Химия 9 класс, муниципальный (второй) этап, г. москва, 2016 год

Задание 3. (10 баллов) «Электроны химических связей»

Приведите по одному примеру молекул, у которых в образовании ковалентных химических связей участвуют:

•   а) все электроны молекулы;
•   б) больше половины электронов молекулы;
•   в) ровно одна треть от общего числа электронов молекулы.

Ответы обоснуйте. Для каждой молекулы опишите электронную конфигурацию атома с наибольшим порядковым номером.

 Решение

а)  Только  в  одном  элементе,  способном  к  образованию  химических связей, нет  внутренних  электронов –  это  водород H. В молекуле H₂ оба  электрона (т. е.,  все  электроны  молекулы)  участвуют  в  образовании  связи H–H.

Других таких молекул нет.

Электронная конфигурация атома водорода: 1s1

б) Чем больше в молекуле атомов водорода, тем большая доля электронов от  их  общего  числа  в  молекуле  участвует  в  ковалентных  связях.  Кроме водорода  имеет  смысл  рассматривать  только  элементы 2-го  периода,  так  как у них  относительно  немного  внутренних  электронов.  Перечислим  летучие водородные  соединения  неметаллов 2-го  периода (за  исключением  бора) с указанием числа электронов:

CH₄ – всего 10 электронов, 4 химические связи, образованные 8 электронами.

8/10 > 1/2, подходит.

NH₃ – всего 10 электронов, 3 химические связи, образованные 6 электронами.

6/10 > 1/2, подходит.

H₂O – всего 10 электронов, 2 химические связи, образованные 4 электронами.

4/10 < 1/2, не подходит.

HF –  всего 10  электронов, 1  химическая  связь,  образованная 2  электронами.

2/10 < 1/2, не подходит.

Таким  образом,  возможные  правильные  ответы – CH₄  или NH₃.

Электронные конфигурации центральных атомов: C – 1s2 2s2 2p2, N – 1s2 2s2 2p3

(принимается  также  распределение  по  энергетическим  уровням: 2 – 4  для углерода и 2 – 5 для азота).

в)  Число  электронов,  участвующих  в  образовании  ковалентных  связей, чётное.  Тогда  общее  число  электронов  в  молекуле  должно  быть  кратным 6: 6, 12, 18  и  т. д.  Молекул  с 6  электронами  нет (BeH₂  имеет  немолекулярное строение). 12  электронов  имеет  неустойчивая молекула C₂,  связь  в  которой – двойная. Формально, C₂ –  правильный  ответ. 18  электронов  и 3  ковалентные связи –  в  молекуле PH₃,  которая  и  является  основным  правильным  ответом.

Электронная конфигурация атома P: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 (или 2 8 5).

Критерии оценивания:

• а) 3  балла –  из  них 2  балла  за формулу  с  подсчётом  электронов  и 1  балл  за электронное строение (только формула без подсчёта электронов – 0 баллов).
• б) 3  балла –  из  них 2  балла  за формулу  с  подсчётом  электронов  и 1  балл  за электронное строение (только формула без подсчёта электронов – 0 баллов).
• в) 4  балла –  из  них 3  балла  за формулу  с  подсчётом  электронов  и 1  балл  за электронное строение (только формула без подсчёта электронов – 0 баллов).
• Всего за задачу – 10 баллов.

Доверие преподавателей

Я учился в обычной школе Новокузнецка, но в старших классах заинтересовался биологией. Тогда я перевёлся в лицей с профильным химико-биологическим классом. К сожалению, мой новый преподаватель биологии оказался не очень требовательным, и мой интерес к предмету стал пропадать. А учительница по химии сразу дала понять, что на её занятиях расслабиться не получится. Я стал усердно заниматься и неожиданно для себя заинтересовался этой дисциплиной.

Участвовать в олимпиадах я тоже стал благодаря новому учителю. Услышал, как в 9 классе она называет некоторых ребят из класса «олимпиадниками» и как-то по-особенному к ним относится. Стало обидно, что меня нет среди них. Я решил участвовать и приступил к подготовке.

Тогда преподаватели меня не знали, и я не был так уверен в химии, как сегодня. Но сразу решил стать для них заметным: первое время много занимался и по школьной программе, и по олимпиадным заданиям.

Я придерживался принципа «выполняй маленькие правила, нарушай большие».

Например, в начале учебного года выделил несколько месяцев, чтобы тщательно заниматься теми школьными предметами, по которым отставал. В течение этого времени выполнял домашние задания, не пропускал уроки и выстроил хорошие отношения с преподавателями. В результате доверие, которое я заслужил среди учителей, начало работать на меня: через несколько месяцев прилежной учёбы я смог договориться о свободном посещении. Так, большую часть года я готовился к олимпиадам, а домашние задания делал по возможности.

Как устроена Всероссийская олимпиада по химии

Я участвовал во всех возможных олимпиадах по химии — стал победителем Всесибирской олимпиады школьников и призёром в олимпиадах «Будущее Сибири», СПБГУ, Турнире Ломоносова и Всеросе.

Диплом призёра на Всеросе по химии

Нужно отметить, что для решения любых олимпиадных задач по химии нужны знания и в других областях: математике, физике, географии и биологии. Для Всероса это особенно актуально — там задачи требуют широкого кругозора и более тщательной подготовки.

Всероссийская олимпиада проходит в четыре этапа:

1. Школьный этап — для учеников 8–11 классов. В прошлом году проходил в один тур в сентябре. Задания показались мне лёгкими.

Пример задания на школьном этапе ВсОШ по химии

2. Муниципальный этап — для учеников 8–11 классов, проходил так же в один тур в октябре. Здесь мне попалось уравнение Аррениуса. Я его хорошо отработал, поэтому лёгко вывел все нужные формулы.

Пример задания на муниципальном этапе ВсОШ по химии

3. Региональный этап — только для учеников 9–11 классов, проходит в январе. Здесь добавляется ещё один тур — практический. В теоретической части 6 задач, там можно набрать максимум 100 баллов. На практическом этапе мне попалось задание на количественный анализ — здесь можно набрать максимум 40 баллов.

Пример заданий на региональном этапе ВсОШ по химии
Пример заданий на региональном этапе ВсОШ по химии
Пример заданий на региональном этапе ВсОШ по химии
Пример заданий на региональном этапе ВсОШ по химии

4. Заключительный этап — проводится для учеников 9–11 класса с марта по апрель. Проходит в три тура: два теоретических и один практический. Задачи были действительно интересными и сложными, для меня заключительный этап стал испытанием на прочность.

Пример заданий на заключительном этапе ВсОШ по химии
Пример заданий на заключительном этапе ВсОШ по химии
Пример заданий на заключительном этапе ВсОШ по химии
Пример заданий на заключительном этапе ВсОШ по химии

Советы для тех, кто готовится к олимпиаде по химии

Самостоятельно освойте школьный уровень химии летом или в начале года. Так у вас будут хорошие отношения со школьным учителем и теоретическая база, чтобы решать олимпиадные задания.

Прорешивайте побольше задач прошлых олимпиад. Задачи по химии требуют особой тренировки — нужно выделить много времени, чтобы начать в них разбираться.

Занимайтесь в школьной лаборатории. Практические опыты также помогут лучше понимать логику задач в практической части олимпиады.

Пройдите курс по биохимии. Я прошёл курс Никиты Сергеевича Шлапакова от Фоксфорда, и он мне очень помог продвинуться. Вопросы по биохимии встречаются именно на Всероссийской олимпиаде, а как их решать, в школе никто не объясняет.

Занимайтесь самостоятельно. Лекции и учителя — это хорошо, но именно при самостоятельной подготовке материал усваивается и запоминается лучше.

Тренируйте логическое мышление и изучайте другие предметы. Всероссийская олимпиада более сложная, чем остальные олимпиады по химии. Она требует логического мышления и знания по другим предметам: физике, математике и химии

Их не нужно изучать углублённо, но основные понятия важно знать.

Задания 9 класса

9-1. Выберите вещества, реагирующие с оксидом кальция:

а)
BaO ; б) H₂CrO₄ ; в) SO₂ ; г) Al₂O₃
; д) NaOH ; е) Sr(OH)₂
; ж) С

Если реакция возможна, напишите ее уравнение и укажите
условия.

