Углубленный курс для факультативных занятий (стр. 11 )

Задача № 11

Смесью бутена-1, бутена-2 и водорода с плотностью по гелию 3,875 заполнили герметичный термостатированный сосуд с платиновым катализатором. К моменту установления равновесия давление в реакторе составило 80% от первоначального. Определите объемную долю (в %) бутана в равновесной смеси.

Задача № 12

Расшифруйте следующую схему превращений

если А – углеводород, в котором массовая доля углерода составляет 92,31%. Напишите структурные формулы веществ А-D и уравнения соответствующих реакций.

Задача № 13

В результате взаимодействия 2,80 г смеси бутенов с раствором перманганата калия в присутствии серной кислоты образовалось 0,72 г пропионовой кислоты и выделилось 0,896 л (н. у.) углекислого газа. Какие углеродсодержащие соединения и в каком количестве были получены, если окисление прошло с количественным выходом? Каков качественный и количественный состав исходной смеси?

Задача № 14

В результате присоединения чистого бромоводорода к изобутену в темноте при комнатной температуре получается преимущественно только одно монобромпроизводное. Однако если реакцию проводить на свету, причем использовать бромоводород, разбавленный равным объемом воздуха, то образуется смесь двух изомерных монобромпроизводных. Напишите уравнения реакций и предложите механизмы реакций, объясняющих описанные явления.

Уровень 2

Задача № 1

Имеется углеводород С6Н12, который: а) легко реагирует с бромом, особенно в присутствии FeBr3; б) легко присоединяет HBr и HI; в) гидрируется на никелевом катализаторе с образованием 3-метилпентана; г) не реагирует на холоду с раствором KMnO4. Определите углеводород. Напишите уравнения реакций. Напишите структурные формулы соединений, образующихся в реакциях а), б), в).

Задача № 2

Смесь этена и пропена объемом 11,2 л имеет плотность по водороду 16,8. К смеси прибавили такой же объем водорода и пропустили ее над платиновым катализатором. Объем смеси на выходе из реактора составил 17,92 л. Определите состав начальной и конечной смеси газов (в % по объему) и степень превращения (в %), считая, что она одинакова для обоих алкенов. Все объемы измерены при н. у.

Задача № 3

Смесь этана, этилена и пропена имеет плотность по водороду 15,9. К 1 литру этой смеси добавили 1 литр водорода и пропустили полученную смесь над платиновым катализатором. Общий объем газов на выходе из реактора составил 1,5 л. Рассчитайте состав исходной смеси углеводородов в процентах по объему, считая что реакция прошла количественно (все объемы измерены при н. у.).

Задача № 4

Органическое вещество А при слабом нагревании в концентрированной фосфорной кислоте разлагается, образуя смесь газов с плотностью по водороду 25, причем в растворе не остается органических веществ. Если образовавшуюся смесь газов пропустить через бромную воду, то ее объем уменьшается вдвое, а при последующем пропускании через раствор щелочи ее остаток поглощается полностью. Определите вещество А, если известно, что атомы водорода в нем неразличимы. Напишите уравнения упомянутых реакций. Предложите способ получения вещества А. Для каких целей вещество А широко используется в органическом синтезе? Приведите пример.

Задача № 5

Смесь алкена с водородом общим объемом 26,88 л (н. у.) пропустили над платиновым катализатором при 200°С. При этом прореагировало 75% алкена, и объем смеси уменьшился до 20,16 л (н. у.). При пропускании исходной смеси через склянку с бромной водой весь углеводород прореагировал, и масса склянки увеличилась на 16,8 г. Определите состав исходной смеси (в % по объему) и строение исходного алкена.

Задача № 6

При обработке 50% серной кислотой 3,3-диметилбутанола-1 (А) образуются углеводороды В и С. Напишите их структурные формулы. Напишите уравнения реакций В и С с HBr: а) в газовой фазе в присутствии радикального инициатора и б) в водном растворе.

Задача № 7

Алкен А, содержащий по данным спектра 1Н ЯМР атомы водорода только одного типа, при хлорировании в темноте образует продукты Б и В. При сгорании 1 г вещества В образуется 2,23 г углекислого газа и 0,835 г воды.

Напишите структурные формулы А, Б и В, учитывая, что они содержат одинаковое число атомов углерода, а Б и В образуются из А через один и тот же интермедиат.

Задача № 8

К 5,6 г алкена А добавили раствор 15 г перманганата калия в 100 мл 2 М серной кислоты. Полученную смесь нагревали в течение 6 ч. Анализ содержимого колбы показал, что исходный алкен прореагировал полностью, а единственным органическим соединением в колбе является вещество В. Для нейтрализации полученной реакционной смеси потребовалось 65 мл 4 М раствора KOH. Вещество В также было единственным органическим продуктом, полученным при нагревании 5,4 г алкена С с 35 г KMnO4 в 500 мл 1 М серной кислоты. Определите количество (в молях) KOH, необходимое для нейтрализации реакционной смеси, полученной при окислении В.

Задача № 9

Этилен находит все новые применения в крупнотоннажном производстве химических веществ, в частности полимеров. Громадные количества его получают термическим и каталитическим крекингом алканов, выделяемых из природного газа и нефти.

В присутствии серебряного катализатора этилен реагирует с кислородом, образуя Р. Соединение Р при нагревании с подкисленной водой образует Q. Соединение Р содержит атомы водорода только одного типа, а соединение Q – двух типов.

Идентифицируйте вещества Р и Q и изобразите их структуры.

Задача № 10

При действии на 1-метилциклогексен (А) бромной воды образуется соединение Б, хлорной воды – соединение В, однохлористого иода – соединение Г. Озонирование соединения А с последующей обработкой продукта цинком в уксусной кислоте приводит к образованию соединения Д. В результате трехстадийного синтеза из А образуется 2-метилциклогексанон.

1. Изобразите пространственное строение соединений Б, В и Г.

2. Напишите структурную формулу Д.

3. Предложите способ трехстадийного превращения А в 2-метилциклогексанон, указав строение промежуточных продуктов, реагенты и условия проведения реакций.

Задача № 11

Смесь двух газообразных углеводородов А и В (плотность смеси по водороду равна 28) пропустили через избыток бромистоводородной кислоты, что привело к уменьшению объема газов. Оставшийся газ представляет собой индивидуальное соединение с плотностью 2,5 г/л (н. у.). После выдерживания А в закрытом сосуде над катализатором Граббса при 40°С до установления равновесия давление в сосуде уменьшается на 35%. Образовавшееся соединение С отделили и изучили методом 1Н ЯМР. Было найдено, что оно содержит только один тип атомов водорода. Определите структуры соединений А-С.

Уровень 3

Задача № 1

При гидрировании углеводорода А над платиновым катализатором в мягких условиях (ниже 100 ºС) образуется вещество Б, сжигание которого дает 5,0 г СО2 и 2,05 г H2O. Эквимолярная смесь паров А и Б имеет плотность по воздуху 2,86. Углеводород В легко получается при каталитическом дегидрировании веществ А и Б. По данным спектроскопии ЯМР все атомы углерода в Б и В эквивалентны. Теплота сгорания 10,50 г вещества А составляет 477,9 кДж/моль, теплота сгорания 10,25 г вещества Б составляет 478,8 кДж/моль, а при сжигании 9,75 г В выделяется 409,7 кДж/моль (все данные при постоянном давлении).

1. Определите вещества А, Б, В. К каким классам органических соединений они относятся?

2. На основании приведенных данных по теплотам сгорания определите теплоты гидрирования веществ А, Б и В, учитывая, что теплота сгорания 1 моль водорода составляет 286 кДж/моль.

Задача № 2

Углеводород А состава С9Н14 не имеет пространственной изомерии. При гидрировании А в присутствии катализатора Уилкинсона последовательно образуются углеводород В состава С9Н16, который существует в виде двух энантиомеров, и соединения С и D состава С9Н18, являющиеся диастереомерами. Нагревание А в ампуле над Pt/Al2O3 в отсутствии водорода дает смесь соединений D и E в соотношении 1:2. Определите структурные формулы соединений А-Е.

Задача № 3

По мере создания новых экспериментальных методов разделения смесей, в частности, метода газо-жидкостной хроматографии, были проверены и уточнены результаты ряда исследований, выполненных в конце 19 и в первой половине 20 века. Тщательное газо-хроматографическое изучение состава смеси, полученной при интенсивном облучении раствора хлора в углеводороде А, показало, что наряду с непрореагировавшим углеводородом А в смеси среди продуктов реакции обнаруживается 6 монохлорпроизводных, а также некоторое количество ди- и трихлорпроизводных (разделение геометрических и пространственных изомеров при этом анализе не было достигнуто). Относительная плотность паров полученных дихлорпроизводных в 1,324 раза превышает плотность паров двух монохлорпроизводных X и Y и в 1,349 раза выше плотности остальных четырех монохлорпроизводных Z1-Z4.

1. Напишите структурные формулы соединений A, X, Y, Z1-Z4.

2. Установите, сколько изомеров существует у углеводорода А и сколько монохлорпроизводных должно образоваться при хлорировании каждого изомера.

3. Предложите механизм образования монохлорпроизводных X, Y, Z1-Z4.

Задача № 4

Углеводород А (С6Н12) при действии молекулярного брома в четыреххлористом углероде образует продукт В, существующий в виде единственного стереоизомера. Последовательное взаимодействие А с (C2H5)2BD и СН3СOOD приводит к образованию соединения С в виде смеси двух энантиомеров. При взаимодействии А с бромной водой наряду с В образуется D.

1. Напишите структурные формулы соединений А, В и С с учетом их стереохимии.