ОТВЕТЫ
на задания
2-й Российской дистанционной олимпиады школьников по химии

Для корректного отображения всех символов мы рекомедуем
загрузить вариант в формате MS Word

1. В атоме каждый электрон занимает свободную орбиталь с наиболее низкой энергией, отвечающей его наибольшей связи с ядром, - принцип наименьшей энергии. В 1961 г. В.М. Клечковский сформулировал общее положение, гласящее: энергия электронных орбиталей возрастает в порядке увеличения суммы квантовых чисел n + l, причем в случае равенства сумм, меньшей энергией обладает орбиталь с меньшим значением n.

Последовательность энергетических уровней в порядке возрастания энергии примерно следующая:

1s < 2s < 2p < 3s < Зр < 4s > 3d < 4p < 5s > 4d < 5p < 6s > 5d > 4f < 6p

Следует отметить существование аномалий: завершенность электронного подуровня 3d10 у меди, 4d10 у серебра и 5d10 у золота достигается за счет провала внешнего s-электрона на предшествующую d-оболочку.

Физическая причина нарушения порядка заполнения связана с различной проникающей способностью электронов во внутренние слои, особой устойчивостью электронных конфигураций d5 и d10.

Провал электрона наблюдается также и в некоторых других элементах (например: Cr, Mo, Ru, Rh, Pd, Pt и т.д.).

Медь, серебро, золото образуют соединения, степени окисления элементов в которых превышают номер группы, поскольку энергии электронов, находящихся на (n - 1)d - орбитали близки с энергиями электронов на внешнем электронном слое и электроны d-орбиталей предпоследнего электронного слоя принимают участие в образовании соединений.

С энергетической точки зрения энергия, которая затрачивается на возбуждение элементов и переход электронов с (n-1)d на nр-орбитали компенсируется при образовании двух, трех и более химическитх связей.

2. При прокаливании железного купороса FeSO4 7H2O и квасцов общей формулой М+М+3(SO4)2 12H2O в результате гидролиза и частичного разложения образуется серная кислота, образующая с влажным хлоридом натрия хлороводород, водный раствор которого и получил Глаубер. Таким образом, соляной спирт - это хлороводородная кислота (техническое название - соляная кислота).

Уравнения реакций, протекающие при получении Глаубером соляного спирта:

4KAl(SO4)2 12H2O -t-> 2K2SO4 + 2Al2O3 + 6SO2 + 3O2 + 12H2O

2KAl(SO4)2 + 3H2O -t-> K2SO4 + Al2O3 + 3H2SO4

FeSO4 7H2O -t-> FeSO4 + 7H2O

2 FeSO4 -(t = 7000C)-> 2Fe2O3 + 4SO2 + O2

2FeSO4 + 2Н2О -> (FeOH)2SO4 + H2SO4

4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 ->  2Fe2(SO4)3 + 2H2O

Fe2(SO4)3 -(t = 5000C)->  Fe2O3 + 3SO3

2Fe2(SO4)3 -(t = 9000C)->  2Fe2O3 + 6SO2 + 3O2

SO3 + H2O(разб H2SO4) ->  H2SO4(конц) и т.д.

NaCl + H2SO4(конц) -> HCl- + NaHSO4

Способы получения хлороводорода в настоящее время:

1) В промышленности хлороводород получают непосредственным синтезом из простых веществ:

H2 + Cl2 ->   2HCl.

Хлор реагирует с водородом бурно, со взрывом, но для развития реакции необходимо ее инициирование (нагревание или освещение), что связано с ее цепным механизмом.

2) В лаборатории HCl получают по реакции:

NaCl + H2SO4(конц)-> HCl + NaHSO4

При сильном нагревании NaHSO4 взаимодействует с NaCl с образованием средней соли и HCl:

NaHSO4 + NaCl -t-> Na2SO4 + HCl

При растворении хлоророводорода в воде получают соляную кислоту.

3. Роль воды в природе определяется ее уникальными физическими и химическими свойствами, связанными со способностью молекул воды соединяться друг с другом водородными связями. В отсутствие водородных связей вода при комнатной температуре находилась бы в газообразном состоянии. На Земле при обычных температуре и давлении не существовал бы растительный и животный мир, т.е. не смогла бы возникнуть жизнь в существующих в настоящее время формах.