9-2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить
цепочку превращений:

графит
углекислый газ гидрокарбонат кальция карбонат кальция углекислый газ сажа.

Укажите
условия проведения реакций.

9-3.
Пользуясь периодической таблицей, сравните свойства элементов № 34 и № 42:

а) У какого из этих
элементов высшая кислородная кислота может быть более сильной и почему?

б) Чем и почему отличаются свойства элементов № 34 и №
42 в виде простых веществ? (приведите примеры не более трех различающихся
свойств)

9-4. 2,0 г кальция сожгли в избытке кислорода, продукт
сгорания поместили в воду и пропускали в полученную взвесь оксид серы (IV) до
прекращения поглощения газа. Определите состав и массу образовавшейся соли.
Какой объем оксида серы (IV) (при н.у.) может быть получен из данной соли при
обработке ее серной кислотой?

9-5. В лаборатории есть смесь карбонатов стронция и бария.
Как химическим способом определить массовую долю каждого из карбонатов в
смеси, если есть широкий выбор химической посуды, весы, но из реактивов имеется
только 20%-ная соляная кислота? Опишите ход анализа и вычисления.

9-6. К 50 г 34%-ного раствора пероксида водорода добавили оксид марганца
(IV) и собрали весь выделившийся газ. Определите массу образовавшейся жидкости.
Какой объем пропана C₃H₈ (н.у.)
может полностью сгореть в выделившемся газе?

Решения

9-1. Ответ:
б), в), г), ж); равновесие возможно в д), е)

б)
H₂CrO₄ + CaO = CaCrO₄ + H₂O реакция с раствором хромовой кислоты

в)
SO₂ + CaO = CaSO₃
сернистый газ с твердым оксидом

г)
Al₂O₃ + CaO = Ca(AlO₂)₂ твердые
вещества при нагревании

д)
2 NaOH + CaO « Na₂O + Ca(OH)₂
при нагревании твердых веществ,

установится
равновесие

е)
Sr(OH)₂ + CaO « SrO + Ca(OH)₂
при нагревании твердых веществ,

установится
равновесие

ж) CaO + 3 C = CaC₂ + CO при высокой температуре

9-2. C
+ O₂ = CO₂

2 CO₂ + Ca(OH)₂ = Ca(HCO₃)₂ приизбытке CO₂

Ca(HCO₃)₂
= CaCO₃ + CO₂ + H₂O при нагревании раствора

CaCO₃
= CO₂ + CaO реакция при
прокаливании

CO₂
+ 2 Mg = 2 MgO + C горение магния в
атмосфере CO₂

9-3. а) Высшая кислородная кислота селена (34)
H₂SeO₄ будет сильнее, чем аналогичная кислота молибдена
(42) H₂MoO₄ .

В
селеновой кислоте электроны сильнее оттягиваются от атомов водорода, освобождая
протоны, потому что атом селена меньше по размерам, более электроотрицательный

б)
Селен — неметалл, а молибден — металл

У
молибдена больше электропроводность, блеск, ковкость + химические свойства

9-4.
Ca + 1/2 O₂ = CaO ;
CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Ca(OH)₂ + SO₂ = CaSO₃
+ H₂O ;

CaSO₃
+ SO₂ + H₂O = Ca(HSO₃)₂ реакция прекращается после превращения всего
гидроксида в кислую соль.

2,0 г кальция соответствуют 2/40 = 0,05 (моль).

По
цепочке: Ca R Ca(OH)₂R CaSO₃R Ca(HSO₃)₂ получается 0,05 моль кислой соли или
202х0,05 = 10,1 (г)

Ca(HSO₃)₂ + H₂SO₄
= CaSO₄ + 2 SO₂ + 2 H₂O

Объем
сернистого газа (н.у.): 22,4*0,05*2 = 2,24 л

Ответ:
10,1 г Ca(HSO₃)₂ ; 2,24 л SO₂

9-5. Взвесить смесь, и навеску растворить в
соляной кислоте, измеряя объем выделившегося газа.

