Примеры заданий теоретического тура для 10 класса

Задача 1. На чашках весов уравновешены химические стаканы с 0,1 г металлического алюминия в каждом.

Как изменится равновесие весов, если в один стакан прилить 5%-ный раствор соляной кислоты массой 10 г, в другой – 5%-ный раствор гидроксида натрия массой 10 г.

Решение:

Металлический алюминий реагирует с соляной кислотой и гидроксидом натрия согласно уравнениям:

2Al + 6 HCl ® 2 AlCl₃ + 3 H₂ ­

2Al + 2 NaOH + 6 H₂O ® 2 Na[Al(OH)₄] + 3 H₂­

При одной и той же массе прореагировавшего алюминия в обоих случаях выделяется одинаковое количество водорода. Следовательно, если алюминий растворится полностью, то равновесие весов не изменится. В случае неполного растворения алюминия перевесит та чашка весов, где меньшая доля алюминия вступит в реакцию.

В 5%-ных растворах массой 10 г содержится по 0,5 г (10×0,05) соляной кислоты и гидроксида натрия.

M(Al)=27г/моль

M(HCl)= 36,5 г/моль

M(NaOH)= 40 г/моль

Найдем, сколько потребуется соляной кислоты и гидроксида натрия для растворения алюминия массой 0,1 г.

Al массой 27× 2 г вступает в реакцию с HСl массой (36,5× 6) г

Al массой 0,1 г вступает в реакцию с HCl массой х г

х=0,406 г HCl

Al массой 27× 2 г вступает в реакцию с NaOH массой (40× 2) г

Al массой 0,1 г вступает в реакцию с NaOH массой y г

y=0,148 NaOH

Оба вещества HCl и NaOH взяты в избытке, поэтому в обоих стаканах произойдет полное растворение алюминия и равновесие весов не нарушится.

 

Задача 2. Вычислите относительную плотность по азоту смеси газов, состоящей из бутана C₄H₁₀, если в этой смеси на три атома углерода приходится один атом кислорода.

Решение:

Формула для определения средней молярной массы смеси

                                            n₁ М₁ + … + n_n M_n

M(ср.) = m(cм.)/ n(cм.) =

                                                n₁ + … + n_n

M(C₄H₁₀) = 58г/моль

М(СО₂) = 44 г/моль

M(N₂) =28 г/моль

Запишем количество атомов углерода, приняв, что смесь содержит один моль атомов кислорода:

n(O) = 1 моль

n (С) = 3 моль

Вычислим количество углекислого газа, учитывая, что углекислый газ содержит один моль атомов кислорода:

n(СО₂) = n (О) / 2 = 1 моль/ 2 = 0,5 моль

n₁ (С) = n(СО₂) = 0,5 моль

Вычислим количество атомов углерода в бутане:

n₂ (С) = 3 моль – 0,5 моль – 2,5 моль

n (С₄Н₁₀) = n(С) / 4 = 2,5 моль / 4 = 0,625 моль

Вычислим среднюю молярную массу смеси бутана и углекислого газа:

                        0,625 моль ×58 г/моль + 0,5 моль ×44 г/моль

М(ср.) =                                                                      = 51,78 г/моль

                                 (0,625 + 0,5) моль

Вычислим относительную плотность смеси газов по азоту:

D_N (см.) = 51,78 / 28 = 1,85

 

Задача 3. Хлорофилл является важным пигментом, обусловливающим зеленый цвет листьев растений. При сжигании 89,2 мг хлорофилла в избытке кислорода получаются только следующие четыре вещества: 242 мг газа, которым обычно газируют напитки; 64,8 мг жидкости, составляющей основу этих напитков; 5,6 мг газа, которого больше всего в земной атмосфере и     4,00 мг белого порошка, который является оксидом легкого широко используемого металла, составляющего приблизительно 2,3 % земной коры.

1) О каких веществах идет речь?

2) Рассчитайте формулу хлорофилла, учитывая, что его молекула содержит только один атом металла.

3) Напишите уравнение реакции горения хлорофилла.

4) Содержит ли хлорофилл хлор? Откуда взялось название «хлорофилл»?

5) Приведите пример природного вещества, содержащего фрагмент структуры сходного строения.

Решение:

1. Напитки газируют углекислым газом, сами напитки состоят большей частью из воды, самый распространенный газ в земной атмосфере – азот, а порошок является оксидом магния.

2. Рассчитываем соотношение элементов в молекуле:

n(CO₂) = 242/44 = 5,5 ммоль, m (C)= 5,5× 12 = 66 мг

n(H₂O)= 64?8/18 = 3,6 ммоль, m(H) = 3,6× 2=7,2 мг

n(N₂) = 5,60/28 = 0,2 ммоль

n(MgO) = 40/4,00 = 0,1 ммоль , m(Mg) = 0,1× 24=2,4 мг

m(O₂) = 89,2 – 66 – 7,2 – 5,6 – 2,4 = 8 мг , n(O) = 8/16 = 0,5 ммоль.