Уникальные характеристики воды:

Аномальная зависимость плотности воды от температуры. Плотность воды максимальна при температуре около 40С. С наступлением морозов поверхностный слой воды охлаждается до 40С и опускается на дно водоема. Когда весь водоем охладится до 40С, на его поверхности будет плавать лед, который легче воды. Лед является защитой водоема от промерзания, поскольку имеет маленькую теплопроводность, которая равна теплопроводности шерсти.

Благодаря очень высокой теплоемкости воды, мировой океан сглаживает колебания температур и, в результате, перепад температур между экватором и полюсом всего 300С.

Большая величина поверхностного натяжения приводит к появлению ряби и волн на поверхности воды, в результате чего усиливаются процессы теплопередачи между атмосферой и гидросферой. Способность воды подниматься с подземных горизонтов на высоту более чем 10 метров, связана с капиллярными силами, которые также обуславливает высокое поверхностное натяжение воды.

Высокая теплота плавления воды сглаживает сезонные переходы, т.е. смена времен года происходит не за день, а за длительный период.

Большое значение теплоты испарения воды препятствует перегреву поверхности Земли, так как большая часть солнечной энергии расходуется на испарение воды.

Высокая диэлектрическая проницаемость воды делает ее уникальным растворителем по отношению к веществам с ионной и полярной структурой.

4. 2Fe(NO3)3 + 3 Ca(HSO3)2 -> 2 Fe(OH)3 + 3 Ca(NO3)2 + 6 SO2;

2 Fe(OH)2+Н2О2 -> 2 Fe(OH)3;

CаН2 + 2 Н2О2 -> Ca(OH)2 + 2 H2O;

K2SO3 + O3 -> K2SO4 + O2;

2 AgNO3 + 2 NaHS -> Ag2S + H2S + 2 NaNO3;

Ca(OH)2 + Ba(HCO3)2 -> CaCO3 + BaCO3 +2 H2O;

Сa(HS)2 + 2 Cl2 -> CaCl2 + 2 S + 2 HCl;

2 NH3 + Ba(HSO4)2 -> BaSO4 + (NH4)2SO4;

5 Cu(NO3)2 + 2 P -t-> 5 CuO + P2O5 + 10 NO2;

СН3-С? СН + Н2О -(Hg2+)-> CH3-C(O)-CH3 (ацетон);

5. В результате растворения в избытке концентрированной азотной кислоты образовался нитрат ртути и нитрат неизвестного металла. При прокаливании при Т=773K нитраты металлов разлагаются, причем из образца удаляется также ртуть: Hg(NO3)2-t->Hg + O2 + NO2 .

Поскольку оксид неизвестного растворяется в щелочи, значит речь идет об амфотерном оксиде.

При прокаливании оксида с углем происходит реакция: МеxОy + y С -t-> x Me + y CO.

Эквивалент металла находим по закону эквивалентов: m(оксида)/(M(Экв.Ме)+8) = m(металла)/M(Экв.Ме).

М(экв.Ме)=8 0,803/(1-0,803)=32,6 г/моль-экв. Если метал двухвалентен, его молярная масса равна 65,2 (Zn). Кол-во оксида цинка n(ZnO)=0,81:81=0,01 моль. Масса цинка равна m(Zn)=0,01 65= 0,654 г. Массовая доля цинка в амальгаме 65,4%, ртути 34,6.

6. Количества НС1, NaOH и H2SO4:

n(HCl)=105 1,047 0,1/36,5=0,3 Моль;. n(NaOH)=455 1.054 0,05/40=0,6 моль; n(H2SO4)=367,5 008/98=0,3 моль.

При взаимодействии NaOH с HCl образуется 0,3 моль NaCl и остается 0,3 моль NaOH, который с серной кислотой образует 0,3 моль NaHSO4. При прокаливании NaCl и NaHSO4 образуется: NaCl + NaHSO4 = Na2SO4 + HCl . В результате получается 0,3 моль Na2SO4, масса которого равна m(Na2SO4)=0,3 142=42,6 г.