Измеренный
объем газа привести к нормальным условиям

Далее
— пример расчетов:

Х
моль SrCO₃ и У моль BaCO₃
, масса навески m г, объем СО₂при н.у. V л

148Х
+ 197У = m

Х +
У = V/22,4

Находим
количества (Х и У), затем массы и массовые доли

9-6. 2 H₂O₂
= 2 H₂O + O₂ (MnO₂
— катализатор)

В
растворе содержалось 50*0,34 = 17 г пероксида водорода или 0,5 моль. Из него
выделяется (по уравнению реакции) 0,25 моль кислорода или 32*0,25 = 8 (г).
Масса образовавшегося раствора, а на самом деле воды 50 — 8 = 42 г.

C₃H₈ + 5 O₂ =
3 CO₂ + 4 H₂ O

Объем
пропана при полном сгорании в 5 раз меньше объема кислорода: 0,25/5 = 0,05 моль
или 22,4*0,05 = 1,12 (л)

Ответ:
42 г ; 1,12 л

Комплект задач для очного тура школьного этапа олимпиады для 8 класса

Задача 8-1

Кто ищет – тот всегда найдет!

В начале ХХ столетия геологи зашифровали на картах места
открытия руд ценных металлов при помощи координат химических элементов в
Периодической системе. Арабской цифрой указывали номер периода, а римской –
номер группы. Кроме того, в записях были еще буквы
русского алфавита – А и Б. На одной из старых картах карт нашли обозначения:
4VIБ, 4VIIIБ2, 6IБ, 6IIБ. Задание: Расшифруйте записи геологов.(2 балла)

Задача 8-2

Светлое тело, которое ковать можно. М.В.Ломоносов

Один из химических элементов был выделен еще в XVI в.
немецким химиком и металлургом Георгиусом Агриколой. В “Алхимическом словаре”
Руланда (1612) он отнесен к металлам и назван “легчайшим, бледнейшим и
дешевейшим свинцом”. В России его называли то “нимфой”, то “глаурой”.
Происхождение современного названия тоже покрыто тайной. Одни считают, что оно
происходит от арабских слов “би исмид” — похожий на сурьму. Другие предполагают,
что название элемента древнегерманского происхождения и означает “белый металл”.
Третьи утверждают, что название произошло от двух немецких слов – “визе” (луг) и
“мутен” (рудник), поскольку в немецкой Саксонии элемент издавна добывают в
рудниках, расположенных среди лугов округа Шнееберг. Задание: Что это за
элемент? Опишите его положение в Периодической системе.Определите состав высшего
оксида данного элемента.

 Задача 8-3

Точное логическое определение понятий –условие истинного
знания. Сократ

Предложите различные варианты классификации данных неорганических веществ:

 CO₂, NO, NO₂, Na₂O, Al₂O₃,
SiO₂, P₂O₅, Cr₂O₃, CuO,
ZnO

Задача 8-4

Хорошая идея состоит из большого количества маленьких идей.
Томас Эдисон

Предложите несколько вариантов (не более трех) решения
цепочки реакций А→ Б → В и составьте уравнения реакций к данной схеме. Вещества
А, Б, В – сложные неорганические соединения, относящиеся к разным классам
соединений. (6 баллов)

Задача 8-5

Научная гипотеза всегда выходит за пределы фактов, послуживших

основой для ее построения. Вернадский

Расшифруйте данную цепочку реакций, составьте к ней уравнения
реакций (все вещества в цепочке содержат атомы железа): 56 → 127 → 90 → 72 → 56
(11 баллов)

Задача 8-6

Все соли состоят из какой-либо кислоты и
какой-либо щелочи… Немецкий химик и аптекарь О.Тахений

Приведите примеры солей, в реакциях которых с кислотами и со
щелочами выделяются газообразные продукты. Напишите уравнения реакций в
молекулярной и ионной форме.

Задача 8-7

Что и требовалось доказать. Евклид

В бутылке, цилиндре, колбе, банке находятся магний, гидроксид
бария, сульфат меди (II), серная кислота. Магний и сульфат меди (II) не в
бутылке, сосуд с гидроскидом бария стоит между колбой и сосудом с серной
кислотой. В банке не гидроксид бария и не вещество, имеющее блеск. Цилиндр стоит
около сосуда с веществом голубого цвета.

