Задачи и упражнения / Кузьменко Н.Е., Теренин В.И. и др. Вступительные экзамены и олимпиады по химии. Опыт МГУ
.pdfРешения заданий очного тура олимпиады «Покори Воробьевы горы!» 3 3
Ответ-. X - СгС12, V - Сг2(804)3, 2 - Сг(ОН)3.
6. Из условия задачи рассчитаем количества веществ Н2§ и КОН: у(Н28) = 3.36 / 22.4 = 0.15 моль,
_^_тт. |
50.4 1.21 0.23 |
у(КОН) = |
= 0.25 моль. |
|
56 |
Реакция сгорания сероводорода выражается уравнением:
Н28 + 1.502 |
-*• 8 0 2 + Н20. |
0 .1 5 м о л ь |
0 .1 5 м о л ь 0 .1 5 м о л ь |
Судя по соотношению количеств веществ, при пропускании 8 0 2 в раствор щелочи будут образовываться и кислая, и средняя соли:
КОН + 8 0 2 — КН803;
X |
X |
X |
2КОН + 8 0 2 -*■ К28 0 3. |
||
2у |
у |
у |
Получаем систему уравнений: |
|
|
|
(х+2у = 0.25; |
|
"Ьс+ у = 0.15, |
||
решение которой дает: х = 0.05, у = 0.1. Массы солей в растворе:
/и(КН803) = 120 • 0.05 = 6.0 г;
/и(К28 0 3) = 158 • 0.1 = 15.8 г. Рассчитаем массу раствора:
т = /и(исх) + /л(802) + /и(Н20) = 50.4 • 1.21 + 0.15 • 64 + 0.15 • 18 = 73.28 г. Массовые доли солей в растворе:
со(КН803) = 6.0 / 73.28 = 0.082 (или 8.2%), щ(К28 0 3) = 15.8 / 73.28 = 0.216 (или 21.6%).
При обработке избытком гидроксида кальция протекают реакции: КН 803 + Са(ОН)2 — Са803| + КОН + Н20;
К28 0 3 + Са(ОН)2 -» Са803| + 2КОН. Масса осадка Са803:
т(С а803) = 120 • (0.05 + 0.1) = 18 г.
Ответ: 8.2% КН 803, 21.6 % К28 0 3; 18 г Са803.
84 |
|
Олимпиада «Покори Воробьевы горы!» |
|
7. |
Пусть углеводород - СХНУ. При действии на него избытка бромн |
||
воды протекает реакция: |
|
|
|
|
О Д , + 2Вг2 |
Н2° |
> О Д В г4. |
По условию задачи массовая доля брома: |
|||
|
|
320 |
-------= 0.758. |
|
со(Вг) = ------— |
||
|
12д: + у + 320 |
||
Обозначим 12х +у = г; тогда |
|
|
|
|
320 |
= 0.758, |
|
2 + 320
откуда 2 = 102, т.е. 12х +у = 102. Методом подбора находим х = 8, у = 6 ; углеводород - С9Ню.
Из всех веществ состава С9Д 0 условию задачи удовлетворяет только С=СН
Уравнения проведенных реакций: С6Н5-С= СН + 2 Вг2 — СбН5-СВг2-СНВг2;
5С6Н5-С= СН + 8КМп04 + 12Н2804 — 5С6Н5СООН + 5С02| +
+ 4К28 0 4 + 8Мп804 + 12ДО.
Уравнение реакции гидратации:
с 6н 5- с = с н + н 2о н+,не2+ > С6Н5-СОСН3.
Ответ: X - С6Н5-С=СН.
Вариант 3
1.Серная кислота Н280 4:
н- ° ^ о
н- о ^
2.СНз-СНВг-СНз + ЫаОН(водн.р-р) - » СН3-СН(ОН)-СНз + ИаВг;
СНз-СО-СНз + Н2 №''° ■> СН3-СН(ОН)-СНз. |
|
3 . 1) |
При обработке смеси металлов водой в ней растворится тол |
кальций. Два других металла можно отделить фильтрованием. Схема действий для выделения кальция из фильтрата:
Са + 2Н20 — Са(ОН)2 + Н2|; Са(ОН)2 + 2НС1 -+ СаС12 + 2ДО;
СаС12(расплав) - эле1Сфолиз > Са + С12|.
