Задача Чтобы установить формулу хромокалиевых квасцов Х k so ∙ y Cr (so ) ∙ z h o



страница3/4
Дата05.03.2019
Размер0.57 Mb.
ТипЗадача
1   2   3   4

А). Гептанол-1 не подходит, т.к из первичного спирта образуется одно вещество.

СН3−СН2−СН2−СН2−СН2−СН2−СН2−ОН

СН3−СН2−СН2−СН2−СН2−СН2=СН2
Если же предположить, что исходный спирт нормального строения вторичный (гептанол-2 или гептанол-3), то образуется смесь двух алкенов:

СН3−СН(ОН)−СН2−СН2−СН2−СН2−СН3

СН3−СН=СН−СН−СН2−СН2−СН3 (основной продукт) + +СН2=СН−СН2−СН2−СН2−СН2−СН3
СН3−СН2−СН(ОН)−СН2−СН2−СН2−СН3

СН3−СН2−СН=СН−СН2−СН2−СН3 (основной продукт) + +СН2−СН=СН−СН2−СН2−СН2−СН3


При дегидратации гептанола-4 образуется одно вещество

СН3−СН2−СН2−СН(ОН)−СН2−СН2−СН3

СН3−СН2−СН2−СН=СН−СН2−СН3 (2б)

Б). Продуктом дегидратации каждого из первичных спиртов (2-метилгексанола-1 и 3-метилгексанола-1, 4-метилгексанола-1 и 5-метилгексанола-2) будет одно вещество. Например:

СН(ОН)−СН(СН3)−СН2−СН2−СН2−СН3

СН2=С(СН3)−СН−СН−СН2−СН2−ОН
СН(ОН)−СН2−С(СН3)−СН2−СН2−СН3

СН2=СН−С(СН3)−СН−СН2−СН2−ОН (2б)


В). Вторичные спирты гексанолы-2 образуют при дегидратации по 2 изомера. Например:

СН3−СН(ОН)−СН(СН3)−СН2−СН2−СН3

СН2=С(СН3)−СН2−СН2−СН2−СН2−ОН (основной продукт) +

+ СН3−СН=С(СН3)−СН2−СН2−СН3


СН3−СН(ОН)−СН2−СН(СН3)−СН2−СН3

СН3−СН=СН−С(СН3)−СН2−СН3 (основной продукт) +

+ СН2=СН−СН2−С(СН3)−СН2−СН3 (2б)
Г). Рассмотрим дегидратацию третичных спиртов

Продуктами дегидратации 2-метилгексанола-2 будут 2 алкена:

СН3−СН(ОН)(СН3)−СН2−СН2−СН2−СН3

СН3−С(СН3)=СН−СН−СН2−СН3 (основной продукт) +

+ СН2=С(СН3)−СН2−СН2−СН2−СН3
При дегидратации 3-метилгексанола-3 возможно образование трех изомеров. Два из них образуются в соответствии с правилом Зайцева (основные продукты) и в небольшом количестве идет образование побочного продукта:

СН3−СН2−СН(ОН)(СН3)−СН2−СН2−СН3

СН3−СН=С(СН3)−СН−СН2−СН3 (основной продукт) + +СН3−СН2−С(СН3)=СН−СН2−СН3 (основной продукт) +

+СН2=С(С2Н5)−СН2−СН2−СН3


Основные продукты:

СН3−СН=С(СН3)−СН−СН2−СН3 3-метилгексен-2;

СН3−СН2−С(СН3)=СН−СН2−СН3 3-метилгексен-3.

Побочный продукт

СН2=С(С2Н5)−СН2−СН2−СН3 2-этилпентен-1. (4б)

Д). Если за основу для рассмотрения взять структуры третичных пентанолов, то образование трех изомеров возможно только при дегидратации 2,3-диметилпентанола-3, но только один из них будет основным (выполняется правило Зайцева).

СН3−СН(СН3)−СН(ОН)(СН3)−СН2−СН3

СН3−СН(СН3)=С(СН3)−СН−СН3 (основной продукт) + +СН3−СН(СН3)−С(СН3)=СН−СН3 (побочный продукт) +

+СН2=С(С2Н5)−СН(СН3)−СН3 (побочный продукт) (3б)



Задача 5.

