Критерии оценивания и награждения

Конкурс по химии

Задания

В скобках после номера задачи указаны классы, которым эта задача рекомендуется. Ученикам 8 класса предлагается решить 1–3 задачи, ученикам 9–11 классов — 2–4 задачи. Можно решать и задачи старших классов. Если вы младше 8 класса, но уже изучаете химию, то можно решать задачи для 8 класса (и для более старших классов). Решённые задачи класса младше своего не влияют на оценку.

1. (8) Где содержится больше атомов — в 1 г оксида углерода(IV) или в 1 г оксида фосфора(III) и во сколько раз?

2. (8–9) Некоторое количество оксида меди CuO поместили в стеклянную трубку, и при нагревании пропускали над ним газообразный водород. В результате реакции масса вещества в трубке уменьшилась на 12,8 г. Определите массу оксида меди, взятого для реакции, если известно, что реакция прошла полностью. Напишите уравнение реакции.

3. (8–10) В водном растворе азотной кислоты количество атомов водорода равно количеству атомов кислорода. Определите:

а) соотношение количеств вещества (числа молей) кислоты и воды в таком растворе;

б) массы кислоты и воды, содержащиеся в 100 г такого раствора.

4. (9–10) Студент провёл качественный анализ пяти прозрачных водных растворов на катионы и анионы и определил, что растворы содержат следующие ионы (в количествах, существенно превышающих «фоновое» содержание этих ионов в использованной для приготовления растворов дистиллированной воде):

№ раствора	обнаруженные ионы
1	Cu²⁺,Na⁺, H⁺, NO⁻ ₃
2	Cu²⁺, Na⁺, OH⁻, NO⁻ ₃
3	Cu2+, Ba2+, H+, SO²⁻₄
4	Cu²⁺, Ba²⁺, Cl⁻
5	Al3+, Na+, Cl−, CO²⁻₃

Заглянув в полученные результаты, его друг сразу обнаружил ошибки и посоветовал повторить анализ. Почему он сделал такой вывод? Прокакие из пяти растворов можно утверждать, что они проанализированы неверно? Ответ объясните.

5. (9–10) При обработке 5,00 г сплава, состоящего из двух металлов, избытком раствора NaOH выделилось 2,69 л газа (н. у.), а масса навески сплава уменьшилась на 2,16 г. Остаток полностью растворился в соля- ной кислоте, при этом выделилось 1,084 л газа (н. у.). Из каких металлов может состоять сплав? Приведите уравнения упомянутых реакций. 6. (10–11) Водный раствор нитрата серебра массой 100,0 г с массовой долей 5% подвергли электролизу. Процесс прекратили, когда на катоде выделилось 5,6 л газа (н. у.). Определите массу раствора по оконча- нии электролиза. Напишите уравнения реакций. (Использованные элек- троды изготовлены из инертного материала, никаких химических реак- ций, не связанных с процессом электролиза, на них не происходит.)

7. (9–11) Расшифруйте схему превращений и определите вещества А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, учитывая, что А, Б и Г — простые вещества. А + Б → В

А + Г → Д

В + H2O → Е

Д + H2O → Е +Ж↑

Ераствор + H2SO4 раствор → З + H2O

8. (11) При нагревании 3,6 г н-пропанола с серной кислотой (140 ◦C) было получено два органических вещества и 0,65 г воды.

а) Какие органические вещества образовались?

б) Рассчитайте их массы.

9.(11) Ароматическое соединение А,имеющее брутто-формулу C9H10O2, нагрели в водном растворе гидроксида натрия, при этом выделено два продукта — вещество Б и этиловый спирт. При сплавлении Б с гидрок- сидом натрия получено вещество В и карбонат натрия.

а) Расшифруйте вещества А, Б, В, напишите уравнения проведён- ных реакций.

б) Предложите схему получения вещества А из вещества В с исполь- зованием только неорганических реагентов. Напишите уравнения реак- ций всех промежуточных стадий, укажите условия их проведения.