Решения заданий очного тура олимпиады «Покори Воробьевы горы!» 85
2)Смесь оставшихся двух металлов обработаем соляной кислотой
вней растворится только никель, а чистую медь отделяем фильтровани ем. Схема действий для извлечения металлического никеля из фильтрата:
№ + 2НС1 -> №С12 + Н2|; №С12(расплав) электролиз > № + С12|.
4.1) |
СН3СН2СН2ОН Лн*50< > СН3СН=СН2 + Н20; |
2) |
СН3СН=СН2 + Вг2(водн. р-р) —> СН3СНВг-СН2Вг; |
3) |
СН3СНВг-СН2Вг + 2КОН спирт > СН3-С=СН + 2КВг + 2Н20; |
4)СН3-С=СН + Н20 н+,не2+ > СН3СОСН3;
5)5СН3СОСН3 + 8КМп04 + 12Н28 0 4 -» 5СН3СООН + 5С02Т +
+4К28 0 4 + 8Мп804 + 17Н20;
6) СН3СООН + СН3ОН н+ > СН3СООСН3 + Н20.
Ответ: Х3 - СН3СН=СН2, Х2 - СН3СНВг-СН2Вг, Х3 - СН3СОСН3, Х4 - СН3СООН.
5.1) 4Ре804 — 2Ее20 3 + 4802Т + 0 2Т;
2)8 0 2 + 2Н28 -*■ 3 8 | + 2Н20;
3) 8 + Ре — |
Ре8 ; |
4)Ре8 + 2НС1 -*• РеС12 + Н28 |;
5)Н28 + СиС12 - » Си84 + 2НС1;
6)Си8 + Ю Ш 0 3 - » С и (Ш 3)2 + 8Ы 02| + Н28 0 4 + 4Н 20 .
Ответ: X - 8 0 2, V - Ре8 , Ъ - Си8 .
6 . Из условия задачи рассчитаем исходное количество перманганата калия:
у(КМп04) = 28.44 / 158 = 0.18 моль.
При нагревании перманганат калия разлагается:
2КМп04 — —^ К2Мп04 + Мп02 + 0 2Т.
Уменьшение массы твердой смеси происходит за счет выделения ки слорода:
Ат(смеси) = 28.44 - 27.16 = 1.28 г,
что составляет
у(02) = 1.28 / 32 = 0.04 моль.
Отсюда, перманганата калия разложилось 0.08 моль, а манганата ка лия и диоксида калия образовалось по 0.04 моль.
Количество неразложившегося перманганата:
у(КМп04) = 0.18 - 0.08 = 0.1 моль.
86 |
Олимпиада «Покори Воробьевы горы!» |
Запишем уравнения реакций всех компонентов твердой смеси с кон центрированной соляной кислотой:
2КМп04 + 16НС1 -> 5С12! + 2МпС12 + 2КС1 + 8Н20;
0.1 |
0 .8 |
0 .2 5 |
К2Мп04 + 8НС1 -> 2С12Т + МпС12 + 2КС1 + 4Н20;
0 .0 4 |
0 .3 2 |
0 .0 8 |
Мп02 + 4НС1 -> С12Т + МпС12 + 2КС1 + 2Н20.
0 .0 4 |
0 .1 6 |
0 .0 4 |
Рассчитаем общий объем выделившегося хлора:
У(С12) = 22.4 • (0.25 + 0.08 + 0.04) = 8.288 л.
Рассчитаем общий объем израсходованной соляной кислоты, исходя из того, что в 100 г раствора НС1 содержится 36.6 г НС1, или 1 моль ки слоты:
М ± М ± а;1 ф о о =1085мл 1.18-1
Ответ: У(С12) = 8.288 л, К(раствора НС1) = 108.5 мл.
