LVII Обласна олімпіада юних хіміків...

27
LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м. Львів, 11–12 лютого 2017 р.) 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть та урівняйте рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наведений нижче ланцюжок перетворень: Ba → Ba(OH)2 → BaSO4 → BaS → BaCl2 → Ba(NO3)2 → BaO → BaO2 → H2O2 Зазначте умови проведення відповідних стадій, прийнявши до уваги, що кожній стрілці (стадії) відповідає одна реакція. Розв’язок 1) Ba + 2H 2 O = Ba(OH) 2 + H 2 2) Ba(OH) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2 H 2 O 3) BaSO 4 + 4 C C t BaS + 4 CO↑ 4) BaS + 2HCl = BaCl 2 + H 2 S↑ 5) BaCl 2 + 2AgNO 3 = Ba(NO 3 ) 2 + 2 AgCl↓ 6) 2 Ba(NO 3 ) 2 C t 700 2 BaO + 4NO 2 + O 2 7) 2 BaO + O 2 C t 500 2 BaO 2 8) BaO 2 + H 2 SO 4 (розб) = BaSO 4 ↓ + H 2 O 2 Задача 2 (10 балів) При пропусканні через надлишок розчину лугу 20 л (н.у.) газової суміші, яка містить карбон(IV) оксид, азот і кисень, її об’єм зменшився до 15 л. Визначте склад вихідної газової суміші (в об. %), якщо її густина за повітрям становить 1,18. Розв’язок 1) Розрахуємо молярну масу суміші: М(суміші) = 29·1,18 = 34,22 г/моль. 2) При пропусканні газової суміші через розчин лугу реагує тільки СО 2 : 2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O 3) V(СО 2 )= 20 л – 15 л = 5 л; Об’ємна частка: φ(CO 2 )= 5:20 = 0,25 (або 25 %). 4) Нехай об’ємні частки N 2 та O 2 в газовій суміші становлять у та z, відповідно. М(СО 2 ) = 44 г/моль; М(N 2 ) = 28 г/моль; М(O 2 ) = 32 г/моль, тому 440,25 + 28y + 32 z = 34,22; 0,25 + y + z = 1; 5) Розв’язок системи рівнянь дає такі результати: y = 0,195, φ(N 2 ) = 19,5 % z = 0,75 - 0,195 = 0,555, φ(O 2 ) = 55,5 % Задача 3 (12 балів) Розчин речовини А в рідині Б містить тільки Гідроген, Оксиген та Натрій. Розчин речовини В в рідині Б містить тільки Гідроген, Оксиген і Хлор. Під час зливання вихідних розчинів спостерігається суттєве розігрівання реакційної суміші. При додаванні до розчину А розчину речовини Г випадає осад, який містить лише Аргентум і Оксиген.

Transcript of LVII Обласна олімпіада юних хіміків...

Page 1: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 8 клас

Задача 1 (12 балів)

Напишіть та урівняйте рівняння реакцій за допомогою яких можна

здійснити наведений нижче ланцюжок перетворень Ba rarr Ba(OH)2 rarr BaSO4 rarr BaS rarr BaCl2 rarr Ba(NO3)2 rarr BaO rarr BaO2 rarr H2O2

Зазначте умови проведення відповідних стадій прийнявши до уваги що

кожній стрілці (стадії) відповідає одна реакція

Розвrsquoязок 1) Ba + 2H2O = Ba(OH)2 + H2uarr 2) Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4darr + 2 H2O 3) BaSO4 + 4 C

Ct BaS + 4 COuarr 4) BaS + 2HCl = BaCl2 + H2Suarr 5) BaCl2 + 2AgNO3 = Ba(NO3)2 + 2 AgCldarr 6) 2 Ba(NO3)2

Ct 700 2 BaO + 4NO2 + O2 7) 2 BaO + O2

Ct 500 2 BaO2 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2

Задача 2 (10 балів) При пропусканні через надлишок розчину лугу 20 л (ну) газової суміші

яка містить карбон(IV) оксид азот і кисень її обrsquoєм зменшився до 15 л Визначте склад вихідної газової суміші (в об ) якщо її густина за

повітрям становить 118 Розвrsquoязок

1) Розрахуємо молярну масу суміші М(суміші) = 29118 = 3422 гмоль

2) При пропусканні газової суміші через розчин лугу реагує тільки СО2 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

3) V(СО2)= 20 л ndash 15 л = 5 л Обrsquoємна частка φ(CO2)= 520 = 025 (або 25 )

4) Нехай обrsquoємні частки N2 та O2 в газовій суміші становлять у та z відповідно М(СО2) = 44 гмоль М(N2) = 28 гмоль М(O2) = 32 гмоль тому

44025 + 28y + 32 z = 3422 025 + y + z = 1

5) Розвrsquoязок системи рівнянь дає такі результати y = 0195 φ(N2) = 195 z = 075 - 0195 = 0555 φ(O2) = 555

Задача 3 (12 балів)

Розчин речовини А в рідині Б містить тільки Гідроген Оксиген та Натрій

Розчин речовини В в рідині Б містить тільки Гідроген Оксиген і Хлор Під час зливання вихідних розчинів спостерігається суттєве розігрівання реакційної

суміші При додаванні до розчину А розчину речовини Г випадає осад який

містить лише Аргентум і Оксиген

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 8 клас

Що можуть являти собою речовини А Б В і Г Напишіть та урівняйте

рівняння всіх згаданих в умові реакцій зазначте до яких типів вони належать

Розвrsquoязок 1) А = NaOH Б = H2O В = HCl або будь-яка з кисневмісних хлорних кислот (HClO4 HClO HClO2) Г ndash будь-яка розчинна сіль срібла 2) NaOH + HCl = NaCl + H2O 1 3) NaOH + AgNO3 = NaNO3 + AgOНdarr 2 2AgOH = Ag2Odarr + Н2О 3

Або сумарно 2NaOH + 2AgNO3 = 2NaNO3 + Ag2Odarr + Н2О 4) При зливанні двох розчинів виділяється тепло отже реакція 1 є

екзотермічною Водночас реакції 1 та 2 відносяться до реакцій іонного обміну а реакція

3 є реакцією розкладу

Задача 4 (12 балів) Кальцій масою 20 г спалили в надлишку кисню Продукт згоряння по-

містили у воду і пропускали в отриману суспензію сульфур(IV) оксид до при-пинення поглинання газу

Напишіть та урівняйте всі рівняння хімічних реакцій які відбуватимуться

в ході описаних дій експериментатора Як називають згадану суспензію та яка

розчинена речовина міститиметься в кінцевому розчині Розрахуйте її масу а

також обrsquoєм газу (за ну) який виділиться при обробці отриманого розчину

сульфатною кислотою

Розвrsquoязок 1) Хімічні перетворення запропоновані в умові задачі до отримання солі

можуть бути описані наступними реакціями а) горіння кальцію в надлишку кисню з утворенням кальцій оксиду

Ca + 12 O2 = CaO б) взаємодія кальцій оксиду з водою з утворенням суспензії кальцій

гідроксиду (вапняного молока) CaO + H2O = Ca(OH)2darr

в) Утворення солі взаємодія з надлишком оксид (IV) сульфуру Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 + H2O CaSO3 + SO2 + H2O = Ca(HSO3)2 ndash кальцій гідросульфіт

2) Відповідно до хімічних перетворень Ca rarr Ca(OH)2rarr CaSO3rarr Ca(HSO3)2 з 1 моль Ca отримуємо 1 моль Ca(HSO3)2 Оскільки спалили 20 г кальцію або 240 = 005 (моль) то отримали 005

моль кислої солі Ca(HSO3)2 або 202005 = 101 (г) 3) Взаємодія кислої солі Ca(HSO3)2 з сульфатною кислотою відбувається за

реакцією Ca(HSO3)2 + H2SO4 = CaSO4darr + 2 SO2uarr + 2 H2O

Відповідно обrsquoєм газу SO2 (ну) 2240052 = 224 л

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 8 клас

Задача 5 (20 балів)

При взаємодії 698 г суміші карбонату і гідрогенкарбонату одного і того ж

лужного металу з хлоридною кислотою виділяється 308 г карбон (IV) оксиду

Визначте лужний метал і маси солей у вихідній суміші

Розвrsquoязок 1) Загальний вигляд реакцій що відбуваються є такий

MHCO3 + HCl = MCl + CO2uarr + H2O M2CO3 + 2HCl = 2MCl + CO2uarr + H2O Видно що для отримання 1 моль CO2 потрібно більше по масі карбонату

ніж гідрогенкарбонату 2) Кількість CO2 що виділилося становить 308 44 = 07 моль 3) Якщо 698 г представляв би собою чистий гідрогенкарбонат (07 моль

MHCO3) то умовна атомна маса лужного металу склала б (698 07) ‒ 61 = 997 ‒ 61 = 387 гмоль

4) Аналогічно для чистого карбонату отримаємо (997 ‒ 60) 2 = 199 гмоль 5) Отже у нас суміш карбонату і гідрогенкарбонату лужного металу з атомною

масою між 199 і 387 тобто підходить тільки натрій 6) Відповідно до записаних рівнянь хімічних реакцій отримуємо систему з

двох рівнянь з двома невідомими ndash для x моль Na2CO3 (106 гмоль) і y моль

NaHCO3 (84 гмоль) запишеться 106x + 84y = 698 x + y = 07

Розвrsquoязавши систему отримуємо x = 05 моль Na2CO3 y = 02 моль NaHCO3 m(Na2CO3) = 05106 = 53 г m(NaHCO3) = 0284 = 168 г

Задача 6 (14 балів)

На терезах зрівноважили дві хімічні склянки в одній з них міститься

сильний розчин калій гідроксиду а в другій ndash розчин хлоридної кислоти До

вмісту першої ємності додали амоній нітрат масою 8 г Обчисліть масу кальцій

карбонату яку потрібно додати до другого розчину щоб відновилася рівновага

між шальками терезів

Розвrsquoязок 1) При додаванні NH4NO3 до КОН відбуватиметься реакція яка супровод-жується виділенням газоподібного аміаку 2) Для розрахунку скористаємось рівняннями відповідних реакцій

8 г х NH4NO3 + КОН rarr КNO3 + NH4ОН NH4ОН rarr H2O + NH3uarr 80 гмоль 17 гмоль

З пропорції знаходимо х = m(NH3) = 17 г 3) Сумарна зміна маси складатиметься з маси доданого нітрату амонію мінус

маса утвореного аміаку Отже у першому стакані маса збільшилась на 8ndash17=63 г

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 8 клас

Щоб встановлена рівновага не порушилася маса у другому стакані теж

повинна збільшитись на 63 г 4) У другому стакані відбуватиметься реакція

СaCO3 + HCl rarr СaCl2 + H2O+ CO2uarr 100 гмоль 44 гмоль

Як випливає з рівняння реакції у другому стакані на 100 г доданого СaCO3 виділяється 44 г вуглекислого газу і маса зростає на (100-44) = 56 г 5) Складаємо пропорцію

На 100 г доданого СaCO3 маса зростає на 56 г На х г доданого СaCO3 маса зростає на 63 г

Звідси х = m(СaCO3) = 1125 г

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 1 (9 балів)

Продукти повного згоряння 1 дм3 (ну) газоподібної суміші двох алканів

пропустили через насичений розчин кальцій гідроксиду В результаті цього

одержали 57 г осаду Визначте природу вуглеводнів та їхній вміст у (за

обrsquoємом) у вихідній суміші якщо відомо що різниця їхніх молекулярних мас

становить 14 Да Запишіть та урівняйте реакції горіння вуглеводнів

Розвrsquoязок 1) Продуктами згоряння алканів є вода та вуглекислий газ

CnH2n+2 + O2 CO2 + H2O 2) Внаслідок пропускання цих продуктів через розчин Ca(OH)2 утворюється

осад кальцій карбонату

CO2 + Ca(OH)2 CaСO3darr + H2O кількість якого дорівнює сумарній кількості карбону у вихідній суміші алканів

n(C) = n(CaСO3) = m(CaСO3) M(CaСO3) = 57 100 = 0057 моль 3) За обrsquoємом газової суміші можна розрахувати середньозважену кількість

атомів карбону у молекулах алканів nC = n(C) n(сум) = (n(C)∙224) V(сум) = (0057∙224) 1 = 1277

4) Оскільки молекулярні маси алканів відрізняються на 14 аом то робимо

висновок що це сусідні члени гомологічного ряду насичених вуглеводнів ndash склад їхніх молекул відрізняється на одну гомологічну ланку СН2 Враховуючи

середньозважений вміст карбону у молекулах (1277) однозначно встановлюємо

природу вуглеводнів ndash метан та етан 5) Для розрахунку обrsquoємних часток алканів у суміші треба розвrsquoязати рівняння

матеріального балансу за карбоном V 224 + 2(1ndashV) 224 = 0057 де V ndash це обrsquoєм метану V = 0723 дм3 Обrsquoєм етану знаходимо за різницею 1ndash0723 = 0277 дм3

6) Отже вміст алканів у вихідній суміші становив 723 СН4 та 277 С2Н6 за

обrsquoємом 7) Рівняння реакцій згоряння

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O4 2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O

1 Задача 2 (15 балів) Далі наведено схеми реакцій горіння простих речовин ndash металів другого-

четвертого періодів (М) Деякі з цих реакцій відбуваються на повітрі самочинно

(самозаймання) інші ndash внаслідок нагрівання металу до високих температур У

кожній реакції бере участь інший метал

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

1) М+О2rarr М2О 4) М+О2rarr МО 2) М+О2rarr М2О2 5) М+О2rarr М2О3 3) М+О2rarr МО2 6) М+О2rarr М3О4

1 Запропонуйте по одному елементу-металу для кожної схеми реакції горіння 2 Запишіть та урівняйте рівняння усіх реакцій горіння 3 Назвіть усі продукти реакцій горіння 4 Запишіть рівняння можливих реакцій взаємодії одержаних Вами

оксигеновмісних речовин з водою

Розвrsquoязок 1) Усі лужні метали енергійно сполучаються з киснем На повітрі рубідій і цезій

здатні самозайматися натрій і літій займаються лише за нагрівання Однак з

усіх лужних металів лише літій утворює оксид Li2O 4Li +О2= 2Li2О

Оксиди інших лужних металів отримують окисненням за недостачі кисню або

при взаємодії стехіометричних кількостей металу і пероксиду Na2O2 + 2Na = 2Na2O KO2 + 3K = 2K2O

2) Натрій на повітрі утворює пероксид Na2O2 2Na +О2= Na2О2 3) Калій на повітрі утворює надпероксид (або супероксид) ndash KO2

K+О2= KО2 4) МО ndash це оксид металу ІІ групи або Со чи Ni наприклад

2Mg + O2 = 2MgO або 2Zn + O2 = 2ZnO 5) М2О3 ndash оксид металу в ступені окиснення (+3) Оскільки реакція горіння на

повітрі то найпростішою є відповідь 4Al порошкоподібний +3О2= 2 Al2О3 6) За схемою М+О2rarr М3О4 на повітрі горить залізо з утворенням залізної

окалини Fe3О4 (ферум(ІІ ІІІ) оксид) 3Fe +2О2 =Fe3О4 Це може бути також Со (але горіння за високих температур) а також Mn 7) Взаємодія з водою Оксиди лужних металів дуже енергійно взаємодіють з водою з утворенням

лугів Li 2O + H2O = 2 LiOH Під час взаємодії пероксидів з водою утворюється луг і гідроген пероксид

Na2O2 + H2O = NaOH + H2O2 а надпероксидів з водою ndash луг гідроген пероксид і кисень

4KO2 + 4H2O = 4KOH + O2 + 4H2O2 CаО легко взаємодіє з водою утворюючи розчинні гідроксиди

СaO + H2O = Ca(OH)2 MgO взаємодіє з водяною парою за температури 100-125 degС

MgO + H2O = Mg(OH)2 Сполуки М2О3 і М3О4 з водою не взаємодіють

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 3(12 балів)

Сіль яка містить тільки Карбон Оксиген і невідомий метал у ступені

окиснення +2 повністю термічно розклали без доступу повітря Виділилося

1344 см3 суміші двох газів а маса сухого залишку становила 0216 г Потім

сухий залишок прожарили у потоці кисню При цьому маса залишку збільшила-ся на 0024 г а його колір змінився з чорного на червоно-коричневий В резуль-таті пропускання суміші газів через баритову воду виділилося 591 мг осаду

Визначте невідомий метал та встановіть формулу солі Сіллю якої кисло-ти є сполука що розклалася Назвіть сіль і відповідну кислоту зобразіть її гра-фічну формулу Напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій

Розвrsquoязок 1) Формула солі MxCyOz Сухий залишок після розкладання цієї солі ndash це

очевидно оксид металу МО а один з газів ndash СО2 Після прожарювання в О2 маса сухого залишку збільшується за рахунок

окиснення (утворення оксиду в якому метал перебуває у вищому ступені

окиснення) Якщо 2МО + frac12 О2 = М2О3 то m(М2О3)=0216+0024=024

2) Позначимо Ar(M) за х Тоді згідно з рівнянням реакції з 0216 г МО утворюється 024 г М2О3 а з 2(х +16) ndash 2 х +3∙16 х=56 ndash Fe

Справді FeО ndash чорний Fe2О3 ndashкоричнево-червоний Рівняння реакції 2FeО + frac12 О2 = Fe2О3 або 4FeО + О2 = 2Fe2О3

0216(FeO) 0003 моль72

n

3) Один з газів ndash СО2 тоді CO2 + Вa(OH)2 ВaСO3darr + H2O 224 0591 00672 л = 672 мл

197V

Отже обrsquoєм іншого газу1344-672=672 мл

200672(СO ) (газу 2) 0003 моль224

n n

4) Робимо висновок про те що в рівнянні реакції розкладання солі коефіцієнти

перед продуктами реакції відносяться між собою як 111 Іншим газом суміші теоретично могли б бути О2 або СО Однак О2 не

може бути бо інакше FeО одразу окиснився б до Fe2О3 Отже другий газ ndash СО Звідси робимо висновок що сіль яку розкладали це FeС2О4 ndash ферум(ІІ)

оксалат Рівняння реакції розкладання FeС2О4= FeО + СО2 + СО

5) Оксалати ndash це солі оксалатної кислоти Н2С2О4 Тривіальна назва кислоти ndash щавлева назва за систематичною номенклатурою ndash етандіонова кислота

6) Графічна формула

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 4 (18 балів)

Суміш метану й іншого газу взятого в надлишку піддали конверсії

Отриману суміш газів пропустили через вапняну воду внаслідок чого випало

175 г осаду Газуватий залишок спалили у надлишку кисню а продукти горіння

послідовно пропустили 1) через 200 см3 98 розчину сульфатної кислоти (ρ = 184 гсм3) унаслідок чого масова частка кислоти зменшилась у 1245 раза 2) через 15 л розчину їдкого калі (з масовою часткою лугу 025 та густиною

124 гсм3) до повного поглинання газів 1 Запишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій 2 Визначте склад вихідної суміші газів та її відносну густину за воднем (за

ну) 3 Визначте масу солей які утворилися внаслідок пропускання газуватого

залишку через розчин KОН 4 Запишіть та урівняйте рівняння реакцій усіх відомих вам способів конверсії

метану зазначте умови їх реалізації 5 Що таке синтез-газ і де його використовують

Розвrsquoязок

1) Проаналізувавши умову задачі робимо висновок що другим газом у

вихідній суміші є вуглекислий газ який взято у надлишку щодо стехіометрії

процесу CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 2) Непрореагований надлишок СО2 вступає у взаємодію з вапняною водою

СО2 + Сa(OH)2 = CaCO3 + H2O За масою осаду кальцій карбонату обчислимо надлишковий обrsquoєм вуглекислого

газу m(CaCO3) = 175 г n(CaCO3) = 175 г 100 гмоль = 175 моль n(CO2) = 175 моль V (CO2)надл = 175 моль middot 224 лмоль = 392 л

3) Після поглинання надлишку CO2 у суміші залишилась еквімолярна кількість

водню та чадного газу реакції горіння яких 2H2 + O2 rarr 2H2O 2CO + O2 rarr 2СО2

4) Концентровану сульфатну кислоту використовують як осушувач відповідно

зміна концентрації розчину спричинена поглинанням водяної пари m1(розчину H2SO4) = 200 мл middot 1840 гмл = 368 г m(H2SO4) = 368 г middot 098 = 3606 г ω2(розчину H2SO4) = 098 1245 = 0787 ndash концентрація розчину після

поглинання води m2(розчину H2SO4) = 3606 0787 = 4582 г

5) m(H2O) = 4582 ndash 368 = 902 г n(H2O) = 902 г 18 гмоль = 501 моль = 5 моль

n(H2O) = n(H2) = n(СО) = 5 моль а n(СH4) = n(СO2)прореаг = frac12 n(H2О) = 25 моль

тоді V(CH4) = V(СO2)прореаг = 25 моль middot 224 лмоль = 56 л Отже до складу вихідної суміші входило 56 л метану та (56+392) = 952 л

вуглекислого газу (в разі приведення до нормальних умов)

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

6) Сумарний обrsquoєм цієї суміші становив 1512 л тому обrsquoємні частки газів у

вихідній суміші (СH4) = 56 л 1512 л = 037 (СH4) = 952 л 1512 л = 063 а середня молярна маса суміші

Mcум= 037 middot 16 гмоль + 063 middot 44 гмоль = 3364 гмоль Відповідно відносна густина за воднем становить DH2 = 3364 2 = 1682 7) Обчислимо кількість речовини лугу у розчині

m(розчину KOH) = 1500 мл middot 124 гмл = 1860 г m(KOH) = 1612 г middot 025 = 465 г n(KOH) = 465 г 56 гмоль = 83 моль Оскільки кількість речовини CO2 який утворився внаслідок згоряння

чадного газу n(СО2) = n(CO) = 5 моль то будуть відбуватися такі реакції СО2 + KOH = KHCO3 n(KHCO3) = n(СО2) = 5 моль

Надлишок лугу в першій реакції який становитиме 83ndash5 = 33 моль

реагуватиме з кислою сіллю з утворенням середньої солі за рівнянням KOH + KHCO3 = K2CO3 + Н2O Отже n(K2CO3) = 33 моль

8) m(K2CO3) = 33 моль middot 138 гмоль = 4554 г а кислої солі залишиться n(KHCO3) = 5ndash33 = 17 моль m(KHCO3) = 17 моль middot 100 гмоль = 170 г

9) Конверсія метану ndash одержання синтез-газу з природного газу внаслідок

окиснення з водяною парою киснем або карбон діоксидом CH4 + H2O rarr CO + 3H2 ndash пароводяна або парова конверсія CH4 + frac12О2 rarr CO + 2H2 ndash парціальне (часткове) окиснення метану CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 ndash вуглекислотна конверсія Каталізатором таких процесів є Ni нанесений на Al2O3 або MgO за

температури 800ndash900 degC і тиску 2ndash4 МПа Цікаво знати що сьогодні промислове значення має лише метод парової

конверсії Натомість продуктом конверсії метану з карбон діоксидом є суміш

CO i H2 з якої синтезують диметиловий етер CH3OCH3 що є перспективним як

паливо з низьким рівнем викидів шкідливих речовин для дизельних двигунів 10) Синтез-газ (суміш CO + H2 ) використовують у таких процесах Синтез метанолу CO + 2H2 rarr CH3ОН Оксосинтез R-CH=СН2 + CO + H2 rarr R-СН2СН2СН=О + R-CH(CHO)-CH3

(отримують суміш н-альдегіду + ізо-альдегіду) Отримання синтетичного рідкого палива за допомогою процесу Фішера-

Тропша Залежно від співвідношення газів (CO H2) у сировині процес

синтезу відбувається за такими реакціями nCO + (2n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nH2O 2nCO + (n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nCO2

nCO + 2nH2 rarr CnH2n + nH2O Як паливо у двигунах внутрішнього згоряння (зокрема під час ІІ світової

війни) Сьогодні ndash у високотемпературних паливних елементах Для відновлення заліза із залізних руд

Конверсія метану ndash промисловий спосіб отримання водню який

використовують наприклад для синтезу амоніаку N2 + 3H2 rarr 2NH3

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 5 (16 балів) У закритому реакторі відбувається реакція

2NО + О2 = 2NО2 1 Дайте відповідь на запитання ndash як (зменшиться збільшиться чи залишиться

без змін) та у скільки разів зміниться швидкість реакції взаємодії NО з О2 (відповідь підтвердьте розрахунками) якщо

а) збільшити тиск вихідних газів у посудині у два рази стиснувши гази б) збільшити обrsquoєм реактора у пrsquoять разів в) спочатку додати у реактор інертного газу стільки щоб тиск збільшився у два

рази а потім збільшити обrsquoєм реактора у два рази г) збільшити концентрацію NО у два рази із збереженням концентрації кисню д) збільшити парціальний тиск кисню у два рази із збереженням парціального

тиску NО е) підвищити температуру у реакторі на 40 degС Температурний коефіцієнт

реакції дорівнює приблизно 3 2 Запишіть вираз для константи рівноваги КР реакції 3 Вкажіть як зміниться значення константи рівноваги реакції якщо у реактор

додати певну кількість NО не змінюючи температуру тиск й обrsquoєм реактора Розвrsquoязок

Згідно із законом діючих мас для швидкості реакції 2

2NO Ok C C

1а) Збільшення тиску у два рази відповідає збільшенню концентрацій NО і О2 у

два рази Тому 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 2 8k C C k C C

2 18 ndash швидкість збільшиться у вісім разів 1б) Збільшення обrsquoєму у пrsquoять разів призведе до зменшення концентрації у

пrsquoять разів 2 2

2 22 NO O NO O

1 1( )5 5 125

kk C C C C

2 1 1 21 або 125

125 ndash швидкість зменшиться у 125 разів

1в) Якщо додати у реактор інертного газу то тиск у реакторі збільшиться але

концентрація газів NО і О2 не зміниться Збільшення обrsquoєму у два рази призведе

до зменшення концентрації у два рази Отже

2 2

2 22 NO O NO O

1 1 1( )2 2 8

k C C k C C ndash швидкість зменшиться у вісім разів

1г) 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 4k C C k C C ndash збільшиться у 4 рази

1д) 2 2

2 22 NO O NO O2 2k C C k C C ndash збільшиться у 2 рази

1е) 2 2

1 1

T 40T T 410 10

T T

3 81

ndash збільшиться у 81 раз

2) 2

2

2NO

2NO O

PK

P P

3) Зі збільшенням кількості NО у реакторі рівновага у системі зміститься у бік

збільшення продукту реакції (у бік прямої реакції) але значення константи

рівноваги не зміниться

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 6 (10 балів) Для визначення вмісту чадного газу у виробничих приміщеннях 250 м3

повітря (стандартні умови) за допомогою помпи пропустили через підкислений

сульфатною кислотою розчин калій йодату Вміст виділеного йоду визначили

титруванням натрій тіосульфатом з індикатором крохмалем і встановили що

його кількість у розчині становить 0003 моль 1 Запишіть рівняння описаних реакцій та урівняйте їх методом електронного

або іонно-електронного балансу 2 Вкажіть окисник і відновник у кожній реакції 3 Чи становить загрозу для здоровrsquoя вміст чадного газу в повітрі якщо згідно з

нормативами його допустимий уміст за нормальних умов 1 мгм3 Розвrsquoязок

1 5CO + 2KIO3 + H2SO4 = 5CO2 + I2 + H2O + K2SO4 Метод електронного балансу

С+2 - 2еrarr С+4 | спільне | 5 2І+5 + 10еrarr І2

0 | кратне 10 | 1

Метод іонно-електронного балансу (метод півреакцій)

CO + H2O - 2еrarr CO2+2Н+ | спільне | 5 2 IO3

- + 12 Н+ + 10еrarr І2+ 6 H2O | кратне 10 | 1 KIO3 або І+5 ndash окисник CO або С+2 ndash відновник

2) I2 + 2Na2S2O3= Na2S4O6+ 2NaІ Na2S+6O3S-2 ndash натрій

тіосульфат Na2(S+6O3S-1)2 ndash натрій тетратіонат

Метод електронного балансу S-2- 1еrarr S-1 | спільне | 2 І2

0 + 2еrarr2І- | кратне 2 | 1

Метод іонно-електронного балансу 2S2O3

2-- 2еrarr S4O62-

І20 + 2еrarr2І-

I2 ndash окисник Na2S2O3 або S-2 ndash відновник 3) n(I2)= 0003 моль отже згідно з рівнянням реакції n(CO)=0015 моль

Тоді m(CO)= 0015middot28 = 042 г= 420 мг 4) Переводимо обrsquoєм повітря виміряний за стандартних умов до нормальних

умов (див памrsquoятку) 0 0

0PV P VT T

0250 100000 V 101325

298 273

V0= 226 м3

5) Вміст СО у повітрі 30 3

(CO) 420 мг =186 мгмV 226 м

m ndash перевищує допустимий у

186 разів отже становить загрозу для здоровrsquoя

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 1 (7 балів) Сумішшю водню з киснем при 25С і тиску 1 атм заповнили калоримет-

