Олимпиада по химии 11 класс — муниципальный этап ВсОШ 2024/2025: задания и ответы

ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ХИМИЯ. 2024–2025 уч. г. МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП. 11 КЛАСС ОТВЕТЫ И КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ Максимальный балл за работу – 100. Задача 1 (1–3) Неорганическое вещество А изоэлектронно бензолу. По физическим свойствам А и бензол похожи. При очень сильном нагревании А отщепляет водород и превращается в бинарное соединение В, которое изоэлектронно кристаллическому углероду и по твёрдости приближается к алмазу. Вещество A получают при нагревании смеси двух газообразных водородных соединений – газа C и NH3, взятых в соотношении 1:2. 3C + 6NH3  2A + … Установите формулы веществ A–C. Ответ:

B3N3H6 или H6B3N3 или N3B3H6

2 балла

2. Вещество B

BN или NB

2 балла

3. Вещество C

B2H6 или H6B2

2 балла

1.

Вещество A

Итого – 6 баллов. Задача 2 (4–6) Химический анализ бесцветного кристаллического соединения А показал наличие атомов трёх химических элементов: С, Н и О, массовые доли которых равны 34,6%, 3,9% и 61,5%. При нагревании вещества А выше 140°С образуется жидкое при комнатной температуре вещество и газ В, массовая доля кислорода в котором составляет 72,7%. Если же вещество А нагреть в присутствии оксида фосфора(V), то образуется газообразное вещество С с резким удушливым запахом. Газ С при хранении или при сжижении полимеризуется. Известно, что С – бинарное соединение, массовая доля кислорода в котором 47,1%. Установите молекулярные формулы веществ А–С. Ответ:

4. Вещество A

C3H4O4 или H4C3O4

2 балла

5. Вещество B

CO2

2 балла

6. Вещество C

C3O2 или O2C3

2 балла

Итого – 6 баллов.

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024‒2025 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс. Ответы и критерии

Решение. Пусть m(CxHyOz) = 100 г. Тогда x : y : z = (34,6/12) : (3,9/1) : (61,5/16) = 3 : 4 : 4. Простейшая формула А ‒ С3Н4О4. Расчёт формулы газа В. Наиболее вероятно, что вторым элементом в газе В является углерод, так как этот газ образуется при нагревании соединения состава С3Н4О4. Если молекула газа В содержит один атом кислорода, то его молярная масса равна 16/0,727 = 22 г/моль. Оксида углерода с такой молярной массой не существует. Если молекула газа В содержит два атома кислорода, то его молярная масса равна 32/0,727 = 44 г/моль. Этой молярной массе соответствует углекислый газ. Расчёт формулы газа С. Оксид фосфора (V) используется как активное дегидратирующее средство. Следовательно, соединение А под действием этого соединения теряет воду и превращается в бинарное соединение СnОm, в котором массовая доля кислорода составляет 47,1 %. Если молекула газа С содержит один атом кислорода, то его молярная масса равна 16 / 0,471 = 34 г/моль. Соединения углерода и кислорода с такой молярной массой не существует. Если молекула газа С содержит два атома кислорода, то его молярная масса равна 32 / 0,471 = 68 г/моль. Этой молярной массе соответствует субоксид углерода (диоксид триуглерода) ‒ С3О2.(О=С=С=С=О). Этот оксид образуется при нагревании малоновой кислоты в присутствии оксида фосфора (V): HOOCCH2COOH → О=С=С=С=О +2H2O При нагревании малоновой кислоты при температуре выше температуры плавления происходит реакция декарбоксилирования, в результате которой образуется жидкое вещество – уксусная кислота и углекислый газ. HOOCCH2COOH → СН3СООН + СО2 Задача 3 (7) При взаимодействии неразветвленного кетона с реактивом Гриньяра CH3MgBr и последующем гидролизе образовался спирт, дегидратацией которого был получен алкен. При озонировании этого алкена образуются ацетальдегид и бутанон. Определите структуру исходного кетона. В ответ запишите его систематическое название. Пример записи – деканон-5 Ответ:

7.

пентанон-3

6 баллов

Итого – 6 баллов.

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024‒2025 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс. Ответы и критерии

Решение. Продуктами озонирования алкена, который образуется при дегидратации спирта, являются ацетальдегид и бутанон. На основании анализа продуктов озонолиза можно определить строение алкена, который образуется при дегидратации полученного спирта. Этим алкеном является 3-метилпентен-2: О3

СН3СН=С(СН3)СН2СН3 → СН3СНО + СН3С(О)СН2СН3. Этот алкен может образоваться при дегидратации вторичного спирта СН3СН(OH)СH(СН3)СН2СН3 или третичного спирта CH3CH2C(OH)(CH3)CH2CH3. Но из кетонов по реакции Гриньяра получают третичные спирты. Искомый кетон содержал 6 – 1 = 5 атомов углерода и кислород при третьем атоме углерода, это – пентанон-3: CH3CH2C(O)CH2CH3. Задача 4 (8-11) Соединения элемента Х мало изучаются в школьном курсе химии. Однако, кислота A (17,5 % X по массе) и соль B, содержащие этот элемент, продаются в аптеках и используются в быту. На основе схем и уравнений превращений, приведённых ниже, установите формулы X и его соединений A – C. X + 3HNO3  A + … 4A + 2NaOH  B + 7H2O 𝑡°

C → 2X + 3H2 Ответ:

8.

Формула X

2 балла

9.

Вещество A

H3BO3 или B(OH)3

2 балла

10. Вещество B

Na2B4O7

2 балла

11. Вещество C

B2H6

2 балла

Итого – 8 баллов. Задача 5 (12-13) Оранжевый раствор вещества А окрашивает пламя горелки в фиолетовый цвет. К раствору А добавили избыток 20 %-й соляной кислоты. Изменение цвета при этом не наблюдалось. К полученному раствору добавили избыток цинковой пыли. Началась бурная реакция с выделением газа, в ходе реакции цвет раствора изменился сначала на зелёный, а затем на ярко-голубой. Полученный голубой раствор отфильтровали от избытка цинковой пыли и добавили к фильтрату насыщенный раствор ацетата натрия. При этом выпал малиновый осадок вещества Б. Вещество Б диамагнитно (не имеет 3

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024‒2025 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс. Ответы и критерии

неспаренных электронов), имеет молекулярное строение и содержит 42,55 % кислорода (по массе). При расчётах используйте целочисленные значения молярных масс. Какой газ начинает выделяться при добавлении цинковой пыли? Введите молярную массу этого газа с точностью до целых. Ответ:

12.

1 балл

2 г/моль

Какой металл входит в состав соединений А и Б? Введите его порядковый номер в периодической системе. Ответ:

12.

2 балла

24

Чему равна молярная масса соединения А? Приведите ответ с точностью до целых. Ответ:

12.

294 г/моль

1 балл

Чему равна молярная масса соединения Б? Приведите ответ с точностью до целых. Ответ:

13.

376 г/моль

4 балла

за ответ 188 г/моль

2 балла

Итого – 8 баллов. Решение. Изменение окраски веществ в ходе описанных реакций указывает на соединения хрома. Исходное вещество А – дихромат калия K2Cr2O7. При добавлении цинковой пыли к подкисленному раствору начинает выделять водород Н2. Атомарный водород восстанавливает хром сначала до CrCl3 (зелёная окраска), а затем до CrCl2 (голубая окраска). При добавлении ацетата натрия выпадает гидрат ацетата хрома (II) (количество кристаллизационной воды можно вычислить по массовой доле кислорода). Данное соединение имеет димерное строение и содержит связь Cr–Cr: Cr2(CH3COO)4·2H2O. Задача 6 (14) Углеводород А содержит 83,33 % углерода (по массе). При бромировании А бромом на свету образуется единственное монобромпроизводное Б. Соединение Б растворили в безводном диэтиловом эфире и добавили магниевую стружку. После растворения магния полученный раствор охладили и добавили к раствору сухой лёд. После завершения реакции реакционную смесь вылили в стакан с избытком 10 % соляной кислоты. После экстракции 4

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024‒2025 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс. Ответы и критерии

смеси диэтиловым эфиром и упаривания экстракта было выделено соединение В. Нагревание соединения В с оксидом кальция приводит к образованию нерастворимого в воде органического соединения Г. Нагревание Г с гидразином и гидроксидом калия даёт углеводород Д. Определите неизвестные вещества А–Д. Для веществ А–Г в ответе укажите молярные массы (г/моль, с точностью до целых), а для вещества Д – число первичных, вторичных, третичных и четвертичных атомов углерода. Ответ: 14.

