Выступление на районном МО учителей химии "Методика подготовки к муниципальному этапу Всероссийской олимпиады школьников 2018 года"

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №8 с. Ульяновка

Выступление на МО учителей химии

Методика подготовки к муниципальному этапу Всероссийской олимпиады школьников 2018 года

подготовила

учитель химии высшей категории

Заева О.В.

2018 – 2019 учебный год

В настоящее время олимпиадное движение стремительно развивается. Начиная с сентября школьники последовательно участвуют в школьном, затем муниципальном и региональных этапах олимпиад. Значение предметных олимпиад возросло в связи с введением ЕГЭ и новых правил поступления в ВУЗы. Успешно выступившие на олимпиадах школьники имеют преимущества при поступлении в престижные вузы страны и своего региона – а это, в свою очередь, повышает статус всего олимпиадного движения.

В отличие от проводимых нами контрольных, зачётных, самостоятельных работ олимпиады охватывают более широкий круг знаний, требуют от учащихся работы на высоком интеллектуальном уровне, предполагают применения знаний в нестандартной ситуации, владения в совершенстве навыками анализа, синтеза, логически выстроенной системой знаний по предмету. Успешное участие в олимпиадах намного сложнее, чем подготовка к ЕГЭ, поскольку это кропотливая работа исключительно на профильном предметном уровне. Следовательно, просто знаний, данных на уроке ученику в соответствии со стандартами образования, явно недостаточно.

Особого эффекта не принесут и единичные консультации перед олимпиадами, поскольку дети в этот период крайне перегружены. Поэтому потребуется создание своей методики подготовки к предметным олимпиадам. Процесс подготовки включает следующие этапы:

1.Определение контингента учащихся, имеющих высокую мотивацию к изучению предмета.

Делать это нужно как можно раньше, лучше с 5-6 класса. Ученику ваш предмет должен быть интересен, иначе вся работа будет бесполезной. Это могут быть не самые сильные ученики, но интересующиеся определённой областью знаний.

2.Создание для учащихся развивающей среды, которая включает их работу на элективных курсах, курсах по выбору, кружках, курсах дистанционного обучения, индивидуальных и групповых консультаций, использование ЭОР

3.Систематическая работа с банком олимпиадных заданий.

Задания собираются в течение многих лет, классифицируются по уровню сложности. Важно не только решать олимпиадный материал, но и анализировать все данные детям работы. Каждая ошибка должна быть понятна ребёнку и не должна повториться в будущем.

4.Активная работа по опережающему обучению.

Поскольку в олимпиадах много заданий высокого уровня сложности, которые невозможно разбирать на уроках, нужно вовлекать детей в систему внеурочных занятий, где применять метод работы в разновозрастных группах (9,10,11 классы; 7-8 классы).

5. Развитие навыков активной самостоятельной работы учащихся с пособиями, научной литературой, сайтами для подготовки к олимпиадам. В этом случае учитель выступает как тьютор, определяя для учащихся наиболее эффективные пути подготовки. Это очень сложный этап, так как без дополнительных знаний участие в олимпиадах не имеет смысла, а самостоятельная подготовка к ним требует от учащихся организованности, самодисциплины и сильной мотивации.

6. Принцип индивидуального подхода к каждому учащемуся, определение траектории его движения к знаниям, подбор нужной сложности заданий, определяющих его активное развитие.

7. Принцип «активность знаний».

Олимпиадные задания составляются так, что весь запас знаний находится в активном применении. Они составляются с учётом всех предыдущих знаний, в соответствии с требованиями стандарта образования и знаниями, полученными в настоящий момент. При подготовке к олимпиадам постоянно происходит углубление, уточнение и расширение знаний. Исходя из этого, следует, что разбор олимпиадных заданий прошлых лет является эффективной формой подготовки учащихся для успешного участия в олимпиадах.

8. Использование полученных знаний в жизни, практико-ориентированный подход.

Дети активно запоминают полученные знания, если находят им применение в своей жизни. Для этого максимально используется их жизненный опыт, а так же лабораторные экспонаты, муляжи, коллекции, гербарии и другие средства наглядности.

9. Подготовка к олимпиадам должна учитывать личностные интересы учащихся, их требования при подготовке в определённое учебное заведение, развитие интереса к будущей профессии.

10. Использование принципа «От простого к сложному».

Задача учителя сделать для ученика понятным даже самый сложный материал, а для этого развивать у учащихся способности структурировать, обобщать материал в виде опорных схем, рисунков, иллюстраций.

Комплексное сочетание перечисленных методов обеспечивает кумулятивный эффект: мотивирует ученика к активной подготовке к олимпиаде, обеспечивает вариативное повторение и углубление учебного материала, формирует большинство учебных навыков, в том числе исследовательских и творческих, помогает организовывать самостоятельную деятельность одаренных школьников.

Олимпиадные задания муниципального этапа олимпиады школьников в 2017 – 2018 уч. г. г. Москва.

8 класс

Задание 1. «Хорошо растворимый газ»

В воде растворили неизвестный газ и получили раствор с массовой долей вещества 40 %. В этом растворе на две молекулы газа приходится 5 молекул воды. Установите относительную молекулярную массу газа и определите его формулу, если известно, что он состоит из атомов водорода, кислорода и ещё одного элемента.

Решение

Обозначим молекулярную массу газа M_r и составим пропорцию:

5 молекул H₂O – 90 а. е. м – 60 %

2 молекулы газа – 2M_r а. е. м. – 40 %.

M_r = 40⋅90 / (2⋅60) = 30.

В состав молекулы газа входит не более одного атома кислорода (16 а. е. м.), тогда на водород и другой элемент приходится 14 а. е. м., это может быть только CH₂.

Формула газа – CH₂O.

Критерии оценивания

1. Молекулярная масса газа – 6 баллов.

2. Молекулярная формула – 4 балла.

Засчитывать только те ответы, в которых приведены расчеты молекулярноймассы газа.

За ответ, в котором написана только формула CH₂O и не приведены расчеты, ставить 0 (ноль).

Итого 10 баллов.

Задание 2. «Неполные уравнения»

Восстановите пропуски в уравнениях реакций, не изменяя коэффициентов:

а) SiH₄ + 2… = SiO₂ + 2H₂O

б) 4H₂O₂ + … = PbSO₄ + 4H₂O

в) 2Pb₃O₄ = 6PbO + …

г) P₄ + 10… = 4PCl₅

д) Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + CO₂ + …

 

Решение

а) SiH₄ + 2O₂ = SiO₂ + 2H₂O

б) 4H₂O₂ + PbS = PbSO₄ + 4H₂O

в) 2Pb₃O₄ = 6PbO + O₂

г) P₄ + 10Cl₂ = 4PCl₅

д) Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + CO₂ + H₂O

Критерии оценивания

Каждое уравнение – по 2 балла.

Итого 10 баллов.

Задание 3. «Горение во фторе»

Одно из самых активных химических веществ – газообразный фтор, F₂. В нём горит даже вода, а многие другие простые и сложные вещества сгорают уже при комнатной температуре. При этом в большинстве реакций продуктами являются только фториды – соединения, в которых фтор имеет валентность I,а остальные элементы проявляют типичные для них валентности. Составьте уравнения сгорания во фторе следующих веществ:

• а) водорода,

• б) углерода,

• в) воды,

• г) метана CH₄,

• д) аммиака NH₃.