Соотношение С:Н:N:О:Mg = 5,5:7,2:0,4:0,5:0,1 =55:72:4:5:1, откуда формула хлорофилла: C₅₅H₇₂N₄O₅Mg

3. C₅₅H₇₂N₄O₅Mg + 71 O₂ = 55 CO₂ + 36 H₂O + 2 N₂ + MgO

4. Греческое слово «хлорос» означает «зеленый». Отсюда название и хлора и хлорофилла.

5. Самые известные – краситель крови гем (гемоглобин) и производные гема и хлорофилла.

Задача 4. Основатель всесоюзных и всероссийских химических олимпиад школьников профессор Московского государственного университета Альфред Феликсович Платэ рассказывал, что в годы Великой Отечественной войны ему было поручено срочно исследовать содержимое двухлитровой тонкостенной металлической ампулы, находившейся в пилотской кабине сбитого вражеского истребителя. По результатам анализа эта жидкость содержала 22 % углерода, 4,6 % водорода и 73,4 % брома (по массе). Результаты анализа ввергли инженеров и военных специалистов в недоумение.

Выскажите ваши соображения о том, с какой целью эта тонкостенная ампула с необычным содержимым была закреплена в пилотской кабине.

Решение:

Соотношение между числом атомов элементов в изученной жидкости:

С : H : Br = (22/12) : 4,6 : (73,4/80) = 1,83 : 4,6 : 0,92 = 2 : 5 : 1.

Формула исследуемой жидкости – C₂H₅Br. Естественно, что обнаружение значительного количества этого вещества и к тому же в необычной упаковке вызвало недоумение, пока одному из химиков-экспериментаторов не пришла в голову очень простая мысль: этилбромид кипит при температуре +38°С и помещен в пилотскую кабину в качестве потенциального противопожарного средства! При пожаре ампула лопается, и пары этилбромида, которые почти в 4 раза тяжелее воздуха, на некоторое время изолируют очаг пожара, прекращая распространение огня.

 

+ Задача 5. Рассмотрите цепочку превращений:

1. А = Б + В

2. Б + C ₂ H ₅ Cl = Г

3. Г C ₂ H ₅ Cl = Д + А

4. Б + TiCl ₄ = А + Е

5. Б + C ₄ H ₈ Cl ₂ = А + Ж

6. Б + N₂O₄ = И + NO

Расшифруйте вещества А – И, если известно, что вещество А придает горький вкус морской воде, Б, В и Е являются простыми веществами, реакции 1 и 4 проходят при высокой температуре, реакция 1 идет под действием электрического тока, реакцию 2 проводят в диэтиловом эфире.

1) Напишите уравнения реакций 1 – 6.

2) Что может представлять собой вещество Ж и назовите его.

 

Решение:

Горький вкус морской воде придают соединения магния. Поскольку при электролизе расплава вещества А получаются два простых вещества, то очевидно, что это галогенид магния, а именно его хлорид, как это следует из реакции 4. При взаимодействии с хлорэтаном идет реакция присоединения. Поскольку галогены с предельными углеводородами могут вступать в реакции замещения, то Б – это магний. Поскольку в реакции образуется только одно вещество, то вещество Г – продукт присоединения магния, магний-органическое вещество, реактив Гриньяра.

А – MgCl₂

Б – Mg

В – Cl₂

Г – C₂H₅MgCl

Д – C₄H₁₀

Е – Ti

Ж – C₄H₈

И – Mg(NO₃)₂

MgCl₂ = Mg + Cl₂

Mg + C₂H₅Cl = C₂H₅MgCl

C₂H₅MgCl + C₂H₅Cl = C₄H₁₀ + MgCl₂

2 Mg + TiCl₂ = 2 MgCl₂ +Ti

C₄H₈Cl₂ + Mg = C₄H₈ + MgCl₂

Mg + 2 N₂O₄ = Mg(NO₃)₂ + 2 NO

В зависимости от взаимного расположения атомов хлора в молекуле C₄H₈Cl₂ могут получаться различные продукты. В случае, если атомы хлора расположены у одного атома углерода, может в заметных количествах образовываться октен. Если атомы хлора расположены у двух соседних атомов углерода, получаются непредельные углеводороды CH₂=CH-CH₂-CH₃ (бутен-1) или CH₃-CH=CH-CH₃ (бутен-2). Когда атомы хлора находятся через два атома углерода, могут получаться циклические углеводороды (циклобутан) в незначительных количествах.