Молярная масса А

72 г/моль

1 балл

Молярная масса Б

151 г/моль

1 балл

Молярная масса В

116 г/моль

2 балла

Молярная масса Г

170 г/моль

2 балла

Количество первичных атомов углерода в молекуле Д

1 балл

Количество вторичных атомов углерода в молекуле Д

1 балл

Количество третичных атомов углерода в молекуле Д

1 балл

Количество четвертичных атомов углерода в молекуле Д

1 балл

Итого – 10 баллов. Решение. Исходя из массовой доли углерода в А, находим, что его формула С5H12. Поскольку при его бромировании образуется единственное монобромпроизводное, соединение А – это 2,2-диметилпропан. Тогда соединение Б – это 1-бром-2,2-диметилпропан. Взаимодействие с магнием даёт реактив Гриньяра, который при взаимодействии с углекислым газом и последующем подкислении даёт 3,3-диметилбутановую кислоту В. Нагревание кислоты В с оксидом кальция даёт 2,2,6,6-тетраметилгептанон-4 Г. Восстановление кетона Г гидразином в щелочной среде даёт 2,2,6,6тетраметилгептан Д. А

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024‒2025 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс. Ответы и критерии

Задача 7 (15–18) Необычное бинарное соединение X образовано элементами одного периода периодической системы элементов. Данное соединение впервые было получено в 1943 году. Вещество Х обладает следующей структурой:

При взаимодействии 2,00 г соединения X с избытком воды образуется 67,88 мл водорода (при н.у.), осадок простого вещества Y и вещество Z, из-за которого полученный раствор имеет сильнощелочную среду. Вещество Y известно человечеству с древности и не растворяется в азотной и соляной кислотах, но растворяется в их смеси. Вещество Z окрашивает пламя горелки в характерный цвет, за что элемент, входящий в состав Z, и получил своё название. Определите неизвестные вещества X, Y и Z. Запишите их формулы. Рассчитайте массу осадка Y (в граммах, с точностью до сотых). При расчётах используйте целочисленные значения молярных масс. Ответ:

15. Вещество X

CsAu или AuCs

3 балла

16. Вещество Y

Au

2 балла

17. Вещество Z

CsOH

2 балла

18. Масса осадка Y

1,19 г [1,18 до 1,20]

2 балла

Итого – 9 баллов. Решение. Структура соединения X показывает, что элементы в составе X находятся в соотношении 1 : 1. Известное с древности простое вещество, нерастворимое в соляной и азотной кислотах, но растворимое в царской водке – это золото Au Y. Если из 1 моля X будет получаться 1 моль водорода, тогда молярная масса X составит 165 г/моль, что меньше молярной массы золота. Если из 1 моль X образуется 0,5 моль водорода, тогда молярная масса X составит 330 г/моль. Тогда второй элемент имеет молярную массу 133 г/моль, что соответствует цезию Cs. Цезий, как и золото, находится в шестом периоде. Своё название элемент цезий получил за способность своих соединений окрашивать пламя в небесно-голубой цвет (от лат. caesius – небесно-голубой). Таким образом, 6

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024‒2025 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс. Ответы и критерии

соединение X – это аурид цезия CsAu. Тогда соединение Z – это гидроксид цезия CsOH. (H2) = 67,88 / 22,4 = 3,03 ммоль (Cs) = 2  3,03 = 6,06 ммоль m(Cs) = 6,0610–3 133 = 0,806  0,81 г m(Au) = 2,00 – 0,81 = 1,19 г. Задача 8 (19) Установите соответствие между восстановителями и продуктами, которые образуются при действии этих восстановителей на соединение А.

Восстановитель: А) LiAlH4 Б) NaBH4 В) H2 (1 атм), Pd/C Г) N2H4, KOH, t Д) H2 (50 атм), Ni, t Ответ:

2 балла

2 балла

2 балла

2 балла

2 балла

Итого – 10 баллов.

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024‒2025 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс. Ответы и критерии

Задача 9 (20) Ниже схематично приведены процессы, в которых участвуют металл М и его соединения М1–М4. Вещество HA – одноосновная кислота, в реакциях металлов с ней часто образуются различные газообразные продукты. Вещества X1–X3 являются газами, плотность X1 при н.у. равна 0,0893 г/л, плотность X3 при тех же условиях равна 3,17 г/л. При разложении соединения M1 образуется только два окрашенных оксида, один из которых является катализатором разложения пероксида водорода. HA(15%)

M1

- X1

KOH(р-р)

M2

HA(конц.) - X2

HCl(разб.)

M1

t - X2

M3

HCl(конц.) - X3

M4

1) Определите молярные массы (г/моль) веществ HA, X1–X3, M, M1–M4. Атомные массы элементов необходимо брать с точностью до целых, кроме хлора, его атомную массу примите равной 35,5. Ответ:

20. Вещество HA

63 г/моль

1 балл

Вещество X1

2 г/моль

1 балл

Вещество X2

46 г/моль

1 балл

Вещество X3

71 г/моль

1 балл

Вещество M

55 г/моль

1 балл

Вещество M1

179 г/моль

1 балл

Вещество M2

89 г/моль

1 балл

Вещество M3

126 г/моль

1 балл

Вещество M4

87 г/моль

1 балл

2) Укажите сумму минимальных целочисленных коэффициентов в реакции металла М с концентрированной кислотой HA. Других газообразных продуктов кроме X2 в этой реакции не образуется. Ответ:

20.

1 балл

10

3) Укажите сумму минимальных целочисленных коэффициентов в реакции между X1 и X2. Известно, что в этой реакции образуется простое вещество. Ответ:

1 балл

20. 11

Итого – 11 баллов. 8

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024‒2025 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс. Ответы и критерии

Решение. 1) Вещества, их формулы и молярные массы: Вещество HA X1 X2 X3 M M1 M2 M3 M4 Формула HNO3 H2 NO2 Cl2 Mn Mn(NO3)2 Mn(OH)2 MnCl2 MnO2 Молярная масса, 63 2 46 71 55 179 89 126 87 г/моль 2) Реакция между концентрированной кислотой HA и металлом М: Mn + 4HNO3 → Mn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Сумма коэффициентов в этой реакции равна 10. 3)Реакция между X1 и X2 происходит с образованием N2: 2NO2 + 4H2 → N2 + 4H2O Сумма коэффициентов в этой реакции равна 11. Задача 10 (21–23) Токсичное вещество X можно получить несколькими способами: NaClO t; p

NH3

X H2O2

NaClO

(NH2)2CO

NaOH; t

ацетон

При окислении вещества X сернокислым раствором перманганата калия выделяется газ Y с плотностью по водороду 14. Соотношение между перманганатом калия и X в реакции составляет 4:5. Определите вещества X и Y. В ответе укажите их формулы. При окислении кислородом 1 моль вещества X выделяется 623 кДж теплоты. Теплоты образования некоторых веществ, упомянутых в задаче, приведены ниже в таблице. Вещество Qобр, кДж/моль Ответ:

X ?

Y 0

H2O(ж.) 286

NH3(г.) 46

21. Вещество X

N2H4

2 балла

21. Вещество Y

N2

2 балла

Рассчитайте теплоту образования вещества X и теплоту гипотетической реакции между X и водородом (коэффициенты должны быть минимальными и целочисленными). Дайте ответ в кДж/моль и кДж соответственно, с точностью до целых. 9

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024‒2025 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс. Ответы и критерии

Ответ: 23. Теплота образования X

–51 кДж/моль

Теплота реакции (X + H2) 143 кДж

2 балла 2 балла

Итого – 8 баллов. Решение. 1) Вещество Y – N2, т.к. его молярная масса равна 28 г/моль и энтальпия образования равна 0 кДж/моль, что исключает угарный газ и этилен, молярные массы которых также равны 28 г/моль. 2) Если коэффициент перед перманганатом равен 4, а перед веществом X равен 5, то это означает, что одна молекула X при окислении отдает 4 электрона. Также известно, что в реакции с перманганатом калия образуется азот, все это указывает на то, что X – гидразин N2H4. 3)Реакция окисления гидразина кислородом: N2H4 + O2 → N2 + 2H2O С учётом того, что теплоты образования простых веществ равны нулю, можно посчитать теплоту образования гидразина: 623 = 2Qобр(H2O) – Qобр(N2H4), Qобр(N2H4) = 2286 – 623 = –51 (кДж/моль). Теперь можно найти тепловой эффект реакции между гидразином и водородом: N2H4 + H2 → 2NH3 Q. = 246 – (–51) = 143 (кДж). Задача 11 (24–27) Собрали прибор, как показано на рисунке, и проверили его на герметичность.

Колба Вюрца (на рис. показана цифрой 1) служила реактором, её объем составлял 500 мл. С помощью делительной воронки в эту колбу-реактор 10

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024‒2025 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс. Ответы и критерии

поочерёдно добавляли следующие растворы: 30 мл 0,5 М нитрита натрия, 50 мл 1 М иодида калия и 50 мл 2 М серной кислоты. Из реакционной смеси выделялся газ Х. Его последовательно пропускали через колонку (2), заполненную фосфорным ангидридом, банку (3), заполненную раствором гидроксида натрия. Затем газ Х собирали над водой в цилиндр (4). Какой газ X получали в данном приборе? Приведите его формулу. Ответ:

24. Газ X

NO

2 балла

Какое теоретически возможное количество вещества Х образовалось в колбереакторе (1)? Ответ выразите в миллимолях и округлите до целых. Ответ:

25. Количество вещества Х

15

2 балла

Масса банки (3) с раствором щелочи после опыта немного увеличилась. Рассчитайте, на сколько миллиграммов теоретически могла увеличиться масса этой банки, если принять, что опыт проводили при нормальных условиях. Объёмами исходного воздуха в колонке (2), банке (3) и соединительных трубках пренебречь. Также следует пренебречь растворимостью Х. Ответ округлите до целых. Ответ:

26. Масса увеличиться на

432 [410 до 450]

4 балла

Газ X, который собирали в цилиндре (4), в качестве основной примеси содержал значительное количество газа Y. Какой это газ? Введите значение его молярной массы (в г/моль), предварительно округлив до целого числа. Ответ:

27. Молярная масса Х

28

2 балла

Итого 10 баллов. Решение. А. Получали оксид азота (II) NO: 2NaNO2 + 2KI + 2H2SO4 = Na2SO4 + K2SO4 + 2NO↑ + I2 + 2H2O Б. Количества веществ в реакционной смеси: 30 мл  0,5 моль/л  0,015 моль = 15 ммоль 1000 мл/л 50 мл  1 моль/л nKI   0,05 моль = 50 ммоль 1000 мл/л 50 мл  2 моль/л nH2SO4   0,1 моль = 100 ммоль 1000 мл/л

nNaNO2 

Видно, что иодид калия и серная кислота взяты в избытке, поэтому образуется 15 ммоль NO. В. Изначально колба (1) была заполнена воздухом, объём колбы 500 мл, при н.у. nO2 

0,50 л  0, 21  4,69 10 3 моль = 4,69 ммоль 22,4 л/моль 11

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024‒2025 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс. Ответы и критерии

Кислород окисляет оксид азота (II): 2NO + O2 = 2NO2 Образуется 9,38 ммоль диоксида азота NO2, который поглощают щелочью в банке (3): 2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O За счёт поглощения диоксида азота масса банки (3) с раствором щелочи увеличивается: mNO2  9,38 103 моль  46 г/моль  431,5 103 г = 431,5 мг

Другие газы (HI, H2S, SO2) в колбе-реакторе (1) не образуются, серная кислота весьма разбавленная. Пары воды, которые могли привести к увеличению массы банки (3), были поглощены фосфорным ангидридом в колонке (2). Г. Основная примесь в получаемом оксиде азота (II) – азот из воздуха, который исходно содержался в колбе-реакторе (1), около 17 ммоль. Азот N2, 28 г/моль. Задача 12 (28) Дана схема превращений

А – простое вещество белого цвета. При комнатной температуре мягкое как воск, режется ножом. Медленно окисляется на воздухе, при слабом нагревании воспламеняется. В состав соединений Х1–Х7 входят атомы одного и того же элемента. Определите вещества А, Х1–Х7, в поля для ответов введите значения их молярных масс (в г/моль), предварительно округлив до целых чисел. Ответ:

28. Вещество A

124 г/моль

1 балл

Вещество X1

34 г/моль

1 балл

Вещество X2

98 г/моль

1 балл

Вещество X3

164 г/моль

1 балл

Вещество X4

419 г/моль

1 балл

Вещество X5

267 г/моль

1 балл

12

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024‒2025 уч. г. Муниципальный этап. 11 класс. Ответы и критерии

Вещество X6

66 г/моль

1 балл

Вещество X7

82 г/моль

1 балл

Итого – 8 баллов. Решение. Простое вещество А, белого цвета, мягкое, режется ножом, – это белый фосфор P4 (124 г/моль). X1 – фосфин PH3 (34 г/моль); Х5 – гипофосфит бария Ba(H2PO2)2 (267 г/моль) 2P4 + 3Ba(OH)2 + 6H2O = 2PH3↑ + 3Ba(H2PO2)2 X2 – ортофосфорная кислота H3PO4 (98 г/моль) PH3 + 2O2 = H3PO4 X3 – ортофосфат натрия Na3PO4 (164 г/моль) H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3H2O X4 – осадок жёлтого цвета, фосфат серебра Ag3PO4 (419 г/моль) Na3PO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4↓ + 3NaNO3 X6 – фосфорноватистая кислота H3PO2 (66 г/моль) Ba(H2PO2)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2H3PO2 X7 – фосфористая кислота H3PO3 (82 г/моль) H3PO2 + NiSO4 + H2O = Ni↓ + H3PO3 + H2SO4 4H3PO3 = PH3↑ + 3H3PO4

№ задачи

10

11

12

Баллы

10

10

11

10

Максимальный балл за работу – 100.

13