Олимпиада по химии 10 класс — муниципальный этап ВсОШ 2023/2024: задания и ответы

ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ. 2023–2024 уч. г. МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП. 10 КЛАСС 1. Добавление какого газа, не изменит плотность смеси гелия и аргона, содержащей 85,0% по массе последнего? В ответ запишите формулу газа. Ответ. NH3 4 балла Решение. Возьмем 100 г смеси. (He + Ar) = 15/4 + 85/40 = 5,88 моль. Молярная масса смеси: Mср = m /  = 100 / 5,88 = 17 г/моль. Такую молярную массу имеет аммиак. Его добавление к смеси в любом количестве не изменит ни молярную массу смеси, ни плотность.

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

2. После прокаливания 10,08 г соединения состава (NH4)2X2O7 образовалось 6,08 г оксида элемента X(III). Установите элемент X, в ответе укажите его порядковый номер. Составьте уравнение реакции термического разложения соли состава (NH4)2XO4, приведите сумму всех коэффициентов, считая их наименьшими возможными натуральными числами. Порядковый номер X – Сумма коэффициентов – Ответ: Порядковый номер X – 24 2 балла Сумма коэффициентов – 11 2 балла Всего – 4 балла Решение. (NH4)2X2O7  X2O3 ((NH4)2X2O7) = (X2O3) 10,08 / (218 + 2M(X) + 716) = 6,08 / (2M(X) + 316) M(X) = 52 г/моль – хром, порядковый номер 24. Уравнение разложения хромата аммония отличается от разложения дихромата тем, что не весь азот окисляется: 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O Сумма минимальных целочисленных коэффициентов равна 11.

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

3. Установите формулу соли, в которой содержатся калий (16,2 %), хлор (44,3%) и неизвестный металл. Кислота, соответствующая этой соли, образуется при взаимодействии высшего оксида неизвестного металла, с концентрированной соляной кислотой. Составьте уравнение этой реакции и укажите в ответе сумму всех коэффициентов (считая их минимально возможными натуральными числами). Ответ: K2OsCl6; 18 Формула – 6 баллов, сумма коэффициентов – 2 балла Всего – 8 баллов Решение. Пусть X – неизвестный металл, тогда (X) = 100 – 16,2 – 44,3 = 39,5%. (K) : (Cl) = (16,2/39) : (44,3/35,5) = 1 : 3. Обозначим формулу соли KnXCl3n, тогда (K) : (X) = (16,2/39) : (39,5/M(X)) = n : 1, откуда M(X) = 95n. При n = 2 получаем M(X) = 190 г/моль – осмий Os. Формула соли – K2OsCl6, или K2[OsCl6]. Высший оксид осмия – OsO4, сильный окислитель. Уравнение его реакции с соляной кислотой: OsO4 + 10HCl = H2[OsCl6] + 2Cl2 + 4H2O Сумма минимальных целочисленных коэффициентов равна 18.

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

4. Смесь хлорида фосфора (III) и хлорида фосфора (V) общей массой 34,6 г, содержащей 82,1% атомов хлора по массе, растворили в 100 г воды. К образовавшемуся раствору добавили 500 г 18,2%-го раствора гидроксида калия. Рассчитайте массовую долю хлорида калия в конечном растворе. Ответ выразите в процентах и округлите до десятых. Ответ. 9,4 8 баллов за правильный ответ Решение. Найдем состав исходной смеси хлоридов фосфора. (PCl3) = x моль, (PCl5) = y моль, m(смеси) = 137,5x + 208,5y = 34,6 г (Cl) = 35,5  (3x + 5y) / 34,6 = 0,821 x = y = 0,1. (Cl) = 3x + 5y = 0,8 моль. Смесь растворили в воде и добавили раствор щелочи. Нам нет необходимости писать все реакции (их 4) и проводить по ним расчет, достаточно убедиться, что KOH в избытке: (KOH) = 5000,182 / 56 = 1,625 > (Cl). В конечном растворе (KCl) = (Cl) = 0,8 моль. m(KCl) = 0,874,5 = 59,6 г. m(р-ра) = m(смеси) + m(H2O) + m(р-ра KOH) = 34,6 + 100 + 500 = 634,6 г, (KCl) = 59,6 / 634,6 = 0,094 = 9,4%. Принимались также значения 9,3 и 9,5.

