Всероссийские студенческие олимпиады по общей и неорганической химии : задачник

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Казанский национальный исследовательский  
технологический университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
ВСЕРОССИЙСКИЕ СТУДЕНЧЕСКИЕ 
ОЛИМПИАДЫ ПО ОБЩЕЙ  
И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ 

 
 
 
Задачник 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Казань 

Издательство КНИТУ 

2018 

УДК 546(076) 
ББК Г1я7-4 
В85 
 
Печатается по решению редакционно-издательского совета 
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты:  
д-р. хим. наук, проф. Р. Р. Амиров 
д-р. хим. наук, проф. Ф. В. Девятов 
 
 
 
 
 
 
 
В85 

Авторы: Р. Р. Назмутдинов, Т. П. Петрова, Т. Е. Бусыгина,  
Е. Е. Стародубец 
Всероссийские студенческие олимпиады по общей и неорганической 
химии : задачник / Р. Р. Назмутдинов [и др.]; Минобрнауки России, 
Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2018. – 90 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2446-6 
 
Содержит задания всероссийских студенческих олимпиад по общей и 
неорганической химии, проводимых в Казанском национальном исследо- 
вательском технологическом университете с 2011 г. Приведены задачи 
теоретического тура с подробными объяснениями их решения.  
Предназначен для студентов, обучающихся по направлениям 18.03.01 
«Химическая технология» и 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие 
процессы  в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», а также 
студентов технологических и технических вузов в качестве материалов для 
подготовки к олимпиадам по химии. 
Подготовлен на кафедре неорганической химии. 
 
УДК 546(076) 
ББК Г1я7-4 
 
 
ISBN 978-5-7882-2446-6 
© Назмутдинов Р. Р., Петрова Т. П.,  
Бусыгина Т. Е., Стародубец Е. Е., 2018 
© Казанский национальный исследовательский  
технологический университет, 2018 

ВВЕДЕНИЕ 
 
На 
базе 
факультета 
химических 
технологий 
Казанского 
национального исследовательского технологического университета в 
последние годы были проведены шесть всероссийских студенческих 
олимпиад по дисциплине «Общая и неорганическая химия».  
В этих олимпиадах принимали участие студенты ведущих 
технологических и технических вузов нашей страны: Российского 
государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина, 
Белгородского 
государственного 
технологического 
университета  
им. В.Г. Шухова, Московского технологического университета, 
Уфимского государственного нефтяного технического университета, 
Казанского 
национального 
исследовательского 
технологического 
университета, Самарского государственного технического универ- 
ситета и других.  
В данном сборнике задач представлены разноплановые задания, 
предлагавшиеся участникам олимпиад в разные годы. Они составлены 
на основе содержания государственного образовательного стандарта 
по направлению подготовки «Химическая технология». Многие 
задания требуют от студентов обширных знаний не только в области 
общей и неорганической химии, но и других естественно-научных 
дисциплин – физики, экологии и др. 
Составители заданий придерживаются теории контекстного 
обучения, включая в программу олимпиады не только традиционные 
академические задачи, но и комбинированные задания проблемной 
направленности, которые могут быть востребованы в дальнейшей 
профессиональной деятельности студентов, вовлекая их таким 
образом в квазипрофессиональную деятельность.  
Все задания разбиты на два раздела – общая химия (строение 
вещества, энергетика химических реакций, химическое равновесие, 
коллигативные свойства растворов и т.д.) и неорганическая химия 
(свойства простых веществ и соединений различных элементов). 
Решения задач приведены также по разделам и могут использоваться 
студентами для самостоятельной подготовки, так как содержат все 
необходимые формулы, уравнения реакций, подробные комментарии  
и развернутые объяснения к ним. 
Анализ результатов теоретических туров олимпиад, проведен- 
ный авторами пособия, позволяет сделать ряд заключений по уровню 
знаний студентов.  

Как выяснилось, участники олимпиад успешнее всего справ- 
ляются с заданиями, которые требуют знания конкретных формул и 
выполнения несложных расчетов, например, на тему «Коллигативные 
свойства растворов». Большинство студентов имеют слабые знания 
химических 
свойств 
и 
особенностей 
применения 
конкретных 
неорганических соединений различных классов, даже очень известных 
и имеющих характерные свойства (бораны, арсин, свинцовые белила и 
другие), что не позволяет им успешно выполнять задания с цепочками 
превращений. Также следует отметить недостаточный уровень 
владения многими студентами основополагающими материалами 
общей химии (строение вещества, энергетика химических превраще- 
ний, кинетика химических реакций). 
Авторы 
надеются, 
что 
материалы 
задачника 
позволят 
заинтересованным студентам повысить уровень своих знаний по 
химии, что будет способствовать поиску новых интересных решений 
химических задач и реальных проблем.   

Авторы выражают свою искреннюю благодарность профессору 

А.М. Кузнецову, принявшему участие в обсуждении некоторых задач 
из предлагаемого сборника. 
 
 
 
 

1. ЗАДАЧИ ОЛИМПИАД 
 
1.1. Задачи по общей химии 
 
Задача 1.1 
В соседней (параллельной) вселенной электрон обладает  
массой, вдвое тяжелее «обычного» электрона, а все остальные  
свойства элементарных частиц не отличаются от свойств в нашей 
вселенной. 
1) Какова энергия ионизации атома водорода у наших соседей  
(в электрон-вольтах)? 
2) Рассчитайте длину волны излучения при переходе электрона в 
таком атоме из ближайшего возбужденного состояния в основное  
(в нанометрах). В каком диапазоне она лежит? 
3) 
Насколько 
изменится 
при 
этом 
значение 
радиуса  
1s-орбитали (в нанометрах) по сравнению с «обычным» атомом  
водорода? 
 
Задача 1.2 
Радиоуглеродный анализ бивня мамонта, обнаруженного при 
раскопках летом 2014 г. в Сибири, показал, что количество изотопа 
C
 
14  в находке составляет в среднем 2 % от его нормального 
содержания в живом организме. 
Определите, сколько приблизительно лет тому назад жил 
мамонт, если скорость распада 
C
 
14  прямо пропорциональна его 
количеству, а период полураспада равен 5700 лет. 
 
Задача 1.3 
Рассчитайте среднюю энергию связи B–H в тетрагидридоборат
ионе BH4
–(г), если известны следующие данные:  

–  энтальпия образования BH4
–(г) равна –473 кДж/моль; 
–  энтальпия атомизации бора равна +544 кДж/моль; 
–  энергия диссоциации молекулы H2
  составляет +436 кДж/моль; 
–  энтальпия сродства к электрону атома Н равна –73 кДж/моль. 
Постройте 
энтальпийную 
диаграмму. 
Предложите 
схему 

гидролиза BH4
–-иона. 

Задача 1.4 
Используя термохимические уравнения: 
 
1) Н2(г) + 1/2O2(г) = H2O(ж), ∆Hреакц1
o
 = –285,83 кДж; 
 
2) Na(к) + H2O(ж) = NaOH(р) + 1/2Н2(г), ∆Hреакц2
o
 = –184,17 кДж; 
 
3) Na2O(к) + H2O(ж) = 2NaOH(р), ∆Hреакц3
o
 = –238,17 кДж; 
 
4) C(графит) + O2(г) = СO2(г), ∆Hреакц4
o
 = –393,51 кДж;  
 
5) Na2O(к) + CO2(г) = Na2СO3(к), ∆Hреакц5
o
 = –321,49 кДж,  
 
рассчитайте стандартные энтальпии образования Na2O(к), NaOH(р), 
Na2CO3(к). 
 
Задача 1.5 
Используя термохимические уравнения: 
 
1) FeS2(к) = FeS(к) + S(к, ромб), ∆Hреакц1
o
 = 62,8кДж; 
 
2) 2S(к, ромб) = S2(г), ∆Hреакц2
o
 = 127,6 кДж;  
 
3) S2(г) + 2O2(г) = 2SO2(г), ∆Hреакц3
o
 = –721,4кДж; 
 
4) 4FeS(к) + 7O2(г) = 2Fe2O3(к) + 4SO2(г), ∆Hреакц4 
o
= –2430,4 кДж,  
 
рассчитайте: 
1) стандартную энтальпию образования SO2(г); 
2) стандартную энтальпию реакции окисления одного моль 
пирита; 
3) общий состав и объем газовой смеси, полученной при обжиге 
4 моль пирита в 1232 л воздуха; воздух содержит 20 % по объему 
кислорода, 80 % – азота; объем воздуха указан в пересчете на 
нормальные условия. 

Задача 1.6 
Используя термохимические уравнения: 
 
1) KBr(к) + 1/2Сl2(г) = KCl(к) + 1/2Br2(ж), ∆Hреакц1
o
 = –43,4 кДж; 

 
2) 1/2Н2(г) + 1/2Сl2 (г) = HCl(г), ∆Hреакц2
o
 = –91,8 кДж;  

 
3) KOH(р) + HCl(г) = KCl(к) + Н2O(ж), ∆Hреакц3
o
 = –152,6 кДж; 

 
4) KOH(р) + HBr(г) = KBr(к) + Н2O(ж), ∆Hреакц4
o
 = –166,9 кДж, 
 
рассчитайте стандартную энтальпию образования HBr(г). 
 
Задача 1.7 
0,1 М раствор [Zn(NH3)4](NO3)2 содержит избыток 0,8 моль/л 
аммиака. 
Константа 
нестойкости 
комплекса 
[Zn(NH3)4]2+ 
при 

диссоциации с образованием 4 моль аммиака составляет 2·10–9, а при 
диссоциации с образованием 2 моль аммиака равна 5,4·10–5. 
Определите: 
1) концентрацию ионов Zn2+и [Zn(NH3)4]2+; 
2) возможность образования малорастворимых карбоната и 
сульфида цинка из раствора [Zn(NH3)4](NO3)2, при условии, что 

ПР(ZnCO3) = 1,45·10–11, ПР(ZnS) = 1,6·10–24. 
 
Задача 1.8 
Константа диссоциации хлорноватистой кислоты Kа = 3·10–8.  
Определите: 
1) степень диссоциации 0,1 М раствора хлорноватистой кислоты; 
2) концентрацию H+-ионов в растворе; 
3) как изменится концентрация [H+], если к 1 л 0,1 М раствора 
хлорноватистой кислоты добавить 60 г гипохлорита натрия, 
диссоциирующего при этом на 75 %? 
 
Задача 1.9 
Кажущаяся степень диссоциации 0,1 н. раствора сульфата цинка 
при температуре 0 °C равна 0,4. 
Вычислите осмотическое давление раствора при той же 
температуре. 

Задача 1.10 
Вычислите константу гидролиза Kг и степень гидролиза αг 0,2 М 
раствора цианида натрия NaCN. Константа ионизации циановодород- 
ной кислоты Kа = 4,93∙10–10. 
 
Задача 1.11 
Температура кипения 3,2 % раствора хлорида бария составляет 
100,208 °C. Эбулиоскопическая константа воды Е = 0,52 K∙кг/моль.  
Вычислите кажущуюся степень диссоциации соли в растворе.  
 
Задача 1.12 
При температуре 20 °C давление водяного пара р 
о = 2338,8 Па. 
Рассчитайте массу воды, необходимую для растворения 23 г эти- 
лового спирта С2Н5ОН, чтобы давление пара понизилось до 2000 Па. 
 
Задача 1.13 
Вычислите кажущуюся степень диссоциации 2,5 % водного раст- 
вора хлорида кальция, если температура его замерзания Тзам = –1,2 °C. 
 
Задача 1.14 
«Нормальные» условия на Венере значительно отличаются от 
земных: средняя температура на поверхности планеты равна +450 оС, 
давление достигает 92 атм., а в составе атмосферы преобладает 
углекислый газ. 
Рассчитайте, какой объем будет занимать 1 моль углекислого 
газа на поверхности Венеры при данных условиях. 
 
Задача 1.15 
В специальном химическом реакторе небольшого объема, 
изготовленном из жаростойких материалов, смешали при стандартных 
условиях 1 моль азота с 1 моль кислорода. 
1) На сколько градусов требуется повысить температуру, чтобы 
мольная доля NO в реакторе составила 1 % от исходной смеси? 
Температурной зависимостью энтальпии и энтропии, изменением 
давления в системе и дальнейшим окислением NO можно пренебречь. 
2) 
Почему 
в 
этих 
условиях 
дальнейшим 
окислением  
NO (2NO + O2 = 2NO2) можно пренебречь? 
При ответе используйте значения справочные величины 
термодинамических констант: 

Вещество
∆Hобр. 298

o
, кДж/моль
S298

o , Дж/(моль∙K)

N2(г)
0
199,9

O2(г)
0
205,0

NO(г)
91,3
210,6

NO2(г)
34,2
240,1

 
Задача 1.16 
В результате аварии, случившейся на химическом заводе, в 
ванне из полимерного материала смешались 100 л 15 % соляной 
кислоты (плотность 1,1 кг/л) и 99,6 л 15 % NaOH (плотность 1,21 кг/л). 
Рассчитайте, на сколько градусов может нагреться образовав- 
шийся раствор, используя значения стандартных энтальпий образо- 
вания ∆Hобр. 298
o
 частиц: 
 

Вещество
∆Hобр. 298

o
, кДж/моль

H+(р)
0

ОН–(р)
–230

H2O(ж)
–286

 
Зависимость удельной теплоемкости (ср, кДж/кг∙K) водных 
растворов поваренной соли от концентрации выражается формулой 
 
ср = 4,2 – 5,48 x + 7,88 x2, 
 
где 
x – концентрация растворенной соли в массовых долях. 
Температурной зависимостью теплоемкости можно пренебречь. 
 
Задача 1.17 
Структура жидкой ртути исследовалась методом дифракции 
рентгеновских лучей при температуре 620 оС. Согласно полученным 
результатам, первая координационная сфера атома Hg включает  
12 соседей.