А. Н. Беляев, В. Н. Нараев, И. А. Черепкова

А. Н. Беляев, В. Н. Нараев, И. А. Черепкова

РЕГИОНАЛЬНАЯ ПРЕДМЕТНАЯ ОЛИМПИАДА СТУДЕНТОВ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА 2014 ГОДА ПО ХИМИИ

Региональная олимпиада вузов Санкт-Петербурга проводилась в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете) 30 октября 2014 года.

Олимпиада проводилась в личном и командном первенстве. Участникам олимпиады предлагалось задание из 9 задач, ранжированных по степени сложности. Итоги в командном первенстве подводились сложением баллов участников команд, полученных в личном первенстве.

Продолжительность выполнения задания 4 астрономических часа.

Методическая комиссия (жюри) олимпиады:

1. Беляев Александр Николаевич, д.х.н., профессор, заведующий кафедрой неорганической химии СПбГТИ (ТУ) – председатель комиссии

2. Альмяшева Оксана Владимировна, к.х.н., доцент кафедры физической химии СПбГЭТУ "ЛЭТИ"

3. Ванин Александр Александрович, к.х.н., доцент кафедры физической химии СПбГУ

4. Григорьева Людмила Владиславовна, к.х.н., доцент кафедры общей и физической химии НМСУ "Горный"

5. Дарьин Дмитрий Викторович, к.х.н., доцент кафедры органической химии СПбГУ

6. Дмитриева Ирина Борисовна, д.х.н., доцент кафедры физической и коллоидной химии СПбГХФА

7. Еремин Алексей Владимирович, к.х.н., доцент кафедры неорганической химии СПбГТИ (ТУ)

8. Ефимова Татьяна Петровна, к.х.н., доцент кафедры органической химии РГПУ им. А.И. Герцена

9. Исаева Екатерина Игоревна, к.х.н., доцент кафедры неорганической химии РГПУ им. А.И. Герцена

10. Ключинский Сергей Алексеевич, к.х.н., доцент кафедры органической химии СПбГТИ (ТУ)

11. Маркова Виктория Сергеевна, главный специалист отдела научной политики и инноваций в науке и образовании КНВШ

12. Матузенко Михаил Юрьевич, к.х.н., доцент кафедры физической химии СПбГТИ (ТУ)

13. Федулина Татьяна Германовна, к.х.н., доцент кафедры органической химии СПбГТЛУ им. С.М. Кирова

14. Фишер Андрей Игоревич, к.х.н., доцент кафедры неорганической химии СПбГТИ (ТУ)

15. Хрипун Василий Дмитриевич, к.х.н., доцент кафедры общей и неорганической химии СПбГУ

1. Рузанов Дмитрий Олегович, к. х.н., доцент кафедры общей и неорганической химии СПбГТИ (ТУ)

2. Верещагина Екатерина Сергеевна, специалист по социальной работе СПбГТИ (ТУ)

Олимпиадные задания

Методической комиссией был сформирован банк заданий состоящий из 50 задач различного уровня сложности. Темы заданий охватывали основные разделы курсов общей и неорганической, органической и физической химии: синтез и идентификация органических и неорганических веществ, химические свойства веществ, химические и фазовые равновесия, химическая термодинамика и кинетика.

Олимпиадное задание 2014 года состояло из 9 задач, каждая из которых оценивалась в 60, 80 и 100 баллов в зависимости от степени сложности. Максимально число баллов в личном первенстве – 720, в командном первенстве – 2160.
Пример олимпиадного задания 2014 года по химии

