Решения заданий теоретического тура заключительного (городского) этапа — КиберПедия 

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...

Решения заданий теоретического тура заключительного (городского) этапа

2018-01-03 201
Решения заданий теоретического тура заключительного (городского) этапа 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Класс

№1

При растворении Р2О5 в воде происходит реакция с образованием фосфорной кислоты:

213 г

Р2О5 + 3Н2О = 2H3PO4

142 г/моль 98 г/моль

Из 213 г Р2О5 получается: m(H3PO4) = 213·2·98:142 = 294 (г)

Масса раствора фосфорной кислоты: m(раствора H3PO4) = 294:0,49 = 600 (г).

Суммарная масса исходных веществ тоже равна 600 г. Следовательно, масса взятой воды равна: m(H2O) = 600 – 213 = 387 (г)

 

Структурная формула фосфорной кислоты:

 

 

№2

Запишем формулу неизвестного бромида в виде ЭBrn.

Пусть атомная масса неизвестного элемента равна х, тогда молекулярная масса бромида равна х+80n.

Тогда (х+80n):х = 5. Отсюда х = 20n.

При n=1 х = 20. Такого элемента нет.

При n=2 х = 40. Это – кальций.

При n≥3 решений нет.

Искомое соединение – бромид кальция, CaBr2.

 

№3

Пусть молекулярная масса СО2 в системе Берцелиуса равна х. Так как отношение молекулярных масс не зависит от выбора единиц измерения, то можно записать соотношение:

44:16 = х:100. Тогда х = 275.

 

№4

Молярная масса простого вещества равна: М = m·NA = 1,18·10–22·6,02·1023 = 71 (г/моль). Это – хлор (Cl2).

Реакции, о которых говорится в условии задачи:

3Cl2 + Fe = 2FeCl3 (нагревание)

Cl2 + H2 = 2HCl (освещение или катализатор)

5Cl2 + 2P = 2PCl5 (обычные условия)

Cl2 + H2O = HCl + HClO (обычные условия).

 

№ 5

1 – а. 2 – б. 3 – б. 4 – б. 5 – в. 6 – б. 7 – б. 8 – а. 9 – в. 10 – б.

№6

Предположим, что взято 100 г раствора. Он содержит 10 г CuSO4 и 90 г воды. Эти массы соответствуют 10:160 = 0,0625 моль CuSO4 и 90:18 = 5 моль Н2О. Отношение n(CuSO4):n(H2O) = 5: 0,0625 = 80. То есть в растворе на каждый моль CuSO4 приходится 80 моль воды.

 

№7

H2 + F2 = 2HF фтороводород

СaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4 фтороводород, сульфат кальция

3H2 + N2 = 2NH3 аммиак

H2 + CuO = Cu + H2O медь, вода

3O2 = 2O3 озон

Ba + 2H2O = Ba(OH)2 + Н2 гидроксид бария, водород

Ca + Br2 = CaBr2 бромид кальция

Na2O + SiO2 = Na2SiO3 силикат натрия

4P + 5O2 = 2P2O5 оксид фосфора(V)

(CuOH)2CO3 = CuO + CO2 + H2O оксид меди(II), диоксид углерода, вода.

 

 

Класс

 

№1

Поделив массовые доли на атомные массы, находим целочисленный атомный состав минералов:

1. H2O8С2Cu3 à 2CuCO3 · Cu(OH)2 - азурит

2. O6C2MgCa à MgCO3 · CaCO3 - доломит

3. H6O7ClSMgK à MgSO4 · KCl · 3H2O - каинит

4. H12O6Cl3MgK à KCl · MgCl2 · 6H2O - карналлит

5. S4Fe2Cu2 à Fe2S3 · Cu2S - халькопирит (медный колчедан)

Уравнения реакций:

1. 2CuCO3 · Cu(OH)2 + 6HCl = 3CuCl2 + 2CO2h + 4 H2O (обычные условия)

2CuCO3 · Cu(OH)2 = 3CuO + 2CO2h + H2O (нагревание)

2. MgCO3 · CaCO3 + 4HCl = MgCl2 + CaCl2 + 2CO2h + 2H2O (обычные условия)

MgCO3 · CaCO3 = MgO + CaO + 2CO2h (нагревание)

3. 2[MgSO4 · KCl · 3H2O] + 2H2SO4(конц.) = 2MgSO4 + КHSO4 + 2HClh + 6H2O (обычные условия)