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

5. Рассчитайте массу (в г) органического продукта, полученного при окислении циклогексадиена-1,3 массой 12,0 г избытком раствора перманганата калия, подкисленного серной кислотой, при нагревании. Выход реакции считайте равным 100%. В ответ запишите число, округлив его до десятых. Чему равна сумма коэффициентов в этой реакции (коэффициенты представляют собой минимально возможные натуральные числа)? Масса органического продукта _____ г Сумма коэффициентов ____ Ответ. Масса органического продукта 17,7 г Сумма коэффициентов 124 По 4 балла за правильный ответ Всего – 8 баллов Решение. Ответ на первый вопрос можно получить по схеме без коэффициентов:

(C4H6O4) = (C6H8) = 12,0 / 80 = 0,15 моль, m(C4H6O4) = 0,15118 = 17,7 г. Уравнение реакции: 5C6H8 + 18KMnO4 + 27H2SO4 = 5C4H6O4 + 10CO2 + 9K2SO4 + 18MnSO4 + 32H2O (Кислородный баланс: C6H8 + 9[O] = C4H6O4 + 2CO2 + H2O) Сумма минимальных целочисленных коэффициентов равна 124.

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

6. При нагревании одноатомного предельного спирта массой 26,4 г с концентрированной серной кислотой образуется смесь простого эфира и трех изомерных алкенов. Суммарная масса всех алкенов составила 7,0 г. Известно, что при сгорании 10,0 г исходного спирта выделяется 363,6 кДж теплоты, а теплота сгорания спирта равна 3200 кДж/моль. Определите структуру исходного спирта. В ответе укажите его систематическое название (например, октанол-4). Рассчитайте массу образовавшегося простого эфира. Ответ приведите в граммах, с точностью до десятых. Название спирта – Масса простого эфира (г) – Ответ: Название спирта – пентанол-2 (Пентанол-2, 2-пентанол, пентан-2-ол) Масса простого эфира (г) – 15,8 4 балла за название, 2 балла за массу Всего – 6 баллов Решение. (CnH2n+2O) = 10/(14n+18) = 363,6 / 3200, n = 5. Формула спирта – С5Н11ОН. Из восьми изомерных спиртов с молекулярной формулой С5Н11ОН только пентанол-2 может образовать смесь трех изомерных алкенов: пентен-1, циспентен-2 и транс-пентен-2. Уравнения реакций дегидратации при нагревании с серной кислотой. С5Н11ОH → С5Н10 + Н2О (внутримолекулярная дегидратация) 2С5Н11ОH → (С5H11)2О + Н2О (межмолекулярная дегидратация) (С5Н11ОH) = 26,4 / 88 = 0,3 моль. (С5Н10) = 7 / 70 = 0,1 моль. 0,1 моль спирта превратился в алкены, а 0,3 – 0,1 = 0,2 моль – в простой эфир. ((С5H11)2О) = 0,2 / 2 = 0,1 моль, m((С5H11)2О) = 0,1  158 = 15,8 г.

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

7. Для установления структуры углеводорода А через его раствор в тетрахлорметане пропустили озон. При восстановительном гидролизе озонида в присутствии цинка в уксусной кислоте была получена смесь соединений: пентанон-2, пропанон и диальдегид Б. Если соединение Б последовательно подвергнуть окислению, нейтрализовать щелочью, а продукт нейтрализации подвергнуть электролизу, то образуется этилен. Идентифицируйте соединения А и Б. В ответе приведите систематическое название исходного углеводорода (например, 2-метилбутадиен-1,3) и молярную массу (г/моль, с точностью до целых) соединения Б. Название А – Молярная масса Б (г/моль) – Ответ: Название А – 2,7-диметилдекадиен-2,6 (2,7-диметилдека-2,6-диен, 2,6диметилнонадиен-2,5). Молярная масса Б (г/моль) – 86 По 4 балла за каждый ответ Всего – 8 баллов Решение. Поскольку при озонолизе образуется три соединения, исходный углеводород относится к диенам. Соединение Б является диальдегидом, а пропанон и пентанон-2 занимают два терминальных положения. Диальдегид при окислении образует двухосновную кислоту, которая легко нейтрализуется щелочью. Этилен может образоваться при электролизе соли янтарной кислоты: NaOOC(CH2CH2)COONa + 2H2O → CH2=CH2 + 2CO2 + 2NaOH + H2 На основании анализа продуктов озонолиза можно составить формулу исходного углеводорода:

Схема окисления:

Соединение Б – бутандиаль, C4H6O2, M = 86 г/моль.