 

Решение

а) H₂ + F₂ = 2HF

б) C + 2F₂ = CF₄

в) H₂O + 2F₂ = 2HF + OF₂

г) CH₄ + 4F₂ = CF₄ + 4HF

д) NH₃ + 3F₂ = NF₃ + 3HF

Критерии оценивания

Каждое уравнение – по 2 балла (1 балл, если правильные продукты, но не уравнено).

Итого 10 баллов.

Задание 4. «Хлористый этил»

В состав некоторых органических веществ, помимо углерода, входят хлор иводород.

1. Изобразите структурную формулу вещества состава С₂H₅Cl (хлористый этил), зная, что углерод имеет валентность IV, а водород и хлор – валентность I.Обозначьте связи между атомами черточками.

2. Хлористый этил горит красивым жёлтым пламенем. Запишите уравнение реакции горения, если известно, что при этом образуются углекислый газ, вода и хлороводород.

3. Изобразите структурные формулы всех продуктов реакции горения.

 

Решение

1.  Н-СH-СH-Сl

2. C₂H₅Cl + 3O₂ = 2CO₂ + HCl + 2H₂O

3. O=C=O H-Cl H-O-H

Критерии оценивания

1. За правильную формулу – 3 балла.

2. За уравнение реакции – 4 балла.

3. По 1 баллу за каждую структурную формулу, всего – 3 балла.

Итого 10 баллов.

 Задание 5. «Гидразин – формулы и свойства»

Сложное вещество гидразин, в молекуле которого на один атом азота приходится два атома водорода, представляет собой горючую жидкость,неограниченно смешивающуюся с водой.

1. Составьте молекулярную и структурную формулы этого вещества, зная,что азот в нём имеет такую же валентность, как и в аммиаке.

2. Запишите уравнение реакции горения гидразина на воздухе, зная, чтов продуктах реакции есть одно простое вещество.

3. При горении гидразина в оксиде азота(IV) образуются те же продукты,что и при горении на воздухе. Запишите уравнение реакции.

4. С хлороводородом гидразин вступает в реакцию соединения. Составьте уравнение реакции, если известно, что её продукт содержит равное число атомов азота и хлора.

 

Решение и критерии оценивания

1. Вещество, о котором идёт речь, имеет молекулярную формулу N₂H₄ (2 балла). Чтобы её составить, достаточно знать, что атом азота трёхвалентен.

Структурная формула: H-NH-NH-H

 2 балла

Уравнения реакций:

1. N₂H₄ + O₂ = N₂ + 2H₂O 2 балла

2. 2N₂H₄ + 2NO₂ = 3N₂ + 4H₂O 2 балла

3. N₂H₄ + 2HCl = N₂H₆Cl₂ 2 балла

Итого 10 баллов.

Задание 6. «Простой эксперимент»

В пробирку поместили порошкообразное вещество М зелёного цвета (см. рис. 1), состав которого можно выразить формулой Cu₂(OH)₂CO₃, и нагрели. В результате реакции получили твёрдое вещество X чёрного цвета. На стенках пробирки сконденсировались капли бесцветной прозрачной жидкости Y. Выделился бесцветный газ Z, который пропустили в стакан с известковой водой, при этом наблюдали её помутнение.

Затем порошок вещества X перенесли в трубку и нагрели в токе водорода (см. рис. 2). В результате реакции вещество X превратилось в металл красного цвета. На стенках трубки снова сконденсировались капли бесцветной прозрачной жидкости Y.

Определите вещества X, Y и Z, которые образовались при разложении Cu₂(OH)₂CO₃. Приведите соответствующее уравнение реакции.

Проводя данную реакцию, пробирку с исходным веществом закрепляют с небольшим наклоном в сторону отверстия (см. рис. 1). С какой целью это делают?

Какая реакция протекала при пропускании водорода над нагретым порошком X? Составьте уравнение данной реакции.

Как можно металлический порошок красного цвета, полученный во втором опыте, снова превратить в вещество X? Напишите соответствующее уравнение реакции.

 

Решение и критерии оценивания

1. X — CuO; Y — H₂O; Z — CO₂. По 1 баллу за каждое вещество

Cu₂(OH)₂CO₃ 2CuO + H₂O + CO₂↑ 2 балла

1. Одним из продуктов разложения М является вода, пары которой конденсируются на внутренних стенках пробирки. Из-за небольшого наклона в сторону отверстия капли конденсата оттекают от зоны реакции, где стекло сильно нагрето. В противном случае капли воды попадут на нагретое стекло и пробирка лопнет. 2 балла

2. H₂ + CuO  Cu + H₂O 2 балла

3. Порошок красного цвета – металлическая медь. Для её превращения в оксидследует провести реакцию с кислородом:

2Cu + O₂ = 2CuO 1 балл

Итого 10 баллов.

9 КЛАСС

9 КЛАСС

Задание 1. «Само с собой»

Даны вещества: азот, оксид азота(IV), оксид серы(IV), оксид углерода(IV),натрий.

1. Выберите среди них вещество Х, молекулы которого способны реагировать друг с другом с образованием неполярной ковалентной связи.Запишите уравнение реакции соединения между молекулами Х.

2. В атмосфере газа Х медь сгорает, превращаясь в продукт Y, содержащий 80 % металла по массе. Запишите уравнение реакции. Назовите вещество окислитель и вещество-восстановитель.

3. Как получить из вещества Y гидроксид меди(II) в минимальное число стадий? Запишите уравнения реакций в молекулярном и сокращённом ионном виде.

Решение и критерии оценивания

1. Из перечисленных веществ только молекулы оксида азота(IV) содержат неспаренный электрон, то есть способны образовывать друг с другом ковалентную неполярную связь. X – NO₂ 2 балла

2NO₂ = N₂O₄       1 балл

1. Массовая доля Cu – 80 %, кислорода – 20 %. Атом меди весит в 4 раза больше атома кислорода. Значит, атомные доли меди и кислорода в Y равны.

Y – СuO. 1 балл

4Cu + 2NO₂ = 4CuO + N₂. 1 балл

Cu – восстановитель, NO₂ – окислитель 1 балл

1. CuO + 2HCl = CuCl₂ + H₂O 1 балл

CuO + 2H⁺ = Cu²⁺ + H₂O 1 балл

CuCl₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + 2NaCl 1 балл

Cu²⁺ + 2OH^– = Cu(OH)₂ 1 балл

Итого 10 баллов.

Задание 2. «Перепутанные банки»

При выполнении практической работы ученик заполнил две банки кислородом и сжёг в одной кусочек угля, во второй – серу. Перепутав банки, ученик решил определить их содержимое с помощью известковой воды. Однако известковая вода помутнела как в первой банке, так и во второй.

Как можно определить содержимое банок, используя медицинские препараты из домашней аптечки (раствор йода, перманганат калия, раствор перекиси водорода)? Укажите все возможные способы. Напишите уравнения всех описанных химических реакций. Как можно использовать для определения содержимого банок комнатные растения и цветы?

Решение и критерии оценивания

C +O₂ = CO₂ (0,5 балла)

S +O₂ = SO₂ (0,5 балла)

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O (1 балл)

Ca(OH)₂ + SO₂ = CaSO₃↓ + H₂O (1 балл)

Возможные способы идентификации газов:

1) Раствор йода обесцвечивается при взаимодействии с сернистым газом

SO₂ + 2H₂O + I₂ = 2HI + H₂SO₄

С углекислым газом растворы галогенов не реагируют.          (2 балла)

2) Раствор перманганата калия обесцвечивается при контакте с сернистым газом

2KMnO₄ + 5SO₂ + 2H₂O = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 2H₂SO₄ (2 балла)

С углекислым газом раствор перманганата калия не реагирует.

