Реакцию синтеза аммиака проводят при объемном (молярном) соотношении

Всероссийская олимпиада школьников по химии

Год.

II (муниципальный этап)

Класс.

Решения

1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

Al₄C₃ C₄H₉Cl

₁ ↓_{2 3 4 5 6} ↑_{7 8}

СН₃СООК→ Х₁ →СН₃Cl→ Х₂ →C₂H₅Br→ Х₃ →CH₃COOH

↓₉ ↓₁₀

СН₃OH C₂H₄ (10 баллов)

1. СН₃СООК + KOH → СН₄↑ + K₂CO₃ (t^oC) (реакция Дюма) 1 балл

2. Al₄C₃ +12H₂O → 4Al(OH)₃↓ + 3СН₄↑ 1 балл

Al₄C₃ +12HCl → 4AlCl₃ + 3СН₄↑

Al₄C₃ + 4NaOH + 12H₂O → 4Na[Al(OH)₄] + 3СН₄↑

3. СН₄ + Cl₂ → СН₃Cl + HCl (hν) 1 балл

4. 2СН₃Cl + 2Na → C₂H₆↑ + 2NaCl (t^oC) (реакция Вюрца) 1 балл

5. С₂Н₆ + Br₂ → С₂Н₅Br + HBr (hν) 1 балл

6. 2C₂H₅Br + 2Na → C₄H₁₀↑ + 2NaCl (t^oC) (реакция Вюрца) 1 балл

7. СН₃‒СН₂‒СН₂‒СН₃ + Сl₂ → CH₃‒CH(Cl)‒CH₂‒CH₃ + HCl (hν) 1 балл

2‒хлорбутан

В алканах наиболее легко замещаются атомы водорода у третичного атома углерода, труднее – у вторичного, наиболее трудно – у первичного.

8. _{-3 -2 -2 -3 0 -3 +3 -2}

2СH₃‒CH₂‒CH₂‒CH₃ + 5O₂ → 4CH₃COOH + 2H₂O (t^o, p, kat) (реакция Эмануэля)

↓ ↓ ↑ уксусная (этановая) кислота

5е + 5е = 10е/2 2е∙2/5 вос-е, ок-ль

ок-е, вос-ль 1 балл

9. 2CH₄ + O₂ → 2СН₃OH (t^o, p, kat) 1 балл

10. H₃C-CH₃ → H₂C=CH₂↑ + H₂↑ (t^o, kat) 1 балл

Баллов

2. К смеси меди и оксида меди (I) массой 17,92 г прилили 192 мл 14%-го раствора серной кислоты (ρ = 1,095 г/мл) и пропустили кислород при нагревании. Масса раствора после окончания реакций увеличилась на 2,88 г. Вычислите массовые доли компонентов в исходной смеси и массовые доли веществ в растворе. (10 баллов)

Масса раствора увеличилась за счет кислорода, вступившего в реакцию окисления меди и оксида меди(I) в присутствии серной кислоты.

ν(О₂) = 2,88 г / 32 г/моль = 0,09 моль 1 балл

х моль 2х моль 0,5х моль 2х моль

2Cu₂O + 4H₂SO₄ + O₂ = 4CuSO₄ + 4H₂O 1 балл

2 моль 4 моль 1 моль 4 моль

144 г/моль 98 г/моль 32 г/моль 160 г/моль

у моль у моль 0,5у моль у моль

2Cu + 2H₂SO₄ + O₂ = 2CuSO₄ + 2H₂O 1 балл

2 моль 2 моль 1 моль 2 моль

64 г/моль

144х + 64у = 17,92 144х + 64у = 17,92 х = 0,08

0,5х + 0,5у = 0,09 (128) 64х + 64у = 11,52 у = 0,1

ν((Cu₂O) = 0,08 моль

ν(Cu) = 0,1 моль 2 балла

ω%(Cu₂O) = (0,08 моль ∙ 144 г/моль / 17,92 г) ∙ 100% = 64,29% 0,5 балла

ω%(Cu) = (0,1 моль ∙ 64 г/моль / 17,92 г) ∙ 100% = 35,71% 0,5 балла

Находим количество вещества прилитой серной кислоты:

