Завдання 2 туру Всеукраїнської інтернет-олімпіади з хімії 

2022 – 2023 н.р.

9 клас

Атомні маси елементів (крім Хлору) використовуйте з точністю до цілих. Кожна задача оцінюється в 15 б. 

9_1. Ідентифікація Борна 

Суміш газів для синтезу амоніаку масою 1000,0 г за температури 0C і тиску 2 атм займає об'єм 1000,0 л. 

1. Визначте об'ємну частку газів у суміші (у відсотках). 

2. За яких умов синтезують амоніак у промисловості? 

3. Напишіть рівняння реакцій синтезу амоніаку у лабораторій (3 способи). 

4. Наведіть рівняння реакції амоніаку: а) з металом; б) з неметалом; в) з оксидом металу; г) з кислотою; ґ) з сіллю. 

9_2. АБВГ: містичні солі 

У чотирьох солях А-Г міститься п’ять хімічних елементів. 

При взаємодії всіх солей з водним розчином лугу утворюється газ К, що має характерний різкий запах. 

Усі солі А-Г за високої температури розкладаються, не утворюючи твердого залишку. Під час розкладу таких солей окрім газу К та водяної пари можуть утворюватися п’ять різних газів. 

Для однієї з чотирьох солей процес розкладу може відбуватися відповідно до двох різних рівнянь хімічних реакцій. 

У результаті розкладу солі А утворюються тільки гази К та Л, густини яких відрізняються у 2,147 разів. 

Газувата проста речовина М виділяється під час розкладу двох різних солей Б або В, які утворені одними хімічними елементами, але молярна маса Б у 1,25 разів більша за молярну масу В. 

Газ Н може утворюватися тільки із солі Г, яка, єдина з чотирьох солей, утворена атомами чотирьох хімічними елементів. 

Густини газів Н та О однакові, але газ О можна добути із солі Б, молярна маса якої є найбільшою з молярних мас чотирьох досліджуваних солей. 

В одній з реакцій розкладу, в результаті яких виділяється газ М, утворюється й газувата проста речовина П. 

1. Визначте солі А-Г та гази К-П. Назвіть усі речовини. 

2. Складіть п’ять рівнянь реакції розкладу солей А-Г. Укажіть умови перебігу кожної з реакцій. Одна із досліджуваних солей знаходить широке використання у виробництві вибухонебезпечних сумішей, наприклад для потуг промисловості або у гірничій справі. Це в свою чергу обмежує поставки цієї речовини у регіони з підвищеною терористичною небезпекою. У 2013 році співробітники Sandia National Laboratories оголосили про розробку безпечного та ефективного препарату на основі суміші вище згаданої солі із FeSO4·7Н2О. Цей препарат не може бути використаний для створення на його основі вибухонебезпечних речовин. 

3. Запропонуйте сферу використання цієї солі або відповідної суміші її з ферум(ІІ) сульфатом FeSO4·7Н2О. 

9_3. Два розчини 

Лаборант приготував два розчини натрій карбонату різних концентрацій. 

Якщо змішати 100 г першого розчину і 150 г другого розчину (суміш 1), то дія надлишку сульфатної кислоти на отриману суміш зумовить виділення 5,82 л (н.у) газу. 

Якщо змішати 150 г першого розчину і 100 г другого розчину (суміш 2), у реакції з надлишком сульфатної кислоти виділиться 4,70 л газу (н.у) 

1. Якою буде масова частка натрій карбонату в отриманих сумішах 1 та 2? 

2. Визначте масову частку натрій сульфату у розчині, який утвориться при дії еквімолярної кількості 20 %-го розчину сульфатної кислоти на другий розчин натрій карбонату. 

3. Приведіть рівняння реакції взаємодії розчину стронцій хлориду а) з вихідним розчином натрій карбонату і б) розчином, отриманим у реакції натрій карбонату з сульфатною кислотою. 

9_4. Ейфелева вежа 

Справа наведено схему перетворення деякої простої речовини А. 

Речовина С під дією різних об'ємів розчину калій гідроксиду може перетворитися на дві кислі солі D і E та кристалогідрат F (три різні реакції). 

Термічний розклад однакових кількостей речовини цих трьох солей проходить з виділенням води у мольному співвідношенні 2:1:14 відповідно та утворенням трьох різних солей G, H, I (див. рисунок). 

1.Визначте невідомі речовини, якщо молекулярна формула речовини Н – KxA2O(x+3), а масова частка А у ній складає 18,8 %. 

2.Напишіть рівняння реакцій, про які йдеться в умові. 

3.Наведіть назви солей G, H та I. 

4.Як взаємодіє А з недостатньої кількістю кисню? 

5.Напишіть рівняння реакцій взаємодії А: а) з металом; б) з неметалом; в) з кислотою; г) з сіллю.

10 клас

Атомні маси елементів (крім Хлору) використовуйте з точністю до цілих. Кожна задача оцінюється в 15 б. 

10_1. С3Нх Газуватий вуглеводень С3Нх об’ємом 10 см3 спалили у надлишку кисню, унаслідок чого об’єм суміші збільшився на 5 см3 , а всі речовини залишилися у газовій фазі (умови визначення об’ємів однакові). 

1) Визначте молекулярну формулу вуглеводню. 

2) Скільки ізомерів має цей вуглеводень? 

3) Який з ізомерів має найбільше промислове значення? Які речовини добувають з нього? Наведіть відповідні схеми реакцій. 

4) Доведіть, що задача не має розв'язання, якщо припустити, що вода після спалення вуглеводню сконденсувалася. 

10_2. Процес Байєра 

Винайдений у 1887 році Карлом Йозефом Байєром процес виробництва алюміній оксиду високої чистоти із бокситової руди ознаменував народження сучасної промислової галузі гідрометалургії. 

На першому етапі такого процесу Байєра бокситову руду нагрівали під тиском із надлишком розчину натрій гідроксиду за температури 150-200 С (реакція 1). За таких умов алюміній оксид розчинявся переважно з утворенням тетрагідроксоалюмінат-йонів. 

На цій стадії розчиненню піддавався також силіцій(IV) оксид (реакція 2). 

На наступному етапі лужний розчин охолоджували й пропускали крізь нього вуглекислий газ. При цьому осаджувався алюміній гідроксид (реакція 3). 

Виділений алюміній гідроксид, що кристалізується у формі гіббситу (α- або γ-Al(OH)3), далі нагрівали у ротаційній печі за температури близько 1200 С (реакція 4). 

1. Складіть рівняння реакцій 1-4. Прийміть, що бокситова руда є сумішшю алюміній оксиду та оксидів інших елементів (силіцію, феруму, титану тощо). 

2. Інколи на першому етапі процесу Байєра до реакційної суміші додається вапняна вода. Спробуйте пояснити її роль та складіть відповідне рівняння реакції (реакція 5). 

Побічним продуктом процесу Байєра є оксид металічного елемента А, що містить 65,2 % А за масою. Реакцією із флуороводнем з цього оксиду можна добути відповідний фторид (реакція 6), подальшим відновленням якого кальцієм у присутності цинку отримують сплав A∙nZn з масовою часткою А 25,6 % (реакція 7).  При нагріванні такого сплаву у вакуумі цинк випаровується, а залишається метал А високої чистоти. 

3. За допомогою розрахунків визначте метал А. Зверніть увагу, що елемент А, відкритий у 1879 році, був передбачений Дмитром Менделєєвим у першому варіанті періодичної системи ще в 1869 році. 

4. Визначте коефіцієнт n у формулі сплаву А із цинком. 

 5. Складіть рівняння реакцій 6-7. 

Інший передбачений Дмитром Менделєєвим метал Б також є побічним продуктом процесу Байєра. У цьому процесі отримують розчин, при електролізі якого на ртутному електроді утворюється амальгама Na-Б. При взаємодії такої амальгами з водою утворюється розчин гідроксидів натрію та металічного елемента Б, реакція між якими дає розчинну комплексну сполуку Х (реакція 8). 

6. За допомогою розрахунків визначте елемент Б, якщо масова частка його у гідроксиді становить 57,7 %. 

7. Складіть рівняння реакції 8, якщо комплексна сполука Х містить однозарядний аніон, утворений металом Б з координаційним числом – 6. 

10_3. Метанове бродіння 

Метанове бродіння, що починається з розкладу складних речовин (наприклад, целюлози) до низькомолекулярних речовин, здійснюють мікроорганізми, які живуть у симбіозі з метаноутворюючими бактеріями. Останні синтезують метан згідно схеми: 

А + 4Н2 → СН4 + 2Д; 

4Б→СН4 + ЗА + 2Д; 

4В → ЗСН4 + А + 2Д; 

Г→ СН4+А 

Речовина А - газ; 

Б, В, Г і Д - рідини (н.у.). 

А і Д складаються з атомів 2-х елементів. 

 Речовина А містить 72,73 % Оксигену, а Д - 88,89 % Оксигену. 

 Установіть структурні формули всіх речовин. 

 Де використовується у промисловості метанове бродіння? 

Які види бродіння Ви ще знаєте? Напишіть схеми відповідних реакцій. 

10_4. Мати диявола 

Одноосновна насичена карбонова кислота А з масовою часткою карбону 40 % провзаємодіяла з надлишком вапняної води. Через одержаний розчин пропустили вуглекислий газ до завершення виділення осаду. Осад відфільтрували, висушили і отриманий сухий залишок нагріли. При цьому утворювалась летка рідина Б та білий кристалічний залишок. Він розкладається за прожарювання на два оксиди та розчиняється у хлоридній кислоті з виділенням газу. Пари речовини Б конденсували і збирали у колбу. При взаємодії речовини Б з гідроген пероксидом утворюється вибухова речовина В, що має назву «мати диявола». Вона має склад C9H18O6 і в її молекулі всі атоми Гідрогену еквівалентні. 

1.Визначте формулу речовини А за допомогою математичних обчислень. 

2.Наведіть реакції взаємодії речовини А: а) з цинком; б) з хлором; в) з основним оксидом; г) з сіллю; ґ) з етанолом. 

3.Установіть речовину Б та напишіть рівняння всіх наведених стадій синтезу. 

4.Визначте структуру речовини В та пояснити чому вона є вибухонебезпечною

11 клас

11_1. Я, робот 

У фантастичній новелі Айзека Азімова «Я, робот», розповідається про корпорацію " U.S. Robots and Mechanical Men Inc", яка виготовляла роботів з позитронно-мозковими зв’язками. Мозок робота був виготовлений з пористого сплаву двох металів (які знаходяться в одній групі). Був проведений аналіз частини цього сплаву, була взята 1/500 частина сплаву мозку робота. Цей сплав не реагує з концентрованим розчином лугу, навіть при нагріванні. Також сплав не розчинний у концентрованому розчині нітратної кислоти, але при взаємодії сплаву з сумішшю розчинів нітратної та хлоридної кислот відбувається його часткове розчинення, виділяється безбарвний газ об’ємом 2,688 л (н.у.) та залишається 1,92 г твердого залишку. Якщо цей залишок спалити у кисні маса його зростає на 0,32 г. 

1. Визначте якісний та кількісний склад цього сплаву, приймаючи до уваги, що мозок робота являє собою кулю діаметром 12,51 см, густина мозку робота – 9,5 г/см3 

2. Напишіть рівняння всіх згаданих реакцій 

3. Чи є вигідним вироблення таких роботів? 

Довідкові дані: 

11_2. Міцніший за сталь 

При монохлоруванні сполуки А складу С8Н10 у присутності каталізатора AlCl3 утворюється лише 1 можливий ізомер. 

Якщо сполуку А окиснити KMnO4, то утвориться сполука Б складу C8H6O4, ПМР-спектр якої містить два піки зі співвідношенням інтегральних інтенсивностей 1 : 2. Менший пік знаходиться у дуже слабкому полі, близько 12 м.ч., тоді як більший розташований близько 8 м.ч. 

Водночас якщо у сполуці А замінити групи, що містять sp 3 -гібридні атоми вуглецю на аміногрупи, утвориться речовина В складу C6H8N2. 

При поліконденсації речовини Б та В утворюється полімер Г, що міцніший за сталь, та виділяється низькомолекулярна речовина Д. 

1. Визначити структуру сполуки А, назвати її 

2. Визначити структуру речовини Б, назвати її 

3. Визначити структуру сполуки В, назвати її 

4. Визначити структуру полімеру Г, побічний продукт Д. Написати реакцію поліконденсації.

11_3. З етану в етен 

Закриту посудину місткістю 5 л заповнено чистим етаном при 1 атм і 300 К. Посудину швидко нагріли до температури 1000 К, при якій етан розкладається з утворенням етилену. Концентрація етану зменшувалась з часом наступним чином: 

1.Запишіть рівняння реакції розкладу етану. 

2. Визнач порядок реакції 

3.Визначте константу швидкості реакції. 

4. Визначте ступінь розкладу етану при 1000 К, якщо тиск у посуді досяг 5 атм. 

5.Який тип гібридизації атому карбону в етані та продукті його розкладу? 

11_4 Алюміній алканоляти та конденсація Тищенка. 

Активність алюмінію настільки висока, що він реагує не тільки з мінеральними та органічними кислотами, багатоатомними спиртами і фенолами, а й з одноатомними спиртами. При цьому виділяється водень: 

2Al + 6C2H5OH = 2Al(OC2H5)3 + 3H2 

Отримані алюміній алканоляти використовуються в органічній хімії як каталізатори процесів.

Одним із таких процесів є «конденсація Тищенка», за якою дві молекули ацетальдегіду конденсуються з утворенням етилацетату. 

a. Запишіть рівняння реакцій металевого алюмінію з мінеральною, органічною кислотами, фенолом та багатоатомним спиртом. 

b. Щодо реакцій, вкажіть неправильне твердження: 

    а) В реакціях з кислотами алюміній проявляє себе як відновник, окиснюючись до ступеня окиснення +3 

    б) У всіх вказаних реакціях Гідроген окиснюється від ступеня окиснення -1 до 0 

    в) При реакції 5,4 г алюмінію з етанолом виділяється водень об’ємом 6,72 л (н.у) 

    г) У всіх вказаних реакціях Гідроген є окисником, відновлюючись до ступеня окиснення 0  

с. Знайдіть масу алюмінію, потрібну для того, щоби за реакцією з одноатомним спиртом виділився водень об’ємом, достатнім для заповнення посудини в формі прямокутного паралелепіпеда розмірами 80х70х40 см (н.у.) 

d. Суміш кальцій та магній карбідів масою 100 г піддали гідролізу. Отриману суміш газів піддали гідратації в присутності йонів Меркурію, отримавши суміш рідин. Після додавання до неї алюміній алканоляту при охолодженні, утворився естер масою 11 г. Знайдіть масовий склад вихідної суміші карбідів