3) Сернистый газ можно окислить раствором пероксида водорода, а полученная серная кислота выделяет газ под действием соды.

SO₂ + H₂O₂ = H₂SO₄

H₂SO₄ + Na₂CO₃ = Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O (2 балла)

Принимается также определение серной кислоты с помощью солей бария, хотя последних в домашней аптечке нет.

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl

Осадок сульфата бария, в отличие от сульфита бария, нерастворим в сильных кислотах (соляной, азотной).

Сернистый газ обесцвечивает многие органические красители, в том числе и природные. Лепестки розы, фиалки и др. обесцвечиваются в атмосфере сернистого газа. (1 балл)

Итого 10 баллов

Задание 3. «Взаимодействие растворов»

При смешении равных масс растворов нитрата бария и карбоната калия образовалось 3,94 г осадка Х и раствор вещества Y. Определите неизвестные вещества и запишите уравнение реакции. Найдите массу вещества Y и его массовую долю в конечном растворе, если известно, что при добавлении к последнему серной кислоты никаких изменений не наблюдается, а массовая доля нитрата бария в исходном растворе в 2,5 раза больше массовой доли Y в конечном раствор

 

Решение

При взаимодействии растворов нитрата бария и карбоната калия протекает реакция:

Ba(NO₃)₂ + K₂CO₃ = BaCO₃↓ + 2KNO₃.

X – BaCO₃, Y – KNO₃.

Так как фильтрат не реагирует с серной кислотой, он не содержит ни избытка карбонат-ионов, ни избытка ионов бария. Это означает, что оба вещества прореагировали полностью. Проведём расчёт по уравнению реакции:

n(BaCO₃) = 3,94 / 197 = 0,02 моль,

n(Ba(NO₃)₂) = 0,02 моль, m(Ba(NO₃)₂) = 0,02⋅261 = 5,22 г,

n(KNO₃) = 0,04 моль, m(KNO₃) = 0,04⋅101 = 4,04 г.

Пусть масса каждого из двух смешанных растворов равна x г, тогда масса конечного раствора равна (2x – 3,94) г (осадок BaCO₃ не входит в состав раствора). Массовая доля нитрата бария в исходном растворе: ω₁ = 5,22 / x, а массовая доля нитрата калия (вещества Y) в конечном растворе: ω₂ = 4,04 / (2x – 3,94).

По условию задачи, ω₁ = 2,5ω₂,

5,22 / x = 2,5⋅4,04 / (2x – 3,94),

x = 60,5 г,

ω₂ = 4,04 / (2⋅60,5 – 3,94) = 0,0345, или 3,45 %.

Ответ. m(KNO₃) = 4,04 г, ω(KNO₃) = 3,45 %.

Критерии оценивания

Определение веществ X и Y – 2 балла (по 1 баллу за каждое вещество), уравнение реакции – 2 балла, вывод о том, что вещества прореагировали полностью – 1 балл расчёт по уравнению реакции и определение массы нитратов – 2 балла составление уравнения для массы растворов – 1 балл массовая доля KNO3 – 2 балла

Итого 10 баллов.

Задание 4. «Разные продукты горения»

При выполнении химического эксперимента ученик заметил интереснуюособенность. Если сжигать кусочек серы в банке с кислородом в стекляннойложке, то образуется бесцветный газ с резким запахом. При сжиганиив кислороде такого же кусочка серы, помещённого в железную ложку, нарядус газом образуется белый туман.

Анализируя этот факт, он предположил, что образовалось новое вещество.Для доказательства своей гипотезы он прилил в банку воду. Через некоторое время туман исчез. В полученную жидкость он прилил несколько капель раствора хлорида бария, подкисленного соляной кислотой. Жидкость помутнела из-за выпавшего осадка.

1. Запишите уравнение реакции сгорания серы в кислороде.

2. Какой побочный продукт реакции образуется при сгорании серы в железной ложке? Какую роль играет железная ложка в этом процессе?Запишите уравнение реакции образования побочного продукта.

3. Что такое белый туман? Запишите уравнения реакций образования белого тумана в склянке и качественной реакции на образовавшееся вещество?

4. С какой целью раствор хлорида бария подкисляют соляной кислотой?

Решение и критерии оценивания:

1. S + O₂ = SO₂ 1 балл

2. Образуется серный ангидрид: 2SO₂ + O₂ = 2SO₃  2 балла

Оксиды железа, всегда присутствующие на железных изделиях, являются катализаторами реакции окисления сернистого газа до серного ангидрида.   2 балла

1. Белый туман – это мельчайшие капельки серной кислоты, образовавшиеся при взаимодействии серного ангидрида с водяными парами воздуха. 2 балла

(SO₃ в качестве белого тумана также принимается за правильный ответ)

Н₂О + SO₃ = Н₂SO₄ 1 балл

Н₂SO₄ + ВaCl₂ = BaSO₄↓ + 2 HCl   1 балл

1. Соляная кислота растворяет сульфит бария как возможный продукт реакции, но не растворяет сульфат бария. 1 балл

Итого 10 баллов.

Задание 5. «Превращения неизвестного элемента»

Расшифруйте схему превращений, определите неизвестный элемент М и напишите уравнения всех реакций, если известно, что действие цинка на водный раствор, содержащий 9,75 г Y, позволяет получить 6,21 г твёрдого простого вещества M. Напишите уравнения всех указанных реакций.

Решение

Из схемы можно сделать вывод, что Y – ацетат двухвалентного металла М.

В ряду напряжений М расположен правее цинка, поэтому происходит реакция

M(CH₃COO)₂ + Zn = M + Zn(CH₃COO)₂.

n(ацетата) = n(M)

9,75/(M + 118) = 6,21/M

M = 207, это – свинец.

Расшифруем схему превращений:

Уравнения реакций:

PbO + 2CH₃COOH = Pb(CH₃COO)₂ + H₂O

Pb(CH₃COO)₂ + Na₂CO₃ = PbCO₃↓ + 2CH₃COONa

(правильно: 2Pb(CH₃COO)₂ + 2Na₂CO₃ + H₂O = Pb₂(OH)₂CO₃↓ + 4CH₃COONa + CO₂↑, однако средний карбонат также засчитывается)

PbCO₃ + H₂SO₄ = PbSO₄↓ + H₂O + CO₂

PbO + SO₃ = PbSO₄ (или PbO + H₂SO₄ = PbSO₄↓ + H₂O)

PbO + 2HNO₃ = Pb(NO₃)₂ + H₂O

Pb(NO₃)₂ + Na₂CO₃ = PbCO₃↓ + 2NaNO₃

(правильно: 2Pb(NO₃)₂ + 2Na₂CO₃ + H₂O = Pb₂(OH)₂CO₃↓ + 4NaNO₃ + CO₂↑, однако средний карбонат также засчитывается)

Pb(NO₃)₂ + H₂SO₄ = PbSO₄↓ + 2HNO₃

Pb(CH₃COO)₂ + Na₂SO₄ = PbSO₄↓ + 2CH₃COONa

Критерии оценивания

• За определение вещества М – 2 балла.

• За каждое из 8 уравнений реакции 1 – по 1 баллу.

Итого 10 баллов.

Задание 6. «Перевод в растворимую форму»

Вещество А белого цвета состоит из трёх элементов, практически не растворяется в воде, в водных растворах большинства кислот и щелочей.