ричну бомбу обrsquoємом 5 л і підірвали Приймаючи до уваги що за ну густина використаної газової суміші становить 100 гдм3 а стандартна ентальпія утво-рення рідкої води складає ndash286 кДжмольndash1 розрахуйте кількість теплоти яка виділилась впродовж реакції кінцевий тиск у бомбі після охолодження її до 25С максимальний тиск який можна очікувати в калориметричній бомбі якщо

під час реакції досягається максимальна температура ~2000С Розвrsquoязок

1) Оскільки температура в калориметричній бомбі не відповідає нормальним

умовам знайдемо значення молярного обrsquoєму при температурі 25С

298273422 298

MV rarr 298

MV 224 298 273 2445 лмоль

2) Виходячи з густини суміші можемо знайти її молярну масу M(H2+O2)= ρmiddot 298

MV = 100 гл middot 2445 лмоль=2445 гмоль де M(H2+O2) ndash молярна маса суміші ρ ndash густина суміші VM ndash молярний обrsquoєм

газів за ну 3) Знаходимо склад суміші M(H2+O2)= M(H2)middotφ(H2) + M(O2)middotφ(O2) де φ(H2) ndash обrsquoємна частка водню φ(O2) ndash обrsquoємна частка кисню

2445 = 2middotх + 32middot(1ndashх) rarr х = 0251 Отже у вихідній суміші V(H2) = 5 л middot0251= 1225 л та

V(O2) = 5middot(1ndash032)= 3775 л 4) Відповідна хімічна взаємодія відбувається згідно рівняння

2H2 + O2 = 2H2O 1 Знаходимо кількості вихідних речовин

ν(H2) = 1225 л 2445 лмоль = 005 моль ν(O2) = 3775 224 гмоль = 017 моль Отже кисень в надлишку обрахунки ведемо за воднем

5) Згідно рівняння 1 в реакції прийме участь 005 моль водню та 0025 моль

кисню При цьому утвориться 005 моль води та виділиться 286 Кдж тепла

(зверніть увагу при обчисленнях слід врахувати що стандартна теплота

стосується утворення одного моля відповідної речовини а в рівнянні 1 фігурує

два молі води) 6) Після охолодження бомби водяна пара конденсуються у рідину обrsquoємом якої

можна знехтувати Тоді весь обrsquoєм бомби займатиме залишковий кисень

νзал(О2) = 017 моль ndash 0025 моль = 0145 моль За рівнянням Менделєєва-Клайперона знаходимо залишковий тиск в бомбі

pV = νRT rarr p = νRTV = 0145middot8314middot2985 = 7185 кПа де p ndash тиск в посудині кПа V ndash обrsquoєм посудини л ν ndash сумарна кількість молів

речовин в посудині R ndash універсальна газова стала Дж(мольК) T ndash температура в середині посудини К

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 2: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 8 клас

Що можуть являти собою речовини А Б В і Г Напишіть та урівняйте

рівняння всіх згаданих в умові реакцій зазначте до яких типів вони належать

Розвrsquoязок 1) А = NaOH Б = H2O В = HCl або будь-яка з кисневмісних хлорних кислот (HClO4 HClO HClO2) Г ndash будь-яка розчинна сіль срібла 2) NaOH + HCl = NaCl + H2O 1 3) NaOH + AgNO3 = NaNO3 + AgOНdarr 2 2AgOH = Ag2Odarr + Н2О 3

Або сумарно 2NaOH + 2AgNO3 = 2NaNO3 + Ag2Odarr + Н2О 4) При зливанні двох розчинів виділяється тепло отже реакція 1 є

екзотермічною Водночас реакції 1 та 2 відносяться до реакцій іонного обміну а реакція

3 є реакцією розкладу

Задача 4 (12 балів) Кальцій масою 20 г спалили в надлишку кисню Продукт згоряння по-

містили у воду і пропускали в отриману суспензію сульфур(IV) оксид до при-пинення поглинання газу

Напишіть та урівняйте всі рівняння хімічних реакцій які відбуватимуться

в ході описаних дій експериментатора Як називають згадану суспензію та яка

розчинена речовина міститиметься в кінцевому розчині Розрахуйте її масу а

також обrsquoєм газу (за ну) який виділиться при обробці отриманого розчину

сульфатною кислотою

Розвrsquoязок 1) Хімічні перетворення запропоновані в умові задачі до отримання солі

можуть бути описані наступними реакціями а) горіння кальцію в надлишку кисню з утворенням кальцій оксиду

Ca + 12 O2 = CaO б) взаємодія кальцій оксиду з водою з утворенням суспензії кальцій

гідроксиду (вапняного молока) CaO + H2O = Ca(OH)2darr

в) Утворення солі взаємодія з надлишком оксид (IV) сульфуру Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 + H2O CaSO3 + SO2 + H2O = Ca(HSO3)2 ndash кальцій гідросульфіт

2) Відповідно до хімічних перетворень Ca rarr Ca(OH)2rarr CaSO3rarr Ca(HSO3)2 з 1 моль Ca отримуємо 1 моль Ca(HSO3)2 Оскільки спалили 20 г кальцію або 240 = 005 (моль) то отримали 005

моль кислої солі Ca(HSO3)2 або 202005 = 101 (г) 3) Взаємодія кислої солі Ca(HSO3)2 з сульфатною кислотою відбувається за

реакцією Ca(HSO3)2 + H2SO4 = CaSO4darr + 2 SO2uarr + 2 H2O

Відповідно обrsquoєм газу SO2 (ну) 2240052 = 224 л

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 8 клас

Задача 5 (20 балів)

При взаємодії 698 г суміші карбонату і гідрогенкарбонату одного і того ж

лужного металу з хлоридною кислотою виділяється 308 г карбон (IV) оксиду

Визначте лужний метал і маси солей у вихідній суміші

Розвrsquoязок 1) Загальний вигляд реакцій що відбуваються є такий

MHCO3 + HCl = MCl + CO2uarr + H2O M2CO3 + 2HCl = 2MCl + CO2uarr + H2O Видно що для отримання 1 моль CO2 потрібно більше по масі карбонату

ніж гідрогенкарбонату 2) Кількість CO2 що виділилося становить 308 44 = 07 моль 3) Якщо 698 г представляв би собою чистий гідрогенкарбонат (07 моль

MHCO3) то умовна атомна маса лужного металу склала б (698 07) ‒ 61 = 997 ‒ 61 = 387 гмоль

4) Аналогічно для чистого карбонату отримаємо (997 ‒ 60) 2 = 199 гмоль 5) Отже у нас суміш карбонату і гідрогенкарбонату лужного металу з атомною

масою між 199 і 387 тобто підходить тільки натрій 6) Відповідно до записаних рівнянь хімічних реакцій отримуємо систему з

двох рівнянь з двома невідомими ndash для x моль Na2CO3 (106 гмоль) і y моль

NaHCO3 (84 гмоль) запишеться 106x + 84y = 698 x + y = 07

Розвrsquoязавши систему отримуємо x = 05 моль Na2CO3 y = 02 моль NaHCO3 m(Na2CO3) = 05106 = 53 г m(NaHCO3) = 0284 = 168 г

Задача 6 (14 балів)

На терезах зрівноважили дві хімічні склянки в одній з них міститься

сильний розчин калій гідроксиду а в другій ndash розчин хлоридної кислоти До

вмісту першої ємності додали амоній нітрат масою 8 г Обчисліть масу кальцій

карбонату яку потрібно додати до другого розчину щоб відновилася рівновага

між шальками терезів

Розвrsquoязок 1) При додаванні NH4NO3 до КОН відбуватиметься реакція яка супровод-жується виділенням газоподібного аміаку 2) Для розрахунку скористаємось рівняннями відповідних реакцій

8 г х NH4NO3 + КОН rarr КNO3 + NH4ОН NH4ОН rarr H2O + NH3uarr 80 гмоль 17 гмоль

З пропорції знаходимо х = m(NH3) = 17 г 3) Сумарна зміна маси складатиметься з маси доданого нітрату амонію мінус

маса утвореного аміаку Отже у першому стакані маса збільшилась на 8ndash17=63 г

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 8 клас

Щоб встановлена рівновага не порушилася маса у другому стакані теж

повинна збільшитись на 63 г 4) У другому стакані відбуватиметься реакція

СaCO3 + HCl rarr СaCl2 + H2O+ CO2uarr 100 гмоль 44 гмоль

Як випливає з рівняння реакції у другому стакані на 100 г доданого СaCO3 виділяється 44 г вуглекислого газу і маса зростає на (100-44) = 56 г 5) Складаємо пропорцію

На 100 г доданого СaCO3 маса зростає на 56 г На х г доданого СaCO3 маса зростає на 63 г

Звідси х = m(СaCO3) = 1125 г

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 1 (9 балів)

Продукти повного згоряння 1 дм3 (ну) газоподібної суміші двох алканів

пропустили через насичений розчин кальцій гідроксиду В результаті цього

одержали 57 г осаду Визначте природу вуглеводнів та їхній вміст у (за

обrsquoємом) у вихідній суміші якщо відомо що різниця їхніх молекулярних мас

становить 14 Да Запишіть та урівняйте реакції горіння вуглеводнів

Розвrsquoязок 1) Продуктами згоряння алканів є вода та вуглекислий газ

CnH2n+2 + O2 CO2 + H2O 2) Внаслідок пропускання цих продуктів через розчин Ca(OH)2 утворюється

осад кальцій карбонату

CO2 + Ca(OH)2 CaСO3darr + H2O кількість якого дорівнює сумарній кількості карбону у вихідній суміші алканів

n(C) = n(CaСO3) = m(CaСO3) M(CaСO3) = 57 100 = 0057 моль 3) За обrsquoємом газової суміші можна розрахувати середньозважену кількість

атомів карбону у молекулах алканів nC = n(C) n(сум) = (n(C)∙224) V(сум) = (0057∙224) 1 = 1277

4) Оскільки молекулярні маси алканів відрізняються на 14 аом то робимо

висновок що це сусідні члени гомологічного ряду насичених вуглеводнів ndash склад їхніх молекул відрізняється на одну гомологічну ланку СН2 Враховуючи

середньозважений вміст карбону у молекулах (1277) однозначно встановлюємо

природу вуглеводнів ndash метан та етан 5) Для розрахунку обrsquoємних часток алканів у суміші треба розвrsquoязати рівняння

матеріального балансу за карбоном V 224 + 2(1ndashV) 224 = 0057 де V ndash це обrsquoєм метану V = 0723 дм3 Обrsquoєм етану знаходимо за різницею 1ndash0723 = 0277 дм3

6) Отже вміст алканів у вихідній суміші становив 723 СН4 та 277 С2Н6 за

обrsquoємом 7) Рівняння реакцій згоряння

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O4 2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O

1 Задача 2 (15 балів) Далі наведено схеми реакцій горіння простих речовин ndash металів другого-

четвертого періодів (М) Деякі з цих реакцій відбуваються на повітрі самочинно

(самозаймання) інші ndash внаслідок нагрівання металу до високих температур У

кожній реакції бере участь інший метал

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

1) М+О2rarr М2О 4) М+О2rarr МО 2) М+О2rarr М2О2 5) М+О2rarr М2О3 3) М+О2rarr МО2 6) М+О2rarr М3О4

1 Запропонуйте по одному елементу-металу для кожної схеми реакції горіння 2 Запишіть та урівняйте рівняння усіх реакцій горіння 3 Назвіть усі продукти реакцій горіння 4 Запишіть рівняння можливих реакцій взаємодії одержаних Вами

оксигеновмісних речовин з водою

Розвrsquoязок 1) Усі лужні метали енергійно сполучаються з киснем На повітрі рубідій і цезій

здатні самозайматися натрій і літій займаються лише за нагрівання Однак з

усіх лужних металів лише літій утворює оксид Li2O 4Li +О2= 2Li2О

Оксиди інших лужних металів отримують окисненням за недостачі кисню або

при взаємодії стехіометричних кількостей металу і пероксиду Na2O2 + 2Na = 2Na2O KO2 + 3K = 2K2O

2) Натрій на повітрі утворює пероксид Na2O2 2Na +О2= Na2О2 3) Калій на повітрі утворює надпероксид (або супероксид) ndash KO2

K+О2= KО2 4) МО ndash це оксид металу ІІ групи або Со чи Ni наприклад

2Mg + O2 = 2MgO або 2Zn + O2 = 2ZnO 5) М2О3 ndash оксид металу в ступені окиснення (+3) Оскільки реакція горіння на

повітрі то найпростішою є відповідь 4Al порошкоподібний +3О2= 2 Al2О3 6) За схемою М+О2rarr М3О4 на повітрі горить залізо з утворенням залізної

окалини Fe3О4 (ферум(ІІ ІІІ) оксид) 3Fe +2О2 =Fe3О4 Це може бути також Со (але горіння за високих температур) а також Mn 7) Взаємодія з водою Оксиди лужних металів дуже енергійно взаємодіють з водою з утворенням

лугів Li 2O + H2O = 2 LiOH Під час взаємодії пероксидів з водою утворюється луг і гідроген пероксид

Na2O2 + H2O = NaOH + H2O2 а надпероксидів з водою ndash луг гідроген пероксид і кисень

4KO2 + 4H2O = 4KOH + O2 + 4H2O2 CаО легко взаємодіє з водою утворюючи розчинні гідроксиди

СaO + H2O = Ca(OH)2 MgO взаємодіє з водяною парою за температури 100-125 degС

MgO + H2O = Mg(OH)2 Сполуки М2О3 і М3О4 з водою не взаємодіють

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 3(12 балів)

Сіль яка містить тільки Карбон Оксиген і невідомий метал у ступені

окиснення +2 повністю термічно розклали без доступу повітря Виділилося

1344 см3 суміші двох газів а маса сухого залишку становила 0216 г Потім

сухий залишок прожарили у потоці кисню При цьому маса залишку збільшила-ся на 0024 г а його колір змінився з чорного на червоно-коричневий В резуль-таті пропускання суміші газів через баритову воду виділилося 591 мг осаду

Визначте невідомий метал та встановіть формулу солі Сіллю якої кисло-ти є сполука що розклалася Назвіть сіль і відповідну кислоту зобразіть її гра-фічну формулу Напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій

Розвrsquoязок 1) Формула солі MxCyOz Сухий залишок після розкладання цієї солі ndash це

очевидно оксид металу МО а один з газів ndash СО2 Після прожарювання в О2 маса сухого залишку збільшується за рахунок

окиснення (утворення оксиду в якому метал перебуває у вищому ступені

окиснення) Якщо 2МО + frac12 О2 = М2О3 то m(М2О3)=0216+0024=024

2) Позначимо Ar(M) за х Тоді згідно з рівнянням реакції з 0216 г МО утворюється 024 г М2О3 а з 2(х +16) ndash 2 х +3∙16 х=56 ndash Fe

Справді FeО ndash чорний Fe2О3 ndashкоричнево-червоний Рівняння реакції 2FeО + frac12 О2 = Fe2О3 або 4FeО + О2 = 2Fe2О3

0216(FeO) 0003 моль72

n

3) Один з газів ndash СО2 тоді CO2 + Вa(OH)2 ВaСO3darr + H2O 224 0591 00672 л = 672 мл

197V

Отже обrsquoєм іншого газу1344-672=672 мл

200672(СO ) (газу 2) 0003 моль224

n n

4) Робимо висновок про те що в рівнянні реакції розкладання солі коефіцієнти

перед продуктами реакції відносяться між собою як 111 Іншим газом суміші теоретично могли б бути О2 або СО Однак О2 не

може бути бо інакше FeО одразу окиснився б до Fe2О3 Отже другий газ ndash СО Звідси робимо висновок що сіль яку розкладали це FeС2О4 ndash ферум(ІІ)

оксалат Рівняння реакції розкладання FeС2О4= FeО + СО2 + СО

5) Оксалати ndash це солі оксалатної кислоти Н2С2О4 Тривіальна назва кислоти ndash щавлева назва за систематичною номенклатурою ndash етандіонова кислота

6) Графічна формула

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 4 (18 балів)

Суміш метану й іншого газу взятого в надлишку піддали конверсії

Отриману суміш газів пропустили через вапняну воду внаслідок чого випало

175 г осаду Газуватий залишок спалили у надлишку кисню а продукти горіння

послідовно пропустили 1) через 200 см3 98 розчину сульфатної кислоти (ρ = 184 гсм3) унаслідок чого масова частка кислоти зменшилась у 1245 раза 2) через 15 л розчину їдкого калі (з масовою часткою лугу 025 та густиною

124 гсм3) до повного поглинання газів 1 Запишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій 2 Визначте склад вихідної суміші газів та її відносну густину за воднем (за

ну) 3 Визначте масу солей які утворилися внаслідок пропускання газуватого

залишку через розчин KОН 4 Запишіть та урівняйте рівняння реакцій усіх відомих вам способів конверсії

метану зазначте умови їх реалізації 5 Що таке синтез-газ і де його використовують

Розвrsquoязок

1) Проаналізувавши умову задачі робимо висновок що другим газом у

вихідній суміші є вуглекислий газ який взято у надлишку щодо стехіометрії

процесу CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 2) Непрореагований надлишок СО2 вступає у взаємодію з вапняною водою

СО2 + Сa(OH)2 = CaCO3 + H2O За масою осаду кальцій карбонату обчислимо надлишковий обrsquoєм вуглекислого

газу m(CaCO3) = 175 г n(CaCO3) = 175 г 100 гмоль = 175 моль n(CO2) = 175 моль V (CO2)надл = 175 моль middot 224 лмоль = 392 л

3) Після поглинання надлишку CO2 у суміші залишилась еквімолярна кількість

водню та чадного газу реакції горіння яких 2H2 + O2 rarr 2H2O 2CO + O2 rarr 2СО2

4) Концентровану сульфатну кислоту використовують як осушувач відповідно

зміна концентрації розчину спричинена поглинанням водяної пари m1(розчину H2SO4) = 200 мл middot 1840 гмл = 368 г m(H2SO4) = 368 г middot 098 = 3606 г ω2(розчину H2SO4) = 098 1245 = 0787 ndash концентрація розчину після

поглинання води m2(розчину H2SO4) = 3606 0787 = 4582 г

5) m(H2O) = 4582 ndash 368 = 902 г n(H2O) = 902 г 18 гмоль = 501 моль = 5 моль

n(H2O) = n(H2) = n(СО) = 5 моль а n(СH4) = n(СO2)прореаг = frac12 n(H2О) = 25 моль

тоді V(CH4) = V(СO2)прореаг = 25 моль middot 224 лмоль = 56 л Отже до складу вихідної суміші входило 56 л метану та (56+392) = 952 л

вуглекислого газу (в разі приведення до нормальних умов)

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

6) Сумарний обrsquoєм цієї суміші становив 1512 л тому обrsquoємні частки газів у

вихідній суміші (СH4) = 56 л 1512 л = 037 (СH4) = 952 л 1512 л = 063 а середня молярна маса суміші

Mcум= 037 middot 16 гмоль + 063 middot 44 гмоль = 3364 гмоль Відповідно відносна густина за воднем становить DH2 = 3364 2 = 1682 7) Обчислимо кількість речовини лугу у розчині

m(розчину KOH) = 1500 мл middot 124 гмл = 1860 г m(KOH) = 1612 г middot 025 = 465 г n(KOH) = 465 г 56 гмоль = 83 моль Оскільки кількість речовини CO2 який утворився внаслідок згоряння

чадного газу n(СО2) = n(CO) = 5 моль то будуть відбуватися такі реакції СО2 + KOH = KHCO3 n(KHCO3) = n(СО2) = 5 моль

Надлишок лугу в першій реакції який становитиме 83ndash5 = 33 моль

реагуватиме з кислою сіллю з утворенням середньої солі за рівнянням KOH + KHCO3 = K2CO3 + Н2O Отже n(K2CO3) = 33 моль

8) m(K2CO3) = 33 моль middot 138 гмоль = 4554 г а кислої солі залишиться n(KHCO3) = 5ndash33 = 17 моль m(KHCO3) = 17 моль middot 100 гмоль = 170 г

9) Конверсія метану ndash одержання синтез-газу з природного газу внаслідок

окиснення з водяною парою киснем або карбон діоксидом CH4 + H2O rarr CO + 3H2 ndash пароводяна або парова конверсія CH4 + frac12О2 rarr CO + 2H2 ndash парціальне (часткове) окиснення метану CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 ndash вуглекислотна конверсія Каталізатором таких процесів є Ni нанесений на Al2O3 або MgO за

температури 800ndash900 degC і тиску 2ndash4 МПа Цікаво знати що сьогодні промислове значення має лише метод парової

конверсії Натомість продуктом конверсії метану з карбон діоксидом є суміш

CO i H2 з якої синтезують диметиловий етер CH3OCH3 що є перспективним як

паливо з низьким рівнем викидів шкідливих речовин для дизельних двигунів 10) Синтез-газ (суміш CO + H2 ) використовують у таких процесах Синтез метанолу CO + 2H2 rarr CH3ОН Оксосинтез R-CH=СН2 + CO + H2 rarr R-СН2СН2СН=О + R-CH(CHO)-CH3

(отримують суміш н-альдегіду + ізо-альдегіду) Отримання синтетичного рідкого палива за допомогою процесу Фішера-

Тропша Залежно від співвідношення газів (CO H2) у сировині процес

синтезу відбувається за такими реакціями nCO + (2n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nH2O 2nCO + (n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nCO2

nCO + 2nH2 rarr CnH2n + nH2O Як паливо у двигунах внутрішнього згоряння (зокрема під час ІІ світової

війни) Сьогодні ndash у високотемпературних паливних елементах Для відновлення заліза із залізних руд

Конверсія метану ndash промисловий спосіб отримання водню який

використовують наприклад для синтезу амоніаку N2 + 3H2 rarr 2NH3

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 5 (16 балів) У закритому реакторі відбувається реакція

2NО + О2 = 2NО2 1 Дайте відповідь на запитання ndash як (зменшиться збільшиться чи залишиться

без змін) та у скільки разів зміниться швидкість реакції взаємодії NО з О2 (відповідь підтвердьте розрахунками) якщо

а) збільшити тиск вихідних газів у посудині у два рази стиснувши гази б) збільшити обrsquoєм реактора у пrsquoять разів в) спочатку додати у реактор інертного газу стільки щоб тиск збільшився у два

рази а потім збільшити обrsquoєм реактора у два рази г) збільшити концентрацію NО у два рази із збереженням концентрації кисню д) збільшити парціальний тиск кисню у два рази із збереженням парціального

тиску NО е) підвищити температуру у реакторі на 40 degС Температурний коефіцієнт

реакції дорівнює приблизно 3 2 Запишіть вираз для константи рівноваги КР реакції 3 Вкажіть як зміниться значення константи рівноваги реакції якщо у реактор

додати певну кількість NО не змінюючи температуру тиск й обrsquoєм реактора Розвrsquoязок

Згідно із законом діючих мас для швидкості реакції 2

2NO Ok C C

1а) Збільшення тиску у два рази відповідає збільшенню концентрацій NО і О2 у

два рази Тому 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 2 8k C C k C C

2 18 ndash швидкість збільшиться у вісім разів 1б) Збільшення обrsquoєму у пrsquoять разів призведе до зменшення концентрації у

пrsquoять разів 2 2

2 22 NO O NO O

1 1( )5 5 125

kk C C C C

2 1 1 21 або 125

125 ndash швидкість зменшиться у 125 разів

1в) Якщо додати у реактор інертного газу то тиск у реакторі збільшиться але

концентрація газів NО і О2 не зміниться Збільшення обrsquoєму у два рази призведе

до зменшення концентрації у два рази Отже

2 2

2 22 NO O NO O

1 1 1( )2 2 8

k C C k C C ndash швидкість зменшиться у вісім разів

1г) 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 4k C C k C C ndash збільшиться у 4 рази

1д) 2 2

2 22 NO O NO O2 2k C C k C C ndash збільшиться у 2 рази

1е) 2 2

1 1

T 40T T 410 10

T T

3 81

ndash збільшиться у 81 раз

2) 2

2

2NO

2NO O

PK

P P

3) Зі збільшенням кількості NО у реакторі рівновага у системі зміститься у бік

збільшення продукту реакції (у бік прямої реакції) але значення константи

рівноваги не зміниться

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 6 (10 балів) Для визначення вмісту чадного газу у виробничих приміщеннях 250 м3

повітря (стандартні умови) за допомогою помпи пропустили через підкислений

сульфатною кислотою розчин калій йодату Вміст виділеного йоду визначили

титруванням натрій тіосульфатом з індикатором крохмалем і встановили що

його кількість у розчині становить 0003 моль 1 Запишіть рівняння описаних реакцій та урівняйте їх методом електронного

або іонно-електронного балансу 2 Вкажіть окисник і відновник у кожній реакції 3 Чи становить загрозу для здоровrsquoя вміст чадного газу в повітрі якщо згідно з

нормативами його допустимий уміст за нормальних умов 1 мгм3 Розвrsquoязок

1 5CO + 2KIO3 + H2SO4 = 5CO2 + I2 + H2O + K2SO4 Метод електронного балансу

С+2 - 2еrarr С+4 | спільне | 5 2І+5 + 10еrarr І2

0 | кратне 10 | 1

Метод іонно-електронного балансу (метод півреакцій)

CO + H2O - 2еrarr CO2+2Н+ | спільне | 5 2 IO3

- + 12 Н+ + 10еrarr І2+ 6 H2O | кратне 10 | 1 KIO3 або І+5 ndash окисник CO або С+2 ndash відновник

2) I2 + 2Na2S2O3= Na2S4O6+ 2NaІ Na2S+6O3S-2 ndash натрій

тіосульфат Na2(S+6O3S-1)2 ndash натрій тетратіонат

Метод електронного балансу S-2- 1еrarr S-1 | спільне | 2 І2

0 + 2еrarr2І- | кратне 2 | 1

Метод іонно-електронного балансу 2S2O3

2-- 2еrarr S4O62-

І20 + 2еrarr2І-

I2 ndash окисник Na2S2O3 або S-2 ndash відновник 3) n(I2)= 0003 моль отже згідно з рівнянням реакції n(CO)=0015 моль

Тоді m(CO)= 0015middot28 = 042 г= 420 мг 4) Переводимо обrsquoєм повітря виміряний за стандартних умов до нормальних

умов (див памrsquoятку) 0 0

0PV P VT T

0250 100000 V 101325

298 273

V0= 226 м3

5) Вміст СО у повітрі 30 3

(CO) 420 мг =186 мгмV 226 м

m ndash перевищує допустимий у

186 разів отже становить загрозу для здоровrsquoя

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 1 (7 балів) Сумішшю водню з киснем при 25С і тиску 1 атм заповнили калоримет-

ричну бомбу обrsquoємом 5 л і підірвали Приймаючи до уваги що за ну густина використаної газової суміші становить 100 гдм3 а стандартна ентальпія утво-рення рідкої води складає ndash286 кДжмольndash1 розрахуйте кількість теплоти яка виділилась впродовж реакції кінцевий тиск у бомбі після охолодження її до 25С максимальний тиск який можна очікувати в калориметричній бомбі якщо

під час реакції досягається максимальна температура ~2000С Розвrsquoязок

1) Оскільки температура в калориметричній бомбі не відповідає нормальним

умовам знайдемо значення молярного обrsquoєму при температурі 25С

298273422 298

MV rarr 298

MV 224 298 273 2445 лмоль

2) Виходячи з густини суміші можемо знайти її молярну масу M(H2+O2)= ρmiddot 298

MV = 100 гл middot 2445 лмоль=2445 гмоль де M(H2+O2) ndash молярна маса суміші ρ ndash густина суміші VM ndash молярний обrsquoєм

газів за ну 3) Знаходимо склад суміші M(H2+O2)= M(H2)middotφ(H2) + M(O2)middotφ(O2) де φ(H2) ndash обrsquoємна частка водню φ(O2) ndash обrsquoємна частка кисню

2445 = 2middotх + 32middot(1ndashх) rarr х = 0251 Отже у вихідній суміші V(H2) = 5 л middot0251= 1225 л та

V(O2) = 5middot(1ndash032)= 3775 л 4) Відповідна хімічна взаємодія відбувається згідно рівняння

2H2 + O2 = 2H2O 1 Знаходимо кількості вихідних речовин

ν(H2) = 1225 л 2445 лмоль = 005 моль ν(O2) = 3775 224 гмоль = 017 моль Отже кисень в надлишку обрахунки ведемо за воднем

5) Згідно рівняння 1 в реакції прийме участь 005 моль водню та 0025 моль

кисню При цьому утвориться 005 моль води та виділиться 286 Кдж тепла

(зверніть увагу при обчисленнях слід врахувати що стандартна теплота

стосується утворення одного моля відповідної речовини а в рівнянні 1 фігурує

два молі води) 6) Після охолодження бомби водяна пара конденсуються у рідину обrsquoємом якої