ν(H₂SO₄) = (192 мл ∙ 1,095 г/мл ∙ 0,14) / 98 г/моль = 0,3 моль 1 балл

В реакции вступило (2 ∙ 0,08 + 0,1) = 0,26 моль серной кислоты,

а (0,3 – 0,26) = 0,04 моль серной кислоты в избытке. 0,5 балла

m(конечного раствора) = m(смеси) + m(раствора H₂SO₄) + m(О₂)

m(конечного раствора) = 17,92 г + 192 мл ∙ 1,095 г/мл + 2,88 г = 231,04 г 1 балл

ω%(CuSO₄) = ((2∙0,08 + 0,1) моль ∙ 160 г/моль / 231,04 г) ∙ 100% = 18,01% 0,5 балла

ω%(Н₂SO₄) = (0,04 моль ∙ 98 г/моль / 231,04 г) ∙ 100% = 1,70% 0,5 балла

ω%(Н₂O) = 100% - (18,01% + 1,70%) = 80,29% 0,5 балла

Баллов

3. При сплавлении 9,45 г калиевой соли предельной одноосновной карбоновой кислоты с гидроксидом калия выделилось 3,3 г предельного углеводорода.

Определите молекулярные формулы соли и ее изомеров, предельного углеводорода, назовите их. Напишите уравнения реакций электролиза водных растворов солей (электросинтез Кольбе), назовите продукты реакций. (10 баллов)

C_nH_2n+1COOК + КOH → C_nH_2n+2 + К₂CO₃ 1 балл

1 моль 1 моль

(14n + 84) г/моль (14n + 2) г/моль

ν(C_nH_2n+1COOК) = ν(C_nH_2n+2) 1 балл

9,45 / (14n + 84) = 3,3 / (14n + 2) 1 балл

132,3n + 18,9 = 46,2n + 277,2

86,1n = 258,3 n = 3 1 балл

CH₃CH₂CH₂COOК – калиевая соль бутановой кислоты, бутаноат калия, бутират калия, маслянокислый калий 1 балл

СН₃СН(СН₃)СООК – калиевая соль изобутановой кислоты, 2-метилпропаноат калия

1 балл

CH₃-CH₂-CH₃, C₃H₈ – пропан 1 балл

2С₃Н₇СООК + 2Н₂О → С₆Н₁₄ + 2СО₂↑ + Н₂↑ + 2КОН (электролиз) 1 балл

гексан

2СН₃СН(СН₃)СООК + 2Н₂О → СН₃СН(СН₃)СН(СН₃)СН₃ + 2СО₂↑ + Н₂↑ + 2КОН

2,3-диметилбутан (электролиз)

2 балла

Баллов

4. В пяти пронумерованных пробирках имеются растворы гидрокарбоната бария, нитрата цинка, сульфата железа (II), хлорида аммония и нитрата марганца (II). Используя только один реагент, определите содержимое каждой пробирки. Напишите уравнения реакций (молекулярные, краткие ионные и окислительно-восстановительные). Укажите признаки реакций. (14 баллов)

Ва(НСO₃)₂+ 2NaOH = ВаСО₃↓ + Na₂СO₃ + 2Н₂О 0,5 балла

Ва²⁺ + 2НСO₃^-+ 2OH^- = ВаСО₃↓ + СO₃^2- + 2Н₂О 0,5 балла

Zn(NO₃)₂ + 2NaOH_{недост.} = Zn(OH)₂↓+ 2NaNO₃ 0,5 балла

Zn²⁺ + 2OH^- = Zn(OH)₂↓ 0,5 балла

Zn(OH)₂ + 2NaOH_изб. = Na₂[Zn(OH)₄] 0,5 балла

Zn(OH)₂ + 2OH^- = [Zn(OH)₄]^2- 0,5 балла

или

Zn(NO₃)₂ + 4NaOH_изб. = Na₂[Zn(OH)₄] + 2NaNO₃

Zn²⁺ + 4OH^- = [Zn(OH)₄]^2-

FeSO₄ + 2NaOH = Fe(ОН)₂↓ + Na₂SO₄ 0,5 балла

Fe²⁺ + 2OH^- = Fe(ОН)₂↓ 0,5 балла

_{+2 0 +3 -2}

4Fe(ОН)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(ОН)₃↓ 1 балл

↓ ↑

1е/1 2е∙2/1 вос-е, ок-ль

ок-е, вос-ль

NH₄Сl+ NaOH = NH₃↑ + NaCl + H₂O 0,5 балла

NH₄⁺ + OH^- = NH₃↑ + H₂O 0,5 балла

Mn(NO₃)₂ + 2NaOH = Mn(ОН)₂↓ + 2NaNO₃ 0,5 балла

Mn²⁺ + 2OH^- = Mn(ОН)₂↓ 0,5 балла

_{+2 0 +4 -2}

2Mn(ОН)₂ + O₂ = 2MnO₂↓+ 2H₂O или 4Mn(ОН)₂ + O₂ = 4MnО(ОН)↓+ 2H₂O

↓ ↑ 1 балл

2е/2 2е∙2/1 вос-е, ок-ль

ок-е, вос-ль

за выбор реактива – гидроксид калия или гидроксид натрия – 1 балл

за предложенный рациональный план 1 балл

за указание признаков реакций по 0,5 балла (0,5 ∙ 8 = 4 баллов)

