Задачи 11 класса (стр. 1 )

102. Задачи 11 класса

Задача 1

Трифосфат натрия (Na5P3O10) часто используется для смягчения воды за счет того, что трифосфат-анион легко образует комплексы с ионами Ca2+ и Mg2+:

Mg2+ + P3O105- = MgP3O103- (I)

? 1.  Изобразите структурную формулу трифосфат-аниона.

Образец жесткой воды содержит 50 мг/л ионов Mg2+. К 1 литру этой воды добавили 36,8 грамма трифосфата натрия.

? 2.  Оцените содержание ионов магния в воде (в мг/л) после установления равновесия, если значение константы равновесия реакции (I) равно 4×10-8.

Задача 2

Соединение А представляет собой жидкость с запахом бензола, причем его молекулярная масса отличается от молекулярной массы бензола всего лишь на 2,5 а. е.м.

При сгорании вещества А в атмосфере кислорода образуется три оксида:

В — твердый (68,94% кислорода по массе)

С — жидкий (88,81% кислорода по массе)

D — газообразный (53,32% кислорода по массе)

причем молярное соотношение оксидов В, С и D равно 1:2:2, а валентности оксидообразующих элементов в этих оксидах равны I, II и III (не соответственно).

При облучении А жестким электромагнитным излучением выделяется простое вещество Е и образуется бинарное соединение F, близкое по физическим свойствам к одной из аллотропных модификаций углерода, (техническое название вещества F — эльбор), содержащее 56,44% элемента Х.

? 1.  Определите элемент Х, вещества А — F, запишите уравнения реакций, упомянутых в задаче.

? 2.  Как, по Вашему, будет протекать реакция вещества А с горячей водой и раствором концентрированной щелочи?

? 3.  Как Вы думаете, какие еще свойства, кроме запаха и молекулярной массы будут близкими для бензола и вещества А? Почему?

Задача 3

Осуществите цепочку превращений, укажите условия их протекания:

Задача 4

Вещество Х представляет собой жидкость с резким раздражающим запахом. Установите его структурную формулу по следующим данным:

I.  Соединение Х оптически активно и не имеет геометрических изомеров;

II.  Х обесцвечивает раствор брома в CCl4, причем 1 моль Х присоединяет 1 моль брома ;

III.  При взаимодействии 2,98 грамма Х со спиртовым раствором нитрата серебра выпадает 3,76 грамма осадка;

IV.  Углеродный скелет молекулы Х имеет линейное строение;

V.  Молекулярная масса Х, определенная методом криоскопии, равна 149 г/моль.

Задача 5

Вещество А нерастворимо в воде, соляной, серной и азотной кислотах при комнатной температуре, но может быть растворено в смеси соляной и азотной кислот. При этом выделяется бесцветный газ B, постепенно коричневеющий на воздухе.

Если полученный раствор привести во взаимодействие с раствором нитрата бария, выпадает белый осадок вещества C, нерастворимого ни в соляной, ни в азотной кислотах любой концентрации, ни в их смеси, но растворимый в концентрированной серной кислоте.

Если же через раствор, полученный в результате растворения А в смеси соляной и азотной кислот, в течение длительного времени пропускать оксид серы(IV), образуется тяжелая серебристая жидкость — вещество D — нерастворимая в воде, разбавленной соляной и серной кислотах, но растворимая в концентрированной серной кислоте и в азотной кислоте любой концентрации.

? 1.  Определите вещества А — D, если дополнительно известно, что D можно получить нагреванием смеси А с негашеной известью. Напишите уравнения всех вышеперечисленных реакций.

? 2.  Какие еще вы знаете вещества, которые, подобно А, растворяются в смеси кислот, но не растворяются по отдельности в каждой из кислот, образующих эту смесь?

102. Решения 11 задач класса

Задача 3

1.  Вещества, в порядке перечисления:

A  СН3С(О)Н — уксусный альдегид;

B  СН3СН2ОН — этиловый спирт;

C  СН3СН2Br — бромэтан;

D  СН3СН2MgBr — этилмагнийбромид (реактив Гриньяра);

E  СН3СН2СООН — уксусная кислота;

F  СН3СН2С(О)NH2 — амид уксусной кислоты;

G  СН3СН2СООК — ацетат калия;

H  СН3СНBrC(O)Br — бромангидрид a-бромуксусной кислоты;

I  СН3СНBrCООН — a-бромуксусная кислота.

2.  Уравнения соответствующих реакций:

1.  С2Н2 + Н2О ® СН3С(О)Н (в присутствии ионов Hg+2 и H+);

2.  СН3С(О)Н + Н2 ® СН3СН2ОН (восстановление альдегида);

3.  СН3СН2ОН + HBr(газообразный) ® СН3СН2Br + H2O;

4.  СН3СН2Br + Mg ® СН3СН2MgBr (в среде безводного эфира);

5.  Разбивается на две подреакции:

(1) СН3СН2MgBr + СО2 ® СН3СН2С(О)ОMgBr (ацетат-бромид магния);

(2) СН3СН2С(О)ОMgBr + HBr ® СН3СН2СООН + MgBr2

6.  СН3СН2СООН + NH3 ® СН3СН2С(О)NH2 + H2O (при некотором нагревании);

7.  СН3СН2С(О)NH2 + КОН ® СН3СН2СООК + NH4Cl (концентр. щелочь);

8.  СН3СН2СООК + HCl ® СН3СН2СООH + КCl

9.  6СН3СН2СООH + 2P(красный) + 11Br2 ® 6СН3СНBrC(O)Br + 2HPO3 + 10HBr;

10. СН3СНBrC(O)Br + Н2О ® СН3СНBrCООН + HBr.

Задача 4

1.  В реакции с нитратом серебра вступают галогеналканы, при этом выпадает осадок галогенида серебра. Определим, какой именно галогенид образовался в данном случае:
из 2,98 грамм Х образуется 3,76 грамм AgHal
из 149 грамм Х образуется n×(108 + А(Hal)) грамм AgHal
Отсюда при n = 1 А(Hal) = 80 г/моль (атомная масса брома), других вариантов нет. Таким образом, в состав Х входит 1 атом брома.

2.  Взаимодействие Х с бромом в молярном соотношении 1:1 указывает на наличие в молекуле Х одной двойной связи.

3.  Определим молекулярную формулу Х, предположив, что в его состав входят только углерод, водород и бром. Молекулярная формула будет иметь общий вид: СnH2n-1Br. Одна двойная связь, скелет молекулы — нормальный, то есть цепь — линейная, незамкнутая. При n=5 молекулярная формула будет С5Н9Br.

4.  Условиям линейности и оптической активности будут отвечать следующие структурные формулы (Звездочкой отмечены оптически активные атомы углерода). Однако, соединение (1) имеет геометрические изомеры.:

1.
2.
3.

5.  Из двух структур (2) и (3) верным выбором является последняя структура —
3-бромпентен-1, содержащий атом брома в a-положении по отношению к sp2-гибридному атому углерода. Такие соединения обычно обладают резким запахом, часто выступают как слезоточивые и раздражающие вещества — лакриматоры (хлорацетон, хлорацетофенон, хлорпикрин и т. д.).

Задача 5

1.  Вещества, упомянутые в условии задачи:

A  HgS — сульфид ртути(II);

B  NO — оксид азота (II);

C  BaSO4 — сульфат бария;

D  Hg — ртуть.

2.  Уравнения реакций, проведенных в задаче:

(1) 3HgS + 8HNO3 + 6HCl ® 3HgCl2 + 3H2SO4 + 8NO + 4H2O

(2) Ba(NO3)2 + H2SO4 ® BaSO4¯ + 2HNO3

(3) 2HgCl2 + SO2 + 2H2O ®H2SO4 + Hg2Cl2 + 2HCl

(4) Hg2Cl2 + SO2 +2H2O ® H2SO4 + Hg¯ + 2HCl

(5) 4HgS + 4CaO ® 4Hg + 3CaS + CaSO4

3.  Реакции, упомянутые в условии задачи:

(1) BaSO4 + H2SO4 ® H2[Ba(SO4)2]

(2) Hg + 2H2SO4 ® HgSO4 + SO2 + 2H2O

(3) Hg + 4HNO3 ® Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O(в концентрированной HNO3)

(4) 6Hg + 8HNO3 ® 3Hg2(NO3)2 + 2NO + 4H2O (в разбавленной HNO3)

4.  Вещества, растворимые только в смеси кислот:

(1) Au + HNO3 + 4HCl ® H[AuCl4] + NO + 2H2O

(2) W + 8HF + 2HNO3 ®H2[WF8] + 2NO + 4H2O

(3) 3Pt + 4HNO3 18HCl ® 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O

103. Задачи 11 класса

Задача 1

В соответствии с федеральными законами США автомобилем можно управлять, если в крови содержится не более 0,08 граммов этанола на 100 мл крови. Объем крови среднего мужчины составляет 5,2 литра, плотность этанола равна 0,78 г/см3.

? 1.  Рассчитайте, какой объем чистого спирта, водки (объемная доля спирта — 40%), пива (объемная доля спирта — 5,3%) и кефира (объемная доля спирта — 0,1%) можно выпить, не достигая указанного опасного предела содержания спирта.

? 2.  В американских барах для водителей обычно бывают прикреплены таблички, указывающие, какую дозу спиртного напитка водитель может себе позволить. Допустимый объем пива и водки, указанный на подобных табличках имеет несколько более высокое значение, чем вычисленное Вами (если, конечно, Вы рассчитали все правильно). Почему.

Задача 2

Ниже приведены химические превращения, протекающие с участием распространенного в природе элемента Х:

Определите элемент Х, вещества А — Ж, запишите уравнения соответствующих реакций.

Задача 3

В 1827 году датский фармацевт Август Цейзе получил соль, названную впоследствии его именем. С получением соли Цейзе история химии связывает рождение новой отрасли химии.

Синтез проводился следующим образом: в безводном этиловом спирте значительное время кипятилась кислота А, состоящая только из водорода (0,595% по массе), хлора (41,84% по массе) и еще одного элемента Х (на один атом Х в данной кислоте приходится 4 атома хлора). В ходе кипячения наблюдалось выделение летучего водородного соединения, содержащего 2,76% водорода (по массе). По окончании кипячения к полученному раствору прибавляли насыщенный раствор хлорида калия в безводном этаноле, после чего наблюдалось образование светло-желтого осадка соли Цейзе (соединение Б).