11 КЛАСС
(общее количество баллов 81)
Задача 1
Решение:
Взаимодействие кислого раствора перманганата калия с ацетиленом протекает по уравнению
2 KMnO4 + C2H2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 2CO2 + 4H2O
По уравнению реакции x = (11.3×22.4)/316 = 0.8 л, таким образом, объемная доля ацетилена 0.8/20 = 0.04 или 4%. Смесь взрывоопасна.
Разбалловка: (6 баллов)
За написание уравнения реакции – 2 балла
За расчет концентрации ацетилена – 2 балла
За вывод о взрывоопасности смеси – 2 балла
Задача 2
Решение:
1. Определим соль железа, получаемую сплавлением оксида железа (III) с окислительно-щелочной смесью. В результате такого процесса получается феррат щелочного металла (в нашем случае калия), в котором железо находится в своей максимальной степени окисления +6. Запишем уравнение возможной реакции:
Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH® 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O. (1)
Массовая доля железа в феррате калия составляет 28.28 % (масс) ((56×100)/198), что хорошо согласуется с условием задачи. Итак, содержащая железо соль – феррат калия.
2. Запишем уравнение гидролиза K2FeO4:
4K2FeO4 +10Н2О ® 4Fe(OH)3 + 3O2 + 8KOH. (2)
Из уравнения (2) видно, что в результате гидролиза K2FeO4 выделяется кислород.
Рассчитаем мольный состав воздуха объемом 1 л находящийся при нормальных условиях (Т=273 К, р=1 атм) полагая, что состав воздуха (по объемным процентам) составляет: N2 – 78%; O2 – 21% и CO2 – 1%. Принимая состояние этих газов близких к идеальному, можно рассчитать:
n(N2) = 0.78 (л)/22.4 (л/моль) = 0.0348 моль; n(О2) = 0.21 (л)/22.4 (л/моль) = 0.0094 моль; n(СО2) = 0.01 (л)/22.4 (л/моль) = 0.00045 моль.
Поскольку в воздухе содержится СО2, то он будет поглощаться продуктами гидролиза (в частности, КОН) и поэтому его необходимо исключить при определении состава конечной газовой смеси.
По уравнению состояния идеального газа определим число молей газовой смеси после проведения гидролиза K2FeO4:
n(N2 + O2) = pV/RT = (101325×(1+0.192)×10-3)/8.314×273=0.0532 моль.
Количество выделившегося в результате гидролиза K2FeO4 равно:
n(O2)гидролиз = n(N2 + O2) - n(N2)исх. - n(О2)исх. = 0.0.0094 = 0.0090 моль.
3. По уравнению реакции (2) находим количество K2FeO4, подвергнутого гидролизу:
из 4 моль K2FeO4 образуется 3 моль О2,
из x1 моль K2FeO4 образуется 0.009 моль О2,
отсюда х1 = 0.012 моль.
4. По уравнению реакции (1) находим количество Fe2O3, затраченное на получение 0.012 моль K2FeO4:
из 1 моль Fe2O3 образуется 2 моль K2FeO4,
из x2 моль Fe2O3 образуется 0.012 моль K2FeO4,
отсюда х2 = 0.006 моль, что составляет 0.96 г.
Ответ: K2FeO4; m(Fe2O3)=0.96 г.
Разбалловка: (12 баллов)
За написание уравнений реакции (по 2 балла) - 4 балла
За определение K2FeO4 – 2 балла
За правильный расчет состава газовых смесей с учетом поглощения СО2 – 4 балла
За правильный расчет массы Fe2O3 – 2 балла
Задача 3
Решение:
Разбалловка: (10 баллов)
За составление правильной схемы – 10 баллов
(Каждую правильную реакцию можно оценить по 1-1.5 балла)
Задача 4
Решение:
1. Определим брутто-формулу вещества Х. Из условия задачи следует, что в 100 г вещества Х содержится 25.3 г Со, 24.0 г N, 5.14 г. Н и 45.6 г Сl. Отсюда можно рассчитать мольное соотношение компонентов в веществе Х:
n(Co)/n(N)/n(H)/n(Cl)=(25.3/59):(24.0/14):(5.14/1):(45.6/35.5)=0.43:1.71:5.14:1.28
или
n(Co)/n(N)/n(H)/n(Cl)=1:4:12:3.
Таким образом, простейшая формула вещества Х может быть записана как:
CoN4H12Cl3.
