Олимпиада по химии 9 класс — пригласительный этап ВсОШ 2024/2025: задания и ответы

ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ХИМИЯ. 2024 г. ПРИГЛАСИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП. 9 КЛАСС ОТВЕТЫ И КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ Максимальное количество баллов – 55 Задания № 1–2. Д. И. Менделеев на основе сформулированного им периодического закона предсказал существование некоторых ещё не открытых к тому времени химических элементов. Установите соответствия между названиями таких элементов, данными Менделеевым, и их современными названиями. Ответ: Экаалюминий Экасилиций Тримарганец Экамарганец Двителлур Экатантал

Галлий Германий Рутений Технеций Полоний Протактиний

За каждую верную пару – 1 балл. Максимальный балл за задание – 6 Решение. Упоминание того факта, что Д. И. Менделеев предсказал существование галлия и германия, есть в школьной программе. Эти элементы по электронной конфигурации аналогичны алюминию и кремнию соответственно. «Силиций» – русифицированный вариант латинского слова «силициум». Используя ту же логику, понимаем, что экамарганец должен располагаться в периодической системе под марганцем. Это технеций. Тримарганец – следующий при движении вниз по группе аналог марганца с более чем утроенной атомной массой, рений. Двителлур – астат, а экатантал – протактиний.

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задание № 2. Помимо предсказания новых, для некоторых уже известных элементов Менделеев скорректировал определённые ранее атомные веса, указав, что эти элементы на самом деле находятся в другой группе периодической системы и имеют другую валентность. Так, двухвалентный элемент, для которого атомный вес предполагался равным 75, оказался на самом деле трёхвалентным. Что это за элемент? Ответ: o Кадмий  Индий o Мышьяк o Ванадий o Алюминий o Самарий o Актиний Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Атомные массы элементов в XIX веке определяли на основе массовых соотношений, в которых они соединяются с другими элементами, например, кислородом. Это позволяет найти отношение атомной массы к валентности – так называемый эквивалент элемента, а вот сама атомная масса могла быть ошибочной, если были сделаны неверные предположения о валентности. Считая, что эквивалент 75 ÷ 2 = 37.5 был определён приблизительно верно, найдём атомную массу трёхвалентного элемента: 37.5 · 3 = 112.5 а.е.м. Это ближе всего к кадмию, но он двухвалентен, а ближайший трёхвалентный элемент – индий. Максимальный балл за задания №1-2 – 5

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задания № 3–4. Бинарное соединение X имеет молярную массу 110 г/моль и состоит из трёх ионов с одинаковой электронной конфигурацией. Запишите формулу X. Ответ: K2S Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Идентичная электронная конфигурация ионов говорит о том, что их молярные массы сходны, поэтому приблизительная молярная масса каждого из ионов близка к 110 ÷ 3 = 37 г/моль. Такую молярную массу имеют анионы третьей группы (S2-, Cl-) и катионы четвёртой группы (K+, Ca2+, Sc3+). Если иона в составе три, то состав вещества либо A2B, либо AB2 (А – катион, B – анион), что соответствует либо K2S, либо CaCl2. Из этих веществ молярная масса 110 г/моль соответствует K2S. Задание № 4. Запишите формулу другого бинарного соединения, состоящего из трёх ионов с той же самой электронной конфигурацией. Ответ: CaCl2 Точное совпадение ответа – 2 балла Максимальный балл за задания №3-4 – 4

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задания № 5–7. Томторское месторождение редкоземельных металлов, находящееся на севере Якутии, является одним из самых богатых в мире, но из-за своей удалённости только начинает осваиваться.

