Школьный этап химической олимпиады (стр. 4 )

DGх. р. = –10 × 96500 × 0,838 = –808670 Дж (или –808,67 кДж).

Пример 29. Рассчитайте ЭДС в реакции взаимодействия перманганата калия с пероксидом водорода в присутствии серной кислоты при стандартных условиях. Для нахождения значений энергии Гиббса веществ воспользуйтесь справочными таблицами.

Решение.

2MnO4– + 6H+ + 5H2O2 ® 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O.

–440,28 0 –134 –229,9 0 –237,5 DG0298 кДж/моль

DGх. р. = 8×(–237,5) + 2×(–229,9) – 2×(–440,28) – 5×(–134) = –809,2 кДж

E = = = 0,839 В.

Упражнения для самостоятельного решения

1. Энергия связи N—F в молекуле NF3 составляет 281 кДж/моль. Рассчитайте теплоту образования трифторида азота из простых веществ при стандартных условиях, если энергии связей в молекулах N2 и F2 составляют соответственно 945 и 159 кДж/моль.

2. При полном разложении некоторого количества дихромата аммония выделилось 159 кДж теплоты. Рассчитайте массу образовавшегося при этом азота. Теплоты образования (NH4)2Cr2O7, Cr2O3, и H2O равны 1808, 1141 и 286 кДж/моль, соответственно.

3. Хлорат калия KClO3 при нагревании разлагается по двум параллельным путям: с образованием кислорода и с образованием KClO4. При полном разложении одного моля KClO3 выделилось 41,1 кДж теплоты. Какая часть хлората разложилась с выделением кислорода? Теплоты образования Q (кДж/моль) веществ составляют: 430 (KCl), 391 (KClO3) и 437 (KClO4).

4. При сгорании 36 г углерода в избытке кислорода выделяется 1181,4 кДж теплоты, а при сгорании 9,175 л СO (при 25 oС и давлении 101,3 кПа) выделяется 106,2 кДж теплоты. Рассчитайте теплоту образования СО.

5. При сгорании 9 г этана выделилось 468 кДж теплоты. При сгорании 34,4 г смеси пентана и гептана выделилось 1680 кДж теплоты. Каково молярное соотношение пентана и гептана в смеси, если известно, что в гомологическом ряду алканов теплота сгорания увеличивается на 660 кДж на каждый моль СН2-групп?

6. При полном окислении смеси этана и пропана выделилось 144,6 кДж теплоты, в реакцию вступило 7,28 л кислорода. Определите объём и массовые доли газов в исходной смеси. Энтальпии сгорания этана и пропана соответственно равны –1560 кДж/моль и –2220 кДж/моль. Какой обьем 20%-ного раствора гидроксида натрия (r = 1,219 г/мл) необходимо для поглощения углекислого газа, выделившегося при окислении смеси газов? Вычислите массовую долю карбоната в растворе.

7. Вычислите энтальпию образования оксида алюминия, если при окислении кислородам 24,5 г смеси бария и алюминия в молярном соотношении 1:4 выделяется 391 кДж теплоты, а энтальпия образования оксида бария равна –558 кДж/моль.

8. Известны тепловые эффекты следующих реакций:

6С (графит) + 3Н2 (г) → С6Н6 (г), Q = –82,9 кДж;

3С2Н2 (г) → С6Н6 (ж), Q = 631,1 кДж;

С6Н6 (ж) → С6Н6 (г), Q = –33,9 кДж/моль.

Рассчитайте теплоту образования ацетилена из графита и водорода.

9. При окислении 54 г алюминия кислородом выделяется 1675,5 кДж теплоты, а при взаимодействии 32 г Fe2O3 с алюминием выделяется 170,84 кДж теплоты. Рассчитайте теплоту образования оксида железа (III).

