Министерство образования Республики Башкортостан
Задания муниципального этапа всероссийской олимпиады школьников по химии

2011-12 учебный год

10 класс

Задача 10-1. При определенных условиях некоторый углеводород способен превращаться в другой углеводород в соответствии со схемой:

n₁C_xH_3x-4 = n₂ C_2x+2 H_3x.

Установите формулы углеводородов.

Назовите условия протекания данной реакции.

Назовите фамилию ученого, который впервые провел эту реакцию.

Имеет ли реакция практическое значение.

Решение 10-1.

1 элемент. Число атомов углерода и водорода равно в обеих частях уравнения, что позволяет вычислить величину х₁= 2 и х ₂=-4/3, второй корень не имеет смысла. 3 балла.

Элемент 2. За условия проведения реакции 1 балл

Элемент 3. Реакция Зелинского. 1 балл

Элемент 4. Реакция показывает генетическую связь между классами углеводородов, в настоящее время имеет теоретическое значение.

1 балла

Итого 6 баллов.
Задача 10-2. Смесь нитратов цинка, серебра и железа (III) общей массы 9,6 г сначала растворили в воде, а затем обработали избытком гидроксида калия. Образовавшийся осадок отфильтровали и высушили, его масса составила 3,39 г. После этого осадок прокалили при температуре 700С, при этом выделилось 448 мл газообразных продуктов (при н.у.). Определите состав исходной смеси в мольных процентах. Найдите массу m₁ осадка после прокаливания. Будет ли отличаться масса остатка m₂ от m₁, если прокалить при 700^С исходную смесь нитратов, если – да, то насколько?
Решение 10-2.

При обработке раствора нитратов избытком гидроксида калия будут идти следующие реакции:

Zn(NO₃)₂ + 2 KOH   Zn(OH)₂ + 2 KNO₃ (1)

Zn(OH)₂ + 2 KOH   K₂[Zn(OH)₄], (2)

2 AgNO₃ + 2 KOH   Ag₂O + 2 KNO₃ + H₂O, (3)

Fe(NO₃)₃ + 3 KOH   Fe(OH)₃ + 3 KNO₃. (4)

3 балла

Прокаливание смеси Ag₂O и Fe(OH)₃ при 700С приводит к разложению обоих соединений:

2 Ag₂O   4 Ag + O₂ (5)

2 Fe(OH)₃   Fe₂O₃ + 3 H₂O (6)

Газовая смесь состоит из кислорода и воды. 2 балла
Определим состав исходной смеси. Пусть x – число молей AgNO₃, y – число молей Fe(NO₃)₃, z – число молей Zn(NO₃)₂. Для исходной смеси нитратов уравнение материального баланса (I):

170x + 242y + 189z = 9,6 (I)

Из уравнений реакций (3) и (4) видно, что осадок содержит 0,5x молей Ag₂O и y молей Fe(OH)₃, поэтому

2320,5x + 107y = 3,39 (II)

Выделилось 448/22400 = 0,02 моля газов. Из уравнений реакций (5) и (6) видно, что это 0,25x молей O₂ и 1,5y молей H₂O. Следовательно,

0,25x + 1,5y = 0,02 (III)

Решение системы уравнений дает значения: x = 0,02, y = 0,01, z = 0,02 моль. Состав исходной смеси нитратов таков: 40% мольн. Zn(NO₃)₂, 40% мольн. AgNO₃, 40% мольн. Fe(NO₃)₃.

4 балла

Из уравнений реакций (5) и (6) следует, что после прокаливания масса осадка будет:

m₁ = xM(Ag) + 0,5yM(Fe₂O₃)  = 2,96 г смеси Ag и Fe₂O₃.

1 балл

При прокаливании исходной смеси нитратов идут реакции:

2 Zn(NO₃)₂   2 ZnO + 4 NO₂ + O₂ (7)

2 AgNO₃   2 Ag + 2 NO₂ + O₂ (8)

4 Fe(NO₃)₃   2 Fe₂O₃ + 12 NO₂ + 3 O₂ (9)

3 балла

Видно, что от остатка m₁ смесь твердых продуктов реакций (7-9) отличается содержанием ZnO. Поскольку M(ZnO) = 81 г/моль, а z = 0,02, то масса m₂ будет больше массы m₁ на 810.02 = 1,62 г.

1 балл

Итого 14 баллов.
Задача 10-3. В воде растворили 5,0 г медного купороса, объем полученного раствора равен 200 мл. Осаждение гидроксида меди (II) из этого раствора начинается при рН = 4,84. Рассчитайте произведение растворимости гидроксида меди (II).
Решение 10-3.

Медный купорос имеет формулу CuSO₄•5H₂O. 1 балл

M(CuSO₄•5H₂O) = 250 г/моль.

Молярная концентрация раствора медного купороса:

С_М = ν(CuSO₄•5H₂O)/ V = 5,0/(250•0,2) = 0,1моль/л 1 балл

Соль – сильный электролит, поэтому концентрация ионов меди (II) равна: [Cu²⁺] = C_M = 0,1M 1 балл

В растворе с рН = 4,84 концентрация ионов Н⁺ рассчитываем из соотношения:

рН = -lg[H⁺] = 4,84; 1 балл

[H⁺] = 10^-4,84 1 балл

Концентрация гидроксид – ионов равна:

[OH-] = Kw/ [OH-] = 10^-14/10^-4,84 = 6,92•10^-10M 2 балла

Составим уравнение диссоциации гидроксида меди (II):

Cu(OH)₂Cu²⁺ + 2OH^- 1 балл

ивыражение для произведения растворимости:

ПРCu(OH)₂ = [Cu²⁺]•[OH^-]² = 0,1•(6,92•10^-10)² = 4,79•10^-20. 2 балла

Итого 10 баллов.

Задача 10-4. На химическом заводе из-за нарушения герметичности одного аппарата в помещение цеха стали попадать пары брома. Отделом охраны труда был проделан анализ воздушной среды. Специальный сосуд заполнили 10 мл 0,001М раствора мышьяковистой кислоты и пропустили 40 л воздуха. Бром прореагировал с мышьяковистой кислотой, а избыток ее был оттитрован 0,0005М раствором йода, которого было израсходовано 18 мл.

Напишите уравнения проведенных при анализе реакций.

Вычислите концентрацию брома в 1 л воздуха.

Предельно допустимая концентрация брома равна 0,002 мг/л. Можно ли продолжать работать в цехе после разгерметизации аппарата? Ответ поясните цифрами.

Решение 10-4.

H₃AsO₃ +Br₂ + H₂O → H₃AsO₄ + 2HBr 1 балла

H₃AsO₃ +I₂ +H₂O → H₃AsO₄ + 2HI 1 балла

Мышьяковистой кислоты прореагировало с йодом:

(0,0005·18)/0,001 = 9 мл. 1 балл

Следовательно, с бромом прореагировал (10 – 9) = 1 мл раствора мышьяковистой кислоты. 1 балл

Масса прореагировавшего брома составила:

mBr₂ = (0.001·1·159.8)/1000 = 0,1598 ·10^-3г 2 балла

Таким образом, в 40 л воздуха содержится 0,1598 мг брома. Концентрация брома в воздухе цеха составляет 0,1598/40 = 0,004 мг/л.

1 балл

Концентрация брома в цехе вдвое превышает предельно допустимую величину (0,002 мг/л), поэтому необходимо категорически запретить работать в цехе. 1 балл

Итого 10 баллов.
Задача 10-5. Азид натрия – бесцветная соль – является газообразующим компонентом в автомобильных системах подушек безопасности. Определите, какое количество азида натрия необходимо для заполнения подушки безопасности объемом 0,5 м³? Как получают азид натрия?

Решение 10-5.

Азид натрия – NaN₃. 1 балл

Азид натрия получают в два этапа. Сначала получают амид натрия:

2 Na + 2 NH₃   2 NaNH₂ + H₂

Затем окисляют амид оксидом азота (I):

2 NaNH₂ + N₂O   NaN₃ + NaOH + NH₃

Возможна реакция NaNH₂ с NaNO₃, с образованием NaN₃.

2 балла

При ударе и вызванной им детонации быстро протекает реакция разложения азида натрия:

2 NaN₃   2 Na + 3 N₂ 1 балл

По условиям задачи требуется 500 л/22,4 л/моль = 22,32 моль N₂. Согласно уравнению реакции, азида натрия нужно в 1,5 раза меньше в мольном соотношении, т.е. 14,88 моль.

Масса азида натрия равна 967 г = 0,97 кг. 2 балла
Итого 6 баллов.