Установлено, что образец руды содержит 0.016 % Er, 0.37 % Tb, 0.008 % Y и 0.008 % Yb по массе. Заполните пропуски целыми числами. Это означает, что в образце руды на 1 атом иттербия приходится ... атомов иттрия, ... атомов тербия и ... атомов эрбия. Это означает, что в образце руды на 1 атом иттербия приходится … атомов иттрия Ответ: 2 Точное совпадение ответа – 1 балл Это означает, что в образце руды на 1 атом иттербия приходится … атомов тербия Ответ: 50 Точное совпадение ответа – 1 балл Это означает, что в образце руды на 1 атом иттербия приходится … атомов эрбия Ответ: 2 Точное совпадение ответа – 1 балл Максимальный балл за задание – 3

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Решение. Рассмотрим произвольную массу руды, например, 100000 г. Тогда такой образец будет содержать x =

100000·0.016% 100%

= 16 г Er. Проведя аналогичный расчёт,

получим, что массы Tb, Y и Yb составляют 370, 8 и 8 г соответственно. Используя атомные массы элементов (Mr(Er) = 167 г/моль, Mr (Tb) = 159 г/моль, Mr (Y) = 89 г/моль и Mr (Yb) = 173 г/моль), рассчитаем количества вещества элементов и их соотношения: n(Yb) = 8 г ÷ 173 г/моль = 0.0462 моль n(Y) = 8 г ÷ 89 г/моль = 0.0900 моль n(Tb) = 370 г ÷ 159 г/моль = 2.327 моль n(Er) = 16 г ÷ 167 г/моль = 0.0958 моль Их соотношение равно n(Yb) : n(Y) : n(Tb) : n(Er) = 1 : 2 : 50 : 2 Задание № 6. Сколько килограммов руды нужно переработать, чтобы получить по 1 кг всех четырёх вышеперечисленных редкоземельных элементов? Ответ округлите до целых. Ответ: 12500 Точное совпадение ответа – 1 балл Решение. Для ответа на второй вопрос необходимо рассмотреть элементы, содержание которых в руде наименьшее по массе – это Y и Yb. Чтобы получить по 1 кг каждого из этих элементов, необходимо переработать 1 ÷ 0.00008 = 12500 кг. Массы Er и Tb, добытых из той же массы руды, значительно превысят 1 кг. Задание № 7. Как называется семейство элементов, к которой относится большинство редкоземельных элементов? Ответ: лантаноиды Точное совпадение ответа – 1 балл Максимальный балл за задание №5-7 – 5

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задания № 8-9. Если в летучем водородном соединении X все атомы протия заместить дейтерием, то массовая доля водорода в полученном соединении Y станет выше в 1.6 раза. Запишите формулу водородного соединения X. Ответ: CH4 Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Обозначим формулу летучего водородного соединения как XHn, где X – неизвестный элемент. Молярная масса такого соединения равна M(MXn) = M(X) + n, а массовая доля водорода в этом веществе составляет: n ω(H) = M(X) + n Аналогичное соединение с дейтерием будет иметь формулу XDn и молярную массу M(X) +2n, а массовая доля дейтерия в веществе составит: 2n ω(H) = M(X) + 2n Поделив эти выражения друг на друга, получим: ω(D) 2n(M(X) + n) = = 1.6 ω(H) n(M(X) + 2n) Выразив из данного уравнения M(X) через n, получим M(X) = 3n, что при n = 4 даёт 12 – молярную массу углерода. Это соответствует валентности данного элемента. Тогда искомое вещество – CH4. Задание № 9. Вещество Y может быть получено при реакции между жидким при комнатной температуре бинарным соединением Z и бинарным соединением металла с углеродом. Запишите формулу Z. Ответ: D2O Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Соединения металлов с углеродом – карбиды – подвергаются гидролизу. Это самый простой способ получить соответствующее водородное соединение. Чтобы получить CD4, вместо воды следует использовать D2O – тяжёлую воду. Максимальный балл за задания №8-9 – 4 6

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задания № 10–11. Работая в Казанском университете, Карл Клаус открыл новый химический элемент, названный им рутением в честь латинского названия России (Ruthenia).

