Х является важным продуктом крупнотоннажной химической промышленности — в настоящее время его мировое производство составляет более 8 млн т. в год. Первое промышленное производство Х



Скачать 102.12 Kb.
Дата27.06.2019
Размер102.12 Kb.
ТипЗадача

ПРИМЕРЫ КОНТЕКСТНЫХ ЗАДАЧ ПО ХИМИИ (с решениями)

Участникам семинара будет предложено 63 задачи с решениями.

ЗАДАЧА №1

Соединение Х является важным продуктом крупнотоннажной химической промышленности — в настоящее время его мировое производство составляет более 8 млн. т. в год. Первое промышленное производство Х в СССР было основано на использовании реакции С.В. Лебедева, для чего пары соединения А пропускают над нагретой смесью оксидов цинка и магния. Германия, в отличие от СССР, не располагала ни источниками нефти, ни богатыми ресурсами растительного сырья, поэтому соединение Х в то время получали из карбида кальция. В настоящее время Х в промышленности получают каталитическим дегидрированием предельного углеводорода Е. Все упомянутые выше способы получения приведены на схеме. http://cys.niic.nsc.ru/img/education/problem-book/tasks/2009/vso-09-4-10-02.png

1. Приведите структурные формулы и названия соединений A-Еи Х.

2. Как Вы думаете, каково основное применение Х(с какой целью его получают в таких огромных количествах)?

3. Изобразите структурные формулы основных продуктов, образующихся при взаимодействии Х с бромоводородом в различных условиях: а) при температуре +80 °С; б) при температуре −80 °С.

4. Если соединение Х нагреть до 150–200 °С и выдержать некоторое время в автоклаве при этой температуре, то удается получить циклическое соединение Y. Приведите структурную формулу Y.

5. Напишите уравнения реакций (с указанием всех продуктов и стехиометрических коэффициентов), происходящих при кипячении X и Y с избытком раствора перманганата калия, подкисленного серной кислотой.

Решение:


  1. Соединение Х – это бутадиен-1,3 или дивинил. Промышленный способ получения дивинила, разработанный С.В. Лебедевым, заключался в пропускании паров этанола (А) при 400–500 оС над катализатором, который способствует одновременной дегидратации и дегидрированию.

описание: vso-09-4-10-06

Получение бутадиена-1,3 из карбида кальция (CaC2) менее выгодно, поскольку включает в себя большое количество стадий: сначала получают ацетилен (Б), затем по реакции Кучерова – уксусный альдегид (В)



http://cys.niic.nsc.ru/img/education/problem-book/solutions/2009/vso-09-4-10-04.png

При действии водного раствора щелочи альдегиды вступают в реакцию альдольной конденсации. Катализируемая основаниями альдольная конденсация начинается с образования енолят-иона под действием гидроксид-иона. Енолят-ион является нуклеофилом и легко атакует альдегидную группу второй молекулы альдегида. Продуктом этой стадии является алкоксид-анион, который затем превращается в конечный продукт – альдоль. Таким образом, альдоль Г– 3-гидроксибутаналь. Следующая стадия представляет собой реакцию восстановления – водород в присутствии палладия восстанавливает альдегидную группу до спиртовой, при этом образуется бутандиол-1,3(Д). Оксид алюминия является дегидратирующим агентом, поэтому из диола Дпри отщеплении двух молекул воды образуется дивинил или бутадиен-1,3(Х). http://cys.niic.nsc.ru/img/education/problem-book/solutions/2009/vso-09-4-10-05.png

Бутадиен-1,3 может получиться в результате дегидрирования н-бутана(Е). Промышленный способ получения дивинила, разработанный С.В. Лебедевым, заключался в пропускании паров этанола(А) при 400-500оС над сложным катализатором (ZnO, MgO), который способствует одновременной дегидратации и дегидрированию. http://cys.niic.nsc.ru/img/education/problem-book/solutions/2009/vso-09-4-10-06.png

2. Основное количество всего получаемого в настоящее время бутадиена-1,3 используется для получения продуктов его полимеризации и сополимеризации, таких, например, как бутадиеновый каучук, бутадиенстирольный каучук, резина.