Порошок А смешали с избытком угля и поместили в тугоплавкую пробирку (на рисунке показана цифрой 1), которую нагрели до 1000 °С в электропечи 2.

В результате реакции выделялись газообразные вещества В и С. Эти газы представляют собой оксиды одного и того же элемента. Сначала их пропускали по трубке через предохранительную склянку 3 в пробирку 4 с известковой водой, при этом газ В поглотился и выпал осадок белого цвета. Затем газ С собирали над водой в пробирку 5. При поджигании на воздухе он сгорал голубым пламенем.

По окончании реакции остывший твёрдый остаток из пробирки 1 перенесли в воду, размешали, а затем отфильтровали. В фильтрате содержалось вещество D. К полученному раствору D добавили необходимое количество соляной кислоты, при этом выделился бесцветный газ Е с резким запахом. В растворе образовалась соль F, которая окрашивает пламя в зелёный цвет. Если газ E пропустить через раствор нитрата свинца, то выпадает осадок чёрного цвета.

1. Из каких элементов состоит вещество А?

2. Напишите формулы веществ A–F.

3. Напишите уравнения следующих реакций: вещества А с углем при прокаливании (в качестве одного из продуктов можно выбрать либо газ В, либо С); газа В с известковой водой; горение газа С на воздухе; вещества D с соляной кислотой; газа E с раствором нитрата свинца.

Решение и критерии оценивания

1. Вещество А состоит из бария, серы и кислорода. 1 балл

2. Вещество А – BaSO₄; B – CO₂; C – CO; D – BaS; E – H₂S; F – BaCl₂.

По 0,5 балла за каждое вещество, всего 3 балла.

1. BaSO₄ + 2C  BaS + 2CO₂↑ или BaSO₄ + 4C  BaS + 4CO↑

2 балла за верный вариант уравнения.

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O

2CO + O₂ = 2CO₂

BaS + 2HCl = BaCl₂ + H₂S↑

H₂S + Pb(NO₃)₂ = PbS↓ + 2HNO₃

По 1 баллу за каждое правильное уравнение, всего 4 балла.

Итого 10 баллов.

10 КЛАСС

По правой части уравнения с коэффициентами восстановите формулы веществи коэффициенты в левой части уравнений реакций:

1. … + … = BaSiO₃ + 2Ba

2. … + … = 2BaO + BaO₂

3. … + … = Ba(NO₃)₂ + Hg + O₂

4. … + … = Ba₃(PO₄)₂ + 4Na₃PO₄ + 12H₂O

5. … + … = BaS + 4H₂O

 

Решение

1. 3BaO + Si = BaSiO₃ + 2Ba

2. 3Ba + 2O₂ = 2BaO + BaO₂

3. BaO₂ + Hg(NO₃)₂ = Ba(NO₃)₂ + Hg + O₂

4. 3Ba(H₂PO₄)₂ + 12NaOH = Ba₃(PO₄)₂ + 4Na₃PO₄ + 12H₂O

5. BaSO₄ + 4H₂ = BaS + 4H₂O

Критерии оценивания

За исходные вещества – по 1 баллу, всего – 5 баллов.

За уравнения с коэффициентами – по 1 баллу, всего – 5 баллов.

Итого 10 баллов.

Задание 2. Синтез аммиака

200 л азотоводородной смеси с плотностью по водороду D_H2 = 3,6 пропустили через контактный аппарат, а затем через избыток раствора серной кислоты. В результате осталась смесь газов с плотностью по водороду D _H2 = 3,0.

Определите объём образовавшегося аммиака (объёмы газов измерены при одинаковых условиях). Приведите уравнения описанных реакций.

 

Решение

1) Найдём состав исходной смеси.

Пусть V(N₂) = x л, тогда V(H₂) = (200 – x) л.

Средняя молярная масса смеси:

Мср=28х+2(200-х)/200=3,6·2=7,2 г/моль

x = 40 л.

2) Выразим состав конечной смеси через объём образовавшегося аммиака:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

Пусть V(NH₃) = y л, тогда в реакцию вступило y/2 л N₂ и 3y/2 л H₂. Объёмы газов в конечной смеси:

V(N₂) = (40 – y/2) л, V(H₂) = (160 – 3y/2) л.

Аммиак поглощается избытком серной кислоты:

NH₃ + H₂SO₄ = NH₄HSO₄ или 2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄.

3) Найдём объём аммиака:

Мср=28(40-у:2)+2(160-3у:2)/(40-у:2)+(160-3у:2)=3,0·2=6,0

V(NH₃) = y = 48 л.

Возможны и другие решения, в которых средняя молярная масса выражается через объёмные или мольные доли.

Критерии оценивания

Расчёт средней молярной массы исходной смеси – 1 балл

Выражение для средней молярной массы через объёмы, моли или объёмные доли – 1 балл

Определение состава исходной смеси – 2 балла

Уравнения реакций синтеза аммиака и его поглощения (по 1 баллу) 2 балла

Расчёт средней молярной массы конечной смеси – 1 балл

Расчёт объёма аммиака – 3 балла

Итого 10 баллов.

Задание 3. Неизвестная соль

Соль Х представляет собой мелкокристаллический порошок белого цвета хорошо растворимый в воде. В 100 мл воды растворили 1,00 г соли Х, а затем добавили избыток соляной кислоты, при этом выделилось 266,7 мл (н. у.) газа без цвета и запаха.

1. Определите соль Х. Ответ подтвердите расчётом. Запишите уравнение реакции взаимодействия соли Х с соляной кислотой.

2. Напишите уравнение реакции разложения соли Х при нагревании.

3. Назовите не менее двух областей применения соли Х.

4. Какое тривиальное название имеет соль Х?

 

Решение и критерии оценивания

1. Так как соль Х хорошо растворима воде, а при добавлении избытка соляной кислоты выделяется газ без цвета и запаха, скорее всего, искомая соль – карбонат или гидрокарбонат щелочного металла, а бесцветный газ – углекислый газ.

Проверим карбонат:

Me₂CO₃ + 2HCl → 2MeCl + CO₂ + H₂O

n(CO₂) = 0,2667 л / 22,4 л/моль = 0,0119 моль,

M(Me₂CO₃) = 1,00 / 0,0119 = 84 г/моль, следовательно, M = 12 г/моль – такого металла нет.

Проверим гидрокарбонат:

MeHCO₃ + HCl → MeCl + CO₂ + H₂O

M(MeHCO₃) = 1,00 / 0,0119 = 84 г/моль, следовательно, M = 23 г/моль – натрий (Na).

Искомая соль Х – NaHCO₃, гидрокарбонат натрия.       4 балла

Уравнение реакции NaHCO₃ с соляной кислотой:

NaHCO₃+ HCl → NaCl + CO₂ + H₂O         1 балл

2. Уравнение реакции разложения:

2NaHCO₃→ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O             2 балла

3. Гидрокарбонат натрия применяется в химической (для производства красителей, пенопластов и других органических продуктов, товаров бытовой химии), пищевой (хлебопечении, производстве кондитерских изделий, приготовлении напитков), лёгкой (в производстве подошвенных резин и искусственных кож, кожевенном производстве и текстильной промышленности), медицинской (как нейтрализатор ожогов кожи и слизистых оболочек человека кислотами и для снижения кислотности желудочного сока) и фармацевтической промышленности.

За любое применение – 1 балл, всего – 2 балла

4. Тривиальное название – питьевая (пищевая) сода. 1 балл

Итого 10 баллов.