Баллов

5. Напишите уравнения реакций (молекулярные, сокращенные ионные и окислительно- восстановительные), с помощью которых можно осуществить следующие превращения, укажите условия протекания реакций:

_{7 8}

Fe(NO₃)₂→(FeFe₂)O₄-(HI)→X₁

_{1 2 3 4} ↑_{6 5}

N₂→NH₃→NO→NO₂→HNO₃→NH₄NO₃

↓₉

(NH₂)₂CO (мочевина, карбамид) (11 баллов)

1. N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃↑ + Q (t^o, p, kat.:Fe) (OBP)

Равновесие реакции синтеза аммиака смещено вправо при следующих условиях:

1. t₂ < t₁ (понижение температуры, т.к. прямая реакция экзотермическая)

2. p₂ > p₁ (повышение давления, т.к. прямая реакция идет с уменьшением объема)

3. c₂(NH₃) < c₁(NH₃) (понижение концентрации аммиака)

Реакцию синтеза аммиака проводят при объемном (молярном) соотношении

азота и водорода 1: 3. 2 балла

2. 4NH₃ + 5O₂ = 4NO↑ + 6H₂O (t^o, kat.:Pt) (OBP) 1 балл

3. 2NO + O₂ ↔ 2NO₂↑ + Q (OBP)

Равновесие реакции окисления оксида азота (II) смещено вправо при следующих условиях:

1. t₂ < t₁ (понижение температуры, т.к. прямая реакция экзотермическая)

2. p₂ > p₁ (повышение давления, т.к. прямая реакция идет с уменьшением объема)

3. c₂(O₂) > c₁(O₂) (повышение концентрации кислорода) 2 балла

4. 4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃ + Q (OBP) 1 балл

Реакционную смесь охлаждают, чтобы избежать разложения азотной кислоты.

4HNO₃ = 4NO₂↑ + O₂↑ + 2H₂O (> 82^oC)

5. HNO₃ + NH₃ = NH₄NO₃ + Q 1 балл

H⁺ + NH₃ = NH₄⁺

6. 4Fe + 10HNO_{3 очень разб.} = 4Fe(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O (OBP) 1 балл

7. 3Fe(NO₃)₂ = (FeFe₂)O₄ + 6NO₂↑ + O₂↑ (t^oC) (OBP) 1 балл

8. (FeFe₂)O₄ + 8HI = 3FeI₂ + I₂↓ + 4H₂O (OBP) 1 балл

9. 2NH₃ + CO₂ = (NH₂)₂CO + H₂O (180-500^oC, p) C(NH₂)₂О, CО(NH₂)₂ 1 балл

Баллов

6. При полном окислении бутана кислородом выделилось 201,60 кДж теплоты. Теплота сгорания бутана равна 2880 кДж/моль. Образовавшийся углекислый газ полностью реагирует с 196,00 г 14,00%-го раствора гидроксида калия. Вычислите массовые доли веществ в растворе. (11 баллов)

I способ

С₄Н₁₀ + 6,5О₂ = 4СО₂↑ + 5Н₂О + 2880 кДж 1 балл

1 моль 4 моль

ν(СО₂) = 4ν(С₄Н₁₀) = 4(201,600 кДж / 2880 кДж/моль) = 0,28 моль 1 балл

ν(КОН) = (196,000 г ∙ 0,14) / 56 г/моль = 0,49 моль 1 балл

ν(СО₂): ν(КОН) = 0,28: 0,49 = 1: 1,75 = 4: 7

КНСО₃ 1 < 1,75 < 2 К₂СО₃ → образуются карбонат и гидрокарбонат калия

1 балл

0,245 моль 0,49 моль 0,245 моль

СО₂ + 2КОН = К₂СО₃ + Н₂О 1 балл

1 моль 2 моль 1 моль

В реакцию с карбонатом калия вступит (0,28 – 0,245) = 0,035 моль углекислого газа