Вместе с заданиями конкурса по химии участникам турнира также выдавались справочные материалы: таблица Менделеева, таб- лица растворимости и электрохимический ряд напряжений.

Решения

Задача 1. Формула оксида углерода(IV) — CO2, оксид фосфора(III) имеет формулу P2O3. Молярная масса CO2 составляет6 12 + 16 · 2 = 44 (г/моль), а моляр- ная масса P2O3 равна 31 · 2 + 16 · 3 = 110 (г/моль). Число молей в 1 грамме: ν(CO2) = 1 44 моль, ν(P2O3) = 1 110 моль. Тогда число молекул CO2 в 1 грамме равно NA · 1 44 моль. Число молекул P2O3 в 1 грамме равно NA · 1 110 моль. NA — это число Авогадро, означает количество молекул любого вещества в одном моле этого вещества7 . Общее число атомов (C и O) в 1 грамме CO2 равно 3 · NA · 1 44 моль (так как в молекуле CO2 — три атома), а общее число атомов (P и O) в 1 грамме P2O3 составляет 5 · NA · 1 110 моль (так как в молекуле P2O3 пять атомов). Теперь найдём соотношение числа атомов: 3 · NA · 1 44 моль 5 · NA · 1 110 моль = 3/44 5/110 = 1,5. Ответ: в 1 г оксида углерода(IV) содержится в 1,5 раза больше ато- мов, чем в 1 г оксида фосфора(III). 6Здесь числа 12, 16 и 31 — это молярные массы углерода, кислорода и фосфора, они взяты из соответствующих клеточек таблицы Менделеева — она была напеча- тана на обороте листочка с заданиями по химии. Заметим, что разные атомы одного и того же химического элемента могут иметь разную массу. В таблице Менделеева приводится значение массы одного моля атомов с учётом распространённости таких атомов в природе. 7Для справки: NA = 6,02214129. . . · 1023 1 моль . В процессе решения данной задачи NA сокращается и в окончательный ответ не входит, поэтому использовать значение NA в вычислениях не нужно.

Задача 2. Оксид меди взаимодействует с кислородом по реакции CuO + H2 = Cu + H2O При этом медь остаётся в трубке, а вода полностью испаряется (для про- текания реакции требуется нагревание до температуры больше 100 ◦C). Масса вещества в трубке уменьшилась на массу кислорода, который при восстановлении меди перешёл в воду. m(O) = 12,8 г, ν(O) = m(O) M(O) = 12,8 г 16 г/моль = 0,8 моль В CuO количество молей кислорода равно количеству молей всего исходного оксида меди, тогда ν(CuO) = 0,8 моль и m(CuO) = ν(CuO) · M(CuO) = 0,8 моль · (63,55 + 16) г моль = 63,64 г Ответ: для реакции было взято 63,64 г оксида меди. (При разной точности взятого значения молярной массы меди воз- можны результаты от 63,5 г до 64,0 г — все они признаются верными.)

Задача 3. Пусть в растворе содержится х моль H2O и у моль HNO3. количество молей атомов водорода: 2х + у количество молей атомов кислорода: х + 3у По условию эти количества равны, то есть 2х + у = х + 3у, откуда х = 2у. Соотношение количеств веществ в растворе 1 : 2 (на 1 моль азот- ной кислоты приходится 2 моля воды). 2 моля воды — это 36 г, 1 моль азотной кислоты — это 63 г. В сумме это 99 г. Если пересчитать на 100 г (умножением на 100/99 ≈ 1,01), получим 36,36 г воды и 63,63 г азотной кислоты. Ответ. а) Соотношение количеств веществ HNO3 и H2O в растворе составляет 1 : 2. б) В 100 г раствора содержится 36,36 г H2O и 63,63 г HNO3. (Приблизительный ответ — 36 г воды и 63 г азотной кислоты — прини- мается в качестве правильного.)