В процессе отделения рутения от других благородных металлов Клаус осадил его виде соли, содержащей, помимо рутения, 20.2 % калия, 45.9 % хлора, 4.1 % кислорода и 3.6 % ещё одного элемента по массе. Запишите символ этого элемента. Ответ: N Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Запишем формулу соли как RuaKbClcOdXe, где a−e – индексы, X – неизвестный элемент. Отношение индексов может быть связано с молярными массами элементов и их массовыми долями следующим образом: ω(Ru) ω(K) ω(Cl) ω(O) ω(X) a: b: c: d: e = : : : : M(Ru) M(K) M(Cl) M(O) M(X) ω(Ru) составляет 100 – 20.2 – 45.9 – 4.1 – 3.6 = 26.2 % Расчёт индексов по приведённому выше уравнению даёт a : b : c : d = 1 : 2 : 5 : 1, то есть формула вещества имеет вид RuK2Cl5OXe. Если e равно 1, то M(X) из уравнения выше даёт 14, что соответствует азоту.

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задание № 11. Сколько всего атомов всех элементов содержится в 1 формульной единице этой соли? Ответ: 10 Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Тогда формула вещества K2RuCl5NO. Символ элемента – N. Формульная единица соли содержит 10 атомов. Максимальный балл за задания №10-11 – 4 Задания № 12–13. В ходе работы с рутением Карл Клаус неоднократно ощущал резкий запах, который помог ему понять, что он имеет дело с неизвестным элементом. Выберите формулу летучего вещества, являющегося сильным окислителем и источником этого запаха: Ответ:  RuO4 o O3 o Ru o K2RuCl6 o NaRuO4 o NO2 Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Неизвестное летучее вещество должно содержать новый элемент – рутений. Ионные соединения обладают крайне низкой летучестью, как и металлический рутений. Верный ответ – RuO4.

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задание № 13. Помимо запаха, открыть рутений помог необычный вкус его соединений. Для Клауса, как и для многих других известных химиков того времени, язык был самым чувствительным аналитическим инструментом. Можно ли пробовать вещества на вкус в химической лаборатории?

Ответ: o Можно o Можно, если они имеют нейтральную реакцию раствора o Можно, если это соединения благородных металлов  Нельзя ни в коем случае Точное совпадение ответа – 1 балл Решение. Любое вещество, находящееся в химической лаборатории, может оказаться опасным само по себе или содержать примеси опасных веществ, поэтому пробовать вещества на вкус в лаборатории нельзя ни в коем случае. Максимальный балл за задания №12-13 – 3

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задания № 14–15. Выберите вещества, 1 г которых можно употребить внутрь без нежелательных последствий для организма: Ответ:  H2O o H2O2  NaCl o BaCl2  BaSO4  CaCO3 o BaCO3 o RuCl4 За каждый верный ответ – 1 балл. За каждую ошибку снимается – 1 балл Максимальный балл за задание – 4 Решение. Из приведённого списка человек ежедневно употребляет в количествах, превышающих 1 г, хлорид натрия и воду. Карбонат кальция в небольших количествах также не представляет вреда для организма. Соли бария ядовиты, однако малорастворимый сульфат бария в больших количествах принимают внутрь при перед рентгенографией кишечника в качестве контрастного агента. Остальные вещества в списке ядовиты. Карбонат бария тоже малорастворим в воде, но образован слабой кислотой, поэтому будет растворяться в кислой среде в желудке, а ядовитые ионы бария будут переходить в раствор.

