вакуум hno k [fe (cn) - ogn.spmi.ru · На полное восстановление при...

Олимпиада школьников «Гранит науки» - 2019

ХИМИЯ

ВАРИАНТ 1

Задание 1. (5 баллов) Для предложенной окислительно-восстановительной реакции

определить продукты, закончить реакцию и уравнять её, пользуясь методом электронного

баланса или методом полуреакций. Реакцию записать в молекулярной и, для реакции,

протекающей в растворе, сокращенной ионной форме.

FeSO4 + KClO3 + H2SO4 =

Задание 2. (15 баллов) Составить цепочку химических превращений неорганических

веществ с неизвестными продуктами, пользуясь схемой и описанием к ней. Определить и

назвать по систематической номенклатуре вещества A, B, C, D, E, X. Все реакции следует

уравнять, представить в молекулярной и, для реакций, протекающих в растворе, сокращенной

ионной форме. При уравнивании окислительно-восстановительных реакций воспользоваться

методом электронного баланса или методом полуреакций.

A

Оксалат металла ХB

t0, вакуум

С+D

HNO3конц, изб.

X

K4[Fe(CN)6]

E

KOHизб.

При термическом разложении 144 г оксалата некоторого двухвалентного металла А в

вакууме получили 72 г порошка черного цвета B, который являлся единственным твердым

продуктом. При взаимодействии с концентрированной азотной кислотой наблюдали

растворение черного порошка с образованием коричневого раствора вещества C и

выделение газа D красно-бурого цвета, с характерным острым запахом. При качественном

анализе раствора к нему добавили стехиометрическое количество ферроцианида калия (3

моль ферроцианида на 4 моль металла в растворе С). Наблюдали образование осадка X

интенсивного синего цвета, который при добавлении избытка гидроксида калия

разлагался с образованием коричневого осадка E.

Задание 3. (15 баллов) Составить цепочку химических превращений органических

веществ с неизвестными продуктами по приведенному описанию. Реакции уравнять и

указать условия их протекания.

При действии на алкен A раствором KMnO4 образуется 1,2-диол B, который в

кислой среде претерпевает пинаколиновую перегруппировку, в результате чего образуется

кетон C.


Задание 4. (20 баллов) Для получения раствора сульфита натрия экспериментатор

пропустил 3,00 л оксида серы (IV), измеренных при 12 °С и давлении 741 мм рт. ст., через

200 мл раствора с массовой долей едкого натра 4 % (плотность раствора 1,04 г/см3). При

этом оксид серы (IV) полностью прореагировал с раствором щелочи. Результаты анализа

показали, помимо сульфита натрия, присутствие в растворе других продуктов реакции.

Определите состав полученного раствора в массовых долях.

Задание 5. (20 баллов) Бинарное соединение, молекулы которого имеют линейное

строение, содержит массовую долю кислорода 47 %. Это соединение можно получить при

отщеплении двух молекул воды от некоторой кислоты, содержащей массовую долю

кислорода 61,5 %. О каком соединении идет речь? Какова его структура и методы

синтеза?

Задание 6. (25 баллов) Гидролитическое выделение тяжелых цветных металлов ведут

путем добавления соды или поташа к растворам кислотного выщелачивания продуктов

переработки минерального сырья. Цинк осаждают при рН раствора не менее 4, что

позволяет отделить его от железа, которое осаждается при рН = 3. Для гидролитического

осаждения цинка к 36 м3 раствора с массовой долей хлорида цинка 18 % плотностью

1,17 г/мл прибавили 40 м3 раствора с массовой долей карбоната калия 28 % плотностью

1,276 г/м3. Вычислить массу и состав осадка (в пересчёте на массовые доли высших

оксидов), массовые доли компонентов в полученном растворе.


ХИМИЯ

ВАРИАНТ 2



баланса или методом полуреакций. Реакцию представить в молекулярной и, для реакции,


CrCl3 + Br2 + KOH =

Задание 2. (15 баллов) Составить цепочку химических превращений с неизвестными

продуктами, пользуясь схемой и описанием к ней. Определить и назвать по

систематической номенклатуре вещества A, B, C, D, E, X. Все реакции следует уравнять,

представить в молекулярной и, для реакций, протекающих в растворе, сокращенной ионной

форме. При уравнивании окислительно-восстановительных реакций воспользоваться


A

Оксид металла ХB

K2O

t0, сплавление

С+D

HClконц, изб.

X

CO

E

H2O

При смешивании и дальнейшем спекании эквивалентных количеств 23,174 г бурого

оксида А металла Х и 9,42 г оксида калия получили единственное соединение В,

содержащее массовую долю кислорода 9,82 %. К полученному соединению В постепенно

прилили строго необходимое количество концентрированной соляной кислоты, исходя из

расчёта, что 1 моль В реагирует с 12 молями HCl, после чего получили бесцветный

раствор, содержащий вещество С, вещество D и воду. При разбавлении раствора

наблюдали выпадение белого характерного осадка E. Однако, если вместо разбавления

раствора пропустить через него угарный газ, в осадок выпадет металл X.


продуктами по приведенному описанию. Реакции уравнять и указать условия их протекания.


Задание 4. (20 баллов) В канистру, на дне которой находились железные опилки,

случайно налили 3,00 кг раствора с массовой долей нитрата ртути (I) 20 %. Через

некоторое время, при использовании раствора из канистры для проведения лабораторных

работ, обнаружили, что массовая доля нитрата ртути (I) в растворе стала значительно

меньше исходной и составила 15 %. Какое вещество и какой массы выпало в осадок?

Сколько грамм железных опилок прореагировало? Какова массовая доля нитрата железа в

полученном растворе?

Задание 5. (20 баллов) Радиоуглеродный анализ показал, что трава, которая выросла

возле автострады, имеет возраст 4000 лет. Это послужило поводом утверждать, что все

данные радиоуглеродного анализа ошибочны. Объясните приведенный результат, ведь

абсолютно очевидно, что настоящий возраст листьев травы меньше одного года.

Задание 6. (25 баллов) Способ производства глинозёма методом спекания ориентирован

на переработку высококремнистого алюмосиликатного сырья. В основе способа спекания

лежит образование малорастворимого ортосиликата кальция и хорошо растворимых или

разлагающихся при растворении в воде соединений: метаалюмината натрия и метаферрата

натрия. Расчет масс компонентов шихты ведут на основании щелочного модуля αщ –

мольного отношения оксида натрия и компонентов, вступающих в реакцию с содой и

известкового модуля αизв – мольного отношения оксида кальция и компонента шихты,

вступающего в реакцию с известью. После спекания твердый продукт выщелачивают

водой, при этом получают алюминатный раствор и осадок. Составьте уравнения реакций,

протекающих при спекании и выщелачивании спёка водой. Рассчитайте величину

щелочного и известкового модуля. Вычислите массу кальцинированной соды с массовой

долей карбоната натрия 97 % и известняка с массовой долей оксида кальция 53,5 %,

требуемых для спекания 10 т сырья влажностью 20,2 % (основными компонентами

являются оксиды алюминия, железа(III) и кремния), если при растворении спёка в воде

было получено 100 м3 раствора и 6,8 т шлама с массовой долей Fe2О3 14,0 % и

ортосиликата кальция 75,4 %.


ХИМИЯ

ВАРИАНТ 3





Fe(OH)3 + Cl2 + KOH =







A

Оксалат металла ХB

t0, вакуум

С+D

HNO3конц, изб.

X

K4[Fe(CN)6]

E

KOHизб.

На полное восстановление при умеренном нагревании (Т = 350

oC ) 143,68 г оксида

металла X потратили 44,8 л водорода измеренного при нормальных условиях.

Полученный при восстановлении металл B в количестве 111,70 г залили раствором

разбавленной азотной кислоты. При нагревании наблюдали растворение металла с

образованием коричневого раствора C и выделение бесцветного газа D, который после

взаимодействия с воздухом в комнате приобретал красно-бурый цвет и появлялся

характерный острый запах. При качественном анализе раствора к нему добавили

стехиометрическое количество ферроцианида калия (3 моль ферроцианида на 4 моль

металла в растворе С). Наблюдали образование осадка X интенсивного синего цвета,

который при добавлении избытка гидроксида калия разлагался с образованием нового

коричневого осадка E.



HNO3

разб.изб А

Оксид металла Х


Задание 4. (20 баллов) Для получения раствора сульфида аммония экспериментатор

пропустил 3,00 л сероводорода, измеренного при 12 °С и давлении 741 мм рт.ст., через

50 мл раствора с массовой долей аммиака 12 % (плотность раствора 0,96 г/см3). При этом

сероводород полностью прореагировал с аммиаком. Результаты анализа показали, помимо

сульфида аммония, присутствие в растворе других продуктов реакции. Определите состав

полученного раствора в массовых долях.

Задание 5. (20 баллов) В пробирку с некоторым алканом массой 28,2 г поместили простое

вещество А желтого цвета и без доступа воздуха нагревали до завершения реакции. При

этом выделился газ Б с резким запахом тухлых яиц объемом 47,04 л (н.у.), а на дне

пробирки обнаружили 24 г углерода. Установите вещества А и Б, а также химическую

формулу неизвестного алкана. Составьте уравнение происходящей реакции.

Задание 6. (25 баллов) Огромные отвалы фосфогипса (отхода получения фосфорной

кислоты и фосфатных удобрений из апатитового концентрата) можно преобразовать в

товарные продукты – карбонат кальция и сульфат аммония – методом карбонизации:

обработкой раствором карбоната аммония. В условиях предприятий,

специализирующихся на производстве аммиачных удобрений, карбонат аммония

получают, пропуская углекислый газ через раствор гидроксида аммония. При плохо

контролируемой подаче углекислого газа образуется смесь кислой и средней соли.

Образец такой смеси поместили в замкнутый сосуд, нагрели до 900 °С и при этой

температуре измерили давление Р1. Другой образец смеси той же массы обработали

газообразным аммиаком, полученный продукт поместили в сосуд того же объема и также

нагрели до 900 °С. Давление Р2, измеренное в этом случае, оказалось в 1,2 раза больше,

чем Р1. Определите состав смеси в мольных долях и вычислите, какой объём углекислого

газа (н.у.) был «лишним», если хотели получить 10 т карбоната аммония


ХИМИЯ

ВАРИАНТ 4





NaClO + Na2S + H2SO4 =



систематической номенклатуре вещества A, B, C, D, E, Х, F. Все реакции следует уравнять,




Нитрат

Элемента Х

Соль натрия В

воздухA

оранжевый

C

фиолетовый

NaOH,

кипячение

t0 = 1000

E

ярко-желтый

Хлорид D

F

ярко-желтый

(менее яркий чем E)

NH4Cl

Комплексное соединение А оранжевого цвета получают окислением нитрата элемента X

неорганической солью натрия B, которая содержит массовую долю натрия 33,32 %,

массовую долю кислорода 46,37%, в присутствии уксусной кислоты и кислорода воздуха.

При добавлении к раствору комплексного соединения A раствора гидроксида натрия и

кипячении происходит выпадение кристаллического фиолетового осадка C и выделение

бесцветного газа, который при контакте с воздухом окисляется до красно-бурого. При

добавлении к 100,00 г раствора с массовой долей комплексного соединения A 10,00 %

хлорида D, имеющего структуру, аналогичную NaCl, образуется 10,79 г ярко-желтого

осадка E. При реакции комплексного соединения А с раствором нитрата аммония

происходит образованием желтого, чуть более бледного, чем в случае с E,

мелкокристаллического осадка F.




Задание 4. (20 баллов) Один из способов получения AgNO3 – растворение в азотной

кислоте старых ювелирных серебряных изделий. Подобное сырьё содержит большое

количество примесей. Чаще всего в качестве примеси встречается медь. Для отчистки от

нее раствор, полученный после растворения в кислоте, выпаривают. Остаток от выпарки

подвергают термическому воздействию при температуре 225±25 oC, после чего

промывают водой, извлекая азотнокислое серебро в раствор. Напишите уравнения

реакций, происходящих при растворении ювелирного серебра в концентрированной

азотной кислоте и при прокаливании сухого остатка. Определите массовую долю серебра

в исходном сырье, если для растворения было взято 1,570 г ювелирного серебра, а масса

остатка, полученного в результате прокаливания, составила 2,407 г.

Задание 5. (20 баллов) Укажите, в какой последовательности возрастают дипольные

моменты в ряду изображенных ниже молекул:

В каком месте найденной Вами последовательности Вы поместили бы следующую

молекулу? Почему?

Задание 6. (25 баллов) Сульфид металла MeS (металл проявляет в соединениях степени

окисления +2 и +3) массой 1,76 г подвергли обжигу в избытке кислорода. Твердый

остаток растворили в строго необходимом количестве раствора с массовой долей серной

кислоты 29,4 %. Массовая доля соли в полученном растворе составляет 34,5 %. При

охлаждении этого раствора выпало 2,9 г кристаллогидрата, а массовая доля соли в

растворе снизилась до 23,0 %. Установите формулу кристаллогидрата. Определите, какой

объем раствора с указанной остаточной концентрацией (плотность раствора 1,2 г/см3),

необходим для начальной стадии гидрометаллургической переработки сульфидных

медных руд – кучного выщелачивания 250 т руды с массовой долей Cu2S 2 % и CuS 4 %,

если процесс проводят при полуторном в мольном отношении избытке реагента.


ХИМИЯ

ВАРИАНТ 5





Ca(MnO4)2 + SnCl2 + H2SO4 =







A

Растворение в воде,

восстановление FeSO4

BD

cоль метала BH2SeO4,

t0 = 800

E + Xгаз

HNO3 + 4HCl

С

NaCN водный р-р, O2

A

Нагревание,

до полного разложения

Порошок A в виде желто-оранжевых игольчатых кристаллов, представляющий собой

кислоту состава HAn·nH2O, содержащую массовую долю металла B 47,83 %, извлекли из

ампулы и разделили на две порции. Часть нагрели, сначала вещество расплавилось,

быстро потемнело и стало темно-коричневым. Длительное нагревание приводит к

разложению кислоты A до металла B. Вторую часть порошка A массой 50 г полностью

растворили в литре воды, добавили раствор избыток сульфата железа (II) и выделили

23,92 г металла B. Металл B растворяется: 1) в водном растворе цианида натрия в

присутствии кислорода воздуха с образованием вещества С; 2) в селеновой кислоте с

образованием вещества соли D металла B. 3) в смеси соляной и азотной кислоты в

молярном соотношении 4:1 с образованием вещества E аналогичного по составу с

порошком A и выделением бесцветного газа X, который при контакте с воздухом

окисляется до красно-бурого газа.




Задание 4. (20 баллов) В раствор объёмом 500 мл, плотностью 1,14 г/см3, с массовой

долей серной кислоты 20,0 % внесли порошок массой 20 г, состоящий из железа и

алюминия. При растворении металлов, наблюдали выделение газа, после чего на полную

нейтрализацию остатка кислоты потребовалось 200 мл раствора гидроксида калия

концентрацией 2,0 моль/л. Напишите уравнения реакций растворения металлов и

нейтрализации кислоты. Определите объём выделившегося при растворении металлов

газа (при н.у.). Рассчитайте мольные и массовые доли металлов в исходном порошке.

Задание 5. (20 баллов) Теплоты сгорания ацетилена С2Н2, этилена С2Н4 и этана С2Н6

равны соответственно 1300, 1410 и 1560 кДж/моль. Как объяснить тот факт, что наиболее

высокая температура пламени достигается при горении ацетилена?

Задание 6. (25 баллов) Осаждение меди в виде химических соединений используют для

селективной очистки растворов или получения обогащенных полупродуктов. Наибольшее

распространение получили способы осаждения меди в виде гидратов, карбонатов,

основных солей, купороса. Концентрат сульфидного медного сырья массой 140 000 т,

содержащий массовую долю халькозина (сульфид меди (I)) 16,8 % и ковеллина (сульфид

меди (II)) 9,3 % подвергли сульфатизации – обработке концентрированной серной

кислотой (массовая доля серной кислоты 98 %, плотность 1,84 г/см3) объёмом 90 000 м

3

при температуре 600 °С, провели выщелачивание водой и получили раствор объёмом

700 000 м3 плотностью 1,11 г/см

3. Рассчитайте состав полученного раствора, моль/л. К

этому раствору прибавили 250 000 м3 раствора соды концентрацией 26 % (плотность

1,2 г/см3). Определите массу осадка и состав (массовые доли) конечного раствора.


ХИМИЯ

ВАРИАНТ 6





K2Cr2O7 + HI + H2SO4 =







A

Бескислородная

соль калия

C

Оксогалогенид натрия X, H2SO4

KIO3, H2SO4

B

Бескислородная

соль серебра

AgNO3

Кислота D, Газ E

HNO3

Раствор бескислородной соли калия A можно окислить до элементарного галогена С

(твердое кристаллическое вещество темно-фиолетового цвета) при взаимодействии с

иодатом калия в сернокислой среде или при взаимодействии с оксогалогенидом натрия X

в сернокислой среде (массовая доля кислорода в оксогалогениде 21,49 %). При

добавлении к раствору соли калия A раствора нитрата серебра в осадок выпадает

характерный желтый творожистый осадок B, являющийся бескислородной солью серебра.

При добавлении к водному раствору вещества С раствора азотной кислоты образуется

кислородсодержащая кислота D содержащая элемент С (массовая доля кислорода в

кислоте D 27,29 %) и выделяется бесцветный газ X, который при контакте с воздухом

окисляется до красно-бурого газа.




Задание 4. (20 баллов) Через мелкодисперсный порошок оксида меди (II) массой 5,0 г

пропустили при нагревании 1,01 л газовой смеси, состоящей из водорода и аммиака,

измеренной при нормальных условиях. Оставшийся в трубке порошок смешали с 10,0 мл

раствора плотностью 1,04 г/см3 с массовой долей соляной кислоты 14,00 %. После

реакции оказалось, что кислота была взята в избытке. На её нейтрализацию потребовалось

20 мл раствора гидрокарбоната калия концентрацией 0,70 моль/л. Определите мольные

доли газов в смеси водорода и аммиака и объем газа (измеренный при нормальных

условиях), выделяющийся по реакции гидрокарбоната калия с соляной кислотой.

Задание 5. (20 баллов) Какие из приведенных ниже уравнений соответствуют реально

осуществимым процессам?

а) H3C-CH2-Cl + H2O → H3C-CH2-OH + HCl

б) H3C-CHCl-CH3 + H2O → H3C-CH2-CH3 + HOCl

в) C2H5Na + H2O → C2H5OH + NaH

г) C2H5Na + H2O → C2H6 + NaOH

Задание 6. (25 баллов) Комплексная переработка сырья увеличивает степень его

использования путем утилизации побочных продуктов и отходов и превращения их в

полезные продукты, а также совмещением нескольких производств внутри одного

предприятия. Так, при конверсии природного газа получают, наряду с водородом (для

синтеза NH3), диоксид углерода, который в процессе синтеза NH3 не применяется.

Поэтому производство аммиака обычно совмещают с получением карбамида (мочевины).

В процессе синтеза аммиака давление в реакторе упало на 15 %. Определите состав

полученной после реакции газовой смеси (в объёмных долях), если в исходной смеси

содержание азота и водорода отвечало стехиометрическому соотношению. При конверсии

природного газа по окончании процесса давление в аппарате увеличивается на 43 % при

стехиометрическом соотношении метана и паров воды. Рассчитайте, какой объём метана

(в пересчёте на н.у.) потребуется для обеспечения производительности по аммиаку

140 т/сутки. Вычислите массу мочевины, которую теоретически можно получить при

утилизации диоксида углерода, образовавшегося при конверсии метана.

вакуум hno k [fe (cn) - ogn.spmi.ru · На полное восстановление при...

Documents