Олимпиада по химии 8 класс — пригласительный этап ВсОШ 2023/2024: задания и ответы

Разбор заданий пригласительного этапа ВсОШ по химии для 8 класса 2022/23 учебный год Максимальное количество баллов — 50 Задание № 1 Условие: Прочитайте историю и отметьте знаком ✅ все химические явления, упомянутые в тексте, а знаком ❌ — физические. Ответ: Путешествуя по волшебной стране, Элли с Тотошкой встретили добрую волшебницу — мастерицу зельеварения. Она как раз готовила компоненты будущего зелья, нагревая ❌ железные опилки на воздухе и в результате получая ✅ бурый порошок оксида железа (III) A. Нужный компонент волшебница приготовила растворением ✅ бурого порошка в азотной кислоте; затем, выпарив ❌раствор, зельевар получила красивые светло‑фиолетовые кристаллы. Наконец, прокалив полученные кристаллы на воздухе при высокой температуре, волшебница получила чёрный порошок смешанного оксида B (в формульной записи бинарного вещества B всего семь атомов, из них три атома железа), который притягивается ❌ к магниту. Хотя изготовление зелья непосредственно из твёрдого чёрного порошка B возможно разве что в волшебной стране, даже Элли способна добиться результата безо всякой магии в своей мини‑лаборатории в Канзасе. Для этого нужно сжечь ✅ железные опилки в токе хлора, в результате чего образуется бурое вещество C (ω (Cl) =

65.54 %), а другие опилки растворить в соляной кислоте для получения светло-зелёного раствора вещества D, а затем раствор NaOH, Элли получила ✅ чёрный осадок и, наконец, добавлением к осадку жирной кислоты она смогла получить жидкое зелье с очень интересными магнитными свойствами — ферромагнитную жидкость. По 0.5 балла за каждый верный ответ Условие: Запишите формулы веществ A-D. Ответ: A

Fe2O3

Fe3O4

FeCl3

FeCl2

По 1 баллу за каждый верный ответ Максимальный балл за задание — 7.5 баллов Решение. Поскольку при нагревании железа на воздухе образуется новое вещество, то его получение[2] — это химическое явление, но само нагревание[1] — это,

безусловно,

физическое

явление.

4Fe

3O2

2Fe2O3.

При растворении[3] порошка оксида железа (III) Fe2O3 — A в азотной кислоте образуется новое вещество, что является химическим процессом: Fe2O3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2O. При выпаривании растворителя концентрация нитрата железа (III) в растворе возрастает, что приводит к его выделению из раствора в виде кристаллогидрата Fe(NO3)3*9H2O, который затем

подвергают

разложению

при

высокой

температуре:

6Fe(NO3)3*9H2O = 2Fe3O4 + 18NO2 + 54H2O + 5O2. Fe3O4 — B. Процессы

выпаривания[4] и притяжения[5] к магниту являются физическими явлениями. При сжигании[6] железа в токе хлора образуется новое соединение — хлорид железа (III) FeCl3 — C, что относится к химическим явлениям: 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3. При растворении железа в соляной кислоте образуется хлорид железа(II): Fe + 2HCl = FeCl2 + H2, FeCl2 — D. При взаимодействии

растворов

FeCl2,

FeCl3

NaOH

получается[7]

гидратированный Fe3O4: FeCl2 + 2FeCl3 + 8NaOH + (x-4)H2O = Fe3O4*xH2O + 8NaCl, что является химическим процессом. Формулы веществ B и C можно установить при помощи расчетов. Поскольку B — это смешанный оксид, на 1 формульную единицу приходится 3 атома железа и 7-3 = 4 атома кислорода. Получим формулу для расчета молярной массы вещества C: M(C) = 35.5n/0.6554 = 54.16n, где n — степень окисления железа в его хлориде C. Поскольку C — это хлорид железа, то M(C) = 56 + 35.5n = 54.16n, отсюда получаем n = 3.

