Задачи и упражнения / Кузьменко Н.Е., Теренин В.И. и др. Вступительные экзамены и олимпиады по химии. Опыт МГУ

(О)ЗА: + Зг + 64 = 12 + 9 + 32 + 4 + /.

Домножив второе соотношение на 2 и вычтя его из первого, получим следующее уравнение

(т +у)-2(А: + 2) = 6

и проанализируем его.

а) Если к + 2 = 0, т.е. исходное соединение - углеводород, тогда т = 6 и возможное соединение

СН3

СН=СН3

при этом в уравнении реакции окисления коэффициент перед водой 1 = 1.

С2Н5

Все варианты значений к + 2 > 2 приводят к химически бессмыслен­ ным результатам.

Приведем уравнение реакции окисления одного из рассмотренных со­ единений:

СН" ° ‘

+ ЗК2С03 + 16Мп0 2 + 4КОН +ЮН20.

Вариант ЛБ-3

1.Рассчитаем массу и количество палладия в данном образце:

/и(Рф = р-Г= 12.02 ■8.0 = 96.16 г; у(Рф = 96.16 / 106 = 0.907 моль.

Количество и число наночастиц Р<38 в 0.907 моль Р<1:

у(Р<18) = у(Рё) / 8 = 0.907 / 8 = 0.113 моль;

и(Рс!8) = у(Р<18) • УУд = 0.113 • 6.02-1023 = 6.83-1022

Ответ: 6.83 1022 наночастиц состава Рс18.

2. Зависимость скорости реакции от температуры выражается пр лом Вант-Гоффа:

10

По условию у10 = 2.0. Тогда при понижении температуры от 85 до 45 градусов скорость реакции понизится в

85-45

— = у 10 = 2.04 = 16 раз.

Ответ: в 16 раз.

3.М§2+: 12 протонов и 10 электронов; СО: 14 протонов и 14 электронов.

4.2 Ш 2 + 2КОН ЮЮ2 + ЮЮ3 + Н20;

СН2Вг-СН2Вг + 2КаОН(водн) СН2(ОНЬСН2(ОН) + 2ШВт.

5. Запишем реакцию горения ацетилена:

С2Н2 + 2.502 -> 2С02 + Н20.

По условию задачи количество ацетилена:

у(С2Н2) = 62.4 / 26 = 2.4 моль.

При сгорании 1 моль ацетилена по закону Гесса выделится

0 = 2 • 393.5 + 285.8 - (-226.7) = 1299.5 кДж тепла, соответственно при сгорании 2.4 моль выделится

0 = 1299.5 • 2.4 = 3118.8 кДж тепла.

Ответ: 3118.8 кДж.

6. Пусть в исходной смеси содержалось х моль А1283 и у моль СаС2. Тогда масса смеси равна:

/и(смеси) = 150х + 64у = 51.4 г.

При растворении смеси в кислоте идут реакции:

А1283 + 6Н1 -> 2АИ3 + ЗН28Т,

х Зх

СаС2 + 2Н1 -> Са12 + С2Н2Т .

У У

Всего выделяется (Зх +у) моль газов. Средняя молярная масса газовой смеси составляет

Ответ: X - С6Н5-СНВг-СН3; V - С6Н5-СООН.

9. Обозначим за 2х количество Ре30 4, тогда количества углерода и ме­ ди равны 5х и Зх соответственно.

Масса смеси

/и(смеси) = 232-2* + 12 • 5* + 64-3* = 14.32 г,

отсюда * = 0.02 моль. Следовательно, в смеси было 0.04 моль Ре30 4 (или Ре0-Ре20 3), 0.1 моль С и 0.06 моль Си.

При растворении смеси в концентрированной серной кислоте проте­ кают реакции:

2РеОРе20 3 + ЮН2804 — ЗРе2(804)3 + 8 0 2Т + ЮН20;

Для полного растворения твердой смеси достаточно серной кислоты:

у(Н28 0 4) = 0.2 + 0.2 + 0.12 = 0.52 моль

Масса 84%-ного раствора серной кислоты, содержащего 0.52 моль Н2804, составляет:

ч 0.52-98 /и(раствора) = ----------- = 60.67 г.