Задание 4. Сильный органический окислитель

Жидкое органическое вещество A, известное ещё с середины XIX века, является сильным окислителем и со многими другими органическими веществами образует взрывчатые смеси. Один из способов синтеза A заключается в следующем: вначале ацетилен подвергают деструктивному нитрованию избытком концентрированной азотной кислоты (реакция 1), при этом образуются углекислый газ, оксид азота(IV) и вещество B, которое имеет следующий состав 7,95 мас. % С, 0,66 % Н, 63,58 % О. Затем к образовавшейся смеси добавляют концентрированную серную кислоту, при этом B превращается в конечный продукт A (реакция 2). Реакцию проводят при температуре 45–50 °C в присутствии нитрата ртути (II).

Вещество А состоит из трёх элементов и имеет следующий состав – 6,12 мас. % С, 65,31 % О. При обработке А водным раствором гидроксида калия образуются две неорганические соли и вода (реакция 3). Если же А обработать спиртовым раствором гидроксида калия, то образуются вещество В и неорганическая соль (реакция 4).

Определите формулы и структуры веществ А и В. Ответ подтвердите расчётом. Напишите уравнения реакций 1–4.

 

Решение и критерии оценивания

1. Определим состав вещества В.

Сумма массовых долей водорода, углерода и кислорода не равна 100%, следовательно, в состав В входит ещё один элемент. Поскольку В образуется при взаимодействии азотной кислоты с ацетиленом, единственно возможный вариант недостающего элемента – это азот.

ω(N)_В = 100 % – 7,95 % – 0,66 % – 63,58 % = 27,81 %.

Для состава С_kH_lO_mN_n имеем:

k:l:m:n=7?95/12:0,6:63,58/16:27,81/14=1:1:6:3 или CHO6N3

1 балл

Т. к. азотная кислота является нитрующим агентом, логично предположить, что в состав В входит нитрогруппа, тогда

В – CH(NO₂)₃ – тринитрометан 1 балл

Определим состав вещества А:

ω(N)_А = 100 % – 6,12 % – 65,31 % = 28,57 %.

Для состава C_xO_yN_z имеем

x:y:z=6,12/12:65,31/16:28,57/14=1:8:4 или СО8N4

Так как А – это дальнейший продукт нитрования В, получаем, что

А – С(NO₂)₄ – тетранитрометан 0,5 балла

2. Уравнения реакций:

C₂H₂ + 5HNO₃ → CH(NO₂)₃ + CO₂ + 2NO₂ + 3H₂O

C(NO₂)₄ + 6KOH → K₂CO₃ + 4KNO₂ + 3H₂O

C(NO₂)₄ + KOH → CH(NO₂)₃ + KNO₃  6 баллов

(за каждое уравнение по 2 балла, в случае неверных коэффициентов – 1 балл)

CH(NO₂)₃ + HNO₃ → C(NO₂)₄ + H₂O 1 балл

Итого 10 баллов.

Задание 5. Химия для города

Я тучка, тучка, тучка,
Я вовсе не медведь

Чтобы дождь не помешал проведению больших праздников или важных государственных мероприятий, в области скопления облаков распыляют специальные вещества.

Микрочастицы распылённого реагента выступают как центры кристаллизации – на них намерзают капельки воды (или к ним прилипают кристаллики льда), из которых состоит облако, и, когда разросшийся кристалл становится достаточно тяжёлым, он падает вниз, превращаясь на подлёте к земле в воду. Распыление проводят с учётом направления ветра не менее чем за 50 километров от места, над которым должно быть обеспечено чистое небо. Впервые «разгон» облаков был осуществлён в 1995 году в Москве во время празднования 50-летия Победы.

В зависимости от типа облаков в основном применяются следующие реагенты – индивидуальные вещества X и Y, а также порошок Z, представляющий собой смесь оксидов и имеющий переменный состав. Вещество Х представляет собой простое газообразное вещество с плотностью 1,25 г/л (н. у.).

Индивидуальное соединение Y жёлтого цвета представляет собой галогенид металла, нерастворимый в воде. Массовая доля металла в Y составляет 45,96 %.

В состав порошка Z входят четыре оксида – Z₁, Z₂, Z₃, Z₄. Один из наиболее распространённых вариантов Z имеет следующий состав 67 % (масс.) Z₁, 22 % Z₂, 5 % Z₃ и 3 % Z₄. Про исследуемый порошок известно, что:

• в Z₁ массовая доля металла составляет 71,43 %;

• Z₂ представляет собой кислотный оксид, который нерастворим в воде, а при взаимодействии с Z₁ образует соль, в которой массовая доля металла равна 34,48 %;

• степень окисления металлов в Z₃ и Z₄ одинаковая;

• массовая доля кислорода в Z₃ в 1,57 раз больше, чем в Z₄;

• общее содержание кислорода в исследуемом порошке Z равно 34,12 %.

1. Определите вещества X, Y, Z₁–Z₄. Ответ подтвердите расчётом.

2. Напишите уравнения реакций Z₁ с Z₂ и c Z₃.

3. В каком виде применяют вещество X?

Решение и критерии оценивания

1. Определение веществ X, Y и Z₁ – Z₄.

Определение вещества Х:

M(X) = 1,25 × 22,4 = 28 г/моль. Так как согласно условию задачи, X – простое газообразное вещество, единственный возможный вариант – это азот.

X – N₂ (азот)  0,5 балла

Определение вещества Y.

Согласно условию задачи Y – жёлтый галогенид металла, нерастворимый в воде. Из известных галогенидов с такими свойствами мы знаем иодид и бромид серебра, а также иодид свинца. Вариант со свинцом маловероятен ввиду токсичности его солей. Тогда пусть Y имеет состав AgHal.

M(Hal) = 108/0,4596  – 108= 127 г/моль, следовательно Hal = I

Y – AgI (иодид серебра) 2 балла

(если AgI найден без каких-либо обоснований – 0 баллов, без расчётов, но с указанием цвета и невозможности PbI₂ – 1 балл)

Определение веществ Z₁–Z₄:

Пусть Z₁ имеет формулу Me₂O_n, тогда

0,7143=2M(Me)/2M(Me)+16=M(Me)=20n

При n = 2 имеем M(Me) = 40 г/моль, что соответствует кальцию (Ca).

Z₁ – CaO (оксид кальция) 1 балл

Наиболее известный кислотный оксид, нерастворимый в воде – это оксид кремния(IV) (SiO₂), который при взаимодействии с CaO образует соль состава CaSiO₃.

ω(Ca) = 40/116 × 100 % = 34,48 %, что сходится с условием задачи, тогда

Z₂ – SiO₂ (оксид кремния (IV)). 1 балл

Пусть состав Z₃ – A₂O_m, тогда Z₄ – B₂O_m.

Возьмём массу порошка Z равной 100 г, тогда масса кислорода в этом порошке, согласно условию, составит 34,12 г. С другой стороны,

m(O/Z) = m(O/CaO) + m(O/SiO₂) + m(O/Z₃) + m(O/Z₄);

m(O/Z) = ω(O/CaO) × m(CaO) + ω(O/SiO₂) × m(SiO₂) + ω(O/Z₃) × m(Z₃) + ω(O/Z₄)×m(Z₄).