Какие ценные промышленные материалы можно получить в результате следующих реакций:

1). Na 2CO3 + CaCO3 + SiO2

2). Ca3 (PO4)2 + H2 SO4

3). Ca3 (PO4)2 + H3 PO4

4). Al2O3

5). Ca3 (PO4)2 + SiO2 + C →

6). SiO2 + C →

7). NaCl + H2 O →

8). Cl2 + Ca(OH)2

9). Cl2 + KOH(ГОРЯЧИЙ)

10). N2 + H2

Напишите полные уравнения реакций, укажите условия протекания реакций (для окислительно-восстановительных реакций составьте уравнения электронного баланса). Назовите продукты реакций и укажите области их применения.

(20 баллов)

Решение.

1). Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 Na2O ∙CaO∙6SiO2 + 2CO2

Na2O ∙CaO∙6SiO2 − стекло (оконное стекло, стеклянная посуда) (2б)

2). Ca3 (PO4)2 + 2H2 SO4 Ca(Н2PO4)2 + 2Ca SO4



Ca2PO4)2 + 2Ca SO4 − суперфосфат или простой суперфосфат (фосфорное удобрение, содержит бесполезный «балласт» плохо растворимый в воде CaSO4).

(2б)

3). Ca3 (PO4)2 + 4H3 PO4 3 Ca(Н2PO4)2

Ca(Н2PO4)2 − двойной суперфосфат (фосфорное удобрение) (2б)

4). Al2O3 4Al + 3O2

о-ль: 2Al3+ + 2∙3e → 2Al0 │2

в-ль: 2O-2 − 2∙2e → O2 │3

Алюминий (Al) − легкий, пластичный, металл, хорошо проводит электрический ток и тепло. Применяется в качестве конструкционного материала в авиастроении, судостроении, машиностроении, в строительстве, в электротехнике − как проводник. В быту применяется алюминиевая посуда, алюминиевая фольга. (2б)
5) Ca3 (PO4)2 + 3SiO2 + 5C 3CaSiO3 + 2P + 5СО

о-ль: 2P+5 + 2∙5e → 2P0 │1

в-ль: C+2 − 2e → C0 │5

Фосфор (Р) используется в производстве фосфорной кислоты, из которой получают удобрения; красный фосфор используют при изготовлении спичек (наносится на спичечную коробку). (2б)


6). SiO2 + 3C SiС + 2CО↑

SiС − карбид кремния, или карборунд (по твердости близок к алмазу). SiС применяют для изготовления точильных камней и шлифовальных кругов.

Возможна реакция

SiO2 + 2C Si + 2CО↑

Кремний используется для получения полупроводниковых материалов различных сплавов. Сплав с железом — ферросилиций обладает большой кислотоустойчивостью, из такой стали изготавливают химическую аппаратуру.

(2б)

7). 2NaCl + 2H2 O H2 ↑ + 2NaOH + Cl2

о-ль: 2H+ + 2∙1e → H20 │1

в-ль: 2C l- − 2∙1e → Cl20 │1

Водород служит сырьем для получения аммиака, хлороводорода, метанола и других веществ. В пищевой промышленности водород используется для гидрогенизации растительных масел. Как очень легкий газ − для заполнения воздушных шаров, зондов, а также как экологически чистое топливо и т.д.

Хлор используется для отбеливания бумаги, тканей, для дезинфекции питьевой воды, в производстве хлорной извести, фосгена, хлороформа, хлороводорода и т. д.

