Химические задачи для любознательных: сборник химических заданий и задач

Химические задачи  
для любознательных 

Сборник  
химических заданий и задач 

Москва 
2022 

УДК 54(075) 
ББК  24я729 
Х46 

Коллектив авторов: 
Котов А. Д., Прошлецов А. Н., Александрова Е. В.,  
Буданова Ю. Е., Проскурина И. К., Комшина Л. А., 
Мартазова В. В., Блюмина М. В. 

Химические задачи для любознательных : сборник 
Х46 химических заданий и задач / А. Д. Котов, А. Н. Прошлецов, 
Е. В. Александрова [и др.]. — Москва : Директ-Медиа, 2022. — 
204 с. 

ISBN 978-5-4499-3308-9 

Сборник химических заданий и задач содержит не тривиальные и олимпиадные задачи по химии для студентов СПО и учеников 9–11 классов. Многие задания требуют использования 
математического аппарата. Книга состоит из 5 глав. В конце каждой главы приведены подробные решения практически каждого 
задания. 
Книга предназначена для студентов СПО и школьников старших классов, студентов педагогических вузов, школьных учителей, преподавателей и любителей нестандартных химических 
задач. 
Авторы — преподаватели кафедры химии, теории и методики 
преподавания химии Ярославского государственного педагогического университета имени К. Д. Ушинского — в течение многих 
лет являлись составителями олимпиадных заданий и членами 
жюри различных химических олимпиад, активно занимались и 
продолжают заниматься подготовкой обучающихся к олимпиадам по химии. Авторы стремились сделать задания интересными 
и познавательными, они касаются разных сфер нашей жизни и 
исторических сведений. 

УДК 54(075) 
ББК  24я729 

ISBN 978-5-4499-3308-9
© Коллектив авторов, текст, 2022
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2022

Электрон не так прост, как кажется 
Сэр Уильям Брэгг 

Предисловие 

При подготовке современного преподавателя химии одним из ключевых моментов является его глубокое знание 
своего предмета, которое может служить фундаментом для 
организации подготовки студентов СПО и школьников к участию в химических олимпиадах различного уровня. Для успешной и всесторонней подготовки обучающихся к олимпиадам 
необходимы не только теоретические знания, которые изложены в многочисленных учебниках по тем или иным разделам 
химии, но и задачник, содержащий соответствующие задания и 
подробные решения большинства задач.  
Выполнение предложенных заданий в данном сборнике 
должно помочь начинающим химикам расширить кругозор и 
повысить интерес к химии. Для некоторых заданий приведены 
альтернативные решения. 
Материал был использован для обучения студентов ЯГПУ 
им. К. Д. Ушинского. Авторы надеются, что данное учебное пособие будет полезным не только обучающимся, но и преподавателям СПО, а также школьным учителям химии. 
Все замечания и пожелания читателей будут с благодарностью приняты авторами и по возможности учтены при совершенствовании предлагаемого пособия. 

 
Поехали! 
Ю. А. Гагарин 

Глава 1  
Общая химия 

Море потому велико, что  
и мелкими речками не брезгует 
Японская мудрость 

Задания 

ЗАДАНИЕ 1. О рентабельности сельского хозяйства 

Для успешного (рентабельного) земледелия необходимы 
эти три химических элемента. 

1.

2.

3.

Подсказка. Эти три элемента находятся в «первой двадцатке» 
периодической системы. 

ЗАДАНИЕ 2 

Какой химический элемент образует самое большое число 
химических соединений? 

ЗАДАНИЕ 3 

Углерод образует несколько аллотропных модификаций… 
Назовите четыре таких модификации, заполнив клеточки кроссворда. 

4 

 

По горизонтали: 
• Эта аллотропная форма углерода С60 впервые получена 
в 1985 году. Молекула похожа на футбольный мяч. 

По вертикали: 
• Крайняя левая вертикаль. Атомные орбитали атомов углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации. Слоистое (слои 
из шестичленных колец) кристаллическое вещество жирное на 
ощупь. Проводит электрический ток. 
• Центральная вертикаль. Атомные орбитали атомов углерода находятся в состоянии sp3-гибридизации. Самое твердое вещество в природе. Не проводит электрический ток. 
• Крайняя правая вертикаль. Атомные орбитали атомов 
углерода находятся в состоянии sp-гибридизации. Цепочечное 
строение:  –С≡С–  либо  =С=С=. Получено советскими учеными  
в начале 60-х годов прошлого века. 