10. Ниже приведены данные о процессах:

Процесс	Энергетический эффект
Образование 36 г Н2О из простых веществ	Выделяется 484 кДж
Полное сгорание 18 г СН3СООН(ж) до СО2(г) и Н2О(ж)	Выделяется 268,2 кДж
Полное сгорание 18,4 г C2H5OH(ж) до СO2(г) и H2О(ж)	Выделяется 558,8 кДж
Образование 52,8 г СН3СООС2Н5(ж) в ходе реакции этерификации	Выделяется 3 кДж
Испарение 9 г Н2О(ж)	Поглощается 22 кДж

1. На основании приведённых данных напишите термохимические уравнения, тепловые эффекты которых соответствуют:

— стандартной теплоте образования Н2О(г),

— стандартной теплоте сгорания СН3СООН(ж),

— стандартной теплоте сгорания С2Н5ОН(ж),

— тепловому эффекту реакции этерификации (в расчёте на 1 моль эфира).

2. Рассчитайте тепловой эффект реакции этилового эфира уксусной кислоты с водородом на палладиевом катализаторе (в расчёте на 1 моль эфира).

11. При сжигании паров этанола в кислороде выделилось 494.2 кДж теплоты, и осталось 19.7 л непрореагировавшего кислорода (измерено при давлении 101.3 кПа и температуре 27 С). Рассчитайте массовые доли компонентов в исходной смеси, если известно, что теплоты образования оксида углерода(IV), паров воды и паров этанола составляют соответственно 393.5 кДж/моль, 241.8 кДж/моль, 277.0 кДж/моль

г минерала, содержащего 46.7% железа и 53.3% серы по массе, сожгли в избытке кислорода, а твердый продукт сгорания прокалили с 15.4 г алюминия. Какое количество теплоты выделилось в результате каждого из этих процессов, если известно, что реакции проводились при постоянной температуре, а теплоты образования при данной температуре равны: сульфид железа 174 кДж/моль, оксид железа(III) 824 кДж/моль, оксид серы(IV) 297 кДж/моль, оксид алюминия 1675 кДж/моль

13. Теплота сгорания бутана составляет 2658 кДж/моль, теплота сгорания 2-метилпропана равна 2651 кДж/моль. Какое из этих соединений будет преобладать в равновесной смеси, образующейся при нагревании бутана в присутствии катализатора при 400 С? Напишите уравнение процесса и ответ подтвердите расчетом.

14. Для полного разложения некоторого количества карбоната кальция потребовалось 23.1 кДж теплоты. Полученный оксид углерода(IV) поглощен 201 г 8.5% раствора гидроксида бария. Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе. Тепловой эффект реакции разложения карбоната кальция составляет – 178 кДж/моль.

15. Для полного разложения некоторого количества нитрата цинка потребовалось 168 кДж теплоты. Полученный оксид цинка (IV) растворен в 635.2 г 14.1% раствора гидроксида калия. Рассчитайте массовую долю образовавшейся при этом соли. Тепловой эффект реакции разложения нитрата цинка составляет – 210 кДж/моль.

16. Вычислите энтальпию образования оксида алюминия, если при окислении кислородом 24,5 г смеси бария и алюминия в молярном соотношении 1:4 выделяется 391 кДж теплоты, а энтальпия образования оксида бария равна –558 кДж/моль.

17. Рассчитайте значение стандартной энергии Гиббса реакции
Cr3+ + CO32– + H2O = Cr(OH)3¯ + CO2­ по следующим термохимическим уравнениям:

Cr3+ + 3OH– = Cr(OH)3; DGх. р. = –155 кДж

2H+ + CO32– = H2O + CO2; DGх. р. = –104 кДж

H+ + OH– = H2O; DGх. р. = –80,5 кДж.

18. Рассчитайте значение стандартной энергии Гиббса реакции
Al3+ + CO32– + H2O = Al(OH)3¯ + CO2­ по следующим термохимическим уравнениям:

Al3+ + 3OH– = Al(OH)3; DGх. р. = –196 кДж

2H+ + CO32– = H2O + CO2; DGх. р. = –104 кДж

H+ + OH– = H2O; DGх. р. = –80,5 кДж.