можна знехтувати Тоді весь обrsquoєм бомби займатиме залишковий кисень

νзал(О2) = 017 моль ndash 0025 моль = 0145 моль За рівнянням Менделєєва-Клайперона знаходимо залишковий тиск в бомбі

pV = νRT rarr p = νRTV = 0145middot8314middot2985 = 7185 кПа де p ndash тиск в посудині кПа V ndash обrsquoєм посудини л ν ndash сумарна кількість молів

речовин в посудині R ndash універсальна газова стала Дж(мольК) T ndash температура в середині посудини К

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 3: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 8 клас

Задача 5 (20 балів)

При взаємодії 698 г суміші карбонату і гідрогенкарбонату одного і того ж

лужного металу з хлоридною кислотою виділяється 308 г карбон (IV) оксиду

Визначте лужний метал і маси солей у вихідній суміші

Розвrsquoязок 1) Загальний вигляд реакцій що відбуваються є такий

MHCO3 + HCl = MCl + CO2uarr + H2O M2CO3 + 2HCl = 2MCl + CO2uarr + H2O Видно що для отримання 1 моль CO2 потрібно більше по масі карбонату

ніж гідрогенкарбонату 2) Кількість CO2 що виділилося становить 308 44 = 07 моль 3) Якщо 698 г представляв би собою чистий гідрогенкарбонат (07 моль

MHCO3) то умовна атомна маса лужного металу склала б (698 07) ‒ 61 = 997 ‒ 61 = 387 гмоль

4) Аналогічно для чистого карбонату отримаємо (997 ‒ 60) 2 = 199 гмоль 5) Отже у нас суміш карбонату і гідрогенкарбонату лужного металу з атомною

масою між 199 і 387 тобто підходить тільки натрій 6) Відповідно до записаних рівнянь хімічних реакцій отримуємо систему з

двох рівнянь з двома невідомими ndash для x моль Na2CO3 (106 гмоль) і y моль

NaHCO3 (84 гмоль) запишеться 106x + 84y = 698 x + y = 07

Розвrsquoязавши систему отримуємо x = 05 моль Na2CO3 y = 02 моль NaHCO3 m(Na2CO3) = 05106 = 53 г m(NaHCO3) = 0284 = 168 г

Задача 6 (14 балів)

На терезах зрівноважили дві хімічні склянки в одній з них міститься

сильний розчин калій гідроксиду а в другій ndash розчин хлоридної кислоти До

вмісту першої ємності додали амоній нітрат масою 8 г Обчисліть масу кальцій

карбонату яку потрібно додати до другого розчину щоб відновилася рівновага

між шальками терезів

Розвrsquoязок 1) При додаванні NH4NO3 до КОН відбуватиметься реакція яка супровод-жується виділенням газоподібного аміаку 2) Для розрахунку скористаємось рівняннями відповідних реакцій

8 г х NH4NO3 + КОН rarr КNO3 + NH4ОН NH4ОН rarr H2O + NH3uarr 80 гмоль 17 гмоль

З пропорції знаходимо х = m(NH3) = 17 г 3) Сумарна зміна маси складатиметься з маси доданого нітрату амонію мінус

маса утвореного аміаку Отже у першому стакані маса збільшилась на 8ndash17=63 г

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 8 клас

Щоб встановлена рівновага не порушилася маса у другому стакані теж

повинна збільшитись на 63 г 4) У другому стакані відбуватиметься реакція

СaCO3 + HCl rarr СaCl2 + H2O+ CO2uarr 100 гмоль 44 гмоль

Як випливає з рівняння реакції у другому стакані на 100 г доданого СaCO3 виділяється 44 г вуглекислого газу і маса зростає на (100-44) = 56 г 5) Складаємо пропорцію

На 100 г доданого СaCO3 маса зростає на 56 г На х г доданого СaCO3 маса зростає на 63 г

Звідси х = m(СaCO3) = 1125 г

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 1 (9 балів)

Продукти повного згоряння 1 дм3 (ну) газоподібної суміші двох алканів

пропустили через насичений розчин кальцій гідроксиду В результаті цього

одержали 57 г осаду Визначте природу вуглеводнів та їхній вміст у (за

обrsquoємом) у вихідній суміші якщо відомо що різниця їхніх молекулярних мас

становить 14 Да Запишіть та урівняйте реакції горіння вуглеводнів

Розвrsquoязок 1) Продуктами згоряння алканів є вода та вуглекислий газ

CnH2n+2 + O2 CO2 + H2O 2) Внаслідок пропускання цих продуктів через розчин Ca(OH)2 утворюється

осад кальцій карбонату

CO2 + Ca(OH)2 CaСO3darr + H2O кількість якого дорівнює сумарній кількості карбону у вихідній суміші алканів

n(C) = n(CaСO3) = m(CaСO3) M(CaСO3) = 57 100 = 0057 моль 3) За обrsquoємом газової суміші можна розрахувати середньозважену кількість

атомів карбону у молекулах алканів nC = n(C) n(сум) = (n(C)∙224) V(сум) = (0057∙224) 1 = 1277

4) Оскільки молекулярні маси алканів відрізняються на 14 аом то робимо

висновок що це сусідні члени гомологічного ряду насичених вуглеводнів ndash склад їхніх молекул відрізняється на одну гомологічну ланку СН2 Враховуючи

середньозважений вміст карбону у молекулах (1277) однозначно встановлюємо

природу вуглеводнів ndash метан та етан 5) Для розрахунку обrsquoємних часток алканів у суміші треба розвrsquoязати рівняння

матеріального балансу за карбоном V 224 + 2(1ndashV) 224 = 0057 де V ndash це обrsquoєм метану V = 0723 дм3 Обrsquoєм етану знаходимо за різницею 1ndash0723 = 0277 дм3

6) Отже вміст алканів у вихідній суміші становив 723 СН4 та 277 С2Н6 за

обrsquoємом 7) Рівняння реакцій згоряння

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O4 2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O

1 Задача 2 (15 балів) Далі наведено схеми реакцій горіння простих речовин ndash металів другого-

четвертого періодів (М) Деякі з цих реакцій відбуваються на повітрі самочинно

(самозаймання) інші ndash внаслідок нагрівання металу до високих температур У

кожній реакції бере участь інший метал

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

1) М+О2rarr М2О 4) М+О2rarr МО 2) М+О2rarr М2О2 5) М+О2rarr М2О3 3) М+О2rarr МО2 6) М+О2rarr М3О4

1 Запропонуйте по одному елементу-металу для кожної схеми реакції горіння 2 Запишіть та урівняйте рівняння усіх реакцій горіння 3 Назвіть усі продукти реакцій горіння 4 Запишіть рівняння можливих реакцій взаємодії одержаних Вами

оксигеновмісних речовин з водою

Розвrsquoязок 1) Усі лужні метали енергійно сполучаються з киснем На повітрі рубідій і цезій

здатні самозайматися натрій і літій займаються лише за нагрівання Однак з

усіх лужних металів лише літій утворює оксид Li2O 4Li +О2= 2Li2О

Оксиди інших лужних металів отримують окисненням за недостачі кисню або

при взаємодії стехіометричних кількостей металу і пероксиду Na2O2 + 2Na = 2Na2O KO2 + 3K = 2K2O

2) Натрій на повітрі утворює пероксид Na2O2 2Na +О2= Na2О2 3) Калій на повітрі утворює надпероксид (або супероксид) ndash KO2

K+О2= KО2 4) МО ndash це оксид металу ІІ групи або Со чи Ni наприклад

2Mg + O2 = 2MgO або 2Zn + O2 = 2ZnO 5) М2О3 ndash оксид металу в ступені окиснення (+3) Оскільки реакція горіння на

повітрі то найпростішою є відповідь 4Al порошкоподібний +3О2= 2 Al2О3 6) За схемою М+О2rarr М3О4 на повітрі горить залізо з утворенням залізної

окалини Fe3О4 (ферум(ІІ ІІІ) оксид) 3Fe +2О2 =Fe3О4 Це може бути також Со (але горіння за високих температур) а також Mn 7) Взаємодія з водою Оксиди лужних металів дуже енергійно взаємодіють з водою з утворенням

лугів Li 2O + H2O = 2 LiOH Під час взаємодії пероксидів з водою утворюється луг і гідроген пероксид

Na2O2 + H2O = NaOH + H2O2 а надпероксидів з водою ndash луг гідроген пероксид і кисень

4KO2 + 4H2O = 4KOH + O2 + 4H2O2 CаО легко взаємодіє з водою утворюючи розчинні гідроксиди

СaO + H2O = Ca(OH)2 MgO взаємодіє з водяною парою за температури 100-125 degС

MgO + H2O = Mg(OH)2 Сполуки М2О3 і М3О4 з водою не взаємодіють

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 3(12 балів)

Сіль яка містить тільки Карбон Оксиген і невідомий метал у ступені

окиснення +2 повністю термічно розклали без доступу повітря Виділилося

1344 см3 суміші двох газів а маса сухого залишку становила 0216 г Потім

сухий залишок прожарили у потоці кисню При цьому маса залишку збільшила-ся на 0024 г а його колір змінився з чорного на червоно-коричневий В резуль-таті пропускання суміші газів через баритову воду виділилося 591 мг осаду

Визначте невідомий метал та встановіть формулу солі Сіллю якої кисло-ти є сполука що розклалася Назвіть сіль і відповідну кислоту зобразіть її гра-фічну формулу Напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій

Розвrsquoязок 1) Формула солі MxCyOz Сухий залишок після розкладання цієї солі ndash це

очевидно оксид металу МО а один з газів ndash СО2 Після прожарювання в О2 маса сухого залишку збільшується за рахунок

окиснення (утворення оксиду в якому метал перебуває у вищому ступені

окиснення) Якщо 2МО + frac12 О2 = М2О3 то m(М2О3)=0216+0024=024

2) Позначимо Ar(M) за х Тоді згідно з рівнянням реакції з 0216 г МО утворюється 024 г М2О3 а з 2(х +16) ndash 2 х +3∙16 х=56 ndash Fe

Справді FeО ndash чорний Fe2О3 ndashкоричнево-червоний Рівняння реакції 2FeО + frac12 О2 = Fe2О3 або 4FeО + О2 = 2Fe2О3

0216(FeO) 0003 моль72

n

3) Один з газів ndash СО2 тоді CO2 + Вa(OH)2 ВaСO3darr + H2O 224 0591 00672 л = 672 мл

197V

Отже обrsquoєм іншого газу1344-672=672 мл

200672(СO ) (газу 2) 0003 моль224

n n

4) Робимо висновок про те що в рівнянні реакції розкладання солі коефіцієнти

перед продуктами реакції відносяться між собою як 111 Іншим газом суміші теоретично могли б бути О2 або СО Однак О2 не

може бути бо інакше FeО одразу окиснився б до Fe2О3 Отже другий газ ndash СО Звідси робимо висновок що сіль яку розкладали це FeС2О4 ndash ферум(ІІ)

оксалат Рівняння реакції розкладання FeС2О4= FeО + СО2 + СО

5) Оксалати ndash це солі оксалатної кислоти Н2С2О4 Тривіальна назва кислоти ndash щавлева назва за систематичною номенклатурою ndash етандіонова кислота

6) Графічна формула

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 4 (18 балів)

Суміш метану й іншого газу взятого в надлишку піддали конверсії

Отриману суміш газів пропустили через вапняну воду внаслідок чого випало

175 г осаду Газуватий залишок спалили у надлишку кисню а продукти горіння

послідовно пропустили 1) через 200 см3 98 розчину сульфатної кислоти (ρ = 184 гсм3) унаслідок чого масова частка кислоти зменшилась у 1245 раза 2) через 15 л розчину їдкого калі (з масовою часткою лугу 025 та густиною

124 гсм3) до повного поглинання газів 1 Запишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій 2 Визначте склад вихідної суміші газів та її відносну густину за воднем (за

ну) 3 Визначте масу солей які утворилися внаслідок пропускання газуватого

залишку через розчин KОН 4 Запишіть та урівняйте рівняння реакцій усіх відомих вам способів конверсії

метану зазначте умови їх реалізації 5 Що таке синтез-газ і де його використовують

Розвrsquoязок

1) Проаналізувавши умову задачі робимо висновок що другим газом у

вихідній суміші є вуглекислий газ який взято у надлишку щодо стехіометрії

процесу CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 2) Непрореагований надлишок СО2 вступає у взаємодію з вапняною водою

СО2 + Сa(OH)2 = CaCO3 + H2O За масою осаду кальцій карбонату обчислимо надлишковий обrsquoєм вуглекислого

газу m(CaCO3) = 175 г n(CaCO3) = 175 г 100 гмоль = 175 моль n(CO2) = 175 моль V (CO2)надл = 175 моль middot 224 лмоль = 392 л

3) Після поглинання надлишку CO2 у суміші залишилась еквімолярна кількість

водню та чадного газу реакції горіння яких 2H2 + O2 rarr 2H2O 2CO + O2 rarr 2СО2

4) Концентровану сульфатну кислоту використовують як осушувач відповідно

зміна концентрації розчину спричинена поглинанням водяної пари m1(розчину H2SO4) = 200 мл middot 1840 гмл = 368 г m(H2SO4) = 368 г middot 098 = 3606 г ω2(розчину H2SO4) = 098 1245 = 0787 ndash концентрація розчину після

поглинання води m2(розчину H2SO4) = 3606 0787 = 4582 г

5) m(H2O) = 4582 ndash 368 = 902 г n(H2O) = 902 г 18 гмоль = 501 моль = 5 моль

n(H2O) = n(H2) = n(СО) = 5 моль а n(СH4) = n(СO2)прореаг = frac12 n(H2О) = 25 моль

тоді V(CH4) = V(СO2)прореаг = 25 моль middot 224 лмоль = 56 л Отже до складу вихідної суміші входило 56 л метану та (56+392) = 952 л

вуглекислого газу (в разі приведення до нормальних умов)

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

6) Сумарний обrsquoєм цієї суміші становив 1512 л тому обrsquoємні частки газів у

вихідній суміші (СH4) = 56 л 1512 л = 037 (СH4) = 952 л 1512 л = 063 а середня молярна маса суміші

Mcум= 037 middot 16 гмоль + 063 middot 44 гмоль = 3364 гмоль Відповідно відносна густина за воднем становить DH2 = 3364 2 = 1682 7) Обчислимо кількість речовини лугу у розчині

m(розчину KOH) = 1500 мл middot 124 гмл = 1860 г m(KOH) = 1612 г middot 025 = 465 г n(KOH) = 465 г 56 гмоль = 83 моль Оскільки кількість речовини CO2 який утворився внаслідок згоряння

чадного газу n(СО2) = n(CO) = 5 моль то будуть відбуватися такі реакції СО2 + KOH = KHCO3 n(KHCO3) = n(СО2) = 5 моль

Надлишок лугу в першій реакції який становитиме 83ndash5 = 33 моль

реагуватиме з кислою сіллю з утворенням середньої солі за рівнянням KOH + KHCO3 = K2CO3 + Н2O Отже n(K2CO3) = 33 моль

8) m(K2CO3) = 33 моль middot 138 гмоль = 4554 г а кислої солі залишиться n(KHCO3) = 5ndash33 = 17 моль m(KHCO3) = 17 моль middot 100 гмоль = 170 г

9) Конверсія метану ndash одержання синтез-газу з природного газу внаслідок

окиснення з водяною парою киснем або карбон діоксидом CH4 + H2O rarr CO + 3H2 ndash пароводяна або парова конверсія CH4 + frac12О2 rarr CO + 2H2 ndash парціальне (часткове) окиснення метану CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 ndash вуглекислотна конверсія Каталізатором таких процесів є Ni нанесений на Al2O3 або MgO за

температури 800ndash900 degC і тиску 2ndash4 МПа Цікаво знати що сьогодні промислове значення має лише метод парової

конверсії Натомість продуктом конверсії метану з карбон діоксидом є суміш

CO i H2 з якої синтезують диметиловий етер CH3OCH3 що є перспективним як

паливо з низьким рівнем викидів шкідливих речовин для дизельних двигунів 10) Синтез-газ (суміш CO + H2 ) використовують у таких процесах Синтез метанолу CO + 2H2 rarr CH3ОН Оксосинтез R-CH=СН2 + CO + H2 rarr R-СН2СН2СН=О + R-CH(CHO)-CH3

(отримують суміш н-альдегіду + ізо-альдегіду) Отримання синтетичного рідкого палива за допомогою процесу Фішера-

Тропша Залежно від співвідношення газів (CO H2) у сировині процес

синтезу відбувається за такими реакціями nCO + (2n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nH2O 2nCO + (n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nCO2

nCO + 2nH2 rarr CnH2n + nH2O Як паливо у двигунах внутрішнього згоряння (зокрема під час ІІ світової

війни) Сьогодні ndash у високотемпературних паливних елементах Для відновлення заліза із залізних руд

Конверсія метану ndash промисловий спосіб отримання водню який

використовують наприклад для синтезу амоніаку N2 + 3H2 rarr 2NH3

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 5 (16 балів) У закритому реакторі відбувається реакція

2NО + О2 = 2NО2 1 Дайте відповідь на запитання ndash як (зменшиться збільшиться чи залишиться

без змін) та у скільки разів зміниться швидкість реакції взаємодії NО з О2 (відповідь підтвердьте розрахунками) якщо

а) збільшити тиск вихідних газів у посудині у два рази стиснувши гази б) збільшити обrsquoєм реактора у пrsquoять разів в) спочатку додати у реактор інертного газу стільки щоб тиск збільшився у два

рази а потім збільшити обrsquoєм реактора у два рази г) збільшити концентрацію NО у два рази із збереженням концентрації кисню д) збільшити парціальний тиск кисню у два рази із збереженням парціального

тиску NО е) підвищити температуру у реакторі на 40 degС Температурний коефіцієнт

реакції дорівнює приблизно 3 2 Запишіть вираз для константи рівноваги КР реакції 3 Вкажіть як зміниться значення константи рівноваги реакції якщо у реактор

додати певну кількість NО не змінюючи температуру тиск й обrsquoєм реактора Розвrsquoязок

Згідно із законом діючих мас для швидкості реакції 2

2NO Ok C C

1а) Збільшення тиску у два рази відповідає збільшенню концентрацій NО і О2 у

два рази Тому 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 2 8k C C k C C

2 18 ndash швидкість збільшиться у вісім разів 1б) Збільшення обrsquoєму у пrsquoять разів призведе до зменшення концентрації у

пrsquoять разів 2 2

2 22 NO O NO O

1 1( )5 5 125

kk C C C C

2 1 1 21 або 125

125 ndash швидкість зменшиться у 125 разів

1в) Якщо додати у реактор інертного газу то тиск у реакторі збільшиться але

концентрація газів NО і О2 не зміниться Збільшення обrsquoєму у два рази призведе

до зменшення концентрації у два рази Отже

2 2

2 22 NO O NO O

1 1 1( )2 2 8

k C C k C C ndash швидкість зменшиться у вісім разів

1г) 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 4k C C k C C ndash збільшиться у 4 рази

1д) 2 2

2 22 NO O NO O2 2k C C k C C ndash збільшиться у 2 рази

1е) 2 2

1 1

T 40T T 410 10

T T

3 81

ndash збільшиться у 81 раз

2) 2

2

2NO

2NO O

PK

P P

3) Зі збільшенням кількості NО у реакторі рівновага у системі зміститься у бік

збільшення продукту реакції (у бік прямої реакції) але значення константи

рівноваги не зміниться

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 6 (10 балів) Для визначення вмісту чадного газу у виробничих приміщеннях 250 м3

повітря (стандартні умови) за допомогою помпи пропустили через підкислений

сульфатною кислотою розчин калій йодату Вміст виділеного йоду визначили

титруванням натрій тіосульфатом з індикатором крохмалем і встановили що

його кількість у розчині становить 0003 моль 1 Запишіть рівняння описаних реакцій та урівняйте їх методом електронного

або іонно-електронного балансу 2 Вкажіть окисник і відновник у кожній реакції 3 Чи становить загрозу для здоровrsquoя вміст чадного газу в повітрі якщо згідно з

нормативами його допустимий уміст за нормальних умов 1 мгм3 Розвrsquoязок

1 5CO + 2KIO3 + H2SO4 = 5CO2 + I2 + H2O + K2SO4 Метод електронного балансу

С+2 - 2еrarr С+4 | спільне | 5 2І+5 + 10еrarr І2

0 | кратне 10 | 1

Метод іонно-електронного балансу (метод півреакцій)

CO + H2O - 2еrarr CO2+2Н+ | спільне | 5 2 IO3

- + 12 Н+ + 10еrarr І2+ 6 H2O | кратне 10 | 1 KIO3 або І+5 ndash окисник CO або С+2 ndash відновник

2) I2 + 2Na2S2O3= Na2S4O6+ 2NaІ Na2S+6O3S-2 ndash натрій

тіосульфат Na2(S+6O3S-1)2 ndash натрій тетратіонат

Метод електронного балансу S-2- 1еrarr S-1 | спільне | 2 І2

0 + 2еrarr2І- | кратне 2 | 1

Метод іонно-електронного балансу 2S2O3

2-- 2еrarr S4O62-

І20 + 2еrarr2І-

I2 ndash окисник Na2S2O3 або S-2 ndash відновник 3) n(I2)= 0003 моль отже згідно з рівнянням реакції n(CO)=0015 моль

Тоді m(CO)= 0015middot28 = 042 г= 420 мг 4) Переводимо обrsquoєм повітря виміряний за стандартних умов до нормальних

умов (див памrsquoятку) 0 0

0PV P VT T

0250 100000 V 101325

298 273

V0= 226 м3

5) Вміст СО у повітрі 30 3

(CO) 420 мг =186 мгмV 226 м

m ndash перевищує допустимий у

186 разів отже становить загрозу для здоровrsquoя

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 1 (7 балів) Сумішшю водню з киснем при 25С і тиску 1 атм заповнили калоримет-

ричну бомбу обrsquoємом 5 л і підірвали Приймаючи до уваги що за ну густина використаної газової суміші становить 100 гдм3 а стандартна ентальпія утво-рення рідкої води складає ndash286 кДжмольndash1 розрахуйте кількість теплоти яка виділилась впродовж реакції кінцевий тиск у бомбі після охолодження її до 25С максимальний тиск який можна очікувати в калориметричній бомбі якщо

під час реакції досягається максимальна температура ~2000С Розвrsquoязок

1) Оскільки температура в калориметричній бомбі не відповідає нормальним

умовам знайдемо значення молярного обrsquoєму при температурі 25С

298273422 298

MV rarr 298

MV 224 298 273 2445 лмоль

2) Виходячи з густини суміші можемо знайти її молярну масу M(H2+O2)= ρmiddot 298

MV = 100 гл middot 2445 лмоль=2445 гмоль де M(H2+O2) ndash молярна маса суміші ρ ndash густина суміші VM ndash молярний обrsquoєм

газів за ну 3) Знаходимо склад суміші M(H2+O2)= M(H2)middotφ(H2) + M(O2)middotφ(O2) де φ(H2) ndash обrsquoємна частка водню φ(O2) ndash обrsquoємна частка кисню

2445 = 2middotх + 32middot(1ndashх) rarr х = 0251 Отже у вихідній суміші V(H2) = 5 л middot0251= 1225 л та

V(O2) = 5middot(1ndash032)= 3775 л 4) Відповідна хімічна взаємодія відбувається згідно рівняння

2H2 + O2 = 2H2O 1 Знаходимо кількості вихідних речовин

ν(H2) = 1225 л 2445 лмоль = 005 моль ν(O2) = 3775 224 гмоль = 017 моль Отже кисень в надлишку обрахунки ведемо за воднем

5) Згідно рівняння 1 в реакції прийме участь 005 моль водню та 0025 моль

кисню При цьому утвориться 005 моль води та виділиться 286 Кдж тепла

(зверніть увагу при обчисленнях слід врахувати що стандартна теплота

стосується утворення одного моля відповідної речовини а в рівнянні 1 фігурує

два молі води) 6) Після охолодження бомби водяна пара конденсуються у рідину обrsquoємом якої

можна знехтувати Тоді весь обrsquoєм бомби займатиме залишковий кисень

νзал(О2) = 017 моль ndash 0025 моль = 0145 моль За рівнянням Менделєєва-Клайперона знаходимо залишковий тиск в бомбі

pV = νRT rarr p = νRTV = 0145middot8314middot2985 = 7185 кПа де p ndash тиск в посудині кПа V ndash обrsquoєм посудини л ν ndash сумарна кількість молів

речовин в посудині R ndash універсальна газова стала Дж(мольК) T ndash температура в середині посудини К

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 4: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 8 клас

Щоб встановлена рівновага не порушилася маса у другому стакані теж

повинна збільшитись на 63 г 4) У другому стакані відбуватиметься реакція

СaCO3 + HCl rarr СaCl2 + H2O+ CO2uarr 100 гмоль 44 гмоль

Як випливає з рівняння реакції у другому стакані на 100 г доданого СaCO3 виділяється 44 г вуглекислого газу і маса зростає на (100-44) = 56 г 5) Складаємо пропорцію

На 100 г доданого СaCO3 маса зростає на 56 г На х г доданого СaCO3 маса зростає на 63 г

Звідси х = m(СaCO3) = 1125 г

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 1 (9 балів)

Продукти повного згоряння 1 дм3 (ну) газоподібної суміші двох алканів

пропустили через насичений розчин кальцій гідроксиду В результаті цього

одержали 57 г осаду Визначте природу вуглеводнів та їхній вміст у (за

обrsquoємом) у вихідній суміші якщо відомо що різниця їхніх молекулярних мас

становить 14 Да Запишіть та урівняйте реакції горіння вуглеводнів

Розвrsquoязок 1) Продуктами згоряння алканів є вода та вуглекислий газ

CnH2n+2 + O2 CO2 + H2O 2) Внаслідок пропускання цих продуктів через розчин Ca(OH)2 утворюється

осад кальцій карбонату

CO2 + Ca(OH)2 CaСO3darr + H2O кількість якого дорівнює сумарній кількості карбону у вихідній суміші алканів

n(C) = n(CaСO3) = m(CaСO3) M(CaСO3) = 57 100 = 0057 моль 3) За обrsquoємом газової суміші можна розрахувати середньозважену кількість

атомів карбону у молекулах алканів nC = n(C) n(сум) = (n(C)∙224) V(сум) = (0057∙224) 1 = 1277

4) Оскільки молекулярні маси алканів відрізняються на 14 аом то робимо

висновок що це сусідні члени гомологічного ряду насичених вуглеводнів ndash склад їхніх молекул відрізняється на одну гомологічну ланку СН2 Враховуючи

середньозважений вміст карбону у молекулах (1277) однозначно встановлюємо

природу вуглеводнів ndash метан та етан 5) Для розрахунку обrsquoємних часток алканів у суміші треба розвrsquoязати рівняння

матеріального балансу за карбоном V 224 + 2(1ndashV) 224 = 0057 де V ndash це обrsquoєм метану V = 0723 дм3 Обrsquoєм етану знаходимо за різницею 1ndash0723 = 0277 дм3

6) Отже вміст алканів у вихідній суміші становив 723 СН4 та 277 С2Н6 за

обrsquoємом 7) Рівняння реакцій згоряння

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O4 2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O

1 Задача 2 (15 балів) Далі наведено схеми реакцій горіння простих речовин ndash металів другого-

четвертого періодів (М) Деякі з цих реакцій відбуваються на повітрі самочинно

(самозаймання) інші ndash внаслідок нагрівання металу до високих температур У

кожній реакції бере участь інший метал

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

1) М+О2rarr М2О 4) М+О2rarr МО 2) М+О2rarr М2О2 5) М+О2rarr М2О3 3) М+О2rarr МО2 6) М+О2rarr М3О4

1 Запропонуйте по одному елементу-металу для кожної схеми реакції горіння 2 Запишіть та урівняйте рівняння усіх реакцій горіння 3 Назвіть усі продукти реакцій горіння 4 Запишіть рівняння можливих реакцій взаємодії одержаних Вами

оксигеновмісних речовин з водою

Розвrsquoязок 1) Усі лужні метали енергійно сполучаються з киснем На повітрі рубідій і цезій

здатні самозайматися натрій і літій займаються лише за нагрівання Однак з

усіх лужних металів лише літій утворює оксид Li2O 4Li +О2= 2Li2О

Оксиди інших лужних металів отримують окисненням за недостачі кисню або

при взаємодії стехіометричних кількостей металу і пероксиду Na2O2 + 2Na = 2Na2O KO2 + 3K = 2K2O

2) Натрій на повітрі утворює пероксид Na2O2 2Na +О2= Na2О2 3) Калій на повітрі утворює надпероксид (або супероксид) ndash KO2

K+О2= KО2 4) МО ndash це оксид металу ІІ групи або Со чи Ni наприклад

2Mg + O2 = 2MgO або 2Zn + O2 = 2ZnO 5) М2О3 ndash оксид металу в ступені окиснення (+3) Оскільки реакція горіння на