MgSO4 · KCl · 3H2O = KCl + MgSO4 + 3H2O (нагревание)

4. KCl · MgCl2 · 6H2O + 2H2SO4(конц.) = MgSO4 + KHSO4 + 3HClh + 6H2O (обычные условия)

KCl · MgCl2 · 6H2O = KCl + MgCl2 + 6H2O (нагревание)

5. Fe2S3 · Cu2S + 6,5O2 = Fe2O3 + 2CuO + 4SO2 (нагревание)

(при t > 800°C CuO разлагается до Cu2O)

3[Fe2S3 · Cu2S] + 40HNO3 (разб.) = 6Fe(NO3)3 + 6Cu(NO3)2 + 12S + 10NO + 20H2O (обычные условия)

№2

P2O3 + 3H2O = 2H3PO3

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4

H3PO3 + 2KOH = K2HPO3 + 2H2O

H3PO4 + 3KOH = K3PO4 + 3H2O

K2HPO3 + Cl2 + KOH = K3PO4 + 2HCl

2K3PO4 + 3Вa(NO3)2 = Вa3(PO4)2i + 6КNO3

Вa3(PO4)2 + 3SiO2 + 5С = 3ВaSiO3 + 2Р + 5СО

№3

Уравнения реакций горения метана и водорода:

СН4 + 2O2 = CO2 + 2H2O (1)

2H2 + О2 = 2H2O (2)

Объем метана в смеси - Х л

Объем водорода в смеси - Y л

Х + У = А

Общий расход кислорода: (В – С) (л)

Объем кислорода на метан: 2Х (л)

Объем кислорода на водород: 0,5Y (л)

Тогда: 2Х + 0,5Y = В – С

Получаем систему двух уравнений:

Х + Y = А

2Х + 0,5Y = В – С

Решая эту систему, находим:

Объемная доля метана (j): Х/А · 100% = [2(В – С) – А]:3А·100%

Объемная доля водорода (j): Y/А · 100% = 2(2А – В + С):3А·100%

 

№4

1) Сa + Cu2+ = Cu0 + Сa2+

2) Сa + 2H2O = [Сa(OH)2 + 2H0] à Сa(OH)2 + H2h+ Q

3) Cu2+ + 2H0 = Cu0 + 2H+

4) 2NO3- + 8Сa + 12H2O = 2NH3h + 8Сa2+ + 18ОН-

5) 2NO3- + 5Сa + 6H2O = N2h + 5Сa2+ + 12ОН-

6) 2NO3- + 4Сa + 5H2O = N2Оh + 4Сa2+ + 10ОН-

7) 2NO3- + 3Сa + 4H2O = 2NOh + 4Сa2+ + 8ОН-

8) Cu2+ + 2ОН- = Cu(OH)2 i

9) Cu(OH)2 = CuO + H2O

10) 2CuO + 2H0 = Cu2O + H2O

 

№5

А). Под наночастицами принято понимать твердые частицы, размеры которых во всех трех измерениях составляют от 1 до 100 нм.

Б). Как следует из условия задачи, ядро наночастицы представляет собой шар из золота

Его масса составит 50•197/(6,02•1023) = 1,64•10-20 г

Объем ядра составит 1,64•10-20/19,32 = 8,49•10-22 см3 = 8,49•10-28 м3 = 0,849 нм3

Объем шара связан с его радиусом в соответствии с формулой

V = 4/3•π•R13

Тогда R1 = 0,587 нм

Серебро образует шаровой слой с радиусом R2. Его масса составит 50•108.(6,02•1023) = 8,97•10-21 г

Объем шарового слоя составит 8,97•10-21/10,50 = 8,543•10-22 см3 = 8,543•10-28 м3 = 0,8543 нм3

Объем шарового слоя может быть вычислен в соответствии с формулой

V = 4/3•π•R13 – 4/3•π•R23 = 4/3•π•(R23 –R13)

R2 = 1,017 нм

Радиус наночастицы составляет 1,017 нм.