19. Рассчитайте значение стандартной энергии Гиббса реакции
Cr3+ + S2– + H2O = Cr(OH)3¯ + H2S­ по следующим термохимическим уравнениям:

Cr3+ + 3OH– = Cr(OH)3; DGх. р. = –155 кДж;

2H+ + S2– = H2S; DGх. р. = –126,5 кДж;

H+ + OH– = H2O; DGх. р. = –80,5 кДж.

Ответы: 1). Q(NF3) = 132 кДж/моль; 2) m(N2) = 9,3 г; 3) ω%(KClO3) = 60%; 4) Q(CO) = 110.6 кДж/моль; 5) ν (пентана) :ν(гептана) = 1:1; 6) V(газов) = 1,792 л; ω%(С2Н6) = 53,2%, ω%(С3Н8) = 46,8%; V(NaOHр-р) = 87 мл, ω%(Na2CO3) = 23,87%; 7)∆Нº(Al2O3)= –1676 кДж/моль; 8) Q(С2Н2) = –226,7 кДж/моль; 9) Q(Fe2O3) = 821,3 кДж/моль; 10)Q=64 кДж; 11)22.3% C2Н5ОН; 77,7% О2; ,8 кДж при обжиге FeS2 и 85 кДж при восстановлении Fe2O3; 13) метилпропана в 3,5 раза больше, чем 2-метил-бутена-1; 14) ω%( Ba(HCO3)2= 4%; 15) ω%(K2[Zn(OH)4])= 21.1%

Растворы

1. Какой объем 15%-го раствора фосфорной кислоты (плотность 1,08 г/мл) необходим для полной нейтрализации 14,77 мл 20%-го раствора гидроксида натрия (плотность 1,219 г/мл)?

2. К 34 мл 16%-го раствора карбоната натрия (плотность 1,17 г/мл) прилили 64 мл (ρ = 1,04 г/мл) раствора хлорида кальция концентрацией 0,625 моль/л. Вычислите массовые доли веществ в растворе после реакции.

3. К 80 мл раствора, содержащего 24 г смеси нитрата и хлорида бария, прилили до полного выпадения осадка 77,137 мл 16%-го раствора сульфата железа (II) (плотность 1,17 г/мл). Вычислите массовые доли солей в исходной смеси и их молярные концентрации.

4. В 135 г 5,7%-го раствора гидроксида бария растворили 1,68 л углекислого газа (н. у.). Вычислите массовые доли веществ в растворе после реакции.

5. Определите массовую долю соли в растворе, полученном растворением 15 г нонагидрата нитрата алюминия в 98,6 мл воды.

6. В 140 г 4%-го раствора сульфата меди(II) растворили 10 г медного купороса (пентагидрат сульфата меди(II)). Вычислите массовую долю соли в конечном растворе.

7. Сколько по массе гексагидрата нитрата марганца(II) нужно добавить к 30,4 г 4%-го раствора нитрата марганца(II), чтобы получить 20%-й раствор соли?

8. Сколько по массе калия следует растворить в 42,52 мл воды, чтобы получить 7,5%-ый раствор гидроксида калия?

9. Сколько по массе серного ангидрида следует растворить в 8,45 г 6%‑го раствора серной кислоты для получения 38%-го раствора кислоты?

10. Цинк растворили в необходимой массе 10%-го раствора серной кислоты. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе.

11. Растворимость нитрата бария при 20°С равна 90,5 г/л. Рассчитайте массовую долю нитрата бария в насыщенном при данной температуре растворе.

12. Массовая доля нитрата натрия в насыщенном при 25°С растворе составляет 47,81%. Определите растворимость соли при данной температуре.

13. К 246 г 20%-го раствора ортофосфата натрия прибавили 131,84 мл 20%-го раствора ортофосфорной кислоты (плотность 1,115 г/мл). Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе.

14. Какой объем оксида серы (VI) следует растворить в 107,6 мл 20 %‑го раствора серной кислоты (плотность 1,139 г/мл) для получения 50 %‑го раствора серной кислоты?

15. В каком объеме 10%-го раствора серной кислоты (плотность 1,065 г/мл) следует растворить 16,8 л серного ангидрида, чтобы получить 25%-ый раствор серной кислоты?