ЗАДАНИЕ 4. Оксиды (только оксиды!) 

В оксиде какого элемента массовая доля кислорода 
наибольшая? Какой оксид находится на втором месте по этому 
показателю? 

ЗАДАНИЕ 5. Другие бинарные соединения кислорода 

Какое бинарное соединение кислорода содержит наибольшую массовую долю кислорода? А какое бинарное соединение 
среди всех бинарных соединений кислорода займет второе 
место? 

5 

 
ЗАДАНИЕ 6. Назовите кислоту 

Кислота состоит из трех элементов. У одного из элементов массовая доля в кислоте равна его мольной доле. Назовите 
этот элемент в этой кислоте. 
Предложите формулу кислоты, зная, что Мr(кислоты) 
больше 78, но меньше 82, а электронная формула центрального 
атома в невозбужденном состоянии 1s22s22p63s23p3. 
Ответ подтвердите расчетами. 

ЗАДАНИЕ 7. О смеси газов… 

Массовая доля неизвестного газа Х, находящегося в смеси 
с оксидом углерода (IV), равна 12 %, а объемная доля 60 %. 
Определите газ Х. 
Ответ мотивируйте расчетами. 

ЗАДАНИЕ 8. О газах… 

Вопрос 1. Три литра смеси газов… 
В трех литрах смеси метана и этилена масса углерода в 
четыре раза больше массы водорода. Определите объемы метана и этилена. 

Вопрос 2. Порции некоторого газообразного углеводорода 
СхНу… 
Порция некоторого газообразного углеводорода СхНу при 
70 °С и 1,1 атм занимает объем 8,96 л. В этой порции содержится 2,5284 · 1024 атомов углерода и водорода. Предложите 
возможный состав и строение данного углеводорода. Запишите 
структурные формулы изомеров найденного газообразного 
углеводорода. 

Договоримся, в этой задаче записывать общие формулы углеводородов, используя х, а не n. Например, общая формула алканов 
будет в этой задаче записана СхН2х+2, а не CnH2n+2! 

ЗАДАНИЕ 9. Вспомним закон Авогадро… 

Колба, наполненная пропаном, на 1,4 г тяжелее такой же 
колбы, наполненной метаном, и на 0,7 г тяжелее такой же 
колбы, наполненной неизвестным газом Х при тех же условиях. 
Предложите три различные формулы газов. 

6 

 
ЗАДАНИЕ 10. Назовите элемент α… 

Передо мною мир стоит  
Мифологической проблемой:  
Мне Менделеев говорит  
Периодической системой 
Андрей Белый  
«Первое свидание» 

Относительные плотности по воздуху паров хлорида и 
бромида одного и того же элемента α равны соответственно 
5,31 и 11,45. Назовите элемент α. 

Mr(возд) = 29. 

ЗАДАНИЕ 11. Об алканах CnH2n+2… 

Преамбула (вводная часть задания): 
• Часть 1 преамбулы. Лучшими топливами для двигателей внутреннего сгорания являются разветвленные углеводороды, такие как 2,2,4-триметилпентан (изооктан): 

 
Этому соединению, обычно называемому изооктаном, 
приписывают октановое число 100. 
н-Гептану СН3СН2СН2СН2СН2СН2СН3, который очень легко 
детонирует, приписано октановое число 0. 
Октановое число — это мера антидетонационных свойств 
горючего. Если характеристики бензина такие же как у смеси 
95 % изооктана и 5 % н-гептана, говорят, что октановое число 
этого бензина равно 95. 
• Часть 2 преамбулы. Атом углерода, связанный только  
с одним атомом углерода в углерод-углеродном скелете, называют первичным, с двумя — вторичным, с тремя — третичным, 
с четырьмя — четвертичным. Углерод-углеродный скелет, 
содержащий третичный или четвертичный атомы углерода, 
называют разветвленным (см. изооктан). 

7 

 
Вопрос 1. «Визуальный взгляд» на структурные формулы 
«изооктана» и н-гептана. 
1.1. Сосчитайте число первичных и вторичных атомов углерода в молекуле н-гептана. 
1.2. Сосчитайте число первичных, вторичных, третичных 
и четвертичных атомов углерода в молекуле 2,2,4-триметилпентана (изооктана). 

