V Российская дистанционная олимпиада школьников

ОТВЕТЫ

1. Лаборанту для анализа был выдан бесцветный кристаллический порошок, окрашивающий пламя газовой горелки в желтый цвет. 6,80 г порошка лаборант растворил в небольшом количестве воды и разделил полученный раствор на две равные части. При действии избытка раствора нитрата серебра на первую порцию раствора было получено 6,20 г светло-желтого осадка, частично растворяющегося в водном растворе аммиака. При пропускании избытка хлора через вторую порцию раствора удалось получить 2,05 г простого вещества. Что представляет собой исходное анализируемое вещество? Каков его качественный и количественный состав.

 

Анализируемое вещество представляет собой смеси NaCl (28,75 масс.%) и NaI (71,25 масс%).

n – количество вещества NaCl в смеси, m – количество вещества NaX (Х – бром или йод) в смеси), Х – малярная масса галогена. Решаем систему уравнений:

(23+35,5)*n+(23+X)*m=6,80 г.

(108+35,5)*n/2+(108+X)*m/2=6,20 г.

2X*m/4=2,05 г.

В результате находим: n=0,0334; m=0,0323; X=127 г/моль. X – йод.

Масса NaCl равна 1,955 г, масса NaI равна 4,845 г.

Ответ: Масовая доля NaCl равна 1,955:6,8=0,2875; массовая доля NaI равна 4,845:6,8=0,7125.

 

2. В замкнутом сосуде смешали водород, кислород и хлор. Плотность полученной газовой смеси по гелию равна 3,2375. В смеси в 14 раз больше водорода, чем хлора (по объему). Смесь газов взорвали и охладили. Определите состав (в масс.%) полученного раствора.

 

Возьмем 1 моль исходной смеси. Молярная масса этой смеси равна М(смеси)=3,2375*4=12,95 г/моль и равна ее массе. Количество вещества Cl2 обозначим x моль, O2 - y моль, H2 - 14x моль. Составляем систему уравнений:

х + 14х +у=1

71х + 2*14x + 32y=12,95

Решая уравнения, находим: х=n(Cl2)=0,05 моль, у=n(O2)=0,25 моль, 14х=n(H2)=0,7 моль.

После взрыва образуется 0,5 моль воды, 0,1 моль HCl. В остатке - 0,15 моль непрореагировавшего водорода.

Масса раствора равна 18*0,5 + 36,5*0,1= 9,0+3,65=12,65 г.

Ответ: Массовая доля НС1 равна 3,65:12,65=0,2885 (28,85 %). Массовая доля воды составит 71,15 %.

 

3. В 3 литрах насыщенного при 293 К водного раствора фосфата натрия плотностью 1,06 г/мл  содержится 6,3 моль ионов натрия. Рассчитайте, какую массу кристаллогидрата фосфата натрия, содержащего 12 молекул воды, можно растворить при этой температуре в 130 г раствора с массовой долей фосфата натрия, равной 3,00 %.

Молярные массы фосфата натрия и его кристаллогидрата равны 164 и 380 г/моль соответственно.

Масса 3 л насыщенного раствора фосфата натрия равна 3*1,06=3,18 кг.

Количество вещества в этом растворе составляет 6,3:3=2,1 моль или 2,1*164=344,4 г Na3PO4.

Массовая доля безводной соли в насыщенном растворе равна W(Na3PO4)=344,4/3180=0,1083.

В 130 г 3 масс.% раствора фосфата натрия содержится 130*0,03=3,90 г соли.

 

Примем за Х – количество вещества кристаллогидрата Na3PO4*12H2O, которое можно растворить в 130 г 3% раствора. Составляем уравнение:

(3,9+164X)/(130+380X)=0,1083,

решая которое получаем X=0,08287 моль, что составляет 380 0,08287=31,49 г кристаллогидрата.

Ответ: 31,49 г Na3PO4*12H2O.

