 |
Всероссийская олимпиада школьников по химии. Региональный этап
|
|
|
|
Класс
Задача 11-1. Вещества А–В – бинарные соединения одинакового качественного состава. Массовое содержание входящих в их состав элементов Х и Y, а также некоторые свойства соединений сведены в таблицу.
| Соединение | Масс., содержание,% | Реакции при комнатной температуре | ||||
| X | Y | O2 | H2O | NaOH | NH3 | |
| А | 42,9 | 57,1 | горит | – | – | – |
| Б | 27,3 | 72,7 | – | ± | + | + |
| В | 52,9 | 47,1 | горит | + | + | + |
Все три соединения при комнатной температуре являются газами. А и Б не имеют собственного запаха, В, напротив, пахнет отвратительно. А и В при поджигании сгорают на воздухе (реакции 1 и 2), газ Б не горюч. В воде А растворяется совсем плохо, Б чуть лучше (реакция 3), В – хорошо (реакция 4), при этом Б с водой взаимодействует частично, а В полностью. Газ А реагирует лишь с водяным паром при t > 230oC в присутствии Fe2O3 (реакция 5). С водными растворами щелочей и сухим газообразным аммиаком Б и В взаимодействуют легко (реакции 6, 7, 8 и 9), а А только в специальных условиях: со щелочью при t ~ 120oC и давлении > 5 атм. (реакция 10), с аммиаком при t ~ 500–800oC на смешанном катализаторе Al2O3/ThO2 (реакция 11). Последняя реакция используется в промышленности для получения широко известного ядовитого вещества. Интересно, что вещество, получающееся в реакции Б с аммиаком при t ~ 200–500oC и повышенном давлении (реакция 12), настолько безобидно, что его даже добавляют в жевательную резинку, как, впрочем, и продукт реакции Б со щелочью.
1. Рассчитайте молекулярные массы А и Б, если известно, что смесь равных объемов А и Б имеет плотность по водороду 18, а смесь одного объема А и трех объемов Б – 20.
2. Установите элементы X и Y и состав соединений А–В.
3. Напишите уравнения всех описанных в задаче реакций.
4. Изобразите структурную формулу соединения В и назовите его.
|
|
|
Задача 11-2. Соединения А–Г состоят из трех элементов и имеют одинаковый качественный состав. Некоторые сведения о них представлены в таблице:
| А | Б | В | Г | |
| Массовое содержание одного и того же элемента, % | 61,4 | 51,5 | 34,7 | 30,0 |
| Температура плавления,ºC | –77 | 300* | 600* | 150* |
| Отношение к воде | Реагирует | Растворяется | Не растворяется | Реагирует |
* – плавление с разложением
Исходным веществом для синтеза соединений А–Г является оранжево-желтый порошок оксида Д. Желтая жидкость А с резким запахом может быть получена пропусканием над Д газообразного хлороводорода в присутствии P2O5 (реакция 1) Соединение Б синтезируют нагреванием А с металлическим цинком (реакция 2), а его водный раствор – взаимодействием Д с концентрированной соляной кислотой при нагревании (реакция 3). Термической диссоциацией Б получают В, при этом также образуется А (реакция 4). Соединение Г оранжево-красного цвета синтезируют пропусканием озона над А (реакция 5).
1) Определите неизвестные вещества и запишите уравнения всех реакций, упоминающихся в условии задачи.
2) Какие продукты образуются при взаимодействии веществ А и Г с водой? Напишите уравнения реакций.
3) Предскажите геометрическое строение частиц вещества А.
4) Как получают в лаборатории соединение Д (напишите уравнение реакции и условия ее проведения)?