3. При взаимодействии бутадиена-1,3 с бромоводородом в зависимости от температурного режима проведения реакции преобладающим может быть как продукт 1,4-присоединения (+80 °С), так и продукт 1,2-присоединения (−80 °С):

http://cys.niic.nsc.ru/img/education/problem-book/solutions/2009/vso-09-4-10-07.png

4. При нагревании до 150-200 °С бутадиен-1,3 вступает в реакцию Дильса-Альдера: http://cys.niic.nsc.ru/img/education/problem-book/solutions/2009/vso-09-4-10-08.png

5. При кипячении ненасыщенных углеводородов с избытком раствора KMnO4, подкисленного H2SO4 происходят следующие реакции: http://cys.niic.nsc.ru/img/education/problem-book/solutions/2009/vso-09-4-10-09.pnghttp://cys.niic.nsc.ru/img/education/problem-book/solutions/2009/vso-09-4-10-10.png

ЗАДАЧА №2.

В 1704 г., во время осады Нарвы русскими войсками, комендант крепости шведский генерал получал регулярные донесения разведчиков, которые маскировались под записки незначительного содержания. При нагревании между строк проступали синие буквы. Потом секретный текст снова исчезал. Позднее секретная служба Петра I установила, что шведский аптекарь Якоб Вайц изобрел секретные чернила на основе розового неорганического соединения, в состав которого входит металл Х-элемент побочной подгруппы, серебристо-белый, слегка желтоватый с розоватым или синеватым отливом.

1. Назовите возможный металл Х

2. Напишите формулы веществ, обуславливающих розовую и синюю окраску этих секретных чернил

Решение:


  1. Кобальт

2. CoCl2 × 6H2O(или [Co(H2O)6]Cl2) – розовая окраска секретных чернил;

безводный CoCl2(или CoCl2 × 2H2O) – синяя окраска секретных чернил

УСЛОВИЯ КОНТЕКСТНЫХ ЗАДАЧ ПО ХИМИИ

ЗАДАЧА 1. И. Р. Глаубер, открывший в 1840 г соль Na2SO4·10H2O, назвал ее удивительной или чудесной (Sal mirabile-мирабилит), потому что, с одной стороны, она оказывает удивительное действие на организм человека, а с другой стороны - «растворяет» уголь при сплавлении с ним. Плотность мирабилита составляет всего 1,49 г/см³, что делает его одним из самых лёгких минералов. В растворённом виде глауберова соль в значительном количестве присутствует в морской воде и во многих минеральных водах, например, курортов Карловы Вары. Мариенбад в Чехии. Карловарская соль, получаемая из минеральных вод Карловых Вар, на 44 % состоит из сульфата натрия (глауберовой соли), на 36 % из гидрокарбоната натрия (пищевой соды), на 18 % из хлорида натрия (поваренной соли) и на 2 % из сульфата калия. В зимнее время, в период примерно с 20 ноября по 15 марта, когда температура воды Каспийского моря опускается до 5,5−6 °C, мирабилит выпадает в больших количествах из вод залива Кара-Богаз-Гол в Туркмении, оседая бесцветными кристаллами на дне и берегах залива. Также содержится в озере Кучук в Западной Сибири, в соляных озёрах Томской области, в Алтайском крае оз.Большое Яровое и Бурлинское озеро.



  1. Какую массу Na2SO4 следует растворить в 7 % растворе сульфата натрия массой 53 г, чтобы получить 10 % раствор Na2SO4?

  2. Какую массу глауберовой соли и воды надо взять, чтобы приготовить 100 г 10 % раствора сульфата натрия?

  3. А теперь усложним задание п.1 и вместо безводного Na2SO4 используем мирабилит. Сколько его потребуется добавить к 7 % раствору сульфата натрия массой 53 г, чтобы получить 10 % раствор Na2SO4?