 

4. Характеристики бинарных соединений I, II и III, , которые содержат один и тот же элемент А и элементы Х, Y и Z представлены в таблице.

Соединение

Химическая формула

Общее число атомов в 5,00 г соединения

I

AX3

6,88 1022

II

AY3

6,65 1022

III

AZ3

2,34 1022

Установите формулы веществ I, II и III. Элемент Х находится в пятой группе периодической системы элементов Д.И. Менделеева.

 

В таблице приведены результаты расчетов количества вещества и молярных масс соединений.

Соединение

Химическая формула

Количество вещества (моль)

Молярная масса (г/моль)

Полученная формула вещества

I

AX3

0,688/6,02 = 0,0286

5 / 0,0286 = 175

CsN3

(азид цезия)

II

AY3

0,665/6,02 = 0,0275

5 / 0,0274 = 182

CsO3

(озонид цезия)

III

AZ3

0,234/6,02 = 0,00972

5 / 0,00972 = 514

Cs[I(I2)]

(трийодид цезия)

Поскольку элемент Х находится в V группе, единственным подходящим вариантом является А=Cs, X=N. Поскольку цезий входит в состав всех соединений с учетом молярных масс получаем AY3=CsO3, а AZ3= CsI3.

Ответ: CsN3, CsO3, а AZ3= CsI3

 

5. Какие два вещества вступили в химическую реакцию и при каких условиях, если в ее результате получены следующие продукты (указаны без коэффициентов). Напишите уравнения этих реакций.

? + ?->KIO3 + Cl2

? + ?->NaCl + S + SO2 + H2O;

? + ?->CaSO4 + (NH4)2SO4 + CO2 + H2O;

? + ?->СuO + P2O5 + NO2;

? + ?->K3[Fe(CN)6] + H2O

Ответ:

I2+KClO3  KIO3+ Cl2

Na2S2O3+ 2HCl = 2NaCl + SO2 +S+ H2O (реакция в растворе)

CaCO3+2NH4HSO4 = CaSO4 + (NH4)2SO4 + H2O +CO2 (реакция в растворе)

5Cu(NO3)2 + 2P  5CuO + P2O5 + 10NO2

H3[Fe(CN)6](кристал.)+ 3KOH(раствор) = K3[Fe(CN)6] + 3 H2O

{ 2K4[Fe(CN)6] + H2O2 =  2K3[Fe(CN)6] + 2KOH (реакция в растворе) }

 

6. Бесцветный удушливый газ А (25оС, 1 атм) сожгли в избытке кислорода. В результате было получено единственное газообразное вещество Б, объем которого при тех же внешних условиях оказался в три раза больше объема газа А. Газ А растворяется в воде с образованием истинного раствора, имеющего кислую реакцию. После кипячения раствор сохраняет кислую реакцию, но на его нейтрализацию расходуется в два раза меньше щелочи, чем на нейтрализацию раствора до его кипячения. Определите химические формулы веществ А и Б и напишите уравнения всех протекающих химических реакций.

 

Ответ: А – «недокись углерода» С3О2, Б – СО2.

Уравнения реакций:

С3О2 + 2О2  3СО2

О=С=С=С=О + 2H2O = НООС – СН2 – СООН

НООС – СН2 – СООН + 2NaOH = NaООС – СН2 – СООNa + 2H2O

НООС – СН2 – СООН  СН3СООН + СО2

СН3СООН + NaOH = СН3СООNa + H2O

 

7. 0,243 моль смеси двух изомерных углеводородов обработали раствором брома в четыреххлористом углероде. После удаления растворителя и избытка брома масса остатка составила 44,41 г, а массовая доля брома как элемента в нем равна 54,04 %. Определите структурные формулы изомеров, если известно, что каждый из них содержит только один тип sp3-гибридных атомов углерода (только первичные, вторичные или третичные).

 

В результате реакции присоединилось 44,41*0,5404=24,0 г брома или 0,15 моль Br2.