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

8. В реакциях хлорирования алканов при некоторой температуре относительные скорости замещения атомов водорода при третичных, вторичных и первичных атомах углерода относятся примерно, как 5:4:1. На основании этих данных можно рассчитать состав смеси продуктов хлорирования алкана. Рассмотрим хлорирование пропана. Тип атома Н Число Относительная Относительное % атомов скорость содержание продукта замещения атомов водорода Нперв 6 1 6×1=6 43 Нвтор 2 4 2×4=8 57 Нтрет 0 5 0 0 Общее кол-во = 14 На основании представленной информации заполните пропуски в представленной ниже таблице для 2,3-диметилбутана. Содержание каждого продукта выразите в % и округлите до целого числа. Тип Н

Число Относительная атомов активность

Нперв Нвтор Нтрет Ответ: Тип Н Нперв

Число Относительная атомов активность 12 1

Нвтор Нтрет

0 2

4 5

Относительное содержание

% продукта

Относительное содержание 12

% продукта 55 или 54 0 45 или 46

0 10

По 2 балла за ответ Всего – 12 баллов Решение. 2,3-Диметилбутан

содержит 12 первичных атомов в четырех группах CH3 и 2 вторичных в CH. 8

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

Доли хлорзамещенных продуктов: перв = 12 / (12 + 10) = 0,545  55% трет = 100% – 55% = 45%.

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

9. Вещество А состоит из двух элементов и представляет собой твёрдые белые кристаллы, устойчивые при температуре ниже –78 °С. Если его нагреть при атмосферном давлении, то вещество возгоняется, минуя жидкое состояние. Полученный газ пропускали некоторое время через 2 кг 0,855%-го раствора гидроксида бария (примите, что потерь газа не было). При пропускании газа образуется осадок Б, нерастворимый в воде, но растворимый в сильных кислотах. График зависимости массы осадка от времени пропускания газа приведен ниже. Процесс проводили при условиях, когда молярный объём газа равен 24 л/моль. При расчётах используйте молярные массы элементов с точностью до целых.

1) Установите состав вещества А. В ответе укажите его формулу. 2) Рассчитайте максимальную массу m1 осадка Б. Ответ дайте в граммах с точностью до десятых. 3) Рассчитайте массу m2 осадка в момент времени tII. Ответ выразите в граммах с точностью до сотых. 4) Рассчитайте скорости пропускания газа А (rI – rIV) через раствор, выраженные в литрах за секунду, за каждый временной интервал, соответствующий участкам графика I – IV. Ответ выразите в л/c с точностью до сотых. Участок I _____ Участок II _____ Участок III _____ Участок IV _____ 5) Рассчитайте массовую долю соли в конечном растворе. Ответ выразите в процентах с точностью до десятых.

10

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

Ответы: 1) CO2 2) 19,7 3) 11,82 4) 0,04; 0,04; 0; 0,08 5) 1,3 Вопросы 1-3 и 5 – по 2 балла, вопрос 4 – по 1 балла за каждый правильный ответ. Всего – 12 баллов Решение. 1) Несложно догадаться по описанию, что вещество А – углекислый газ. Легко возгоняться при нагревании могут углекислый газ и иод, но сказано, что газ – бинарное соединение. К тому же, углекислый газ взаимодействует с гидроксидом бария с образованием нерастворимого в воде карбоната бария (вещество Б), но растворимого в сильных кислотах: Ba(OH)2 + CO2 → BaCO3 + H2O BaCO3 + 2HCl → BaCl2 + H2O + CO2 Молярная масса углекислого газа (вещество А) равна 44 г/моль. При дальнейшем пропускании углекислого газа масса осадка уменьшается, потому что образуется растворимый гидрокарбонат бария: BaCO3 + H2O + CO2 → Ba(HCO3)2 2) Рассчитаем массу и количество вещества гидроксида бария в исходном растворе: m(Ba(OH)2) = mр-ра(Ba(OH)2) ∙ ω(Ba(OH)2) = 2000 г ∙ 0,00855 = 17,1 г (Ba(OH)2) = m(Ba(OH)2) / M(Ba(OH)2) = 17,1 г : 171 г/моль = 0,10 моль/ Максимальное количество карбоната бария равно исходному количеству вещества гидроксида бария, значит, максимальная масса осадка карбоната бария равна: m1 = (BaCO3) ∙ M(BaCO3) = 0,1 моль ∙ 197 г/моль = 19,7 г. 3) Сравнивая углы наклона графика на участках I и II можно сделать вывод, что скорость пропускания газа через раствор на них одинаковая. Количество углекислого газа, которое пропустили за первые 60 секунд, равняется исходному количеству вещества гидроксида бария: I(CO2) = (Ba(OH)2) = 0,1 моль. На втором участке количество пропущенного газа меньше во столько же раз по сравнению с первым участком, во сколько длительность первого интервала времени (60 с) больше длительности второго (84 – 60 = 24 с): II(CO2) = I(CO2) ∙ (24 c : 60 с) = 0,1 моль ∙ 0,4 = 0,04 моль. Значит, растворилось 0,04 моль карбоната бария, т.е. осталось 0,06 моль карбоната бария. Зная это, можно посчитать массу осадка в момент времени tII: m2 = nостав(BaCO3) ∙ M(BaCO3) = 0,06 моль ∙ 197 г/моль = 11,82 г 11

