Химия (с ответами). Всероссийская олимпиада школьников в Москве (2022-2023 год) - часть 9

4

 

Девятый класс

 

Проверке  подлежит  только  лицевая  сторона  бланка  ответа!  Все 

численные результаты должны быть подтверждены расчетом, хотя бы 
коротким. Все

 

качественные ответы должны иметь обоснование, хотя бы 

короткое. В

 

противном случае оценка 0 баллов. 

 

Задача 9-1

 

1)

Определите  неизвестные  вещества 

X

, 

Y

, 

Z

, 

A

1

, 

A

2

, 

A

3

, 

B

, 

C

, 

D

,  ответ

подтвердите расчетами.

 

2)

Запишите уравнения реакций 

1

 – 

8

.

3)

3.000

 

г 

А

3

 растворили в 50.00 г 30.00%-ной HCl, вычислите массовые доли

всех веществ в полученном растворе.

 

6

 

По взаимно перпендикулярным осям отложены расстояния в

 

пм

 

(10

-12

 

м). 

Атомы располагаются в плоскости рисунка. Числа, указанные на этом рисунке, 
характеризуют значение электронной плотности вокруг атомов соединения 

А

 

(как  функцию  координат).  Максимумы  электронной  плотности  совпадают 
с

 

расположением 

атомов. 

Значения 

максимумов 

приблизительно 

пропорциональны количеству электронов у соответствующего атома. Соединяя 
точки  с  приблизительно  одинаковой  электронной  плотностью,  можно 
начертить  непрерывные  контурные  кривые,  которые  лучше  иллюстрируют 
распределение  электронной  плотности.  Уважаемые  участники,  помогите 
кристаллографам  полностью  расшифровать  структуру  соединения 

А

 

и

 

напомните им о его основных физико-химических свойствах.

 

1.

 

Идентифицируйте атомы в соединении 

А

.

 

2.

 

Оцените межатомные расстояния и валентный угол в соединении 

А

. Оцените 

ковалентные радиусы  атомов.  Определите  плотность  кристаллов  соединения 

А

. Объясните геометрию соединения 

А

. 

 

3.

 

Предложите лабораторный и промышленный способ получения соединения 

А

 (запишите по одному уравнению реакции). Как высушить 

А

 в лабораторных 

условиях? В производстве какого крупнотоннажного продукта 

Х

 используется 

соединение 

А

? Приведите уравнения реакций получения 

Х

 из 

A

.

 

4.

 

Проиллюстрируйте  кислотно-основные  (1  реакция)  и  окислительно-

восстановительные  свойства  (по  2  различные  реакции  на  каждое  свойство) 
соединения 

А

.

 

Можно ли провести рентгеноструктурный анализ соединения 

А

 при

 

н.у.? 

Ответ обоснуйте.

 

 

 

 

Образец  бинарного  вещества 

A

  массой  0.950  г,  содержащего  17.750

 

%  элемента 

B

  по  массе, 

расплавили  и  подвергли  электролизу  (

р-ция

 

а

).  При

 

этом  на  инертных  электродах  выделились  газ 

B2

 

объёмом  1.730  л  (при  н.у.)

 

и  простое  вещество 

C

.  Взаимодействие  последнего

 

с  водой  приводит  к

 

образованию  бесцветного  раствора  соединения 

D

  (

р-ция

 

б

),  окрашивающегося  под

 

действием 

фенолфталеина в малиновый цвет. 

 

В  2862.5  году  известный  немецкий  химик  впервые  с

 

помощью  газа 

B2

  в

 

присутствии  осмиевого 

катализатора перевёл простое вещество 

E

 в

 

реакционноспособную форму – газообразное соединение 

F

 (

р-

ция

 

в

),  содержащее  25.471% 

B

  по  массе.  Эта  реакция  впоследствии  нашла  широкое  применение  для 

получения «хлеба из …».

 

Долгое  время  считалось,  что  элемент 

C 

не  может  образовывать  бинарное  соединение  такого  же 

состава,  что  и  его  более  тяжёлые  аналоги  по  группе.  Недавно  учёные  обнаружили,  что  оно  может  быть 

стабилизировано в виде комплексного соединения 

G

, в котором центральный атом имеет координационное 

число 5. Оно образуется при взаимодействии 

D

, простого вещества 

H

 элемента 

Х

 с характерным запахом и 

бинарного соединения 

F

 при

 

температуре -118°С (

р-ция

 

г

). 7.19

 

л (при н.у.) простого вещества 

I

 элемента 

Х

 

можно  получить  термическим  разложением  бинарного  вещества 

J

  массой  122.582

 

г  (

р-ция

 

д

),  нагревание 

твердого  продукта  этой  реакции  в  атмосфере  сухого  воздуха  при  умеренной  температуре  позволяет 

получить 

J

. 

 

Вопросы и задания:

 

Задача 9-5

 

Фреоны

 

Соединения группы фреонов, первое из которых было получено в 1928

 

г, 

раньше широко использовались в холодильных установках и при производстве 

аэрозолей. Фреоны представляют собой насыщенные углеводороды, в которых 

один или несколько атомов водорода замещены атомами галогена. Обычно в 

качестве  основы  фреона  выступают  метан  или  этан,  а  для  замещения 

используют  атомы  фтора  или  хлора.  Все  описанные  в  этой  задаче  фреоны  – 

именно такие и содержат как минимум один атом фтора.

 

11

 

Для наименования фреонов была создана специальная номенклатура. Название 

фреона  состоит  из  буквы 

R 

(от  английского 

refrigerant

 

–

 

хладагент),  дефиса 

и

 

ряда  цифр,  связанных  с  числом  атомов  углерода,  водорода  и  фтора 

в

 

соединении  (

но  не  обязательно  равных  им

)

.  Число  атомов  хлора 

устанавливается  по  остаточному  принципу.  Если  на  месте  числа  в  названии 

должен стоять ноль, его не пишут.

 

5.

 

Сформулируйте правила номенклатуры фреонов, объяснив связь цифр 

a

, 

b

 

и

 

с

 

в  номенклатурном  названии  фреона 

R-

abc

 

с  числом  атомов  углерода, 

водорода и фтора.

 

6.

 

Приведите названия фреонов 

3

 

и 

7

 

в соответствии с 

R-

abc

-

номенклатурой 

и

 

установите формулу фреона 

8

 

по его названию.

 

Для  фреонов,  имеющих  в  составе  два  и  более  атома  углерода,  возможна 

изомерия,  обусловленная  различным  взаимным  расположением  атомов 

галогена в молекуле.

 

7.

 

Определите,  какие  из  зашифрованных  выше  фреонов  имеют  изомеры. 

(Учитывайте только структурные изомеры). Изобразите структурные формулы 

этих изомеров. 

 

Указание:  во  всех  вопросах,  требующих  численного  ответа,  обязательно 

приведите расчёты. Ответ без расчётов оценивается в 0 баллов.

 

7 

Решение

 

задачи

 9-2 

(автор:

 

Беззубов С.И.)

 

Максимумы электронной плотности 77, 156, 77. Эти числа относятся как 

1:2:1. Значит, в составе соединения 

А

 

центральный атом имеет вдвое больший 

заряд  ядра,  чем  заряд  ядра  двух  других  атомов.  Малое  количество  атомов, 
хорошая растворимость в воде с образованием кислого раствора указывают на 
то, что 

А

 

–

 

кислотный оксид. Разумно предположить, что концевые атомы  –

 

это  атомы  кислорода  (заряд  ядра  +8),  тогда центральный  –

 

серы  (заряд  ядра 

+16),  то  есть,  соединение 

А

 

–

 

диоксид  серы, 

SO

2

,  и  его  молярная  масса 

удовлетворяет  условию.  Бинарные  хлориды  (не  говоря  уже  о  бромидах 
и

 

иодидах),  сульфиды,  фосфиды  и  селениды  не  подходят  из

-

за  слишком 

большой  молярной  массы.  Дифториды  серы  и  хлора  крайне  нестабильны, 
диоксид хлора окрашен.

 

Решение

 

задачи

 9-4 (

автор:

 

Крысанов Н.С.):

 

При  электролизе  расплава  бинарного  соединения 

А 

на  одном  из 

электродов  выделяется  бесцветный  газ 

B 

и  образуется  активный  металл 

C

, 

который  легко  растворяется  в  воде  с  образованием  гидроксида 

D

, 

окрашивающего фенолфталеин в малиновый цвет.

 

В  начале 

XX 

века  немецкий  учёный  и  лауреат  Нобелевской  премии  по 

химии  Фриц  Габер  разработал  метод  превращения  азота  в  аммиак  на 
осмиевом катализаторе, что позволило создавать «хлеб из воздуха» и спасти 
мир от надвигающегося голода.

 

Хорошо известное применение аммиака в качестве удобрения и процесс 

Габера

-

Боша, лежащий в основе его производства, позволяют предположить, 

что 

B

 

–

  H

2

, 

E

 

–

  N

2

,  а 

F

 

–

  NH

3

.  Тогда  вещество 

A

 

является  гидридом 

неизвестного щелочного или щелочноземельного металла. Однако среди всех 
гидридов  активных  металлов  лишь  гидрид  лития  плавится  без  разложения. 
Тогда предположим, что

 A

 

–

 LiH, 

C

 

–

 Li, 

D

 

–

 LiOH. 

 

4

 

9 КЛАСС

 

Молодой учитель  химии  Колбочкин  в деcяти различных пробирках приготовил 

водные  растворы  NaBr,  KBrO

3

,  NH

4

Cl,  Na

2

SO

3

,  Na

2

CO

3

,  MgSO

4

,  ZnSO

4

,  FeCl

3

, 

Pb(NO

3

)

2

 и Al(NO

3

)

3

, но по невнимательности забыл их подписать.

 

1.

 

Выберите из предложенных Вам растворов:

 

а)

 

те, которые имеют кислую среду;

 

б)

 

те, которые имеют щелочную среду;

 

в)

 

содержащие катионы, соответствующие амфотерным гидроксидам;

 

г)

 

те, среда которых близка к нейтральной;

 

д)

 

один типичный восстановитель, проиллюстрируйте это свойство соответ-

ствующим уравнением реакции;

 

е)

 

один типичный окислитель, проиллюстрируйте это свойство соответству-

ющим уравнением реакции.

 

2.

 

Предложите способ разделения смеси солей Al(NO

3

)

3

, Cr(NO

3

)

3

 и Pb(NO

3

)

2

. От-

вет мотивируйте уравнениями реакций.

 

3.

 

Запишите уравнения реакций веществ со вспомогательными реактивами, со-

провождающихся  характерными  аналитическими  признаками  (выпадение  или  рас-
творение осадка, изменение цвета раствора, выделение газообразных веществ).

 

4.

 

Используя вспомогательные реактивы, анализируемые растворы солей и обо-

рудование, имеющееся в лаборатории, идентифицируйте вещества в пробирках. По-
дробно запишите весь ход проведения эксперимента и уравнения реакций, которые 
позволили вам однозначно провести идентификацию веществ.

 

Вспомогательные реактивы:

 

•

 

Универсальная индикаторная бумага;

 

•

 

Серная кислота H

2

SO

4

, 1 М раствор;

 

•

 

Аммиак водный NH

3

⸱H

2

O, 2 М раствор;

 

•

 

Перманганат калия KMnO

4

, 0.0005 М раствор.

 

Оборудование:

 

•

 

Штатив на 10 пробирок – 2 шт.

 

•

 

Пробирка на 10 мл – 20 шт.

 

•

 

Пипетка Пастера – 1 шт.

 

•

 

Стакан с дистиллированной водой для промывания пипетки – 1 шт.

 

 

7

 

4)

 

К  небольшим  порциям  оставшихся  растворов  по  каплям  добавим  раствор 

NH

3

⸱H

2

O. В трех пробирках выпадут белые осадки гидроксидов магния, цинка и алю-

миния. При добавлении избытка раствора NH

3

⸱H

2

O произойдет полное растворение 

осадка гидроксида цинка. 

В пробирке № 7 — ZnSO

4

.

 

5)

 

К небольшим порциям растворов № 6 и № 10 добавим раствор № 9. В про-

бирке, в которой выпал белый осадок, находился сульфат магния. Таким образом, 

в 

пробирке № 6 — MgSO

4

, в пробирке № 10 — Al(NO

3

)

3

.

 

6)

 

К небольшим порциям растворов № 1, № 2 и № 3 добавим раствор № 9. В 

пробирке, в которой нет видимых изменений, находится раствор KBrO

3

. 

В пробирке 

№ 2 — KBrO

3

.

 

7)

 

Подкислим растворы № 1 и № 3 серной кислотой и добавим к ним несколько 

капель раствора KMnO

4

. В пробирке, в которой происходит обесцвечивание KMnO

4

, 

находится KBr. Таким образом, 

в пробирке № 1 — KBr, в пробирке № 3 — NH

4

Cl

.

 

Система оценивания

 

1.

 

Классификация

 

веществ

 

(задание

 

1)

 

–

 

6

 

пунктов

 

по

 

1

 

б                        6

 

баллов

 

2.

 Способ разделения смеси солей (задание 4)                                                     13

 

баллов

 

3.

 

Уравнения реакций (задание 2) — 10 уравнений по 2 б                                  20

 

баллов

 

    (если неверно уравнены — по 1 б)

 

4.

 

Идентификация веществ (задание 3) — 10 веществ по 3.5 б                          35 баллов

 

5.

 

Уравнения реакций (задание 4) — 3 уравнения по 2 б                                      6 баллов

 

    (если неверно уравнены — по 1 б)

 

 

 

 

 

 

ИТОГО                                                                                               80

 

баллов

 

 

В случае, если участнику понадобится дополнительное количество реактива или 

замена разбитой посуды, долив реактива или замена посуды производится со штра-

фом 4 балла.

 

 

 

12

 

Десятый класс

 

Проверке  подлежит  только  лицевая  сторона  бланка  ответа!  Все 

численные результаты должны быть подтверждены расчетом, хотя бы 

коротким. Все

 

качественные ответы должны иметь обоснование, хотя бы 

короткое. В

 

противном случае оценка 0 баллов. 

 

 

Задача 10-1

 

 

 

 

 

Минерал  с  Урала,  впервые  описанный  М.  В.  Ломоносовым,  считается 

первым  описанным  минералом  в  России,  содержит  в  своем  составе 
элементы

 

X

 

и 

Y

. Образец данного минерала был растворен в избытке раствора 

гидроксида  натрия 

(р-ция

 

1)

.  После  чего  к  полученному  раствору  добавили 

сульфид  натрия,  при  этом  образовался  черный  осадок 

J 

(р-ция  2)

. 

При

 

нагревании  раствора  образуется  зелёный  осадок 

С

 

(р-ция  3)

.  Далее 

J 

сожгли  в  токе  кислорода  до  образования  оранжевого  бинарного  соединения 
элемента 

Y 

(р-ция 4)

, которое далее растворили в концентрированной хлорной 

кислоте  и

 

получили  бесцветный  раствор  соли 

B 

и  черный  осадок

 

бинарного 

соединения элемента 

Y 

(р-ция 5)

. А вещество 

С

 растворили в азотной кислоте, 

при упаривании раствора выпали кристаллы соли 

А

.

 

Аммиак  выделяет  из  раствора  соли 

A

  осадок 

C

,  растворимый  как 

в

 

избытке  осадителя  в  присутствии  аммонийных  солей  при  длительном 

нагревании  с  образованием  красно-фиолетового  раствора,  так  и  в  избытке 
раствора  щелочи.  Осадок 

С

  растворяется  в  щелочном  растворе  перекиси 

водорода при нагревании с образованием желтого раствора 

D 

(р-ция 6)

. При 

смешении  стехиометрических  количеств  мочевины  и  спиртового  раствора 

А

 

при

 

охлаждении образуются ярко-зеленые игольчатые кристаллы 

Е

.

 

Аммиак из раствора соли 

B

 выделяет белый осадок 

F

, легкорастворимый 

в избытке щелочи. При смешении растворов 

D

 и 

В

 образуется нерастворимый 

ядовитый  осадок 

G

,  растворимый  в  кислотах 

(р-ция  7)

  и  щелочах. 

Шафра́н

 

—

 

пряность  и  пищевой  краситель 

оранжевого цвета, получаемый из высушенных рылец 
цветков шафрана посевного (лат.

 

Crócus satívus

).

 

13

 

При

 

добавлении  к 

В

  смеси  иодида  калия  и  хлорида  цезия  образуются  жёлто-

зеленые кристаллы 

Н

 с массовой долей 

Y

 28.75%. А при медленном охлаждении 

насыщенного  водного  раствора  тиомочевины,  к  которому  добавили 
стехиометрическое количество 

В

, осаждаются белые триклинные иглы 

I

.

 

При  прокаливании 

В

  и 

I

  образуется  один  и  тот  же  продукт,  содержащий 

3

 

элемента, включая 

Y

.

 

Вопросы:

 

1.

 

Определите соединения 

A – J

, ответ обоснуйте.

 

2.

 

Напишите  уравнения 

реакций 

1

 

–

 

7 

и  реакции  разложения 

A

 

и

 

B

 

(р-ции

 

8-9 

соответственно

)

 на воздухе. 

 

3.

 

Найдите среди соединений 

A

 

–

 

J

 «минерал с Урала».

 

 

Задача 10-2

 

Электромеры

 

Вещество 

Х

  черного  цвета  достаточно  неустойчиво  выше  комнатной 

температуры,  чувствительно  к  влаге  воздуха,  и  попытки  его  синтеза  долго 

не

 

давали результата: так, например, его не удается получить взаимодействием 

оксида 

А

  с  оксидом 

Б

,  содержащим  два  типа  атомов  металла 

М

,  вместо 

Х

 

образуется соль 

В

, содержащая 

М

 в наиболее устойчивой степени окисления 

(

р-ция  1

). 

Х

  удалось  получить  обменной  реакцией  соли 

Г

  с  солью 

Д

, 

окрашивающей пламя в сиреневый цвет, в неводной среде (

р-ция 2

). При этом 

соль 

Г

 предварительно синтезировали по реакции соединения из пентафторида 

Е

 и фторида 

Ж

 в массовом соотношении ≈ 3:1 (

р-ция 3

). Также 

Х

 образуется 

при электролизе раствора соли 

В

 в кислоте, соответствующей соли 

В

 (

р-ция 4

). 

 

Х

 – сильный окислитель. Подкисленный раствор сульфата марганца(II) при 

внесении в него 

Х

 розовеет (

р-ция

 

5

), а при внесении 

Х

 в избыток раствора KI 

раствора становится красно-коричневым (

р-ция

 

6

). Окислительные свойства 

Х

 

можно  использовать  и  в  органическом  синтезе,  например,  для  окисления  1-

метоксинафталина до соответствующего 

пара

-дизамещенного 1,1'-бинафтила 

соединение

 

А

 

В

 

Е

 

I

 

потеря массы при прокаливании на воздухе, %

 

81.01

 

47.52

 

85.22

 

72.01

 

(

р-ция

 

7

).  Интересно,  что  окислительные  свойства 

Х

  проявляются  и  при  его 

термическом разложении, которое в диапазоне температур 50-130°С протекает 

с  потерей  массы  3.92%  и  сопровождается  восстановлением 

М

  до  наиболее 

устойчивой  степени  окисления  (

р-ция

 

8

).  При  этом  и  твердый  продукт 

разложения  довольно  необычен:  разложение 

Х

  является  первым  примером 

подобного пути разложения данного типа солей.

 

На рисунке показан фрагмент бесконечного 

слоя в структуре кристаллического 

Х

 (разными 

шариками 

обозначены 

атомы 

разных 

элементов).

 

Вещество 

Y

 является, фактически, изомером 

Х

. 

Y

  содержит  в  2  раза  больше  атомов  каждого 

из

 

элементов 

в 

формульной 

единице, 

но

 

отличается  только  степенями  окисления 

некоторых  из  элементов.  Такие  изомеры 

(отличающиеся  только  распределением  электронов  по  атомам)  называются 

электромерами

. Вещество 

Y

 удается синтезировать из тетрабутиламмониевой 

соли соответствующего аниона и тетра(перфтор-

трет

-бутокси)алюмината 

16

 

эфиром. Для анализа из колбы отбирают 25 мл переносят в колбу на 100.0 мл 
и

 

доводят  до

 

метки.  Содержание 

C

  определяют  йодометрическим 

титрованием. К аликвоте исследуемого раствора 20.00

 

мл добавляют 10.00

 

мл 

10

 

%  KI  подкисленного  серной  кислотой 

(р-ция

 

6)

,  на

 

титрование  в  среднем 

затрачивается 22.75 мл 0.1000

 

М раствора тиосульфата натрия 

(р-ция 7)

. 

 

При взаимодействии 

C

 с избытком гипохлорита образуется 

D 

(р-ция 8)

, 

а

 

при значительном избытке 

F

 – 

E 

(р-ция 9).

 

Вопросы:

 

1.

 

Запишите формулы веществ 

A

 

–

 

G

, если все они содержат 

X

. Ответ обоснуйте. 

Рассчитайте выход вещества 

C

. 

 

2.

 

Напишите уравнения реакций 

1

 – 

9

. 

 

3.

 

Почему разложение 

B

 проводят в вакууме? Какую функцию выполняет колба 

7

?  Есть  ли  опасность  взрыва  при  использовании  установки,  изображённой 

на

 

рисунке? Ответы кратко обоснуйте.

 

 

Задача 10-4

 

Многие  живые  организмы  (в  первую  очередь  насекомые,  но  не  только) 

выделяют феромоны – сигнальные вещества, обеспечивающие коммуникацию 
между  разными  особями  одного  вида.  Феромоны  используются  для 
привлечения половых партнёров, предупреждения об угрозе, сбора большого 
количества особей в одном месте, маркировки пути к источнику пищи и для 
других  целей.  Выделение  феромонов  из  природных  источников  нередко 
довольно  проблематично,  поэтому  разработка  методов  химического  синтеза 
этих соединений является актуальной задачей. Кроме этого, синтез феромонов 
позволяет подтвердить или уточнить их химическую структуру, а также найти 
корреляцию между структурой феромона и его биологической активностью.

 

Японский  химик  Кендзи  Мори  (1935–2019)  был  крупнейшим 

специалистом  по  синтезу  феромонов.  Им  и  под  его  руководством 
было  проведено  множество  синтезов  феромонов,  которые 
послужили материалом для рекордной серии из 265 (!) статей с 1974 по 2020 гг. 
Первая статья из этой серии была посвящена синтезу двух половых феромонов 
самок жука 

Trogoderma inclusum

, вредителя ряда зернопродуктов. Химические