Олимпиада по химии 11 класс — муниципальный этап ВсОШ 2023/2024: задания и ответы

ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ. 2023–2024 уч. г. МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП. 11 КЛАСС 1. Газообразное при обычных условиях вещество А ((C) = 25,0 %) массой 1,20 г полностью сожгли в избытке кислорода. Продукты сгорания последовательно пропустили через колонки с оксидом фосфора (V) и гидроксидом натрия. Масса первой колонки увеличилась на 0,90 г, а второй – на 2,70 г. Исследуемое вещество обладает сильным и неприятным запахом и обесцвечивает бром, растворённый в четыреххлористом углероде. Установите формулу вещества А. Определите молярную массу (г/моль, с точностью до целых) продукта его взаимодействия с бромом. Ответ: CH4S или CH3SH. 94 Формула А – 6 баллов, молярная масса – 2 балла. Всего 8 баллов Решение. Проанализируем состав вещества и продуктов сгорания: (H) = 2(H2O) = 2  0,90/18 = 0,1 моль, (C) = 1,20,25 / 12 = 0,025 моль. Расчет сделан по массовой доле углерода в соединении. (CO2) = 0,025 моль, m(CO2) = 0,025  44 = 1,10 г, но масса колонки со щелочью увеличилась на 2,70 г, следовательно, среди продуктов сгорания был еще SO2: (SO2) = (2,70 – 1,10) / 64 = 0,025 моль = (S). m(C) + m(H) + m(S) = 0,02512 + 0,11 + 0,02532 = 1,20 г, что совпадает с массой вещества A. (C) : (H) : (S) = 0,025 : 0,1 : 0,025 = 1 : 4 : 1. Формула вещества – CH4S, или CH3SH, это – метантиол (метилмеркаптан), который обладает сильным и неприятным запахом. При взаимодействии тиолов с относительно мягкими окислителями, такими как кислород воздуха, иод, бромная вода тиолы превращаются в дисульфиды. 2СН3SН +Br2 → CH3S–SCH3 +2HBr М(С2Н6S2) = 94 г/моль

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

2. При прокаливании 93,6 г соединения состава (NH4)2X2O7 при температуре ниже 400 °C образовалось 85,8 г оксида элемента X(VI), а при прокаливании такой же навески (NH4)2X2O7 при 800 °С образовалось 84,2 г другого оксида элемента X. Установите элемент X и неизвестный оксид. В ответе укажите порядковый номер элемента X и формулу оксида, образовавшегося при прокаливании второй навески. Ответ: 92; U3O8 Каждый ответ – по 4 балла Всего – 8 баллов Решение. (NH4)2X2O7  2XO3 ((NH4)2X2O7) = (X2O3) / 2 93,6 / (218 + 2M(X) + 716) = 85,8 / 2 / (M(X) + 316) M(X) = 238 г/моль – уран, порядковый номер 92. При более высокой температуре образуется оксид меньшей массы, т.е. с меньшим содержанием кислорода. Найдем массы элементов в нем: ((NH4)2U2O7) = 93,6 / 624 = 0,15 моль, (U) = 20,15 = 0,3 моль, m(U) = 0,3238 = 71,4 г, m(O) = 84,2 – 71,4 = 12,8 г, (O) = 12,8 / 16 = 0,8 моль. (U) : (O) = 0,3 : 0,8 = 3 : 8, формула оксида – U3O8.

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

3. Некоторое вещество состоит из двух элементов А и В. Массовая доля элемента В в веществе ABy равна 90,3 %. При взаимодействии данного вещества с разбавленной серной кислотой образуется слабая одноосновная кислота HBz, в которой массовая доля водорода составляет 2,33 %. Установите формулы вещества ABy и кислоты HBz. Ответ. Формула ABy – BeN6 Формула HBz – HN3 4 балла – по 2 балла за каждую формулу Решение. На один моль водорода в кислоте HBz приходится 1/2,33  97,67 = 42 г кислотного остатка, что соответствует кислоте HN3. Соль ABy – азид металла. Индекс y в формуле отличается от индекса z в кислоте, следовательно, металл – не одновалентный. Проверим AN6 – азид двухвалентного металла. (N) = 614 / (M(A) + 614) = 0,903, откуда M(A) = 9 г/моль – бериллий. Формула соли – BeN6, или Be(N3)2.

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

4. Соединение А состава С5Н10О2 при кипячении с подкисленным раствором перманганата калия превращается в соединение Б, которое взаимодействует со щелочью в мольном соотношении 1:2. При взаимодействии А с гидроксидом меди(II) при нагревании образуется соединение В и выпадает желтый осадок, который быстро становится красным. В кислой среде А превращается в соединение Г, содержащее шестичленный цикл. Установите структурные формулы соединений А–Г. Укажите их номера в приведенной ниже таблице. 4 1

8 6

9 10 11 12 Ответ: А – 5, Б – 3, В – 7, Г – 11 По 2 балла за правильный ответ Всего 8 баллов Решение. Соединение А содержит альдегидную группу, так как дает качественную реакцию с гидроксидом меди(II). Вторая функциональная группа – ОН присоединена к пятому углероду в альдегиде, так как при окислении А образуется дикарбоновая кислота Б, которая взаимодействует со щелочью в мольном соотношении 1:2. В реакции с гидроксидом меди(II) A превращается в гидроксикислоту В. В кислой среде две функциональные группы – карбонильная и спиртовая вступают во взаимодействие с образованием циклического полуацеталя Г. Соединение А – альдегидоспирт 5-гидроксипетаналь (структура 5), кислота Б – пентандиовая (структура 3), вещество В – 5-гидроксипентановая кислота (структура 7), полуацеталь Г – структура 11.

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

5. Ниже представлена цепочка превращений. Вещества X1 – X8 содержат атомы одного элемента-металла, вещества Y1 и Y2 содержат атомы другого элементаметалла. Для некоторых из зашифрованных веществ указаны массовые доли элементов-металлов. Раствор аммиака в последней реакции в горизонтальном ряду приливают к раствору, содержащему X5 и Y1. Минерал X1 является бинарным веществом, из которого в несколько стадий можно получить широко используемую нелетучую минеральную кислоту. X1 46,7%

HNO3

X2

NH3

H2O

X3

H2SO4

Cu

X4

X5 + Y1

C6H5ONa

KSCN

X7

X8

NH3

H2O

X6 + Y2 62,2%

24,35%

В таблице ниже приведены фотографии веществ или пробирок с растворами этих веществ.

38,5%

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

X1

X2

X3

X4

X5 и Y1

X6 (осадок) и Y2 (в растворе)

X7

X8

Y2

X6

Определите вещества X1 – X8, Y1 и Y2. В ответе укажите их молярные массы (г/моль). При расчетах атомные массы элементов необходимо округлять до целых. Ответ: Вещество

X1

X2

X3

X4

X5

Формула

FeS2

Fe(NO3)3

Fe(OH)3

Fe2(SO4)3

FeSO4

Молярная масса

120

242

107

400

152

Вещества

X6

X7

X8

Y1

Y2

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

Формулы

Fe(OH)2

Fe(C6H5O)3

Fe(SCN)3

CuSO4

[Cu(NH3)4](OH)2

Молярная масса

90

335

230

160

166

По 1 баллу за каждый ответ Всего – 10 баллов Решение. Цвета растворов и внешний вид наводят на мысль о соединениях железа. X1 – пирит FeS2, который раньше использовался в качестве сырья для производства серной кислоты. HNO3 окисляет FeS2 до Fe(NO3)3 (X2), из раствора которого аммиак осаждает гидроксид Fe(OH)3 (X3). Fe(OH)3 растворяется в H2SO4 с образованием Fe2(SO4)3 (X4), который восстанавливается медью до FeSO4(X5), одновременно образуется CuSO4 (Y1). Из полученного раствора аммиак осаждает гидроксид Fe(OH)2 (X6), а сульфат меди переходит в аммиачный комплекс [Cu(NH3)4](OH)2 (Y2), формулы подтверждаются массовыми долями металлов. На железо(+3) в составе X4 в цепочке даны две качественные реакции – с образованием фенолята Fe(OC6H5)3 (X7) и роданида Fe(SCN)3 (X8).