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

4) Определим, пользуясь масштабом, все указанные значения времени в секундах: tI tII tIII tIV 60 с 84 с 124 с 142 с Также можно определить количества вещества углекислого газа, который пропускали через раствор за каждый промежуток времени: I(CO2) II(CO2) III(CO2) IV(CO2) 0,10 моль 0,04 моль 0 моль 0,06 моль На участке III масса осадка не менялась, это значит, что по каким-то причинам углекислый газ не поступал в раствор. Теперь можем посчитать, сколько литров углекислого газа пропускали за каждый промежуток времени, учитывая, что молярный объём при условиях проведения эксперимента равен 24 л/моль: VI(CO2) VII(CO2) VIII(CO2) VIV(CO2) 2,40 л 0,96 л 0л 1,44 л Наконец, можно вычислить скорости пропускания углекислого газа за каждый промежуток времени: rI rII rIII rIV 2,40 л : 60 с = 0,96 л : 24 с = 1,44 л : 18 с = 0 л/с 0,04 л/с 0,04 л/с 0,08 л/с 5) В итоговом растворе содержатся только гидрокарбонат бария и вода. Даже, если пропускать углекислый газ дальше, то в растворе его не будет, т.к. он обладает очень низкой растворимостью. Количество гидрокарбоната бария равно 0,1 моль, его масса: m(Ba(HCO3)2) = 0,1 моль ∙ 259 г/моль = 25,9 г Масса итогового раствора больше исходной массы раствора гидроксида бария на массу поглощенного углекислого газа, количеством вещества 0,2 моль: mитог.р-ра = 2000 г + 0,2 моль ∙ 44 г/моль = 2008,8 г Массовая доля гидрокарбоната бария в итоговом растворе: ω(Ba(HCO3)2) = 25,9 г : 2008,8 г ∙ 100% ≈ 1,3%

12

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

10. Дана схема превращений: X1

эл.ток раствор

Br2, h

X2

избыток

X3

NaOH(тв.) t

X4

[Cu(NH3)2]Cl избыток

X5

Про вещества X1–X5 известно следующее: 1) X1 образуется при нейтрализации раствором гидроксида натрия органических продуктов окисления гексена-3 сернокислым раствором перманганата калия. 2) Массовая доля брома в X3 составляет 85,6%, в молекуле отсутствуют асимметрические атомы углерода. 3) Вещество X4 сгорает в кислороде, при этом развивается очень высокая температура, что потенциально могло бы находить практическое применение для высокотемпературной обработки металлов. Массовая доля углерода в X4 равна 96,0%. 4) Вещество X5 представляет собой взрывоопасную соль. В ответе укажите численные значения молярных масс (г/моль) веществ X1 – X5. Атомные массы следует округлять до целых (Ar(Cu) = 64). Укажите сумму коэффициентов в уравнении реакции X4 с избытком кислорода (коэффициенты должны быть минимальными и целочисленными). Ответы: Вещество

X1

X2

X3

X4

X5

Молярная масса

96

58

374

50

176

Сумма коэффициентов в реакции сгорания X4: 21 По 2 балла за каждый правильный ответ Всего – 12 баллов Решение: Вещество

X1

X3 Br

Структурная формула Молярная масса (г/моль)

X2

ONa

Br

96

58

13

Br Br

374

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

Вещество Структурные формулы Молярная масса (г/моль)

X4

X5

Cu 50

Cu 176

Реакция сгорания бутадиина-1,3: 2С4H2 + 9O2 → 8CO2 + 2H2O Сумма коэффициентов равна 21. 11. Простое вещество, образованное элементом Х, и некоторые его соединения обладают удивительным свойством притягиваться к магнитам. Если высокодисперсные частички таких веществ распределить в жидкой дисперсионной среде, то получится магнитная жидкость. Для проведения эксперимента взяли 166,8 г кристаллогидрата соли А и 162,3 г кристаллогидрата соли В. По отдельности растворили их в воде, а затем довели объем каждого раствора до 1000 мл. Получили растворы с равными молярными концентрациями солей. Реакционную смесь, полученную при сливании 500 мл раствора соли А и 1000 мл раствора соли В тонкой струйкой при интенсивном перемешивании влили в колбу с избытком аммиачной воды. В результате реакции образовался осадок оксида элемента Х, состоящий из высокодисперсных частиц с ферримагнитными свойствами. Теоретически масса осадка должна составить 69,6 г. В надосадочной жидкости содержались ионы: NH4+, SO42– и Cl–. Установите формулы кристаллогидратов А и В. В поля для ответов введите формулы соответствующих безводных солей и количество молекул воды в формульной единице каждого кристаллогидрата. Формула безводной соли, соответствующей A – Число молекул воды в формульной единице A – Формула безводной соли, соответствующей B – Число молекул воды в формульной единице B – Ответ Формула безводной соли, соответствующей A – FeSO4 Число молекул воды в формульной единице A – 7 Формула безводной соли, соответствующей B – FeCl3 Число молекул воды в формульной единице B – 6 По 2 балла за каждый правильный ответ Всего 8 баллов Решение.

14

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

Оксид металла образовался при взаимодействии сульфата и хлорида металла с водным раствором аммиака. Магнитные свойства наводят, в первую очередь, на мысль о железе. Для получения оксида использовали не одну, а две соли, что подразумевает две степени окисления, т.е. оксид – смешанный, это Fe3O4. Ионное уравнение реакции его образования: Fe2+ + 2Fe3+ + 8NH3 + 4H2O = Fe3O4 + 8NH4+. (Fe3O4) = 69,6 / 232 = 0,3 моль, (Fe2+) = 0,3 моль, (Fe3+) = 0,6 моль. Соли B по объему раствора и по молям взяли в 2 раза больше, чем соли A, поэтому A – соль Fe2+, B – соль Fe3+. Начнем с соли A. Для получения магнитной жидкости взяли половину от исходной массы A, поэтому (A) = 166,80,5 / 0,3 = 278 г/моль, что соответствует FeSO47H2O. Соль B – кристаллогидрат хлорида железа(III). (B) = 162,3 / 0,6 = 270,5 г/моль, B – FeCl36H2O.

15

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

12. Простое вещество Х — редкий платиновый металл серебристо-белого цвета. Открыт в «остатках Уральской платиновой руды», назван в честь России. Для очистки Х используют следующий метод. При сплавлении порошка металла Х с пероксидом натрия получают соль А, хорошо растворимую в воде. Через раствор А оранжево-красного цвета пропускают хлор, при этом образуется соль В, раствор принимает зеленую окраску. В избытке реагента соль В превращается в летучий оранжевый оксид С. Пары соединения С поглощают крепким раствором хлороводорода, добавляют насыщенный раствор хлорида аммония, при этом выпадает кристаллический осадок тёмнокрасного цвета соли D. Соль D отфильтровывают, тщательно промывают, высушивают и при сильном нагревании восстанавливают водородом до чистого металла Х. Некоторые сведения о составе веществ А – D приведены в табл. ниже. Сведения о составе веществ A, B, C и D Обозначение вещества

Степень окисления атомов металла Х

Массовая доля металла Х, %

A B C D

+6 +7 +8 +4

47,9 53,7 61,2 28,9

Общее число атомов в одной формульной единице 7 6 5 17

Установите состав веществ Х, А, B, С и D. В поля для ответов введите химические формулы этих веществ, например, (NH4)2SO4. X

Ответ X

(NH4)2[RuCl6] Ru Na2RuO4 NaRuO4 RuO4 или (NH4)2RuCl6 По 2 балла за каждую верную формулу Итого 10 баллов Решение.

16

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 10 класс

Из таблицы следует, что формула соли A – Na2XO4. (X) = M(X) / (223 + M(X) + 416) = 0,479, M(X) = 101 г/моль, металл X – Ru, вещество A – Na2RuO4. Формулы веществ B – D следуют из описания химических свойств и подтверждаются данными таблицы: 2Na2RuO4 + Cl2 = 2NaRuO4 + NaCl. Вещество B – NaRuO4. 2NaRuO4 + Cl2 = 2RuO4 + 2NaCl. Вещество C – RuO4. В солянокислой среде образуется комплексный хлорид рутения(+4): RuO4 + 8HCl + 2NH4Cl = (NH4)2[RuCl6] + 2Cl2 + 4H2O Вещество D – (NH4)2[RuCl6]

№ баллы

1 4

2 4

3 8

4 8

5 8

6 6

Всего – 100 баллов

17

7 8

8 12

9 12

10 12

11 8

12 10