16. В каком объеме 10%-го раствора ортофосфорной кислоты (плотность 1,055 г/мл) следует растворить 106,5 г фосфорного ангидрида для получения 40%-го раствора фосфорной кислоты?

17. К 238,8 мл 20%-го раствора сульфата аммония (плотность 1,115 г/мл) прибавили 107,6 мл 20%-го раствора серной кислоты (плотность 1,139 г/мл). Определите массовые доли веществ в растворе после реакции.

18. В 283 мл 16%-го раствора карбоната натрия (плотность 1,171 г/мл) растворили 7,84 л углекислого газа. Определите массовые доли веществ в полученном растворе

19. К 457 мл 12%-го раствора гидросульфата натрия (плотность 1,095 г/мл) прибавили раствор с массовой долей гидроксида натрия 0,25 (плотность 1,28 г/мл) объемом 25 мл. Определите массовые доли веществ в растворе после реакции.

20. В 517,8 мл 10%-го раствора сульфита натрия (плотность 1,096 г/мл) растворили 4,48 л оксида серы (IV). Найдите массовые доли веществ в растворе после реакции.

21. К 200 г 17%-го раствора дигидрофосфата калия прибавили 35,3 мл 20%-го раствора гидроксида калия (плотность 1,19 г/мл). Рассчитайте массовые доли веществ в растворе после реакции.

22. К 265 г 40%-го раствора фосфата калия прибавили 65,92 мл 20%-го раствора фосфорной кислоты (плотность 1,115 г/мл). Определите массовые доли веществ в растворе после реакции.

23. К 153,6 мл 20%-го раствора гидросульфата калия (плотность 1,151 г/мл) прилили 47,1 мл 20%-го раствора гидроксида калия (плотность 1,19 г/мл). Определите массовые доли веществ в растворе после реакции.

24. Через 266 мл 18%-го раствора сульфата аммония (плотность 1,103 г/мл) пропустили 6,72 л оксида серы (VI). Определите массовые доли веществ в растворе после реакции.

25. Через 193,9 мл 20%-го раствора серной кислоты (плотность 1,139 г/мл) пропустили 13,44 л аммиака. Найдите массовые доли веществ в растворе после реакции.

26. К 179,44 мл 8.75%-го раствора гидрокарбоната натрия (плотность 1,07 г/мл) прибавили 18,75 мл 25%-го раствора гидроксида натрия (плотность 1,28 г/мл). Определите массовые доли веществ в растворе после реакции.

Ответы:

1) 18,15 мл 2) 4,6%, 2,1% 3) 87%, 13%; 1 моль/л, 0,1875 моль/л; 4) 5,74% и 94,26% 5) 7,5% 6) 8% 7) 11,48 г 8) 2,34 г 9) 3,2 г 10) 15,44% 11) 8,3% г/л; 13) 10,84% Na2HPО4, 9,16% NaH2PO4; 14) 14,2 л; ,77 мл; ,9 мл; 17) 5,09% (NH4)2SO4, 14,79% NH4HSO4; 18) 4,58% Na2CO3, 16,96% NaHCO3; 19) 5,33% Na2SO4, 6,76% NaHSO4; 20) 7,17% NaHSO3, 5,43% Na2SO3; 21) 10,71% K2HPO4, 5,62% KH2PO4; 22) 23,13% K2HPO4, 12,5% K3PO4; 23) 3,5% K2SO4, 14,95% KHSO4; 24) 21,74% NH4HSO4, 4,16% (NH4)2SO4; 25) 8,58% (NH4)2SO4, 14,95% NH4HSO4; 26) 1,94% NaHCO3, 7,36% Na2CO3

ЦЕПОЧКИ ПРЕВРАЩЕНИЙ
ПО НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

На схеме представлены превращения соединений, содержащих в себе серу:

Определите неизвестные вещества и напишите уравнения реакций, если:

— окисление серы происходит в присутствии платины, как катализатора;

— в результате электролиза концентрированного раствора А образуется кислота Е, гидролиз которой даёт кислоты А и D;

— Е, D, F — сильные окислители;

— при нейтрализации Е образуется малорастворимая соль, нагревание которой, помимо других продуктов, даёт В и соль кислоты А;

— С присоединяет SbF5 с образованием одной из самых сильных кислот G;

— превращение F в В происходит при температуре выше 600 °С.

Решение.

При окислении S на Pt при 300 °С, образуется SO3, тогда B — SO3;

SO3 + HF ® HSO3F — С, понятно, что А — H2SO4.

При электролизе концентрированного раствора H2SO4 образуется пероксодисерная кислота H2S2O8 — Е, в результате гидролиза которой образуется H2SO5 — D.

Малорастворимая соль F — K2S2O8 при нагревании сначала отщепляет кислород с образованием K2S2O7, а затем SO3 с образованием K2SO4. При взаимодействии HSO3F с SbF5 образуется кислота Н+(SO3SbF6)– — G.

Уравнения реакций:

2S + 3O2 = 2SO3 ;

SO3 + H2O = H2SO4 ;

SO3 + HF = HSO3F ;

HSO3F + SbF5 = H+(SO3SbF6)– ;

2H2SO4 = H2S2O6(O2) + H2 ;

H2S2O6(O2) + 2KOH = K2S2O6(O2) + 2H2O ;

H2S2O6(O2) + H2O = H2SO3(O2) + H2SO4 ;

2K2S2O6(O2) = 2K2SO4 + 2SO3 + O2.

5K2S2O6(O2) +2MnSO4 + 8H2O→ 2HMnO4 + 10KHSO4 + 2H2SO4

2HMnO4 + 5SO2 + 2H2O → 2MnSO4 + 3H2SO4

2HMnO4 + 3MnSO4 + 2H2O→ 5MnO2 + 3H2SO4

MnO2 + SO2 → MnSO4

3H2SO3(O2) + 2Fe → Fe2(SO4)3 + 3H2O

Fe2(SO4)3 + 3Na2S → 2FeS + S + 3Na2SO4

Напишите уравнения реакций (молекулярные, ионные и окислительно-восстановительные), с помощью которых можно осуществить следущие превращения:

Cu(NO3) → CuO → CuOH)2 → K2[ Cu(OH)4 ] → CuS → CuSO4

↓ ↓

Cu CuCl2 → CuS → Cu(NO3)2 → Cu → [Cu(NH3)4](OH)2

↑

CuSO4 → (CuOH)2CO3 → CuO → Cu → H[CuCl2] → CuCl2

ZnO → Zn(OH)2 =→ K2[Zn(OH)4] → ZnCl2 →Zn → K2[Zn(OH)4]

Zn Zn(NO3)2 → ZnS → ZnO → K2ZnO2

ZnSO4 →ZnCl2 → Zn(NO3)2

K[Al(OH)4] → Al2(SO4)3 → AlCl3 → Al(NO3)3 → AlPO4

Al AlCl3 → Al(OH)3 → Al2O3 → Al → Na3[AlF6]

Al(NO3)3 → Al2O3 → K[Al(OH)4] → Al(OH)3

MgCl2 → Mg(NO3)2 → MgO → Mg(OH)2 → Mg(HCO3)2

Mg MgSO4 → Mg3(PO4)2 → Mg(H2PO4)2 → Mg3(PO4)2 → P

Mg(NO3)2 → MgCO3 → Mg(HCO3)2 → Mg(NO3)2 → Mg(NO2)2

Ca(OH)2 → CaCO3 → Ca(HCO3)2 → CaCO3 → CaO → CaO2

Ca Ca(NO3)2 → CaO → CaCl2 → CaC2O4 → CaCl2 →Ca(OH)2

CaCl2 → Cl2 → Ca(ClO3)2 → O2 → Ca3(PO4)2

Mn(NO3)2 → MnO2 → MnCl2 → MnS → MnO2 → MnSO4

Mn MnSO4 → MnCl2 → MnCO3 → Mn(NO3)2 → HMnO4

MnCl2 → MnS → H2S → SO2 → H2SO4 → S → H2SO4

Cl2 → FeCl3 → FeCl2 → Fe(OH)2 → Fe(OH)3

KMnO4 MnO2 → Mn → Mn(NO3)2 → MnO2 → K2MnO4

O2 → MnSO4 → MnCl2 → MnS → Mn(NO3)2

Na[Al(OH)4] → Al(OH)3 → Al(NO3)3 → Al2O3 → Al

NaOH NaCl → Cl2 → KClO3 → O2 → Na2SO4 → Al(NO3)3

NaH2PO4 → Ca3(PO4)2 → P →PH3 → Cu → CuCl2

CaCl2 → Ca(NO3)2 → CaSO4 → Ca3(PO4)2 → Ca(H2PO4)2

Ca Ca(NO3)2 → CaO → Ca(OH)2 → Ca(ClO)2 → Cl2 → Ca(ClO3)2

CaS → SO2 → H2SO4 → H2S → H2SO4 → Fe2(SO4)3 → FeS

Cu(NO3)2 → CuO → CuSO4 → Cu → Cu(NO3)2

Cu2S CuSO4 → CuCl2 → Cu(NO3)2 → CuS → CuO → N2

CuO → Cu(OH)2 → K2[Cu(OH)4] → CuI → Cu(NO3)2

H2O O2 NaOH BaCl2 C, to HNO3 NaOH, to

SOCl2 —–® X1 « X2 ——® X3 —® X4 —® X5 ——® X6 ——® X7 + X8

Ba + X6 ® X5	X8 + KMnO4 + H2SO4 ® X3 +
X5 + HCl ® X9 +	X12 + H2SO4 ® X3 + X1 + X6 +
X1 + H'(Zn, HCl) ® X9 +	X1 + Na2Cr2O7 + H2SO4 ® X3 +
X9 + X1 ® X6 +	X1 + Cl2(г) ® X10
X9 + NaOH ® X7 +	X10 + H2O ® X11 +
X8 + O2 ® X3	X1 + HNO3 ® X11 +
X8 + X6 ® X12	X11 + NaOH ® X3 +

H2 F2 H2O, to NaOH H2, to

S –® X1 ® X2 ——® X3 ——® X4 ——® X7

X2 + X1 ® X5 +	X8 + X5 ® X9
X3(конц) + Cu ® X6 +	X8 + Na2Cr2O7 + X3 ® X4 +
X1 + X6 ® X5 +	X7 + H2O2 ® X4 +
X5 + HNO3(конц., гор.) ® X3 +	X7 + X8 + I2 ® X9 +
X5 + X3(конц., гор.) ® X6 +	X3 + Fe ® X10 +
X5 + NaOH ® X7 + X8(примесь X9) +	X10 + H2O2 + H2SO4 ® X11 +
X1 + NaOH ® X7 +	X11 + Fe ® X10
X6 + NaOH ® X8 +	X11 + X1 ® X10 + X5 + X3

HNO3(конц.) H2 X3 NaOH, to

CuI —————® X1 ® X2 –® X1 ———® X4 + X5 +

X1 + Cl2 + H2O ® X3 +	P + X1 + H2O ® X2 +
X4 + Cl2 ® X1 +	FeCl3 + X4 ® X1 +
X3 + NaOH ® X5 +	CuSO4 + X4 ® X1 +
X2 + NaOH ® X4 +	Na2SO3S + I2 ® X4 +
X5 ® X4 +	X2(конц) + Na2Cr2O7 ® X1 + X4 +
X4 + X5 + H2SO4 ® X1	X3 + FeSO4 + H2SO4 ® X1 +
NaBrO3 + I2 ® X5 +	X5 + H2O ® X7 +
KI + I2 ® X6	X7 + MnO4 + H2O ® X5 +

X2 + O2 + NH3 + H2O à X4 +	X4 + Na2S à X5¯ +
X5 + O2 à X1 +	X3 KI à X6 +
X6 + HNO3(КОНЦ) à X3 +	X3 + KOH à X7¯ +
X7 + глюкоза à X8 +	to
X7 + глюкоза à X9¯ +	X9 + HNO3(КОНЦ) à X3 +
X9 + NH3 + H2O àX10 +	X10 + O2 + H2O à X4 +
X10 + C2H2 à X11¯ +

X3 + H2SO4 à X4 + ...	X3 + KMnO4 à X4 + ...
X3 + KMnO4 à X5 + ...	X2 + KOH + H2O à X5
X3 + KOH +H2O à X5 + ...	X3 +HNO3(разб.) à X1 + ...
X3+ O2 à X2	X1 + KOH(изб.)à X5 + ...
X4 + Na2CO3 + H2O à X6 + ...	X1 + KOH à X6 + ...
X5 + CO2 à X6 + ...

HCl KOH KOH Cl2 H2SO4

K2FeO4 ——> X1 ——> X2 ——> X3 ——> X4 ——> X5

конц KOH р-р

to

H2SO4 (конц) + X9 ——> X5 + …

H2SO4 (р-р) + X9 ——> X6 + …

X5 + X9 ——> X6

X5 + Ba(NO3)2 ——> X7 + …

to

X7 ——> X8 + …

X8 + H2 ——> X9 + …

X1 + KSCN ——> ?

X6 + K3[Fe(CN)6] ——> ?

Цепочки превращений
по органической химии

Дана схема превращений веществ А и Б - изомеров с суммарной формулой C7H7NO. Известно, что относительная молекулярная маса одного из образующихся веществ Н равна 93.

Определите формулы всех веществ от А до С и напишите уравнения реакций.

Решение.

Из суммарной формулы C7H7NO веществ А и Б можно предположить, что в задаче рассматриваются ароматические соединения.

Из всех представленых в схеме продуктов реакции известна относительная молекульная масса вещества Н, поэтому идентификацию веществ удобно начать с этого соединения. Можно рпедположить, что превращение Н→М с участием азотистой кислоты HNO2 есть реакция диазотироваия ароматического амина.

Поскольку молекула вещества Н содержит ароматическое ядро, следовательно, Н может быть анилином C6H5NH2, что подтверждается соответствием указанного значения Mr = 93 со значением, рассчитанному по составу:

Mr(C6H5NH2)= 6·12 + 5·1 + 14 + 2·1 = 93

Тогда превращение М→Л - это реакция разложения диазосоединения, то есть взаимодействие диазосоединения C6H5NCl (продукт М) с водой с образованием фенола C6H5ОH (продукт Л). Согласно схеме фенол также получается декарбоксилированием вещества К (превращение К→Л), значит, соединение Л - гидроксибензойная кислота C6H5(ОН)СООH.

В свою очередь, гидроксибензойная кислота К может быть получена по схеме двумя способами. Один из них - это последовательность превращений З→И→К, включающая диазотирование вещества З и взаимодействие полученного диазосоединения И с водой (гидролиз). Из этого можно сделать заключение, что вещество З - аминобензойная кислота, которая получается каталитическим восстановлением продукта Ж, то есть нитробензойной кислоты.

Нитробензойная кислота Ж получается нитрованием вещества Г (превращение Г→Ж), следовательно, Г - бензойная кислота C6H5СООН. Как известно, при нитровании производных C6H5СООН нитро-группа входит в м-положение бензольного ядра. Это указывает на то, что все рассмотренные вещества (продукты Е – К, Р,С) являются м-дизамещенными бензола.

Анализируя превращения Б→Г (где Г - бензойная кислота), легко определить структуру вещества Б, состав которого известен:

С7H7NO + H2O → C6H5СООН

Очевидно, что Б - это амид бензойной кислоты (бензамид) C6H5СОNН2. По условию задачи вещества А и Б - изомеры.

При гидролизе А образуется бензальдегид:

С7Н7NО C6H5СНО

Следовательно, А содержит легкорасщепляемую связь С=N и является оксимом бензальдегида C6H5СН=N–ОН.

По структуре вещества Г можно идентифицировать также соединение Д и соответственно Е. Бензойная кислота получается окислением вещества Д, следовательно, Д - бензальдегид C6H5СНО, который при нитровании дает нитробензальдегид (продукт Е).