Углубленный курс для факультативных занятий (стр. 6 )

BaCO3 + 2 HNO3 = Ba(NO3)2 + H2O + CO2­

5 BaSO3 + 6HNO3 + 2 KMnO4 = 5 BaSO4¯ + 2 KNO3 + 2Mn(NO3)2 + 3 H2O

Молекулярная масса сульфата бария MBaSO4 = 233. Значит, в осадке находится 2,33/233 = 0,01 моль сульфата бария. Следовательно, первоначально образовалось 0,01 моль сульфита бария из 0,01 моль SO2. В исходной смеси было 0,01 моль серофодорода. Тогда, согласно условию, в смеси было 0,03 моль алкана.

Первоначальный осадок (19,9 г) содержал 0,01 моль сульфита бария. Это 2,17 г. Следовательно, в осадке также было (19,9 – 2,17) = 17,73 г карбоната бария. Это соответствует 0,09 моль карбоната бария. Таким образом, 0,03 моль алкана содержит 0,09 моль углерода. Исходный алкан содержит три атома углерода. Это пропан.

Задачи для самостоятельного решения

Уровень 1

Задача № 1

Атом углерода в органических соединениях называют первичным, вторичным, третичным или четвертичным, в зависимости от того, с каким числом соседних углеродных атомов он связан (с одним, двумя, тремя или четырьмя). В таблице представлены сведения о структуре некоторых углеводородов, не содержащих кратных связей.

Алкан	Число первичных атомов	Число вторичных атомов	Число третичных атомов	Число четвертичных атомов
А	4	1	0	1
Б	2	5	0	0
В	4	1	2	0
Г	1	2	1	0
Д	3	0	3	0
Е	8	0	4	1
Ж	2	0	0	0
З	0	0	0	0

Изобразите структурные формулы углеводородов А-З

Задача № 2

Масса колбы, заполненной смесью метана и кислорода, равна 57,5 г. Та же колба, заполненная метаном, имеет массу 57,0 г, а та же колба с кислородом — 59,0 г. Все газы находятся при одинаковых условиях. Достаточно ли в первой колбе кислорода для полного сгорания всего метана? Ответ подтвердите расчетом.

Задача № 3

Предельный углеводород, массой 0,75 г, подвергли полному бромированию. Полученный при этой реакции бромоводород пропустили через раствор нитрата серебра. Выпавший осадок отфильтровали, высушили и прокалили до постоянной массы, которая составила 16,2 г. Напишите структурную формулу исходного углеводорода.

Задача № 4

Определите молекулярную формулу углеводорода, если известно, что при полном сгорании 35,0 г этого соединения образовалось 50,4 г воды. Сколько граммов углекислого газа при этом образовалось?

Задача № 5

Получение алканов по методу Фишера-Тропша протекает на кобальтовом катализаторе по схеме: СО + Н2 ® СnH2n+2 + H2O. Оксид углерода (II) и водород в объемном соотношении 2:3 ввели в реакцию при 200°С. При этом образовалась смесь метана, этана и пропана в молярном соотношении 3:2:1. Вычислите, во сколько раз изменилось общее давление в системе, если синтез проходил при неизменных температуре и объеме и при этом прореагировало 20% СО.

Задача № 6

В молекуле алкана содержится 9 первичных и 3 четвертичных атома углерода. Определите, сколько третичных атомов углерода содержится в этой молекуле.

Задача № 7

При сгорании 6,0 г этана выделилось 312 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?

Задача № 8

При взрыве смеси 8 мл газообразного углеводорода и 36 мл кислорода образовалось 16 мл оксида углерода(IV) и некоторое количество водяных паров. После взрыва осталось 8 мл кислорода. Определите молекулярную формулу углеводорода (объемы газов указаны при одинаковых условиях).

Задача № 9

В каких объемных соотношениях надо смешать бутан с озонированным кислородом, имеющим плотность 1,785 г/л (н. у.), чтобы углеводород полностью сгорел?

Уровень 2

Задача № 1

Определите брутто-формулу углеводорода, который имеет плотность по водороду меньше 75 и содержит 87,27% углерода по массе. Предложите строение этого углеводорода, если известно, что он имеет в своей структуре только вторичные и третичные атомы углерода и как минимум два шестичленных цикла. Сколько различных монохлорпроизводных образуется при его неселективном радикальном хлорировании на свету?

Задача № 2

При взаимодействии смеси двух монобромалканов с металлическим натрием получена смесь углеводородов А, Б и В (в порядке возрастания молекулярной массы). Бромированием А можно получить два изомерных монобромпроизводных с плотностью по воздуху 4,72. Бромирование В приводит к трем продуктам с плотностью по воздуху 6,66. Определите структурные формулы всех упомянутых веществ. Приведите уравнения реакций. Как Вы думаете, какой из трех продуктов бромирования углеводорода В образуется в большем количестве и почему?

