Задания школьной олимпиады по химии
5 - 6 класс
Тест
Выберите один правильный ответ (1 балл за каждый ответ)
1. Какой газ образуется в процессе фотосинтеза:
2. Атом – это...
3. Является веществом:
4. Для разделения смеси вода - растительное масло может быть использовано различие компонентов по:
5. К химическим явлениям относится:
Установите соответствие: (2 балла за каждый ответ)
6.
1. простые2. сложные
а) вода
б) кислород
в) азот
г) углекислый газ
д) песок
е) поваренная соль
7.
1. чистые вещества2. смеси
а) гранит
б) кислород
в) воздух
г) железо
д) водород
е) почва
8.
1. химические явления2. физические явления
а) ржавление железа
б) плавление металла
в) кипение воды
г) подгорание пищи
д) гниение листьев
е) растворение сахара
9.
1. тела2. вещества
а) золото
б) монета
в) стул
г) стекло
д) ваза
е) уксусная кислота
10. Распределите способы разделения смесей:
1. железо и песок2. вода и соль
3. песок и вода
а) действие магнитом
б) фильтрование
в) выпаривание
Задачи:
Проходя летом по лесу, ученик обнаружил на своем пути муравейник, в котором ворона распластав крылья «принимала ванны», подсаживая клювом муравьев в перья. Для чего она это делала? Какое химическое вещество использовала ворона «купаясь» в муравейнике? (5 баллов)
Ученик решил помочь своему товарищу наверстать пропущенный материал по химии, рассказать ему о химических явлениях: 1) идет тепло из батареи отопления; 2) гашение соды уксусом при приготовлении теста; 3) плавление сливочного масла на сковороде; 4) добавление сахара в чай; 5) брожение сока; 6) скисание молока; 7) появление ржавчины на гвоздях; 8) распространение запаха духов. Прав ли ученик? Все ли процессы, перечисленные учеником, химические? Есть ли среди них физические? (5 баллов)
Автомобили, автомобили, буквально все заполонили… Какие материалы и вещества используют для изготовления современных автомобилей. Какие явления (физические, химические) наблюдаются при работе автомобиля? (7 баллов)
Почему нельзя делать птичьи домики из пластмассы? (7 баллов)
Вам выдана смесь следующих веществ: железо, сажа, поваренная соль, медь. Предложите план разделения этих веществ. Какое лабораторное оборудование потребуется для разделения этой смеси? (7 баллов)
Ответы на тесты:
1 - б, в;2 - а, г, д, е
1 -б, г, д; 2- а, в, е
1 – а, г, д; 2 – б, в, е
1 – б, в, д; 2 - а, г, е
1- а;
2 – в;
3 - б
Ответы на задачи:
2. Ученик не прав. Среди перечисленных явлений есть и физические, а именно: 1, 3, 4, 8.
3. Сейчас в машиностроении используют созданные человеком материалы, которые по легкости, прочности, долговечности и другим ценным свойствам превосходят металлы. Это пластмассы, каучуки, резина, стекло, стекловолокно и другие. Благодаря им современные машины могут работать при высоких и низких температурах, глубоко под водой, в космосе. Химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.
4. Пластмассовые домики крайне опасны для птиц, т. как пластмассы в отличие то дерева не способны впитывать влагу и через мельчайшие поры выпускать её наружу. Поэтому водяные пары, выделяемые при дыхании, поглощаются подстилкой и не покидают домик. В домике образуется повышенная влажность, которая губительна для птиц.
5. Лабораторное оборудование: магнит, фильтровальная бумага, воронка, стакан, спиртовка.
1) магнитом отделяем железо;
2) остальную смесь растворяем в воде, соль растворяется, сажа плавает сверху, медь опускается на дно;
3) фильтруем смесь - сажа отфильтровывается, медь остается на дне стакана;
4) остался раствор соли. Термический стакан нагреть над спиртовкой - вода выпаривается, соль остается.
Мы обсудили общий алгоритм решения задачи №35 (С5). Пришло время разобрать конкретные примеры и предложить вам подборку задач для самостоятельного решения.
Пример 2 . На полное гидрирование 5,4 г некоторого алкина расходуется 4,48 л водорода (н. у.) Определите молекулярную формулу данного алкина.
Решение . Будем действовать в соответствии с общим планом. Пусть молекула неизвестного алкина содержит n атомов углерода. Общая формула гомологического ряда C n H 2n-2 . Гидрирование алкинов протекает в соответствии с уравнением:
C n H 2n-2 + 2Н 2 = C n H 2n+2 .
Количество вступившего в реакцию водорода можно найти по формуле n = V/Vm. В данном случае n = 4,48/22,4 = 0,2 моль.
Уравнение показывает, что 1 моль алкина присоединяет 2 моль водорода (напомним, что в условии задачи идет речь о полном гидрировании), следовательно, n(C n H 2n-2) = 0,1 моль.
По массе и количеству алкина находим его молярную массу: М(C n H 2n-2) = m(масса)/n(количество) = 5,4/0,1 = 54 (г/моль).
Относительная молекулярная масса алкина складывается из n атомных масс углерода и 2n-2 атомных масс водорода. Получаем уравнение:
12n + 2n - 2 = 54.
Решаем линейное уравнение, получаем: n = 4. Формула алкина: C 4 H 6 .
Ответ : C 4 H 6 .
Хотелось бы обратить внимание на один существенный момент: молекулярной формуле C 4 H 6 соответствует несколько изомеров, в т. ч., два алкина (бутин-1 и бутин-2). Опираясь на данные задачи, мы не сможем однозначно установить структурную формулу исследуемого вещества. Впрочем, в данном случае этого и не требуется!
Пример 3 . При сгорании 112 л (н. у.) неизвестного циклоалкана в избытке кислорода образуется 336 л СО 2 . Установите структурную формулу циклоалкана.
Решение . Общая формула гомологического ряда циклоалканов: С n H 2n . При полном сгорании циклоалканов, как и при горении любых углеводородов, образуются углекислый газ и вода:
C n H 2n + 1,5n O 2 = n CO 2 + n H 2 O.
Обратите внимание: коэффициенты в уравнении реакции в данном случае зависят от n!
В ходе реакции образовалось 336/22,4 = 15 моль углекислого газа. В реакцию вступило 112/22,4 = 5 моль углеводорода.
Дальнейшие рассуждения очевидны: если на 5 моль циклоалкана образуется 15 моль CO 2 , то на 5 молекул углеводорода образуется 15 молекул углекислого газа, т. е., одна молекула циклоалкана дает 3 молекулы CO 2 . Поскольку каждая молекула оксида углерода (IV) содержит по одному атому углерода, можно сделать вывод: в одной молекуле циклоалкана содержится 3 атома углерода.
Вывод: n = 3, формула циклоалкана - С 3 Н 6 .
Как видите, решение этой задачи не "вписывается" в общий алгоритм. Мы не искали здесь молярную массу соединения, не составляли никакого уравнения. По формальным критериям этот пример не похож на стандартную задачу С5. Но выше я уже подчеркивал, что важно не вызубрить алгоритм, а понимать СМЫСЛ производимых действий. Если вы понимаете смысл, вы сами сможете на ЕГЭ внести изменения в общую схему, выбрать наиболее рациональный путь решения.
В этом примере присутствует еще одна "странность": необходимо найти не только молекулярную, но и структурную формулу соединения. В предыдущей задаче нам этого сделать не удалось, а в данном примере - пожалуйста! Дело в том, что формуле С 3 Н 6 соответствует всего один изомер - циклопропан.
Ответ : циклопропан.
Пример 4 . 116 г некоторого предельного альдегида нагревали длительное время с аммиачным раствором оксида серебра. В ходе реакции образовалось 432 г металлического серебра. Установите молекулярную формулу альдегида.
Решение . Общая формула гомологического ряда предельных альдегидов: C n H 2n+1 COH. Альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот, в частности, под действием аммиачного раствора оксида серебра:
C n H 2n+1 COH + Ag 2 O = C n H 2n+1 COOH + 2Ag.
Примечание. В действительности, реакция описывается более сложным уравнением. При добавлении Ag 2 O к водному раствору аммиака образуется комплексное соединение OH - гидроксид диамминсеребра. Именно это соединение и выступает в роли окислителя. В ходе реакции образуется аммонийная соль карбоновой кислоты:
C n H 2n+1 COH + 2OH = C n H 2n+1 COONH 4 + 2Ag + 3NH 3 + H 2 O.
Еще один важный момент! Окисление формальдегида (HCOH) не описывается приведенным уравнением. При взаимодействии НСОН с аммиачным раствором оксида серебра выделяется 4 моль Ag на 1 моль альдегида:
НCOH + 2Ag 2 O = CO 2 + H 2 O + 4Ag.
Будьте осторожны, решая задачи, связанные с окислением карбонильных соединений!
Вернемся к нашему примеру. По массе выделившегося серебра можно найти количество данного металла: n(Ag) = m/M = 432/108 = 4 (моль). В соответствии с уравнением, на 1 моль альдегида образуется 2 моль серебра, следовательно, n(альдегида) = 0,5n(Ag) = 0,5*4 = 2 моль.
Молярная масса альдегида = 116/2 = 58 г/моль. Дальнейшие действия попробуйте проделать самостоятельно: необходимо составить уравнение решить его и сделать выводы.
Ответ : C 2 H 5 COH.
Пример 5 . При взаимодействии 3,1 г некоторого первичного амина с достаточным количеством HBr образуется 11,2 г соли. Установите формулу амина.
Решение . Первичные амины (С n H 2n+1 NH 2) при взаимодействии с кислотами образуют соли алкиламмония:
С n H 2n+1 NH 2 + HBr = [С n H 2n+1 NH 3 ] + Br - .
К сожалению, по массе амина и образовавшейся соли мы не сможем найти их количества (поскольку неизвестны молярные массы). Пойдем по другому пути. Вспомним закон сохранения массы: m(амина) + m(HBr) = m(соли), следовательно, m(HBr) = m(соли) - m(амина) = 11,2 - 3,1 = 8,1.
Обратите внимание на этот прием, весьма часто используемый при решении C 5. Если даже масса реагента не дана в явной форме в условии задачи, можно попытаться найти ее по массам других соединений.
Итак, мы вернулись в русло стандартного алгоритма. По массе бромоводорода находим количество, n(HBr) = n(амина), M(амина) = 31 г/моль.
Ответ : CH 3 NH 2 .
Пример 6 . Некоторое количество алкена Х при взаимодействии с избытком хлора образует 11,3 г дихлорида, а при реакции с избытком брома - 20,2 г дибромида. Определите молекулярную формулу Х.
Решение . Алкены присоединяют хлор и бром с образованием дигалогенпроизводных:
С n H 2n + Cl 2 = С n H 2n Cl 2 ,
С n H 2n + Br 2 = С n H 2n Br 2 .
Бессмысленно в данной задаче пытаться найти количество дихлорида или дибромида (неизвестны их молярные массы) или количества хлора или брома (неизвестны их массы).
Используем один нестандартный прием. Молярная масса С n H 2n Cl 2 равна 12n + 2n + 71 = 14n + 71. М(С n H 2n Br 2) = 14n + 160.
Массы дигалогенидов также известны. Можно найти количества полученных веществ: n(С n H 2n Cl 2) = m/M = 11,3/(14n + 71). n(С n H 2n Br 2) = 20,2/(14n + 160).
По условию, количество дихлорида равно количеству дибромида. Этот факт дает нам возможность составить уравнение: 11,3/(14n + 71) = 20,2/(14n + 160).
Данное уравнение имеет единственное решение: n = 3.
Ответ : C 3 H 6
В финальной части предлагаю вам подборку задач вида С5 разной сложности. Попробуйте решить их самостоятельно - это будет отличной тренировкой перед сдачей ЕГЭ по химии!
В своей практике, я часто сталкиваюсь с проблемой при обучении решению задач по химии. Одно из сложных заданий в заданиях ЕГЭ стало и задание С 5.
Приведу несколько примеров:
Пример 1.
Определить формулу вещества, если оно содержит 84,21% углерода и 15,79% водорода, и имеет относительную плотность по воздуху, равную 3,93.
Решение:
1. Пусть масса вещества равна 100 г. Тогда масса С будет равна 84,21 г, а масса Н - 15,79 г.
2. Найдём количество вещества каждого атома:
n(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 моль,
n(H) = 15,79 / 1 = 15,79 моль.
3. Определяем мольное соотношение атомов С и Н:
С: Н = 7,0175: 15,79 (сократим оба числа на меньшее) = 1: 2,25 (домножим на 4) = 4: 9.
Таким образом, простейшая формула - С 4 Н 9 .
4. По относительной плотности рассчитаем молярную массу:
М = D(возд.) 29 = 114 г/моль.
5. Молярная масса, соответствующая простейшей формуле С 4 Н 9 - 57 г/моль, это в 2 раза меньше истинно молярной массы.
Значит, истинная формула - С 8 Н 18 .
Пример 2.
Определить формулу алкина с плотностью 2,41 г/л при нормальных условиях.
Решение:
1. Общая формула алкина С n H 2n−2
2. Плотность ρ - это масса 1 литра газа при нормальных условиях.Так как 1 моль вещества занимает объём 22,4 л, то необходимо узнать, сколько весят 22,4 л такого газа:
M = (плотность ρ) (молярный объём V m) = 2,41 г/л 22,4 л/моль = 54 г/моль.
14 n − 2 = 54, n = 4.
Значит, алкин имеет формулу С 4 Н 6 .
Ответ: С 4 Н 6 .
Пример 3.
Относительная плотность паров органического соединения по азоту равна 2. При сжигании 9,8 г этого соединения образуется 15,68 л углекислого газа (н. у) и 12,6 г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.
Решение:
1. Так как вещество при сгорании превращается в углекислый газ и воду, значит, оно состоит из атомов С, Н и, возможно, О. Поэтому его общую формулу можно записать как СхНуОz.
2. Схему реакции сгорания мы можем записать (без расстановки коэффициентов):
СхНуОz + О 2 → CO 2 + H 2 O
3. Весь углерод из исходного вещества переходит в углекислый газ, а весь водород - в воду.
Находим количества веществ CO 2 и H 2 O, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится:
а) n(CO 2) = V / V m = 15,68 / 22,4 = 0,7 моль.
(На одну молекулу CO 2 приходится один атом С, значит, углерода столько же моль, сколько и CO 2 . n(C) = 0,7 моль)
б) n(Н 2 О) = m / M = 12,6 / 18 = 0,7 моль.
(В одной молекуле воды содержатся два атома Н, значит количество водорода в два раза больше, чем воды. n(H) = 0,7 2 = 1,4 моль)
4. Проверяем наличие в веществе кислорода. Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы С и Н.
m(C) = 0,7 12 = 8,4 г, m(H) = 1,4 1 = 1,4 г
Масса всего вещества 9,8 г.
m(O) = 9,8 − 8,4 − 1,4 = 0, т.е. в данном веществе нет атомов кислорода.
5. Поиск простейшей и истинной формул.
С: Н = 0,7: 1,4 = 1: 2. Простейшая формула СН 2 .
6. Истинную молярную массу ищем по относительной плотности газа по азоту (не забыть, что азот состоит из двухатомных молекул N 2 и его молярная масса 28 г/моль):
M ист. = D(N 2) M(N 2) = 2 28 = 56 г/моль.
Истиная формула СН 2 , её молярная масса 14. 56 / 14 = 4. Истинная формула: (СН 2) 4 = С 4 Н 8 .
Ответ: С 4 Н 8 .
Пример 4.
При взаимодействии 25,5 г предельной одноосновной кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Определите молекулярную формулу кислоты.
Решение:
1. C n H 2n+1 COOH + NaHCO 3 à C n H 2n+1 COONa + H 2 O + CO 2
2. Найдем количество вещества СО 2
n(CO 2) = V/Vm = 5,6л: 22,4 л/моль = 0,25 моль
3. n(CO 2) = n(кислоты) = 0,25 моль (из уравнения видно это соотношение 1:1)
Тогда молярная масса кислоты равна:
M(к-ты) = m/n = 25,5г: 0,25 моль = 102г/моль
4. М(к-ты) = 12n+2n+1+12+16+16 (из обшей формулы, М = Ar(C)*n + Ar(H)*n + Ar(O)*n = 12*n + 1*(2n+1)+ 12+16+16+1)
М(к-ты) = 12n +2n +46 = 102; n = 4; Формула кислоты С 4 Н 9 СООН.
Задачи для самостоятельного решения С5:
1. Массовая доля кислорода в одноосновной аминокислоте равна 42,67%. Установите молекулярную формулу кислоты.
2. Установите молекулярную формулу третичного амина, если известно, что при его сгорании выделилось 0,896 л (н.у.) углекислого газа, 0,99 г воды и 0,112 л (н.у.) азота.
3. Для полного сжигания 2 л газообразного углеводорода потребовалось 13 л кислорода, при этом образовалось 8 л углекислого газа. Найти молекулярную формулу углеводорода.
4. При сжигании 3 л газообразного углеводорода получено 6 л углекислого газа и некоторое количество воды. Определите молекулярную формулу углеводорода, если известно, что для полного сжигания потребовалось 10,5 л кислорода.
5. Дихлорпроизводное алкана содержит 5,31% водорода по массе. Определите молекулярную формулу дихлоралкана. Приведите структурную формулу одного из возможных изомеров и назовите его
6. При сгорании газообразного органического вещества, не содержащего кислород, выделилось 4,48 л углекислого газа (н.у.), 3,6 г воды и 2 г фтороводорода. Установите молекулярную формулу соединения.
