Муниципальный этап олимпиадЫ школьников по химии 2014

Вещество А – литий. За установление названия металла по качественной реакции – 2 балла

Реакции, которые протекают при окислении лития на воздухе

6Li + N₂  2Li₃N (реакция 1)

4Li + O₂  2Li₂О (реакция 2) (по 1 баллу за реакцию)

Во влажном воздухе литий окисляется в основном до нитрида, который окрашен в зеленовато-черный цвет, но вследствие наличия примеси белого оксида лития окраска продукта окисления зеленовато-серая.

Разложение продукта окисления водой:

Li₃N + 3Н₂О  3LiOH + NH₃ (реакция 3)

Li₂О + Н₂О  2LiOH (реакция 4) (по 1 баллу за реакцию)

По объединенному газовому закону (PV/T = P₀V₀/T₀) определяем, что при нормальный условиях (273К и 760 мм.рт.ст) объем выделившегося аммиака равен 4,480 л. Используя молярный объем газа (22,4 л/моль) находим, что количество вещества выделившего в реакции 3 аммиака равно 4,48 / 22,4 = 0,200 моль. По реакции 3 находим, что образовалось 0,200 моль нитрида лития и его массу (0,200 моль ∙ 35 г/моль = 7,000 г). По реакции 1 устанавливаем количество вещества лития (0,2 ∙ 3 = 0,6 моль) и массу лития, вступившего в реакцию с азотом (0,6 моль ∙ 7 г/моль = 4,2 г). Соответственно, масса лития, вступившего в реакцию с кислород по реакции 2 равна 5 – 4,2 = 0,8 г. Количество вещества лития, вступившего в реакцию с кислород по реакции 2 равна 0,8 г / 7 г/моль = 0,114 моль. По реакции 2 определяем количество вещества оксида лития (0,114 моль / 2 = 0,0517 моль) и его массу (0,0517 моль ∙ 30 г/моль = 1,714 г). Масса продукта окисления (порошок В) 7,000 г + 1,714 г = 8,714 г. Соответственно, порошок В содержит 80% нитрида лития и 20% оксида лития.

Газ С – аммиак NH₃ (1 балла)

Определение качественного и количественного состава порошка В –

(8 баллов)

Вопросы и задачи для учащихся 11 класса

Задание 11 -1. Предложите неорганические вещества, описываемые брутто-формулой А₄В₄. Предложите способы получения этих соединений. Напишите уравнения реакции, в которые могут вступать эти вещества.(20 баллов)

Решение.

Возможные вещества: сульфид фосфора P₄S₄, азид аммония NH₄N₃

(по 5 баллов за вещество) – максимально 10 баллов

Способы получения:

NH₃ + HN₃  NH₄N₃ (условия: сливание водных растворов веществ)

4P(красн) + 4S  P₄S₄ (условия: нагревание 250^оС в атмосфере углекислого газа)

(по 3 балла за способ получения) – максимально 6 баллов

NH₄N₃  2N₂ + 2H₂ (разложение при нагревании)

NH₄N₃ + NaOH  NaN₃ + NH₃ + H₂O (нагревании c раствором щелочи)

P₄S₄ + 9О₂  P₄O₁₀ + 4SO₂ (окисление при нагревании в избытке кислорода, 100-300^оС)

P₄S₄ + H₂O  H₃PO₄ + H₃PO₃ + H₃PO₂ + H₂S (гидролиз горячей водой с образование смеси фосфорных кислот и сероводорода).

Возможно будут приведены и другие верные реакции.

(по 1 баллу за уравнение) – максимально 4 балла.

Задание 11 - 2. Известно, что в хлебопечении в качестве разрыхлителя используется карбонат аммония. На чем основано его применение? Напишите уравнение реакции. Влияет ли добавка карбоната аммония на вкусовые качества хлебных изделий?

Приведите не менее 10 примеров реакций разложения солей аммония. Влияет

ли природа аниона на продукты разложения солей аммония? (10 баллов)

Решение.