Гидроксид натрия (NaOH) используют для очистки нефти, масел, в производстве бумаги, мыла, искусственных волокон, для получения соды. (2б)

8). 2Cl2 + 2Ca(OH)2 → CaCl2 + Ca(OCl)2 + 2H2 O

о-ль: Cl2 + 2∙1e → 2Cl- │1

в-ль: Cl2 − 2∙1e → 2Cl- │1

CaCl2 − хлорид кальция; Ca(OCl)2 − гипохлорит кальция или

Или Cl2 + Ca(OH)2 → CaOCl2 + H2 O

CaOCl2 − смешанная соль, хлорид-гипохлорит кальция, хлорная (белильная) известь. CaOCl2используется для отбеливания и дезинфекции.(2б)
9). 3Cl2 + 6KOH(ГОРЯЧИЙ) → 5KCl + KClO3 + 3H2 O

о-ль: Cl2 + 2∙1e → 2Cl- │5

в-ль: Cl2 − 2∙5e → 2Cl+5 │1

KClO3 − хлорат калия или бертолетова соль. KClO3 используют при производстве спичек (в составе спичечной «головки») и в пиротехнике. (2б)


10). N2 + 3H2 2NH3

о-ль: N20 + 2∙3e → 2N-3 │1

в-ль: H20 − 2∙1e → 2H+ │3

NH3 − аммиак используют в качестве сырья при производстве азотных удобрений, азотной кислоты, соды, мочевины. Жидкий аммиак используют в качестве охлаждающего агента, а также в качестве растворителя. В медицине применяют гидроксид аммония (нашатырный спирт). (2б)


Муниципальный этап Всероссийской олимпиады

школьников по химии в 2015/2016 учебном году

Теоретический тур (решения)

11 КЛАСС

Задача 1.

На какую максимальную глубину может опуститься уровень природного известнякового плато за 1000 лет за счет растворения карбоната кальция в выпадающей на плато дождевой воде, если дождевая вода полностью стекает с поверхности плато, но лишь после установления равновесия между дождевой водой и карбонатом кальция? Уровень осадков, выпадающих ежегодно на плато в течение 1000 лет, принять одинаковым и равным 800 мм/год. Концентрация диоксида углерода в дождевой воде равна 0,005% (мас.). Плотность известняка примите равной 2700 кг/м3.



(20 баллов)

Решение.

Карбонат кальция растворяется углекислоты с образованием гидрокарбоната кальция:

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2

Согласно уравнению n(CaСO3) = n(СO2). (2б)

Произведем расчет количества CO2, растворяющегося в течение года.

n(СO2) = m(СO2)/M(СO2); (1б)

m(СO2) = mосадков в год∙ω(СO2). (1б)

Масса осадков в год

mосадков в год = ρ(H2O)∙Vосадков в год = ρ(H2O)∙h∙S,

где h − количество осадков в год, м;

S − площадь плато, м2.

Тогда масса углекислого газа и его количество равны:

m(СO2) = mосадков в год∙ω(СO2) = ρ(H2O)∙h∙S∙ω(СO2).

n(СO2) = m(СO2)/M(СO2) = ρ(H2O)∙h∙S∙ω(СO2)/ M(СO2). (5б)

Количество растворяющегося карбоната кальция равно

n(СaCO3) = m(СaCO3)/M(СaCO3);

m(СaCO3) = ρ(СaCO3)∙V(СaCO3) = ρ(H2O)∙H∙S,

где H − глубина, на которую опускается плато, м;

S − площадь плато, м2.

n(СaCO3) = m(СaCO3)/M(СaCO3) = ρ(СaCO3)∙H∙S/M(СaCO3). (5б)

Поскольку n(CaСO3) = n(СO2),

то ρ(СaCO3)∙H∙S/ M(СaCO3) = ρ(H2O)∙h∙S∙ω(СO2)/ M(СO2).

Площадь плато в левой и правой частях уравнения можно сократить

ρ(СaCO3)∙H/ M(СaCO3) = ρ(H2O)∙h∙ω(СO2)/ M(СO2).

Откуда H = = =

= 3,34∙10−5м = 3,34∙10−2мм. (5б)

Таким образом, плато опускается на 0,034 мм в год.

За тысячу лет плато опустится на 34 мм. (1б)



Задача 2.

В колбе объемом 5 л установилось химическое равновесие:

2NO + O2 ↔ 2NO2.

Равновесная концентрация оксида азота (IV) составляет 0,03 моль/л. Как изменится скорость обратной реакции, если в колбу добавить 13,8 г NO2? Обратная реакция элементарная.



