероссийская олимпиада школьников по химии
Муниципальный этап
11 класс
Задача 1
При нагревании смеси двух кислот А и Б образуется кислота В и выделяется газ Г.
При взаимодействии с раствором нитрата серебра газ Г превращается в кислоту В. Молекулы
веществ А-Г отличаются друг от друга только числом атомов кислорода: больше всего
кислорода (65,3% по массе) содержит вещество В. Определите вещества А-Г и напишите
уравнения реакций.
Решение
Рассмотрим вещество В. Зная массовую долю кислорода можем найти относительную
молекулярную массу вещества. Так М(В) = 16n/0.653 = 24.5n, где n — число атомов
кислорода в молекуле. Подбирая различные значение n, находим что при n=4 М(В) =
98г/моль, что соответствует серной или ортофосфорной кислоте. Характер реакций дает
основания предполагать что речь идет об ортофосфорной кислоте, которая может быть
получена нагреванием как фосфорноватистой так и фосфористой кислот:
2H3PO2= H3PO4 + PH3
4H3PO3= 3H3PO4 + PH3
Таким образом А — фосфорноватистая кислота Н3РО2, Б — фосфористая кислота Н3РО3, В
— ортофосфорная кислота, Г — фосфин.
Фосфин окисляется нитратом серебра до фосфорной кислоты:
8AgNO3 + PH3 + 4H2O = H3PO4 + 8Ag + 8HNO3
Серебро может растворяться в образующейся азотной кислоте:
3Ag + 4HNO3=3AgNO3 + NO + 2H2O
Комбинируя последние два уравнения, можно записать суммарное уравнение окисления
фосфина нитратом серебра:
2AgNO3 + PH3 = H3PO4 + 2Ag +2NO
Разбалловка задания
За расчет молекулярной формулы вещества В — 2 балла
За нахождение формул веществ А, Б и Г по 1 баллу (суммарно 3 балла)
За верно написанные уравнения реакций — по 1 баллу (суммарно 5 баллов)
Итого 10 баллов.
Задача 2
Некоторый алкан содержит больше 84.3% углерода по массе. Известно, что в молекуле
алкана все атомы водорода одинаковы, так как радикальное бромирование приводит к
единственному бромпроизводному
1. Напишите структурную формулу простейшего алкана, удовлетворяющего условию
задачи.
2. Сколько разных дибромпроизводных могут образоваться при бромировании этого
алкана?
3. Объясните, почему это соединение до сих пор не получено?
Решение
Из массовой доли углерода следует, что алкан содержит больше 8 атомов углерода, так как:
ω(С) = 12n/(14n +2)>0.843, откуда n>8.5
Все
атомы
водорода
в
молекуле
одинаковы,
это
означает
что
алкан
имеет
высокосимметричную структуру и содержит только одинаковые метильные группы.
Простейший алкан такого типа — неопентан С(СН3)4, который, тем не менее не
удовлетворяет условию задачи по массовой доле углерода. Если от этого алкана отнять одну
метильную группу — получим симметричный радикал -С(СН3)3 (третбутильный радикал).
Очевидно, что искомый углеводород должен быть построен на основе этого радикала.
Простейший углеводород такого типа (С(СН3)3)2 не удовлетворяет условию задачи, так как
содержит меньше 9 атомов углерода. Углеводород состава СН(трет-бутил)3 содержит два
типа атомов углерода, что также не соответствует условию задачи. Наконец, углеводород с
четырьмя третбутильными радикалами С(трет-бутил)4 удовлетворяет всем условиям задачи.
2. Представим, что один атом брома заместил атом водорода посмотрим, в какие положения
может встать второй атом брома. Возможны следующие варианты соединений:
СН3- С(СН3)(СНBr2) ; СН3-С(СН2Br)2; Кроме того, второй атом брома может занять любое из
положений в оставшихся радикалах ( все эти положения одинаковы между собой). Таким
образом возможны три варианта соединений.
3. Тетратрет-бутилметан не получен из-за пространственных затруднений, связанных с
большими размерами трет-бутильного радикала.
Разбалловка задания
За нахождение минимального числа атомов углерода в алкане — 1 балл.
За нахождение формулы алкана — 4 балла
За определение число возможных дибромпроизводных — 3 балла
За
объяснение
невозможности
существования
соединения
вследствие
пространственных затруднений — 2 балла
Итого 10 баллов.
Задача 3
В зеленых растениях осуществляется фотосинтез — получение глюкозы и кислорода под
действием света:
6СО2 + 6Н2О + 2900 кДж(солнечная энергия) = С6Н12О6 + 6О2
Один квадратный метр зеленых растений в умеренном климате за день поглощает в среднем
20 000 кДж солнечной энергии. Около 1.2% поглощенной энергии расходуется на
фотосинтез. Суточная потребность человека в энергии составляет около 10 000 кДж, в
кислороде — около 700 грамм.
1. Вычислите, сколько квадратных метров зеленых растений нужно для обеспечения
человека энергией и кислородом.
2. Почему для обеспечения человека реально нужна большая площадь зеленых
растений?
Решение
1. 1 квадратный метр растений запасает 20 000*0.012 = 240 кДж. Человеку потребуется 10
000/240 = 41.7 м2 зеленых растений для обеспечения энергией.
2. 2900 кДж соответствуют получению 6 моль или 192 грамм кислорода (уравнение
фотосинтеза), тогда при поглощении на 1 м2 растений будет получено (192*240)/2900 = 15.9
грамм кислорода. Чтобы обеспечить суточную потребность человека в 700 грамм кислорода
нужна работа 700/15.9 = 44 м2 зеленых растений.
3. Реально в растениях получается не чистая глюкоза а ее полимеры: крахмал и
клетчатка. Другой причиной является то, что выделенный растениями кислород
расходуется не только для дыхания людей.
Разбалловка задания
За определение площади зеленых растений, необходимых для обеспечения человека энергией
— 4 балла
За определение площади зеленых растений, необходимых для обеспечения человека
кислородом — 4балла
За ответ на 2 вопрос задачи (принимаются также логичные ответы отличающиеся от ответа,
предложенного составителем) — 2 балла
Итого 10 баллов.
Задача 4
Стандартная теплота образования HСlг равна 92.3 кДж/моль, энергии диссоциации Н2 и Cl2
соответственно равны 436 кДж/моль и 242.4 кДж/моль
1. Что такое энергия химической связи?
2. Напишите термохимические уравнения для приведенных в задаче численных данных
3. Вычислите энергию связи в молекуле HСl
Решение
Энергия связи — это энергия, которая выделяется при образовании 1моль вещества в
газообразном состоянии из атомов: Нат + Clат = НClu + Q (1)
(следует принять и другие определения химической связи, не противоречащие теории общей
химии).
Стандартная теплота образования — это тепловой эффект реакции образования 1 моль
вещества из простых веществ, взятых при стандартных условиях и в стандартном состоянии.
Следовательно уравнение химической реакции тепловой эффект которой равен стандартной
теплоте образования HClг
1/2Cl2г + 1/2H2г = HСlг + 92.3 кДж (2)
Теплота диссоциации равна тепловому эффекту реакции диссоциации 1 моль газообразного
вещества на атомы, то есть:
Н2г = 2Нат — 436 кДж (3)
Cl2г = 2Clат — 242.4 кДж (4)
Чтобы найти тепловой эффект реакции (1) необходимо сложить уравнения (2-4) со
следующими коэфициентами. После сложения получаем:
Q = Eсв = 92.3 -0.5(-436 — 242.4) = 431.5 кДж/моль
Разбалловка задания
Определение энергии химической связи — 2 балла
Уравнение реакции, отвечающее определению энергии связи — 1.5 балла
Уравнение реакции, отвечающее определению стандартной теплоты образования — 1.5 балла
2 Уравнения реакции, отвечающих определению теплоты диссоциации — 1.5 балла (итого 3
балла)
Вычисление энергии связи — 2 балла
Итого 10 баллов зазадние
Задача 5
При количественной дегидратации смеси двух алифатических одноатомных спиртов
выделилось 14.4 грамм воды и образовалось 52.8 грамм смеси четырех органических
соединений. Известно, что органические соединения образовались в равных мольныхдолях.
1. установите строение исходных соединений
2. Ответ поясните уравнениями протекающих реакций и соответствующими расчетами.
Решение
Дегидратация
спиртов
может
протекать
как
внутримолекулярно
с
образованием
непредельных соединений — так и межмолекулярно с образованием простых эфиров. Два
спирта могут образовать три простых эфира (два симметричных и один несимметричный) и
два алкена — всего 5 соединений. Поскольку образовалось только 4 соединения —
следовательно один из спиртов не способен к внутримолекулярной дегидратации. Таким
спиртом является метанол. Можно записать следующие уравнения:
2СН3ОН = СН3ОСН3 + Н2О
2СmH2m+1OH = СmH2m+1OСmH2m+1 + Н2О
2СmH2m+1OH + СН3ОН = СmH2m+1OСН3 + Н2О
14.4 грамма воды составляют 0.8 моль, а масса исходных спиртов была равна 14.4 + 52.8 =
67.2 грамма. Поскольку органические
соединения образовались в равных мольных
количествах, то, согласно уравнениям, в каждом случае и воды образовалось равное
количество — 0.8/4 = 0.2 моль в каждой реакции. Тогда метанола было взято в реакцию 0.2*3
= 0.6 моль или 19.2 грамма, а второго спирта — 0.2*4=0.8 моль или 67.2-19.2 = 48 грамм.
Тогда из уравнения (14m + 18)/0/8 = 48 следует, что m=3. То есть речь идет либо о
пропиловом либо об изопропиловом спирте (оба ответа верны)
Разбалловка задания
уравнения образования эфиров и олефина — по 1 баллу (итого 4 балла)
установление формулы метанола —2 балла
установление формулы второго спирта — 2 балла
указание на две структуры спирта (нормального и изостроения) — 2 балла