7. Пусть состав алкена - С„Н2„. При действии на него водным рас ром бромоводородной кислоты протекает реакция:
0|Н 2„ + НВг —> С„Н2„+1Вг. Рассчитаем массовую долю углерода в алкене:
со(С)алкен= - ^ = 0.8571 14л
По условию задачи массовая доля углерода в продукте составляет: со(С)продУкт = 0.8571 - 0.5644 = 0.2927.
Выразим массовую долю углерода в продукте:
®(С)проДукт —тт — = 0.2927, 14л+ 81
откуда л = 3.
Ответ: СН2=СН-СН3; СН3-СНВг-СН3; СН2=СН-СН3 + НВг -+ СН3-СНВг-СН3.
Вариант 4
1. Ортофосфорная кислота Н3Р 04:
Решения заданий очного тура олимпиады «Покори Воробьевы горы!» 37
2. СН3СН2СН2ОН + СиО — СН3СН2СНО + Си + Н20;
СН3СН2СНС12 + 2ЫаОН(водн. р-р) - » СН3СН2СНО + 2ЫаС1 + Н20.
3. 1) При обработке исходной смеси металлов раствором щелочи про реагирует только алюминий, два других металла отделяем фильтровани ем. Схема действий для выделения алюминия из фильтрата:
2А1 + 2КОН + 6Н20 -> 2К[А1(ОН)4] + ЗН2|;
К[А1(ОН)4] + С 02 -> А1(ОН)3| + КНС03;
2А1(ОН)3— А120 3 + ЗН20;
2А120 3(расплав в криолите) — - ?1Стролиз > А1 + 302|.
2)Смесь оставшихся двух металлов обработаем соляной кислотой,
вней растворится только магний, а чистое серебро отделяем фильтрова нием. Схема действий для извлечения металлического магния из фильт рата:
М§ + 2НС1 М§С12 + Н2|; МёС12 + 2ЫаОН -> Мё(ОН)2| + 2ЫаС1.
М§(ОН)2 — |
М§ 0 + Н20; |
М§ 0 + С — |
М8 + сот. |
4. 1) СН3СН2СООИа + ИаОН — -— > С2Н6| + № 2С 0 3 (прокаливание);
2) С2Н6 + С12 — СН3СН2С1 + НС1;
3)СН3СН2С1 + ИаОН(водн) -► СН3СН2ОН + ИаС1;
4)5СН3СН2ОН + 4КМп04 + 6Н2804 — 5СН3СООН + 4Мп804 +
+2К2804 + 11Н20;
5) СН3СООН + С12 Ркр > С1СН2-СООН + НС1;
6) С1СН2-СООН + 2 Ш 3 - » Ш 2СН2-СООН + Ш 4С1.
Ответ: Х г- С2Н6, Х2 - С5Н5С1, Х3 - СН3СООН, Х4 - С1СН2-СООН.
5.1) 2Сг + ЗС12 —* 2СгС13;
2)СгС13 + 4КОН — К[Сг(ОН)4] + ЗКС1;
3)К[Сг(ОН)4] + С02 — Сг(ОН)з| + КНС03;
4)2Сг(ОН)з + ЗС12 + ЮКОН -*• 2К2Сг04 + 6КС1 + 8Н20;
5)2К2Сг04 + Н2804 ->• К2Сг20 7 + К2804 + Н20;
6) К2Сг20 7 + 14НС1 -► 2КС1 + 2СгС13 + ЗС12| + 7Н20.
Ответ: X - СгС13> V - Сг(ОН)3, 2 - К2Сг20 7.
6. Из условия задачи рассчитаем исходное количество перманганата калия:
у(КМп04) = 22.12 / 158 = 0.14 моль.
При нагревании перманганат калия разлагается:
88 |
Олимпиада «Покори Воробьевы горы!» |
2КМп04 > К2Мп04 + Мп02 + 0 2Т.