Так как согласно условию ω(O/Z₃) = 1,57ω(O/Z₄), а также известен процентный состав порошка Z, получаем:

m(O/Z) = ω(O/CaO)×67 + ω(O/SiO₂)×22 + 1,57ω(O/Z₄)×5 + ω(O/Z₄)×3

m(O/Z) = 0,2857×67 + 0,5333×22 + 10,85ω(O/Z₄) = 34,12

Тогда ω(O/Z₄) = 0,2991 2 балла

Z₄ – B₂O_m, ω(O/Z₄) = 0,2991

0,2991=16m/2M(B+16m)=M(B)=18.73m

При m = 3 имеем M(B) = 56 г/моль, что соответствует железу, тогда

Z₄ – Fe₂O₃ (оксид железа (III)) 1 балл

Так как согласно условию задачи, степень окисления металлов в Z₃ и Z₄ одинаковая, то Z₃имеет следующую формулу: A₂O₃.

Причём, ω(O/Z₃) = 1,57ω(O/Z₄) = 1,57×0,2991 = 0,4696.

0,4696=48/2M(A)+48=M(A)=27/моль (Al)

Z₃ – Al₂O₃ (оксид алюминия) 1 балл

2. Уравнения реакций:

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

CaO + Al₂O₃ → Ca(AlO₂)₂  1 балл

(за каждое верное уравнение – 0,5 балла)

3. Азот применяется в жидком виде. 0,5 балла

Итого 10 баллов.

Задание 6. Неорганический эксперимент

Смешали оксид некоторого металла X с галогенидом металла Y. Полученную смесь поместили в колбу Вюрца 1 (см. рисунок). С помощью капельной воронки 2 добавили серную кислоту и нагрели. В банке 3 начал собираться тяжёлый газ жёлто-зелёного цвета с резким запахом – Z (простое вещество).

1. Определите металлы X и Y, если известно, что они находятся в одном периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Массовая доля X в оксиде составляет 63,2 %, а массовая доля Y в галогениде – 52,4 %. Ответ подтвердите расчётом.

2. Какой газ получили в ходе данного опыта? Напишите уравнение реакции, о которой идёт речь в условии задачи.

3. Предложите ещё два способа получения газа Z в лаборатории. Приведите соответствующие уравнения реакций.

Решение и критерии оценивания

1. Формулу оксида можно записать в виде X₂O_n, где n — валентность X в данном оксиде, тогда

2M(X)/2M(X)+16=0,632

M(X) = 13,74 n

Решение имеет смысл при n = 4, M(X) = 55, т. е. металл X — Mn, а оксид — MnO₂.  2 балла

Из условия задачи следует, что в ходе реакции выделяется хлор Cl₂ — Z. Тогда можно предположить, что галогенид является хлоридом, формула которого          YCl_m, где m — валентность металла Y.

M(Y)/M(Y)+35,5m=0,524

M(Y) = 39m.

Решение имеет смысл при m = 1, M(Y) = 39, т. е. металл Y – калий, а хлорид – KCl.

Марганец и калий находятся в IV периоде. 2 балла

2. Получили хлор Cl₂: 1 балл

MnO₂ + 2KCl + 2H₂SO₄ = Cl₂↑ + MnSO₄ + K₂SO₄ + 2H₂O 1 балл

3. Хлор можно получать в лаборатории различными способами. Например, действием концентрированной соляной кислоты на кристаллический перманганат калия:

2KMnO₄ + 16HCl = 5Cl₂↑ + 2KCl + 2MnCl₂ + 8H₂O

или электролизом водного раствора хлорида натрия с использованием инертного анода:

2NaCl + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑ (электролиз)

По 2 балла за каждый правильный способ.

Итого 10 баллов.

11 класс

Задание 1. Правые части

По правой части уравнения с коэффициентами восстановите формулы веществ и коэффициенты в левой части уравнений реакций:

1. … + … = Fe(CO)₅

2. … + … = Fe(OH)₃ + NaOH

3. … + … = Fe(OH)₃ + Na₂SO₄

4. … + … + … = 2Fe(OH)₃ + 6NH₄Cl

5. … + … = 3Fe(NO₃)₂

6. … + … + … = K₂FeO₄ + 3KNO₂ + H₂O

7. … + … = 2NaFeO₂ + CO₂

8. … + … = 2Na₂FeO₄ +2Na₂O

9. … + … = K₄[Fe(CN)₆] + 2KCl

10. … + … = 2FeS + S +6NH₄Cl

Решение для задания «Правые части»

1. Fe + 5CO = Fe(CO)₅

2. NaFeO₂ + 2H₂O = Fe(OH)₃ + NaOH

3. Fe(OH)SO₄ + 2NaOH = Fe(OH)₃ + Na₂SO₄

4. 2FeCl₃ + 6NH₃ + 6H₂O = 2Fe(OH)₃ + 6NH₄Cl

5. Fe + 2Fe(NO₃)₃ = 3Fe(NO₃)₂

6. Fe + 2KOH + 3KNO₃ = K₂FeO₄ + 3KNO₂ + H₂O

7. Fe₂O₃ + Na₂CO₃ = 2NaFeO₂ + CO₂

8. 2NaFeO₂ + 3Na₂O₂ = 2Na₂FeO₄ +2Na₂O

9. FeCl₂ + 6KCN = K₄[Fe(CN)₆] + 2KCl

10. 2FeCl₃ + 3(NH₄)₂S = 2FeS + S + 6NH₄Cl

Критерии оценивания

За каждое уравнение – 1 балл (если верные вещества, но не уравнено – 0,5 балла)

Итого 10 баллов.

Задание 2. Анализ неорганического вещества

При прокаливании 5,00 г фиолетового вещества A образовалось голубое вещество В массой 3,92 г. Если через водный раствор, содержащий 2,00 г вещества А, пропустить постоянный ток, то на катоде выделится серебристый металл С массой 0,711 г, который притягивается магнитом. При добавлении к раствору B раствора нитрата серебра выпадает белый творожистый осадок вещества D, нерастворимого в азотной кислоте.

1. Определите вещества А – D. Ответ подтвердите расчётом.

2. Какую окраску имеет водный раствор вещества А и чем она обусловлена?

3. Запишите уравнения катодного и анодного процессов при его электролизе.

4. Приведите ещё два примера металлов, которые так же, как и С, притягиваются магнитом.

 

Решение для задания «Анализ неорганического вещества»

1. Белый творожистый осадок D – это хлорид серебра AgCl. В 3,92 г вещества B содержится 0,711⋅5/2 = 1,778 г металла С. Массовая доля металла в веществе В составляет 1,778 / 3,92 = 0,4534. Если предположить, что вещество В состоит только из металла С и хлора, то массовая доля хлора равна 1 – 0,4534 = 0,5466, следовательно, молярная масса вещества В: M(B) = 35,5x / 0,5466 = 65x, где x – валентность металла в хлориде. Перебирая различные значения x, находим при x = 2, что неизвестный металл С – кобальт. Тогда вещество B – хлорид кобальта (II) CoCl₂.

Убыль массы при прокаливании вещества А составляет 5 – 3,92 = 1,08 г. Количество вещества хлорида кобальта: n(CoCl₂) = 3,92 / 130 = 0,030 моль, тогда молярная масса остатка 1,08 / 0,03 = 36 г/моль, что соответствует двум молекулам воды. Вещество А – дигидрат хлорида кобальта, CoCl₂∙2H₂O.

2. В водном растворе ионы [Co(H₂O)₆]²⁺ придают раствору красную (розовую) окраску.

3. Уравнения электродных процессов:

Катод: Co²⁺ + 2e^– = Co↓

Анод: 2Cl^– – 2e^–= Cl₂↑

4. Примерами металлов, притягивающихся магнитом, являются Fe, Ni (3d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Ho, Er (оценивать и другие верные варианты).

Ответ A–CoCl₂∙2H₂O, B – CoCl₂, C – Co, D – AgCl.

Критерии оценивания

• Формулы веществ А–D –    по 1 баллу, всего 4 балла

• Окраска раствора A –          1 балл

• формула комплексного иона –       1 балл

• Уравнения электродных реакций –          по 1 баллу, всего 2 балла

• Примеры металлов, притягивающихся магнитом, – по 1 баллу, всего 2 балла

Итого 10 баллов.

Задание 3. Необычный эфир

Содержание ↑

При горении органического соединения X массой 12,00 г образуются 11,20 л (н.у.) оксида углерода (IV) и 10,80 г воды. Это соединение устойчиво в щелочной среде и легко гидролизуется в кислой с образованием смеси уксусной кислоты и метанола в молярном соотношении 1꞉3.

1. Определите молекулярную формулу соединения X.

2. Приведите структурную формулу соединения X и предложите его название.

3. Составьте уравнение реакции гидролиза X в кислой среде.

4. Предложите способ получения X.

5. Соединения, к которым принадлежит X, обладают высокой реакционной способностью и широко используются в органическом синтезе. Обсудите возможность взаимодействия вещества X с 2,4,6-триметилбензойной кислотой и этанолом и укажите, какие соединения при этом образуются.

 

Решение и критерии оценивания для задания «Необычный эфир»

1. Судя по продуктам сгорания, вещество X может содержать углерод, водород и кислород и его можно описать формулой С_xH_yO_z.

Определение молекулярной формулы вещества X.

ν(СО₂) = 11,2 : 22,4 = 0,5 моль;

ν(С) = 0,5 моль;

ν(Н₂О) = 10,8 : 18 = 0,6 моль;

ν(Н) = 1,2 моль.

Наличие кислорода можно определить по разности масс исходного вещества и масс углерода и водорода в продуктах сгорания:

m(O) = 12 – (12∙0,5 + 1∙1,2) = 4,8 г;

ν(О) = 4,8 : 16 = 0,3 моль

ν(С) ꞉ ν(Н) ꞉ ν(О) = 0,5 ꞉ 1,2 ꞉ 0,3 = 5 ꞉ 12 ꞉ 3.

Молекулярная формула X – С₅Н₁₂О₃        2 балла

2. Анализ молекулярной формулы свидетельствует об отсутствии кратных связей в соединении. Эта формула может принадлежать трёхатомным спиртам, но такое заключение не соответствует условию задачи, так как трёхатомные спирты не подвергаются гидролизу. Анализ продуктов гидролиза даёт право предположить, что соединение состава С₅Н₁₂О₃ содержит три спиртовые группы и одну кислотную, и тогда ему может соответствовать структурная формула CН₃–С(ОСН₃)₃.

Известно, что гидратные формы карбоновых кислот – ортокарбоновые кислоты RC(OH)₃ – неустойчивы, однако их эфиры RC(OR)₃ – вполне устой чивые соединения, имеющие высокие температуры кипения. Они, в отличие от сложных эфиров, не подвергаются гидролизу в щелочной среде, но легко гидролизуются в кислой, что соответствует условию задачи. Назвать этого соединение можно либо триметилортоацетатом, либо 1,1,1-триметоксиэтаном.

3 балла

3. При гидролизе триметилортоацетата вначале образуется сложный эфир, а затем карбоновая кислота:

CН₃–С(ОСН₃)₃ + Н₂О(Н⁺) → CН₃СООСН₃ + 2СН₃ОН

CН₃СООСН₃ + Н₂О(Н⁺) → СH₃СООН + СН₃ОН

Уравнение кислотного гидролиза метилового эфира ортоуксусной кислоты можно записать и суммируя эти две реакции:

CН₃ – С(ОСН₃)₃ + 2Н₂О(Н⁺) → CН₃СООН + 3СН₃ОН   1 балл

4. Эфиры ортокислот можно получить из 1,1,1-тригалогенидов углеводородов:

CН₃СCl₃ +3CH₃ONa → CН₃–С(ОСН₃)₃ + 3NaCl.

Можно использовать также алкоголиз нитрилов соответствующих кислот:

CH₃C≡N + 3CH₃OH + HCl → CН₃–С(ОСН₃)₃ + NH₄Cl 2 балла

5. При взаимодействии ортоэфиров с карбоновыми кислотами образуются сложные эфиры. Такой способ получения сложных эфиров можно использовать в тех случаях, когда этерификация пространственно затруднена. Такие затруднения возникают, например, при получении сложного эфира 2,4,6-триметилбензойной кислоты. Особенностью этой реакции является то, что для её проведения не требуются кислотные катализаторы.

 

1 балл

Ортоэфиры реагируют со спиртами с образованием простых эфиров:

C₂H₅OH + СН₃–С(ОСН₃)₃ → C₂H₅OСН₃ + СН₃COOСН₃+ CH₃OH 1 балл

Итого 10 баллов.

Задание 4. Полезный полимер

2,58 г органического вещества А, применяемого в синтезе чрезвычайно важного полимера Б, сожгли в атмосфере кислорода и при этом получили 1,20 г твёрдого вещества В, 0,72 г бесцветной жидкости Г и 1792 мл (при н. у.) эквимолярной смеси газов Д и Е, которая тяжелее воздуха в 1,388 раз. Определите формулы неизвестных веществ А–Е, если известно, что газ Д легче газа Е, а вещество A не содержит кислорода. Ответ подтвердите расчётом. Напишите уравнение реакции горения А. Приведите две области применения полимера Б.

 

Решение для задания «Полезный полимер»

Поскольку соединение А органическое, при его горении в кислороде должен образовываться углекислый газ, следовательно один из газов – Д или Е – это СО₂. Средняя молярная масса газовой смеси:

M_ср = 29×D_возд. = 29 × 1,388 = 40,25 г/моль.

Поскольку смесь газов Д и Е эквимолярная, средняя молярная масса равна среднему арифметическому молярных масс Д и Е. Так как одно из веществ это углекислый газ (М = 44 г/моль), второе вещество имеет молярную массу меньше 40,25. Таким образом, вещество Е – это углекислый газ. Найдём молярную массу вещества Д:

(44 + M(Д))/2 = 40,25

M(Д) = 36,5 г/моль

Газ Д – хлороводород.

Объём газовой смеси при н. у. равен 1792 мл, что соответствует 0,08 моль газов. Так как смесь эквимолярная, количества углекислого газа и хлороводорода соответственно равны по 0,04 моль. Бесцветная жидкость Г, образующаяся при сгорании органического вещества, вероятнее всего, – вода.

Её количество равно 0,72 : 18 = 0,04 моль. В состав исходного вещества А должен входить ещё один элемент, образующий нелетучий оксид В. Рассчитаем его молярную массу. Пусть вещество А содержит x атомов хлора. Исходя из полученных выше данных формулу вещества А можно описать как Э(CH₃Cl)_x.

Если х = 1, то молярная масса М(А) = 2,58 : 0,04 = 64,5 г/моль, М(Э) = 14, что соответствует азоту, однако он не образует нелетучего оксида.

Если х = 2, то молярная масса М(А) = 2,58 : 0,02 = 129 г/моль, М(Э) = 28, что соответствует кремнию, т.е. молекулярная формула соединения А – C₂H₆SiCl₂. Тогда соединение В – это оксид кремния (IV). Действительно, m(SiO₂) = 2,58/129 × 60 = 1,20 г, что соответствует условию задачи.