В) В первую очередь следует получить «ядро» наночастицы. Для этого раствор HAuCl4 нагревают с восстановителем – формиатом натрия:

2HAuCl4 + 3HCOONa = 3CO2 +3NaCl + 2Au + 5HCl

Затем в полученную суспензию вводят ляпис:

2AgNO3 + HCOONa = Ag + CO2 + NaNO3 + HNO3

 

№6

1. В открытых сосудах нельзя хранить:

А) Летучие вещества (спирт, эфир, бром, иод);

Б) Растворы газов и летучих веществ (раствор аммиака, соляную кислоту, бромную воду, иодную настойку);

В) Вещества, реагирующие с газами, входящими в состав воздуха (кислород, углекислый газ, пары воды): гигроскопичные вещества (оксид фосфора (5), серная кислота, хлорид кальция); щелочи и их растворы; активные металлы (щелочные и щелочноземельные, их оксиды и гидроксиды); растворы сульфитов и сульфидов.

2. На свету нельзя хранить реагенты, которые разлагаются под действием света. Такие реагенты обычно хранят в склянках из темного стекла (пероксид водорода, некоторые галогениды, иодоводородная кислота, хлорная вода, нитрат серебра).

3. Несовместимость по химической природе многих реагентов выражается в том, что при их случайном соприкосновении могут происходит различные реакции с образованием веществ: а) поддерживающих горение; б) со значительным экзотермическим эффектом;

в) взрывоопасных или ядовитых (токсичных) веществ.

Уравнения реакций:

К п. 1. В):

4P + 5O2 = 2P2O5

Сa(OH)2 + CO2 = СaCO3i + H2O

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

Na + H2O = NaOH + 0,5H2h

CаО + H2O = Са(ОН)2

2Na2SO3 + O2 = 2Na2SO4

2Na2S + O2 + 2H2O = 2S + 4NaOH

К п. 2:

2H2O2 = 2H2O + O2h

2AgCl = 2Ag + Cl2h

2HI = H2 + I2

2Cl2 + 2H2O = 4HCl + O2h

2AgNO3 = 2Ag + 2NO2h + O2h

К п. 3:

а)2KMnO4(ТВ..) + H2SO4 (конц) = Mn2O7 + К2SO4 + H2O

Полученный Mn2O7 неустойчив (2Mn2O7 = 4MnO2 + 3O2). При соприкосновении с горючими веществами воспламеняет их (возможно со взрывом).

б) 2Al + 3Br2 = 2AlBr3 + Q

в) CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2h

2KMnO4 + 16HCl = 2KСl + 2MnCl2 + 5Cl2h + 8H2O

Na2S + 2HCl = H2Sh + 2NaCl

 

№7

Уравнения реакций горения:

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + Q (1)

H2 + 0,5O2 = H2O + 241,6 кДж (2)

Для расчета состава смеси необходимо определить, полностью ли аммиак вступил в реакцию горения. По условию при добавлении водорода теплоты выделилось больше, чем при сжигании аммиака без него. Отсюда делаем вывод, что кислород в смеси был в избытке.

По следствию из закона Гесса, находим тепловой эффект реакции горения аммиака:

Q(реакц.) = 6q(H2O) – 4q(NH3) = 6 · 241,6 - 4 · 46,1 = 1265,2 (кДж)

По уравнению (1) рассчитываем объем аммиака в смеси:

1265,2 кДж выделяются при горении 4 · 22,4 (л) NH3

94,95 кДж ««Х (л) NH3

Решая эту пропорцию, находим объем NH3 в смеси:

(4 · 22,4 · 94,95):1265,2 = 6,72 (л)

Объемная доля NH3 равна: 6,72:16,8 = 0,40 или 40%

Объемная доля O2: 60%

 

Класс

 

№1

Прежде всего, следует иметь в виду, что ряд напряжений отражает не восстановительные свойства металлов вообще, а их восстановительную способность в условиях превращения металл → ион металла в водном растворе (т.е., гидратированный ион металла). При этом рассматривается низшая устойчивая в водном растворе степень окисления металла.

Тогда:

А) Вследствие относительно высокой плотности заряда иона лития он будет очень эффективно связывать молекулы воды, что приводит к выделению большого количества энергии. Этот эффект перекрывает большую невыгодность отрыва электрона от лития по сравнению с калием. Для пары калий – цезий наблюдается аналогичная ситуация.

Б) Имеется в виду раствор трихлорида железа, а в ряду напряжений положение железа соответствует процессу Fe → Fe2+. Пара же Fe2+ → Fe3+ находилась бы правее меди.

В) При взаимодействии меди с иодоводородом образуется малорастворимый осадок моноиодида, что также сдвигает псевдоравновесие Cu → Cu+ вправо. Ион меди намного сильнее сольватируется ацетонитрилом, нежели водой, что также будет сильно сдвигать вправо указанное псевдоравновесие, а следовательно, будет смещать влево положение меди в ряду напряжений

 

№2

Определим молярную массу выделившегося газа. Она составляет

89•22,4/1000 = 2 (г/моль). Следовательно, выделяющийся газ – водород.