повітрі то найпростішою є відповідь 4Al порошкоподібний +3О2= 2 Al2О3 6) За схемою М+О2rarr М3О4 на повітрі горить залізо з утворенням залізної

окалини Fe3О4 (ферум(ІІ ІІІ) оксид) 3Fe +2О2 =Fe3О4 Це може бути також Со (але горіння за високих температур) а також Mn 7) Взаємодія з водою Оксиди лужних металів дуже енергійно взаємодіють з водою з утворенням

лугів Li 2O + H2O = 2 LiOH Під час взаємодії пероксидів з водою утворюється луг і гідроген пероксид

Na2O2 + H2O = NaOH + H2O2 а надпероксидів з водою ndash луг гідроген пероксид і кисень

4KO2 + 4H2O = 4KOH + O2 + 4H2O2 CаО легко взаємодіє з водою утворюючи розчинні гідроксиди

СaO + H2O = Ca(OH)2 MgO взаємодіє з водяною парою за температури 100-125 degС

MgO + H2O = Mg(OH)2 Сполуки М2О3 і М3О4 з водою не взаємодіють

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 3(12 балів)

Сіль яка містить тільки Карбон Оксиген і невідомий метал у ступені

окиснення +2 повністю термічно розклали без доступу повітря Виділилося

1344 см3 суміші двох газів а маса сухого залишку становила 0216 г Потім

сухий залишок прожарили у потоці кисню При цьому маса залишку збільшила-ся на 0024 г а його колір змінився з чорного на червоно-коричневий В резуль-таті пропускання суміші газів через баритову воду виділилося 591 мг осаду

Визначте невідомий метал та встановіть формулу солі Сіллю якої кисло-ти є сполука що розклалася Назвіть сіль і відповідну кислоту зобразіть її гра-фічну формулу Напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій

Розвrsquoязок 1) Формула солі MxCyOz Сухий залишок після розкладання цієї солі ndash це

очевидно оксид металу МО а один з газів ndash СО2 Після прожарювання в О2 маса сухого залишку збільшується за рахунок

окиснення (утворення оксиду в якому метал перебуває у вищому ступені

окиснення) Якщо 2МО + frac12 О2 = М2О3 то m(М2О3)=0216+0024=024

2) Позначимо Ar(M) за х Тоді згідно з рівнянням реакції з 0216 г МО утворюється 024 г М2О3 а з 2(х +16) ndash 2 х +3∙16 х=56 ndash Fe

Справді FeО ndash чорний Fe2О3 ndashкоричнево-червоний Рівняння реакції 2FeО + frac12 О2 = Fe2О3 або 4FeО + О2 = 2Fe2О3

0216(FeO) 0003 моль72

n

3) Один з газів ndash СО2 тоді CO2 + Вa(OH)2 ВaСO3darr + H2O 224 0591 00672 л = 672 мл

197V

Отже обrsquoєм іншого газу1344-672=672 мл

200672(СO ) (газу 2) 0003 моль224

n n

4) Робимо висновок про те що в рівнянні реакції розкладання солі коефіцієнти

перед продуктами реакції відносяться між собою як 111 Іншим газом суміші теоретично могли б бути О2 або СО Однак О2 не

може бути бо інакше FeО одразу окиснився б до Fe2О3 Отже другий газ ndash СО Звідси робимо висновок що сіль яку розкладали це FeС2О4 ndash ферум(ІІ)

оксалат Рівняння реакції розкладання FeС2О4= FeО + СО2 + СО

5) Оксалати ndash це солі оксалатної кислоти Н2С2О4 Тривіальна назва кислоти ndash щавлева назва за систематичною номенклатурою ndash етандіонова кислота

6) Графічна формула

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 4 (18 балів)

Суміш метану й іншого газу взятого в надлишку піддали конверсії

Отриману суміш газів пропустили через вапняну воду внаслідок чого випало

175 г осаду Газуватий залишок спалили у надлишку кисню а продукти горіння

послідовно пропустили 1) через 200 см3 98 розчину сульфатної кислоти (ρ = 184 гсм3) унаслідок чого масова частка кислоти зменшилась у 1245 раза 2) через 15 л розчину їдкого калі (з масовою часткою лугу 025 та густиною

124 гсм3) до повного поглинання газів 1 Запишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій 2 Визначте склад вихідної суміші газів та її відносну густину за воднем (за

ну) 3 Визначте масу солей які утворилися внаслідок пропускання газуватого

залишку через розчин KОН 4 Запишіть та урівняйте рівняння реакцій усіх відомих вам способів конверсії

метану зазначте умови їх реалізації 5 Що таке синтез-газ і де його використовують

Розвrsquoязок

1) Проаналізувавши умову задачі робимо висновок що другим газом у

вихідній суміші є вуглекислий газ який взято у надлишку щодо стехіометрії

процесу CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 2) Непрореагований надлишок СО2 вступає у взаємодію з вапняною водою

СО2 + Сa(OH)2 = CaCO3 + H2O За масою осаду кальцій карбонату обчислимо надлишковий обrsquoєм вуглекислого

газу m(CaCO3) = 175 г n(CaCO3) = 175 г 100 гмоль = 175 моль n(CO2) = 175 моль V (CO2)надл = 175 моль middot 224 лмоль = 392 л

3) Після поглинання надлишку CO2 у суміші залишилась еквімолярна кількість

водню та чадного газу реакції горіння яких 2H2 + O2 rarr 2H2O 2CO + O2 rarr 2СО2

4) Концентровану сульфатну кислоту використовують як осушувач відповідно

зміна концентрації розчину спричинена поглинанням водяної пари m1(розчину H2SO4) = 200 мл middot 1840 гмл = 368 г m(H2SO4) = 368 г middot 098 = 3606 г ω2(розчину H2SO4) = 098 1245 = 0787 ndash концентрація розчину після

поглинання води m2(розчину H2SO4) = 3606 0787 = 4582 г

5) m(H2O) = 4582 ndash 368 = 902 г n(H2O) = 902 г 18 гмоль = 501 моль = 5 моль

n(H2O) = n(H2) = n(СО) = 5 моль а n(СH4) = n(СO2)прореаг = frac12 n(H2О) = 25 моль

тоді V(CH4) = V(СO2)прореаг = 25 моль middot 224 лмоль = 56 л Отже до складу вихідної суміші входило 56 л метану та (56+392) = 952 л

вуглекислого газу (в разі приведення до нормальних умов)

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

6) Сумарний обrsquoєм цієї суміші становив 1512 л тому обrsquoємні частки газів у

вихідній суміші (СH4) = 56 л 1512 л = 037 (СH4) = 952 л 1512 л = 063 а середня молярна маса суміші

Mcум= 037 middot 16 гмоль + 063 middot 44 гмоль = 3364 гмоль Відповідно відносна густина за воднем становить DH2 = 3364 2 = 1682 7) Обчислимо кількість речовини лугу у розчині

m(розчину KOH) = 1500 мл middot 124 гмл = 1860 г m(KOH) = 1612 г middot 025 = 465 г n(KOH) = 465 г 56 гмоль = 83 моль Оскільки кількість речовини CO2 який утворився внаслідок згоряння

чадного газу n(СО2) = n(CO) = 5 моль то будуть відбуватися такі реакції СО2 + KOH = KHCO3 n(KHCO3) = n(СО2) = 5 моль

Надлишок лугу в першій реакції який становитиме 83ndash5 = 33 моль

реагуватиме з кислою сіллю з утворенням середньої солі за рівнянням KOH + KHCO3 = K2CO3 + Н2O Отже n(K2CO3) = 33 моль

8) m(K2CO3) = 33 моль middot 138 гмоль = 4554 г а кислої солі залишиться n(KHCO3) = 5ndash33 = 17 моль m(KHCO3) = 17 моль middot 100 гмоль = 170 г

9) Конверсія метану ndash одержання синтез-газу з природного газу внаслідок

окиснення з водяною парою киснем або карбон діоксидом CH4 + H2O rarr CO + 3H2 ndash пароводяна або парова конверсія CH4 + frac12О2 rarr CO + 2H2 ndash парціальне (часткове) окиснення метану CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 ndash вуглекислотна конверсія Каталізатором таких процесів є Ni нанесений на Al2O3 або MgO за

температури 800ndash900 degC і тиску 2ndash4 МПа Цікаво знати що сьогодні промислове значення має лише метод парової

конверсії Натомість продуктом конверсії метану з карбон діоксидом є суміш

CO i H2 з якої синтезують диметиловий етер CH3OCH3 що є перспективним як

паливо з низьким рівнем викидів шкідливих речовин для дизельних двигунів 10) Синтез-газ (суміш CO + H2 ) використовують у таких процесах Синтез метанолу CO + 2H2 rarr CH3ОН Оксосинтез R-CH=СН2 + CO + H2 rarr R-СН2СН2СН=О + R-CH(CHO)-CH3

(отримують суміш н-альдегіду + ізо-альдегіду) Отримання синтетичного рідкого палива за допомогою процесу Фішера-

Тропша Залежно від співвідношення газів (CO H2) у сировині процес

синтезу відбувається за такими реакціями nCO + (2n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nH2O 2nCO + (n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nCO2

nCO + 2nH2 rarr CnH2n + nH2O Як паливо у двигунах внутрішнього згоряння (зокрема під час ІІ світової

війни) Сьогодні ndash у високотемпературних паливних елементах Для відновлення заліза із залізних руд

Конверсія метану ndash промисловий спосіб отримання водню який

використовують наприклад для синтезу амоніаку N2 + 3H2 rarr 2NH3

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 5 (16 балів) У закритому реакторі відбувається реакція

2NО + О2 = 2NО2 1 Дайте відповідь на запитання ndash як (зменшиться збільшиться чи залишиться

без змін) та у скільки разів зміниться швидкість реакції взаємодії NО з О2 (відповідь підтвердьте розрахунками) якщо

а) збільшити тиск вихідних газів у посудині у два рази стиснувши гази б) збільшити обrsquoєм реактора у пrsquoять разів в) спочатку додати у реактор інертного газу стільки щоб тиск збільшився у два

рази а потім збільшити обrsquoєм реактора у два рази г) збільшити концентрацію NО у два рази із збереженням концентрації кисню д) збільшити парціальний тиск кисню у два рази із збереженням парціального

тиску NО е) підвищити температуру у реакторі на 40 degС Температурний коефіцієнт

реакції дорівнює приблизно 3 2 Запишіть вираз для константи рівноваги КР реакції 3 Вкажіть як зміниться значення константи рівноваги реакції якщо у реактор

додати певну кількість NО не змінюючи температуру тиск й обrsquoєм реактора Розвrsquoязок

Згідно із законом діючих мас для швидкості реакції 2

2NO Ok C C

1а) Збільшення тиску у два рази відповідає збільшенню концентрацій NО і О2 у

два рази Тому 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 2 8k C C k C C

2 18 ndash швидкість збільшиться у вісім разів 1б) Збільшення обrsquoєму у пrsquoять разів призведе до зменшення концентрації у

пrsquoять разів 2 2

2 22 NO O NO O

1 1( )5 5 125

kk C C C C

2 1 1 21 або 125

125 ndash швидкість зменшиться у 125 разів

1в) Якщо додати у реактор інертного газу то тиск у реакторі збільшиться але

концентрація газів NО і О2 не зміниться Збільшення обrsquoєму у два рази призведе

до зменшення концентрації у два рази Отже

2 2

2 22 NO O NO O

1 1 1( )2 2 8

k C C k C C ndash швидкість зменшиться у вісім разів

1г) 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 4k C C k C C ndash збільшиться у 4 рази

1д) 2 2

2 22 NO O NO O2 2k C C k C C ndash збільшиться у 2 рази

1е) 2 2

1 1

T 40T T 410 10

T T

3 81

ndash збільшиться у 81 раз

2) 2

2

2NO

2NO O

PK

P P

3) Зі збільшенням кількості NО у реакторі рівновага у системі зміститься у бік

збільшення продукту реакції (у бік прямої реакції) але значення константи

рівноваги не зміниться

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 6 (10 балів) Для визначення вмісту чадного газу у виробничих приміщеннях 250 м3

повітря (стандартні умови) за допомогою помпи пропустили через підкислений

сульфатною кислотою розчин калій йодату Вміст виділеного йоду визначили

титруванням натрій тіосульфатом з індикатором крохмалем і встановили що

його кількість у розчині становить 0003 моль 1 Запишіть рівняння описаних реакцій та урівняйте їх методом електронного

або іонно-електронного балансу 2 Вкажіть окисник і відновник у кожній реакції 3 Чи становить загрозу для здоровrsquoя вміст чадного газу в повітрі якщо згідно з

нормативами його допустимий уміст за нормальних умов 1 мгм3 Розвrsquoязок

1 5CO + 2KIO3 + H2SO4 = 5CO2 + I2 + H2O + K2SO4 Метод електронного балансу

С+2 - 2еrarr С+4 | спільне | 5 2І+5 + 10еrarr І2

0 | кратне 10 | 1

Метод іонно-електронного балансу (метод півреакцій)

CO + H2O - 2еrarr CO2+2Н+ | спільне | 5 2 IO3

- + 12 Н+ + 10еrarr І2+ 6 H2O | кратне 10 | 1 KIO3 або І+5 ndash окисник CO або С+2 ndash відновник

2) I2 + 2Na2S2O3= Na2S4O6+ 2NaІ Na2S+6O3S-2 ndash натрій

тіосульфат Na2(S+6O3S-1)2 ndash натрій тетратіонат

Метод електронного балансу S-2- 1еrarr S-1 | спільне | 2 І2

0 + 2еrarr2І- | кратне 2 | 1

Метод іонно-електронного балансу 2S2O3

2-- 2еrarr S4O62-

І20 + 2еrarr2І-

I2 ndash окисник Na2S2O3 або S-2 ndash відновник 3) n(I2)= 0003 моль отже згідно з рівнянням реакції n(CO)=0015 моль

Тоді m(CO)= 0015middot28 = 042 г= 420 мг 4) Переводимо обrsquoєм повітря виміряний за стандартних умов до нормальних

умов (див памrsquoятку) 0 0

0PV P VT T

0250 100000 V 101325

298 273

V0= 226 м3

5) Вміст СО у повітрі 30 3

(CO) 420 мг =186 мгмV 226 м

m ndash перевищує допустимий у

186 разів отже становить загрозу для здоровrsquoя

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 1 (7 балів) Сумішшю водню з киснем при 25С і тиску 1 атм заповнили калоримет-

ричну бомбу обrsquoємом 5 л і підірвали Приймаючи до уваги що за ну густина використаної газової суміші становить 100 гдм3 а стандартна ентальпія утво-рення рідкої води складає ndash286 кДжмольndash1 розрахуйте кількість теплоти яка виділилась впродовж реакції кінцевий тиск у бомбі після охолодження її до 25С максимальний тиск який можна очікувати в калориметричній бомбі якщо

під час реакції досягається максимальна температура ~2000С Розвrsquoязок

1) Оскільки температура в калориметричній бомбі не відповідає нормальним

умовам знайдемо значення молярного обrsquoєму при температурі 25С

298273422 298

MV rarr 298

MV 224 298 273 2445 лмоль

2) Виходячи з густини суміші можемо знайти її молярну масу M(H2+O2)= ρmiddot 298

MV = 100 гл middot 2445 лмоль=2445 гмоль де M(H2+O2) ndash молярна маса суміші ρ ndash густина суміші VM ndash молярний обrsquoєм

газів за ну 3) Знаходимо склад суміші M(H2+O2)= M(H2)middotφ(H2) + M(O2)middotφ(O2) де φ(H2) ndash обrsquoємна частка водню φ(O2) ndash обrsquoємна частка кисню

2445 = 2middotх + 32middot(1ndashх) rarr х = 0251 Отже у вихідній суміші V(H2) = 5 л middot0251= 1225 л та

V(O2) = 5middot(1ndash032)= 3775 л 4) Відповідна хімічна взаємодія відбувається згідно рівняння

2H2 + O2 = 2H2O 1 Знаходимо кількості вихідних речовин

ν(H2) = 1225 л 2445 лмоль = 005 моль ν(O2) = 3775 224 гмоль = 017 моль Отже кисень в надлишку обрахунки ведемо за воднем

5) Згідно рівняння 1 в реакції прийме участь 005 моль водню та 0025 моль

кисню При цьому утвориться 005 моль води та виділиться 286 Кдж тепла

(зверніть увагу при обчисленнях слід врахувати що стандартна теплота

стосується утворення одного моля відповідної речовини а в рівнянні 1 фігурує

два молі води) 6) Після охолодження бомби водяна пара конденсуються у рідину обrsquoємом якої

можна знехтувати Тоді весь обrsquoєм бомби займатиме залишковий кисень

νзал(О2) = 017 моль ndash 0025 моль = 0145 моль За рівнянням Менделєєва-Клайперона знаходимо залишковий тиск в бомбі

pV = νRT rarr p = νRTV = 0145middot8314middot2985 = 7185 кПа де p ndash тиск в посудині кПа V ndash обrsquoєм посудини л ν ndash сумарна кількість молів

речовин в посудині R ndash універсальна газова стала Дж(мольК) T ndash температура в середині посудини К

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 5: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 1 (9 балів)

Продукти повного згоряння 1 дм3 (ну) газоподібної суміші двох алканів

пропустили через насичений розчин кальцій гідроксиду В результаті цього

одержали 57 г осаду Визначте природу вуглеводнів та їхній вміст у (за

обrsquoємом) у вихідній суміші якщо відомо що різниця їхніх молекулярних мас

становить 14 Да Запишіть та урівняйте реакції горіння вуглеводнів

Розвrsquoязок 1) Продуктами згоряння алканів є вода та вуглекислий газ

CnH2n+2 + O2 CO2 + H2O 2) Внаслідок пропускання цих продуктів через розчин Ca(OH)2 утворюється

осад кальцій карбонату

CO2 + Ca(OH)2 CaСO3darr + H2O кількість якого дорівнює сумарній кількості карбону у вихідній суміші алканів

n(C) = n(CaСO3) = m(CaСO3) M(CaСO3) = 57 100 = 0057 моль 3) За обrsquoємом газової суміші можна розрахувати середньозважену кількість

атомів карбону у молекулах алканів nC = n(C) n(сум) = (n(C)∙224) V(сум) = (0057∙224) 1 = 1277

4) Оскільки молекулярні маси алканів відрізняються на 14 аом то робимо

висновок що це сусідні члени гомологічного ряду насичених вуглеводнів ndash склад їхніх молекул відрізняється на одну гомологічну ланку СН2 Враховуючи

середньозважений вміст карбону у молекулах (1277) однозначно встановлюємо

природу вуглеводнів ndash метан та етан 5) Для розрахунку обrsquoємних часток алканів у суміші треба розвrsquoязати рівняння

матеріального балансу за карбоном V 224 + 2(1ndashV) 224 = 0057 де V ndash це обrsquoєм метану V = 0723 дм3 Обrsquoєм етану знаходимо за різницею 1ndash0723 = 0277 дм3

6) Отже вміст алканів у вихідній суміші становив 723 СН4 та 277 С2Н6 за

обrsquoємом 7) Рівняння реакцій згоряння

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O4 2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O

1 Задача 2 (15 балів) Далі наведено схеми реакцій горіння простих речовин ndash металів другого-

четвертого періодів (М) Деякі з цих реакцій відбуваються на повітрі самочинно

(самозаймання) інші ndash внаслідок нагрівання металу до високих температур У

кожній реакції бере участь інший метал

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

1) М+О2rarr М2О 4) М+О2rarr МО 2) М+О2rarr М2О2 5) М+О2rarr М2О3 3) М+О2rarr МО2 6) М+О2rarr М3О4

1 Запропонуйте по одному елементу-металу для кожної схеми реакції горіння 2 Запишіть та урівняйте рівняння усіх реакцій горіння 3 Назвіть усі продукти реакцій горіння 4 Запишіть рівняння можливих реакцій взаємодії одержаних Вами

оксигеновмісних речовин з водою

Розвrsquoязок 1) Усі лужні метали енергійно сполучаються з киснем На повітрі рубідій і цезій

здатні самозайматися натрій і літій займаються лише за нагрівання Однак з

усіх лужних металів лише літій утворює оксид Li2O 4Li +О2= 2Li2О

Оксиди інших лужних металів отримують окисненням за недостачі кисню або

при взаємодії стехіометричних кількостей металу і пероксиду Na2O2 + 2Na = 2Na2O KO2 + 3K = 2K2O

2) Натрій на повітрі утворює пероксид Na2O2 2Na +О2= Na2О2 3) Калій на повітрі утворює надпероксид (або супероксид) ndash KO2

K+О2= KО2 4) МО ndash це оксид металу ІІ групи або Со чи Ni наприклад

2Mg + O2 = 2MgO або 2Zn + O2 = 2ZnO 5) М2О3 ndash оксид металу в ступені окиснення (+3) Оскільки реакція горіння на

повітрі то найпростішою є відповідь 4Al порошкоподібний +3О2= 2 Al2О3 6) За схемою М+О2rarr М3О4 на повітрі горить залізо з утворенням залізної

окалини Fe3О4 (ферум(ІІ ІІІ) оксид) 3Fe +2О2 =Fe3О4 Це може бути також Со (але горіння за високих температур) а також Mn 7) Взаємодія з водою Оксиди лужних металів дуже енергійно взаємодіють з водою з утворенням

лугів Li 2O + H2O = 2 LiOH Під час взаємодії пероксидів з водою утворюється луг і гідроген пероксид

Na2O2 + H2O = NaOH + H2O2 а надпероксидів з водою ndash луг гідроген пероксид і кисень

4KO2 + 4H2O = 4KOH + O2 + 4H2O2 CаО легко взаємодіє з водою утворюючи розчинні гідроксиди

СaO + H2O = Ca(OH)2 MgO взаємодіє з водяною парою за температури 100-125 degС

MgO + H2O = Mg(OH)2 Сполуки М2О3 і М3О4 з водою не взаємодіють

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 3(12 балів)

Сіль яка містить тільки Карбон Оксиген і невідомий метал у ступені

окиснення +2 повністю термічно розклали без доступу повітря Виділилося

1344 см3 суміші двох газів а маса сухого залишку становила 0216 г Потім

сухий залишок прожарили у потоці кисню При цьому маса залишку збільшила-ся на 0024 г а його колір змінився з чорного на червоно-коричневий В резуль-таті пропускання суміші газів через баритову воду виділилося 591 мг осаду

Визначте невідомий метал та встановіть формулу солі Сіллю якої кисло-ти є сполука що розклалася Назвіть сіль і відповідну кислоту зобразіть її гра-фічну формулу Напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій

Розвrsquoязок 1) Формула солі MxCyOz Сухий залишок після розкладання цієї солі ndash це

очевидно оксид металу МО а один з газів ndash СО2 Після прожарювання в О2 маса сухого залишку збільшується за рахунок

окиснення (утворення оксиду в якому метал перебуває у вищому ступені

окиснення) Якщо 2МО + frac12 О2 = М2О3 то m(М2О3)=0216+0024=024

2) Позначимо Ar(M) за х Тоді згідно з рівнянням реакції з 0216 г МО утворюється 024 г М2О3 а з 2(х +16) ndash 2 х +3∙16 х=56 ndash Fe

Справді FeО ndash чорний Fe2О3 ndashкоричнево-червоний Рівняння реакції 2FeО + frac12 О2 = Fe2О3 або 4FeО + О2 = 2Fe2О3

0216(FeO) 0003 моль72

n

3) Один з газів ndash СО2 тоді CO2 + Вa(OH)2 ВaСO3darr + H2O 224 0591 00672 л = 672 мл

197V

Отже обrsquoєм іншого газу1344-672=672 мл

200672(СO ) (газу 2) 0003 моль224

n n

4) Робимо висновок про те що в рівнянні реакції розкладання солі коефіцієнти

перед продуктами реакції відносяться між собою як 111 Іншим газом суміші теоретично могли б бути О2 або СО Однак О2 не

може бути бо інакше FeО одразу окиснився б до Fe2О3 Отже другий газ ndash СО Звідси робимо висновок що сіль яку розкладали це FeС2О4 ndash ферум(ІІ)

оксалат Рівняння реакції розкладання FeС2О4= FeО + СО2 + СО

5) Оксалати ndash це солі оксалатної кислоти Н2С2О4 Тривіальна назва кислоти ndash щавлева назва за систематичною номенклатурою ndash етандіонова кислота

6) Графічна формула

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 4 (18 балів)

Суміш метану й іншого газу взятого в надлишку піддали конверсії

Отриману суміш газів пропустили через вапняну воду внаслідок чого випало

175 г осаду Газуватий залишок спалили у надлишку кисню а продукти горіння

послідовно пропустили 1) через 200 см3 98 розчину сульфатної кислоти (ρ = 184 гсм3) унаслідок чого масова частка кислоти зменшилась у 1245 раза 2) через 15 л розчину їдкого калі (з масовою часткою лугу 025 та густиною

124 гсм3) до повного поглинання газів 1 Запишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій 2 Визначте склад вихідної суміші газів та її відносну густину за воднем (за

ну) 3 Визначте масу солей які утворилися внаслідок пропускання газуватого

залишку через розчин KОН 4 Запишіть та урівняйте рівняння реакцій усіх відомих вам способів конверсії

метану зазначте умови їх реалізації 5 Що таке синтез-газ і де його використовують

Розвrsquoязок

1) Проаналізувавши умову задачі робимо висновок що другим газом у

вихідній суміші є вуглекислий газ який взято у надлишку щодо стехіометрії

процесу CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 2) Непрореагований надлишок СО2 вступає у взаємодію з вапняною водою

СО2 + Сa(OH)2 = CaCO3 + H2O За масою осаду кальцій карбонату обчислимо надлишковий обrsquoєм вуглекислого

газу m(CaCO3) = 175 г n(CaCO3) = 175 г 100 гмоль = 175 моль n(CO2) = 175 моль V (CO2)надл = 175 моль middot 224 лмоль = 392 л

3) Після поглинання надлишку CO2 у суміші залишилась еквімолярна кількість

водню та чадного газу реакції горіння яких 2H2 + O2 rarr 2H2O 2CO + O2 rarr 2СО2

4) Концентровану сульфатну кислоту використовують як осушувач відповідно

зміна концентрації розчину спричинена поглинанням водяної пари m1(розчину H2SO4) = 200 мл middot 1840 гмл = 368 г m(H2SO4) = 368 г middot 098 = 3606 г ω2(розчину H2SO4) = 098 1245 = 0787 ndash концентрація розчину після

поглинання води m2(розчину H2SO4) = 3606 0787 = 4582 г

5) m(H2O) = 4582 ndash 368 = 902 г n(H2O) = 902 г 18 гмоль = 501 моль = 5 моль

n(H2O) = n(H2) = n(СО) = 5 моль а n(СH4) = n(СO2)прореаг = frac12 n(H2О) = 25 моль

тоді V(CH4) = V(СO2)прореаг = 25 моль middot 224 лмоль = 56 л Отже до складу вихідної суміші входило 56 л метану та (56+392) = 952 л

вуглекислого газу (в разі приведення до нормальних умов)

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

6) Сумарний обrsquoєм цієї суміші становив 1512 л тому обrsquoємні частки газів у

вихідній суміші (СH4) = 56 л 1512 л = 037 (СH4) = 952 л 1512 л = 063 а середня молярна маса суміші

Mcум= 037 middot 16 гмоль + 063 middot 44 гмоль = 3364 гмоль Відповідно відносна густина за воднем становить DH2 = 3364 2 = 1682 7) Обчислимо кількість речовини лугу у розчині

m(розчину KOH) = 1500 мл middot 124 гмл = 1860 г m(KOH) = 1612 г middot 025 = 465 г n(KOH) = 465 г 56 гмоль = 83 моль Оскільки кількість речовини CO2 який утворився внаслідок згоряння

чадного газу n(СО2) = n(CO) = 5 моль то будуть відбуватися такі реакції СО2 + KOH = KHCO3 n(KHCO3) = n(СО2) = 5 моль

Надлишок лугу в першій реакції який становитиме 83ndash5 = 33 моль

реагуватиме з кислою сіллю з утворенням середньої солі за рівнянням KOH + KHCO3 = K2CO3 + Н2O Отже n(K2CO3) = 33 моль

8) m(K2CO3) = 33 моль middot 138 гмоль = 4554 г а кислої солі залишиться n(KHCO3) = 5ndash33 = 17 моль m(KHCO3) = 17 моль middot 100 гмоль = 170 г

9) Конверсія метану ndash одержання синтез-газу з природного газу внаслідок

окиснення з водяною парою киснем або карбон діоксидом CH4 + H2O rarr CO + 3H2 ndash пароводяна або парова конверсія CH4 + frac12О2 rarr CO + 2H2 ndash парціальне (часткове) окиснення метану CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 ndash вуглекислотна конверсія Каталізатором таких процесів є Ni нанесений на Al2O3 або MgO за

температури 800ndash900 degC і тиску 2ndash4 МПа Цікаво знати що сьогодні промислове значення має лише метод парової

конверсії Натомість продуктом конверсії метану з карбон діоксидом є суміш

CO i H2 з якої синтезують диметиловий етер CH3OCH3 що є перспективним як

паливо з низьким рівнем викидів шкідливих речовин для дизельних двигунів 10) Синтез-газ (суміш CO + H2 ) використовують у таких процесах Синтез метанолу CO + 2H2 rarr CH3ОН Оксосинтез R-CH=СН2 + CO + H2 rarr R-СН2СН2СН=О + R-CH(CHO)-CH3

(отримують суміш н-альдегіду + ізо-альдегіду) Отримання синтетичного рідкого палива за допомогою процесу Фішера-

Тропша Залежно від співвідношення газів (CO H2) у сировині процес

синтезу відбувається за такими реакціями nCO + (2n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nH2O 2nCO + (n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nCO2

nCO + 2nH2 rarr CnH2n + nH2O Як паливо у двигунах внутрішнього згоряння (зокрема під час ІІ світової

війни) Сьогодні ndash у високотемпературних паливних елементах Для відновлення заліза із залізних руд

Конверсія метану ndash промисловий спосіб отримання водню який

використовують наприклад для синтезу амоніаку N2 + 3H2 rarr 2NH3

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 5 (16 балів) У закритому реакторі відбувається реакція

2NО + О2 = 2NО2 1 Дайте відповідь на запитання ndash як (зменшиться збільшиться чи залишиться

без змін) та у скільки разів зміниться швидкість реакції взаємодії NО з О2 (відповідь підтвердьте розрахунками) якщо

а) збільшити тиск вихідних газів у посудині у два рази стиснувши гази б) збільшити обrsquoєм реактора у пrsquoять разів в) спочатку додати у реактор інертного газу стільки щоб тиск збільшився у два

рази а потім збільшити обrsquoєм реактора у два рази г) збільшити концентрацію NО у два рази із збереженням концентрації кисню д) збільшити парціальний тиск кисню у два рази із збереженням парціального

тиску NО е) підвищити температуру у реакторі на 40 degС Температурний коефіцієнт

реакції дорівнює приблизно 3 2 Запишіть вираз для константи рівноваги КР реакції 3 Вкажіть як зміниться значення константи рівноваги реакції якщо у реактор

додати певну кількість NО не змінюючи температуру тиск й обrsquoєм реактора Розвrsquoязок

Згідно із законом діючих мас для швидкості реакції 2

2NO Ok C C

1а) Збільшення тиску у два рази відповідає збільшенню концентрацій NО і О2 у

два рази Тому 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 2 8k C C k C C

2 18 ndash швидкість збільшиться у вісім разів 1б) Збільшення обrsquoєму у пrsquoять разів призведе до зменшення концентрації у

пrsquoять разів 2 2

2 22 NO O NO O

1 1( )5 5 125

kk C C C C

2 1 1 21 або 125

125 ndash швидкість зменшиться у 125 разів

1в) Якщо додати у реактор інертного газу то тиск у реакторі збільшиться але

концентрація газів NО і О2 не зміниться Збільшення обrsquoєму у два рази призведе

до зменшення концентрації у два рази Отже

2 2

2 22 NO O NO O

1 1 1( )2 2 8

k C C k C C ndash швидкість зменшиться у вісім разів

1г) 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 4k C C k C C ndash збільшиться у 4 рази

1д) 2 2

2 22 NO O NO O2 2k C C k C C ndash збільшиться у 2 рази

1е) 2 2

1 1

T 40T T 410 10

T T

3 81

ndash збільшиться у 81 раз

2) 2

2

2NO

2NO O

PK

P P

3) Зі збільшенням кількості NО у реакторі рівновага у системі зміститься у бік

збільшення продукту реакції (у бік прямої реакції) але значення константи

рівноваги не зміниться

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 6 (10 балів) Для визначення вмісту чадного газу у виробничих приміщеннях 250 м3

повітря (стандартні умови) за допомогою помпи пропустили через підкислений

сульфатною кислотою розчин калій йодату Вміст виділеного йоду визначили

титруванням натрій тіосульфатом з індикатором крохмалем і встановили що

його кількість у розчині становить 0003 моль 1 Запишіть рівняння описаних реакцій та урівняйте їх методом електронного

або іонно-електронного балансу 2 Вкажіть окисник і відновник у кожній реакції 3 Чи становить загрозу для здоровrsquoя вміст чадного газу в повітрі якщо згідно з

нормативами його допустимий уміст за нормальних умов 1 мгм3 Розвrsquoязок

1 5CO + 2KIO3 + H2SO4 = 5CO2 + I2 + H2O + K2SO4 Метод електронного балансу

С+2 - 2еrarr С+4 | спільне | 5 2І+5 + 10еrarr І2

0 | кратне 10 | 1

Метод іонно-електронного балансу (метод півреакцій)

CO + H2O - 2еrarr CO2+2Н+ | спільне | 5 2 IO3

- + 12 Н+ + 10еrarr І2+ 6 H2O | кратне 10 | 1 KIO3 або І+5 ndash окисник CO або С+2 ndash відновник

2) I2 + 2Na2S2O3= Na2S4O6+ 2NaІ Na2S+6O3S-2 ndash натрій

тіосульфат Na2(S+6O3S-1)2 ndash натрій тетратіонат

Метод електронного балансу S-2- 1еrarr S-1 | спільне | 2 І2

0 + 2еrarr2І- | кратне 2 | 1

Метод іонно-електронного балансу 2S2O3

2-- 2еrarr S4O62-

І20 + 2еrarr2І-

I2 ndash окисник Na2S2O3 або S-2 ndash відновник 3) n(I2)= 0003 моль отже згідно з рівнянням реакції n(CO)=0015 моль

Тоді m(CO)= 0015middot28 = 042 г= 420 мг 4) Переводимо обrsquoєм повітря виміряний за стандартних умов до нормальних

умов (див памrsquoятку) 0 0

0PV P VT T

0250 100000 V 101325

298 273

V0= 226 м3

5) Вміст СО у повітрі 30 3

(CO) 420 мг =186 мгмV 226 м

m ndash перевищує допустимий у

186 разів отже становить загрозу для здоровrsquoя

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 1 (7 балів) Сумішшю водню з киснем при 25С і тиску 1 атм заповнили калоримет-

ричну бомбу обrsquoємом 5 л і підірвали Приймаючи до уваги що за ну густина використаної газової суміші становить 100 гдм3 а стандартна ентальпія утво-рення рідкої води складає ndash286 кДжмольndash1 розрахуйте кількість теплоти яка виділилась впродовж реакції кінцевий тиск у бомбі після охолодження її до 25С максимальний тиск який можна очікувати в калориметричній бомбі якщо

під час реакції досягається максимальна температура ~2000С Розвrsquoязок

1) Оскільки температура в калориметричній бомбі не відповідає нормальним

умовам знайдемо значення молярного обrsquoєму при температурі 25С

298273422 298

MV rarr 298

MV 224 298 273 2445 лмоль

2) Виходячи з густини суміші можемо знайти її молярну масу M(H2+O2)= ρmiddot 298

MV = 100 гл middot 2445 лмоль=2445 гмоль де M(H2+O2) ndash молярна маса суміші ρ ndash густина суміші VM ndash молярний обrsquoєм

газів за ну 3) Знаходимо склад суміші M(H2+O2)= M(H2)middotφ(H2) + M(O2)middotφ(O2) де φ(H2) ndash обrsquoємна частка водню φ(O2) ndash обrsquoємна частка кисню

2445 = 2middotх + 32middot(1ndashх) rarr х = 0251 Отже у вихідній суміші V(H2) = 5 л middot0251= 1225 л та

V(O2) = 5middot(1ndash032)= 3775 л 4) Відповідна хімічна взаємодія відбувається згідно рівняння

2H2 + O2 = 2H2O 1 Знаходимо кількості вихідних речовин

ν(H2) = 1225 л 2445 лмоль = 005 моль ν(O2) = 3775 224 гмоль = 017 моль Отже кисень в надлишку обрахунки ведемо за воднем

5) Згідно рівняння 1 в реакції прийме участь 005 моль водню та 0025 моль

кисню При цьому утвориться 005 моль води та виділиться 286 Кдж тепла

(зверніть увагу при обчисленнях слід врахувати що стандартна теплота

стосується утворення одного моля відповідної речовини а в рівнянні 1 фігурує

два молі води) 6) Після охолодження бомби водяна пара конденсуються у рідину обrsquoємом якої

можна знехтувати Тоді весь обrsquoєм бомби займатиме залишковий кисень

νзал(О2) = 017 моль ndash 0025 моль = 0145 моль За рівнянням Менделєєва-Клайперона знаходимо залишковий тиск в бомбі

pV = νRT rarr p = νRTV = 0145middot8314middot2985 = 7185 кПа де p ndash тиск в посудині кПа V ndash обrsquoєм посудини л ν ndash сумарна кількість молів

речовин в посудині R ndash універсальна газова стала Дж(мольК) T ndash температура в середині посудини К

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 6: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

1) М+О2rarr М2О 4) М+О2rarr МО 2) М+О2rarr М2О2 5) М+О2rarr М2О3 3) М+О2rarr МО2 6) М+О2rarr М3О4

1 Запропонуйте по одному елементу-металу для кожної схеми реакції горіння 2 Запишіть та урівняйте рівняння усіх реакцій горіння 3 Назвіть усі продукти реакцій горіння 4 Запишіть рівняння можливих реакцій взаємодії одержаних Вами

оксигеновмісних речовин з водою

Розвrsquoязок 1) Усі лужні метали енергійно сполучаються з киснем На повітрі рубідій і цезій

здатні самозайматися натрій і літій займаються лише за нагрівання Однак з

усіх лужних металів лише літій утворює оксид Li2O 4Li +О2= 2Li2О

Оксиди інших лужних металів отримують окисненням за недостачі кисню або

при взаємодії стехіометричних кількостей металу і пероксиду Na2O2 + 2Na = 2Na2O KO2 + 3K = 2K2O

2) Натрій на повітрі утворює пероксид Na2O2 2Na +О2= Na2О2 3) Калій на повітрі утворює надпероксид (або супероксид) ndash KO2

K+О2= KО2 4) МО ndash це оксид металу ІІ групи або Со чи Ni наприклад

2Mg + O2 = 2MgO або 2Zn + O2 = 2ZnO 5) М2О3 ndash оксид металу в ступені окиснення (+3) Оскільки реакція горіння на

повітрі то найпростішою є відповідь 4Al порошкоподібний +3О2= 2 Al2О3 6) За схемою М+О2rarr М3О4 на повітрі горить залізо з утворенням залізної

окалини Fe3О4 (ферум(ІІ ІІІ) оксид) 3Fe +2О2 =Fe3О4 Це може бути також Со (але горіння за високих температур) а також Mn 7) Взаємодія з водою Оксиди лужних металів дуже енергійно взаємодіють з водою з утворенням

лугів Li 2O + H2O = 2 LiOH Під час взаємодії пероксидів з водою утворюється луг і гідроген пероксид

Na2O2 + H2O = NaOH + H2O2 а надпероксидів з водою ndash луг гідроген пероксид і кисень

4KO2 + 4H2O = 4KOH + O2 + 4H2O2 CаО легко взаємодіє з водою утворюючи розчинні гідроксиди

СaO + H2O = Ca(OH)2 MgO взаємодіє з водяною парою за температури 100-125 degС

MgO + H2O = Mg(OH)2 Сполуки М2О3 і М3О4 з водою не взаємодіють

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 3(12 балів)

Сіль яка містить тільки Карбон Оксиген і невідомий метал у ступені

окиснення +2 повністю термічно розклали без доступу повітря Виділилося

1344 см3 суміші двох газів а маса сухого залишку становила 0216 г Потім

сухий залишок прожарили у потоці кисню При цьому маса залишку збільшила-ся на 0024 г а його колір змінився з чорного на червоно-коричневий В резуль-таті пропускання суміші газів через баритову воду виділилося 591 мг осаду

Визначте невідомий метал та встановіть формулу солі Сіллю якої кисло-ти є сполука що розклалася Назвіть сіль і відповідну кислоту зобразіть її гра-фічну формулу Напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій

Розвrsquoязок 1) Формула солі MxCyOz Сухий залишок після розкладання цієї солі ndash це

очевидно оксид металу МО а один з газів ndash СО2 Після прожарювання в О2 маса сухого залишку збільшується за рахунок

окиснення (утворення оксиду в якому метал перебуває у вищому ступені

окиснення) Якщо 2МО + frac12 О2 = М2О3 то m(М2О3)=0216+0024=024

2) Позначимо Ar(M) за х Тоді згідно з рівнянням реакції з 0216 г МО утворюється 024 г М2О3 а з 2(х +16) ndash 2 х +3∙16 х=56 ndash Fe

Справді FeО ndash чорний Fe2О3 ndashкоричнево-червоний Рівняння реакції 2FeО + frac12 О2 = Fe2О3 або 4FeО + О2 = 2Fe2О3

0216(FeO) 0003 моль72

n

3) Один з газів ndash СО2 тоді CO2 + Вa(OH)2 ВaСO3darr + H2O 224 0591 00672 л = 672 мл

197V

Отже обrsquoєм іншого газу1344-672=672 мл

200672(СO ) (газу 2) 0003 моль224

n n

4) Робимо висновок про те що в рівнянні реакції розкладання солі коефіцієнти

перед продуктами реакції відносяться між собою як 111 Іншим газом суміші теоретично могли б бути О2 або СО Однак О2 не

може бути бо інакше FeО одразу окиснився б до Fe2О3 Отже другий газ ndash СО Звідси робимо висновок що сіль яку розкладали це FeС2О4 ndash ферум(ІІ)

оксалат Рівняння реакції розкладання FeС2О4= FeО + СО2 + СО

5) Оксалати ndash це солі оксалатної кислоти Н2С2О4 Тривіальна назва кислоти ndash щавлева назва за систематичною номенклатурою ndash етандіонова кислота

6) Графічна формула

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 4 (18 балів)

Суміш метану й іншого газу взятого в надлишку піддали конверсії

Отриману суміш газів пропустили через вапняну воду внаслідок чого випало

175 г осаду Газуватий залишок спалили у надлишку кисню а продукти горіння

послідовно пропустили 1) через 200 см3 98 розчину сульфатної кислоти (ρ = 184 гсм3) унаслідок чого масова частка кислоти зменшилась у 1245 раза 2) через 15 л розчину їдкого калі (з масовою часткою лугу 025 та густиною

124 гсм3) до повного поглинання газів 1 Запишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій 2 Визначте склад вихідної суміші газів та її відносну густину за воднем (за

ну) 3 Визначте масу солей які утворилися внаслідок пропускання газуватого

залишку через розчин KОН 4 Запишіть та урівняйте рівняння реакцій усіх відомих вам способів конверсії

метану зазначте умови їх реалізації 5 Що таке синтез-газ і де його використовують

Розвrsquoязок

1) Проаналізувавши умову задачі робимо висновок що другим газом у

вихідній суміші є вуглекислий газ який взято у надлишку щодо стехіометрії

процесу CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 2) Непрореагований надлишок СО2 вступає у взаємодію з вапняною водою

СО2 + Сa(OH)2 = CaCO3 + H2O За масою осаду кальцій карбонату обчислимо надлишковий обrsquoєм вуглекислого

газу m(CaCO3) = 175 г n(CaCO3) = 175 г 100 гмоль = 175 моль n(CO2) = 175 моль V (CO2)надл = 175 моль middot 224 лмоль = 392 л

3) Після поглинання надлишку CO2 у суміші залишилась еквімолярна кількість

водню та чадного газу реакції горіння яких 2H2 + O2 rarr 2H2O 2CO + O2 rarr 2СО2

4) Концентровану сульфатну кислоту використовують як осушувач відповідно

зміна концентрації розчину спричинена поглинанням водяної пари m1(розчину H2SO4) = 200 мл middot 1840 гмл = 368 г m(H2SO4) = 368 г middot 098 = 3606 г ω2(розчину H2SO4) = 098 1245 = 0787 ndash концентрація розчину після

поглинання води m2(розчину H2SO4) = 3606 0787 = 4582 г

5) m(H2O) = 4582 ndash 368 = 902 г n(H2O) = 902 г 18 гмоль = 501 моль = 5 моль

n(H2O) = n(H2) = n(СО) = 5 моль а n(СH4) = n(СO2)прореаг = frac12 n(H2О) = 25 моль

тоді V(CH4) = V(СO2)прореаг = 25 моль middot 224 лмоль = 56 л Отже до складу вихідної суміші входило 56 л метану та (56+392) = 952 л

вуглекислого газу (в разі приведення до нормальних умов)

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

6) Сумарний обrsquoєм цієї суміші становив 1512 л тому обrsquoємні частки газів у

вихідній суміші (СH4) = 56 л 1512 л = 037 (СH4) = 952 л 1512 л = 063 а середня молярна маса суміші

Mcум= 037 middot 16 гмоль + 063 middot 44 гмоль = 3364 гмоль Відповідно відносна густина за воднем становить DH2 = 3364 2 = 1682 7) Обчислимо кількість речовини лугу у розчині

m(розчину KOH) = 1500 мл middot 124 гмл = 1860 г m(KOH) = 1612 г middot 025 = 465 г n(KOH) = 465 г 56 гмоль = 83 моль Оскільки кількість речовини CO2 який утворився внаслідок згоряння

чадного газу n(СО2) = n(CO) = 5 моль то будуть відбуватися такі реакції СО2 + KOH = KHCO3 n(KHCO3) = n(СО2) = 5 моль

Надлишок лугу в першій реакції який становитиме 83ndash5 = 33 моль

реагуватиме з кислою сіллю з утворенням середньої солі за рівнянням KOH + KHCO3 = K2CO3 + Н2O Отже n(K2CO3) = 33 моль

8) m(K2CO3) = 33 моль middot 138 гмоль = 4554 г а кислої солі залишиться n(KHCO3) = 5ndash33 = 17 моль m(KHCO3) = 17 моль middot 100 гмоль = 170 г

9) Конверсія метану ndash одержання синтез-газу з природного газу внаслідок

окиснення з водяною парою киснем або карбон діоксидом CH4 + H2O rarr CO + 3H2 ndash пароводяна або парова конверсія CH4 + frac12О2 rarr CO + 2H2 ndash парціальне (часткове) окиснення метану CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 ndash вуглекислотна конверсія Каталізатором таких процесів є Ni нанесений на Al2O3 або MgO за

температури 800ndash900 degC і тиску 2ndash4 МПа Цікаво знати що сьогодні промислове значення має лише метод парової

конверсії Натомість продуктом конверсії метану з карбон діоксидом є суміш

CO i H2 з якої синтезують диметиловий етер CH3OCH3 що є перспективним як

паливо з низьким рівнем викидів шкідливих речовин для дизельних двигунів 10) Синтез-газ (суміш CO + H2 ) використовують у таких процесах Синтез метанолу CO + 2H2 rarr CH3ОН Оксосинтез R-CH=СН2 + CO + H2 rarr R-СН2СН2СН=О + R-CH(CHO)-CH3

(отримують суміш н-альдегіду + ізо-альдегіду) Отримання синтетичного рідкого палива за допомогою процесу Фішера-

Тропша Залежно від співвідношення газів (CO H2) у сировині процес

синтезу відбувається за такими реакціями nCO + (2n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nH2O 2nCO + (n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nCO2

nCO + 2nH2 rarr CnH2n + nH2O Як паливо у двигунах внутрішнього згоряння (зокрема під час ІІ світової

війни) Сьогодні ndash у високотемпературних паливних елементах Для відновлення заліза із залізних руд

Конверсія метану ndash промисловий спосіб отримання водню який

використовують наприклад для синтезу амоніаку N2 + 3H2 rarr 2NH3

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 5 (16 балів) У закритому реакторі відбувається реакція

2NО + О2 = 2NО2 1 Дайте відповідь на запитання ndash як (зменшиться збільшиться чи залишиться

без змін) та у скільки разів зміниться швидкість реакції взаємодії NО з О2 (відповідь підтвердьте розрахунками) якщо

а) збільшити тиск вихідних газів у посудині у два рази стиснувши гази б) збільшити обrsquoєм реактора у пrsquoять разів в) спочатку додати у реактор інертного газу стільки щоб тиск збільшився у два

рази а потім збільшити обrsquoєм реактора у два рази г) збільшити концентрацію NО у два рази із збереженням концентрації кисню д) збільшити парціальний тиск кисню у два рази із збереженням парціального

тиску NО е) підвищити температуру у реакторі на 40 degС Температурний коефіцієнт

реакції дорівнює приблизно 3 2 Запишіть вираз для константи рівноваги КР реакції 3 Вкажіть як зміниться значення константи рівноваги реакції якщо у реактор

додати певну кількість NО не змінюючи температуру тиск й обrsquoєм реактора Розвrsquoязок

Згідно із законом діючих мас для швидкості реакції 2

2NO Ok C C

1а) Збільшення тиску у два рази відповідає збільшенню концентрацій NО і О2 у

два рази Тому 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 2 8k C C k C C

2 18 ndash швидкість збільшиться у вісім разів 1б) Збільшення обrsquoєму у пrsquoять разів призведе до зменшення концентрації у

пrsquoять разів 2 2

2 22 NO O NO O

1 1( )5 5 125

kk C C C C

2 1 1 21 або 125

125 ndash швидкість зменшиться у 125 разів

1в) Якщо додати у реактор інертного газу то тиск у реакторі збільшиться але

концентрація газів NО і О2 не зміниться Збільшення обrsquoєму у два рази призведе

до зменшення концентрації у два рази Отже

2 2

2 22 NO O NO O

1 1 1( )2 2 8

k C C k C C ndash швидкість зменшиться у вісім разів

1г) 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 4k C C k C C ndash збільшиться у 4 рази

1д) 2 2

2 22 NO O NO O2 2k C C k C C ndash збільшиться у 2 рази

1е) 2 2

1 1

T 40T T 410 10

T T

3 81

ndash збільшиться у 81 раз

2) 2

2

2NO

2NO O

PK

P P

3) Зі збільшенням кількості NО у реакторі рівновага у системі зміститься у бік

збільшення продукту реакції (у бік прямої реакції) але значення константи

рівноваги не зміниться

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 6 (10 балів) Для визначення вмісту чадного газу у виробничих приміщеннях 250 м3

повітря (стандартні умови) за допомогою помпи пропустили через підкислений

сульфатною кислотою розчин калій йодату Вміст виділеного йоду визначили

титруванням натрій тіосульфатом з індикатором крохмалем і встановили що

його кількість у розчині становить 0003 моль 1 Запишіть рівняння описаних реакцій та урівняйте їх методом електронного

або іонно-електронного балансу 2 Вкажіть окисник і відновник у кожній реакції 3 Чи становить загрозу для здоровrsquoя вміст чадного газу в повітрі якщо згідно з

нормативами його допустимий уміст за нормальних умов 1 мгм3 Розвrsquoязок

1 5CO + 2KIO3 + H2SO4 = 5CO2 + I2 + H2O + K2SO4 Метод електронного балансу

С+2 - 2еrarr С+4 | спільне | 5 2І+5 + 10еrarr І2

0 | кратне 10 | 1

Метод іонно-електронного балансу (метод півреакцій)

CO + H2O - 2еrarr CO2+2Н+ | спільне | 5 2 IO3

- + 12 Н+ + 10еrarr І2+ 6 H2O | кратне 10 | 1 KIO3 або І+5 ndash окисник CO або С+2 ndash відновник

2) I2 + 2Na2S2O3= Na2S4O6+ 2NaІ Na2S+6O3S-2 ndash натрій

тіосульфат Na2(S+6O3S-1)2 ndash натрій тетратіонат

Метод електронного балансу S-2- 1еrarr S-1 | спільне | 2 І2

0 + 2еrarr2І- | кратне 2 | 1

Метод іонно-електронного балансу 2S2O3

2-- 2еrarr S4O62-

І20 + 2еrarr2І-

I2 ndash окисник Na2S2O3 або S-2 ndash відновник 3) n(I2)= 0003 моль отже згідно з рівнянням реакції n(CO)=0015 моль

Тоді m(CO)= 0015middot28 = 042 г= 420 мг 4) Переводимо обrsquoєм повітря виміряний за стандартних умов до нормальних

умов (див памrsquoятку) 0 0

0PV P VT T

0250 100000 V 101325

298 273

V0= 226 м3

5) Вміст СО у повітрі 30 3

(CO) 420 мг =186 мгмV 226 м

m ndash перевищує допустимий у

186 разів отже становить загрозу для здоровrsquoя

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 1 (7 балів) Сумішшю водню з киснем при 25С і тиску 1 атм заповнили калоримет-

ричну бомбу обrsquoємом 5 л і підірвали Приймаючи до уваги що за ну густина використаної газової суміші становить 100 гдм3 а стандартна ентальпія утво-рення рідкої води складає ndash286 кДжмольndash1 розрахуйте кількість теплоти яка виділилась впродовж реакції кінцевий тиск у бомбі після охолодження її до 25С максимальний тиск який можна очікувати в калориметричній бомбі якщо

під час реакції досягається максимальна температура ~2000С Розвrsquoязок

1) Оскільки температура в калориметричній бомбі не відповідає нормальним

умовам знайдемо значення молярного обrsquoєму при температурі 25С

298273422 298

MV rarr 298

MV 224 298 273 2445 лмоль

2) Виходячи з густини суміші можемо знайти її молярну масу M(H2+O2)= ρmiddot 298

MV = 100 гл middot 2445 лмоль=2445 гмоль де M(H2+O2) ndash молярна маса суміші ρ ndash густина суміші VM ndash молярний обrsquoєм

газів за ну 3) Знаходимо склад суміші M(H2+O2)= M(H2)middotφ(H2) + M(O2)middotφ(O2) де φ(H2) ndash обrsquoємна частка водню φ(O2) ndash обrsquoємна частка кисню

2445 = 2middotх + 32middot(1ndashх) rarr х = 0251 Отже у вихідній суміші V(H2) = 5 л middot0251= 1225 л та

V(O2) = 5middot(1ndash032)= 3775 л 4) Відповідна хімічна взаємодія відбувається згідно рівняння

2H2 + O2 = 2H2O 1 Знаходимо кількості вихідних речовин

ν(H2) = 1225 л 2445 лмоль = 005 моль ν(O2) = 3775 224 гмоль = 017 моль Отже кисень в надлишку обрахунки ведемо за воднем

5) Згідно рівняння 1 в реакції прийме участь 005 моль водню та 0025 моль

кисню При цьому утвориться 005 моль води та виділиться 286 Кдж тепла

(зверніть увагу при обчисленнях слід врахувати що стандартна теплота

стосується утворення одного моля відповідної речовини а в рівнянні 1 фігурує

два молі води) 6) Після охолодження бомби водяна пара конденсуються у рідину обrsquoємом якої

можна знехтувати Тоді весь обrsquoєм бомби займатиме залишковий кисень

νзал(О2) = 017 моль ndash 0025 моль = 0145 моль За рівнянням Менделєєва-Клайперона знаходимо залишковий тиск в бомбі

pV = νRT rarr p = νRTV = 0145middot8314middot2985 = 7185 кПа де p ndash тиск в посудині кПа V ndash обrsquoєм посудини л ν ndash сумарна кількість молів

речовин в посудині R ndash універсальна газова стала Дж(мольК) T ndash температура в середині посудини К

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 7: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 3(12 балів)

Сіль яка містить тільки Карбон Оксиген і невідомий метал у ступені

окиснення +2 повністю термічно розклали без доступу повітря Виділилося

1344 см3 суміші двох газів а маса сухого залишку становила 0216 г Потім

сухий залишок прожарили у потоці кисню При цьому маса залишку збільшила-ся на 0024 г а його колір змінився з чорного на червоно-коричневий В резуль-таті пропускання суміші газів через баритову воду виділилося 591 мг осаду

Визначте невідомий метал та встановіть формулу солі Сіллю якої кисло-ти є сполука що розклалася Назвіть сіль і відповідну кислоту зобразіть її гра-фічну формулу Напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій

Розвrsquoязок 1) Формула солі MxCyOz Сухий залишок після розкладання цієї солі ndash це

очевидно оксид металу МО а один з газів ndash СО2 Після прожарювання в О2 маса сухого залишку збільшується за рахунок

окиснення (утворення оксиду в якому метал перебуває у вищому ступені

окиснення) Якщо 2МО + frac12 О2 = М2О3 то m(М2О3)=0216+0024=024

2) Позначимо Ar(M) за х Тоді згідно з рівнянням реакції з 0216 г МО утворюється 024 г М2О3 а з 2(х +16) ndash 2 х +3∙16 х=56 ndash Fe

Справді FeО ndash чорний Fe2О3 ndashкоричнево-червоний Рівняння реакції 2FeО + frac12 О2 = Fe2О3 або 4FeО + О2 = 2Fe2О3

0216(FeO) 0003 моль72

n

3) Один з газів ndash СО2 тоді CO2 + Вa(OH)2 ВaСO3darr + H2O 224 0591 00672 л = 672 мл

197V

Отже обrsquoєм іншого газу1344-672=672 мл

200672(СO ) (газу 2) 0003 моль224

n n

4) Робимо висновок про те що в рівнянні реакції розкладання солі коефіцієнти

перед продуктами реакції відносяться між собою як 111 Іншим газом суміші теоретично могли б бути О2 або СО Однак О2 не

може бути бо інакше FeО одразу окиснився б до Fe2О3 Отже другий газ ndash СО Звідси робимо висновок що сіль яку розкладали це FeС2О4 ndash ферум(ІІ)

оксалат Рівняння реакції розкладання FeС2О4= FeО + СО2 + СО

5) Оксалати ndash це солі оксалатної кислоти Н2С2О4 Тривіальна назва кислоти ndash щавлева назва за систематичною номенклатурою ndash етандіонова кислота

6) Графічна формула

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 4 (18 балів)

Суміш метану й іншого газу взятого в надлишку піддали конверсії

Отриману суміш газів пропустили через вапняну воду внаслідок чого випало

175 г осаду Газуватий залишок спалили у надлишку кисню а продукти горіння

послідовно пропустили 1) через 200 см3 98 розчину сульфатної кислоти (ρ = 184 гсм3) унаслідок чого масова частка кислоти зменшилась у 1245 раза 2) через 15 л розчину їдкого калі (з масовою часткою лугу 025 та густиною

124 гсм3) до повного поглинання газів 1 Запишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій 2 Визначте склад вихідної суміші газів та її відносну густину за воднем (за

ну) 3 Визначте масу солей які утворилися внаслідок пропускання газуватого

залишку через розчин KОН 4 Запишіть та урівняйте рівняння реакцій усіх відомих вам способів конверсії

метану зазначте умови їх реалізації 5 Що таке синтез-газ і де його використовують

Розвrsquoязок

1) Проаналізувавши умову задачі робимо висновок що другим газом у

вихідній суміші є вуглекислий газ який взято у надлишку щодо стехіометрії

процесу CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 2) Непрореагований надлишок СО2 вступає у взаємодію з вапняною водою

СО2 + Сa(OH)2 = CaCO3 + H2O За масою осаду кальцій карбонату обчислимо надлишковий обrsquoєм вуглекислого

газу m(CaCO3) = 175 г n(CaCO3) = 175 г 100 гмоль = 175 моль n(CO2) = 175 моль V (CO2)надл = 175 моль middot 224 лмоль = 392 л

3) Після поглинання надлишку CO2 у суміші залишилась еквімолярна кількість

водню та чадного газу реакції горіння яких 2H2 + O2 rarr 2H2O 2CO + O2 rarr 2СО2

4) Концентровану сульфатну кислоту використовують як осушувач відповідно

зміна концентрації розчину спричинена поглинанням водяної пари m1(розчину H2SO4) = 200 мл middot 1840 гмл = 368 г m(H2SO4) = 368 г middot 098 = 3606 г ω2(розчину H2SO4) = 098 1245 = 0787 ndash концентрація розчину після

поглинання води m2(розчину H2SO4) = 3606 0787 = 4582 г

5) m(H2O) = 4582 ndash 368 = 902 г n(H2O) = 902 г 18 гмоль = 501 моль = 5 моль

n(H2O) = n(H2) = n(СО) = 5 моль а n(СH4) = n(СO2)прореаг = frac12 n(H2О) = 25 моль

тоді V(CH4) = V(СO2)прореаг = 25 моль middot 224 лмоль = 56 л Отже до складу вихідної суміші входило 56 л метану та (56+392) = 952 л

вуглекислого газу (в разі приведення до нормальних умов)

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

6) Сумарний обrsquoєм цієї суміші становив 1512 л тому обrsquoємні частки газів у

вихідній суміші (СH4) = 56 л 1512 л = 037 (СH4) = 952 л 1512 л = 063 а середня молярна маса суміші

Mcум= 037 middot 16 гмоль + 063 middot 44 гмоль = 3364 гмоль Відповідно відносна густина за воднем становить DH2 = 3364 2 = 1682 7) Обчислимо кількість речовини лугу у розчині

m(розчину KOH) = 1500 мл middot 124 гмл = 1860 г m(KOH) = 1612 г middot 025 = 465 г n(KOH) = 465 г 56 гмоль = 83 моль Оскільки кількість речовини CO2 який утворився внаслідок згоряння

чадного газу n(СО2) = n(CO) = 5 моль то будуть відбуватися такі реакції СО2 + KOH = KHCO3 n(KHCO3) = n(СО2) = 5 моль

Надлишок лугу в першій реакції який становитиме 83ndash5 = 33 моль

реагуватиме з кислою сіллю з утворенням середньої солі за рівнянням KOH + KHCO3 = K2CO3 + Н2O Отже n(K2CO3) = 33 моль

8) m(K2CO3) = 33 моль middot 138 гмоль = 4554 г а кислої солі залишиться n(KHCO3) = 5ndash33 = 17 моль m(KHCO3) = 17 моль middot 100 гмоль = 170 г

9) Конверсія метану ndash одержання синтез-газу з природного газу внаслідок

окиснення з водяною парою киснем або карбон діоксидом CH4 + H2O rarr CO + 3H2 ndash пароводяна або парова конверсія CH4 + frac12О2 rarr CO + 2H2 ndash парціальне (часткове) окиснення метану CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 ndash вуглекислотна конверсія Каталізатором таких процесів є Ni нанесений на Al2O3 або MgO за

температури 800ndash900 degC і тиску 2ndash4 МПа Цікаво знати що сьогодні промислове значення має лише метод парової

конверсії Натомість продуктом конверсії метану з карбон діоксидом є суміш

CO i H2 з якої синтезують диметиловий етер CH3OCH3 що є перспективним як

паливо з низьким рівнем викидів шкідливих речовин для дизельних двигунів 10) Синтез-газ (суміш CO + H2 ) використовують у таких процесах Синтез метанолу CO + 2H2 rarr CH3ОН Оксосинтез R-CH=СН2 + CO + H2 rarr R-СН2СН2СН=О + R-CH(CHO)-CH3

(отримують суміш н-альдегіду + ізо-альдегіду) Отримання синтетичного рідкого палива за допомогою процесу Фішера-

Тропша Залежно від співвідношення газів (CO H2) у сировині процес

синтезу відбувається за такими реакціями nCO + (2n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nH2O 2nCO + (n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nCO2

nCO + 2nH2 rarr CnH2n + nH2O Як паливо у двигунах внутрішнього згоряння (зокрема під час ІІ світової

війни) Сьогодні ndash у високотемпературних паливних елементах Для відновлення заліза із залізних руд

Конверсія метану ndash промисловий спосіб отримання водню який

використовують наприклад для синтезу амоніаку N2 + 3H2 rarr 2NH3

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 5 (16 балів) У закритому реакторі відбувається реакція

2NО + О2 = 2NО2 1 Дайте відповідь на запитання ndash як (зменшиться збільшиться чи залишиться

без змін) та у скільки разів зміниться швидкість реакції взаємодії NО з О2 (відповідь підтвердьте розрахунками) якщо

а) збільшити тиск вихідних газів у посудині у два рази стиснувши гази б) збільшити обrsquoєм реактора у пrsquoять разів в) спочатку додати у реактор інертного газу стільки щоб тиск збільшився у два

рази а потім збільшити обrsquoєм реактора у два рази г) збільшити концентрацію NО у два рази із збереженням концентрації кисню д) збільшити парціальний тиск кисню у два рази із збереженням парціального

тиску NО е) підвищити температуру у реакторі на 40 degС Температурний коефіцієнт

реакції дорівнює приблизно 3 2 Запишіть вираз для константи рівноваги КР реакції 3 Вкажіть як зміниться значення константи рівноваги реакції якщо у реактор

додати певну кількість NО не змінюючи температуру тиск й обrsquoєм реактора Розвrsquoязок

Згідно із законом діючих мас для швидкості реакції 2

2NO Ok C C

1а) Збільшення тиску у два рази відповідає збільшенню концентрацій NО і О2 у

два рази Тому 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 2 8k C C k C C

2 18 ndash швидкість збільшиться у вісім разів 1б) Збільшення обrsquoєму у пrsquoять разів призведе до зменшення концентрації у

пrsquoять разів 2 2

2 22 NO O NO O

1 1( )5 5 125

kk C C C C

2 1 1 21 або 125

125 ndash швидкість зменшиться у 125 разів

1в) Якщо додати у реактор інертного газу то тиск у реакторі збільшиться але

концентрація газів NО і О2 не зміниться Збільшення обrsquoєму у два рази призведе

до зменшення концентрації у два рази Отже

2 2

2 22 NO O NO O

1 1 1( )2 2 8

k C C k C C ndash швидкість зменшиться у вісім разів

1г) 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 4k C C k C C ndash збільшиться у 4 рази

1д) 2 2

2 22 NO O NO O2 2k C C k C C ndash збільшиться у 2 рази

1е) 2 2

1 1

T 40T T 410 10

T T

3 81

ndash збільшиться у 81 раз

2) 2

2

2NO

2NO O

PK

P P

3) Зі збільшенням кількості NО у реакторі рівновага у системі зміститься у бік

збільшення продукту реакції (у бік прямої реакції) але значення константи

рівноваги не зміниться

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 6 (10 балів) Для визначення вмісту чадного газу у виробничих приміщеннях 250 м3

повітря (стандартні умови) за допомогою помпи пропустили через підкислений

сульфатною кислотою розчин калій йодату Вміст виділеного йоду визначили

титруванням натрій тіосульфатом з індикатором крохмалем і встановили що

його кількість у розчині становить 0003 моль 1 Запишіть рівняння описаних реакцій та урівняйте їх методом електронного

або іонно-електронного балансу 2 Вкажіть окисник і відновник у кожній реакції 3 Чи становить загрозу для здоровrsquoя вміст чадного газу в повітрі якщо згідно з

нормативами його допустимий уміст за нормальних умов 1 мгм3 Розвrsquoязок

1 5CO + 2KIO3 + H2SO4 = 5CO2 + I2 + H2O + K2SO4 Метод електронного балансу

С+2 - 2еrarr С+4 | спільне | 5 2І+5 + 10еrarr І2

0 | кратне 10 | 1

Метод іонно-електронного балансу (метод півреакцій)

CO + H2O - 2еrarr CO2+2Н+ | спільне | 5 2 IO3

- + 12 Н+ + 10еrarr І2+ 6 H2O | кратне 10 | 1 KIO3 або І+5 ndash окисник CO або С+2 ndash відновник

2) I2 + 2Na2S2O3= Na2S4O6+ 2NaІ Na2S+6O3S-2 ndash натрій

тіосульфат Na2(S+6O3S-1)2 ndash натрій тетратіонат

Метод електронного балансу S-2- 1еrarr S-1 | спільне | 2 І2

0 + 2еrarr2І- | кратне 2 | 1

Метод іонно-електронного балансу 2S2O3

2-- 2еrarr S4O62-

І20 + 2еrarr2І-

I2 ndash окисник Na2S2O3 або S-2 ndash відновник 3) n(I2)= 0003 моль отже згідно з рівнянням реакції n(CO)=0015 моль

Тоді m(CO)= 0015middot28 = 042 г= 420 мг 4) Переводимо обrsquoєм повітря виміряний за стандартних умов до нормальних

умов (див памrsquoятку) 0 0

0PV P VT T

0250 100000 V 101325

298 273

V0= 226 м3

5) Вміст СО у повітрі 30 3

(CO) 420 мг =186 мгмV 226 м

m ndash перевищує допустимий у

186 разів отже становить загрозу для здоровrsquoя

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 1 (7 балів) Сумішшю водню з киснем при 25С і тиску 1 атм заповнили калоримет-

ричну бомбу обrsquoємом 5 л і підірвали Приймаючи до уваги що за ну густина використаної газової суміші становить 100 гдм3 а стандартна ентальпія утво-рення рідкої води складає ndash286 кДжмольndash1 розрахуйте кількість теплоти яка виділилась впродовж реакції кінцевий тиск у бомбі після охолодження її до 25С максимальний тиск який можна очікувати в калориметричній бомбі якщо

під час реакції досягається максимальна температура ~2000С Розвrsquoязок

1) Оскільки температура в калориметричній бомбі не відповідає нормальним

умовам знайдемо значення молярного обrsquoєму при температурі 25С

298273422 298

MV rarr 298

MV 224 298 273 2445 лмоль

2) Виходячи з густини суміші можемо знайти її молярну масу M(H2+O2)= ρmiddot 298

MV = 100 гл middot 2445 лмоль=2445 гмоль де M(H2+O2) ndash молярна маса суміші ρ ndash густина суміші VM ndash молярний обrsquoєм

газів за ну 3) Знаходимо склад суміші M(H2+O2)= M(H2)middotφ(H2) + M(O2)middotφ(O2) де φ(H2) ndash обrsquoємна частка водню φ(O2) ndash обrsquoємна частка кисню

2445 = 2middotх + 32middot(1ndashх) rarr х = 0251 Отже у вихідній суміші V(H2) = 5 л middot0251= 1225 л та

V(O2) = 5middot(1ndash032)= 3775 л 4) Відповідна хімічна взаємодія відбувається згідно рівняння

2H2 + O2 = 2H2O 1 Знаходимо кількості вихідних речовин

ν(H2) = 1225 л 2445 лмоль = 005 моль ν(O2) = 3775 224 гмоль = 017 моль Отже кисень в надлишку обрахунки ведемо за воднем

5) Згідно рівняння 1 в реакції прийме участь 005 моль водню та 0025 моль

кисню При цьому утвориться 005 моль води та виділиться 286 Кдж тепла

(зверніть увагу при обчисленнях слід врахувати що стандартна теплота

стосується утворення одного моля відповідної речовини а в рівнянні 1 фігурує

два молі води) 6) Після охолодження бомби водяна пара конденсуються у рідину обrsquoємом якої

можна знехтувати Тоді весь обrsquoєм бомби займатиме залишковий кисень

νзал(О2) = 017 моль ndash 0025 моль = 0145 моль За рівнянням Менделєєва-Клайперона знаходимо залишковий тиск в бомбі

pV = νRT rarr p = νRTV = 0145middot8314middot2985 = 7185 кПа де p ndash тиск в посудині кПа V ndash обrsquoєм посудини л ν ndash сумарна кількість молів

речовин в посудині R ndash універсальна газова стала Дж(мольК) T ndash температура в середині посудини К

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 8: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 4 (18 балів)

Суміш метану й іншого газу взятого в надлишку піддали конверсії

Отриману суміш газів пропустили через вапняну воду внаслідок чого випало

175 г осаду Газуватий залишок спалили у надлишку кисню а продукти горіння

послідовно пропустили 1) через 200 см3 98 розчину сульфатної кислоти (ρ = 184 гсм3) унаслідок чого масова частка кислоти зменшилась у 1245 раза 2) через 15 л розчину їдкого калі (з масовою часткою лугу 025 та густиною

124 гсм3) до повного поглинання газів 1 Запишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові реакцій 2 Визначте склад вихідної суміші газів та її відносну густину за воднем (за

ну) 3 Визначте масу солей які утворилися внаслідок пропускання газуватого

залишку через розчин KОН 4 Запишіть та урівняйте рівняння реакцій усіх відомих вам способів конверсії

метану зазначте умови їх реалізації 5 Що таке синтез-газ і де його використовують

Розвrsquoязок

1) Проаналізувавши умову задачі робимо висновок що другим газом у

вихідній суміші є вуглекислий газ який взято у надлишку щодо стехіометрії

процесу CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 2) Непрореагований надлишок СО2 вступає у взаємодію з вапняною водою

СО2 + Сa(OH)2 = CaCO3 + H2O За масою осаду кальцій карбонату обчислимо надлишковий обrsquoєм вуглекислого

газу m(CaCO3) = 175 г n(CaCO3) = 175 г 100 гмоль = 175 моль n(CO2) = 175 моль V (CO2)надл = 175 моль middot 224 лмоль = 392 л

3) Після поглинання надлишку CO2 у суміші залишилась еквімолярна кількість

водню та чадного газу реакції горіння яких 2H2 + O2 rarr 2H2O 2CO + O2 rarr 2СО2

4) Концентровану сульфатну кислоту використовують як осушувач відповідно

зміна концентрації розчину спричинена поглинанням водяної пари m1(розчину H2SO4) = 200 мл middot 1840 гмл = 368 г m(H2SO4) = 368 г middot 098 = 3606 г ω2(розчину H2SO4) = 098 1245 = 0787 ndash концентрація розчину після

поглинання води m2(розчину H2SO4) = 3606 0787 = 4582 г

5) m(H2O) = 4582 ndash 368 = 902 г n(H2O) = 902 г 18 гмоль = 501 моль = 5 моль

n(H2O) = n(H2) = n(СО) = 5 моль а n(СH4) = n(СO2)прореаг = frac12 n(H2О) = 25 моль

тоді V(CH4) = V(СO2)прореаг = 25 моль middot 224 лмоль = 56 л Отже до складу вихідної суміші входило 56 л метану та (56+392) = 952 л

вуглекислого газу (в разі приведення до нормальних умов)

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

6) Сумарний обrsquoєм цієї суміші становив 1512 л тому обrsquoємні частки газів у

вихідній суміші (СH4) = 56 л 1512 л = 037 (СH4) = 952 л 1512 л = 063 а середня молярна маса суміші

Mcум= 037 middot 16 гмоль + 063 middot 44 гмоль = 3364 гмоль Відповідно відносна густина за воднем становить DH2 = 3364 2 = 1682 7) Обчислимо кількість речовини лугу у розчині

m(розчину KOH) = 1500 мл middot 124 гмл = 1860 г m(KOH) = 1612 г middot 025 = 465 г n(KOH) = 465 г 56 гмоль = 83 моль Оскільки кількість речовини CO2 який утворився внаслідок згоряння

чадного газу n(СО2) = n(CO) = 5 моль то будуть відбуватися такі реакції СО2 + KOH = KHCO3 n(KHCO3) = n(СО2) = 5 моль

Надлишок лугу в першій реакції який становитиме 83ndash5 = 33 моль

реагуватиме з кислою сіллю з утворенням середньої солі за рівнянням KOH + KHCO3 = K2CO3 + Н2O Отже n(K2CO3) = 33 моль

8) m(K2CO3) = 33 моль middot 138 гмоль = 4554 г а кислої солі залишиться n(KHCO3) = 5ndash33 = 17 моль m(KHCO3) = 17 моль middot 100 гмоль = 170 г

9) Конверсія метану ndash одержання синтез-газу з природного газу внаслідок

окиснення з водяною парою киснем або карбон діоксидом CH4 + H2O rarr CO + 3H2 ndash пароводяна або парова конверсія CH4 + frac12О2 rarr CO + 2H2 ndash парціальне (часткове) окиснення метану CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 ndash вуглекислотна конверсія Каталізатором таких процесів є Ni нанесений на Al2O3 або MgO за

температури 800ndash900 degC і тиску 2ndash4 МПа Цікаво знати що сьогодні промислове значення має лише метод парової

конверсії Натомість продуктом конверсії метану з карбон діоксидом є суміш

CO i H2 з якої синтезують диметиловий етер CH3OCH3 що є перспективним як

паливо з низьким рівнем викидів шкідливих речовин для дизельних двигунів 10) Синтез-газ (суміш CO + H2 ) використовують у таких процесах Синтез метанолу CO + 2H2 rarr CH3ОН Оксосинтез R-CH=СН2 + CO + H2 rarr R-СН2СН2СН=О + R-CH(CHO)-CH3

(отримують суміш н-альдегіду + ізо-альдегіду) Отримання синтетичного рідкого палива за допомогою процесу Фішера-

Тропша Залежно від співвідношення газів (CO H2) у сировині процес

синтезу відбувається за такими реакціями nCO + (2n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nH2O 2nCO + (n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nCO2

nCO + 2nH2 rarr CnH2n + nH2O Як паливо у двигунах внутрішнього згоряння (зокрема під час ІІ світової

війни) Сьогодні ndash у високотемпературних паливних елементах Для відновлення заліза із залізних руд

Конверсія метану ndash промисловий спосіб отримання водню який

використовують наприклад для синтезу амоніаку N2 + 3H2 rarr 2NH3

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 5 (16 балів) У закритому реакторі відбувається реакція

2NО + О2 = 2NО2 1 Дайте відповідь на запитання ndash як (зменшиться збільшиться чи залишиться

без змін) та у скільки разів зміниться швидкість реакції взаємодії NО з О2 (відповідь підтвердьте розрахунками) якщо

а) збільшити тиск вихідних газів у посудині у два рази стиснувши гази б) збільшити обrsquoєм реактора у пrsquoять разів в) спочатку додати у реактор інертного газу стільки щоб тиск збільшився у два

рази а потім збільшити обrsquoєм реактора у два рази г) збільшити концентрацію NО у два рази із збереженням концентрації кисню д) збільшити парціальний тиск кисню у два рази із збереженням парціального

тиску NО е) підвищити температуру у реакторі на 40 degС Температурний коефіцієнт

реакції дорівнює приблизно 3 2 Запишіть вираз для константи рівноваги КР реакції 3 Вкажіть як зміниться значення константи рівноваги реакції якщо у реактор

додати певну кількість NО не змінюючи температуру тиск й обrsquoєм реактора Розвrsquoязок

Згідно із законом діючих мас для швидкості реакції 2

2NO Ok C C

1а) Збільшення тиску у два рази відповідає збільшенню концентрацій NО і О2 у

два рази Тому 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 2 8k C C k C C

2 18 ndash швидкість збільшиться у вісім разів 1б) Збільшення обrsquoєму у пrsquoять разів призведе до зменшення концентрації у

пrsquoять разів 2 2

2 22 NO O NO O

1 1( )5 5 125

kk C C C C

2 1 1 21 або 125

125 ndash швидкість зменшиться у 125 разів

1в) Якщо додати у реактор інертного газу то тиск у реакторі збільшиться але

концентрація газів NО і О2 не зміниться Збільшення обrsquoєму у два рази призведе

до зменшення концентрації у два рази Отже

2 2

2 22 NO O NO O

1 1 1( )2 2 8

k C C k C C ndash швидкість зменшиться у вісім разів

1г) 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 4k C C k C C ndash збільшиться у 4 рази

1д) 2 2

2 22 NO O NO O2 2k C C k C C ndash збільшиться у 2 рази

1е) 2 2

1 1

T 40T T 410 10

T T

3 81

ndash збільшиться у 81 раз

2) 2

2

2NO

2NO O

PK

P P

3) Зі збільшенням кількості NО у реакторі рівновага у системі зміститься у бік

збільшення продукту реакції (у бік прямої реакції) але значення константи

рівноваги не зміниться

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 6 (10 балів) Для визначення вмісту чадного газу у виробничих приміщеннях 250 м3

повітря (стандартні умови) за допомогою помпи пропустили через підкислений

сульфатною кислотою розчин калій йодату Вміст виділеного йоду визначили

титруванням натрій тіосульфатом з індикатором крохмалем і встановили що

його кількість у розчині становить 0003 моль 1 Запишіть рівняння описаних реакцій та урівняйте їх методом електронного

або іонно-електронного балансу 2 Вкажіть окисник і відновник у кожній реакції 3 Чи становить загрозу для здоровrsquoя вміст чадного газу в повітрі якщо згідно з

нормативами його допустимий уміст за нормальних умов 1 мгм3 Розвrsquoязок

1 5CO + 2KIO3 + H2SO4 = 5CO2 + I2 + H2O + K2SO4 Метод електронного балансу

С+2 - 2еrarr С+4 | спільне | 5 2І+5 + 10еrarr І2

0 | кратне 10 | 1

Метод іонно-електронного балансу (метод півреакцій)

CO + H2O - 2еrarr CO2+2Н+ | спільне | 5 2 IO3

- + 12 Н+ + 10еrarr І2+ 6 H2O | кратне 10 | 1 KIO3 або І+5 ndash окисник CO або С+2 ndash відновник

2) I2 + 2Na2S2O3= Na2S4O6+ 2NaІ Na2S+6O3S-2 ndash натрій

тіосульфат Na2(S+6O3S-1)2 ndash натрій тетратіонат

Метод електронного балансу S-2- 1еrarr S-1 | спільне | 2 І2

0 + 2еrarr2І- | кратне 2 | 1

Метод іонно-електронного балансу 2S2O3

2-- 2еrarr S4O62-

І20 + 2еrarr2І-

I2 ndash окисник Na2S2O3 або S-2 ndash відновник 3) n(I2)= 0003 моль отже згідно з рівнянням реакції n(CO)=0015 моль

Тоді m(CO)= 0015middot28 = 042 г= 420 мг 4) Переводимо обrsquoєм повітря виміряний за стандартних умов до нормальних

умов (див памrsquoятку) 0 0

0PV P VT T

0250 100000 V 101325

298 273

V0= 226 м3

5) Вміст СО у повітрі 30 3

(CO) 420 мг =186 мгмV 226 м

m ndash перевищує допустимий у

186 разів отже становить загрозу для здоровrsquoя

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 1 (7 балів) Сумішшю водню з киснем при 25С і тиску 1 атм заповнили калоримет-

ричну бомбу обrsquoємом 5 л і підірвали Приймаючи до уваги що за ну густина використаної газової суміші становить 100 гдм3 а стандартна ентальпія утво-рення рідкої води складає ndash286 кДжмольndash1 розрахуйте кількість теплоти яка виділилась впродовж реакції кінцевий тиск у бомбі після охолодження її до 25С максимальний тиск який можна очікувати в калориметричній бомбі якщо

під час реакції досягається максимальна температура ~2000С Розвrsquoязок

1) Оскільки температура в калориметричній бомбі не відповідає нормальним

умовам знайдемо значення молярного обrsquoєму при температурі 25С

298273422 298

MV rarr 298

MV 224 298 273 2445 лмоль

2) Виходячи з густини суміші можемо знайти її молярну масу M(H2+O2)= ρmiddot 298

MV = 100 гл middot 2445 лмоль=2445 гмоль де M(H2+O2) ndash молярна маса суміші ρ ndash густина суміші VM ndash молярний обrsquoєм

газів за ну 3) Знаходимо склад суміші M(H2+O2)= M(H2)middotφ(H2) + M(O2)middotφ(O2) де φ(H2) ndash обrsquoємна частка водню φ(O2) ndash обrsquoємна частка кисню

2445 = 2middotх + 32middot(1ndashх) rarr х = 0251 Отже у вихідній суміші V(H2) = 5 л middot0251= 1225 л та

V(O2) = 5middot(1ndash032)= 3775 л 4) Відповідна хімічна взаємодія відбувається згідно рівняння

2H2 + O2 = 2H2O 1 Знаходимо кількості вихідних речовин

ν(H2) = 1225 л 2445 лмоль = 005 моль ν(O2) = 3775 224 гмоль = 017 моль Отже кисень в надлишку обрахунки ведемо за воднем

5) Згідно рівняння 1 в реакції прийме участь 005 моль водню та 0025 моль

кисню При цьому утвориться 005 моль води та виділиться 286 Кдж тепла

(зверніть увагу при обчисленнях слід врахувати що стандартна теплота

стосується утворення одного моля відповідної речовини а в рівнянні 1 фігурує

два молі води) 6) Після охолодження бомби водяна пара конденсуються у рідину обrsquoємом якої

можна знехтувати Тоді весь обrsquoєм бомби займатиме залишковий кисень

νзал(О2) = 017 моль ndash 0025 моль = 0145 моль За рівнянням Менделєєва-Клайперона знаходимо залишковий тиск в бомбі

pV = νRT rarr p = νRTV = 0145middot8314middot2985 = 7185 кПа де p ndash тиск в посудині кПа V ndash обrsquoєм посудини л ν ndash сумарна кількість молів

речовин в посудині R ndash універсальна газова стала Дж(мольК) T ndash температура в середині посудини К

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 9: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

6) Сумарний обrsquoєм цієї суміші становив 1512 л тому обrsquoємні частки газів у

вихідній суміші (СH4) = 56 л 1512 л = 037 (СH4) = 952 л 1512 л = 063 а середня молярна маса суміші

Mcум= 037 middot 16 гмоль + 063 middot 44 гмоль = 3364 гмоль Відповідно відносна густина за воднем становить DH2 = 3364 2 = 1682 7) Обчислимо кількість речовини лугу у розчині

m(розчину KOH) = 1500 мл middot 124 гмл = 1860 г m(KOH) = 1612 г middot 025 = 465 г n(KOH) = 465 г 56 гмоль = 83 моль Оскільки кількість речовини CO2 який утворився внаслідок згоряння

чадного газу n(СО2) = n(CO) = 5 моль то будуть відбуватися такі реакції СО2 + KOH = KHCO3 n(KHCO3) = n(СО2) = 5 моль

Надлишок лугу в першій реакції який становитиме 83ndash5 = 33 моль

реагуватиме з кислою сіллю з утворенням середньої солі за рівнянням KOH + KHCO3 = K2CO3 + Н2O Отже n(K2CO3) = 33 моль

8) m(K2CO3) = 33 моль middot 138 гмоль = 4554 г а кислої солі залишиться n(KHCO3) = 5ndash33 = 17 моль m(KHCO3) = 17 моль middot 100 гмоль = 170 г

9) Конверсія метану ndash одержання синтез-газу з природного газу внаслідок

окиснення з водяною парою киснем або карбон діоксидом CH4 + H2O rarr CO + 3H2 ndash пароводяна або парова конверсія CH4 + frac12О2 rarr CO + 2H2 ndash парціальне (часткове) окиснення метану CH4 + СО2 rarr 2CO + 2H2 ndash вуглекислотна конверсія Каталізатором таких процесів є Ni нанесений на Al2O3 або MgO за

температури 800ndash900 degC і тиску 2ndash4 МПа Цікаво знати що сьогодні промислове значення має лише метод парової

конверсії Натомість продуктом конверсії метану з карбон діоксидом є суміш

CO i H2 з якої синтезують диметиловий етер CH3OCH3 що є перспективним як

паливо з низьким рівнем викидів шкідливих речовин для дизельних двигунів 10) Синтез-газ (суміш CO + H2 ) використовують у таких процесах Синтез метанолу CO + 2H2 rarr CH3ОН Оксосинтез R-CH=СН2 + CO + H2 rarr R-СН2СН2СН=О + R-CH(CHO)-CH3

(отримують суміш н-альдегіду + ізо-альдегіду) Отримання синтетичного рідкого палива за допомогою процесу Фішера-

Тропша Залежно від співвідношення газів (CO H2) у сировині процес

синтезу відбувається за такими реакціями nCO + (2n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nH2O 2nCO + (n+1)H2 rarr CnH2n+2 + nCO2

nCO + 2nH2 rarr CnH2n + nH2O Як паливо у двигунах внутрішнього згоряння (зокрема під час ІІ світової

війни) Сьогодні ndash у високотемпературних паливних елементах Для відновлення заліза із залізних руд

Конверсія метану ndash промисловий спосіб отримання водню який

використовують наприклад для синтезу амоніаку N2 + 3H2 rarr 2NH3

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 5 (16 балів) У закритому реакторі відбувається реакція

2NО + О2 = 2NО2 1 Дайте відповідь на запитання ndash як (зменшиться збільшиться чи залишиться

без змін) та у скільки разів зміниться швидкість реакції взаємодії NО з О2 (відповідь підтвердьте розрахунками) якщо

а) збільшити тиск вихідних газів у посудині у два рази стиснувши гази б) збільшити обrsquoєм реактора у пrsquoять разів в) спочатку додати у реактор інертного газу стільки щоб тиск збільшився у два

рази а потім збільшити обrsquoєм реактора у два рази г) збільшити концентрацію NО у два рази із збереженням концентрації кисню д) збільшити парціальний тиск кисню у два рази із збереженням парціального

тиску NО е) підвищити температуру у реакторі на 40 degС Температурний коефіцієнт

реакції дорівнює приблизно 3 2 Запишіть вираз для константи рівноваги КР реакції 3 Вкажіть як зміниться значення константи рівноваги реакції якщо у реактор

додати певну кількість NО не змінюючи температуру тиск й обrsquoєм реактора Розвrsquoязок

Згідно із законом діючих мас для швидкості реакції 2

2NO Ok C C

1а) Збільшення тиску у два рази відповідає збільшенню концентрацій NО і О2 у

два рази Тому 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 2 8k C C k C C

2 18 ndash швидкість збільшиться у вісім разів 1б) Збільшення обrsquoєму у пrsquoять разів призведе до зменшення концентрації у

пrsquoять разів 2 2

2 22 NO O NO O

1 1( )5 5 125

kk C C C C

2 1 1 21 або 125

125 ndash швидкість зменшиться у 125 разів

1в) Якщо додати у реактор інертного газу то тиск у реакторі збільшиться але

концентрація газів NО і О2 не зміниться Збільшення обrsquoєму у два рази призведе

до зменшення концентрації у два рази Отже

2 2

2 22 NO O NO O

1 1 1( )2 2 8

k C C k C C ndash швидкість зменшиться у вісім разів

1г) 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 4k C C k C C ndash збільшиться у 4 рази

1д) 2 2

2 22 NO O NO O2 2k C C k C C ndash збільшиться у 2 рази

1е) 2 2

1 1

T 40T T 410 10

T T

3 81

ndash збільшиться у 81 раз

2) 2

2

2NO

2NO O

PK

P P

3) Зі збільшенням кількості NО у реакторі рівновага у системі зміститься у бік

збільшення продукту реакції (у бік прямої реакції) але значення константи

рівноваги не зміниться

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 6 (10 балів) Для визначення вмісту чадного газу у виробничих приміщеннях 250 м3

повітря (стандартні умови) за допомогою помпи пропустили через підкислений

сульфатною кислотою розчин калій йодату Вміст виділеного йоду визначили

титруванням натрій тіосульфатом з індикатором крохмалем і встановили що

його кількість у розчині становить 0003 моль 1 Запишіть рівняння описаних реакцій та урівняйте їх методом електронного

або іонно-електронного балансу 2 Вкажіть окисник і відновник у кожній реакції 3 Чи становить загрозу для здоровrsquoя вміст чадного газу в повітрі якщо згідно з

нормативами його допустимий уміст за нормальних умов 1 мгм3 Розвrsquoязок

1 5CO + 2KIO3 + H2SO4 = 5CO2 + I2 + H2O + K2SO4 Метод електронного балансу

С+2 - 2еrarr С+4 | спільне | 5 2І+5 + 10еrarr І2

0 | кратне 10 | 1

Метод іонно-електронного балансу (метод півреакцій)

CO + H2O - 2еrarr CO2+2Н+ | спільне | 5 2 IO3

- + 12 Н+ + 10еrarr І2+ 6 H2O | кратне 10 | 1 KIO3 або І+5 ndash окисник CO або С+2 ndash відновник

2) I2 + 2Na2S2O3= Na2S4O6+ 2NaІ Na2S+6O3S-2 ndash натрій

тіосульфат Na2(S+6O3S-1)2 ndash натрій тетратіонат

Метод електронного балансу S-2- 1еrarr S-1 | спільне | 2 І2

0 + 2еrarr2І- | кратне 2 | 1

Метод іонно-електронного балансу 2S2O3

2-- 2еrarr S4O62-

І20 + 2еrarr2І-

I2 ndash окисник Na2S2O3 або S-2 ndash відновник 3) n(I2)= 0003 моль отже згідно з рівнянням реакції n(CO)=0015 моль

Тоді m(CO)= 0015middot28 = 042 г= 420 мг 4) Переводимо обrsquoєм повітря виміряний за стандартних умов до нормальних

умов (див памrsquoятку) 0 0

0PV P VT T

0250 100000 V 101325

298 273

V0= 226 м3

5) Вміст СО у повітрі 30 3

(CO) 420 мг =186 мгмV 226 м

m ndash перевищує допустимий у

186 разів отже становить загрозу для здоровrsquoя

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 1 (7 балів) Сумішшю водню з киснем при 25С і тиску 1 атм заповнили калоримет-

ричну бомбу обrsquoємом 5 л і підірвали Приймаючи до уваги що за ну густина використаної газової суміші становить 100 гдм3 а стандартна ентальпія утво-рення рідкої води складає ndash286 кДжмольndash1 розрахуйте кількість теплоти яка виділилась впродовж реакції кінцевий тиск у бомбі після охолодження її до 25С максимальний тиск який можна очікувати в калориметричній бомбі якщо

під час реакції досягається максимальна температура ~2000С Розвrsquoязок

1) Оскільки температура в калориметричній бомбі не відповідає нормальним

умовам знайдемо значення молярного обrsquoєму при температурі 25С

298273422 298

MV rarr 298

MV 224 298 273 2445 лмоль

2) Виходячи з густини суміші можемо знайти її молярну масу M(H2+O2)= ρmiddot 298

MV = 100 гл middot 2445 лмоль=2445 гмоль де M(H2+O2) ndash молярна маса суміші ρ ndash густина суміші VM ndash молярний обrsquoєм

газів за ну 3) Знаходимо склад суміші M(H2+O2)= M(H2)middotφ(H2) + M(O2)middotφ(O2) де φ(H2) ndash обrsquoємна частка водню φ(O2) ndash обrsquoємна частка кисню

2445 = 2middotх + 32middot(1ndashх) rarr х = 0251 Отже у вихідній суміші V(H2) = 5 л middot0251= 1225 л та

V(O2) = 5middot(1ndash032)= 3775 л 4) Відповідна хімічна взаємодія відбувається згідно рівняння

2H2 + O2 = 2H2O 1 Знаходимо кількості вихідних речовин

ν(H2) = 1225 л 2445 лмоль = 005 моль ν(O2) = 3775 224 гмоль = 017 моль Отже кисень в надлишку обрахунки ведемо за воднем

5) Згідно рівняння 1 в реакції прийме участь 005 моль водню та 0025 моль

кисню При цьому утвориться 005 моль води та виділиться 286 Кдж тепла

(зверніть увагу при обчисленнях слід врахувати що стандартна теплота

стосується утворення одного моля відповідної речовини а в рівнянні 1 фігурує

два молі води) 6) Після охолодження бомби водяна пара конденсуються у рідину обrsquoємом якої

можна знехтувати Тоді весь обrsquoєм бомби займатиме залишковий кисень

νзал(О2) = 017 моль ndash 0025 моль = 0145 моль За рівнянням Менделєєва-Клайперона знаходимо залишковий тиск в бомбі

pV = νRT rarr p = νRTV = 0145middot8314middot2985 = 7185 кПа де p ndash тиск в посудині кПа V ndash обrsquoєм посудини л ν ndash сумарна кількість молів

речовин в посудині R ndash універсальна газова стала Дж(мольК) T ndash температура в середині посудини К

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 10: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 5 (16 балів) У закритому реакторі відбувається реакція

2NО + О2 = 2NО2 1 Дайте відповідь на запитання ndash як (зменшиться збільшиться чи залишиться

без змін) та у скільки разів зміниться швидкість реакції взаємодії NО з О2 (відповідь підтвердьте розрахунками) якщо

а) збільшити тиск вихідних газів у посудині у два рази стиснувши гази б) збільшити обrsquoєм реактора у пrsquoять разів в) спочатку додати у реактор інертного газу стільки щоб тиск збільшився у два

рази а потім збільшити обrsquoєм реактора у два рази г) збільшити концентрацію NО у два рази із збереженням концентрації кисню д) збільшити парціальний тиск кисню у два рази із збереженням парціального

тиску NО е) підвищити температуру у реакторі на 40 degС Температурний коефіцієнт

реакції дорівнює приблизно 3 2 Запишіть вираз для константи рівноваги КР реакції 3 Вкажіть як зміниться значення константи рівноваги реакції якщо у реактор

додати певну кількість NО не змінюючи температуру тиск й обrsquoєм реактора Розвrsquoязок

Згідно із законом діючих мас для швидкості реакції 2

2NO Ok C C

1а) Збільшення тиску у два рази відповідає збільшенню концентрацій NО і О2 у

два рази Тому 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 2 8k C C k C C

2 18 ndash швидкість збільшиться у вісім разів 1б) Збільшення обrsquoєму у пrsquoять разів призведе до зменшення концентрації у

пrsquoять разів 2 2

2 22 NO O NO O

1 1( )5 5 125

kk C C C C

2 1 1 21 або 125

125 ndash швидкість зменшиться у 125 разів

1в) Якщо додати у реактор інертного газу то тиск у реакторі збільшиться але

концентрація газів NО і О2 не зміниться Збільшення обrsquoєму у два рази призведе

до зменшення концентрації у два рази Отже

2 2

2 22 NO O NO O

1 1 1( )2 2 8

k C C k C C ndash швидкість зменшиться у вісім разів

1г) 2 2

2 22 NO O NO O(2 ) 4k C C k C C ndash збільшиться у 4 рази

1д) 2 2

2 22 NO O NO O2 2k C C k C C ndash збільшиться у 2 рази

1е) 2 2

1 1

T 40T T 410 10

T T

3 81

ndash збільшиться у 81 раз

2) 2

2

2NO

2NO O

PK

P P

3) Зі збільшенням кількості NО у реакторі рівновага у системі зміститься у бік

збільшення продукту реакції (у бік прямої реакції) але значення константи

рівноваги не зміниться

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 6 (10 балів) Для визначення вмісту чадного газу у виробничих приміщеннях 250 м3

повітря (стандартні умови) за допомогою помпи пропустили через підкислений

сульфатною кислотою розчин калій йодату Вміст виділеного йоду визначили

титруванням натрій тіосульфатом з індикатором крохмалем і встановили що

його кількість у розчині становить 0003 моль 1 Запишіть рівняння описаних реакцій та урівняйте їх методом електронного

або іонно-електронного балансу 2 Вкажіть окисник і відновник у кожній реакції 3 Чи становить загрозу для здоровrsquoя вміст чадного газу в повітрі якщо згідно з

нормативами його допустимий уміст за нормальних умов 1 мгм3 Розвrsquoязок

1 5CO + 2KIO3 + H2SO4 = 5CO2 + I2 + H2O + K2SO4 Метод електронного балансу

С+2 - 2еrarr С+4 | спільне | 5 2І+5 + 10еrarr І2

0 | кратне 10 | 1

Метод іонно-електронного балансу (метод півреакцій)

CO + H2O - 2еrarr CO2+2Н+ | спільне | 5 2 IO3

- + 12 Н+ + 10еrarr І2+ 6 H2O | кратне 10 | 1 KIO3 або І+5 ndash окисник CO або С+2 ndash відновник

2) I2 + 2Na2S2O3= Na2S4O6+ 2NaІ Na2S+6O3S-2 ndash натрій

тіосульфат Na2(S+6O3S-1)2 ndash натрій тетратіонат

Метод електронного балансу S-2- 1еrarr S-1 | спільне | 2 І2

0 + 2еrarr2І- | кратне 2 | 1

Метод іонно-електронного балансу 2S2O3

2-- 2еrarr S4O62-

І20 + 2еrarr2І-

I2 ndash окисник Na2S2O3 або S-2 ndash відновник 3) n(I2)= 0003 моль отже згідно з рівнянням реакції n(CO)=0015 моль

Тоді m(CO)= 0015middot28 = 042 г= 420 мг 4) Переводимо обrsquoєм повітря виміряний за стандартних умов до нормальних

умов (див памrsquoятку) 0 0

0PV P VT T

0250 100000 V 101325

298 273

V0= 226 м3

5) Вміст СО у повітрі 30 3

(CO) 420 мг =186 мгмV 226 м

m ndash перевищує допустимий у

186 разів отже становить загрозу для здоровrsquoя

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 1 (7 балів) Сумішшю водню з киснем при 25С і тиску 1 атм заповнили калоримет-

ричну бомбу обrsquoємом 5 л і підірвали Приймаючи до уваги що за ну густина використаної газової суміші становить 100 гдм3 а стандартна ентальпія утво-рення рідкої води складає ndash286 кДжмольndash1 розрахуйте кількість теплоти яка виділилась впродовж реакції кінцевий тиск у бомбі після охолодження її до 25С максимальний тиск який можна очікувати в калориметричній бомбі якщо

під час реакції досягається максимальна температура ~2000С Розвrsquoязок

1) Оскільки температура в калориметричній бомбі не відповідає нормальним

умовам знайдемо значення молярного обrsquoєму при температурі 25С

298273422 298

MV rarr 298

MV 224 298 273 2445 лмоль

2) Виходячи з густини суміші можемо знайти її молярну масу M(H2+O2)= ρmiddot 298

MV = 100 гл middot 2445 лмоль=2445 гмоль де M(H2+O2) ndash молярна маса суміші ρ ndash густина суміші VM ndash молярний обrsquoєм

газів за ну 3) Знаходимо склад суміші M(H2+O2)= M(H2)middotφ(H2) + M(O2)middotφ(O2) де φ(H2) ndash обrsquoємна частка водню φ(O2) ndash обrsquoємна частка кисню

2445 = 2middotх + 32middot(1ndashх) rarr х = 0251 Отже у вихідній суміші V(H2) = 5 л middot0251= 1225 л та

V(O2) = 5middot(1ndash032)= 3775 л 4) Відповідна хімічна взаємодія відбувається згідно рівняння

2H2 + O2 = 2H2O 1 Знаходимо кількості вихідних речовин

ν(H2) = 1225 л 2445 лмоль = 005 моль ν(O2) = 3775 224 гмоль = 017 моль Отже кисень в надлишку обрахунки ведемо за воднем

5) Згідно рівняння 1 в реакції прийме участь 005 моль водню та 0025 моль

кисню При цьому утвориться 005 моль води та виділиться 286 Кдж тепла

(зверніть увагу при обчисленнях слід врахувати що стандартна теплота

стосується утворення одного моля відповідної речовини а в рівнянні 1 фігурує

два молі води) 6) Після охолодження бомби водяна пара конденсуються у рідину обrsquoємом якої

можна знехтувати Тоді весь обrsquoєм бомби займатиме залишковий кисень

νзал(О2) = 017 моль ndash 0025 моль = 0145 моль За рівнянням Менделєєва-Клайперона знаходимо залишковий тиск в бомбі

pV = νRT rarr p = νRTV = 0145middot8314middot2985 = 7185 кПа де p ndash тиск в посудині кПа V ndash обrsquoєм посудини л ν ndash сумарна кількість молів

речовин в посудині R ndash універсальна газова стала Дж(мольК) T ndash температура в середині посудини К

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 11: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 9 клас

Задача 6 (10 балів) Для визначення вмісту чадного газу у виробничих приміщеннях 250 м3

повітря (стандартні умови) за допомогою помпи пропустили через підкислений

сульфатною кислотою розчин калій йодату Вміст виділеного йоду визначили

титруванням натрій тіосульфатом з індикатором крохмалем і встановили що

його кількість у розчині становить 0003 моль 1 Запишіть рівняння описаних реакцій та урівняйте їх методом електронного

або іонно-електронного балансу 2 Вкажіть окисник і відновник у кожній реакції 3 Чи становить загрозу для здоровrsquoя вміст чадного газу в повітрі якщо згідно з

нормативами його допустимий уміст за нормальних умов 1 мгм3 Розвrsquoязок

1 5CO + 2KIO3 + H2SO4 = 5CO2 + I2 + H2O + K2SO4 Метод електронного балансу

С+2 - 2еrarr С+4 | спільне | 5 2І+5 + 10еrarr І2

0 | кратне 10 | 1

Метод іонно-електронного балансу (метод півреакцій)

CO + H2O - 2еrarr CO2+2Н+ | спільне | 5 2 IO3

- + 12 Н+ + 10еrarr І2+ 6 H2O | кратне 10 | 1 KIO3 або І+5 ndash окисник CO або С+2 ndash відновник

2) I2 + 2Na2S2O3= Na2S4O6+ 2NaІ Na2S+6O3S-2 ndash натрій

тіосульфат Na2(S+6O3S-1)2 ndash натрій тетратіонат

Метод електронного балансу S-2- 1еrarr S-1 | спільне | 2 І2

0 + 2еrarr2І- | кратне 2 | 1

Метод іонно-електронного балансу 2S2O3

2-- 2еrarr S4O62-

І20 + 2еrarr2І-

I2 ndash окисник Na2S2O3 або S-2 ndash відновник 3) n(I2)= 0003 моль отже згідно з рівнянням реакції n(CO)=0015 моль

Тоді m(CO)= 0015middot28 = 042 г= 420 мг 4) Переводимо обrsquoєм повітря виміряний за стандартних умов до нормальних

умов (див памrsquoятку) 0 0

0PV P VT T

0250 100000 V 101325

298 273

V0= 226 м3

5) Вміст СО у повітрі 30 3

(CO) 420 мг =186 мгмV 226 м

m ndash перевищує допустимий у

186 разів отже становить загрозу для здоровrsquoя

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 1 (7 балів) Сумішшю водню з киснем при 25С і тиску 1 атм заповнили калоримет-

ричну бомбу обrsquoємом 5 л і підірвали Приймаючи до уваги що за ну густина використаної газової суміші становить 100 гдм3 а стандартна ентальпія утво-рення рідкої води складає ndash286 кДжмольndash1 розрахуйте кількість теплоти яка виділилась впродовж реакції кінцевий тиск у бомбі після охолодження її до 25С максимальний тиск який можна очікувати в калориметричній бомбі якщо

під час реакції досягається максимальна температура ~2000С Розвrsquoязок

1) Оскільки температура в калориметричній бомбі не відповідає нормальним

умовам знайдемо значення молярного обrsquoєму при температурі 25С

298273422 298

MV rarr 298

MV 224 298 273 2445 лмоль

2) Виходячи з густини суміші можемо знайти її молярну масу M(H2+O2)= ρmiddot 298

MV = 100 гл middot 2445 лмоль=2445 гмоль де M(H2+O2) ndash молярна маса суміші ρ ndash густина суміші VM ndash молярний обrsquoєм

газів за ну 3) Знаходимо склад суміші M(H2+O2)= M(H2)middotφ(H2) + M(O2)middotφ(O2) де φ(H2) ndash обrsquoємна частка водню φ(O2) ndash обrsquoємна частка кисню

2445 = 2middotх + 32middot(1ndashх) rarr х = 0251 Отже у вихідній суміші V(H2) = 5 л middot0251= 1225 л та

V(O2) = 5middot(1ndash032)= 3775 л 4) Відповідна хімічна взаємодія відбувається згідно рівняння

2H2 + O2 = 2H2O 1 Знаходимо кількості вихідних речовин

ν(H2) = 1225 л 2445 лмоль = 005 моль ν(O2) = 3775 224 гмоль = 017 моль Отже кисень в надлишку обрахунки ведемо за воднем

5) Згідно рівняння 1 в реакції прийме участь 005 моль водню та 0025 моль

кисню При цьому утвориться 005 моль води та виділиться 286 Кдж тепла

(зверніть увагу при обчисленнях слід врахувати що стандартна теплота

стосується утворення одного моля відповідної речовини а в рівнянні 1 фігурує

два молі води) 6) Після охолодження бомби водяна пара конденсуються у рідину обrsquoємом якої

можна знехтувати Тоді весь обrsquoєм бомби займатиме залишковий кисень

νзал(О2) = 017 моль ndash 0025 моль = 0145 моль За рівнянням Менделєєва-Клайперона знаходимо залишковий тиск в бомбі

pV = νRT rarr p = νRTV = 0145middot8314middot2985 = 7185 кПа де p ndash тиск в посудині кПа V ndash обrsquoєм посудини л ν ndash сумарна кількість молів

речовин в посудині R ndash універсальна газова стала Дж(мольК) T ndash температура в середині посудини К

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 12: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 1 (7 балів) Сумішшю водню з киснем при 25С і тиску 1 атм заповнили калоримет-

ричну бомбу обrsquoємом 5 л і підірвали Приймаючи до уваги що за ну густина використаної газової суміші становить 100 гдм3 а стандартна ентальпія утво-рення рідкої води складає ndash286 кДжмольndash1 розрахуйте кількість теплоти яка виділилась впродовж реакції кінцевий тиск у бомбі після охолодження її до 25С максимальний тиск який можна очікувати в калориметричній бомбі якщо

під час реакції досягається максимальна температура ~2000С Розвrsquoязок

1) Оскільки температура в калориметричній бомбі не відповідає нормальним

умовам знайдемо значення молярного обrsquoєму при температурі 25С

298273422 298

MV rarr 298

MV 224 298 273 2445 лмоль

2) Виходячи з густини суміші можемо знайти її молярну масу M(H2+O2)= ρmiddot 298

MV = 100 гл middot 2445 лмоль=2445 гмоль де M(H2+O2) ndash молярна маса суміші ρ ndash густина суміші VM ndash молярний обrsquoєм

газів за ну 3) Знаходимо склад суміші M(H2+O2)= M(H2)middotφ(H2) + M(O2)middotφ(O2) де φ(H2) ndash обrsquoємна частка водню φ(O2) ndash обrsquoємна частка кисню

2445 = 2middotх + 32middot(1ndashх) rarr х = 0251 Отже у вихідній суміші V(H2) = 5 л middot0251= 1225 л та

V(O2) = 5middot(1ndash032)= 3775 л 4) Відповідна хімічна взаємодія відбувається згідно рівняння

2H2 + O2 = 2H2O 1 Знаходимо кількості вихідних речовин

ν(H2) = 1225 л 2445 лмоль = 005 моль ν(O2) = 3775 224 гмоль = 017 моль Отже кисень в надлишку обрахунки ведемо за воднем

5) Згідно рівняння 1 в реакції прийме участь 005 моль водню та 0025 моль

кисню При цьому утвориться 005 моль води та виділиться 286 Кдж тепла

(зверніть увагу при обчисленнях слід врахувати що стандартна теплота

стосується утворення одного моля відповідної речовини а в рівнянні 1 фігурує

два молі води) 6) Після охолодження бомби водяна пара конденсуються у рідину обrsquoємом якої

можна знехтувати Тоді весь обrsquoєм бомби займатиме залишковий кисень

νзал(О2) = 017 моль ndash 0025 моль = 0145 моль За рівнянням Менделєєва-Клайперона знаходимо залишковий тиск в бомбі

pV = νRT rarr p = νRTV = 0145middot8314middot2985 = 7185 кПа де p ndash тиск в посудині кПа V ndash обrsquoєм посудини л ν ndash сумарна кількість молів

речовин в посудині R ndash універсальна газова стала Дж(мольК) T ndash температура в середині посудини К

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 13: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Для оцінювання максимального тиску теж скористаймося рівнянням

Менделєєва-Клайперона врахувавши що за згаданих в задачі умов вода теж

газоподібна та припустивши що реакція її розкладу за високої температури

незначно змінить тиск p = νRTV = (0145+005)middot8314middot22735 = 7370 КПа

Задача 2 (11 балів)

Невідому сполуку А (металу з Оксигеном) масою 284 г обробили над-лишком карбон(IV) оксиду При цьому утворилась тверда речовина Б і виді-лився газ В Усю речовину Б розчинили у дистильованій воді і додали надли-шок розчину барій нітрату в результаті чого випало 394 г білого осаду Г (роз-чинного в хлоридній кислоті) Газ В пропустили крізь скляну трубку з

розпеченою міддю після чого маса трубки зросла на 96 г На основі здійснених розрахунків встановіть формули невідомих сполук А

Б В та Г напишіть та урівняйте рівняння усіх згаданих в умові хімічних

перетворень Опишіть зовнішній вигляд невідомої сполуки А напишіть рівняння її

взаємодії 1) з безводною сульфатною кислотою 2) з розведеним розчином

хлоридної кислоти Як використовують сполуку А в господарстві та промисловості

Розвrsquoязок 1) При взаємодії карбон(IV) оксиду з оксигенвмісною сполукою металу утво-рюється карбонат цього металу А (більш того нам стає відома група періо-дичної системи до якої належить метал оскільки тільки карбонати лужних металів та амонію розчинні у воді) 2) Утворений карбонат реагує з барій нітратом з утворенням осаду барій

карбонату та відповідного нітрату лужного металу В свою чергу збільшення

ваги розпечено міді свідчить що газ Б ndash кисень Тому процеси описані в умові

задачі можна відобразити наступними схемами МхОу + х2СО2 = х2М2СО3 + (у2 - х4)О2 1 М2СО3 + Ba(NO3)2 = BaCO3 + 2MNO3 2 2Cu + O2 = 2CuO 3

3) Знаходимо кількість речовини кисню що утворилася (О2) = 96 г 32 гмоль = 03 моль

4) З рівняння 2 знаходимо (М2СО3) = (BaCО3) = 394 г 1973 гмоль = 020 моль

5) Виходячи з рівняння 1 знаходимо кількість вихідної сполуки х= 04 та (у2 - х4)=03 отже у= 08 6) Знайдемо співвідношення ху= 0408= 12 тоді найпростіша формула

сполуки MO2 7) Використавши отримане співвідношенні в рівнянні 1 отримуємо

МО2 + 05СО2 = 05М2СО3 + 075О2 або в більш зручному вигляді 4МО2 + 2СО2 = 2М2СО3 + 3О2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 14: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

8) Тоді кількість речовини для вихідної сполуки (MО2) = 2(BaCО3) = 04 моля її мольна маса становитиме

М(МО2) = 28404 = 71 гмоль а відносна атомна маса невідомого металу складатиме

Ar(М) = 71 ndash 32 = 39 аом 9) Отже невідомий метал ndash Калій формули сполук А ndash KO2 Б ndash K2CO3 В ndash O2 Г ndash BaCO3 10) Калій надпероксид KO2 ndash оранжево-жовті кристали 11) При взаємодії з розведеною хлоридною кислотою утворюється гідроген

пероксид 2KO2 + 2HCl rarr 2KCl + H2O2 + O2 4 12) Взаємодія з безводною сульфатною кислотою відбувається згідно рівняння

2KO2 + H2SO4 = K2SO4 + O3 + H2O 5 13) Основне використання калій надпероксиду ndash як окиснювача та реагенту для

регенерація дихальної атмосфери (ізолюючі протигази підводні човни бомбо-сховища) сполука поглинає вуглекислий газ що утворюється при дихання

людей виділяючи при цьому кисень

Задача 3 (15 балів) Зразок мінералу А нагріли в електричній печі в присутності коксу В

складі отриманого продукту Б переважають Ферум та металічний елемент У Після сплавляння А з натрій карбонатом у відкритій посудині утворюється

твердий залишок що містить жовту сполуку В Останню розчинили у гарячій

воді додали розведеної сульфатної кислоти профільтрували та випарували до

утворення червоних кристалів сполуки Г При сильному нагріванні отриманих

кристалів утворюються тверда суміш речовини В та зеленої сполуки Д а також виділяється газувата проста речовина Е Кристали Г розтерли в ступці з

невеликою кількістю води потім додали 96 сульфатної кислоти Утворились

дрібні темно-червоні кристали речовини Ж Нагрівання останніх призводить до

утворення речовин Д та газу Е При розчиненні Ж у концентрованому розчині

амоніаку утворюється жовтий розчин речовини З Нагрівання останньої призво-дить до утворення речовини Д двох газів та водяної пари

На основі розрахунків встановіть найпростішу формулу мінералу А якщо

масова частка Оксигену в ньому становить 286 а мольні частки Феруму та

металу У співвідносяться як 12 Яку назву має продукт Б Напишіть формули

речовин В Г Д Е Ж З та рівняння усіх згаданих в умові реакцій Розвrsquoязок

1) Нагрівання мінералу в присутності коксу призводить до відновлення еле-ментів що входять до його складу Отже в складі А принаймні два металічні

елементи ndash Fe та невідомий метал У Враховуючі кольори сполук що утворю-ються можна здогадатися що в задачі йдеться про сполуки Хрому (У Cr) 2) Для встановлення формули речовини А найпростіше скористатися наступ-ними міркуваннями Нехай формула сполуки FexCr2xOy Тоді масова частка

Оксигену в сполуці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 15: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

yxxyOW

1652285516)(

rarrx= 025y

тобто найпростіша формула сполуки FeCr2O4 3) Тоді реакція сполуки А з коксом описується рінням

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO 1 А ndash FeCr2O4 хромистий залізняк або хроміт Б ndash ферохром стоп заліза та

хрому 4) Подальші перетворення згадані в умові задачі описуються рівняннями

4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 2 2Na2CrO4 + H2SO4 rarr Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 3 4Na2Cr2O7 rarr 4Na2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 4 K2Cr2O7 + H2SO4 (конц)rarr 2CrO3 + K2SO4 + H2O 5 4CrO3rarr2Cr2O3 + 3O2 6 CrO3 + 2NH4OH(конц) = (NH4)2CrO4 + H2O 7 2(NH4)2CrO4 = 2NH3 + N2 + Cr2O3 + 5H2O 8

5) Отже невідомі сполуки ndash це В ndash Na2CrO4 Г ndash Na2Cr2O7 Д ndash Cr2O3 Е ndash O2 Ж ndash CrO3 З ndash (NH4)2CrO4

Задача 4 (8 балів)

Відомо що пара певного циклічного вуглеводню приблизно в 41 рази

важча за повітря Після спалювання 16 г цієї речовини утворилося 528 г СО2 і 144 г води Визначте молекулярну формулу вуглеводню і напишіть структурні

формули всіх її можливих ізомерів

Розвrsquoязок 1) Молекулярна маса вуглеводню буде дорівнювати 29times41 = 116 Да 2) Кількість карбону і гідрогену у продуктах згоряння буде дорівнювати

С ndash СО2 2Н ndash Н2О 12 г ndash 44 г 2 ndash 18 г х ndash 528 г у ndash 144 г х = 144 г С у = 016 г Н

3) Знайдемо найпростішу формулу вуглеводню CnHm n m = (14412) (0161) = 3 4

отже найпростіша формула буде С3Н4 (М = 40 Да) 4) Порівнюючи молекулярні маси сполуки та найпростішої формули

знаходимо що істинна формула сполуки ndash С9Н12 5) Згідно з умовою про циклічність це ароматичний вуглеводень який матиме

8 ізомерів

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 16: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 5 (12 балів) Запропонуйте перетворення які треба виконати щоб з вапняку добути

етиловий естер бензойної кислоти При цьому можна використовувати будь-які

необхідні неорганічні речовини тоді як органічні ndash лише одержані Вами раніше на попередніх стадіях

Розвrsquoязок Спосіб А

CaCO3 CaO + CO2

10001200oC

CaO + 3C CaC2 + CO

2300oC

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 C2H2 + H2O

Hg2+

H2SO4

CH3CHO

CH3CHO[H]

Ni pCH3CH2OH

3C2H2

400oC

BrFe

+ Br2 + HBr

Br MgBr

+ Mg(C2H5)2O

MgBr COOMgBr COOH

+ CO2

HBr

+ MgBr2

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

Спосіб Б

C2H2

[H]

Ni pCH2=CH2

H2SO4

+ CH2=CH2

COOH[O]

+ CO2 + 2H2O

COOH COOC

2H

5

+ H2OH+

+ C2H5OH

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 17: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

Задача 6 (15 балів) Встановіть будову сполуки А брутто-формула якої С8Н6 якщо відомо

що вона знебарвлює бромну воду та реагує з амоніачним розчином аргентум

оксиду Сполука А також реагує з водою у кислому середовищі у присутності

гідраргірум(ІІ) сульфату утворюючи сполуку складу С8Н8О (Б) яка приєдну-ючи водень перетворюється в речовину С8Н10О (В) Сполука А при кипrsquoятінні з

підкисленим розчином калій перманганату утворює речовину С7Н6О2 (Г) яка у

кислому середовищі реагує з пропанолом утворюючи речовину складу

С10Н12О2 (Д) Вихідна сполука А за певних умов приєднує водень утворюючи

речовину складу С8Н10 (Е) Під час дії на сполуку Е суміші концентрованих

нітратної та сульфатної кислот утворюються похідні складу С8Н9NO2 (Є) а на

сполуку Г ndash речовина складу С6Н5NO4 (Ж) Встановіть будову речовин А Б В Г Д Е Є та Ж а також наведіть

формули ізомерів сполуки Є Яка з перерахованих сполук застосовується в

харчовій промисловості Напишіть рівняння всіх описаних в умові реакцій та

вкажіть умови їх реалізації Розвrsquoязок

1) Вихідною сполукою яка задовільняє всім фактам описаним у задачі є

фенілацетилен (А) Маючи потрійний звrsquoязок він знебарвлює бромну воду а

завдяки наявності рухливого атома гідрогену при потрійному звrsquoязку реагує з

амоніачним розчином аргентум оксиду утворюючи ацетиленід Сполука А реа-гує також з водою у присутності гідраргірум(ІІ) сульфату (реакція Кучерова) 2) Схеми реакцій

C CHC6H

5

C CHC6H

5C CAgC

6H

5

C CHC6H

5

A C8H6 + Br2C6H5CBr=CHBr

+ Ag(NH3)2OH + 2 NH3 + H2O

+ H2OHg2+

C6H5C(O)CH3 Б C8H8O

C CHC6H

5

C6H5C(O)CH3 + H2

[cat]

C6H5CH(OH)CH3 B C8H10O

KMnO4 H+

C6H5COOH Г C7H6O2

C CHC6H

5

C2H

5O

2N C

2H

5

NO2

COOHCOOH

O2N

C6H5COOH + C3H7OHH+

C6H5COOC3H7 + H2O Д C10H12O2

+ 2 H2 C6H5CH2CH3 E C8H10

C6H5CH2CH3

HNO3

H2SO4 + H2O

[cat]

+

Є-1 Є-2

HNO3

H2SO4

+ H2O

Г Ж

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 18: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

3) Сполука Є утворює 2 ізомери Є-1 та Є-2 4) Сполука Г (бензойна кислота) використовується в харчовій промисловості як

консервант

Задача 7 (12 балів) Загальноприйнято що добова потреба середньостатистичної людини ма-сою 75 кг у енергії для підтримання метаболічної активності становить близько

2 500 кілокалорій (1 кал = 4184 Дж) Розрахуйте яку масу цукрози (Н= 2222 кДжмоль) необхідно спожити протягом доби для забезпечення цієї пот-реби Як змінилася б норма споживання цукрози за умови що 2 оксигену

який знаходиться у повітрі перебував би у формі озону На скільки зросла б температура тіла людини протягом дня в результаті

споживання нею цукрози за умови що питома теплоємність людини становить

4 Дж(Кmiddotг) а вона сама є закритою системою Велику роль в уникненні пере-грівання тіла відіграє вода яка випаровується в оточуюче середовище насам-перед під час дихання Розрахуйте яка маса води виводиться з організму у

вигляді пари Яку частка (у ) у цій кількості становить вода яка утворюється

в організмі в результаті laquoспалюванняraquo цукрози Свої висновки підтвердьте розрахунками прийнявши до уваги що

Н(Н2О г) Н(Н2О р) Н(СО2 г) та Н(О3 г) становлять 242 286 394 та 143 кДжмоль відповідно

Розвrsquoязок 1) Реакція laquoспалюванняraquo цукрози в організмі має вигляд

12 22 11 2 2 2 1С H O 12O 12СO 11H O H r 2) Ентальпія цієї реакції становить

1 2 2 12 22 11 2H 12 H СO 11 H H O H С H O 12 H O

12 394 11 286 2222 0 4728 3146 2222 5652

r f f f f p

кДжмоль

3) Тоді маса цукрози яку необхідно спожити становить

12 22 11 12 22 111

2500 4 184 2500 4 184m С H O M С H O 342 633H 5652

r

г

4) Реакція окиснення цукрози за рахунок озону має вигляд 12 22 11 3 2 2 2С H O 8O 12СO 11H O H r

5) Ентальпія цієї реакції становить

2 2 2 12 22 11 3H 12 H СO 11 H H O H С H O 8 H O

12 394 11 286 2222 8 143 4728 3146 2222 11446796

r f f f f p

кДжмоль

6) Оскільки тепловий ефект другого процесу є більший то laquoрозхідraquo цукрози

мав би зменшитися хоча і незначно з огляду на низький вміст озону

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 19: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 10 клас

7) Якщо людське тіло вважати закритою системою то все тепло яке виділя-тиметься в результаті окиснення цукрози йтиме на його нагрівання При цьому

температура тіла зросте на hellip

3

32500 4 184 2500 10 4 184T 34 87

m тіла С тіла 75 10 4

p

Kдобу

Тобто температура тіла людини досягнула б ~70C температури за якої

більшість біологічних систем існувати не може 8) Ентальпія випаровування води становить

випН = Н(Н2О г) Н(Н2О р) = 242 (286) = 44 кДжмоль 9) Це означає що має випаруватися

2 22500 4 184 2500 4 184m H O вип M H O 18 4279

H 44

вип

г

10) Масу води яка утворюється під час окиснення в організмі цукрози

знаходимо з першого рівняння реакції за пропорцією 12 22 11 2

12 22 11 2

342 С H O 11 18 H O

633 С H O H O

г утворюється г

г утворюється г х

х=3665 г що становить лише 366 5100 8 64279

від необхідної кількості

Це свідчить що організм людини щоденно потребує споживання значних

додаткових кількостей води у вигляді питної води насамперед

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 20: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 1 (8 балів)

Газоподібні продукти розкладу 1444 г еквімолярної суміші калій та куп-руму(ІІ) нітратів пропустили через кварцову трубку з розпеченим порошком

міді Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій які протікатимуть в

описаній системі Розрахуйте 1) масу твердого залишку після промивання про-дуктів розкладу нітратів гарячою водою та висушування 2) зміну маси квар-цової трубки з наповнювачем

Розвrsquoязок 1) Розклад відповідних нітратів описується рівняннями

2KNO3 = 2KNO2 + O2 1 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 +O2 2 2) При пропусканні газової суміші через трубку з розпеченим порошком міді

відбуваються реакції Cu + O2 = 2CuO 3 2NO2 + 4Cu = 4CuO + N2 4

Альтернативне перетворення NO2 + 2Cu = Cu2O + NO є малоімовірне

з термодинамічних причин 3) Для встановлення складу вихідної суміші скористаємося твердженням в

умові задачі laquoеквімолярна сумішhellipraquo Нехай х ndash маса калій нітрату в суміші тоді 1444ndashх ndash маса купрум нітрату

в суміші Тоді скориставшись значеннями мольної маси 1011 гмоль для KNO3 та 1876 гмоль ndash Cu(NO3)2 маємо

6187)4414(

1101xx

rarr х= m(KNO3) = 504 г m(Cu(NO3)2 = 94 г

4) При промиванні гарячою водою залишку після розкладу нітратів та

подальшому висушуванні залишаться тільки купрум(ІІ) оксид З рівняння 2 легко встановити його масу m(CuO) = 398 г 5) З рівняння 3 встановлюємо наскільки важчою стане кварцова трубка за

рахунок поглинання кисню (зверніть увагу він утворюватиметься як в реакції

1 так і 2) m3(O2) = 08 г 6) Також обчислюємо на скільки за рахунок перебігу процесу 4 стане важчою

трубка Δm4 = 40 г 7) Отже загалом трубка стане важчою на m3(O2) + Δm4 = 48 г

Задача 2 (13 балів) До складу мінералу А входить один з елементів пrsquoятого періоду При

нагріванні зразка сполуки А в струменю водню в реакторі накопичувався лише

один продукт ndash проста речовина Б сріблястого кольору Нагрівання 240 г А у відкритому тиглі до 600degС призводить до утворення 2159 г речовини В та

безколірного газу Г На поглинання усього газу Г необхідно 2400 см3 05 М

розчину калій перманганату При пропусканні газу Г через гарячий розчин нат-рій карбонату утворюється сполука Д Остання при нагріванні розкладається на

сполуку Е (містить три елементи) та газ Г Взаємодія газу Г з фтором призво-дить до утворення сполуки Ж та кисню

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 21: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

На основі розрахунків та логічних міркувань встановіть формули сполук

А Б В Г Д Е та Ж Напишіть та урівняйте рівняння хімічних реакцій

описаних в задачі Намалюйте структурну формулу Д яка її назва за система-тичною номенклатурою Де використовують і як результат яка тривіальна назва

сполуки Ж

Розвrsquoязок 1) Утворення простої речовини Б сріблястого кольору свідчить що до складу А входить метал 2) В свою чергу речовина В ndash скоріш за все оксид відповідного металу а газ Г ndash оксид неметалічного елемента (при цьому він має мати відновні властивості

(знебарвлює розчину калій перманганату) тобто елемент має бути у

проміжному ступені окиснення) Неметалічним елементом може бути лише

Карбон Нітроген або Сульфур бо для решти неметалів ndash оксиди негазуваті Врахуємо що NO2 ndash забарвлений NO при термічному розкладі неорганічних

речовин практично не утворюється і при контакті з повітрям буріє внаслідок

утворення нітроген(ІV) оксиду Карбон(ІІ) оксид може знебарвити розчин калій

перманганату проте він утворюється лише при розкладі щавлевої кислоти або

її солей які не входять в склад мінералів Отже Г ndash сульфур(ІV) оксид 3) Знебарвлення розчину KMnO4 відбувається згідно рівняння

2KMnO4+ 2H2O + 5SO2 = K2SO4+ 2MnSO4+ 2H2SO4 1 4) Обчислимо кількість SO2 що утворився

ν(SO2) = 52 ν(KMnO4) = 52middotCM(KMnO4)middotV(KMnO4)= 3 10ndash2 моль 5) Така кількість оксиду містить 096 г Сульфуру отже в складі наважки А було

240ndash096=144 г невідомого металу Відповідно така кількість металу

сполучається з 2159ndash144=0719 г Оксигену 6) Припустимо що формула А ndash MxSy Перебираючі можливі значення х і у та

скориставшись умовою задачі отримуємо що невідомий метал ndash Молібден а

мінерал А ndash MoS2 (молібденіт) 7) Знаючи масу Оксигену в складі речовини В встановлюємо її формулу ndash MoO3 Отже нагрівання А у відкритій посудині описується рівнянням

2MoS2+ 7O2 = 2MoO3+ 4SO2 2 8) Решта наведених в умові задачі хімічних перетворень описуються наступ-ними рівняннями

MoS2 + 2H2 = Mo + 2H2S (Б ndash Mo) 3 SO2 + Na2CO3 = Na2S2O5 + CO2 (Д ndash Na2S2O5) 4 Na2S2O5 = Na2SO3 + SO2 (Е ndash Na2SO3) 5 SO2 + F2 = SF6 + O2 (Ж ndash SF6) 6

9) Na

OS

O

O

SO

O

Na

ndash натрій пентаоксодисульфат (метабісульфіт або піросульфіт)

10) SF6 ndash елегаз скорочення від електротехнічний газ Використовується як

ізолятор в електротехніці

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 22: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Задача 3 (12 балів)

Жовто-бурі кристали бінарної сполуки А (які при контакті з повітрям

змінюють забарвлення на синьо-зелене) розчинили у воді Через утворений роз-чин пропускали гідроген хлорид до повного насичення Після охолодження роз-чину випали інтенсивно червоні кристали Б При розчинення сполуки Б у воді

можуть утворюватися зелений (використано відносно малу кількість води) та

голубий (використано великі кількості розчинника) розчини Пропускання

сульфур(ІV) оксиду через зелений розчин призводить до утворення білого оса-ду сполуки В Тривале кипятіння суспензії В у воді супроводжується утворен-ням червоного осаду простої речовини Г та голубого розчину описаного вище

Зберігання речовини В у закоркованих пробірках замість запаяних ампул

часто призводить до утворення зеленкуватої речовини Д Для встановлення складу речовини Б наважку сполуки вагою 1487 г

нагріли з надлишком магнію При цьому утворилось 318 г металу При взає-модії такої ж кількості Б з водним розчином арґентум нітрату випадає 2866 г білого осаду

Встановіть формули сполук А Б В Г та Д напишіть та урівняйте

рівняння усіх реакцій згаданих в умові задачі

Розвrsquoязок 1) Простою речовиною Г червоного кольору може бути червоний фосфор або

мідь проте фосфор не утворюється в водних розчинах під час реакцій Отже у

задачі йдеться про сполуки Купруму 2) Зважаючи на масу осаду арґентум хлориду у вихідній сполуці Б містилось

71 г (02 моль) Хлору та 318 г (005 моль) Купруму На решту елементів

припадає 1487-71-318= 459 г 3) Оскільки за умовою задачі А ndash бінарна сполука а ми пропускаємо

хлороводень через її водний розчин то у сполуці Б можуть бути наявні тільки

Купрум Хлор Оксиген та Гідроген (CuxClyHzOn виходячи з кількостей

елементів xy = 14) 4) Нехай в складі сполуки Б міститься р г Гідрогену та 459ndashр г Оксигену

Враховуючи що Купрум може перебувати в двох валентних станах а речовина

завжди електронейтральна маємо У випадку Cu(I) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= N(Cu+) + N(H+)

бо сума зарядів в речовині становить 0 71355 + 2middot(459-р)16 = 1middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 005 + р

0724 = 1125р rarr р = 0643 г маса Гідрогену 3947 г ndash маса Оксигену Формула сполуки хуzn=3186354 71355 06431 394716=005

02 0643 02asymp 14134 rarr CuCl4H13O4 такої речовини немає У випадку Cu(IІ) N(Clndash) + 2middotN(O2ndash)= 2middotN(Cu2+) + N(H+)

71355 + 2middot(459-р)16 = 2middot3186354 + р1 02 + 0574 ndash 0125р= 01 + р 0674 = 1125 р rarr р = 0599 г маса Гідрогену 3991 г ndash маса Оксигену

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 23: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

Формула сполуки хуzn=3186354 071355 05991 399116 = 005 02

0599 0249asymp 14125 rarr CuCl4H12O5 або H2CuCl4middot5H2O 5) Тоді відповідні рівняння перетворень описаних в умові задачі

CuCl2 + 2HCl + 5H2O = H2CuCl4middot5H2O 1 А ndash CuCl2 (при контакті з повітрям поглинаючи воду перетворюється у синьо-зелені кристали складу CuCl2middotnH2O) Б ndash H2CuCl4middot5H2O при розчиненні в концентрованих розчинах утворюються

зелені [CuCl4]2ndash іони а в розведених ndash голубі іони [Cu(H2O)n]2ndash 2H2[CuCl4] + SO2 + 2H2O = 2CuCl + 6HCl + H2SO4 2

В ndash CuCl 4CuCl + O2 + 2H2O = 4CuCl(OH) 3

Г ndash Cu Д ndash CuCl(OH) Взаємодія кристалів Б з магнієм

H2CuClmiddot5H2O + 2Mg = Cu + 2MgCl2 + 5H2O + H2 4 Також можуть утворюватися домішки MgO Mg(OH) проте серед продуктів але

завжди утворюється мідь Взаємодія Б з арґентум нітратом H2CuCl4 + AgNO3 = 4AgCl + 2HNO3 + Cu(NO3)2 5

Задача 4 (10 балів) Наведіть метод синтезу 3-гідрокси-3-метилбутанової кислоти з ацетону

якщо останній э єдиною вихідною органічною сполукою Поясніть механізми

реакцій Розвrsquoязок

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

CH3

C CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

O

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

H2O

OH

діацетоновий спирт

Далі необхідно провести окиснення ацетильної групи до карбоксильної

для чого використовують йод і NaOH (NaOI)

CH3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

I I

ICH2

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH

I2 I2

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 24: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

CI3

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

OH

OH C CH2

O

C CH3

CH3

OH

C CH2

O

C CH3

CH3

OH

O

CI3

CHI3

Задача 5 (13 балів)

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

Один із оптичних антиподів наведеного естеру

хлороцтової кислоти який має ліве обертання об-робили розчином поташу 1) Наведіть звичайну схему механізму цієї реакції

Яка стереохімія утвореного спирту 2) Встановлено що отриманий спирт частково рацемізований Які висновки

можна зробити з цього факту Наведіть механізм який узгоджується з цим

фактом 3) Як вплинуло б підвищення концентрації іонів ОНndash на швидкість реакції яка

відбувається за механізмом запропонованим у пункті 2

Розвrsquoязок 1) Загальний механізм гідролізу естеру буде такий

O

CClCH

2O C

Ph

Me

EtO C

Ph

Me

EtC

O

CH2Cl

OH

O

COH CH

2Cl

O C

Ph

Me

Et

O

CCH

2ClO

OH C

Ph

Me

Et

OHповільно

+

+

швидко

Як видно зі схеми утворений спирт зберіг ту ж конфігурацію яку він мав

у естері Швидкість реакції гідролізу буде визначатися швидкістю найпо-вільнішої стадії v = k[OHndash][естер] 2) Рацемізацію спирту можна пояснити лише виникненням

карбокатіону який має плоску будову 3) Механізм буде такий

Me

CEt Ph

+

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

ClCH2

C O

O

C C2H

5

CH3

C6H

5

повільно ++

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 25: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

C C2H

5

CH3

C6H

5

OHC C2H

5

CH3

C6H

5

швидко+

+ OH

рацемат Цей механізм пояснюється тим що проміжний карбокатіон стабілізо-ваний а також тим що наявність електроноакцепторного атома хлору в естері

сприяє розриву звrsquoязку СndashО 4) Швидкість другої реакції буде дорівнювати v = k[естер] Вона не залежить від концентрації іонів ОНndash

Задача 6 (12 балів) Поясніть такі дані отримані методом протонного магнітного резонансу 1) NN-Диметилформамід дає в спектрі ПМР при 25С синглет при 806

мч (з інтенсивністю що відповідає одному протону) і два сигнали (кожен з

яких відповідає трьом протонам) при 278 і 295 мч При 150С ці два сигнали

зливаються в один а синглет у слабкому полі залишається незмінним 2) NN-Диметилнітрозамін (N-нітрозодиметиламін) дає при 25С два

сигнали однакової інтенсивності різниця хімічних зміщень між якими

становить 065 мч При 193С ці два сигнали зливаються в один

Розвrsquoязок 1-1) NN-Диметилформамід за звичайної температури має плоску структуру

(спряження р-електронів атома нітрогену з -електронами звrsquoязку С=О)

N C

CH3

CH3

H

O

N C

CH3

CH3

H

O

+

1

2

3 1-2) Дві метильні групи будуть мати різні хімічні зміщення що зумовлено їх

різним розташуванням відносно карбонільної групи Метильна група яка зна-ходиться ближче до карбонілу буде сильніше дезекранована Тому будемо

мати 1 = 806 мч інтенсивність 1 2 = 295 мч інтенсивність 3

3 = 278 мч інтенсивність 3 1-3) При підвищенні температури швидкість загальмованого внутрішнього

обертання в молекулі диметилформаміду довкола звrsquoязку СndashN який є частково

подвійним збільшується Тому метильні групи стають ідентичними і дають

один сигнал у спектрі ПМР Хімічне зміщення нового сигналу буде дорівню-вати половині суми хімічних зміщень 2 і 3 Цей сигнал спостерігають при

150С коли внутрішнє обертання стає вільним

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 26: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

2-1) Аналогічно і в NN-диметилнітрозаміні звrsquoязок NndashN має частково подвій-ний характер зумовлений спряженням між неподіленою електронною парою

нітрогену диметиламіногрупи і нітрозогрупою

N N

CH3

CH3

O

N N

CH3

CH3

O

+

2-2) Дві метильні групи нееквівалентні і при 25С дають два сигнали різниця

хімічних зміщень між якими становить 065 мч (сигнал розташований у слаб-шому полі належить як і в першому випадку метильній групі ближчій до ато-ма оксигену) При підвищенні температури загальмованість внутрішнього обер-тання зменшується два сигнали зближуються і при 193С повністю зливаються

утворюючи один сигнал який відповідає 6 еквівалентним протонам

Задача 7(12 балів) Хімічні джерела струму з постійною подачею реагентів називають палив-ними елементами (ПЕ) Сьогодні найпоширенішими є киснево-водневі ПЕ з

кислотним (найчастіше фосфатним) електролітом Розрахуйте електрорушійну

силу пристрою за стандартної температури якщо стандартний потенціал кисне-вого електроду у кислому електроліті становить

2 2O H O HE |

=1229 В а активність

іонів гідроксонію та води дорівнювала одиниці Реагенти для ПЕ були отримані електролізом водного розчину NaOH на

графітових електродах (тривалість електролізу 3 год сила струму 1 А вихід

за струмом 100) та зібрані у резервуарах обrsquoємом 1 дм3 кожен за стандарт-ної температури Запишіть рівняння електродних процесів які відбуваються під час роз-ряжання описаного типу паливного елемента та під час електрохімічного добу-вання реагентів для його роботи

Розвrsquoязок 1) Під час електролізу водного розчину NaOH на графітових електродах

відбуватимуться такі електродні реакції () 2 22H O 2e H 2HO (+) 2 24HO 4e O 2H O

2) За рівнянням Фарадея знаходимо скільки виділилося водню 2

2Q I 3 3600n(H ) 56 10 мольzF zF 2 96500

3) Відповідно в резервуарі де його зібрали усталився тиск що становить 2

322 3

n(H )RT 56 10 8314 298p(H ) 138744 10 Па або 1387 барV 1 10

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)
Page 27: LVII Обласна олімпіада юних хіміків (мloippo.lviv.ua/files/2017/olimp/ximija/2017_-_.pdf · 8 клас Задача 1 (12 балів) Напишіть

LVII Обласна олімпіада юних хіміків (м Львів 11ndash12 лютого 2017 р) 11 клас

4) Оскільки кисню виділилося вдвічі менше то

33

2138744 10p(O ) 69372 10 Па або 0694 бар

2

5) Під час роботи паливного елемента на електродах відбуватимуться такі

електродні реакції (+) 2 2 2 3H 2e 2H H 2H O 2e 2H O або ()

2 2O 4H 4e 2H O 6) Потенціал водневого електрода становитиме (приймаючи що водень

поводить себе як ідеальний газ)

3

2 22 2

2H O

2H H H HH O Н

0 059 0 059 1E E 0 0 00422 p 2 1 387

| |

a lg lg Вa

7) Потенціал кисневого електрода становитиме (приймаючи що кисень

поводить себе як ідеальний газ)

2

2 2 2 22

4OH

2O H H O O H H OH O

p0 059 0 059E E 1 229 0 694 1 229 0 0023 1 22674 4

| |

a lg lg Вa

8) Електрорушійна сила паливного елемента становитиме

2 2 2O H H O H H

E E E 1 2267 0 0042 1 2309 | |

= В

  • Задача 1 (12 балів)
  • 8) BaO2 + H2SO4(розб) = BaSO4darr + H2O2
  • Задача 2 (10 балів)
  • Задача 3 (12 балів)
  • Задача 4 (12 балів)
  • Задача 5 (20 балів)
  • Задача 6 (14 балів)
  • Задача 1 (9 балів)
  • 1 Задача 2 (15 балів)