Уменьшение массы твердой смеси происходит за счет выделения ки слорода:
Лл*(смеси) = 22.12 - 21.16 = 0.96 г,
количество которого составляет
^(02) = 0.96 / 32 = 0.03 моль.
Отсюда, перманганата калия разложилось 0.06 моль, а манганата ка лия и диоксида калия образовалось по 0.03 моль.
Количество неразложившегося перманганата:
у(КМп04) = 0.14 - 0.06 = 0.08 моль.
Таким образом твердая смесь, кроме манганата и диоксида, содержит 0.08 моль перманганата калия.
Запишем уравнения реакций всех компонентов твердой смеси с кон центрированной соляной кислотой:
2КМп04 + 16НС1 -> 5С12Т + 2МпС12 + 2КС1 + 8Н20;
0 .0 8 |
0 .6 4 |
0 .2 |
К2Мп04 + 8НС1 -> 2С12Т + МпС12 + 2КС1 + 4Н20;
0 .0 3 0 .2 4 0 .0 6
Мп02 + 4НС1 -+ С12Т + МпС12 + 2КС1 + 2Н20.
0 .0 3 0 .1 2 0 .0 3
Рассчитаем общий объем выделившегося хлора:
У(С\2) = 22.4 • (0.2 + 0.06 + 0.03) = 6.496 л.
Рассчитаем общий объем израсходованной соляной кислоты, исходя из того, что в 100 г раствора НС1 содержится 36.6 г НС1, или 1 моль ки слоты:
У(раствора НС1) = |
(0.64 + 0.24 + 0.12) 100 |
= 84.75 мл. |
---------- ^— ------- |
Ответ: У(С12) = 6.496 л, К(раствора НС1) = 84.75 мл.
7. Пусть состав алкена С„Н2„. При действии на него водным раство перманганата калия протекает реакция:
ЗС„Н2„ + 2КМп04 + 4Н20 -> ЗС„Н2п+20 2 + 2КОН + 2Мп024.
Рассчитаем массовую долю углерода в алкене:
со(С)мке„= 1^ = 0.8571.
14л
По условию задачи массовая доля углерода в продукте составляет:
со(С)ПрОДУкг = 0,8571 - 0.47 = 0.3871.
Решения заданий очного тура олимпиады «Покори Воробьевы горы!» 89
Выразим массовую долю углерода в продукте:
со(С )ПрОДУкт — — |
12л |
— = 0 .3 8 7 1 , |
|
1 4 л + 3 4 |
|
откуда л = 2 .
Ответ: СН2=СН2; СН2(ОН)-СН2(ОН); ЗСН2=СН2 + 2КМп04 + 4Н20 -+ ЗСН2(ОН)-СН2(ОН) + 2КОН + 2Мп021.
Вариант 5
1. Изомерные амины СзНт-ЫН2 и С2Н5-ЫН-СН3.
2 . Ыа20 + 8 0 2 —>1Ча28 0 3;
Ыа20 + 2НС1 -> 2ЫаС1 + Н20.
3. Если пропустить газовую смесь через раствор щелочи, то 8 0 2 будет поглощен, а метан - нет:
8 0 2 + 2ЫаОН -> Ыа28 0 3 + Н20.
Чистый 8 0 2 м ож но выделить из раствора следующим способом:
ИазЗОз + Н23 0 4 — Иа2304 + 8 0 2Т + Н20.
4. 1) |
СН3СН2С1 + ИаОЩводн. р-р) -> СН3СН2ОН + ИаС1; |
||
2) |
СН3СН2ОН + СиО — |
СН3СНО + Си + Н20; |
|
3) |
СН3СНО + 2Си(ОН)2 —^ |
СН3СООН + Си20 | + 2Н20; |
|
4) |
СН3СООН + 2ИаОН —^ |
СИ,! + Иа2С 03 + Н20; |
|
5) СН4 + С12 — |
СН3С1 + НС1; |
||
6) СН3С1 + 2 Ш 3 -*■ СН3ИН2 + Ш 4С1.