Задание № 2 Общее условие: Даны изображения классических химических колб, часто используемых в лабораторной практике.

Условие: Установите соответствие между колбами и их названиями. Ответ: А

Круглодонные колбы

Плоскодонные колбы

Двугорлая колба

Трёхгорлая колба

Коническая колба

Каплевидная колба

Грушевидная колба

По 0.5 балла за каждую верную пару Точное совпадение ответов — 3.5 балла

Решение. А — круглодонные колбы. Б — плоскодонные колбы. В — двухгорлая колба. Г — трёхгорлая колба. Д — коническая колба. Е — каплевидная колба. Ж — грушевидная колба.

Задание № 3 Условие: Установите соответствие между смесями и способами их разделения. Ответ: Раствор сахара в воде

Сублимация при охлаждении

Раствор хлорида натрия в воде

Перегонка при кипячении

Смесь медных и древесных

Флотация

опилок Смесь песка и воды

Фильтрование

Смесь железной руды и пустой

Магнитная сепарация

породы По 1 баллу за каждую верную пару Точное совпадение ответов — 5 баллов Решение. 1. Сахар нельзя отделить от воды при помощи кипячения, поскольку при нагревании образуется карамель. Для отделения следует использовать мягкие условие — пониженное давление и низкие температуры, то есть сублимацию при охлаждении. 2. Хлорид натрия не разлагается в водной среде при повышенных температурах, поэтому для его отделения от воды можно использовать перегонку при кипячении. 3. Медные и древесные опилки можно разделить при помощи флотации в воде: древесные опилки всплывут на поверхность, а медные осядут на дно. 4. Песок и воду можно разделить при помощи фильтрования.

5. Смесь железной руды и пустой породы разделяют с помощью магнитной сепарации.

Задание № 4 Условие: Дан ряд соединений серы в степенях окисления от до -2 до +6 Na2S, Na2S2, S8, Na2SO3, Na2S2O7, Na2S2O4, Na2S2O6, Na2S2O3, S2O. Выберите средние степени окисления серы для каждого соединения: Ответ: Вещество

Na2S2O3

Na2S2O7

Na2S2O4

Степень окисления

+2

+6

+3

Вещество

S2O

Na2S

S8

Степень окисления

+1

-2

Вещество

Na2S2O6

Na2SO3

Na2S2

Степень окисления

+5

+4

-1

серы

серы

серы За каждый верный ответ — по 0.5 балла Максимальный балл за задание — 4.5 балла Решение. Для каждого из предложенных соединений можно считать, что натрий и кислород имеют постоянные степени окисления +1 и -2 соответственно. Отсюда следует, что степени окисления атомов серы рассчитываются из условия о равенстве суммы степеней окисления нулю.

Задание № 5 Условие: Даны изображения шаростержневых моделей молекул соединений фосфора. Белые шары обозначают атомы водорода, фиолетовые — фосфора, зелёные — хлора, красные — кислорода. Запишите формулы указанных соединений. Ответ:

H3PO3

PCl5

P4O6

За каждый верный ответ — по 1 баллу Максимальный балл за задание — 3 балла Решение. Внимательным пересчетом шаров можно получить формулы веществ: Соединение 1 — H3PO3 Соединение 2 — PCl5 Соединение 3 — P4O6.

Задание № 6.1 Общее условие: В процессе приготовления борща в бульон часто добавляют 2 столовые ложки 9 % по массе уксусной кислоты (плотность раствора 1.01 г/мл). В распоряжении хозяйки оказалась только 70 % по массе уксусная эссенция (плотность 1.07 г/мл). Условие: Какие объёмы уксусной эссенции и воды нужно смешать для получения 100 мл указанного 9 % раствора? Ответ выразите в миллилитрах, округлите до целых. Ответ: Объём уксусной эссенции: 12 Объём воды: 88 По 1 баллу за каждый верный ответ Условие: Рассчитайте массовую долю уксусной кислоты в бульоне, если объём бульона составляет 5 л. Объём одной столовой ложки — 18 мл, плотность бульона принять равной плотности воды. Ответ выразите в процентах, округлите до тысячных. Ответ: 0.065 Точное совпадение ответа — 2 балла Максимальный балл за задание — 4 балла