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

6. Ниже приведена цепочка превращений. Вещество X1 – неразветвленный алкин симметричного строения ((C) = 87,3%). X1

KMnO4 H2SO4

X2

LiAlH4 спирт.

X3

H2SO4(конц.) 180°С

Br2

X4

CCl4

KOH

X5

X6

cпирт; t

Место для уравнения. OHHNO3

X9

X8

H2O

X7

Hg2+ ; H+

Учтите следующее: 1) Попарно гомологами являются X1 и X7, а также X2 и X9. 2) В последней реакции образуется только один органический продукт. 3) Вещество X6 взаимодействует с аммиачным раствором оксида серебра(I) с образованием осадка. Вещество X7 с аммиачным раствором оксида серебра(I) не взаимодействует. В ответе приведите молекулярные формулы веществ X1 – X9. Ответ – решение: Вещество

X1

X2

X3 O

Структурная формула

OH

OH

Молекулярная формула

C8H14

C4H8O2

C4H10O

Вещество

X4

X5

X6 Br

Структурная формула Br

Молекулярная формула

C4H8

C4H8Br2

C4H6

Вещество

X7

X8

X9 O

Структурная формула

OH

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

Молекулярная формула

C4H6

C4H8O

По 1 баллу за X1 – X8, 2 балла за X9 Всего – 10 баллов

C2H4O2

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

7. Кислота А ((C) = 31,6%) применяется в косметологии как кератолитик, а также как сырье для получения биоразлагаемых полимеров. Соединение Б в лаборатории можно получить окислением соединения В селенистой кислотой. В промышленности соединение Б получают, окисляя соединение Г кислородом на серебряном катализаторе. Сополимеризацией соединения Г с кислотой Д получают полимер, основная часть которого идет на производство искусственных волокон и упаковки для напитков. Известно, что молекулы веществ А, Б, В, Г содержат одинаковое количество атомов углерода, а вещества А–Д имеют одинаковый качественный состав. Определите вещества А–Д, в ответе укажите молекулярную формулу A и молярные массы веществ Б–Д (г/моль, с точностью до целых). Формула А – Молярная масса Б = г/моль Молярная масса B = г/моль Молярная масса Г = г/моль Молярная масса Д = г/моль Ответ Формула А – C2H4O3 Молярная масса Б = 58 г/моль Молярная масса B = 44 г/моль Молярная масса Г = 62 г/моль Молярная масса Д = 166 г/моль 4 балла за формулу и по 1 баллу за молярные массы Всего – 8 баллов Решение:

10

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

8. Металл Х образует кристаллы с кубической объемноцентрированной элементарной ячейкой, длина ребра которой 2,885 Å (1 Å = 10–10 м).

Плотность идеального кристалла Х составляет 7194 кг/м3. Определите металл Х, укажите его химический символ. Химический символ Х: В конце XIX века Фридрих Вёлер получил соединение металла Х с кислородом. Структура данного оксида приведена ниже (красным отмечены атомы кислорода):

Приведите простейшую формулу оксида: Получить данный оксид можно при реакции более устойчивых оксидов Y и Z, содержащих элемент X, при давлении 200 МПа и температуре 530 °С. Известно, что оксид Y растворяется в воде, а оксид Z – нет. Приведите формулы оксидов Y и Z. Формула оксида Y: Формула оксида Z: Ответы. Химический символ Х: Cr

11

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

Приведите простейшую формулу данного оксида: CrO2 Формула оксида Y: CrO3 Формула оксида Z: Cr2O3 или CrO По 2 балла за ответ Всего 8 баллов Решение. 1) В элементарной ячейке – 2 полных атома X. M(X) = Vm = 7,194 г/см3  6,021023 моль–1 / 2  (2,88510–8 см)3 = 52,0 г/моль – это хром, Cr. 2) В элементарной ячейке – 2 атома Cr (8 атомов в вершинах и 1 атом в центре, 81/8 + 1 = 2) и 4 атома O (2 внутри ячейки и 4 на гранях, 2 + 41/2 = 4). Формула оксида – CrO2. 3) Растворимый в воде оксид хрома – CrO3 (вещество Y), нерастворимый оксид (вещество Z) – CrO или Cr2O3.