0.84

Всего при растворении твердой смеси выделяется газов

V = 0.02 + 0.1 + 0.2 + 0.06 = 0.38 моль.

Объем газовой смеси составляет

К(смеси) = V • 22.4 = 0.38 • 22.4 = 8.512 л.

Ответ: 60.67 г 84%-ного раствора Н28 0 4; 8.512 л газов.

10. Рассчитаем количества образовавшихся веществ:

у(КООС-С6Н4-СООК) = 2.42 / 242 = 0.01 моль;

у(К2С 03) = 2.76 / 138 = 0.02 моль;

у(Мп02) = 5.22 / 87 = 0.06 моль.

Если учесть, что в реакцию вступило 0.01 моль неизвестного органи­ ческого соединения и среди продуктов присутствует такое же количество терефталата калия, логично предположить, что исходное соединение -

178 Олимпиада «Ломоносов»

Приведем уравнение реакции окисления последнего из рассмотрен­ ных соединений:

НООС-СбН4-С 3Н7 + 6КМп04 -*■ КООС-С6Н4-СООК + 2К2С 03 + + бМпСЫ + 4Н20.

Вариант ЛБ-4

1. Рассчитаем массу и количество золота в данном образце:

т(Аи) = р-У= 19.32 • 2.5 = 48.3 г; у(Аи) = 48.3 / 197 = 0.245 моль;

Количество и число наночастиц Аи8 в 0.245 моль Аи:

чV(Аи8) = у(Аи) / 8 = 0.245 / 8 = 3.06* 10~2 моль;

п(Ащ) = у(Аи8) • Аа = 3.0610’2 • 6.02 1023 = 1.84-1022

Ответ: 1.84 1022 наночастиц состава Аи8.

2. Зависимость скорости реакции от температуры выражается прави­ лом Вант-Гоффа:

10

По условию, у 10 =3.0. Тогда при понижении температуры от 90 до 60 градусов скорость реакции понизится в

90-60

-± = у 10 = З.о3 = 27 раз.

Ответ: в 27 раз.

3.Са2+: 20 протонов и 18 электронов;

Н28: 18 протонов и 18 электронов.

4.Мп02 + 4НС1 — МпС12 + С12 + 2Н20;

С6Н5-а Х Ж а + КаОН — С6Н6+ Ка2С 03.

5. Запишем реакцию горения диборана:

В2Нб + 302 —> В20 3 + ЗН20 +

По условию задачи количество диборана

у(В2Н6) = 84 / 28 = 3.0 моль, значит, при сгорании 1 моль диборана выделится

= 6106.8 / 3.0 = 2035.6 кДж тепла.

По закону Гесса:

2035.6 = 1273.5 + 3 • 285.8 —х,

где х - теплота образования диборана В2Н6. Решив уравнение, получим х = 95.3 кДж/моль.

Ответ: 95.3 кДж/моль.

6. Пусть в исходной смеси содержалось х моль М§зР2 и у моль С Тогда масса смеси равна

т(исх.смеси) = 134л: + 64у = 26.2 г.

При растворении смеси в бромоводородной кислоте протекают реак­ ции:

М§3Р2 + бНВг -► ЗМ§Вг2 + 2РН3Т,

СаС2 + 2НВг —►СаВг2 + С2Н2| .

У У

Всего выделяется (2х + у) моль газов.

Средняя молярная масса газовой смеси составляет

_ 34-2х + 26-У'

Мср

2х +у

с другой стороны, из условия задачи

Мср = 1.5 • 20 = 30.0 г/моль.

Получаем равенство

34 • 2х + 26 • у = 30.0,

2х +у

из которого 2х = у. После подстановки этого соотношения в уравнение для массы исходной смеси имеем х = 0.1 моль, у = 0.2 моль.

