Решения школьного этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии, 2013-2014 учебный год 10.1.

Решения школьного этапа Всероссийской олимпиады школьников
по химии, 2013-2014 учебный год
10 класс
Время выполнения – 2,5 часа (150 минут)
Максимальное количество баллов – 55
10.1. Газы, полученные при полном сжигании 3,6 л пропана, пропустили через
раствор, содержащий 60 г едкого кали. Чему будет равна масса соли, полученной
при этом?
(7 баллов)
Содержание верного ответа
Баллы
1) За каждое уравнение реакции по 1 баллу:
3
C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O
(1)
при пропускании продуктов сгорания могут последовательно идти
следующие реакции:
2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O
(2)
K2CO3 + H2O + CO2 = 2KHCO3 (3)
2) За расчет объема и количества вещества углекислого газ и
2
количества вещества гидроксида калия;
V(СO2) =3·V(C3H8) =3·3,6 =10,8 л;
n(СO2) = V(CO2)/VM = 10,8/22,4 = 0,4821 моль
n(KOH) = m/М = 60/56 = 1,071 моль
3) За доказательство выбора протекающей реакции
По уравнению реакции (2) углекислого газа требуется в два раза
меньше, чем KOH, т.е. n(СO2)2 = 1,071/2 ≈ 0,5 моль, он в недостатке,
прореагирует полностью
4) Рассчитана масса карбоната калия
n(K2CO3) = n(СO2) = 0,4821 моль, M(K2CO3) = 138 г/моль
m(K2CO3) = n*M = 0,4821*138 = 66,53 г ≈ 66,5 г
Итого
1
1
7
10.2. При полном сжигании смеси метана и этана общей массой 85 г образовалась
вода массой 171 г. Определите состав исходной смеси (в % по объему).
(10 баллов)
Содержание верного ответа
1. Составлены уравнения реакций:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2 H2O
2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O
2. Введены переменные и записано выражение для
нахождения массы смеси газов:
n(CH4) = x моль, n(C2H6) = y моль
m(CH4) = 16x (г), m(C2H6) = 30y (г)
m (смеси) = m(CH4) + m(C2H6), то есть
16x+30y= 85
3. Введены переменные и записано выражение для
нахождения массы воды:
Из x моль CH4 образуется 2 x моль H2O,
из y моль C2H6 образуется 3 y моль H2O
масса воды: 2x·18 + 3y·18 = 171
Баллы
1
1
1
1
1
1
4. Составлена система уравнений:
1
{
16x + 30y = 85
2x · 18 + 3y · 18 = 171
5. Решена система уравнений и найдены
количества вещества метана и этана:
х = 2,5 , y = 1,5 моль
n(CH4) = 2,5 моль, n(C2H6) = 1,5 моль
6. Сделан вывод о том, что из закона Авогадро
следует равенство объемной доли газа и его
мольной доли в смеси:
φ(CH4) = 2,5 моль / 4 моль = 0,625 или 62, 5%
φ(C2H6) = 1,5 моль / 4 моль = 0,375 или 37,5 %
Итого
1
1
1
10
10.3. Сложный эфир с плотностью по углекислому газу 2,3182 был получен при
взаимодействии одноосновной предельной органической кислоты и спирта,
содержащего 60 % углерода, 13,33 % водорода, 26,67% кислорода. Какое
строение могут иметь кислота и спирт? Запишите формулу сложного эфира,
дайте ему название, напишите уравнение реакции образования данного эфира.
Составьте все возможные изомеры и дайте им названия.
(8 баллов)
Содержание верного ответа
1. Рассчитаны количества вещества для углерода, водорода,
кислорода и установлена молекулярная формула спирта
а) ν (С) = 60 : 12 = 5 моль
б) ν (Н) = 13,33 : 1 = 13,33 моль
в) ν (О) = 26,67 : 16 = 1,67 моль
г) x:y:z = 5 : 13,33 : 1,67 = 3 : 8 : 1
C3 H8 O → C3 H7 OН (пропанол)
2. Вычислена молярная масса эфира
M эфир = D(CO2) ∙ M(CO2) = 2,3182 ∙ 44 = 102
3. Установлена молекулярная формула сложного эфира,
дано название эфиру, написана реакция получения
данного эфира
а) формула сложного эфира:
Cn H2n+1 COOС3H7,
б) М(Cn H2n+1COOС3H7) = 14n + 88 г/моль,
14n + 88 = 102 → n = 1,
в) CH3COOС 3H7 → пропилэтилат (сложный эфир),
образован пропиловым спиртом (пропанолом) C3H7OН и
уксусной (этановой) кислотой CH3 COOH:
CH3 COOH + C3H7OН ↔ CH3 COOС 3 H7 + H2 O
4. Составлены все возможные изомеры и даны им названия:
H COOС4H9 - бутилформиат
C 2H 5 COOС2H5 - этилпропианат
CH3 COOС3H7 - пропилацетат
C 4H9 COOH - пентановая кислота
Баллы
0,5
0,5
0,5
0,5
1
1
1
1
0,5
0,5
0,5
0,5
Ответ правильный и полный, содержит все названные элементы
8
Правильно записан 1-й элемент
2
Правильно записан 2-й элемент
1
Правильно записан 3-й элемент
3
Правильно записан 4-й элемент
Итого
2
8
10.4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно
осуществить следующие превращения:
NaOH
1500ºc
tº, C (акт.)
