Автор Заключительный этап 2025 всероссийской олимпиады школьников по химии задания, ответы и решения для 9, 10, 11 класса. Данная олимпиада прошла у финалистов 23-31 марта 2025 года в Новом Уренгое. Индивидуальные результаты участников заключительного этапа вы можете посмотреть на официальном сайте ВСОШ.
Теоретический тур олимпиады
teoret-him-olimpiada_vos_2025Экспериментальный тур по химии
pract-him-vos-2025-olimpiadaЗадача 9-1
Марганец встречается в природе лишь в виде его соединений. Наиболее богатая марганцем руда содержит минералы пиролюзит, манганит и браунит. 1. Напишите формулы этих минералов, если известно, что в состав пиролюзита входят два элемента, а общее число электронов в структурной единице соединения равно 41; манганит и браунит состоят из трёх элементов, причём два из них общие в обоих минералах. Молярная масса манганита в 1.0116 раз больше молярной массы пиролюзита, а молярная масса браунита в 6.9550 раз больше молярной массы пиролюзита. В брауните марганец содержится в двух степенях окисления, а его массовое содержание – 63.60 %. Один из широко применяемых методов переработки таких руд – это сернисто– кислотный способ, целью которого является перевод различных нерастворимых в воде форм оксидов и силикатов марганца в растворимый сульфат.
Основным реагентом является газообразный отход обжига медно-цинковых сульфидных руд – газ А. При взаимодействии A с пиролюзитом образуется соль марганца Б, в структурной единице которой содержится более 100 электронов (р-ция 1), с течением времени или при нагреве переходящая в сульфат с выделением газа А (р-ция 2). С накоплением соли Б начинает протекать её побочная реакция с пиролюзитом (р-ция 3). Если в руде содержался манганит, то на первой стадии вместе с описанной выше солью Б образуется ещё одна соль марганца — В (р-ция 4), которая с течением времени на воздухе окисляется до сульфата (р-ция 5). Другой распространённый вид руд – карбонатные марганцевые руды, содержащие родохрозит и манганокальциты. Использование в сернистокислотном способе родохрозита приводит к образованию соли В без изменения степеней окисления элементов (р-ция 6). В структурной единице родохрозита содержится 55 электронов. 2. Запишите уравнения реакций 1 – 6. Для бедных карбонатных руд, содержащих карбонаты марганца, кальция и железа, существует другой способ химического обогащения, основанный на различной растворимости этих соединений. В основе метода лежит обработка водной суспензии руд диоксидом углерода под давлением.
3. Напишите в общем виде краткое ионное уравнение перехода в раствор карбоната двухвалентного металла в описанных условиях (р-ция 7). Рассмотрим процесс химического обогащения карбонатной марганцевой руды состава 32.90 % MnCO3, 23.00 % FeCO3, 28.60 % CaCO3 по массе. Для обогащения взяли 1.000 кг руды и обработали его в автоклаве 164.400 литрами воды при давлении СО2 30 атмосфер (автоклав – химический реактор, работающий под давлением). В результате карбонаты кальция и марганца перешли в раствор полностью, а карбонат железа — частично. Не перешли в раствор и остались в виде осадка (шлама) и остальные минералы руды. Полученный в автоклаве раствор отделили от шлама; его масса составила 165.285 кг.
На следующем этапе давление в ёмкости с раствором уменьшили до 1 атм. При этом из раствора выпали в осадок большая часть растворённого марганца и некоторая часть железа в виде карбонатов. После фильтрования получили 164.861 кг конечного раствора и осадок карбоната марганца с примесью карбоната железа (концентрат) с массовым содержанием карбоната марганца 96.00 %. 4. Рассчитайте молярные концентрации катионов Mn2+, Ca2+ и Fe2+ в исходном растворе, приняв его объём равным объёму воды. 5. Определите массу образовавшегося концентрата и степень извлечения марганца из руды:
Задача 9-2
Соединения химического элемента X находят широкое применение в промышленности и в быту. В таблице приведены обозначения 10 веществ и содержание Х в них. Дополнительно известно, что все вещества содержат кислород и элемент Х в высшей степени окисления. 1. Определите формулы веществ 1 – 10, запишите уравнения девяти реакций, изображенных на схеме. 2. Расшифруйте принятые обозначения. 3. Напишите уравнения реакций, протекающих при: а) длительном хранении раствора 3 на воздухе, б) нагревании 1 с избытком карбоната натрия 4. Какое применение находят 1 – 10? Выберите по 2 в каждую категорию: пищевая добавка, бытовая химия, удобрение.