(20 баллов)

Решение.

Согласно закону действия масс скорость обратной реакции при установлении равновесия равна

υобр = k∙C(NO2)2 = k∙0,032 = 9∙10−4k. (3б)

Концентрация NO2 после добавления 13,8 г этого газа увеличится на

Δν(NO2) = m(NO2)/M(NO2) = 13,8/46 = 0,3 моль. (4б)

Изменение концентрации диоксида азота составит:

ΔС(NO2) = Δν(NO2)/V = 0,3/5 = 0,06 моль/л. (4б)

Таким образом, концентрация диоксида азота после его добавления будет равна

С׳(NO2) = 0,03 моль/л + 0,06 моль/л = 0,09 моль/л, (4б)

а скорость реакции

υобр׳ = k∙C׳(NO2)2 = k∙0,092 = 8,1∙10−3k. (3б)

Отношение скоростей обратной реакции после добавления NO2 и до него составит

υ׳обробр = 8,1∙10−3k/9∙10−4k = 9. (2б)

Следовательно, скорость обратной реакции после добавления NO2 увеличится в 9 раз.



Задача 3.

Объем смеси газов, состоящей из водорода и двух гомологов ацетиленовых углеводородов, отличающихся на две метиленовые группы, в результате каталитического гидрирования уменьшился на 4,48л (н.у.). При пропускании такого же объема исходной смеси через бромную воду масса раствора увеличилась на 4,28г. Смесь продуктов гидратации гомологов дает отрицательную реакцию серебряного зеркала. Определите ацетиленовые углеводороды, считая, что в обоих случаях происходит полное насыщение связей. Установите количественный состав смеси (моль). Для соединения с большей молярной массой составьте структурные формулы возможных изомеров, назовите их.



(20 баллов)

Решение.

Отрицательная реакция серебряного зеркала продуктов гидратации углеводородов, означает, что смесь не содержит ацетилена. Продуктом гидратации ацетилена является этаналь, вступающий в реакцию серебряного зеркала. При гидратации гомологов ацетилена образуются кетоны. (2б)

Реакции гидрирования углеводородов:

R1−C≡C−R2 + 2H2 = R1−CH2−CH2−R2;

R1−C≡C− CH2−CH2−R2 + 2H2 = R1−CH2−CH2−CH2−CH2−R2. (2б)

Пусть количество углеводорода с меньшей молярной массой равно n1, а количество углеводорода с большей молярной массой − n2.

Из уравнений реакций гидрирования следует, что

n(H2)1= 2n1 и n(H2)2 = 2n2.

Суммарное количество водорода, необходимое для полного гидрирования углеводородов, равно

n(H2)Σ = n(H2)1 + n(H2)2 = 2n1 + 2n2 = 2(n1 + n2). (2б)

Объем исходной смеси уменьшился за счет расходования водорода на гидрирование углеводородов.

Поэтому количество водорода равно

n(H2)Σ = V/ VМ = 4,48/22,4 = 0,2 моль.

n(H2)Σ = 2(n1 + n2) = 0,2 моль.

Откуда суммарное количество углеводородов равно

(n1 + n2) = n(H2)Σ/2 = 0,2/2 = 0,1 моль. (2б)

Реакции бромирования углеводородов

R1−C≡C−R2 + 2Br2 = R1−CBr2−CBr2−R2;

R1−C≡C− CBr2−CBr2−R2 + 2Br2 = R1−CBr2−CBr2−CH2−CH2−R2. (2б)

Масса раствора увеличилась на 4,28 г в результате взаимодействия брома с 0,1 моль углеводородов.