Задача 11-3. На российских космических кораблях и станциях, начиная с первого полета Гагарина, используется атмосфера, максимально близкая к земной (содержание кислорода 20 об. %, давление 1 атм). При выходах в открытый космос возникает необходимость восполнения воздушной среды в больших объёмах. Использование для этих целей сжатой газовой смеси в традиционных шар-баллонах ограничено корпусной массой. Рассмотрим возможность химического получения необходимой газовой смеси с использованием термического разложения аммонийных солей. При нагревании нитрита аммония выделяется азот, а при термическом разложении нитрата аммония образуется оксид азота (I), который при более высокой температуре каталитически разлагается на простые вещества. Свойства исходных и конечных веществ приведены в таблице.
|
|
|
| Вещество | NH4NO2 | NH4NO3 | N2O | N2 | O2 | H2O(ж) |
| Df H °298, кДж/моль | –256,1 | –365,4 | 82,0 | –285,8 | ||
| T пл., °С | разл. > 35°С | 169,6 | –91 | –210 | –218,8 | – |
| Т кип., °С | – | разл. > 210 | –88,5 | –195,8 | –183,0 | |
| Плотность, г/см3(тв., ж.) г/л (газ) | 1,69 | 1,72 | 1,978 | 1,251 | 1,429 | 1,00 |
Здесь Df H °298 – стандартная энтальпия образования соединения при температуре 298 К.
1. Напишите уравнения термического разложения нитрата и нитрита аммония, оксида азота (I).
2. В каком соотношении нужно использовать нитрат и нитрит аммония для получения воздушной смеси?
3. Рассчитайте стандартные энтальпии реакций разложения при температуре 25 °С. Определите, являются ли эти процессы экзо- или эндотермическими.
4. Какое давление оказывали бы газообразные продукты разложения нитрата и нитрита аммония, если бы газы находились в объёме, равном объёму соответствующих твёрдых солей при температуре 25 °С?
5. Какая масса нитрата и нитрита аммония потребуется для заполнения воздухом переходного тамбура объёмом 1 м3 при 25 °С?
6. Рассчитайте, сколько теплоты выделится в процессе получения воздушной смеси, необходимой для заполнения переходного тамбура.
7. Укажите причины, которые, на Ваш взгляд, могут ограничивать использование такого метода получения воздушной смеси на космических аппаратах.
Задача 11-4. Сегодня нашу жизнь невозможно представить без пластмассовых изделий и синтетических волокон: корпус ручки, которой Вы сейчас пишете, яркая кофточка на симпатичной девушке, что Вы встретили вчера, жевательная резинка, которую усердно жует сосед слева, клавиатура ноутбука автора этой задачи – все это сделано из высокомолекулярных продуктов крупнотоннажной химической промышленности. Ниже приведена некоторая информация о пяти распространенных синтетических полимерах I‑V.
| Поли-мер | Название или аббревиатура | Промышленная схема получения |
| I | ПВХ | 
|
| II | ПС | 
|
| III | ПЭТ, лавсан | 
|
| IV, V | ?,? | 
|
1. Приведите структурные формулы промежуточных продуктов А – З, а также структурные формулы элементарных звеньев полимеров I‑IV (без учета стереоизомеров).
|
|
|
2. Расшифруйте аббревиатуры названий полимеров I‑III. От каких слов образовано название "лавсан"? Укажите названия полимеров IV и V. Как называется процесс превращения IV в V под действием серы? Какой из полимеров I‑IV образовался в результате реакции поликонденсации?
Задача 11-5. Соединения А, В и С содержат углерод, водород и кислород. Содержание углерода и водорода в этих соединениях дано в таблице.
| А | В | С | |
| % С | 68,85 | 79,25 | 77,78 |
| % Н | 4,92 | 5,66 | 7,41 |
Известно, что С может образовываться из А или В при действии разных восстановителей. С другой стороны, А не вступает в реакцию каталитического гидрирования при комнатной температуре и атмосферном давлении, не обесцвечивает бромную воду, устойчиво к действию хромовой кислоты и многих других окислителей. 1. Напишите структурные формулы соединений А, В, С.
2. Приведите по одному примеру восстановителей, которые можно использовать для превращения А и В в соединение С. 88,4 г смеси А, В и С, взятых в соотношении 1:2:1, нагрели с избытком концентрированного раствора гидроксида калия. Полученную смесь разделили на две равные части. Одну часть смеси нагрели с избытком перманганата калия, затем подкислили серной кислотой. Другую часть смеси подкислили серной кислотой, отогнали воду, добавили каталитическое количество серной кислоты и нагрели.
3. Напишите уравнения обсуждаемых реакций. Какие соединения и в каких количествах образуются в обоих случаях? Считайте, что все реакции протекают с количественным выходом.
2009 – 2010 год
|
|
|