Таким образом, вещество А – это дихлордиметилсилан (CH₃)₂SiCl₂, являющийся предшественником в синтезе полидиметилсилоксана (силикона) Б [–OSi(CH₃)₂–]_n. При горении А образуются SiO₂ В, вода Г, хлороводород Д и углекислый газ Е.

Ответ:

А – (CH₃)₂SiCl₂, Б – [–OSi(CH₃)₂–]_n, В – SiO₂, Г – H₂O, Д – HCl, Е – CO₂.

Уравнение реакции горения:

(CH₃)₂SiCl₂ + 4O₂ = SiO₂ +2H₂O + 2HCl + 2CO₂

Силикон применяется для изготовления шлангов, силиконовой кухонной посуды, уплотнений, герметизации швов, смазки, теплоносителя и др.

Критерии оценивания для задания «Полезный полимер»

Определение веществ А–Е – по 1 баллу (всего 6 баллов).

Уравнение реакции горения – 2 балла (с неверными коэффициентами – 1 балл).

Любые две верно указанные области применения силикона – 2 балла.

(Ответ без расчётов – 0 баллов за всю задачу)

Итого 10 баллов.

Задание 5. Соединение-платформа

В последнее десятилетие большую популярность получил синтез на основе возобновляемого природного сырья. Некоторые соединения, получаемые из растительной биомассы, были включены в список так называемых «соединений-платформ», на основе которых будет создаваться химическая промышленность будущего. Одно из возможных соединений-платформ K, получаемое из углеводной биомассы, содержит 49,83 % углерода, 22,15 % кислорода и 24,57 % хлора (по массе). Соединение K вступает в следующие превращения:

Определите неизвестные вещества K–O и напишите уравнения протекающих реакций.

В качестве «зелёной» альтернативы какому веществу может рассматриваться соединение О?

Решение для задания «Соединение-платформа»

Сумма массовых долей элементов в соединении K составляет 96,55 %, следовательно, логично предположить, что в состав К также входит 3,45 % водорода. Выведем простейшую формулу соединения Х:

n(C) : n(H) : n(Cl) : n(O) = 49.83/12 : 3,45/1 : 24,57/35,5 : 22,15/16 = 6 : 5 : 1 : 2

Таким образом, формула соединения K – С₆H₅ClO₂.

Под действием водного раствора гидроксида натрия происходит замена хлора на гидроксильную группу, следовательно, соединение M вероятнее всего имеет спиртовую группу. Оксид меди при нагревании окисляет первичную спиртовую группу до альдегидной, что сопровождается потерей двух атомов водорода. Окисление подкисленным раствором перманганата калия должно приводить к карбоновой кислоте. Поскольку количество атомов кислорода увеличилось на два, можно предположить, что соединение N содержало две альдегидные группы, а соединение O содержит две карбоксильные группы.

Таким образом, соединение О можно представить в виде С₄H₂O(COOH)₂, где остаток С₄H₂O соответствует фурановому кольцу. Поскольку углеродный скелет в веществах К–О согласно условию получается из молекул углеводов, единственный возможный вариант соединения О – фуран-2,5-дикарбоновая кислота, являющаяся «зелёным» аналогом терефталевой кислоты. Синтез вещества L – это реакция алкилирования по Фриделю–Крафтсу.

Уравнения реакций:

Вещество О может выступать в качестве аналога терефталевой кислоты.

Критерии оценивания:

Вывод простейшей формулы вещества К – 1 балл

Структуры веществ К–О – по 1 баллу (всего 5 баллов)

(если указаны изомерные производные фурана вместо 2,5-дизамещенных, оценивать каждую структуру в 0,5 балла)

Уравнения реакций – по 1 баллу (всего 4 балла)

Итого 10 баллов.

Задание 6. Органический эксперимент

Органическое вещество А можно получить в лаборатории несколькими способами, два из которых рассмотрены ниже.

 

Способ 1. В пробирку 1 (см. рис. 1) наливают небольшое количество этанола, над которым закрепляют раскалённую медную спираль 2. По тонкой трубочке в пробирку вдувают воздух. По газоотводной трубке в пробирку 3 с холодной водой проходят пары, содержащие вещество А.

Способ 2. В колбу Вюрца 1 (см. рис. 2) помещают кусочки карбида кальция. Из капельной воронки добавляют воду. Как только вода попадает на поверхность карбида, тотчас начинает выделяться бесцветный газ Y, который пропускают через раствор сульфата меди в банке 2 для очистки от примесей. В банку 3 предварительно наливают раствор серной кислоты и добавляют оксид ртути(II).

При взаимодействии этих веществ образуется катализатор для реакции синтеза вещества A. В присутствии данного катализатора газ Y превращается в вещество А.

О получении какого вещества А идёт речь в условии задачи?

1. Приведите уравнение реакции превращения этанола в А.

2. Определите вещество Y, о котором идёт речь при описании второго способа получения вещества А. Составьте соответствующие уравнения реакций. Кто открыл реакцию получения вещества А из вещества Y?

3. С помощью каких качественных реакций можно доказать образование вещества А в ходе описанных опытов? Приведите два примера.

4. По мере пропускания газа в банке 2 образуется осадок чёрного цвета.

5. Предположите, какая реакция протекает в этом промывном сосуде, если известно, что сырьё, используемое в промышленности для получения вещества Y₁, может содержать примесь сульфатов.

 

Решение и критерии оценивания для задания «Органический эксперимент»

1. Вещество А – уксусный альдегид (ацетальдегид, этаналь) CH₃CHO. 1 балл

2. Способ 1 – получение ацетальдегида из этанола. Допускается несколько вариантов уравнений:

CH₃–CH₂–OH  CH₃–CHO + H₂ (дегидрирование этанола)

2CH₃–CH₂–OH + O₂   2CH₃–CHO + 2H₂O (каталитическое окисление этанола)

CH₃–CH₂–OH + CuO → CH₃–CHO + H₂O + Cu

2 балла за одно верное уравнение (любое)

3. Y – ацетилен 1 балл

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂↑ + Ca(OH)₂

CH ≡CH + H₂O → CH₃–CHO

По 1 баллу за каждое уравнение

Реакцию гидратации ацетилена (и его гомологов) в присутствии солей ртути открыл русский учёный М.Г. Кучеров (1881). 1 балл

4. Образование ацетальдегида можно доказать с помощью качественных реакций на альдегиды, например, с фуксинсернистой кислотой или с аммиачным раствором оксида серебра (реактивом Толленса).

По одному баллу за каждый правильный вариант, всего 2 балла.

5. Технический карбид кальция – продукт прокаливания смеси оксида кальция с коксом. Оксид кальция получают из природных известняков, содержащих примеси фосфата и сульфата кальция. В результате их восстановления коксом в конечном продукте оказываются фосфид и сульфид. При действии воды на карбид кальция, загрязнённый данными соединениями, протекает реакция их гидролиза и в образующийся ацетилен попадают примеси фосфина и сероводорода. В банке 2 выделяющийся ацетилен очищается от этих примесей.

Сероводород с растворимой солью меди образует осадок чёрного цвета:

H₂S + CuSO₄ = CuS↓ + H₂SO₄   1 балл

Фосфин в этих же условиях тоже даёт осадок чёрного цвета:

3PH₃ + 6CuSO₄ + 3H₂O = 2Cu₃P↓ + 6H₂SO₄ + H₃PO₃.

Итого 10 баллов.

31