Вещество такого состава получается при взаимодействии CoCl2 с NH3(водн.), NH4Cl и окислителем (в качестве последнего могут выступать перекись водорода или кислород воздуха). Для химии кобальта характерно образование комплексных соединений, среди которых основную группу составляют соединения с координационным числом у кобальта равным 6. Исходя из этого можно записать реакцию получения соединения Х, имеющего состав CoN4H12Cl3:
CoCl2 + NH4Cl + 3NH3 + (0.5H2O2) ® [Co(NH3)4Cl2]Cl + Н2О. (1)
Соединение [Co(NH3)4Cl2]Cl называется: хлорид тетраамминдихлорокобальта (III).
2. Доказательством строения вещества Х является реакция с AgNO3:
[Co(NH3)4Cl2]Cl + AgNO3 ® [Co(NH3)4Cl2]NO3 + AgCl. (2)
Из уравнения (2) следует, что 0.614 г AgCl действительно образуется из 1 г [Co(NH3)4Cl2]Cl: 1/233.5=0.614/143.5=0.0043. Отсюда следует, что во внешней координационной сфере комплексного соединения состава CoN4H12Cl3 имеется только один атом хлора, что подтверждает наше предположение о том, что вещество Х – это хлорид тетраамминдихлорокобальта (III).
У соединения [Co(NH3)4Cl2]Cl возможно два изомера:
Хлорид цис-тетраамминдихлорокобальта (III) и хлорид транс-тетраамминдихлорокобальта (III).
3. Если вместо NH3 использовать H2NCH2CH2NH2 (1,2-диаминоэтан, этан-1,2-диамин), то получится соединение хлорид ди(этан-1,2-диамин)дихлорокобальта (III) (Y), цис- и транс-изомеры которого представлены двумя оптическими изомерами (энантиомерами):
4. Рассмотренные соединения относятся к классу комплексных соединений. Соединение Y называется хелатом. Лиганд H2NCH2CH2NH2 называется хелатирующим или хелатообразующим.
Разбалловка: (12 баллов)
За вывод формулы и название соединения Х - 4 балла
За установление структуры соединения Х с учетом изомеров – 4 балла
За установление структуры соединения Y с учетом изомеров – 4 балла
Задача 5
Решение:
Вещество А может иметь следующие структурные формулы:
Так как при окислении А образуется соединение с меньшим числом атомов углерода – С7Н6О2, или C6H5COOH, вещество А представляет собой этилбензол (формула I).
Описанные в условии задачи превращения можно выразить следующими схемами:
Разбалловка: (14 баллов)
За установление строение веществ А, B, B’, C, D и D’ – 6 балов (за каждое вещество по 1 баллу)
За составление уравнений реакций – 8 баллов (за каждое уравнение по 2 балла)
Задача 6
Решение:
1. Перейдем от нормальной концентрации исходных растворов к молярной. Поскольку фактор эквивалентности H3PO4 равен 1/3, имеем
СМ = СН/3.
Таким образом, в отношении 3:3:4 смешали соответственно 0.1 М, 0.1 М и 0.2 М растворы ортофосфорной кислоты
2. Допустим, что взяты 3 л 0.1 М, 3 л 0.1 М и 4 л 0.2 М растворов H3PO4. Тогда в конечном растворе (10 л) будет содержаться 1.4 моль H3PO4. В итоге получается раствор 0.14 М (СМ=n(H3PO4)/V(р-р)=1.4моль/10 л=1.4 моль/л (М)).
3. Если учитывать диссоциацию H3PO4 только по первой стадии:
H3PO4 « H2PO4- + Н+,
то следует, что из каждого подвергшегося диссоциации моля H3PO4 образуется 1 моль ионов водорода. Так как степень диссоциации равна 20%, в растворе диссоциирует 0.028 моль/л H3PO4 и поэтому концентрация ионов водорода равна 0.028 моль/л.
4. По определению рН=-lg[H+]. Отсюда рН=-lg0.028=1.55
Ответ: СМ(H+)=0.028 моль/л; рН=1.55.
Разбалловка: (10 баллов)
За определение концентрации раствора H3PO4 после смешения – 4 балла
За расчет концентрации ионов водорода - 4 балла
За расчет рН – 2 балла.
Задача 7
Решение:
Получение продукта А:
На первой стадии происходит алкилирование по Фриделю-Крафтсу, затем бромирование по Фриделю-Крафтсу. Далее окисление до бензойной кислоты и нитрование. На последней стадии происходит согласованная ориентация реакции нитрования (А). Реакция этерификации:
Получение продукта B:
На первой стадии происходит алкилирование по Фриделю-Крафтсу, затем бромирование по Фриделю-Крафтсу. Далее происходит нитрование 4-бромтолуола (несогласованная ориентация). Нитропродукт окисляется до бензойной кислоты (B). Реакция этерификации:
Разбалловка: (17 баллов)
За написание структурных формул А и В – 2 балла (по 1 баллу за каждое вещество)
За составление уравнений реакций – 15 баллов (по 1.5 балла за каждую реакциию)