Задача 1 Белое твёрдое кристаллическое вещество Х проявляет следующие свойства: а) окрашивает пламя газовой горелки в интенсивный жёлтый цвет; б) водный раствор вещества Х имеет нейтральную реакцию среды. При медленном введении в него сернистой кислоты (раствор SO2 в воде) приобретает тёмно-коричневую окраску, которая исчезает при избытке сернистой кислоты; в) Если к обесцвеченному раствору, подкисленному HNO3, добавить раствор AgNO3, то выпадет жёлтый осадок, нерастворимый в водном аммиаке, но хорошо растворимый в присутствии цианид ионов (CN−) или тиосульфат-ионов (); г) При введении в водный раствор исходного вещества Х иодида калия и разбавленной кислоты появляется тёмно-коричневое окрашивание, которое исчезает при добавлении сернистой кислоты или раствора тиосульфата натрия; д) навеску исходного вещества Х массой 0,1000 г растворить в воде. В полученный раствор добавить 0.5 г KI и несколько капель разбавленной серной кислоты. Образовавшийся тёмно-коричневый раствор оттитровать 0.1000 М раствором тиосульфата натрия до полного обесцвечивания. Объём тиосульфата натрия, пошедший на титрование, равен 37.40 мл. На основании качественных изменений, наблюдаемых в опытах, определите из каких элементов состоит вещество Х. Напишите ионные уравнения реакций, протекающих в пунктах б – г. По экспериментальным данным установите формулу исходного соединения Х. максимум 60 баллов Задача 2 Соединение А подвергли дегидратации и полученное вещество Б ввели в реакцию с бромом, получили вещество В. При обработке вещества В спиртовой щелочью получили вещество Г, из которого получили вещество Д. При окислении Д образуется вещество Е. При взаимодействии веществ А и Е между собой образуется сложный эфир с относительной плотностью по воздуху Dвозд. = 3,03. Написать уравнения названных реакций, используя структурные формулы и назвать полученные соединения. максимум 60 баллов Задача 3 Рассчитать атмосферное давление на вершине горы, если температура кипения воды равна 95°С, учитывая что температура кипения воды при давлении в 1 атм равна 100°С и теплота испарения воды ∆Нисп = 40,7 кДж/моль. максимум 60 баллов Задача 4 Относительная молекулярная масса вещества А, содержащего 69,8 % С, 11,6 % Н и кислород, равна 86. При взаимодействии А с CH3MgI образуется вещество В, гидролиз которого дает вещество С. В результате внутримолекулярной дегидратации вещество С превращается в вещество D, которое при окислении дает эквимолярную смесь пропановой кислоты и ацетона. Установите строение веществ А, В, С, D. максимум 80 баллов Задача 5 Пусть имеется 1 стабильный – Х и 2 радиоактивных изотопа некоторого элемента – Х* и Х**. Пусть эти изотопы включены в метаболизм живых организмов, т.е. их содержание в живой природе соответствует среднему изотопному составу. Пусть, отношение концентраций Х* и Х** в живой природе составляет С0(Х*)/C0(Х**) = a = 5. Времена полураспада радиоизотопов составляют τ1/2(Х*) = 1000 лет и τ1/2(Х**) = 10000 лет. Пусть, найдены палеонтологические останки живого существа с содержанием радиоизотопов Сt(Х*)/Ct(Х**) = b = 0.5. Определить время t, когда прекратился изотопный обмен, т.е. организм умер. Задачу решить в общем виде. максимум 80 баллов Задача 6 15.0 л (н. у.) газовой смеси угольного и сернистого ангидридов относительной плотностью по водороду 25.0 были поглощены 500 мл 10.0 % раствора гидроксида калия плотностью 1.09 г/см3. Определите моляльные концентрации веществ в полученном растворе. максимум 80 баллов Задача 7 В Мировом океане содержание молибдена довольно стабильное. Средняя концентрация в воде составляет 0,10 − 0,11 ммоль/кг, в осадках − 8∙10-4 %. В отличие от Мирового океана, в Черном море обнаружено уменьшение концентрации молибдена с глубиной и значительное накопление его в осадках. Такое поведение молибдена в Черном море объясняется влиянием сероводорода, образующегося в результате биологического восстановления сульфат-ионов. В отношении химической формы молибдена в черноморской воде существуют лишь качественные данные, свидетельствующие о формировании тиомолибдатных комплексов при больших концентрациях сероводорода. Между тем, известны количественные критерии поведения этих комплексов в водных растворах: 1. Определите концентрацию MoS42-, в случае, когда равновесие установилось при следующих концентрациях: 1∙10-7 М MoO42- и 1∙10-6M H2Saq. 2. Раствор, содержащий ионы MoS42-, MoОS32-, MoО2S22- характеризуется наличием двух максимумов поглощения в видимом диапазоне при следующих длинах волн (λ): 395 и 468 нм. Другие ионы, а также H2Saq не поглощают в видимом диапазоне. Коэффициенты экстинкции (ε) при этих значениях λ представлены в таблице: При условии, что система не находится в состоянии равновесия, а содержит смесь ионов MoS42-, MoОS32-, MoО2S22- (других молибденсодержащих ионов нет) и общая концентрация молибденсодержащих ионов составляет 6.0∙10-6 М, определите концентрации трех ионов MoS42-, MoОS32-, MoО2S22- в смеси. Расчет необходимо провести, исходя из того, что спектры поглощения измеряли в 10 см кювете и значения оптической плотности (D) cоставили 0,365 и 0,213 относительных единиц при длинах волн 468 и 395 соответственно (D468 = 0,365 отн.ед., D395 = 0,213 отн.ед.). максимум 100 баллов Задача 8 Органическое соединение А – исходное вещество для получения следующих продуктов, последним из которых является инден (см. рисунок). Проанализировав эту схему превращений, определите химическую природу и структуру всех продуктов реакций. Напишите уравнения реакций. максимум 100 баллов Задача 9 Зависимости ΔG = f(T) реакций окисления ряда металлов, графита и СО (диаграммы Эллингхэма) приведены на рисунке. Ag+0.5O2=Ag2O Cu+0.5O2=CuO Cd+0.5O2=CdO CO+0.5O2=CO2 C+0.5O2=CO Ca+0.5O2=CaO Определите: при какой температуре и какие металлы могут самопроизвольно восстанавливаться из соответствующих оксидов; при какой температуре и какие металлы можно восстановить монооксидом углерода; при какой температуре и какие металлы можно восстановить графитом? Парциальные давления всех газообразных веществ считать равными 1 атм. максимум 100 баллов