12

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

9. Вещество D можно получить из бензола двумя способами. Определите неизвестные вещества А–Н в цепочках превращений. Для каждого вещества введите его молярную массу с точностью до целых.

Молярная масса А = Молярная масса B = Молярная масса C = Молярная масса D = Молярная масса E = Молярная масса F = Молярная масса G = Молярная масса H =

г/моль г/моль г/моль г/моль г/моль г/моль г/моль г/моль

Ответ. Молярная масса А = 98 г/моль Молярная масса B = 100 г/моль Молярная масса C = 132 г/моль Молярная масса D = 174 г/моль Молярная масса E = 84 г/моль Молярная масса F = 163 г/моль Молярная масса G = 82 г/моль Молярная масса H = 146 г/моль Каждый ответ – по 1 баллу. Всего 8 баллов Решение:

13

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

10. Белое кристаллическое вещество А является продуктом крупнотоннажного производства и применяется как инициатор полимеризации, как пестицид, как компонент некоторых взрывчатых смесей и во многих других отраслях. Вещество А окрашивает пламя газовой горелки в фиолетовый цвет и содержит 47,41% кислорода (по массе). При нагревании вещество А разлагается с образованием вещества Б и бесцветного газа В (простое вещество), причем масса твердого остатка на 5,93% меньше массы исходного вещества А. Получить вещество А можно либо электролизом концентрированного раствора соли Г, содержащей примерно такое же количество кислорода, что и А, либо путем взаимодействия соли Г с раствором соли Д. При взаимодействии соли Д со щелочью выделяется бесцветный газ Е с резким запахом, который окрашивает влажную лакмусовую бумажку в синий цвет. При взаимодействии вещества А с избытком оксида серы (VI) образуется вещество Ж состоящие из трех элементов в соотношении 1:2:7. При взаимодействии А с раствором щелочи в присутствии каталитических количеств оксида марганца (IV) образуется соль З, применяемая в качестве удобрения, и газ В. Определите неизвестные вещества, приведите их химические формулы. При вводе формул веществ используйте английскую раскладку клавиатуры. Пример: для ввода нитрата меди (II) следует вводить Cu(NO3)2 Формула вещества А: Формула вещества Б: Формула вещества В: Формула вещества Г: Формула вещества Д: Формула вещества Е: Формула вещества Ж: Формула вещества З: Ответы и критерии оценивания: Формула вещества А: K2S2O8 – 2 балла Формула вещества Б: K2S2O7 – 1 балл Формула вещества В: O2 – 1 балл Формула вещества Г: KHSO4 – 1 балл Формула вещества Д: (NH4)2S2O8 – 1 балл Формула вещества Е: NH3 – 1 балл Формула вещества Ж: K2S4O14 – 2 балла Формула вещества З: K2SO4 – 1 балл Всего – 10 баллов Решение. Сразу определяются газ В – O2 и газ Е – NH3. Из условия следует, что вещество А состоит из трех элементов – K, S, O. Определить состав по массовой доле O 14

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

можно следующим образом. Пусть формула соли – KxSyOz, тогда на долю серы с калием приходится 52,59% массы, а на долю кислорода – 47,41%. Из пропорции: 39x + 32y – 52,59% 16z – 47,41% следует соотношение: 39x + 32y = 17,75z, которое легко решается в целых числах подбором: x = y = 1, z = 4, простейшая формула А – KSO4, истинная – K2S2O8, это – пероксодисульфат калия. При нагревании K2S2O8 отщепляет кислород (2700,0593 = 16, что соответствует одному атому O) и превращается в K2S2O7 (вещество Б). Близкое к K2S2O8 массовое содержание кислорода имеет гидросульфат калия KHSO4 (вещество Г), а соль Д, из которой получают А, – пероксодисульфат аммония (NH4)2S2O8. Простейшая формула вещества Ж – KS2O7, а истинная – K2S4O14, оно образуется из А в результате реакции присоединения: K2S2O8 + 2SO3 = K2S4O14. Соль З, применяемая в качестве калийного удобрения, – сульфат калия K2SO4. Он образуется из А по реакции: K2S2O8 + 2KOH = 2K2SO4 + H2O + 1/2 O2.

15

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

11. Простое вещество Х — благородный металл серебристо-белого цвета. В 1827 г. датский химик-органик Уильям Кристофер Цейзе получил необычное соединение металла Х — комплексную соль D. Анион этой соли имеет плоское строение, лиганды расположены в вершинах квадрата. Плоскость σ-связей в молекуле этилена перпендикулярна плоскости квадрата:

Для одной из своих работ У. Цейзе планировал получить соль С. Для этого он растворил металл Х в горячей царской водке и получил кислоту А. Затем добавил насыщенный раствор щавелевой кислоты, в результате реакции кислота А превратилась в кислоту В. Для полноты осаждения соли С, малорастворимой в этиловом спирте, он вместо водного раствора В использовал раствор этой кислоты в этаноле. Когда к спиртовому раствору кислоты В исследователь прилил водный раствор хлорида калия, то неожиданно вместо осадка красно-коричневого цвета, характерного для С, выпал осадок комплексной соли D, имеющей желтую окраску. 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

+4 +2 +2 +2

47,6 57,5 47,0 50,5

Общее число атомов в формульной единице 9 7 7 14

1) Установите состав веществ Х, А, B и С. В поля для ответов введите химические формулы этих веществ. X

2) Установите количество атомов водорода в одной формульной единице соли D.

16

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

Ответ 1) X

H2[PtCl6] H2[PtCl4] K2[PtCl4] Pt или или или H2PtCl6 H2PtCl4 K2PtCl4 По 2 балла за каждую верную формулу 2) 6 2 балла за верный ответ Всего 10 баллов Решение. 1) Судя по степени окисления X и числе атомов в формульной единице, кислота A имеет формулу H2[XCl6]. (X) = M(X) / (2 + M(X) + 635,5) = 0,476 M(X) = 195 г/моль, X – Pt, кислота A – H2[PtCl6]. Формулы веществ B и C находятся по степени окисления Pt и числу атомов в формульной единице и подтверждаются значениями массовых долей платины. B – H2[PtCl4], C – K2[PtCl4]. 2) Реакция образования D происходит в спиртовом растворе, поэтому можно предположить, что C2H5OH входит в координационную сферу металла аналогично соли Цейзе. По степени окисления Pt и числу атомов в формульной единице, можно записать формулу D – K[PtCl3(C2H5OH)]. Проверим по массовой доле: (Pt) = 195 / (39 + 195 + 335,5 + 46) = 0,505 – все верно. В одной формульной единице соли D содержится 6 атомов H.

17

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

12. В лаборатории простое газообразное вещество А можно получить электролизом при 70-100°С в приборе, изображенном на рисунке.

Прибор для получения газа А: 1 — стальной корпус, является катодом; 2 — никелевый анод; 3 — уровень электролита; 4 — нагревательные элементы. Электролит готовят следующим образом. Среднюю калиевую соль D насыщают сухим веществом С. Сначала соль D превращается в кислую соль. Затем, когда мольное отношение D : C становится равным 1 : 3, смесь становится жидкой, что позволяет её использовать в качестве электролита. По мере его убывания в прибор пропускают вещество С. В процессе электролиза помимо газа А также выделяется газ В. Через прибор пропускали электрический ток силой 10 А в течение 10 часов. В результате получили 49,7 г газа А, что составляет 70% от теоретически возможного выхода по току. Установите состав веществ А – D. В поля для ответов введите химические формулы этих веществ. Постоянная Фарадея F = 96500 Кл/моль. A

Ответ A

F2 H2 HF KF

18

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2023–2024 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс

По 2 балла за каждую верную формулу Итого 8 баллов Решение. Формулу газа A найдем по закону Фарадея: (e) = It / F = 10103600 / 96500 = 3,73 моль, из них 70%, или 2,61 моль участвовало в образовании A. На 1 моль электронов приходится 49,7 / 2,61 = 19 г вещества A, что соответствует 1/2 моль F2: 2F– – 2e  F2. Остальные вещества очевидны: средняя калиевая соль D – KF, сухое вещество C – кислота HF, при электролизе которой выделяется газ B – H2. № баллы

1 8

2 8

3 4

4 8

5 10

6 10

Всего – 100 баллов

19

7 8

8 8

9 8

10 10

11 10

12 8