Решение. Рассчитаем массу уксусной кислоты в 100 мл её 9 % раствора: m(р-ра) = 01 = 101 г, m(УК) = 101*0.09 = 9.09 г. Рассчитаем объём уксусной эссенции, который содержит такую массу уксусной кислоты: m(УК.ЭСС) = 9.09/0.7 = 13 г, V(УК.ЭСС) = 13/1.07 = 12.15 мл. Наконец, масса воды рассчитывается исходя из массы раствора и массы уксусной эссенции: m(H2O) = 101 - 13 = 88 г, V(H2O) = 88 мл. В двух столовых ложках (18*2 = 36 мл) содержится 36*1.01 = 36.36 г раствора уксусной кислоты. Тогда m(УК) = 36.36*0.09 = 3.27 г, её массовая доля в бульоне равна 3.27/5000 = 0.000654 = 0.0654 %.

Задание № 6.2 Общее условие: В процессе приготовления борща в бульон часто добавляют 1 столовую ложку 18 % по массе уксусной кислоты (плотность раствора 1.02 г/мл). В распоряжении хозяйки оказалась только 70 % по массе уксусная эссенция (плотность 1.07 г/мл). Условие: Какие объёмы уксусной эссенции и воды нужно смешать для получения 100 мл указанного 18 % раствора? Ответ выразите в миллилитрах, округлите до целых. Ответ: Объём уксусной эссенции: 24 Объём воды: 76 По 1 баллу за каждый верный ответ Условие: Рассчитайте массовую долю уксусной кислоты в бульоне, если объём бульона составляет 5 л. Объём одной столовой ложки — 18 мл, плотность бульона принять равной плотности воды. Ответ выразите в процентах, округлите до тысячных. Ответ: 0.066 Точное совпадение ответа — 2 балла Максимальный балл за задание — 4 балла Решение по аналогии с заданием № 6.1.

Задание № 7.1 Общее условие: Для синтеза аммиака (NH3) азот и водород смешали в стехиометрическом соотношении, получив 40 моль смеси. Данную смесь пропустили через реактор с катализатором, в результате образовалось 34 моль газовой смеси. Условие: Определите

выход

реакции

получения

аммиака.

Ответ

выразите

в процентах, округлите до целых. Ответ: 30 Точное совпадение ответа — 2 балла Условие: Определите среднюю молярную массу конечной газовой смеси. Ответ выразите в г/моль, округлите до целых. Ответ: 10 Точное совпадение ответа — 1.5 балла Максимальный балл за задание — 3.5 балла Решение. Реакция синтеза аммиака N2 + 3H2 = 2NH3 В 40 моль стехиометрической смеси содержится 10 моль азота и 30 моль водорода. Составим таблицу изменений количеств веществ:

Вещество

N2

H2

NH3

Начальное количество

10

30

Изменение

-x

-3x

+2x

Конечное количество

10-x

30-3x

2x

21

вещества, моль

вещества Конечное количество вещества, моль

Причем в сумме конечные количества веществ дают 34 моль, следовательно можно составить уравнение 40 - 2x=34, откуда x равен 3 моль. Отсюда можно получить выход реакции η = n(N2)изменение/n(N2)начальное*100 % = 30 % Из приведённых в таблице конечных количеств веществ можно рассчитать массу смеси m(смеси) = m(H2) + m(N2) + m(NH3)= 21*2 + 7*28 + 6*17 = 340 г M(смеси)ср = m(смеси)/n(смеси) = 340/34 = 10 г/моль

Задание № 7.2 Общее условие: Для синтеза аммиака (NH3) азот и водород смешали в стехиометрическом соотношении, получив 60.0 моль смеси. Данную смесь пропустили через реактор с катализатором, в результате образовалось 50.1 моль газовой смеси. Условие: Определите

выход

реакции

получения

аммиака.