Поскольку количество вещества изомеров больше количества вещества брома, в смеси присутствуют два изомера, принадлежащие к различным классам – алкен и циклоалкан .

Молярная масса углеводорода M = [44,41 – (44,41*0,5404)]/0,243 = 84 г/моль/.

Формулы углеводородов C6H12: 2,3-диметил-2-бутен и циклогексан.

В обоих углеводородов все sp3 гибридизованные атомы углерода одинаковы

Ответ:

 

 

8. В результате гидролиза трипептида была получена смесь двух аминокислот и двух дипептидов. Массовые доли азота и кислорода в одной из аминокислот составляют 9,52 % и 43,54 % соответственно, а в другой – 7,73 % и 26,52 %. Определите возможное строение трипептида, если известно, что отношение молярных масс дипептидов 1,1667 : 1.

Схема гидролиза трипептида:

В конечной смеси две концевые аминокислоты. Рассчитываем их молярные массы:

Мz=14:0,0952= 147 г/моль. Мx=14:0,0773= 191 г/моль.

В первой из них на каждый атом азота приходится четыре атома кислорода (147*0,4354:16=4), что при молярной массе 147 г/моль соответствует аминоглутаровой (глутаминовой) кислоте (Glu).

Для второй кислоты на каждый атом азота приходится три атома кислорода (181*0,2625:16=3), что при молярной массе 181 г/моль соответствует тирозину (Tyr).

Установим состав центральной аминокислоты на основании масс дипептидов. Если ее молекулярная масса М г/моль, то выполняется соотношение (М+181-18)/(M+147-18)=1,1667, откуда М = 75 г/моль, что соответствует глицину , NH2CH2COOH (Gly).

Поскольку глицин занимает центральную позицию, исходный трипептид имел одно из двух возможных строений:Tyr-Gly-Glu или Glu-Gly-Tyr.

 

9. Продукт некаталитического восстановления 0,1 моль ароматического углеводорода окислили при длительном нагревании подкисленным раствором перманганата калия. Объем газа выделившегося в этой реакции, составил 4,48 л (н.у.). По окончании реакции окисления в полученном растворе было обнаружено только одно органическое соединение – одноосновная карбоновая кислота с массовой долей кислорода, равной 53,33%. Определите строение исходного углеводорода и продукта его восстановления, если известно, что масса продукта восстановления в 1,0256 раз больше массы исходного соединения.

 

Молярная масса карбоновой кислоты М=2*16/0,5333=60 г/моль – уксусная кислота.

Соотношение СН3СООН:СО2=1:2.

При восстановлении углеводородов атомы водорода переносятся парами: Х + nН2 = ХН2n. В результате получаем (Х+2n)/X=1,0256, откуда Х = 78,1n г/моль.

Таким образом, углеводород – бензол, а продукт его восстановления (например, по Берчу) – циклогексадиен-1,4. Последний при окислении в качестве промежуточного продукта дает малоновую кислоту, которая распадается с образованием равных количеств оксида углерода(IV) и уксусной кислоты.

Ответ: бензол, циклогексадиен-1,4.

 

10. Какие вещества и при каких условиях вступили в химические реакции, если в результате были получены следующие продукты? Напишите уравнения этих химических реакций.

Ответ:

a) CH3―CH2―CHBr=CH2 + 2 KNH2  CH3―CH2―CºCK + 2NH3 + KBr.

Реактив Гриньяра

 

 
б) CH3―CH2― CH(Br)―CH3 + CH3MgBr  CH3―CH==CH―CH+ CH4 + MgBr2

 

в) C6H5COONa (кристал.) + NaOH (кристал)

 

 
  C6H6 + Na2CO3

г) 6KMnO4 + 9H2SO4 + 5CH3OH = 5 CO2 + 6MnSO4 +3K2SO4 + 19H2O (реакция в растворе)

д) Реакция Дильса – Альдера (протекает при нагревании):

 

                          +    2