Состав участников региональной олимпиады по химии

Место проведения олимпиады	190013, г.Санкт-Петербург, Московский пр. 26, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
Дата проведения олимпиады	30 октября 2014 г.
Число вузов, участвовавших в олимпиаде	13
Общее число студентов, участвовавших в олимпиаде	101

Победители в командном зачете региональной олимпиады по химии

Место в командном зачете	Наименование вуза и команды	Суммарный балл команды
1	Санкт-Петербургский государственный университет, команда СПбГУ-1	1304
2	Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), команда СПбГТИ (ТУ)-1	1184
3	Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая академия, команда СПХФА-1	1041

Победители в личном зачете региональной олимпиады по химии

Место в личном зачете	Фамилия, имя, отчество участника	Суммарный балл участника	Наименование вуза
1	Обрезков Филипп Александрович	573	Санкт-Петербургский государственный университет
2	Михайлов Кирилл Игоревич	568	Санкт-Петербургский государственный университет
2	Никитина Анна Вячеславовна	542	Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая академия
3	Лебедева Таисия Антоновна	539	Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад.И.П. Павлова
3	Копаничук Илья Владимирович	482	Санкт-Петербургский государственный университет
3	Егоров Сергей Анатольевич	420	Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Адрес страницы сайта, где размещен отчет о проведении региональной олимпиады студентов вузов Санкт-Петербурга 2014 года по химии http://technolog.edu.ru/ru/news/news/item/1763-itogi-regionalnoj-olimpiady-po-khimii-2014.html
2 Анализ результатов региональной олимпиады

Анализ выполнения заданий участниками олимпиады

Задача 1. Эту достаточно простую задачу решали 67 участников олимпиады, но абсолютно правильно решил только один человек, 55 – с ошибками, 11 – неправильно. Средний балл за решение задачи – 10. Основная трудность при решении задачи заключалась в установлении окончательной формулы вещества по экспериментальным данным титрования. Многие участники правильно определили по окрашиванию пламени катион и то, что анион образован сильной кислотой. Часть студентов определили, что искомое соединение может иметь формулу NaIO₃ или NaIO_4. Далее же возникли сложности. Либо не брались за расчеты для подтверждения состава, либо допускали ошибки. Часть ребят не подтверждали свои догадки уравнениями реакций. Многие допустили ошибки при расстановке коэффициентов.

Задача 2. Задачу решали 76 участников олимпиады, абсолютно правильно решили 29 человек, 39 – с ошибками, 8 – неправильно. Средний балл за решение задачи – 39. Большинство участников олимпиады владеют основным материалом по органической химии, и для них не составило труда определить строение полученных веществ по их свойствам.