Ответ

выразите

в процентах, округлите до целых. Ответ: 33 Точное совпадение ответа — 2 балла Условие: Определите среднюю молярную массу конечной газовой смеси. Ответ выразите в г/моль, округлите до десятых. Ответ: 10.2 Точное совпадение ответа — 1.5 балла Максимальный балл за задание — 3.5 балла Решение по аналогии с заданием № 7.1.

Задание № 8 Общее условие: Дана схема превращений соединений углерода A‑E.

Условие: Запишите формулы веществ A‑E. Ответ: A

CO

CO2

NaHCO3

Na2CO3

SrCO3

Примечание. Углерод реагирует с недостатком кислорода с образованием вещества A, которое уже с избытком кислорода даёт вещество B. Данное вещество, вступая в реакцию с недостатком гидроксида натрия, превращается в кислую соль C, которая при нагревании разлагается на вещество B и соль D. Соль D вступает во взаимодействие с хлоридом стронция с образованием

вещества

E,

реагирующего

соляной

В последней описанной реакции также получается вещество B. По 1 баллу за каждый верный ответ Максимальный балл за задание — 5 баллов

кислотой.

Решение. В недостатке кислорода углерод сгорает до оксида углерода (II), потом он доокисляется до оксида углерода (IV). Затем полученный CO2 реагирует с недостатком щелочи с образованием кислой соли гидрокарбоната натрия. Эта соль разлагается на два соединения углерода: вышеупомянутый CO2 и Na2CO3. В реакции с хлоридом стронция карбонат натрия дает осадок карбоната стронция, который может быть растворен в соляной кислоте. 2С +O2 = 2CO 2CO + O2 = 2CO2 CO2 + NaOH = NaHCO3 2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O Na2CO3 + SrCl2 = SrCO3 + 2NaCl SrCO3 + 2HCl = SrCl2 + CO2 + H2O

Задание № 9.1 Условие: Термофильные археи Nanoarchaeum equitans, обнаруженные в 2002 году в гидротермальных выходах у берегов Исландии, являются мельчайшими в мире свободноживущими клеточными организмами. Их

диаметр

составляет около 400 нм, в клетках находится глюкоза в концентрации примерно 0.001 моль/л. Сколько молекул глюкозы находится в одной клетке? Ответ округлите до целых. Объём клетки рассчитывайте по формуле 𝑉 =

4𝜋 3 R , где R — 3

радиус шара, π ≈ 3.14. Ответ: 20163 Точное совпадение ответа — 2 балла Решение. Число моль глюкозы в клетке можно рассчитать по формуле n = CV. Полученное значение можно перевести в количество молекул через число Авогадро N = n*NA Итоговая формула для расчёта N=

4𝜋 3 R *C* NA = 3

=4\3*3.14*(400/2*10-9м)3*0.001 моль/л*1000л/м3*6.02*10231/моль ≈ 20163

Задание № 9.2 Условие: Термофильные археи Nanoarchaeum equitans, обнаруженные в 2002 году в гидротермальных выходах у берегов Исландии, являются мельчайшими в мире свободноживущими клеточными организмами. Их

диаметр

составляет около 400 нм, в клетках находится глюкоза в концентрации примерно 0.003 моль/л. Сколько молекул глюкозы находится в одной клетке? Ответ округлите до целых. Объём клетки рассчитывайте по формуле 𝑉 = радиус шара, π ≈ 3.14. Ответ: 60489 Точное совпадение ответа — 2 балла Решение по аналогии с заданием № 9.1.