Вопрос 2. «Математический взгляд» на структурные формулы разветвленных алканов. 
Выведите общую математическую формулу расчета числа W — третичных атомов углерода в молекуле алкана CnH2n+2 
(где n ≥ 4), если алкан содержит: Х — первичных, Y — вторичных, W — третичных, Z — четвертичных атомов углерода. 
Сделайте проверку вашей математической формулы для 
«знакомого нам» 2,2,4-триметилпентана. 

ЗАДАНИЕ 12. Где истина? Два уравнения из трех — лишние! 

Когда теория совпадает с экспериментом,  
это уже не открытие, а закрытие 
П. Л. Капица 

Какое из трех уравнений соответствует реально протекающей реакции? 

1. 4(С2Н5)3N + 36HNO3 = 24CO2 + 48H2O + 6NO2 + 17N2 

2. 2(С2Н5)3N + 78HNO3 = 12CO2 + 54H2O + 78NO2 + N2 

3. 1(С2Н5)3N + 11HNO3 = 6CO2 + 13H2O + 4NO2 + 4N2 

Математик скажет, что все три уравнения правильные с 
точки зрения математики. Но мы с вами еще и химики! Выберите одно правильное, с точки зрения и химии, и математики 
уравнение, обязательно мотивировав свой выбор. В качестве 
мотивации принимается: электронный баланс или метод полуреакций (ионно-электронный метод). 

ЗАДАНИЕ 13. Об элементе 006 из ПСХЭ 

Все на свете ерунда — кроме пчел… 
Винни-Пух 

8 

 
Монослой графита — двумерная сетка правильных шестиугольников из атомов углерода — называется графеном (см. 
рис. 1). 

 
Рис. 1. Графен 

Представьте себе материал в миллионы раз тоньше бумаги, который как бы сложен из «пчелиных сот». Графен можно представить как одну плоскость графита, отделенную от 
обычного кристалла. Графен является двумерным кристаллом, 
состоящим из одиночного слоя атомов углерода, собранных  
в гексагональную решетку правильных шестиугольников. Тип 
гибридизации атомных орбиталей атомов углерода — sp2. 
А. Гейм и К. Новосёлов, работающие в Англии, смогли выделить такой слой из монокристалла графита и разместить его в 
виде пленки на поверхности кремниевой подложки (см. рис. 1). 
В октябре 2010 года это достижение было отмечено Нобелевской премией. 

Вопрос 1. Назовите 4 аллотропные модификации элемента углерода, известные ученым еще в ХХ веке. Чьи три кристаллические решетки показаны на рис. 2, рис. 3, рис. 4? 

            
            
 
Рис. 2 
Рис. 3 
Рис. 4 

К какому типу кристаллических решеток они относятся 
(атомным, ионным, молекулярным, металлическим)? 

9 

 
Вопрос 2. Чему равна валентность углерода в графене (см. 
рис. 1)? 

Вопрос 3. Рассчитайте массу графенового квадрата размером 10 × 10 мм (1 см2). 
Длина связи С–С в графене равна 0,142 · 10–9 м (краевым 
эффектом пренебречь). 

Справка из математики. Площадь (S) правильного шести
угольника, в котором а — сторона: 
2
3 3
.
2
S
a
=
⋅
 

Вопрос 4. Для насыщения свободных валентностей углерод в графене способен образовывать связи с газообразными 
веществами. Чему равно максимальное число атомов водорода, 
которое может присоединить указанный выше (10 × 10 мм =  
= 1 см2) графеновый квадрат. 

ЗАДАНИЕ 14. Газовая смесь углеводородов метана и этана… 

Рассчитайте молярную массу смеси газов (с точностью до 
десятых) и плотность (г/л, с точностью до сотых), условия нормальные. 

Вопрос 1. Газовая смесь состоит из 80,0 % метана и 20,0 % 
этана по объему (н. у.) 

Вопрос 2. Газовая смесь состоит из 68,09 % метана и 
31,91 % этана по массе. 

ЗАДАНИЕ 15. Уравнение Менделеева — Клапейрона 

На одной чаше двухчашечных весов находится колба с газом аргоном при нормальном атмосферном давлении (760 мм 
рт. ст. или 101 325 Па ≈ 101,3 кПа). Другую такую же колбу 
наполнили неизвестным индивидуальным газом при давлении 
144 700 Па, при этом весы уравновесились. Назовите второй газ. 

P. S. Хочется, чтобы вы назвали три газа, которыми можно заполнить вторую колбу и, конечно, весы были бы в равновесии. 

ЗАДАНИЕ 16. Однако! О правилах и некоторых исключениях из них… 

10