Задача 3. Эту простую задачу решали 37 участников олимпиады, но абсолютно правильно решили только 3 человека, 27 – с ошибками, 7 – решили неправильно. Средний балл за решение задачи – 20. Некоторые участники олимпиады "не узнали" равновесие жидкость-пар в однокомпонентной системе в оригинально сформулированной задаче. Вместо использования уравнения Клаузиуса-Клапейрона для процесса испарения, использовали уравнение Менделеева-Клапейрона, которое описывает состояние идеального газа.

Задача 4. Задачу решали 80 участников олимпиады, абсолютно правильно решили 20 человек, 52 – с ошибками, 7 – неправильно. Средний балл за решение задачи – 42. При решении этой задачи студенты продемонстрировали умение определять строение органических веществ по элементному составу и свойствам. Некоторые участники олимпиады не знали свойств реактива Гриньяра.

Задача 5. Эту задачу средней сложности решали 54 участника олимпиады, абсолютно правильно решили только 11 студентов, 21 – с ошибками, 22 – неправильно. Средний балл за решение задачи – 30. Основная причина отсутствия успеха в решении этой задачи – незнание уравнения для периода полураспада изотопов как частного случая реакции первого порядка. Некоторые студенты пробовали решать задачу, полагаясь только на смысл периода полураспада. Но ответа на этом пути не получить нельзя. Особо следует отметить большое число ошибок при расчетах с логарифмами и экспонентой.

Задача 6. За решение этой задачи брались 58 участников олимпиады, абсолютно правильно не решил ни один студент, 42 решили с ошибками, 16 – неправильно. Средний балл за решение задачи – 14. На первый взгляд задача не очень сложная, поэтому ребята немного поверхностно отнеслись к решению задачи. Почти все участники, взявшиеся за решение задачи, правильно установили количество щёлочи, многие – количественный состав газовой смеси. Большие трудности были связаны с определением состава раствора, а также с использованием различных концентраций.

Задача 7. Эту задачу решали 47 человек, абсолютно правильно решили только 8 студентов, 26 – с ошибками, 13 – неправильно. Средний балл за решение задачи – 38. В данной задаче было два задания. Первое решается в одно действие, если выразить общую константу гидролиза. Так решали задачу только несколько человек, большинство ее усложнили, подставляя значения в каждую константу и, учитывая концентрацию воды. В результате появились большие погрешности и ошибки в расчетах. Во второй части задачи закон Бугера-Ламберта-Бера вспомнили многие, но мало кто смог правильно его применить для расчета состава раствора.

Задача 8. За решение этой задачи брались всего 29 участников олимпиады, абсолютно правильно задачу решили только 7 студентов, 13– с ошибками, 9 – неправильно. Средний балл за решение задачи – 46. Задача предполагала создание ретросинтетической схемы получения гетероциклического соединения. Трудности при решении задачи вызвала оценка химического поведения Mg-органических соединений (реактивов Гриньяра).

Задача 9. Эту задачу решал 61 участник олимпиады, абсолютно правильно решили 10 человек, 44 – с ошибками, 7 – неправильно. Средний балл за решение задачи – 42. Многие участники справились с этой задачей, несмотря на то, что приведённые в условии данные относились к обратной реакции по отношению к требуемой. Были правильно применены термодинамические критерии самопроизвольного протекания процесса. Для ответа на 2 и 3 вопросы задачи необходимо было сообразить, что энергию Гиббса нужно рассчитывать из соответствующих величин стадий предлагаемых реакций, что и было представлено в большинстве решений. В ходе решения данной задачи участники проявили знание термодинамики и сообразительность. Однако, некоторые студенты написали только ответы, не приводя хода решения задачи, и поэтому не получили максимальные баллы.

Таким образом, наибольшие трудности у участников олимпиады вызвали, задачи по неорганической химии. Полное решение задач предусматривало выполнение нескольких пунктов, в числе которых уравнения реакций, несколько качественных выводов и определение состава вещества или раствора. Выполнить все этапы решения удалось лишь немногим студентам. Сказалось и отсутствие навыков использования правил вычислений у многих студентов, что приводило к результатам со значительными погрешностями.