Задача № 3

Скорость реакции замещения атомов водорода на галоген в алканах зависит от ряда условий: природы галогена, типа разрываемой связи С-Н, температуры и других факторов. Хлорирование 2-метилбутана в газовой фазе при 50°С молекулярным хлором ведет к образованию четырех монохлорзамещенных соединений – 1-хлор-2-метилбутана, 2-хлор-2-метилбутана, 3-хлор-2-метилбутана и 1-хлор-3-метилбутана – в молярном соотношении 2:2:1,2:1.

Сколько различных типов связей С-Н присутствует в молекуле 2-метилбутана?

Как количественно соотносится активность С-Н связей различных типов в молекуле 2-метилбутана?

Определите, какие монохлорпроизводные и в каком мольном отношении будут образовываться при хлорировании в тех же условиях пропана и 2-метилпропана.

Задача № 4

При нагревании выше 500°С алканы подвергаются пиролизу с образованием сложной смеси продуктов. При этом происходит расщепление связей углерод-углерод с образованием алкильных радикалов. Для этих радикалов характерны два основных типа превращения: рекомбинация и диспропорционирование. При рекомбинации два радикала соединяются, образуя алкан. При диспропорционировании радикал либо отщепляет атом водорода от исходного алкана или алкана, образующегося в результате рекомбинации радикалов, либо претерпевает так называемый b-распад При b-распаде разрывается связь между вторым и третьим атомами от радикального центра (это может быть связь С-С, С-Н или С-гетероатом), в результате чего образуются алкен и новый радикал.

R× + R’× ® RR’ - рекомбинация радикалов

RCH2× + R’CH2R” ® RCH3 + R’R”CH× перенос радикального центра

RCH2CH2× ® R× + СН2=СН2 b-распад

RCH2C(R’)H× ® R× + СН2=СНR’ b-распад

R, R’ и R” – алкил или атом водорода

Рассмотрим пиролиз пропана. При этом первоначально образуются метильный и этильный радикалы.

1. Перечислите предполагаемые продукты пиролиза пропана в соответствии с предложенными выше механизмами (обоснуйте свой ответ).

2. Напишите уравнения радикальных реакций, приводящих к этилену из пропана (возможно несколько путей).

В таблице приведены энергии связей (в ккал/моль):

Связь	Энергия связи	Связь	Энергия связи
H-H	104	Cперв-H	99
Cперв-Cперв	88	Cвтор-H	96
Cперв-Cвтор	85	=C(R)-H	108
CH3-H	105	C=C	146

3. Используя данные таблицы, рассчитайте тепловые эффекты каждой из реакций из п. 2.

4. Почему при повышении температуры крекинга вклад процесса рекомбинации значительно уменьшается по сравнению с процессами диспропорционирования?

Задача № 5

При некоторых условиях скорости бромирования алканов в газовой фазе по первичному, вторичному и третичному атомам углерода соотносятся как 1:30:600. Напишите продукты бромирования 2-метилбутана. Вычислите мольную долю каждого продукта в образовавшейся смеси, предполагая, что она содержит только продукты монобромирования. Изобразите наиболее и наименее энергетически выгодные конформации основного продукта в этой смеси.

Задача № 6

Углеводород А содержит 84,21% углерода. При хлорировании в газовой фазе при 200 °С он образует единственное монохлорпроизводное. Сколько ди - и трихлорпроизводных образуется в ходе этого процесса? Напишите их структурные формулы и дайте их название по номенклатуре ИЮПАК.

Задача № 7

Газ, образовавшийся при полном сгорании 745,7 мл смеси пропана и метана (740 мм рт. ст., 98,64 кПа, 22 °С), может быть поглощен 49,02 мл 5,6%-ного раствора гидроксида калия (r 1.02). Определите состав газовой смеси углеводородов (в процентах по объему), если известно, что раствор, полученный после пропускания продуктов сгорания через раствор щелочи, не вызывает появления осадка при добавлении к нему раствора хлорида кальция. Какой объем воздуха (в пересчете на нормальные условия) потребуется для полного сгорания указанной газовой смеси?

Задача № 8

При действии брома на неизвестный углеводород образуется единственное галогенпроизводное, плотность паров которого в 5,207 раза больше плотности воздуха при одинаковых условиях. Определите структурную формулу данного углеводорода.

Уровень 3

Задача № 1

При действии хлора на углеводород А было получено только два монохлорпроизводных В и С, содержащих 29.5% хлора.

1. Установите структурные формулы веществ А, В и С.

2. Вычислите, в каком соотношении образуются В и С, если относительные скорости замещения при первичном, вторичном и третичном атомах углерода относятся как 1:4:5.