Ответ: 0.1 моль М§3Р2, 0.2 моль СаС2.

7.Один из возможных вариантов:

1)Си + 2Н 2804(к о н ц ) -► Си804 + 8 0 2| + 2Н20;

2)2Си804 — 2СиО + 2802| + 0 2|;

3)СиО + 2НС1 -► СиС12 + Н20;

3)алкилирование бензола по Фриделю-Крафтсу:

:2н 5

II + 2С12 Ау

СС12—СН3

иС2Н5ОН

I+ 2КОН

6)гидратация алкина по Кучерову:

Ответ: X - С2Н2; V - С6Н5-СС12-СН3.

9. Обозначим за х количество Ре30 4, тогда количества углерода и ди равны х и 2х соответственно.

Масса смеси равна

/и(смеси) = 232л: + 12л + 64-2л = 7.44 г;

отсюда х = 0.02. Следовательно, в смеси было 0.02 моль Рез04 (или РеОРе20 3), 0.02 моль С и 0.04 моль Си.

При растворении смеси в концентрированной азотной кислоте проте­ кают реакции:

Для полного растворения твердой смеси достаточно азотной кислоты:

у(НМОз) = 0.2 + 0.08 + 0.16 = 0.44 моль.

Масса 83%-ного раствора ЮЮз, содержащего 0.44 моль НЖ )3, со­ ставляет:

/и(раствора) = " = ^3.4 г 83%-ного раствора.

Всего при растворении твердой смеси выделяется газов:

V = 0.02 + 0.02 + 0.08 + 0.08 = 0.20 моль.

Объем газовой смеси равен:

К= V • 22.4 = 0.20 • 22.4 = 4.48 л.

Ответ: 33.4 г 83%-ного раствора НЖ )3; 4.48 л газов.

10. Рассчитаем количества образовавшихся веществ:

у(КООС-С6Н4-СООК) = 7.26 / 242 = 0.03 моль;

у(К2С 03) = 4.14 / 138 = 0.03 моль;

у(Мп02) = 12.18 / 87 = 0.14 моль;

у(КОН) = 1.12 / 56 = 0.02 моль.

Если учесть, что в реакцию вступило 0.03 моль неизвестного органи­ ческого соединения и среди продуктов присутствует такое же количество фталата калия, логично предположить, что исходное соединение - это производное бензола с двумя заместителями в ор/ио-положении, имею­ щее следующую общую формулу:

С*Ну02

'С пн то к

Анализ соотношения

у(КООС-С6Н4-СООК): у(К2С 03) : у(Мп0 2) : у(КОН) = 3 : 3 : 1 4 : 2

доказывает, что в состав заместителей входят три атома углерода т.е. п + х = 3, где п и х не равны нулю, далее для определенности примем 1 = 1 и х = 2). Тогда уравнение реакции окисления можно записать в обцем виде:

+ ЗК2С03 + 16Мп02 + 4КОН + I Н20

&исло атомов углерода и марганца в левой и правой частях уравнения [наково).

т Подсчитаем число атомов Н и О в обеих частях уравнения:

182 Олимпиада «Ломоносов»

Домножив второе соотношение на 2 и вычтя его из первого, получим следующее уравнение

= 4 и возможное соединение

при этом в уравнении реакции окисления коэффициент перед водой I = 5.

Все варианты значений к + 2 > 3 приводят к химически бессмыслен­ ным результатам.

Приведем уравнение реакции окисления одного из рассмотренных со­ единений:

'СН3

3ч:=сн + 14КМп0 4 -

+ЗК2С03 + 14Мп0 2 + 2КОН + 5Н20.

Решения заданий олимпиады 2010

Вариант 1

1.К+: число протонов - 19, число электронов - 18. Ы02: число протонов - 23, число электронов - 23.

2.1ЛС1 - соль сильного основания и сильной кислоты, в воде не гид­ ролизуется, раствор имеет нейтральную реакцию (рН = 7). КЕ - соль