1 – Соли аммония являются термически неустойчивыми соединениями. Применение карбоната аммония в качестве разрыхлителя теста основано на том, что его разложении при нагревании образуются только газообразные вещества и тесто получается пушистым:

(NH₄)₂CO₃ = 2NH₃ + CO₂ + H₂O

Добавка карбоната аммония не влияет на вкусовые ощущения при потреблении хлеба; количество вводимого разрыхлителя незначительное, все продукты разложения при нагревании удаляются из продуктов хлебопечения.

В этих же целях можно использовать и гидрокарбонат аммония:

NH₄HCO₃ = NH₃ + CO₂ + H₂O 2 балла

2 – Разложение солей аммония зависит от природы аниона, образующего соль. Если анион соли не способен проявлять окислительные свойства, то разложение протекает по кислотно-основному типу, с образованием аммиака и кислоты:

NH₄F = NH₃ + HF

NH₄Cl = NH₃ + HCl

NH₄Br = NH₃ + HBr

NH₄I = NH₃ + HI

(NH₄)₂S = 2NH₃ + H₂S

NH₄HS = NH₃ + H₂S

(NH₄)₂SO₃ = 2NH₃ + SO₂ + H₂O

NH₄CN = NH₃ + HCN Всего - 2 балла

Если анион кислоты проявляет окислительные свойства, то разложение соли протекает как окислительно-восстановительный процесс:

NH₄NO₃ = N₂O + 2H₂O 1 балл

NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O 1 балл

2NH₄ClO₄ = N₂ + Cl₂ + 2O₂ + 4H₂O 2 балла

2NH₄ClO₃ = N₂ + Cl₂ + O₂ + 4H₂O 2 балла

(уравнение электронного баланса с указанием окислителя и восстановителя)


Задание 11 - 3. Пара-аминобензойная кислота является одним из витаминов группы В. При ее отсутствии наблюдается ряд нарушений обмена веществ в организме, в частности депигментация волос. Некоторые производные пара-аминобензойной кислоты применяются в медицине в качестве обезболивающих средств (новокаин).

На основании знаний о свойствах бензола и его производных напишите уравнения реакций, с помощью которых можно наиболее коротким путем получить из бензола пара-аминобензойную кислоту.

В уравнениях укажите структурные формулы реагентов и продуктов реакций. Дайте названия исходного, промежуточных и конечного органических продуктов. (10 баллов)

Решение.

За 5 правильно названных соединений 5 баллов

Синтез пара–аминобензойной кислоты (витамин В10):
Задание 11 - 4. Некоторый углеводород X при действии избытка бромной воды образует тетрабромпроизводное, содержащее 72,1% брома по массе, а при кипячении с раствором перманганата калия в присутствии серной кислоты образует две одноосновные карбоновые кислоты. Установите молекулярную и структурную формулу углеводорода Х, если известно, что одна из кислот используется как консервант, и впервые описана в 1844 г. Напишите уравнения проведенных реакций. (10 баллов)

Решение.

Логично предположить, что это алкин, т.к. образуется тетрабромпроизводное, т.к. диеновые углеводороды при окислении в жестких условиях не могут дать две одноосновные карбоновые кислоты.

Запишем уравнение реакции присоединение брома:

С_nН_2n-2 + 2Br₂ = С_nН_2n-2Br₄ Определим молярную массу производного С_nН_2n-2Br₄: 80*4/0,721=444. (1 балл)

Тогда (12n+2n-2)=444-320=124 и, решая уравнение находим, что при n=9 и таким образом формула неизвестного углеводорода Х - С₉Н₁₆ - нонин.

При кипячении в кислом растворе перманганата калия происходит окисление с разрывом тройной связи. Также указано, что одна из кислот используется как консервант и открыта в 1844 г. Это пропионовая кислота (уксусная известна с древности). Поэтому тройная связь находится у третьего атома углерода (2 балла)

5 C₅H₁₁-C≡C-CH₂-CH₃ + 6KMnO₄ + 9 H₂SO₄ = 6MnSO₄ + 3 K₂SO₄ +

4 H₂O+ 5C₅H₁₁COOH + 5 CH₃CH₂COOH (2 балла)

Гексановая кислота пропановая (пропионовая) кислота

Запишем уравнение реакции присоединение брома:

C₅H₁₁-C≡C-CH₂-CH₃ + 2Br₂ = C₅H₁₁-Br₂C-CBr₂-CH₂-CH₃ (1 балл)

3,3,4,4-тетрабромнонан

За названия веществ максимально 2 балла Ответ: 3-нонин

- Какие меры по технике безопасности необходимо соблюдать при выполнении описанного эксперимента?