Задача 9-3
Протекание химических реакций зависит от условий, в том числе от растворителя. Например, в жидком аммиаке (Тпл = –77.7 °С; Ткип = –33.5 °С) многие химические реакции приводят к принципиально другим продуктам, по сравнению с теми же реакциями в воде. Так, если при смешивании водных растворов хлорида калия и нитрата серебра выпадает нерастворимый в воде хлорид серебра, то в жидком аммиаке реакция идет в обратном направлении, так как в нем нерастворим уже хлорид калия. В реакциях 4 и 8 сначала металлы растворяют в растворителе (вода или жидкий аммиак) а затем добавляют раствор второго компонента реакции, а в реакциях 5 и 7 компактный металл добавляют к раствору реагента; В жидком аммиаке активные металлы растворяются с образованием катионов и сольватированных электронов; В реакции 1 в жидком аммиаке образуется молекулярное соединение; В реакции 3 в жидком аммиаке происходит диспропорционирование; В реакции 4 в жидком аммиаке образуется 2 соли, анион одной из них имеет цис-конфигурацию.
Напишите уравнения реакций 1) – 8) в воде и в жидком аммиаке. Учтите, что проведение реакций в жидком аммиаке предполагает отсутствие воздуха и влаги; как правило, эти реакции идут в запаянных ампулах или специальных изолированных сосудах. Твердый продукт реакции 8) в жидком аммиаке может катализировать протекание побочных процессов. Проиллюстрируйте их двумя реакциями. Приведите свой пример двух неорганических реакций, дающих разные продукты в разных растворителях – в воде и в любом другом.
Задача 9-4
Если пропускать сероводород через охлажденный водный раствор сернистого газа, то образуется смесь неустойчивых соединений, получившая название «жидкость Ваккенродера». В задаче рассматриваются некоторые из таких соединений и их более устойчивые производные. Соль А широко используется в аналитической химии. Вещество А хорошо растворимо, так при 0 °С, растворяется 50 г безводной соли в 100 г воды. При реакции раствора А с хлором в щелочной среде (р-ция 1) образуется раствор, из которого можно выделить соль В, которая при прокаливании теряет 56 % массы. Вещества С и D образуются при хлорировании серы (р-ции 2 и 3). Для синтеза L в 100 мл воды растворили 100 г коммерчески доступной соли А и охладили до 0 °С, затем к охлажденному раствору добавляли при охлаждении и перемешивании примерно 50 г порошка иода (р-ция 4). Затем добавили 100 мл насыщенного раствора ацетата калия, перемешали и добавили 800 мл этанола, при этом выпал осадок L, который отделили фильтрованием. Для очистки L его полностью растворили в 60 мл воды при 70 °С, а при охлаждении до 0 °С выпал осадок L, который отделили, промыли этанолом и высушили над P2O5, получили чистый L массой 50 г (выход 82 %).
Для синтеза M приготовили насыщенный при 0 °С раствор из 150 г коммерчески доступной соли А и 135 мл воды, затем добавляли по каплям при интенсивном перемешивании и охлаждении в ледяной бане 122 мл 30 %-ного раствора перекиси водорода (ρ = 1.123 г/мл) (р-ция 5). В течение 2-х часов из холодного раствора кристаллизуется примерно 86 г В. После добавления 250 мл этанола к раствору выделяется оставшаяся в растворе соль В (~12 г) и небольшое количество M. Затем к фильтрату добавляют ещё 200 мл этанола и при низкой температуре кристаллизуется 62 г M с выходом (86 %). Вещества N и O получают по схожей схеме: к охлажденному до −15°С раствору С или D в CCl4 одновременно приливают раствор A и соляную кислоту (р-ции 6 и 7), затем водный раствор упаривают в вакууме, отделяют хлорид натрия, а после к фильтрату добавляют спиртовой раствор KOH.
Из 27 г C и 100 г A может быть получено 11 г N c выходом 15 % Из 52 г D и 250 г A может быть получено 46 г O c выходом 25 % Для анализа состава L, N и O можно использовать реакцию с раствором цианида калия. M реагирует с цианидом калия только при высокой температуре, А только в присутствии катионов меди, а L, N и O реагируют при комнатной температуре с образованием анионов А, В и роданид-ионов. Концентрации чистых анализируемых солей и концентрация образовавшегося роданид-иона соотносятся как 1:1, 1:2 и 1:3 (порядок не соответствует порядку солей в предыдущем предложении). Определите вещества А – D, L, M, N, O, подтвердите расчетами. В синтезах вещества берутся в близких к стехиометрическим соотношениях. А, В и О – кристаллогидраты. При расчетах обратите внимание, что массы навесок даны с низкой точностью! Запишите реакции 1 – 7, реакцию N с цианидом калия (р-ция 8) и реакцию А с раствором серной кислоты (р-ция 9). Изобразите строение анионов соли M и N. С помощью какой качественной реакции можно обнаружить роданид-ион? Запишите реакцию.
Задача 9-5
Энтальпии реакций могут измеряться в широчайшем температурном интервале, и сопоставление данных, полученных различными исследовательскими группами, требует их пересчёта к единой температуре, поскольку энтальпии реакций зависят от температуры. Для расчёта энтальпии процесса при некоторой температуре T1 можно использовать подход, предложенный Кирхгофом и основанный на следующем термохимическом цикле: Как следует из схемы, для получения искомой величины необходимо знать энтальпию процесса при некоторой другой температуре (Т2), а также изменение энтальпии при нагревании/охлаждении участников реакции, которое рассчитывается с использованием теплоёмкостей продуктов и реагентов.
Полезная информация: уравнение зависимости энтальпии вещества от температуры в случае постоянной теплоёмкости (Cp) имеет вид.1. Пиролиз метана приводит к образованию ацетилена и водорода. Эту реакцию проводят при 1500 °С. Известны энтальпии сгорания ΔсгорH участников реакции при 25 °С, а также их средние теплоёмкости CP в указанном температурном интервале. Запишите уравнение реакции пиролиза метана и рассчитайте её энтальпию при 25 °С и 1500 °С. 2. В некоторых случаях влияние температуры на энтальпию реакции невелико. Это, например, характерно для реакции димеризации диоксида азота. Известны энтальпии образования и теплоёмкости диоксида азота и тетраоксида диазота. Рассчитайте, в каком диапазоне температур энтальпия реакции димеризации диоксида азота отличается от значения при 100 °С не более чем на 2 %. 3.
Энтальпия диссоциации связи в молекуле брома, определённая по спектроскопическим данным, составляет 190 кДж·моль−1 при температуре 298 К. При исследовании диссоциации паров брома были получены следующие значения энтальпии диссоциации связи в молекуле брома: в первом эксперименте 194 кДж·моль−1 при температуре 920 К, а во втором эксперименте 188 кДж·моль−1 при температуре 1250 К. Результат какого эксперимента находится в согласии с данными спектроскопических измерений? Ответ подтвердите расчётом. Каким должно быть верное значение энтальпии диссоциации связи при температуре эксперимента в неудачном опыте? Теплоёмкости молекулярного и атомарного брома в газовой фазе равны 38.0 и 22.0 Дж·моль−1 К −1 соответственно. 4. Для реакции полимеризации этилена nC2H4(г) → (C2H4)n(кр) известны теплоёмкости этилена (Cp = 42.9 Дж·моль−1·К −1) и полиэтилена (c = 0.85 Дж·г−1·К−1). Как будет меняться энтальпия реакции при повышении температуры – уменьшаться или увеличиваться? Ответ подтвердите расчётом.
Задача 10-1
Растворение вещества A массой 2.24 г в горячей разбавленной серной кислоте приводит к образованию соединения B и выделению 420 мл (18 °C, 755 мм рт.ст.) газа C (р-ция 1). Если к полученному раствору добавить раствор гидроксида натрия, то выпадает осадок D (р-ция 2), который при нагревании образует вещество E (р-ция 3). Прокаливание вещества E при очень высокой температуре (до 1800 °C) приводит к образованию соединений A и F (р-ция 4). Установите формулы веществ A – F. Ваш ответ обоснуйте, в том числе расчетом. Запишите уравнения реакций 1 – 4. Часто для получения металлов используют восстановление водородом, однако при нагревании F в токе водорода при 900 °C образуется G, а потеря массы составляет 6.68 %. Определите состав G, подтвердите расчетом. Предложите метод получения металла, входящего в состав веществ A, В и D – F, из вещества F белого цвета.
Запишите уравнения всех химических реакций необходимых для осуществления превращений, укажите условия их проведения и выделения продуктов. Для очистки этого металла может быть использован процесс, разработанный в 1925 году Антоном ван Аркелем и Яном де Буром. В вакуумированном сосуде очищаемый металл нагревают с небольшим количеством иода. При соприкосновении с раскаленной вольфрамовой нитью пары образующегося высшего галогенида разлагаются, и металл осаждается в виде крупных кристаллов (р-ции 5 и 6). Объясните возможность использования небольшого количества иода, а также запишите уравнения реакций 5 и 6. Как будет зависеть скорость осаждения металла на вольфрамовой нити в зависимости от температуры очищаемого металла? Изобразите схематично, обоснуйте характер предполагаемой зависимости.
Проходные баллы на заключительный этап 2025:
Заключительный этап 2025 проходные баллы для 9, 10, 11 класса олимпиады ВСОШ