Задание:Узнайте содержимое каждого
сосуда.Составьте уравнения реакций, протекающих при попарном смешивании
содержимого этих сосудов.(14 баллов)

Задание 6. (10 баллов) «Школьный эксперимент»

В школьной лаборатории собрали прибор, как это показано на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1

В колбу 1 поместили небольшие кусочки сульфида железа(II) и прилили соляную  кислоту.  Выделяющийся  газ  пропустили  через  склянку 2,  заполненную  безводным  хлоридом  кальция.  В  колбе 6  к  порошку  сульфита  натрия прилили  концентрированную  серную  кислоту. Выделяющийся  газ пропускали через  склянку 7  с  концентрированной  серной  кислотой.  Оба  газа  поступали в колбу-реактор 3, направление движения газов показано на рисунке стрелками.

Избыток газов поступал по газоотводной трубке 8 в поглотительную склянку 9.

Когда колба-реактор 3 была заполнена смесью газов, никаких изменений не наблюдалось. Однако после того, как открыли зажим 5 и прилили небольшое количество воды из воронки 4, в колбе 3 началась реакция. Пространство в этой колбе  заполнилось дымом, а через некоторое время на её стенках образовался плотный налёт жёлтого цвета.

1. Какие газы  получали  в  колбах 1  и 6?  Ответ  подтвердите  уравнениями реакций.
2. С какой  целью  выделяющиеся  газы  пропускали  через  склянки 2  и 7? Допустимо ли склянку 2 тоже заполнить концентрированной серной кислотой? Ответ поясните.
3. Какая реакция протекала в колбе 3 после того, как туда была добавлена вода? Какое вещество  осело  на  стенках  колбы?  Напишите  соответствующее уравнение.
4. Какие вещества можно использовать для заполнения поглотительной склянки 9? Приведите два примера таких веществ и обоснуйте свой ответ.

Решение и критерии оценивания

1. В колбе 1 получали сероводород:

2 балла

В колбе 6 получали сернистый газ:

2 балла

1. Проходя через  склянки 2  и 6,  газы  осушались,  т. е.  освобождались  от водяных паров.

1 балл

Склянку 2  нельзя  заполнять  концентрированной  серной  кислотой,  т. к. Выделяющийся сероводород будет окисляться.

1 балл

1. В колбе-реакторе 3  в  присутствии  воды  протекает  реакция  между  сероводородом и сернистым газом:

2H₂S + SO₂ = 3S↓ + 2H₂O

На стенках колбы образуется налёт элементарной серы.

2 балла

1. Склянка 9 необходима для поглощения избытка сероводорода и сернистого газа. Оба вещества проявляют кислотные свойства, поэтому для их поглощения следует использовать сильные  основания,  например,  раствор  гидроксида натрия. Также H₂S и SO₂ проявляют выраженные восстановительные свойства, поэтому  для  их  поглощения  можно  использовать  сильные  окислители, например, раствор дихромата калия.

По 1 баллу за каждый правильный вариант.

Всего за задачу – 10 баллов.

Максимальное количество баллов за работу – 50.

Общие указания:  если  в  задаче  требуются расчёты, они обязательно должны быть  приведены  в  решении.  Ответ,  приведённый  без  расчётов  или  иного обоснования, не засчитывается.

В итоговую оценку из 6 задач засчитываются 5 решений, за которые участник набрал  наибольшие  баллы,  то  есть  одна  из  задач  с наименьшим  баллом  не учитывается.

От самоутверждения до любви к химии

К 11 классу я понял, что хочу заниматься только химией. Меня восхищало, что человек при помощи этой науки сделал жизнь более комфортной: научился синтезировать лекарства, создавать стекло и другие материалы, получать красители и прочие полезные вещества

Особенно привлекла органическая химия — эта часть кажется мне наиболее важной, потому что достижения в это области химии мы чаще всего применяем на практике.

Также я считаю химию очень красивой наукой, потому что она объединяет логическое мышление и творческий подход. Ученый-химик свободно может решать задачу так, как сам придумает, потому что в этой области не может быть единого решения: важен не конечный результат, а логика, которой руководствуешься в процессе.

К 11 классу олимпиады стали для меня уже не способом самоутвердиться, а инструментом для изучения любимого предмета. Изучать химию на школьном уровне было уже не интересно.