-Приведите уравнения двух химических реакций, в которых один из компонентов твердой смеси используется в качестве катализатора. Дайте определение понятия катализатор.

- Укажите области применения газа, полученного при взаимодействии смеси с соляной кислотой.

- Приведите промышленный способ получения этого газа.

Ответ подтвердите необходимыми уравнениями реакций.(15 баллов)

Количество вещества О₂ n(O₂) = m/M = 1,28/32 = 0,04 моль 0,5 балла

n (KMnO₄)_разл = 2n(O₂) = 2 х 0,04 = 0,08 моль 0,5 балла

n (K₂MnO₄) = n(O₂) = 0,04 моль 0,5 балла

n (KMnO₄) = 0,1 моль

n (K₂MnO₄) = 0,04 моль

n (MnO₂) = 0,04 моль 0,5 балла

2KMnO₄ + 16HCl = 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O (1)

K₂MnO₄ + 8HCl = 2Cl₂ + 2KCl + MnCl₂ + 4H₂O (2)

MnO₂ + 4HCl = Cl₂ + MnCl₂ + 2H₂O (3)

Для реакции (1): n (Cl₂) = 2,5n(KMnO₄) = 2,5 х 0,1 = 0,25 моль

n (НС1) = 8n(KMnO₄) = 8 х0,1 = 0,8 моль

Для реакции (2): n (Cl₂) = 2n (K₂MnO₄) = 2 х 0,04 = 0,08 моль

n (НС1) = 8n(K₂MnO₄) = 8 х 0,04 = 0,32 моль

Для реакции (3): n (Cl₂) = n(MnO₂) = 0,04 моль

n(НС1) = 4n(MnO₂) = 4 х 0,04 = 0,16 моль 1,5 балла

11 - n (Cl₂)_общ = 0,25 + 0,08 + 0,04 = 0,37 моль

Объем хлора, выделившийся в ходе реакции: n (Cl₂)_общ х V_м = 0,37 х 22,4 = 8,288 (8,3 л)

n(НС1)_общ = 0,8 + 0,32 + 0,16 = 1,28 моль 0,5 балла

12 – Масса вещества соляной кислоты: n(НС1)_общ х М (НС1) = 1,28 х 36,5 = 46,72 г.

Масса раствора соляной кислоты: m_в-ва (НС1) / w(НС1) = 46,5 /0,365 = 128 г.

Объем раствора соляной кислоты: масса раствора / плотность раствора = 128 / 1,18 = 108,5 мл. 0,5 балла

13 - Техника безопасности при выполнении эксперимента – работа в шкафу с принудительной вентиляцией. 0,5 балл

14 - MnO₂ – катализатор в процессах разложения бертолетовой соли и пероксида водорода:

2КС1О₃ = 2КС1 + 3О₂ (уравнение электронного баланса с указанием окислителя и восстановителя) 1 балл

2Н₂О₂ = 2Н₂О + О₂ (уравнение электронного баланса с указанием окислителя и восстановителя) 1 балл

15 – катализатор – вещество, увеличивающее скорость реакции за счет участия в промежуточном химическом взаимодействии с компонентами реакции, но восстанавливающее после каждого цикла промежуточного взаимодействия свой химический состав. 1 балл

16 – Промышленный способ получения хлора – электролиз расплавов и растворов хлоридов металлов:

2NaCl = 2Na + Cl₂

2NaCl + 2H₂O = H₂ + Cl₂ + 2NaOH

CuCl₂ = Cu + C1₂ (электролиз как расплава, так и раствора) 1 балл