Можно найти молярную массу смеси углеводородов

М Σ = m/(n1 + n2) = 4,28/0,1 = 42,8 г/моль. (2б)

В общем случае численное значение молярной массы смеси двух газов больше, чем молярная масса более легкого газа и меньше, чем молярная масса более тяжелого газа. Полученное значение молярной массы смеси углеводородов 42,8 г/моль больше молярной массы пропина C3H4 (40г/моль) и меньше молярной массы любого из последующих членов гомологического ряда ацетиленовых углеводородов. Следовательно, смесь содержит пропин. Согласно условию задачи молекулярная формула второго углеводорода С5H8. (2б)

Чтобы найти массы углеводородов необходимо решить систему уравнений:

n1 + n2 = 0,1

M1∙n1 + M2∙n2 = 4,28

Можно использовать метод подстановки

n2 = 0,1− n1

40n1 + 68(0,1− n1) = 4,28

n1= 0,09; n2 = 0,1− 0,09 = 0,01 моль. (3б)

Возможные структурные формулы изомеров углеводорода с большей молярной массой:

НС≡С−СН2−СН2−СН3 Н3С−С≡С−СН2−СН3

пентин-1 пентин-2



3-метилбутин-1 (3б)



Задача 4.

Составьте уравнения химических реакций. При написании уравнений используйте структурные формулы органических веществ. Назовите органические вещества.



(20 баллов)
Решение.

1). Дегидроциклизация октана с образованием 1,2-диметилбензола (о-ксилола) −Х1



(1,5б)

2). Дегидроциклизация октана с образованием этилбензола2)



(1,5б)

3). 1,2 диметилбензол (о-ксилол) окисляется перманганатом калия в кислой среде до 1,2-бензолкарбоновой (о-фталевой) кислоты (X3)

6Н4−(СН3)2 + 12KMnO4 + 18H2SO4 = 5С6Н4−(СOOH)2 + 12MnSO4 + + 6K2SO4 + 28H2O

(2,5б)

4). Нейтрализация о-фталевой кислоты c образованием о-фталата натрия (X4)

С6Н4−(СOOH)2 + 2NaOH → С6Н4−(СOONa)2 + 2H2O (1б)

5). При выпаривании и последующем прокаливании соли происходит ее декарбоксилирование с образованием бензола5)

С6Н4(СOONa)2 + 2NaOH(изб) → С6Н6 + 2Na2CO3 (1,5б)

6). Этилбензол окисляется перманганатом калия в кислой среде до бензойной кислоты (X7) и СО2

6Н5−С2Н5 + 12KMnO4 + 18H2SO4 = 5С6Н5−СOOH + 5СО2 + 12MnSO4 + + 6K2SO4 + 28H2O

(2,5б)

7). Дегидрирование этилбензола с образованием стирола (винилбензола) (Х6)



(1б)

8). Стирол (винилбензол) окисляется перманганатом калия в кислой среде до бензойной кислоты (X7) и СО2

С6Н5−СН=СН2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = С6Н5−СOOH + СО2 + 2MnSO4 + + K2SO4 + 4H2O

(2,5б)

9). Нейтрализация бензойной кислоты (X7) c образованием бензоата натрия (Х8)

С6Н5−СOOH + NaOH → С6Н5−СOONa + H2O (1б)

10). При выпаривании и последующем прокаливании соли происходит ее декарбоксилирование с образованием бензола (Х5)

С6Н5−СOONa + NaOH(изб) → С6Н6 + Na2CO3 (1,5б)

11). При нагревании стирола с перманганатом калия в нейтральной среде образуется двухатомный спирт − фенилэтандиол (Х9)

6Н5−СН=СН2 + 2KMnO4 + 4H2О = 3С6Н5−СН(OH)−СН2(ОН) + 2MnO2 + + 2KOН

(2,5б)

12). При сополимеризации стирола с 1,3-бутадиеном образуется бутадиенстирольный каучук



(1б)

Задача 5.

Основная масса анилина используется для производства красителей. Кроме того, анилин является сырьем для синтеза многих лекарственных препаратов, анилиноформальдегидных смол. Напишите уравнения реакций получения анилина из метана в 4 стадии. Рассчитайте объем природного газа, содержащего 96% (об.) метана, необходимого для получения 1тонны анилина, при 298К и давлении 101,3 кПа. Выход продукта составляет 30%, 75%, 80% и 95% на первой, второй, третьей и четвертой стадиях соответственно.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница