КАК Я ПРОВОЖУ ШКОЛЬНУЮ
ХИМИЧЕСКУЮ ОЛИМПИАДУ

Окончание. См. также № 21, 22, 33/2004

РЕШЕНИЯ И ОТВЕТЫ

11 класс

Задания см. в № 21/2004

1. Дано:

m(сплава) = 0,84 г,
HCl (р-р) – избыток,
V₁(H₂) = 224 мл,
m₁(ост.) = 0,28 г,
KOH (р-р) – избыток,
V₂(H₂) = 448 мл,
m₂(ост.) = 0,56 г.

Найти:

Э', Э''.

Решение

Можно предположить, что элемент Э' с валентностью II реагирует только с кислотой и не реагирует со щелочью, а элемент Э'' с валентностью IV реагирует только со щелочью, но не реагирует с кислотой. (По условию задачи кислота дана в избытке, но нерастворимый остаток составил 0,28 г. В случае со щелочью остаток составил 0,56 г.) Отсюда заключаем, что масса двухвалентного металла в сплаве составляет 0,56 г, а четырехвалентного элемента – 0,28 г. Составим уравнение реакции металла Э' с соляной кислотой и определим этот металл:

Согласно периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева относительная атомная масса 56 соответствует железу. Следовательно, один из элементов в сплаве – железо.
Расчет молярной массы второго элемента Э'' ведем по уравнению реакции:

Образовавшийся объем водорода 448 мл соответствует 0,02 моль газа, а 0,28 г элемента Э'' соответствует 0,01 моль. Зная массу элемента в сплаве, найдем его относительную атомную массу A_r(Э''): 0,28 г составляют 0,01 моль, следовательно, молярная масса элемента – 28 г/моль и
A_r(Э'') = 28, что соответствует кремнию. Следовательно, второй элемент в сплаве – кремний.
Ответ. Металлы в сплаве – железо и кремний.

2. Дано:

m(Na₂CO₃•10H₂O) = 24 г,
m(Na₂CO₃) = 8 г,
m((р-ра Na₂CO₃) = 500 г,
₁(Na₂CO₃) = 15%.

Найти:

₂(Na₂CO₃).

Решение

Найдем массовую долю ₃ безводного карбоната натрия в кристаллогидрате:

₃(Na₂CO₃) = M_r(Na₂CO₃)•100(%)/M_r(Na₂CO₃•10H₂O) = 106•100(%)/286 = 37%.

Cоставим пропорцию и определим массу Na₂CO₃ в 24 г Na₂CO₃•10H₂O:

24 г – 100%,
х г – 37%,

х = 8,88 г.

Найдем массу безводного карбоната натрия в 500 г 15%-го раствора:

m₁(Na₂CO₃) = 500•15(%)/100(%) = 75 г.

Найдем общую массу безводного карбоната натрия в растворе, полученном в итоге:

m₂(Na₂CO₃) = 8,88 + 8 + 75 = 91,88 г.

Общая масса итогового раствора:

m₂(р-ра) = 24 + 8 + 500 = 532 г.

Найдем процентную концентрацию карбоната натрия в полученном растворе:

₂(Na₂CO₃) = m₂(Na₂CO₃)•100(%)/m₂(р-ра) = 91,88•100(%)/532 = 17,3%.

Ответ. ₂(Na₂CO₃) = 17,3%.

3. Дано:

С_хН_уО_z – формула органического вещества,
(С) = 68,57%,
(Н) = 8,57%,
(О) = 22,86%.

Найти: структурную формулу вещества.

Решение

Используя процентное содержание элементов в веществе, установим его формулу:

х : y : z = (С)/A_r(C) : (Н)/A_r(Н) : (О)/A_r(О) = 68,57/12 : 8,57/1 : 22,86/16 = 5,71 : 8,57 : 1,43 =

= 4 : 6 : 1.

Искомое вещество имеет брутто-формулу С₄Н₆О.
В условии задачи сказано, что вещество вступает в реакцию «серебряного зеркала», следовательно, это альдегид. Вещество обесцвечивает раствор бромной воды, значит, оно имеет двойную связь. Об этом же свидетельствует и тот факт, что 1 моль этого вещества присоединяет
1 моль воды в присутствии концентрированной серной кислоты.
Предполагаемые формулы веществ:

Напишем уравнения реакций вещества с бромной водой и аммиачным раствором оксида серебра на примере бутен-2-аля:

Ответ.

Бутен-2-аль СН₃–СН=СН–СНО,
бутен-3-аль СН₂=СН–СН₂–СНО,
2-метилбутен-2-аль СН₂=С(СН₃)–СНО.

4. Дано:

m(CaCO₃ + KMnO₄) = 22,64 г,
HCl (р-р) – избыток,
V(газов) = 6,72 л.

Найти:

(СaCO₃),
(KMnO₄).

Решение

Пусть масса карбоната кальция в смеси х г, тогда масса перманганата калия (22,64 – х) г. При взаимодействии карбоната кальция с соляной кислотой выделяется y л газа, а при взаимодействии перманганата калия с кислотой HCl выделится (6,72 – y) л газа.

(22,64 – x)/316 = (6,72 – 0,224x)/112.

Отсюда

x = 10 г, m(CaCO₃) = 10 г,

m(КMnO₄) = 22,64 – 10 = 12,64 г.

Массовую долю карбоната кальция найдем из пропорции:

22,64 г – 100%,
10 г – (СaCO₃),

 (СaCO₃) = 44%,

(КMnO₄) = 100(%) – 44(%) = 56%.

Ответ. (СaCO₃) = 44%, (КMnO₄) = 56%.

5. Дано:

m₁(смеси) = 20 г,
m₂(смеси) = 40 г,
V(HCl) = 4,85 л,
V(С₂Н₅ОН) = 7,76 мл,
(С₂Н₅ОН) = 0,8 г/мл.

Найти:

cостав смеси.

Решение

Из всех компонентов смеси только -аминопропионовая кислота вступает в реакцию взаимодействия с этанолом.
Используя величину плотности этанола, найдем его массу:

m(С₂Н₅ОН) = (С₂Н₅ОН)•V(С₂Н₅ОН) = 0,8•7,76 = 6,208 г.

По уравнению реакции -аминопропионовой кислоты с этанолом найдем ее массу в смеси:

х/89 = 6,208/46, х = 12 г.

Масса 12 г -аминопропионовой кислоты содержится в 40 г смеси, следовательно, в 20 г смеси содержится 6 г этой кислоты.
Зная массу -аминопропионовой кислоты, содержащейся в 20 г смеси, найдем объем хлороводорода, который пошел на полное взаимодействие с аминокислотой:

Следовательно, объем хлороводорода, вступившего в реакцию с метиламином, равен:

4,85 – 1,5 = 3,35 л.

По уравнению реакции найдем массу метиламина:

z/31 = 3,35/22,4, z = 4,64 г.

Масса этилацетата равна: 20 – 6 – 4,64 = 9,36 г.

Ответ.

m(метиламина) = 4,64 г,
m(-аминопропионовой кислоты) = 6 г,
m(этилацетата) = 9,36 г.

6. Дано:

m(С_хН_уО_z) = 11,4 г,
m(RCOOH) = 15 г,
V(р-ра KOH) = 59,4 мл,
(KOH) = 20%,
(KOH) = 1,18 г/мл.

Найти:

формулу вещества.

Решение

Найдем массу раствора гидроксида калия, вступившего в реакцию:

m(р-ра KOH) = (KOH)•V(KOH) = 1,18•59,4 = 70,09 г.

Найдем массу безводного гидроксида калия:

m(КОН) = 70,09•20/100 = 14 г.

По уравнению реакции найдем молярную массу кислоты:

15/х = 14/56, х = 60 г.

M_r(R) = 60 – M_r(COOH) = 60 – 45 = 15.

Следовательно, радикал, входящий в состав кислоты, – метил СН₃. В реакции нейтрализации с раствором КОН участвовала уксусная (этановая) кислота.
Запишем формулу исходного кислородсодержащего вещества, окисленного в СН₃СООН, в виде СН₃СН_хО и составим схему этого процесса:

Поскольку количества веществ исходного соединения и продукта реакции одинаковы, то
z = 11,4•60/15 = 46 г/моль. Искомое вещество – этиловый спирт СН₃СН₂ОН (M = 46 г/моль).

Ответ. Формула вещества – СН₃СН₂ОН (этанол).

7.

В.А.ДЕМИДОВ,
учитель химии
Синегорской средней школы
(Нагорский р-н, Кировская обл.)