Ответ: X - С2Н5ОН, V - СН3СООН, 2 - СН3С1.
5.1) 2К2Сг20 7 -? -> 2К2СЮ4 + 2Сг20 3 + 0 2Т;
2)Сг20 3 + 2КОН + ЗН20 -*■ 2К[Сг(ОН)4];
3)К[Сг(ОН)4] + С 02 — Сг(ОН)3| + КНС03;
4)2Сг(ОН)3 + ЗН28 0 4 -*•Сг2(804)3 + 6Н20;
5)Сг2(304)3 + ЗВаС12 -► 2СгС13 + ЗВа304|;
6) 2СгС13(расплав) электролИЗ > 2Сг + ЗС12Т.
Ответ: Х3- Сг20 3, Х2 - Сг(ОН)3, Х3 - СгС13.
6 . Найдем формулу исходной соли К*ВГу02:
х |
: у : г = |
2 3 . 3 5 |
4 7 . 9 0 |
2 8 . 7 5 |
л ^ л ^ |
------- :--------: |
|
= 0.6:0.6:1.92 = 1:1:3, |
|||
|
|
3 9 |
8 0 |
16 |
|
отсюда формула соли - КВЮ3.
90 Олимпиада «Покори Воробьевы горы!»
Из условия задачи рассчитаем количества веществ бромата калия, фосфора и аммиака:
у(КВЮз) = 8.35 / 167 = 0.05 моль, |
|||
у(Р)= 1.86/31 =0.06 моль, |
|||
у (Ш 3) = ^ - = 1 9 2 ' 101'3 = 0.08 моль. |
|||
|
КТ |
8.31-293 |
|
Запишем уравнение протекающей реакции: |
|
||
5КВЮ3 + 6Р — —* 5КВг + ЗР20 5 |
|||
0.05 |
0.06 |
0.05 |
0.03 |
Получается, что бромат калия и фосфор даны в стехиометричкских соотношениях.
Масса бромида калия составляет:
т(КВг) = 0.05 • 119 = 5.95 г.
С водой оксид фосфора образует ортофосфорную кислоту:
Р20 5 + ЗН20 -> 2Н3Р04
в количестве
у(Н3Р 04) = 0.03 • 2 = 0.06 моль.
По соотношению моль Н3Р 0 4 и >1Н3 видно, что при данных количест вах возможно образование только кислых солей ЫН4Н2Р 0 4 и (МН4)2НР04.
Н3Р 0 4 + Ш 3 -> Ш 4Н2Р 04;
Н3Р 0 4 + 2 Ш 3 -> (ЫН4)2НР04.
Пусть в первую очередь вступило х моль Н3Р 04, а во вторую - у моль. Получаем систему из двух уравнений:
(х +у = 0.06;
[л: + 2 у = 0.08.
Решение системы дает: х = 0.04 моль, у = 0.02 моль. Следовательно, после завершения реакций в растворе находятся:
т(КВг) = 5.95 г;
т ( Ш 4Н2Р0 4) = 0.04 115= 4.6 г;
/и((1ЧН4)2НР04) = 0.02 • 132 = 2.64 г.
Масса раствора
т(раствора) = т(Н 20) + /и(КВг03) + т{Р) + т(ТЧН3) =
= 150 + 8.35 + 1.86 + 0.08 • 17 = 160.9 г.
Массовые доли веществ:
Решения заданий очного тура олимпиады «Покори Воробьевы горы!» 9 \
со(КВг) = - ^ - |
= 0.0368 (или 3.68%); |
160.9 |
|
со(>Ш4Н2Р 04) = |
0.0284 (или 2.84%); |
св((МН4)2НР04) = |
= 0.0163 (или 1.63%). |
Ответ: 3.68% КВг; 2.84% Ш 4Н2Р04; 1.63% (МН4)2НР04.
7.При пропускании хлороводорода протекает реакция с анилином:
С6Н5Ш 2 + НС1 -> С6Н5ЫН3С11.