4𝜋 3 R , где R — 3

Задание № 10.1 Общее условие: В вашем распоряжении имеется стакан сока объёмом 200 мл с содержанием сахарозы 12 г на 100 мл. При окислении сахарозы протекает уравнение реакции с выделением тепла: C12H22O11(тв) + 12O2 (газ) = 12CO2 (газ) + 11H2O (ж) + 2810 кДж/моль Условие: Какое количество смартфонов можно полностью зарядить при помощи энергии, выделяющейся при окислении данного количества сахарозы? Полная зарядка одного смартфона требует 53.28 кДж энергии. Ответ: 3 Точное совпадение ответа — 2 балла Решение. В 200 мл сока содержится 12*2 = 24 г сахарозы, тогда её количество вещества равно 24/342 = 0.0702 моль. Количество тепла, выделяющееся при окислении

данного

количества

сахарозы,

равно

0.0702*2810 =

Задание № 10.2 Общее условие: В вашем распоряжении имеется стакан сока объёмом 250 мл с содержанием сахарозы 12 г на 100 мл. При окислении сахарозы протекает уравнение реакции с выделением тепла: C12H22O11(тв) + 12O2 (газ) = 12CO2 (газ) + 11H2O (ж) + 2810 кДж/моль Условие: Какое количество смартфонов можно полностью зарядить при помощи энергии, выделяющейся при окислении данного количества сахарозы? Полная зарядка одного смартфона требует 53.28 кДж энергии. Ответ: 4 Точное совпадение ответа — 2 балла Решение по аналогии с заданием № 10.2.

Задание № 11 Общее условие: Дан список твёрдых веществ: NaCl, (NH4)2SO4, CO2, Fe, алмаз, NaBH4. Условие: Отметьте в таблицах характерные для них типы химических связей и кристаллических решёток. Для каждого вещества может быть отмечено более одного верного ответа. Ответ: Типы химических

Вещества NaCl

(NH4)2SO4

CO2

✅✅

Fe

Алмаз

NaBH4

связей Ковалентная полярная

✅✅

Ковалентная ✅✅

неполярная Ионная Металлическая

✅✅

✅ ✅

Типы кристаллических

Вещества NaCl

(NH4)2SO4

CO2

Fe

Алмаз

NaBH4

решёток Молекулярная

Атомная Ионная

✅ ✅

Металлическая

Частичное совпадение ответа: По 0.125 балла за каждую верно отмеченную и каждую верно неотмеченную ячейку таблицы Максимальный балл за задание — 6 баллов Решение. Из классических определений типов химической связи и кристаллических решеток следует: Типы химических

Вещества NaCl

(NH4)2SO4

CO2

Fe

Алмаз

NaBH4

связей Ковалентная полярная

Ковалентная ✅

неполярная Ионная Металлическая

✅ ✅

Типы кристаллических

Вещества NaCl

(NH4)2SO4

CO2

Fe

Алмаз

NaBH4

решёток Молекулярная

Атомная Ионная Металлическая

✅ ✅

✅ ✅

Задание № 12 Условие: Дан список оксидов: CaO, Al2O3, SO3, NO, CuO, CrO3 Распределите оксиды по классам. Ответ: CaO

Основный

Al2O3

Амфотерный

SO3

Кислотный

NO

Несолеобразующий

CuO

Основный

CrO3

Кислотный

По 0.5 балла за каждую верную пару Условие: Запишите формулу продукта взаимодействия вышеуказанных кислотного оксида неметалла и амфотерного оксида. Ответ: Al2(SO4)3 Точное совпадение ответа — 1 балл Максимальный балл за задание — 4 балла Решение. CaO и CuO являются основными оксидами, как и большинство оксидов металлов в степени окисления +2, за исключением амфотерных BeO, SnO, PbO и ZnO. К кислотным оксидам обычно относят оксиды неметаллов, способные реагировать с водой или щёлочами, например, Cl2O, CO (иногда

считает несолеобразующим, хотя реагирует со щёлочью при давлении и нагревании), B2O3, SO2, P2O5, SO3, Cl2O7, XeO4. Заметим, что металлы также могут образовывать кислотные оксиды, например V2O5, CrO3, Mn2O7, Несолеобразующим оксидом является NO, амфотерным — Al2O3, как и многие другие оксиды металлов в степенях окисления +3 и +4.