CH3Cl (AlCl3)
3HNO3, H2SO4
Ацетат натрия ------> X1 ------->X2 ---------> X3 -------------------->X4 ------------------>X5
сплавление
Укажите вещества X1, X2, X3, X4, X5 и дайте им названия по
международной номенклатуре.
(5 баллов)
Уравнение реакции
CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3
2CH4 → C2H2 + 3H2
Зашифрованное
вещество
X1 - CH4
метан
X2 - C2H2
этин
3 C2H2 → C6H6
X3 - C6H6
бензол
C6H6 + CH3Cl → C6H5CH3 + HCl
X3- C6H5CH3
толуол
C6H5CH3 + 3HNO3 → C6H2(NO3)3CH3 + 3H2O X4C6H2(NO3)3CH3
2,4,6тринитротолуол
Итого
Баллы
1
1
1
1
1
5
10.5. Предложите способ разделения смеси пяти твердых солей из следующего
набора: NH4Cl, CaCO3, BaSO4, Zn3(PO4)2, AlPO4. Используя
только
перечисленные ниже реагенты, определите вещества в пробирках. Напишите
уравнения реакций, с помощью которых может быть проведено разделение смеси
и идентификация пяти веществ. Предложите способ идентифицикации веществ
из предложенной вам смеси. Опишите наблюдаемые явления.
Реагенты:
для разделения – 2M CH3COOH, 2M HCl, 2M NH3∙H2O,
для обнаружения – 2M NaOH, фенолфталеиновая бумага.
(25 баллов)
Содержание верного ответа
Баллы
Разделение солей.
NH4Cl Zn3(PO4)2 CaCO3 AlPO4 BaSO4
H2O
р
–
–
–
–
NH3 ∙H2О
–
р
–
*
–
CH3COOH
–
р
р
*
–
HCl
–
р
р
р
–
* - возможно частичное растворение осадка
1. Небольшую часть смеси солей переносим в пробирку и
добавляем воду. В раствор переходит NH4Cl. Раствор над
осадком сливаем в чистую пробирку. К раствору добавляем
NaOH, пробирку накрываем предметным стеклом, к которому
приклеена фенолфталеиновая бумага и нагреваем на водяной
бане. Покраснение фенолфталеиновой бумаги свидетельствует
о присутствии в растворе ионов аммония, а следовательно и
соли NH4Cl.
NH4Cl + NaOH = NH3↑ + NaCl + H2O
2. К осадку добавляем раствор аммиака. Часть осадка
растворяется. В результате реакции между фосфатом цинка и
аммиаком образуется растворимый в воде комплекс.
Zn3(PO4)2 + 12NH3∙H2O = [Zn(NH3)4]3(PO4)2 +12 H2O
Раствор над осадком сливаем в чистую пробирку. В
пробирку по каплям добавляем CH3COOH, при этом опять
образуется осадок Zn3(PO4)2.
[Zn(NH3)4]3(PO4)2 + 12CH3COOH = 3Zn3(PO4)2 +
12CH3COONH4
Сливаем раствор над осадком. В пробирку с осадком по
каплям добавляем NaOН. Осадок растворяется в избытке
реагента.
Zn3(PO4)2 + 12NaOH = 3Na2[Zn(OH)4] + 2Na3PO4
Растворение соли в аммиаке и проявление амфотерных
свойств ионом Zn2+ свидетельствует о присутствии соли
Zn3(PO4)2.
3. К осадку добавляем CH3COOH. Происходит
растворение CaCO3, при этом выделяются пузырьки газа (СО2).
CaCO3 + 2CH3COOH = Ca(CH3COO)2 + CO2↑ + H2O
Выделение газа свидетельствует о присутствии соли
CaCO3. Cливаем раствор над осадком.
Описание
отделения
соли 1 балл,
уравнение
обнаружения
ионов 4
балла =
5 баллов
Описание
отделения
соли 2 балла,
уравнение
обнаружения
ионов 6
баллов =
8 баллов
Описание
отделения
соли 1 балл,
уравнение
обнаружения
ионов 4
балла =
5 баллов
4.К осадку добавляем HCl. Фосфат алюминия растворяется.
Описание
AlPO4 + 3HCl = AlCl3 + H3PO4
отделения
Раствор над осадком сливаем в чистую пробирку. В соли 2 балла,
пробирку по каплям добавляем NaOH. Выпадает осадок, уравнение
который растворяется в избытке реагента.
обнаружения
AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ +3 NaCl
ионов 4
Al(OH)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6]
балла =
Если вместо NaOH добавить аммиак, то выпавший осадок 6 баллов
не будет растворяться в избытке реагента.
AlCl3+ 3NН3∙H2О = Al(OH)3↓ + 3NН4Cl
Растворение соли в HCl и проявление амфотерных
свойств ионом Al3+ свидетельствует о присутствии соли AlPO4.
5.Оставшийся осадок будет BaSO4.
Описание
отделения
соли 1 балл
Итого:
25