Количество выделившегося осадка:
у(СбН5КНзС1) = 5.18 / 129.5 = 0.04 моль,
отсюда количество анилина у(СбНз№12) также равно 0.04 моль. Со щелочью реагирует фенол:
С6Н5ОН + ЫаОН -> С6Н5(Ж а + Н20.
По условию задачи количество израсходованной щелочи:
у(ТЧаОН) = 8.00 • 0.1 / 40 = 0.02 моль,
отсюда количество фенола у(С6Н5ОН) также равно 0.02 моль. Количество диоксида углерода после сгорания всегда будет в шесть
раз больше количества смеси (С6Н5К + [О] —> 6С02).
Реакция между диоксидом углерода и известковой водой выражается уравнением:
С 02 + Са(ОН)2 -► СаСОз! + Н20.
По условию задачи количество выпавшего осадка равно
у(СаСОз) = 90 / 100 = 0.9 моль,
отсюда у(С0 2) также равно 0.9 моль, значит
у(смеси) = 0.9 / 6 = 0.15 моль.
Количество бензола в смеси:
у(С6Н6) = 0.15 - 0.04 - 0.02 = 0.09 моль.
Рассчитаем массу исходной смеси:
т= /и(анилина) + т(фенола) + т(бензола) =
=0.04-93 + 0.02 • 94 + 0.09 • 78 = 12.62 г.
Массовые доли веществ в исходной смеси:
со(С6Н5Ш 2) = 0.04 • 93 / 12.62 = 0.295 (или 29.5%);
92 Олимпиада «Покори Воробьевы горы!»
со(С6Н5ОН) = 0.02 • 94 / 12.62 = 0.149 (или 14.9%); со(С6Н6) = 1 - 0.295 - 0.149 = 0.556 (или 55.6%).
Ответ: 29.5% С6Н5>Ш2, 14.9% С6Н5ОН, 55.6% С6Н6.
Вариант 6
2. 8 0 2 + 2ЫаОН —>Ыа28 0 3 + Н20 (взаимодействие с раствором щело чи);
8 0 2 + СаО —>Са803 (взаимодействие с основным оксидом, образо вание соли).
3. В разбавленном растворе серной кислоты растворится только оксид меди:
СиО + Н2804 —►Си804 + Н20,
а чистую медь можно отделить фильтрованием. Из фильтрата выпарива нием можно выделить твердый сульфат меди (И), прокаливание которого позволит получить оксид меди (И):
|
2Си804 — — > 2СиО + 2802| + 0 2|. |
||
4. 1) 2СН3Вг + 2Ыа |
эфир |
> СН3СН3 + 2ЫаВг (реакция Вюрца); |
|
2) |
СН3СН3 + Вг2 — |
|
СН3СН2Вг + НВг; |
3) |
СН3СН2Вг + ЫаОН(спирт. р-р) -» СН2=СН2 + ИаВг + Н20; |
||
4) |
СН2=СН2 + Н20 |
н+ |
> СН3СН2ОН; |
5) 2СН3СН2ОН + 2Nа -*• 2СН3СН2ОNа + Н2Т
6) СН3СОС1 + СН3СН2ОИа -*• СН3СООС2Н5 + N301.
Ответ: X - С2Н6, V - С2Н4, 2 - С2Н5<Жа.
5.1) 2КМп04 — > К2Мп04 + Мп02 + 0 2|;
2)Мп02 + 4НС1 -*■ МпС12 + С12| + 2Н20;
3)МпС12 + 2№ОН ->• Мп(ОН)2| + 2ЫаС1;
4) |
Мп(ОН)2 |
— |
МпО + Н20; |
5) |
МпО + С |
— — > Мп + СОТ; |
|
6) Мп + Н28 0 4(разб) -*• Мп804 + Н2|.
Ответ: X, - Мп02, Х2 - Мп(ОН)2, Х3 - Мп.
6. Найдем формулу исходной соли КхС1у02:
31.84 28.98 39.18
= 0.816:0.816:2.45 = 1:1:3,