7. Масса раствора NaOH равна 1,4 100=140 г.; m(NaOH)=140 0,4=56,0 г. = 56/40=1,4 моль. Масса воды в этом растворе 140-56=84 г. При пропускании углекислого газа сначала образуется сода:

2 NaOH(1,4 моль) + CO2(0,7 моль) = Na2CO3 (0,7 моль) + H2O(0,7 моль= 18 0,7=12,6 г.).

Далее идет образование гидрокарбонтата:

Na2CO3 (х моль) + CO2(х моль) + H2O(х моль)= 2 NaНCO3 (2х моль)

В остатке (0,7-х) моль соды, 18 х моль воды. Масса гидрокарбонта 168 х. Коэффициент растворимости гидрокарбоната = 10 г соли на 100 г воды. Общая масса воды m(H2O)=84 = 12,6 - 18x= (96,6-18 x) г. Следовательно в растворе может содержать ся в 10 раз меньше растворимого гидрокарбонтата, т.е. m(NaHCO3) в растворе = (9,66-1,8 х). Всего получено гидрокарбонтат 9,66 -1,8 х + 84=(93,66-1,8 х)г. Отсюда находим х: 168х=93,66-1,8х; х=93,66:169,8=0,5516. Общее кол-во углекислого газа равно 0,7 + 0,5516=1.2516 моль. Объем газа равен 22,4 1,2516=28,04 л (н.у.).

8. Получение полистирола: n CH2=CH-C6H5 -> [-CH2-CH(C6H5)-]n

n (H) в С8Н8 (остаток)=2,408 1023 : 6,02 1023 = 0,4 моль. Остаток мономера 0,4:8=0,05 моль. Исходное кол-во мономера 31,2:104= 0,3 моль. Вступил в реакцию 0,3 - 0,05 = 0,25 моль. Кол-во молекул мономера, вступивших в реакцию равно 0,25 6,02 1023 = 1,505 1023 молекул. Степень полимеризации рана 1,505 1023: 1,204 1021 = 125. Средняя молярная масса полистирола составит М=125 104= 13000 г/моль.

9. При сжигании: ДНК + О2 = СО2 +N2 + (вода, фосфорные кислоты и др.). По условию задачи [V(CO2)+V(N2)]/V(N2)=6,6. Или 66/V(N2)=6,6. Отсюда находим, что объем азота равен 10 мл. Тогда объем СО2 составит 66-10=56 мл.

n (СО2)=0,056:22,4=0,0025 моль, n (N2)=0,01:22,4=0,0004464 моль.

х моль (дезоксирибоза - А= Т - дезоксирибоза) I

y моль (дезоксирибоза - А= Ц - дезоксирибоза) II

Дезоксирибоза С5H10O5. A -C5H5N5 , T -C5H6N2O2, Г - C5H6N5O, Ц - C4H4N3O,

I + O2= 20 х моль СО2 + 3,5 x моль N2 II + O2 = 19 y моль СО2 + 4 y моль N2. Составляем два уравнения: 20х + 19 у=0,0025 и 3,5 х + 4 у= 0,0004464. Умножая второе уравнение на 4,75 и вычитая его из первого получаем 3,375 х=0,002120, откуда х=0,0001126. Находи у=0,00001316. n (А-Т) = n (Т) =0,0001125,n (Г-Ц) = n (Ц) =0,00001316. Отношение Т:Ц= 8,55.

10. При нагревании различных веществ в водно - спиртовых растворах могут протекать реакции этерификации, гидролиза и др., в результате которых концентрация раствора будет отличаться от его исходной концентрации.

Например, при добавлении в раствор уксусной кислоты происходит реакция этерификации:

CH3COOH + C2H5OH -> CH3COOC2H5 + H2O

При нагревании спирта возможно образование простого эфира:

2C2H5OH -t-> C2H5 - O - C2H5 + H2O.

При растворении в исходной смеси HCl из первичных спиртов при нагревании образуются галогенпроизводные:

C2H5OH + HCl -> C2H5Cl + H2O

Если растворить в смеси хлорангидриды, то при нагревании они также реагируют со спиртом, например:

СН3СОCl + C2H5OH -> CH3COOC2H5 + HCl

При растворении в водном растворе спирта таких веществ как: AlCl3, Fe2(SO4)3, CuCl2, ZnSO4 и т.д. в процессе длительного нагревания может происходить необратимый гидролиз этих солей, в результате которого образуются оксиды и гидроксиды металлов.

_______________

P.S. Естественно, невозможно предусмотреть все возможные варианты уравнений реакций, способов решения задач, предложенных объяснений и т.д., которые были предложены участниками олимпиады и рассмотрены членами жюри.