Завдання і розв`язки ІІІ етапу олімпіади з хімії 10 клас

      Завдання і розв`язки завдань

ІІІ етапу Всеукраїнської олімпіади з хімії

 22 січня  2020 року

10 клас

1.     При спалюванні 8,96 л суміші метану, етану і карбон (ІІ) оксиду отримано 13,44 л вуглекислого газу (н.у.). Який вміст етану в суміші в об`ємних відсотках?

Розв`язок

Рівняння реакцій:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

2CO + O₂ = 2CO₂

2C₂H₆ + 7O₂ = 4CO₂ + 6H₂O

З 1 об`єму метану або карбон (ІІ) оксиду утвориться 1 об`єм СO₂, а з 1 об`єму етану  - 2 об`єми СО₂. Різниця об`ємів утворюваного CO<sub>2</sub> і суміші трьох газів, що вступають у реакцію, зумовлена третьою реакцією і дорівнює об`єму  C₂H₆.

 Отже, об`єм  V (C₂H₆) = 13,44 л – 8,96 л = 4,48 л.

Об`ємна частка етану в суміші φ ( C₂H₆) = 4,48 / 8,96 · 100% = 50%. 

2.                 Рідина А при взаємодії з металічним натрієм утворює газ В, при пропусканні якого над нікелевим каталізатором утворюються два гази C і D і водень. При гідратації суміші газів C і D утворюється бутанол – 2. Визначте речовини А – D, складіть рівняння відповідних реакцій.

Розв`язок

Бутанол – 2 утворюється при гідратації ізомерних н – бутенів (С і D: бутен -  1 і бутен – 2, уточнити неможливо). Тоді газ В являє собою н – бутан, а рідина А – моногалогенетан. Галоген вибираємо з хлору і брому, оскільки мова йде про реакцію Вюрца. Хлоретан при 20⁰ С є газом, тому речовина А – брометан. 

3.     У чотирьох пробірках знаходяться гліцерин, рідкий білок, крохмальний клейстер, розчин мила. Як визначити вміст кожної пробірки? Складіть рівняння відповідних реакцій.

Розв`язок

На пробу кожної з речовин необхідно подіяти лужним розчином купрум (ІІ) гідроксиду. З гліцерином відразу ж помітне посилення синього забарвлення до темно – синього.

При нагріванні реакційної суміші білок дає біуретову реакцію з фіолетовим забарвленням.

Крохмальний клейстер можна визначити за допомогою розчину йоду (темно-синє до чорного забарвлення), а розчин мила – за допомогою розчину солей кальцію:

2C₁₇H₃₅COONa + CaCl₂ = (C₁₇H₃₅COO)₂Ca↓ + 2NaCl.

4.                 До 100 мл суміші метану, водню і азоту добавили 150мл кисню і спалили. Після реакції об`єм суміші становив 86 мл. Продукти реакції пропустили через розчин натрій гідроксиду. Об`єм їх зменшився до 22 мл. Яка об`ємна частка компонентів вихідної суміші?

Розв`язок

Після реакції в суміші буде карбон (IV) оксид, азот і кисень, що не вступають у реакцію. Після пропускання суміші через розчин натрій гідроксиду карбон (IV) оксид вступає в реакцію з утворенням солі і в суміші залишається азот і кисень об`ємом 22 мл.

Знаходимо об`єм карбон (IV) оксиду, який утворюється при згорянні метану?

V(CO₂) = 86 мл – 22 мл = 64 мл.

Яка об`ємна частка метану в суміші:

φ(CH₄) = (64 мл /100 мл) · 100%  = 64%.

Знаходимо об`єм кисню, який вступив у реакцію з метаном:

64мл           х мл

CH₄         +    2O₂     =     CO₂   +   2H₂O

22400 мл   2·22400мл

64/22400 = х/44800

х = 64 · 2 · 22400 / 22400

х = 128 мл.

Знаходимо об`єм кисню, який провзаємодіяв з воднем і залишився після реакції:

V(O₂) = 150 мл – 128 мл = 22 мл

Знаходимо об`єм водню і азоту, які були в суміші:

 V(H₂, N₂) = 100 мл – 64 мл = 36 мл

Знаходимо об`єм кисню, що не вступив у реакцію:

х – об`єм водню,

(36 – х) – об`єм азоту.

Сума об`ємів азоту і кисню, що не вступив у реакцію – 22 мл.

Через А позначимо об`єм кисню, що не вступив у реакцію, тоді

А = 22 – (36 – х)

Знаходимо об`єм кисню, який вступив у реакцію з воднем:

     Х                В

     2H₂     +      O₂ = 2H₂O

2 · 22400мл    22400мл

В = х/2мл

Який об`єм водню був у суміші:

х/2 + 22 – (36 – х) = 22

х = 24 мл,

тоді об`ємна частка водню в суміші:

φ(H₂) =( 24 : 100 ) · 100 = 24%.

Об`ємна частка азоту в суміші:

φ(N₂) = 100% – 60% + 24% = 12%.

Отже, об`ємна частка метану в суміші – 64%, азоту – 12%, водню – 24%.

5.      Пару пропанолу пропустили над алюміній оксидом при температурі 300⁰ С. На утворений продукт подіяли бромоводнем і до добутої речовини додали натрій. Складіть схему перетворень і розрахуйте, з якої кількості пропанолу утвориться утвориться 43 г кінцевого продукту.

Розв`язок

CH₂ – CH₂ – СH₂ - OH → CH₃ – CH = CH₂ + H₂O

                                               Пропен

 CH₃ – CH = CH₂ + HBr → CH₃ – CHBr – CH₃

                                               2 – бромпропан

2CH₃ – CHBr – CH₃ + 2Na → CH₃ – CH(CH₃) – CH(CH₃) - CH₃ + 2NaBr

                                                        2,3 – диметилбутан

З рівняння видно, що для утворення моля 2,3- диметилбутану потрібно 2 молі пропанолу.

 Складаємо стехіометричну схему:

               х г                                             43 г

2CH₃ – CH₂ – CH₂ - OH → CH₃ – CH(CH₃) – CH(CH₃) - CH₃

             120 г                                            86 г

Х = (120 · 43) / 86 = 60 г.

На утворення 43 г кінцевого продукту потрібно 60 г пропанолу.

6.                  Діючи на речовину А воднем у присутності каталізатора, добули речовину Б, що має склад: Карбону – 85,72%, Гідрогену – 14,28%, густина її пари за повітрям  становить 2,9. Під час реакції А з концентрованою сульфатною кислотою утворюється речовина В, яка при сплавлянні з лугом та наступній обробці хлоридною кислотою утворює речовину Г, яка є цінною сировиною в хімічній промисловості. Напишіть формули згаданих речовин і складіть рівняння відповідних реакцій.

Розв`язок

A – C₆H₆, Б - C₆H₁₂(циклогексан), В – С₆H₅OSO₃H, Г - C₆H₅Сl(хлорбензен) – використовують у виробництві аніліну.