10

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задание № 15. Суточная норма иода для человека составляет 0.15 мг. В аптеках иод продаётся в форме раствора в водно-спиртовой смеси с плотностью 0.926 г/мл, содержащего 5 % иода и 2 % иодида калия по массе, разлитого во флаконы ёмкостью 25 мл. Какое минимальное число таких флаконов потребуется, чтобы обеспечить суточную норму иода для человека от его рождения до выхода на пенсию в 65 лет? Прочими источниками иода в расчётах пренебречь. Ответ: 3 Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. За 65 лет человеку потребуется 0.15·10-3 · 65 · 365 = 3.56 г иода. Масса содержимого одного флакона равна 0.926 · 25 = 23.15 г; масса иода во флаконе равна 0.05 · 23.15 = 1.16 г, масса иодида – 0.02 · 23.15 = 0.46 г, а масса иода в иодиде – 0.46 · 0.765 = 0.35 г, где 0.765 – массовая доля иода в KI. Всего 1 флакон содержит 1.16 + 0.35 = 1.51 г иода, а 3.56 г соответствует 2.36 флакона. Значит, потребуется минимум 3 флакона. Максимальный балл за задания №14-15 – 6

11

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задания № 16–17. 1.5 л некоторого раствора содержат 0.9 моль ионов натрия, 0.6 моль сульфат-ионов, 0.3 моль хлорид-ионов и ионы калия. Чему равна молярная концентрация ионов калия в растворе? Ответ округлите до десятых. Ответ: 0.4 Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Заряд положительных ионов в растворе должен быть скомпенсирован зарядом отрицательных ионов, так как раствор электронейтрален. Отсюда получаем следующее: n(Na+) + n(K+) = n(Cl-) + 2n(SO42-) Коэффициент 2 перед количеством сульфат-иона возникает из-за того, что этот ион двухзарядный. Решение данного уравнения даёт n(K+) = 0.6 моль. Молярная концентрация ионов С = n ÷ V = 0.6 ÷ 1.5 = 0.4 моль/л. Задание № 17. Какая масса твёрдого остатка может быть получена при выпаривании раствора с последующим прокаливанием остатка? Считайте, что при этом кристаллогидраты теряют кристаллизационную воду. Ответ выразите в граммах, округлите до целых. Ответ: засчитывается в диапазоне [112; 113] Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. В остатке после упаривания будут твёрдые соли, не содержащие воды. Их общая масса может быть найдена суммированием масс образующих их ионов: m = 0.9·23 + 0.6·39 + 0.6·96 + 0.3·35.5 = 112 г. Максимальный балл за задания №16-17 – 4

12

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задания № 18–20. В бутылку с водой было помещено твёрдое бинарное соединение, содержащее 62.5 % кальция по массе.

Выделившимся газом наполнили воздушные шары и подвесили их на верёвке. После поджигания шары лопнули, а их содержимое загорелось и взорвалось. Запишите формулу газа, которым были наполнены воздушные шары. Ответ: C2H2 Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Рассчитаем молярную массу неизвестного вещества, предположив, что оно содержит в составе 1 атом кальция: M = 40 ÷ 0.625 = 64 г/моль. За вычетом кальция получаем остаток 24 г/моль, который соответствует двум атомам углерода (магний не подходит, так как не образует летучих соединений). Искомое вещество имеет формулу CaC2. При гидролизе такого вещества образуется соответствующее водородное соединение – C2H2 – ацетилен. CaC2+ 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2

13

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задание № 19. Воздушный шар наполнили газом из бутылки с водой, в которую было помещено твёрдое бинарное соединение, содержащее 95.2 % кальция по массе.

Запишите формулу этого соединения кальция. Ответ: CaH2 Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Рассчитаем молярную массу другого неизвестного вещества, предположив, что оно содержит в составе 1 атом кальция: M = 40 ÷ 0.952 = 42 г/моль. За вычетом кальция получаем остаток 2 г/моль, который может соответствовать только двум атомам водорода. Искомое вещество имеет формулу CaH2. При его гидролизе выделяется водород. CaH2+ 2H2O = 2H2 + Ca(OH)2 Задание № 20. Что произойдёт с содержимым этого шара после попытки его поджечь? Ответ:  Загорится и взорвётся o Не загорится o Потушит пламя Точное совпадение ответа – 1 балл Максимальный балл за задания №18-20 – 5 14

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задания № 21–22. Соль X при нагревании обратимо разлагается с образованием двух газообразных веществ Y и Z, не оставляя твёрдого остатка. Газ Y не окрашивает раствор фенолфталеина. В какой цвет окрашивает раствор фенолфталеина газ Z? Ответ: o красный o оранжевый o жёлтый o зелёный o голубой o синий o фиолетовый  розовый Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Обратимое разложение соли на два газообразных вещества указывает на то, что это соль аммония, которая разлагается на аммиак и летучую кислоту. Кислоты не окрашивают раствор фенолфталеина, а аммиак будет создавать щелочную среду и окрашивать раствор фенолфталеина в розовый цвет. Задание № 22. Плотность газа Y превышает плотность газа Z в 2 раза. Запишите формулу Y. Ответ: H2S Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Плотность газа пропорциональна его молярной массе. Если плотность Y вдвое превышает плотность аммиака (Z), то же справедливо и для молярных масс. Таким образом, необходимо найти летучую кислоту с молярной массой 17 · 2 = 34 г/моль. Это H2S (фосфин PH3 не образует солей с аммиаком). Соль X – NH4HS, которая разлагается по уравнению: NH4HS = NH3 +H2S. Максимальный балл за задания №21-22 – 4

15

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задания № 23–24. Диоксид титана TiO2 широко используется в качестве белого пигмента. В зависимости от способа получения его точный стехиометрический состав может различаться из-за наличия дефектов в кристаллической структуре, что можно описать общей формулой TiO2−x. Определите среднюю степень окисления титана в оксиде при x = 0.16. Ответ округлите до сотых. Ответ: 3.68 Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. При x = 0.16 формула вещества TiO1.84. Соединение электронейтрально, обозначим степень окисления титана за y. Получаем уравнение: y − 2·1.84 = 0, решением которого является y = 3.68. Задание № 24. Дефектный оксид титана TiO2−x можно представить как смесь двух оксидов: Ti2O3⋅TiO2. Определите значение n для дефектного оксида титана с x = 0.16. Ответ округлите до сотых. Ответ: 4.25 Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Объединим индексы в формуле Ti2O3·nTiO2, представив её как Ti(2+n)O(3+2n). Отношение индекса кислорода к индексу титана должно составлять 1.84: 3 + 2n 1.84 = 2+n Решением данного уравнения будет n = 4.25 Максимальный балл за задания №23-24 – 4

16

Всероссийская олимпиада школьников. Химия. 2024 г. Пригласительный этап. 9 класс. Критерии оценивания

Задания № 25–26. Добавление избытка раствора нитрата серебра в стакан с раствором, содержащим 13.2 г смеси хлорида и иодида одновалентного металла, привело к выпадению 20.5 г осадка. Запишите химический символ этого металла. Ответ: K Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Предположим, что в растворе был только хлорид MeCl. Тогда его количество совпадает с количеством полученного из него хлорида серебра, то есть: 13.2 20.5 = M(MeCl) 143.5 Откуда M(MeCl) = 92.4 г/моль, а M(Me) = 57.4 г/моль. Теперь предположим, что в растворе был только иодид MeI. Тогда справедливо: 13.2 20.5 = M(MeI) 235 Откуда M(MeI) = 151.3 г/моль, а M(Me) = 24.3 г/моль. Мы установили граничные значения молярной массы металла. Если в растворе окажется смесь хлорида и иодида, молярная масса металла будет заключена между 24 и 57 г/моль. Среди щелочных металлов в этом диапазоне находится только калий. Задание № 26. Запишите формулу вещества, которое останется на дне стакана после промывания осадка водным раствором аммиака. Ответ: AgI Точное совпадение ответа – 2 балла Решение. Осадок состоит из AgCl и AgI. Второй обладает гораздо меньшей растворимостью, поэтому не может быть растворён в присутствии аммиака. В случае же хлорида серебра происходит растворение в результате реакции: AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl. Максимальный балл за задания №25-26– 4 Максимальный балл за работу – 55. 17