  4. Напишите уравнение реакции, приводящее к «растворению» угля в мирабилите. Знаете ли Вы, какое действие Глауберова соль оказывает на организм человека?

ЗАДАЧА 2. Письмо Д.И. Менделееву.

«“Милостивый государь! Разрешите мне при сем передать Вам оттиск сообщения, из которого следует, что мной обнаружен новый элемент… Сначала я был того мнения, что этот элемент заполняет пробел между сурьмой и висмутом в Вашей замечательно проникновенно построенной периодической системе и что этот элемент совпадает с Вашей экасурьмой, но все указывает на то, что здесь мы имеем дело с эка…….. . Я надеюсь вскоре сообщить Вам более подробно об этом интересном веществе; сегодня я ограничиваюсь лишь тем, что уведомляю Вас о весьма вероятном триумфе Вашего гениального исследования и свидетельствую вам свое почтение и глубокое уважение”.

Преданный ………… ………….

Фрайберг, Саксония.

26 февраля 1886 года.»

(К. Манолов Великие химики, Т.2, Москва, МИР, 1976 г.)

Один из немногочисленных минералов, который образует упомянутый в письме Д.И.Менделееву элемент, содержит также серу и серебро. Массовые доли серы и серебра в минерале составляют соответственно 17,06 % и 76,50 %.



  1. Кто написал письмо Д.И.Менделееву и о каком элементе в нем идет речь?

  2. Докажите это, установив формулу минерала.

  3. Приведите уравнение реакции сплавления минерала с содой в присутствии калийной селитры.

  4. Как можно выделить простое вещество, о котором шла речь в письме, из полученного сплава?

  5. Где используется образуемое этим элементом простое вещество? Какие существуют методы его очистки?

ЗАДАЧА 3. Конструкторы первых космических кораблей и подводных лодок столкнулись с проблемой: как поддерживать на судне или космической станции постоянный состав воздуха, т.е. как избавиться от избытка углекислого газа и возобновить запас кислорода? Решение было найдено изящное – надо превратить СО2 в О2! Для этого было предложено использовать надпероксид калия (КО2), который образуется при сгорании калия в кислороде. При взаимодействии надпероксида калия с углекислым газом выделяется кислород в свободном виде (атомы кислорода являются и окислителем, и восстановителем одновременно).



  1. Составьте уравнения реакций, о которых идёт речь в тексте задачи.

  2. Зная, что в сутки человек выделят в среднем 0,51 м3 углекислого газа, рассчитайте, какое количество надпероксида калия должно быть на борту космической станции, чтобы обеспечить жизнедеятельность экипажа, состоящего из трёх человек, в течение месяца (30 дней).

ЗАДАЧА 4. Перебирая старые вещи в ящике стола, Маша обнаружила маленький блокнотик, на котором было аккуратным бабушкиным почерком выведено: «Полезные советы». Машу заинтересовал один из них: «если нужна срочная чистка серебряных изделий, возьмите старую алюминиевую кастрюлю, погрузите в нее серебряные предметы, залейте содовым раствором, поставьте на огонь и через несколько минут извлеките очищенные изделия». Быстро собрав все свои серебряные украшения, Маша отправилась на кухню. К своему сожалению алюминиевых кастрюль она не обнаружила. Немного подумав, она поступила следующим образом: на дно широкого стеклянного сосуда положила обертку от шоколадки, на неё – серебряные украшения, все это залила теплым раствором питьевой соды. Через некоторое время поверхность украшений посветлела и заблестела.



  1. Составьте уравнение реакции, описанной в бабушкином рецепте. Зачем нужен раствор соды?

  2. Можно ли вместо него использовать раствор поваренной соли?

  3. Почему приведенным способом пользоваться лучше, чем даже очень мягким абразивным средством?

ЗАДАЧА 5. Сода (натриевая соль угольной кислоты) стала известна человеку за полторы – две тысячи лет до нашей эры. Ее знали и применяли для различных нужд еще в Древнем Египте, получая ее испарением воды из озера Вади-эн-Натрун. В сочинении римского врача Диоскорида Педания (64 г. н.э.) сода представлялась неким белым веществом, которое шипело с выделением какого-то газа при действии на него серной кислоты.

Основная часть запасов российской соды сосредоточена в Сибири, в содовых озерах Барабинской степи и Забайкалья; в мире наибольшей известностью пользуются озеро Натрон в Танзании и озеро Серлс в Калифорнии. Кроме того, сода присутствует в составе некоторых горных пород. Кристаллическая сода встречается в виде нескольких кристаллогидратов. Наиболее известный из них, минерал натрон (или натрит), содержащий почти 63 % воды. На воздухе при комнатной температуре его кристаллы выветриваются, утрачивают прозрачность и белеют, образуя пентагидрат А.

В ходе выветривания натрона теряется до 31,5 % исходной массы. Если сушить натрон или А над серной кислотой или при температуре выше 40 °С, то получается термонатрит (содержание Na 37,1 %), теряющий всю воду только при 90–100 °С.

1. Напишите химическую формулу безводной соды, назовите ее по химической номенклатуре, вспомните бытовое название безводной соды.

Запишите уравнение реакции, описанной Педанием.

2. Установите точный состав натрона, пентагидрата А и термонатрита. Приведите химическое и бытовое название натрона.

3. Мировая промышленность в настоящее время ежегодно потребляет около 33 млн т соды в пересчете на безводный продукт. Какой получится эта масса, если пересчитать ее на состав натрона? Приведите названия трех отраслей промышленности, являющихся основными потребителями соды.

4. Сколько грамм натрона и сколько воды надо взять, чтобы приготовить 300 г. насыщенного при 25 °С раствора соды? Сколько натрона выделится из этого раствора обратно при его охлаждении до 0 °С? Растворимость безводной соды при 0 и 25 °С составляет 7,0 и 29,5 г на 100 г раствора, соответственно.

5. Сколько воды и термонатрита необходимо взять для приготовления такого количества насыщенного при 25 °С раствора, чтобы при его охлаждении до 0 °С получить 100 г натрона?

6. В прайс-листах торгово-промышленных компаний, помимо бытовых названий натрона и безводной соды, можно встретить упоминания о еще двух содах. Одна из них содержит в 2 раза больше углерода, чем сода безводная, а другая не содержит углерода вовсе. Напишите формулы, химические и бытовые названия и для этих разновидностей соды.
ЗАДАЧА 6. Одно время карбонат этого металла (в степени окисления II) входил в состав пищевых добавок. Но потом выяснилось, что от Е-505 страдают печень, почки, система кроветворения, органы пищеварения. В некоторых случаях употребление этого неорганического соединения вызывает аллергические реакции. По данной причине эту пищевую добавку исключили из списка разрешенных по всем международным стандартам, в том числе и стандартам Российской Федерации с присвоением статуса «потенциально опасной». Е-505 запрещена для применения в пищевой промышленности на территории России, ближнего зарубежья, стран Евросоюза и США.

Прокаливание на воздухе 5,8 г этого вещества привело к образованию 3,6 г оксида этого металла и 1,12 л (н.у.) углекислого газа.



  1. Определите металл

  2. Запишите уравнение протекающей реакции.

ЗАДАЧА 7. Данные соли широко распространены в природе, они присутствуют, например, в кислице. Листья чайного куста содержат большое количество этих солей по сравнению к другим растениям.



1,34 г натриевой соли широко распространенной в природе органической кислоты растворили в воде. Раствор обработали избытком нитрата свинца. При этом в осадок выпало 2,95 г нерастворимой свинцовой соли этой кислоты. Разложение этих солей в отсутствие воздуха идет по-разному. При разложении свинцовой соли выделяется в 2 раза больше газа, чем при разложении такого же количества натриевой соли.

  1. О каких солях идет речь? Ответ подтвердите расчетом.

  2. Напишите уравнения реакций их разложения.



Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница