ФГАОУ ВПО «Дальневосточный федеральный университет»
Олимпиада школьников «Океан знаний»
по химии
Задача 1 Заблуждение – уклонение от истины, принимаемое нами за истинное суждение; основывается всегда на неверности по существу самих посылок …
Словарь Брокгауза и Ефрона, гг.
Химия – достаточно сложная наука, далеко не всегда укладывающаяся в упрощенные представления не только школьного, но и университетского материала. Зачастую некоторые положения учебного курса химии, воспринимаемые нами в качестве аксиом, являются на самом деле заблуждениями.
Попробуйте оценить с этой точки зрения некоторые "аксиомы" школьного курса химии. Вычлените из этих "аксиом" ключевое положение, являющееся ошибочным. Приведите примеры, демонстрирующие Вашу точку зрения.
1. Из Википедии (http://ru. wikipedia. org):
Ковалентная связь – химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары валентных электронных облаков.
Если атомы, образующие простую ковалентную связь, одинаковы, то истинные заряды атомов в молекуле также одинаковы, поскольку атомы, образующие связь, в равной степени владеют обобществлённой электронной парой. Такая связь называется неполярной ковалентной связью.
Если атомы различны, то степень владения обобществленной парой электронов определяется различием в электроотрицательностях атомов. … Если соединение образуется между двумя различными неметаллами, то такое соединение называется соединением с ковалентной полярной связью.
2. Для элементов главных подгрупп максимальная их валентность в соединениях равна номеру группы. Однако это правило не работает для элементов второго периода. Так, для фтора и кислорода максимальные валентности равны I и II, соответственно (определено по правилу "8 минус номер группы"). Максимальная валентность углерода (вычисленная и по номеру группы, и по правилу "8 минус номер группы") равна IV.
3. Скорость химического процесса пропорциональна концентрациям реагирующих веществ. Поэтому, при прочих равных условиях, в начальный момент времени, когда концентрации исходных веществ максимальны, скорость химической реакции также максимальна. Соответственно в ходе химического процесса скорость реакции закономерно убывает, концентрации исходных веществ закономерно уменьшаются, а концентрации продуктов закономерно увеличиваются.
4. Более сильная кислота вытесняет из соединений менее сильную кислоту (более сильное основание – менее сильное основание, более сильный окислитель – менее сильный окислитель, и т. д.). Поэтому, если сравнивать силы кислот в левой и правой частях уравнения химической реакции, то более сильная кислота будет расположена именно в левой части уравнения (среди исходных веществ), а более слабая – в правой части (среди продуктов реакции).
5. Все кислоты по их действию на металлы можно условно разделить на два рода. Кислоты I рода взаимодействуют только с металлами, расположенными в ряду активности металлов после водорода с образованием растворов солей и выделением водорода. Кислоты II рода (кислоты-окислители) могут окислять и металлы, стоящие в ряду активности до водорода. При этом, если металл поливалентен, во втором случае процесс окисления идет более глубоко. Например, железо при растворении в соляной кислоте дает соль железа(II), а при растворении в азотной кислоте – соль железа(III).
Задача 2
Кварцевый песок нагрели с избытком магния. При обработке полученной смеси соляной кислотой наблюдалась экзотермическая реакция с выделением газа. Однако часть смеси в кислоте не растворилась.
Составьте уравнения всех упомянутых реакций.
Что можно сказать о физических и химических свойствах выделяющегося газа? Приведите 2 уравнения реакций, характеризующих его химические свойства.
Задача 3
В закрытом реакторе в присутствии железного катализатора находится смесь азота и водорода (АВС) при постоянной высокой температуре. Через некоторое время давление в реакторе уменьшается на 25 %.
Найдите выход продукта, если известно, что исходная АВС имела плотность по водороду, равную 5.
Задача 4
Навеску технического хлорида аммония массой 0.1565 г растворили в 50 мл воды, добавили в раствор 40.00 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 0.1012 моль/л и нагрели до полного удаления аммиака. Раствор охладили и оттитровали рабочим раствором хлороводородной кислоты с концентрацией 0.1025 моль/л в присутствии метилового оранжевого.
1. Напишите уравнения всех химических реакций описанных в задаче.
2. Вычислите массовую долю хлорида аммония в технической соли, если на титрование затрачено 15.20 мл HCl.
3. Как устанавливают, когда можно прекратить нагревание? Напишите уравнение реакции лежащее в основе этого взаимодействия.
4. На чем основана методика определений в титриметрическом анализе, и каковы необходимые условия для проведения титрования?
5. Какие методы (по способу титрования) используют в титриметрическом анализе? Как называется данный метод (по способу титрования) и почему именно им ведут определение?
6. Почему нельзя определить конечную точку титрования с фенолфталеином?
7. Назовите причину сравнительно малой точности предложенного способа данного метода и предложите свой вариант определения содержания хлорида аммония.
Задача 5
Термическое разложение ацетона в газовом состоянии можно представить реакцией: CH3COCH3 ® C2H4 + CO + H2
Исследование реакции производилось при 783 К путем измерения количества поглощаемой теплоты как функции времени τ. К моменту времени τ = 12,5 мин и при начальной массе ацетона mo = 0.1 кг поглотилось 83.6 кДж теплоты. Рассчитайте количество теплоты, поглощенное за 50 минут, и массу разложившегося к этому времени ацетона. Ниже приведены данные по стандартным теплотам Qобр. образования всех компонентов при 783 К.
Вещество | CH3COCH3 | C2H4 | CO | H2 |
Qобр., кДж/моль | 236.5 | -40.7 | 110.8 | 0 |
Задача 6
Для изомерных углеводородов А и Б известно следующее:
а) Содержание углерода в изомерах составляет 88.82 %.
б) Оба изомера обесцвечивают водный раствор перманганата калия.
в) В присутствии металлокомплексного катализатора Ni(CO)2·(Ph3P)2 соединения А и Б превращаются соответственно в соединения В и Г, которые также являются изомерами и имеют то же процентное соотношение элементов, что и соединения А и Б.
г) При окислении соединения В перманганатом калия при нагревании образуется 1,3,5-бензолтрикарбоновая кислота, а соединение Г в тех же условиях превращается в бензолгексакарбоновую кислоту.
1. Установите строение соединений А – Г.
2. Предложите последовательность превращений, которая позволяет перейти от А к Б и наоборот.
3. Какая качественная реакция позволяет различить соединения А и Б?
Задача 7
Соединение Д, содержащее 15.04 % азота и обладающее слабоосновными свойствами, при обработке нитритом натрия в присутствии соляной кислоты на холоду превращается в термически неустойчивое соединение Е, содержащее 19.93 % азота. При нагревании Е с водой образуется соединение Ж, не содержащее азота и содержащее 17.00 % кислорода, обладающее свойствами слабой кислоты.
Взаимодействие соединения Ж с разбавленной азотной кислотой приводит к смеси изомерных продуктов З и И, обработка которых избытком нитрующей смеси при нагревании дает соединение К, содержащее 18.34 % азота и обладающее свойствами достаточно сильной кислоты.
1. Установите строение соединений Д – К.
2. Приведите уравнения всех описанных реакций.
3. Поясните, почему для превращения соединения Ж в смесь З и И можно использовать разбавленную азотную кислоту, а для получения соединения К – нитрующую смесь.
4. Объясните хорошо выраженные кислотные свойства соединения К.
