Задачи и упражнения / Кузьменко Н.Е., Теренин В.И. и др. Вступительные экзамены и олимпиады по химии. Опыт МГУ

7.X - РеС12; V - Ре(Ж)3)3; Ъ - Ре804.

1)Ре + 2НС1 -> РеС12 + Н2Т; РеС12 + 2К0Н -» Ре(0Н)21 + 2КС1;

2)Ре + 4Н Ш 3 -> Ре(ИОз)з + N 01 + 2Н20; Ре(Ш 3)3 + ЗКОН -> Ре(0Н)31 + ЗКЖ)3;

3)Ре + Н2804 -» Ре804 + Н2Т; Ре804 + 6КСИ ->■ К4[Ре(СК)6] + К2804.

8.Сахароза; А - глюкоза; СН3СН2СН2СООН;

В- СН3СН2СН(С1)СООН; С - СН3СН=СНСООК; Б - СН3СН=СНСООН; СН3СН=СНСООС2Н5

2)С6Н,20 6 фермент > СН3СН2СН2СООН + 2С02 + 2Н2Т;

3)СН3СН2СН2СООН + С12 —?-> СН3СН2СН(С1)СООН + НС1;

4) СН3СН2СН(С1)СООН + 2К0Н спирт > СН3СН=СНСООК +

+ КС1 + 2Н20;

5)2СН3СН=СНСООК + Н28 0 4 -> 2СН3СН=СНСООН + К28 0 4;

6)СН3СН=СНСООН + С2Н5ОН ■ н--> СН3СН=СНСООС2Н5 +

+Н20.

9.С 02; СО; гексакарбонил хрома Сг(СО)6; щавелевая кислота Н2С20 4. Са(ОН)2 + С 02 -» СаСОз + Н20.

Сг + 6С0 -> Сг(СО)в;

НООС-СООН — С0 2+ СО + Н20.

10.Х - 3-метил-3-этинил-1,4-пентадиин СН3С(С=СН)3; V - СН3С(С= ССз)3.

СН3С(С= СН)3 + ЗСзН -► СН3С(С= ССз)3 + ЗН2Т.

СН3С(С= СН)3 + ЗН20 н+'Не2+- > СН3С(С(0)СН3)з.

Решения заданий олимпиады 2008

Вариант 1

1. Молекулярная формула соединения С19Н280 2. Массовые доли ментов в нем:

со(С) = 19 • 12 / 288 = 0.7917 (или 79.17%);

со(Н) = 28 • 1 / 288 = 0.0972 (или 9.72%);

Молочная кислота сильнее пропановой, так как из-за -1-эффекта гид­ роксильной группы частичный положительный заряд на углеродном ато­ ме карбоксильной группы молекулы молочной кислоты больше, чем в молекуле пропановой кислоты, следовательно, связь между протоном и атомом кислорода в молочной кислоте слабее, и она диссоциирует легче.

4.Возьмем 1 моль исходной смеси и обозначим количество метана за

*моль. Выразим среднюю молярную массу смеси:

Мср = 16* + 28(1 -* ) = 28 - 12*.

Массовая доля метана в смеси

отсюда* = 0.917 моль. Найдем среднюю молярную массу смеси:

Мср(смеси)= 28 - 12 • 0.917 = 17 г/моль.

Так же просто и эффективно задача решается, если задать массу ис­ ходной смеси равной 100 г, тогда

у(М2) = 13.7 / 28 = 0.489 моль;

у(СН4) = 86.3 / 16 = 5.394 моль;

у(смеси) = у(К2) + V(СН4) = 5.883 моль,

и по формуле у = т / М находим среднюю молярную массу смеси:

Мср(смеси) = 100 / 5.883 = 17 г/моль.

Плотность газовой смеси не изменится, если к ней добавить газ с мо­ лярной массой, равной средней молярной массе смеси. Массу 17 г/моль имеет аммиак МН3.

5. Белый фосфор реагирует с горячим раствором щелочи с образова­ нием газообразного фосфина и гипофосфита калия:

По условию количество фосфина

Из уравнения реакции следует, что для получения такого количества фосфина необходимо было растворить 0.15 моль белого фосфора Р4. Оче­ видно, что для получения данного количества фосфора необходимо 0.3 моль Са3(Р04)2, т.к. у(Р4) = 2у(Са3(Р04)2).

2Са3(Р04)2 + 6 8 1 0 2 + ЮС — > 6Са8Ю3 + Р4Т + ЮСОТ.

Необходимая масса фосфата кальция:

/я(Са3(Р04)2) = 0.3 • 310 = 93 г.

Ответ: 93 г Са3(Р04)2.

6.1) 2п + 2КОН + 2Н20 — — > К2[2п(ОН)4] + Н2Т;

2)К 2[2п(ОН)4] + 4НС1 -> 2КС1 + 2пС12 + 2Н20 или 2п + Н28 0 4(разб) -*■ 2 п8 0 4 + Н2Т;

2 п80 4 + ВаС12 —►Ва804 + 2пС12;

3)2 пС12 + 2А§Ы03 -> 2А§С1! + 2п(Ж>3)2;

4)2 п (Ш 3)2 + 2ЫН3 + 2Н20 -> 2п(ОН)24 + г Ш ^ О з ;

5) 2 п(ОН)2 — 2 п О + Н20 ;

7.1) СН3-СН2-СООН + ЫаОН -» СН3-СН2-СООЫа + Н20;

4)С2Н5С1 + КаОН(водн. р-р) -> С2Н5ОН + N301;

5)5С2Н5ОН + 4КМп0 4 + 6Н28 0 4 -> 5СН3-СООН + 4Мп804 +

+2К28 0 4 + 11Н20;

Ответ: X - С2Н5СООЫа; V - С2Н5С1; 2 - СН3СООН.

8. Закон разведения Оствальда связывает степень диссоциации ки ты с ее концентрацией и константой диссоциации:

Пусть количество уксусной кислоты в растворе было V моль. Обозна­ чим за х объем добавленной воды (в литрах). Тогда молярные концентра­ ции исходного С\ и разбавленного с2растворов составляют:

С1 = , С у —— - — моль/л.

0.10.1 + л;

Так как значение константы диссоциации кислоты не зависит от кон­ центрации раствора, выразим КД для двух растворов и приравняем эти величины:

0.012 у 0.02 V

0.1~ 0.1 + л;

Решив полученное уравнение, имеем х = 0.3 л, или 300 мл; суммарный объем разбавленного раствора составит 400 мл.

Поскольку рН = - 1§[Н+], а концентрация ионов водорода в растворе кислоты может быть выражена через концентрацию и степень диссоциа­ ции [Н+] = а • с, получаем значение рН исходного раствора:

рн, =-18 (а,с) = -18 ( 0 . 0 1 - ) = -18 0.1 - 18 V = 1 - 18 V

В разбавленном растворе:

0.4

Таким образом, при разбавлении раствора уксусной кислоты рН уве­ личится на величину

рН2-р Н 1= \.3 -1 ^ у- (I - \^ у) = 0.3.

Ответ: 300 мл; рН увеличится на 0.3.

9. Пусть в исходной смеси было х моль нитрата серебра и у моль боната магния. При прокаливании смеси солей протекают следующие реакции:

М§С03 — -— > М§0 + С 02|.

Суммарное количество выделившихся газов и их масса составляют:

у(газов) = 1.5л; + у моль;

/я(газов) = 46л; + 0.5 • 32л; + 44у = 62х + 44у г.

По условию, молярная масса смеси газов больше молярной массы не она в 2.12 раза. Тогда, используя соотношение \ = т / М, получим:

и отсюда х =у. Масса исходной смеси солей:

/я(исх.смеси) = 170л: + 84у = 25.4 г,

160 • 0.075 / 40 = = 0.3 моль КаОН, происходят следующие реакции:

4КаОН + 4 Ш 2+ 0 2 -► 4КаК03 + 2Н20;

0.10.1 0.025 0.1

2КаОН + С02 -► Ка2С03.

0.2 0.1 0.1

В конечном растворе содержится по 0.1 моль КаЖ )3 и Ка2С 03; их массы составляют:

/я(КаЖ)3) = 0.1 • 85 = 8.5 г;

/я(Ка2С 03) = 0.1 • 106= 10.6 г.

Масса конечного раствора:

/«(раствора) = 160 + 4.6 + 4.4 + 0.8 = 169.8 г.

Массовые доли солей в полученном растворе:

со(КаШ3) = 8.5 / 169.8 = 0.05 (или 5.0%);

со(Ка2С 03) = 10.6 / 169.8 = 0.062 (или 6.2%).

Ответ: 5.0% №йЮ3, 6.2% № 2С 03.

10. Нагревание с серной кислотой вызывает кислотный гидро сложного эфира с образованием равных количеств кислоты и спирта:

Очевидно, что полученные спирт и кислота взаимодействуют с кон­ центрированной серной кислотой при нагревании, превращаясь в газооб­ разные продукты. В этом случае газы также образуются в равных количе­ ствах, и только один из них будет реагировать с бромом, что приведет к уменьшению объема смеси вдвое при пропускании через бромную воду.

Таким образом, делаем предположение, что один из газов - это алкен, Полученный дегидратацией предельного спирта:

с„н2„+1о н -5 ^ 1 * . Спн 2п + н 2о.

Именно алкен будет реагировать с бромной водой, образуя дибромалкан. Тогда второй газ должен образоваться только из кислоты. Такое воз­ можно только в одном случае - если эфир был образован муравьиной кислотой, и тогда выделяющийся газ - это СО, не взаимодействующий с бромной водой:

Поскольку плотность непоглощенного СО (молярная масса 28 г/моль) в 1.5 раза меньше, чем плотность смеси газов, значит, средняя молярная масса смеси равна

Мср = 28 • 1.5 = 42 г/моль;

тогда 14п • 0.5 4- 28 • 0.5 = 42, отсюда п = 4. Искомая формула сложного эфира НСООС4Н9.

Ответ: НСООС4 Н9 .

Вариант 2

1. Молекулярная формула соединения С20Н32О2. Массовые доли э ментов в нем:

со(С) = 20 • 12 / 304 = 0.7894 (или 78.94%);

со(Н) = 32 • 1 / 304 = 0.1053 (или 10.53%);

со(О) = 2 16/304 = 0.1053 (или 10.53%).

2. Р: Ь 22522р63з23рг- К+: 1з22<;22р63523р6 .

3.

- 1-эффект атома С1 больше, чем у атома Вг, кроме того, 1-эффект затухает при передаче по цепи углеродных атомов. Следовательно, частичный положительный заряд на углеродном атоме карбоксильной группы моле­ кулы 2 -хлорпропановой кислоты больше, чем в молекуле 3-бромпропановой кислоты, а связь между протоном и атомом кислорода слабее.

4. Возьмем 1 моль исходной смеси и обозначим за х количество слорода. Выразим среднюю молярную массу смеси:

отсюда х = 0.574. Найдем среднюю молярную массу смеси: Л/Ср(смеси) = 28 • 0.574 + 4 = 20.07 * 20 г/моль.

Плотность газовой смеси не изменится, если к ней добавить газ с мо­ лярной массой, равной средней молярной массе смеси. Молярную массу 20 г/моль имеют фтороводород и неон.

Ответ: НР или № .

5.Сера растворяется в щелочах при нагревании:

Значит, растворено было 0.3 моль серы. Для получения данного коли­

/я(Н28) = 34 • 0.3 = 10.2 г.

Ответ: 10.2 г Н28.

Примечание: уравнение окисления Н28 не обязательно для расчета, но если школьник привел правильный вариант - это оценивалось.

6. 1) Си + С12 — СиС12;

2)СиС12 + 2АёШ 3 -> 2А§С14 + Си(М03)2;

3)2Си(И03)2 — 2СиО + 4 Ш 2Т + 0 2Т;

4)СиО + Н28 0 4 -> Си804 + Н20;

5)Си804 + 2КаОН -> Си(ОН)24 + Ка28 0 4;

Ответ: X - СиС12; V - СиО; Ъ- Си(ОН)2.

Ответ: X - С2 Н5 С1; V - СН3 СООН; Ъ- СН3 ОН.

8. Закон разведения Оствальда связывает степень диссоциации ки ты с ее концентрацией и константой диссоциации:

Пусть количество хлорноватистой кислоты в растворе было V моль, а объем исходного раствора составлял V литров. Тогда молярные концен­ трации исходного и разбавленного в два раза растворов составляют:

Поскольку значение константы диссоциации кислоты не зависит от концентрации раствора, выразим КДдля двух растворов и приравняем эти величины:

КД = а 2 -сх = 0.00052 • с\\ Кл = а \ с 2 = а22 • 0.5сь

0.00052 • с\ = а22 • 0.5сь

отсюда а2 = 0.00071 (или 0.071%).

Поскольку рН = - ^[Н*], а концентрация ионов водорода в растворе кислоты может быть выражена через ее концентрацию и степень диссо­ циации

[Н+] = а • с,

получаем значение рН исходного раствора:

рН! = -\^(ахсх) = - 18(0.0005-сО = -1^0.0005 - \& х= 3.30 - 1&х.

В разбавленном растворе:

рН2 = -1§(а2с2) = - 1^(0.00071 • 0.5 • сх) = -1^0.000355 - 1§у = 3.45 - 1&х.

Таким образом, при разбавлении вдвое раствора хлорноватистой ки­ слоты рН увеличится на величину

рН2 - рН! = 3.45 -1 & х- (3.3 - 18С1) = 0.15.

Ответ: 0.071%; рН увеличится на 0.15.

Суммарное количество выделившихся газов и их масса составляют: V = 3.75* + у моль;

т = 46 • Зх + 32 • 0.75* + 44 • у = 162* + 44у г.

По условию, молярная масса смеси газов больше молярной массы

0.60.6 0.15 0.6

2ЫОН + СО2—►Ы2С03.

0.5 0.25 0.25

В конечном растворе содержится 0.6 моль 1лК03 и 0.25 моль 1л2С 03; их массы равны:

/и(1ЛЖ)3) = 0.6 • 69 = 41.4 г,

т(П2С 03) = 0.25 -74 = 18.5 г. Масса конечного раствора:

/и(раствора) = 300 + 0.6 • 46 + 0.15 • 32 + 0.25 • 44 = 343.4 г. Массовые доли солей 1лК03 и Ы2С 03:

18 5 со(Ы2С 03) = ^ ^ = 0.054 (или 5.4%).

Ответ: 12.0% Ы К03, 5.4% 1л2С 03.