Задача 4. Поскольку водные растворы прозрачны, это означает, что в них не должно образовываться никакого осадка. Но во втором растворе обнаружены одновременно ионы Cu2+ и OH−, а они образуют Cu(OH)2, который выпадает в осадок. 60 Аналогично, в третьем растворе ионы Ba2+ и SO2− 4 образуют нерас- творимый BaSO4. В пятом растворе сосуществуют Al3+ и CO2− 3 ; в таблице раствори- мости указано, что карбонат алюминия, который мог бы получиться при соединении этих ионов, не существует. Это связано с тем, что как ионы алюминия, так и карбонат-ионы в водных растворах могут гид- ролизоваться, причём области их устойчивого существования не пере- крываются, поэтому существовать одновременно они не могут. В пятом растворе должен выпасть осадок гидроксида алюминия. Таким образом, в растворах № 2, 3 и 5 выпадают осадки, и эти растворы не могут быть прозрачными. Следовательно, они проанали- зированы ошибочно. Некоторые участники писали, что ион меди имеет синюю окраску, и поэтому раствор не может быть прозрачным. Это неверно. В этом случае раствор не может оставаться бесцветным, но вполне может быть прозрачным (вспомните хотя бы о существовании прозрачного цветного стекла). Кроме того, участники часто писали, что в растворах нарушена элек- тронейтральность, так как не совпадает количество катионов и анионов. Это тоже неверно. Был проведён только качественный анализ, поэтому мы не знаем количеств ионов в растворах. Электронейтральность обес- печивается одинаковыми суммарными концентрациями положительно и отрицательно заряженных ионов, но не равным числом их видов.

Задача 5. Предположим, что и в первом, и во втором случае выделя- ется газообразный водород8 . Определим эквивалент9 первого металла. Meq 1 = 11,2 л/моль 2,69 л · 2,16 г ≈ 8,99 . . . г моль ≈ 9 г моль При степенях окисления +1 и +2 подходящих по молярной массе и хими- ческим свойствам металлов нет. При степени окисления +3 молярная масса металла M1 = 3 · Meq 1 = 27 г/моль, это алюминий. 8Такое предположение достаточно естественно для использованных реагентов. Для ответа на вопрос задачи «Из каких металлов может состоять сплав?» нам достаточно привести пример. Анализировать другие варианты, которые могли бы соответствовать условию задачи, не требуется. 9Используемое в расчётах условное «вещество», эквивалентное катиону водорода в рассматриваемой реакции. В решении данной задачи понятие эквивалента использовать не обязательно, можно просто рассмотреть разные степени окисления. 61 Аналогично определяем второй металл Meq 2 = 11,2 л/моль 1,084 л · (5,00 − 2,16) г ≈ 29,34 г моль При степени окисления +2 подходит никель, имеющий молярную массу M2 = 2 · Meq 2 = 58,69 г/моль и подходящие химические свойства. Сплав никеля с алюминием применяется для получения «никеля Ренея» — катализатора гидрирования, причём именно таким образом, как описано в задаче: алюминий растворяют в щёлочи, а никель с раз- витой поверхностью остаётся. Кобальт, который практически невозможно отличить от никеля по молярной массе, также считался правильным ответом. Уравнения реакций: 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Al[Na(OH)4] + 3H2↑ Ni + 2HCl = NiCl2 + H2↑

Задача 6. Уравнение электролиза нитрата серебра в водном растворе: 4AgNO3 + 2H2O эл. ток −−−−−→ 4Ag + O2 + 4HNO3 На катоде при этом газ не выделяется. Выделение газа на катоде означает, что нитрат серебра полностью израсходовался и началось раз- ложение воды. Уравнение разложения (электролиза) воды: 2H2O эл. ток −−−−−→ 2H2 + O2 Определим массу серебра и кислорода (первая часть электролиза, газа на катоде нет, нитрат серебра расходуется полностью): m(Ag) = m(AgNO3) M(Ag) M(AgNO3) = 100 г · 0,05 · 108 г/моль 170 г/моль ≈ 3,18 г m(O2) = 1 4 m(AgNO3) M(O2) M(AgNO3) = 1 4 · 100 г · 0,05 · 32 г/моль 170 г/моль ≈ 0,24 г Расчёт массы разложившейся на кислород и водород воды: m(H2O) = ν(H2O) · M(H2O) = 5,6 л 22,4 л/моль · 18 г/моль = 4,5 г 62 Масса раствора в результате электролиза уменьшилась на массу серебра, кислорода и воды mр−ра = (100 − 3,18 − 0,24 − 4,5) г = 92,08 г Ответ: масса раствора по окончании электролиза 92,08 г. Задача 7. В этой задаче возможно несколько правильных решений. Приведём одно из них: А = Li, Б = O2, Г= N2. Тогда В = Li2O, Д= Li3N, Е= LiOH, Ж= NH3, З= Li2SO4. Другой пример правильного решения: А = Ca, Б = O2, Г = C; В = CaO, Д = CaC2, Е = Ca(OH)2, Ж = C2H2, З = CaSO4. Запишем уравнения реакций для второго случая. Ca + O2 = CaO Ca + C = CaC2 CaO + H2O = Ca(OH)2 CaC2 + H2O = Ca(OH)2 + C2H2 Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O Варианты решений с умеренными ошибками оценивались промежу- точным числом баллов, в зависимости от конкретной ошибки. Примерами таких решений является А = Na или K, так как при окислении эти металлы не дают оксидов; Г = H2, так как тогда Ж — тоже водород, а разные буквы должны обозначать разные вещества; Г = S и Ж= H2S, так как сульфиды щелочных металлов не разлага- ются водой, хотя и частично гидролизованы в растворах, а сульфиды тяжёлых металлов как правило в воде не растворяются.

Задача 8. При нагревании спирта с серной кислотой реакция может идти по двум направлениям в зависимости от температуры — с обра- зованием алкена (при более сильном нагревании) или простого эфира (при умеренном нагревании). В данном случае при промежуточной тем- пературе реализуются оба направления.

H₃C- C H₂ -C H₂ -OH ^нагрев ^{, H2SO4} → H₃C- C H =CH₂ + H₂O

2 (H₃C- C H₂ -C H₂ –OH) ^нагрев ^{, H2SO4} → H₃C- C H₂- C H₂ -O -C H₂ -C H₂ -CH3 + H₂O

Таким образом, продукты реакции представляют собой пропен и ди(н-пропиловый) эфир. Количество исходного спирта составляет 0,06 моль, количество обра- зовавшейся воды 0,036 моль. Пусть x моль — количество пропанола, превратившегося в пропен, и у моль — количество пропанола, превратившегося в дипропиловый эфир (тогда количество образовавшегося эфира 0,5y моль).

x + y = 0,06 y/2 = 0,06 − 0,036 = 0,024

x + y/2 = 0,036 x = 0,036 − 0,024 = 0,012

Масса 0,012 моль пропена составляет 0,504 г; масса 0,024 моль ди(н-пропилового) эфира составляет 2,448 г. Ответ: образовалось 0,504 г пропена и 2,448 г ди(н-пропилового) эфира.

Задача 9.

а) А = этиловый эфир бензойной кислоты (этилбензоат),

Б = бензоат натрия,

В = бензол.

CH3 C H2 O O (А) + NaOH + H2O нагрев −−−−−→ O ONa (Б) + HO C H2 CH3 O ONa (Б) + NaOH сплавление −−−−−−−−→ (В) + Na2CO3

б) Пример схемы получения этилбензоата из бензола.

AlCl3 → + CH3Cl CH3 нагрев под давл. −−−−−−−−−−−−−→ + O2 + NaOH O ONa H2SO4 −−−−−−−−−→ + C2H5OH −−−→ CH3 C H2 O O

Получение использованных в этой схеме органических реагентов из неорганических (по условию задачи в качестве исходных требуется использовать только неорганические реагенты): СО + 3Н2 → СН4 + Н2О

CH4 + Cl2 hν −→ СН3Cl + HCl

2СН3Cl + 2Na → С2Н6 + 2NaCl

С2Н6 + Cl2 → C2H5Cl + HCl

С2H5Cl + NaOH → C2H5OH + NaCl

Задания для конкурса по химии предложили и подготовили: С. В. Лущекина, З. П. Свитанько.

Критерии оценивания и награждения

Решение каждой задачи оценивается целым неотрицательным числом баллов в соответствии с нижеприведёнными критериями.

Задача 1. Решение с пояснением и с ответом — 8 баллов. (Если полного решения нет, но есть пояснения — до 4 баллов.) «Количество молекул пропорционально количеству молей» или «соот- ношения количества молей в 1 г обратно пропорционально отношению молярных масс» — 2 балла. «CO2 — 3 атома в молекуле, P2O3 — 5 атомов, это даёт соотноше- ние 3 : 5» — 2 балла. Всего 8 баллов.

Задача 2. Уравнение реакции — 2 балла. Расчёт и ответ — 6 баллов. Всего 8 баллов. Задача 3. Расчёт молярного отношения кислоты и воды — 4 балла. (Только ответ без объяснения, откуда он взялся — 2 балла.) Расчёт масс кислоты и воды — 6 баллов. Всего 10 баллов.

Задача 4. Гидроксид меди Cu(OH)2 выпадает в осадок — 2 балла. Сульфат бария BaSO4 выпадает в осадок — 2 балла. Al3+ и CO2− 3 образуют осадок гидроксида алюминия — 4 балла (если указано только, что карбонат алюминия не существует, или что он сам и выпадает в осадок — до 2 баллов.) Верный набор неправильно проанализированных растворов — +2 балла. Всего 10 баллов.

Задача 5. Определение алюминия на основе расчёта (или подтверждённое расчё- том) — 4 балла. Определение никеля (или кобальта) — 4 балла (если второй метал определён как железо — 2 балла). Реакция Al со щёлочью — 2 балла. Реакция Ni (Co) с кислотой — 1 балл. Всего 11 баллов.

Задача 6. Уравнение электролиза нитрата серебра — 3 балла. Уравнение электролитического разложения воды — 1 балл. Расчёт масс продуктов при электролизе нитрата серебра — 5 баллов. Расчёт массы разложившейся воды — 2 балла. Расчёт массы конечного раствора — 3 балла. Всего 14 баллов.

Задача 7. Полное правильное решение задачи — 12 баллов (условно вещества А, Б и Г — по 2 балла; В, Д. Е, Ж и З — по 1 баллу; полное решение — дополнительно +1 балл). Варианты решений с умеренными ошибками оценивались промежуточ- ным числом баллов, в зависимости от конкретной ошибки. Всего 12 баллов.

Задача 8. Пропен — 2 балла. Ди(н-пропиловый) эфир — 2 балла. Расчёт — 6 баллов. Всего 10 баллов.

Задача 9. Вещества А, Б, В по 2 балла (при наличии написанных уравнений реак- ций) — 6 баллов. Получение этилбензоата при наличии способа получения всех реаген- тов — 8 баллов. Всего 14 баллов.

Оценки «e» (балл многоборья) и «v» (грамота за успешное выступле- ние на конкурсе по химии) ставились в соответствии с таблицей (нужно было набрать сумму баллов не менее указанной в таблице, учитываются только результаты по задачам своего и более старших классов). Класс «e» (балл многоборья) «v» (грамота) 5 и младше — 1 6 1 2 7 2 3 8 2 4 9 8 10 10 8 12 11 12 16 В случае, если поставлена оценка «v», оценка «e» не ставится.

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 220; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!