Предметный тур. Химия. 3 этап

Запишите уравнение описанной реакции кислоты с оксидом серебра.

\[\ce{3Ag_2O + 2H_3PO_4 = 2Ag_3PO_4 + 3H_2O}. ~(\text{\textit{2 балла}})\]

Какие соединения были получены в результате превращений? Запишите их химические формулы и предложите варианты использования в сельском хозяйстве.

Какие соединения были получены на каждом этапе цепочки превращений? Запишите уравнения всех описанных реакций.

\(\ce{N_2 + 3H_2 -> 2NH_3}; ~(\text{\textit{2 балла}})\)

\(\ce{NH_3 + H_2O -> NH_4OH}; ~(\text{\textit{2 балла}})\)

\(\ce{2NH_4OH + H_3PO_4 -> (NH_4)_2HPO_4 + 2H_2O}. ~(\text{\textit{2 балла}})\)

Вычислите соотношения газов в смеси азота (в избытке) и водорода, если известно, что объем смеси составил 20 л (при н. у.), а объем фосфорной кислоты составил 10 мл при концентрации в 40% и плотности 1,42 г/см\(^3\). При реакции образовалась кислая соль, содержащая гидрофосфат-ион.

\(m(\text{р-ра})=10\text{ мл} \cdot 1{,}42=14{,}2\text{ г}; ~(\text{\textit{1 балл}})\)

\(\ce{m(H_3PO_4)}=0{,}40\cdot 14{,}2=5{,}68\text{ г}. ~(\text{\textit{1 балл}})\)

1. Найдем сколько грамм NH_4OH прореагировало:

2. \(\nu(\ce{H3PO4}) = \dfrac{5{,}68 }{98 } = 0{,}06 \, \text{моль}; ~(\text{\textit{1 балл}})\)

   \(\nu(\ce{NH4OH}) = 2 \cdot \nu(\ce{H3PO4}) = 0{,}06 \cdot 2 = 0{,}12 \, \text{моль}; ~(\text{\textit{1 балл}})\)

   \(m(\ce{NH4OH}) = 0{,}12 \cdot 35 = 4{,}2 \, \text{г}. ~(\text{\textit{1 балл}})\)

3. Найдем сколько литров водорода было в смеси:

   \(\nu(\ce{H2}) = 1{,}5 \cdot \nu(\ce{NH4OH}) = 0{,}12 \cdot 1{,}5 = 0{,}18 \, \text{моль}; ~(\text{\textit{1 балл}})\)

   \(V(\ce{H2}) = 22{,}4 \cdot 0{,}18 = 4{,}03 \, \text{л}. ~(\text{\textit{1 балл}})\)

4. Найдем процентный состав исходной смеси:

   \(\omega\%(\ce{H2}) = \left( \dfrac{4{,}03 }{20 } \right) \cdot 100\% = 20{,}15\%; ~(\text{\textit{1 балл}})\)

   \(\omega\%(\ce{N2}) = 100\% - 20{,}15\% = 79{,}85\%. ~(\text{\textit{1 балл}})\)

1. Определите, что за вещество Y находится на планете Х. Запишите его формулу и дайте его описание.

   NaOH. (1 балл)

   Это гидроксид натрия или каустическая сода или едкий натр. Относится к неорганическим соединениям. Это одно из самых сильных оснований среди химических соединений. (1 балл)

   В промышленных масштабах гидроксид натрия получают путем электролиза рассола с использованием мембранной технологии. (1 балл)

2. Опишите ключевые свойства и особенности взаимодействия веществ с веществом Y.

   Гидроксид натрия в твердом виде представляет собой белое кристаллическое вещество. С другой стороны, 50%-й раствор гидроксида натрия представляет собой прозрачную, бесцветную жидкость без запаха, которую называют натриевой щелочью. В этой форме он оказывает коррозионное воздействие на металлы. Он также характеризуется более высокой вязкостью, чем вода. Гидроксид натрия в жидком виде реагирует с кислотами, оксидами и гидроксидами неметаллов с образованием солей натрия. (2 балла)

   Его характерной особенностью является гигроскопичность. Гидроксид натрия очень хорошо растворим в воде, при растворении он выделяет тепло и образует натриевую щелочь, которая обладает высокой коррозионной активностью. Он также легко соединяется с углекислым газом. (1 балл)

3. Опишите особенности взаимодействия раствора вещества Y с метилоранжем. Какой цвет приобретет раствор?

   Раствор приобретет желтый оттенок, так как проявляет основные свойства. (1 балл)

4. Вещество Y вступает во взаимодействие с углекислым газом из воздуха, затем происходит реакция взаимодействия с соляной кислотой. Можно ли получить из каждого из продуктов завершающей реакции вещество Y? Запишите соответствующие уравнения всех перечисленных реакций.

   Реакция 1: \(\ce{CO_2 + 2NaOH -> Na_2CO_3 + H_2O}. ~(\text{\textit{1~балл}})\)

   Реакция 2: \(\ce{2HCl + Na2CO3 -> 2NaCl + H2O + CO2 ^}. ~(\text{\textit{1~балл}})\)

   Продукт 1: \[\ce{2NaCl + 2H2O \text{(пропускаем эл ток)} -> H2 ^ + Cl2 ^ + 2NaOH}.~(\text{\textit{1~балл}})\]

   Продукт 2: \(\ce{2H2O + 2Na -> 2NaOH + H2 ^} .~(\text{\textit{1~балл}})\)

   Продукт 3: \(\ce{CO2 + Na2O -> Na2CO3}; ~(\text{\textit{1~балл}})\)

   \(\ce{Na2CO3 + Ca(OH)2 -> 2NaOH + CaCO3}. ~(\text{\textit{1~балл}})\)

5. Как называется процесс, в результате которого произошло описанное в задании взаимодействие и выделение газообразных веществ под действием тока? Запишите схему данного процесса.

   Электролиз. (1 балл)

   \(\ce{NaOH -> Na+ + OH-};\)

   \(\ce{H2O -> H+ + OH-}.\)

   На катоде: \(\ce{2H2O + 2e- -> H2 ^ + 2OH-}\).

   На аноде: \(\ce{2OH- - 4e- -> 2H+ + O2 ^}\). (2 балла)

6. Какие газы выделились на электродах и каковы их объемы?

   Если известно, что концентрация вещества в растворе 4,6%, то вычислим полную массу раствора:

   \(m_{4{,}6\% \text{ р-ра}} = 500 \cdot 1{,}05 = 525 \, \text{г}. ~(\text{\textit{1~балл}})\)

   Найдем массу растворенного NaOH в 525 г раствора:

   \(m_{\text{р.\,в.}} = 525 \cdot 0{,}046 = 24{,}15 \, \text{г}. ~(\text{\textit{1~балл}})\)

   Найти массу 10% раствора NaOH после электролиза:

   \(m_{10\% \text{ р-ра}} = \dfrac{24{,}15 }{0{,}1} = 241{,}5 \, \text{г}. ~(\text{\textit{1~балл}})\)

   Найдем сколько литров \(\ce{H2}\) и \(\ce{O2}\) выделилось:

   \(\nu(\ce{O2}) = \dfrac{15{,}75 }{2} = 7{,}875 \, \text{моль}; ~(\text{\textit{1~балл}})\)

   \(\nu(\ce{H2}) = \dfrac{283{,}5 }{18 } = 15{,}75 \, \text{моль}; ~(\text{\textit{1~балл}})\)

   \(V(\ce{O2}) = 7{,}875 \cdot 22{,}4 = 176{,}4 \, \text{л}; ~(\text{\textit{1~балл}})\)

   \(V(\ce{H2}) = 15{,}75 \cdot 22{,}4 = 352{,}8 \, \text{л}.~(\text{\textit{1~балл}})\)

7. Опишите особенности процессов окисления и горения металла, входящего в состав вещества Y. Нужны ли для этих процессов дополнительные условия и какие, если да? Какие еще реагенты нужны для того, чтобы реакции прошли успешно?

   Окисление: металлический натрий реагирует с кислородом воздуха, образуя оксид натрия и следы желтоватого пероксида натрия; образовавшийся оксид натрия затем реагирует с водяным паром в воздухе, образуя пленку гидроксида натрия. (1 балл)

   Горение: \(\ce{2Na + O_2 -> Na_2O_2}\) (при нагревании до 400 °С). (1 балл)

1. Запишите химические формулы веществ, находившихся в растворах в каждой из емкостей. Дайте краткую характеристику каждому из описанных веществ.

   Примеры решения

   HCl. (1 балл)

   Соляная кислота (также хлороводородная кислота, химическая формула — HCl) — химическое соединение водорода и хлора, растворенное в воде; сильная неорганическая кислота. Благодаря своим химическим свойствам она широко используется в промышленности, аналитической химии и других сферах человеческой деятельности. (2 балла)

   NaOH. (1 балл)

   Гидроксид натрия — белое твердое вещество. Сильно гигроскопичен, на воздухе «расплывается», активно поглощая пары воды и углекислый газ из воздуха. Хорошо растворяется в воде, при этом выделяется большое количество теплоты. Раствор едкого натра мылок на ощупь. Гидроксид натрия широко используется в химической промышленности. Он используется в производстве многих чистящих средств, мыла и моющих средств. Кроме того, применяется для дренажа труб и очистки воды. В пищевой промышленности он является регулятором кислотности. (2 балла)

2. Какое из перечисленных веществ вступило в реакцию с электродом? Запишите уравнение реакции.

   \[\ce{2HCl + Zn -> ZnCl_2 + H_2 ^ }.~ (\text{\textit{2~балла}})\]

3. Вычислите массовую долю непрореагировавшего вещества, находившегося в емкости и оставшегося в растворе. Ответ дайте с точностью до целого числа.

   • Найдем массу \(\ce{HCl}\) содержащейся в 100 г 20% раствора:

     \[m(\ce{HCl})=100\cdot 0{,}2=20\,\text{г}. ~(\text{\textit{1~балл}})\]

   • Цинковая пластинка реагирует с соляной кислотой по уравнению: \[\ce{2HCl + Zn -> ZnCl_2 + H_2 ^ }.\]

   • Найдем сколько HCl вступило в реакцию, зная, что 6,5 г Zn прореагировало:

     \[\nu(\ce{Zn})=6{,}5:65=0{,}1 \text{ моль} ;~(\text{\textit{1~балл}})\] \[\nu(\ce{HCl})=2\cdot 0{,}1=0{,}2\text{ моль} ;~(\text{\textit{1~балл}})\] \[m(\ce{HCl})=0{,}2\cdot 36{,}5 =7{,}3\text{ г} .~(\text{\textit{1~балл}})\]

   • Найдем, сколько \(\ce{HCl}\) осталось в растворе: \[m_{\text{ост}}(\ce{HCl})=20-7{,}3=12{,}7\text{ г} .~(\text{\textit{1~балл}})\]
   • Найдем общую массу раствора: \[m_{\text{р-ра}} = 100\text{ г}(\ce{HCl})+6{,}5\text{ г}(\ce{Zn})-m(\ce{H_2}),\] \[m(H_2)=0{,}1\cdot 2=0{,}2 \text{ г},~(\text{\textit{1~балл}})\] тогда \[m_{\text{р-ра}} = 100+6{,}5-0{,}2=106{,}3\text{ г} .~(\text{\textit{1~балл}})\]
   • Найдем \(\omega\)% оставшейся \(\ce{HCl}\): \[\omega \%(\ce{HCl})=(12{,}7:106{,}3)\cdot 100\%=11{,}9\% .~(\text{\textit{1~балл}})\]

4. Повлияет ли подобное взаимодействие веществ с материалами датчиков на качество приготовляемых растворов на производстве? Каким образом можно установить факт существования данного влияния с помощью химии?

   Да, точность датчиков будет нестабильна, как и их целостность, а в растворах будут образовываться посторонние вещества. (1 балл)

   Качество полученного продукта на любом производстве контролируется в соответствии с нормами и требованиями. На выходном контроле лабораторные исследования, скорее всего, покажут несоответствие ожидаемым параметрам. (1 балл)

   Для определения наличия постороннего вещества можно использовать качественные реакции на наличие/отсутствие примеси определенного состава, а также отслеживать появление характерных признаков самопроизвольного прохождения подобной реакции (выпадение осадка, изменение цвета раствора, выделение газа и т. д.). (1 балл)

   Также в задании упомянуто, что полученные данные передают в единую электронную систему, где операторы собирают и обрабатывают их с применением определенных алгоритмов накопления и анализа данных. То есть изменение параметра, выпадающее за пределы нормы будет замечено системой. (1 балл)

5. Каким образом нужно изменить условия, чтобы в других емкостях произошла химическая реакция с материалом электрода? Приведите не менее одной возможной химической реакции при измененных условиях.

   Концентрированная щелочь вступит во взаимодействие с металлом:

   \[\ce{Zn + 2NaOH_{\text{конц}} + 2H2O -> Na2[Zn(OH)4] + H2 ^} .~(\text{\textit{2~балла}})\]

   Цинк вступит в химическую реакцию с водой в случае прокаливания водяным паром:

   \[\ce{Zn + H_2O -> ZnO + H_2 }.~(\text{\textit{2~балла}})\]

6. Дайте рекомендации по материалу, из которого, на ваш взгляд, наиболее безопасно изготавливать датчики для данного производства.

   Пример ответа

   Платина, как наиболее стабильный и не вступающий в реакции электрод. (1 балл)

   Нержавеющая сталь или любой другой металл, покрытый никелем или полимером.

7. К какому классу веществ относится латунь? Можно ли использовать ее в щелочных растворах? А в кислых? Почему? Запишите химическую формулу латуни и опишите ее разновидности.

   Примеры верных ответов

   Латунь — сплав металлов (медь и цинк). (1 балл)

   Латунь — сплав меди (основа) с цинком (4–50 % по массе). При увеличении содержания цинка (Zn) цвет сплава изменяется от красноватого до светло-желтого.

   Латуни обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. Однако латуни, содержащие более 20 % цинка, подвержены особым видам коррозии: обесцинкованию и межкристаллитному (или «сезонному») растрескиванию.

   Обесцинкование проявляется при контакте латуни с электропроводящими средами (кислыми и щелочными растворами); сопровождается ухудшением свойств и качества поверхности латунных изделий (снижаются механические свойства, появляются красноватые пятна на поверхности). (3 балла, по одному за описание контакта с кислой средой, щелочной средой и обоснование позиции, жирным выделен минимальный ответ)

   По химическому составу латуни делят на двойные, не содержащие легирующих добавок, их формула выглядит как Cu- Zn или CuZn и специальные (многокомпонентные), в которые для улучшения свойств вводят в небольших количествах (1–2 %, реже до 4 %) легирующие добавки алюминия (Al), марганца (Mn), железа (Fe), никеля (Ni), кремния (Si), свинца (Pb), мышьяка (As) и др. (2 балла, жирным выделен минимальный ответ)

   https://bigenc.ru/c/latun-a9f185.

1. Литий. (1 балл)

   Литий — металл серебристо-белого цвета, очень мягкий, его можно резать ножом. Реагирует с водой, образуя растворимый гидроксид — щелочь. Входит в группу щелочных металлов I группы главной подгруппы. (1 балл)

2. В 15000 л содержится \(500\cdot 15000 / 3000 = 500 \cdot 5 = 2500\) мг металла.

   В 1 л содержится \(2500/15000 = 1{,}17\) мг/л. (1 балл)

3. Определите массовую долю метала в получившемся в биореакторе растворе.

   \[\ce{2Li + 2H2O -> 2LiOH + H2 ^}. ~\text(\textit{1 балл})\]

   Найдем массу образовавшегося \(\ce{LiOH}\): \[\ce{2LiOH + H2SO4 -> Li2SO4 + 2H2O}; ~\text(\textit{1 балл})\] \[\nu(\ce{LiOH})=\nu(\ce{Li})=0{,}36 \text{ моль}; ~\text(\textit{1 балл})\] \[m(\ce{LiOH})=0{,}36\cdot 24=8{,}64\text{ г}; ~\text(\textit{1 балл})\] \[m_{\text{р-ра}}=2{,}5 + 250 = 252{,}5\text{ г}. ~\text(\textit{1 балл})\]

   Потери массы обусловлены образованием водорода массой 0,36 г, т. е. масса конечного раствора 252,14 г. (1 балл).

   Найдем \(\omega\)% LiOH: \[\omega\%(\ce{LiOH})=(8{,}64:252{,}14)\cdot 100\%=3{,}43\%. ~\text(\textit{1 балл})\]

4. Вычислите, какой объем серной кислоты концентрацией 10% нужно добавить в полученный в биореакторе раствор, чтобы довести его кислотность до нейтрального значения. \[\ce{2LiOH + H2SO4 -> Li2SO4 + 2H2O};~ (\textit{1 балл})\] \[m(\ce{H2SO4})=(0{,}36:2)\cdot 98=17{,}64\text{ г}. ~\text(\textit{1 балл})\]

   • Найдем массу 10% раствора \(\ce{H_2SO_4}\): \[m_{\text{р-ра}} = 17{,}64:0{,}1=176{,}4\text{ г}. ~\text(\textit{1 балл})\]
   • Найдем \(V(\ce{H2SO4})\): \[V(\ce{H2SO4})=176{,}4:1{,}065=165{,}6\text{ мл}. ~\text(\textit{1 балл})\]

5. \[\ce{4Li + O2 -> 2Li2O}; ~\text(\textit{1 балл})\] \[\ce{Li2O + H2O -> 2LiOH}; ~\text(\textit{1 балл})\] \[\ce{Li2O + CO2 -> Li2CO3}. ~\text(\textit{1 балл})\]

   Его получают также прокаливанием нитрата лития \(\ce{LiNO_3}\) при 600 °C в присутствии Сu, \(\ce{LiNO_2}\) — при 190 °C, карбоната лития  \(\ce{Li_2CO_3}\) — при 700 °C в токе высушенного \(\ce{H2}\). (1 балл)

6. Оксид лития — это белое, гигроскопичное, тугоплавкое вещество, при нагревании не разлагается.

   Относительная молекулярная масса равна 29,88; относительная плотность для тв. и ж. состояния равна 2,013; \(t_{\text{пл}}= 1453 °\)C; \(t_\text{кип}\approx 2600 °\)C. (1 балл)

   Литий из оксида можно получить восстановлением магнием при 800 °C: \[\ce{Li_2O + Mg -> 2Li + MgO}. ~\text(\textit{1 балл})\]

1. Что представляет собой соединение Х? Запишите его химическую формулу и опишите качественную реакцию на данное соединение.

   S — сера. (1 балл)

   Сера горит синим пламенем с выделением серы диоксида, который определяется по характерному запаху. (1 балл)

2. Что обозначают цифры и буквы в предложенной схеме строения атома? Что доказывает, что данная схема подойдет только элементам, характерным для Х?

   Схема электронного строения показывает количество уровней в атоме и распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням. (1 балл)

   1s2 2s2 2p6 3s2 3p4: три электронных уровня (равно периоду), на внешнем уровне sp шесть электронов (равно номеру группы для главных подгрупп). Ядро атома серы содержит 16 протонов (равно заряду ядра) и 16 нейтронов (атомная масса минус число протонов: \(32 - 16 = 16\)). (2 балла)

   16 — порядковый номер серы. Данная структура подходит только данному элементу. (1 балл)

3. Какие вещества образуются при взаимодействии Х с галогенами? Имеются ли исключения из данного правила или дополнительные условия? Запишите не менее одной химической реакции.

   При взаимодействии серы с галогенами (со всеми, кроме йода) образуются галогениды серы: (1 балл)

   \[\ce{S + Cl_2 -> SCl_2 (S_2Cl_2)};~ (\textit{1~балл})\] \[\ce{S + 3F_2 -> SF_6}.\]

4. Что представляет собой соединение Y? Запишите его химическую формулу и опишите качественную реакцию на данное соединение.

   \(\ce{O_2}\) — кислород. (1 балл)

   Качественная реакция на кислород — яркое загорание тлеющей лучинки или любая реакция горения. (1 балл)

5. Какие еще соединения образуются в каждом из указанных способов получения Y? \[\ce{2KMnO_4 -> K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2 ^}.\]

   \(\ce{K_2MnO_4}\) — манганат калия. (1 балл)

   \(\ce{MnO_2}\) — оксид марганца (IV), диоксид марганца. (1 балл)

6. Каким образом Y взаимодействует с щелочными металлами? Запишите не менее одной химической реакции с пояснениями.

   На воздухе блестящая поверхность щелочных металлов тускнеет вследствие окисления, а рубидий и цезий воспламеняются. Характерно, что основными продуктами сгорания щелочных металлов чаще всего являются не оксиды (\(\ce{M_2O}\)), а пероксиды (\(\ce{M_2O_2}\)). (2 балла, 1 балл за реакцию с пояснениями)

   • Литий с кислородом при нормальной температуре не реагирует. При нагревании литий сгорает с образованием белой окиси и лишь небольшого количества пероксида, что отличает его от других щелочных металлов.
   • При сгорании в кислороде натрий, как типичный щелочной металл, дает пероксида натрия и небольшое количество оксида.
   • В продуктах горения калия, рубидия и цезия содержатся в основном надпероксиды. При нагревании калий загорается с образованием надпероксида и незначительного количества пероксида и оксида.

   https://znanierussia.ru/articles/Щелочные_металлы.

7. Что представляет собой соединение N? Запишите химическую реакцию, произошедшую после попадания Х и Y в емкость-накопитель. Укажите степени окисления каждого из вступивших в реакцию веществ.

   \(\ce{S^0 + O2^0 -> S^{+4}O2^{-2}}\). (1 балл за реакцию и 1 балл за степени окисления)

   \(\ce{SO_2}\) — оксид серы (IV) (диоксид серы, двуокись серы, сернистый газ, сернистый ангидрид) — соединение серы с кислородом. (1 балл)

8. Известно, что вещество N можно использовать в первом этапе химического цикла получения водорода. Для этого необходимо добавить йод и воду. В результате химической реакции продукты реакции разделяются на два жидких слоя. Запишите данную химическую реакцию. Что находится в каждом из слоев (верхнем и нижнем)?

   Реакция Бунзена — химическая реакция, в результате которой вода, диоксид серы и йод образуют серную кислоту и йодистый водород:

   \[\ce{2H2O + SO2 + I2 -> H2SO4 + 2HI}. ~(\textit{2~балла})\]

   Эта реакция является первым этапом серо-йодного цикла по производству водорода. Продукты разделяются на два жидких слоя, где серная кислота плавает наверху, а смесь йодистого водорода и непрореагировавшего йода находится внизу. Хотя два слоя обычно считаются несмешивающимися, небольшие количества серной кислоты могут все еще оставаться в слое йодистого водорода и наоборот. Это может привести к нежелательным побочным реакциям, одна из которых выделяет серу, что может стать причиной засорения реакционного сосуда. (2 балла, по 1 за каждый слой)

   https://ru.ruwiki.ru/wiki/Реакция_Бунзена.

9. Данная реакция названа в честь ученого, открывшего ее в середине XIX века и подобная реакция лежит в основе классического метода определения малого количества воды по Фишеру. О каком ученом идет речь? Как в аналитической химии называется описанный метод и используется ли он в современной лабораторной практике?

   Реакция названа в честь Роберта Бунзена, который открыл ее в 1853 году. (1 балл)

   Подобная реакция является основой для титрования по Фишеру.

   Титрование по Карлу Фишеру — классический метод титрования в аналитической химии, используемый для определения малого количества воды в анализируемой пробе. Метод был разработан в 1935 году немецким химиком Карлом Фишером. (2 балла)

   В настоящее время используются два варианта метода: кулонометрический и волюметрический (объемный). (1 балл)

10. Вычислите исходную концентрацию Х и Y в емкости-накопителе, если известно, что массы веществ Х и Y в начальный момент времени составили соответственно 3,2 и 6,4 г. Ответ дайте в моль на литр с точностью до тысячных.

    26,74 см — диаметр шара.

    \(V_\text{шара} = 4/3 \cdot \pi \cdot R ^3.\)

    \(V_\text{шара} = 10006\) см\(^3 = 10\) л. (1 балл)

    Найдем исходные концентрации серы и кислорода:

    \(C(S)=(3{,}2:32):10=0{,}01\) моль/л. (1 балл)

    \(C(O)=(6{,}4:32):10=0{,}02\) моль/л. (1 балл)

11. Вычислите концентрацию X, оставшегося после вступления соединения в химическую реакцию. Ответ дайте в моль на литр с точностью до сотых.

    Сера, которая вступила в реакцию:

    \(m{(S \text{вст в реакц})}=3{,}2\cdot 0{,}1=0{,}32\) г. (1 балл)

    Сера, которая осталась после реакции:

    \(m{(S \text{остались})}=3{,}2-0{,}32=2{,}88\) г. (1 балл)

    Найдем концентрацию оставшейся серы:

    \(C(S)=(2{,}88:32):10=0{,}009\) моль/л. (1 балл)

    Тогда масса кислорода:

    \(m(\ce{O2} \text{ вступ. в реакц.}) = (0{,}36:32)\cdot 32 = 0{,}36~ \text{г}\).

    \(m{(\ce{O2} \text{ ост})}=6{,}4-0{,}32=6{,}08\) г. (1 балл)

    Концентрация кислорода, который остался:

    \(C(\ce{O2})=(6{,}08:32):10=0{,}019\) моль/л. (1 балл)

12. Вычислите соотношение значений скорости реакции в начальный момент времени и в момент, когда уже вступила во взаимодействие 1/10 вещества Х. В ответ запишите полученное значение с точностью до десятой.

    Вычислим начальную скорость реакции:

    \(V_1=K\cdot [S]\cdot [\ce{O2}],~ V_1=K\cdot 0{,}01\cdot 0{,}02=0{,}0002\cdot K.\) (1 балл)

    Вычислим скорость реакции, когда прореагирует 1/10 серы:

    \(V_2=K\cdot [S]\cdot [\ce{O2}],~ V_2=K\cdot 0{,}009\cdot 0{,}019=0{,}000171\cdot K\). (1 балл)

    \(V1:V2=(0{,}0002\cdot K):(0{,}000171\cdot K)=1{,}17\) раз (уменьшилась). (1 балл)

Какие соединения были получены в результате превращений? Запишите их химические формулы и предложите варианты использования в сельском хозяйстве.

Какие соединения были получены на каждом этапе цепочки превращений? Запишите уравнения всех описанных реакций.

\(\ce{N2 + 3H2 -> 2NH3}\); (1 балл)

\(\ce{NH3 + H2O -> NH4OH}\); (1 балл).

\(\ce{2NH4OH + H3PO4 -> (NH4)_2HPO4 + 2H2O}\). (1 балл).

Вычислите соотношения газов в смеси азота и водорода, если известно, что объем смеси составил 50 л (при н. у.), а объем фосфорной кислоты составил 60 мл при концентрации в 58% и плотности 1,42 г/см\(^3\). При расчетах учтите, что в растворе образовался гидрофосфат-ион.

• Найдем массу \(\ce{H3PO4}\) в растворе:

  \(m(\text{р-ра}) = 60 \cdot 1{,}42 = 85{,}2 \, \text{г}\); (1 балл)

  \(m(\ce{H3PO4}) = 0{,}58 \cdot 85{,}2 = 49{,}4 \, \text{г}\). (1 балл)

• Найдем, сколько грамм \(\ce{NH4OH}\) прореагировало:

  \(\nu(\ce{H3PO4}) = 49{,}4 : 98 = 0{,}5 \, \text{моль}\); (1 балл).

  \(\nu(\ce{NH4OH}) = 2 \cdot \nu(\ce{H3PO4}) = 0{,}5 \cdot 2 = 1 \, \text{моль}\); (1 балл)

  \(m(\ce{NH4OH}) = 1 \cdot 35 = 35 \, \text{г}\). (1 балл)

• Найдем, сколько литров водорода было в смеси:

  \(\nu(\ce{H2}) = 1{,}5 \cdot \nu(\ce{NH4OH}) = 1 \cdot 1{,}5 = 1{,}5 \, \text{моль}\); (1 балл)

  \(V(\ce{H2}) = 22{,}4 \cdot 1{,}5 = 33{,}6 \, \text{л}\). (1 балл)

• Найдем процентный состав исходной смеси:

  \(\omega\%(\ce{H2}) = 33{,}6: 50 \cdot 100\% = 67{,}2\%\); (1 балл)

  \(\omega\%(\ce{N2}) = 100 - 67{,}2 = 32{,}8\%\). (1 балл)

  67,2% водорода и 32,8% азота в смеси.

1. Запишите химические реакции полного электролиза сульфата железа (III).

   Реакция:

   \(\ce{Fe2(SO4)3 <=> 2Fe^{3+} + 3SO4^{2-}}\); (1 балл)

   \(\text{К(-): } \ce{Fe^{3+} + 3e- -> Fe}\); (1 балл)

   \(\text{А(+): } \ce{2H2O - 4e- -> O2 ^ + 4H+}\); (1 балл)

   \(\ce{2Fe2(SO4)3 + 6H2O -> 4Fe + 3O2 ^ + 6H2SO4}\). (1 балл)

2. Запишите химические реакции полного электролиза сульфата железа (III).

   Вторая реакция:

   \(\ce{FeSO4 <=> Fe^{2+} + SO4^{2-}}\); (1 балл)

   \(\text{К(-): } \ce{Fe^{2+} + 2e- -> Fe}\); (1 балл)

   \(\text{К(-): } \ce{2H2O + 2e- -> H2 ^ + 2OH-}\) (реакция на катоде, на катоде происходит восстановление); (1 балл)

   \(\text{А(+): } \ce{2H2O - 4e- -> O2 ^ + 4H+}\) (реакция на аноде, на аноде происходит окисление); (1 балл)

   \(\ce{Fe^{2+} + 2H2O -> Fe + H2 ^ + O2 ^ + 2H+}\);

   \(\ce{FeSO4 + 2H2O -> Fe + H2 ^ + O2 ^ + H2SO4}\). (1 балл)

3. Какие вещества выделились на электродах в первом и втором случае? Запишите их химические формулы.

   • \(\ce{O2}\); (1 балл)
   • \(\ce{Fe}\); (1 балл)
   • \(\ce{H2SO4}\). (1 балл)

   Из каких химических элементов они состоят? Перечислите их и укажите периоды согласно таблице Менделеева.

   Элемент	Период	Балл
   Fe	4	1
   O	2	1
   H	1	1
   S	3	1

   Чем определяется номер периода для элементов таблицы? (1 балл)

   Номер периода, к которому относится химический элемент, определяется числом его электронных оболочек (энергетических уровней).

4. Вычислите массу фосфора, который сможет вступить во взаимодействие с веществом, выделившимся на аноде при эксперименте по электролизу сульфата железа (II).

   Сначала найдем массу \(\ce{O2}\), выделившегося на аноде, зная, что на катоде выделилось 56 г Fe:

   \(\nu(\ce{Fe}) = 56 : 56 = 1 \, \text{моль}\); (1 балл)

   \(\nu(\ce{O2}) = \nu(\ce{Fe}) = 1 \, \text{моль}\);

   \(m(\ce{O2}) = 1 \cdot 32 = 32 \, \text{г}\). (1 балл)

   Найдем массу фосфора, прореагировавшего с 32 г кислорода:

   \(\ce{4P + 5O2 -> 2P2O5}\);

   \(\nu(\ce{P}) = ( 1 :5) \cdot 4 = 0{,}8 \, \text{моль}\); (1 балл)

   \(m(\ce{P}) = 0{,}8\cdot 31 = 24{,}8 \, \text{г}\). (1 балл)

5. Какое вещество получится, если продукт реакции (описанной в пункте 4) растворить в воде? Вычислите его молекулярную массу и занесите в ответ с точностью до целого числа.

   \(\ce{H3PO4}\) — молекулярная масса 98 г/моль. (1 балл)

6. Вычислите массовую долю полученного в пункте 4 вещества при добавлении к нему 206 г воды. Какими свойствами будет обладать данный раствор?

   Найдем массу полученной кислоты:

   \(\ce{P2O5 + 3H2O -> 2H3PO4}\); (1 балл)

   \(\nu(\ce{H3PO4}) = \nu(\ce{P}) = 0{,}8 \, \text{моль}\); (1 балл)

   \(m(\ce{H3PO4}) = 98 \cdot 0{,}8 = 78{,}4 \, \text{г}\). (1 балл)

   Найдем массовую долю кислоты в полученном растворе:

   \(m(\text{р-ра}) = 206 + 78{,}4 = 284{,}4 \, \text{г}\); (1 балл)

   \(\omega\%(\ce{H3PO4}) = \left( \dfrac{78{,}4}{284{,}4} \right) \cdot 100\% = 27{,}57\%\). (1 балл)

   Раствор будет являться раствором кислоты средней силы с массовой долей 27,57%.

Известно, что целевое вещество содержится в листьях, стеблях и корнях растений, при этом на переработку переданы полностью сформировавшиеся растения: цветки, листья, стебли, корни, распределенные в пропорции \(1:1:2:2\) соответственно.

Было удалено 2 кг частей, не содержащих целевое вещество, что полностью включает в себя все нецелевые фрагменты растения, а также 5% от общей массы полезных частей сырья, содержащих целевое вещество.

1. Сколько граммов подготовленного сырья поступает на этап экстракции с помощью органического вещества, если известно, что при промывке и удалении лишних частей растения было удалено 5%.

   Всего: Х кг.

   Удалено — 2 кг, это масса всего, что не содержит полезного вещества.

   Пропорция: \(1+1+2+2 = 6\) частей.

   Цветки — 1 часть — 2 кг.

   Листья — 1 часть — 2 кг.

   Стебли — 2 части — 4 кг.

   Корни — 2 части — 4 кг.

   \(10 \cdot 0{,}95 = 9{,}5\) кг. (1 балл)

2. Каким может быть коэффициент распределения выделяемого вещества между водной и органической фазой, если их распределение в растворе и экстрагенте равно 0,04 моль/л и 0,06 моль/л соответственно, а в 1 л водного раствора содержится 200 г целевого вещества?

   \(K = C_1/C_2 = 0{,}04/0{,}06 = 0{,}667\). (1 балл)

3. Сколько этапов последовательной экстракции необходимо провести, если на первой ступени процесса есть 2 л водного раствора и 4 л экстрагента, а после извлечения в исходном растворе должно остаться менее 30% целевого вещества?

   В 1 л раствора 200 г целевого вещества. То есть \(g_0 = 200\) г.

   \(G_1 =g_0(k\cdot V_1/(k\cdot V_1 +V_2))\);

   \(G_1 = 200\cdot (0, 667\cdot 2/(0, 667\cdot 2+4)) = 50, 019\) г — осталось в растворе. (1 балл)

   В процентном соотношении \(x = (50{,}019 \cdot 100/200) = 25{,}009\%\). (1 балл)

   Достаточно 1 этапа. (1 балл)

4. Последовательно проведите следующую цепочку превращений:

   • Нагреть метан до температуры более 1500 °C.
   • Снизить температуру до 400 °C и добавить активированный уголь.
   • Провести реакцию алкилирования с хлорметаном в присутствии хлорида алюминия.
   • Получить с участием перманганата калия соль бензойной кислоты.
   • Провести реакцию с твердым гидроксидом калия с образованием вещества А.

   Запишите все указанные реакции и укажите условия их протекания.

   • Условия протекания реакции — температура более 1500 °C.

     \[\ce{2CH4 ->[1500 °C] H-C#C-H + 3H2}. ~(\textit{1~балл})\]

   • Условия протекания реакции — наличие активированного угля, C акт, температура около 400 °C.

     \[\ce{3CH # CH -> C6H6}.~ (\textit{1~балл})\]

     
     Рис. 2.1.

   • Условия протекания реакции — высокая температура.

     \[\ce{C6H6 + CH3Cl -> C6H5CH3 + HCl}.~ (\textit{1~балл})\]

     
     Рис. 2.2.

   • Условия протекания реакции — высокая температура.

     \[\ce{C_6H_5CH_3 +2KMnO_4 -> C_6H_5COOK + KOH +2MnO_2 + H_2O}.~ (\textit{1~балл})\]

     
     Рис. 2.3.

   • Условия протекания реакции — высокая температура.

     \[\ce{C_6H_5COOK + KOH -> C_6H_6 + K_2CO_3}~ (\textit{1~балл})\]

     или \(\ce{C_6H_5COONa + NaOH -> C_6H_6 + Na_2CO_3}\).

     
     Рис. 2.4.

5. При сгорании соединения А образуется значительное количество копоти. С чем это связано?

   Бензол содержит около 92% углерода, при неполном его сгорании образуется много копоти. Поднесем к чашке с бензолом горящую лучину. Бензол быстро вспыхивает и горит ярким сильно коптящим пламенем. (1 балл)

6. Запишите общую формулу гомологического ряда соединения А.

   \(\text{C}_n\text{H}_{2n-6}, (n \geqslant 6)\). (1 балл)

   Арены. (1 балл)