0,035 моль 0,035 моль 0,07 моль

К₂СО₃ + СО₂ + Н₂О = 2КНСО₃ 1 балл

1 моль 1 моль 2 моль

138 г/моль 100 г/моль

В растворе: ν(КHСO₃) = 0,07 моль; ν(К₂СO₃) = 0,245 – 0,035 = 0,21 моль 1 балл

m(раствора солей) = m(раствора КOH) + m(СO₂)

m(раствора солей) = 196 г + (0,28 моль ∙ 44 г/моль = 208,32 г 1 балл

ω%(К₂СO₃) = (0,21 моль ∙ 138 г/моль / 208,32 г) ∙ 100% = 13,91% 1 балл

ω%(КHСО₃) = (0,07 моль ∙ 100 г/моль / 208,32 г) ∙ 100% = 3,36% 1 балл

ω%(H₂O) = 100% - (13,91% + 3,36%) = 82,73% 1 балл

Баллов

II способ

С₄Н₁₀ + 6,5О₂ = 4СО₂↑ + 5Н₂О + 2880 кДж 1 балл

1 моль 4 моль

ν(СО₂) = 4ν(С₄Н₁₀) = 4(201,6 кДж / 2880 кДж/моль) = 0,284 моль 1 балл

ν(КОН) = (196 г ∙ 0,14) / 56 г/моль = 0,49 моль 1 балл

ν(СО₂): ν(КОН) = 0,28: 0,49 = 1: 1,75 = 4: 7

КНСО₃ 1 < 1,75 < 2 К₂СО₃ → образуются карбонат и гидрокарбонат калия

1 балл

0,28 моль 0,49 моль 0,21 моль 0,07 моль

4СO₂ + 7КОН = 3К₂СO₃ + КHСO₃ + 4H₂O 2 балла

4 моль 7 моль 3 моль 1 моль

138 г/моль 100 г/моль

В растворе: ν(КHСO₃) = 0,07 моль; ν(К₂СO₃) = 0,21моль 1 балл

m(раствора солей) = m(раствора КOH) + m(СO₂)

m(раствора солей) = 196 г + (0,28 моль ∙ 44 г/моль = 208,32 г 1 балл

ω%(К₂СO₃) = (0,21 моль ∙ 138 г/моль / 208,32 г) ∙ 100% = 13,91% 1 балл

ω%(КHСО₃) = (0,07 моль ∙ 100 г/моль / 208,32 г) ∙ 100% = 3,36% 1 балл

ω%(H₂O) = 100% - (13,91% + 3,36%) = 82,73% 1 балл

Баллов

При правильном решении любым способом – 11 баллов

7. Аммиак, выделившийся при взаимодействии 102,9 мл 12%-го раствора сульфата аммония (ρ = 1,069 г/мл) с 20,52 г гидроксида бария, полностью поглотили 95,10 г

10%-го раствора хлорида хрома (III). Какова массовая доля хлорида аммония в полученном растворе? (9 баллов)

0,1 моль 0,1 моль 0,2 моль

(NH₄)₂SO₄ + Вa(OH)₂ = 2NH₃↑ + ВaSO₄↓ + 2H₂O 1 балла

1 моль 1 моль 2 моль

132 г/моль 171 г/моль 17 г/моль

ν((NH₄)₂SO₄) = (102,9 мл ∙ 1,069 г/мл ∙ 0,12) / 132 г/моль = 0,1 моль 1 балл

ν(Вa(OH)₂) = 20,52 / 171 г/моль = 0,12 моль 1 балл

0,1 / 1 < 0,12 /1, гидроксид бария в избытке, расчет производим по сульфату аммония

0,18моль 0,06 моль 0,18 моль 0,06 моль

3NH₃ + 3H₂O + CrCl₃ = 3NH₄Cl + Cr(OH)₃↓ 1 балл

3 моль 1 моль 3 моль 1 моль

158,5 г/моль 53,5 г/моль 103 г/моль

ν(CrCl₃) = (95,1 г ∙ 0,1) / 158,5 г/моль = 0,06 моль 1 балл

0,06/1 < 0,2/3, аммиак в избытке, расчет производим по хлориду хрома (III)

NH₃ + H₂O = NH₃.H₂O (0,02 моль аммиака в избытке) 1 балл

m(раствора после реакции) = m(NH₃) + m(раствора СrCl₃) - m(Cr(OH)₃)

m(раствора) = 0,2 моль ∙ 17 г/моль + 95,1 г - 0,06 моль ∙ 103 г/моль = 92,32 г 2 балла

ω%(NH₄Сl) = (0,18 моль ∙ 53,5 г/моль / 92,32 г) ∙ 100% = 10,43% 1 балл

Баллов

Всего: 75 баллов