По условию задачи при взаимодействии исходного вещества с водой помимо газа образовался мутный раствор, при пропускании через который углекислого газа выпал осадок, растворимый как в кислотах, так и в щелочах. Очевидно, что речь идет о выпадении амфотерного гидроксида, первоначально частично растворенного в щелочи. Можно предположить, что в состав исходного соединения входили щелочной металл, водород и либо металл 13 группы (алюминий, галлий, индий), либо цинк (именно эти металлы образуют бесцветные амфотерные гидроксиды).

Поскольку количество моль выделившегося водорода обязательно будет равно количеству присутствующего в веществе гидридного водорода, можно составить следующие соотношения:

 

Оксид Количество металла (моль) Количество водорода (моль) Формула Молярная масса щелочного металла (г/моль)
Al2O3 0,0555 0,222 MAlH4 23 (Na)
Ga2O3 0,0302 0,222 M4,35GaH7,35 5,12 (–)
In2O3 0,0102 0,222 M18,76InH21,76 8,40 (–)
ZnO 0,0348 0,222 M4,38ZnH6,38 19,35 (–)

Таким образом, искомое вещество – NaAlH4, тетрагидридоалюминат натрия (аланат натрия, алюмогидрид натрия).

Реакции:

NaAlH4 + 4H2O = Na[Al(OH)4] + 4H2

Na[Al(OH)4] + CO2 = NaHCO3 + Al(OH)3

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O

Синтез тетрагидридоалюмината натрия можно проводить двумя способами:

А) прямой синтез из алюминиевой пудры и измельченного натрия, суспензированных в тетрагидрофуране, при пропускании водорода под давлением;

Б) 2Al + 3Cl2 = 2AlCl3

2Na + H2 = 2NaH

AlCl3 + 4NaH = 3NaCl + NaAlH4

Вследствие присутствия гидридного водорода данное соединение является хорошим восстановителем, восстанавливает карбонильные соединения до спиртов. Соответственно, из ацетофенона получается вторичный спирт. Сложные эфиры восстанавливаются алюмогидридом натрия с разрывом С-О связи и образованием двух молекул спирта:

С6Н5-СО-СН3 С6Н5-СН(ОН)-СН3

НСОО-СН3 2СН3ОН

 

№3

1) Х – В. На это отчетливо указывает качественная реакция – горение зеленым пламенем продуктов взаимодействия борной кислоты со спиртом в присутствии серной кислоты.

 

2H3BO3 + 3CaF2 + 3H2SO4 = 2BF3 + 3CaSO4 + 6H2O

2BF3 + 6NaH = B2H6 + 6NaF

BF3 + NaF = NaBF4

5B2H6 = 2B5H11 + 4H2

B2H6 + Na = NaBH4 + B

4B5H11 + 3H2= 5B4H10

 

3) Борная кислота H3BO3 в водном растворе присоединяет молекулу воды превращаясь в следующий ассоциат H[B(OH)4], который имеет 1 кислый водород.

4)

5) 2BCl3 + 3H2 +3Mg = B2H6 + 3MgCl2

2BCl3 + 6H2 (уменьшенное давление, электрический разряд) = B2H6 + 6HCl

Гидролиз сплава бора с магнием в H3PO4

6) H3BO3 + 4NaF = NaBF4 + 3NaOH

 

№4

1. Определим, идет ли речь о равновесных или неравновесных процессах.

Li2CO3 = Li2O + CO2

n(CO2) = pV/(RT) = (2602:760 · 101325 · 0,1:1000):(8,31 · 873) = 0,0048 моль, в то время как в ампулу было загружено 0,135 моль карбоната лития Константа равновесия указанного процесса выглядят следующим образом:

К1 = Р(СО2) = 2602:760 = 3,42 (атм)

Если уменьшить вдвое массу карбоната лития или вдвое увеличить объем ампулы, вещества все равно будут разлагаться не до конца. Следовательно, суммарное давление не изменится.

В случае графита совершенно очевидно, что в системе установилось равновесие между графитом, углекислым и угарным газом: С + СО2 = 2СО, так как графит израсходовался не до конца

Константа равновесия:

К2 = Р2(СО):Р(СО2)

Для расчета численного значения константы равновесия определим количества газообразных веществ:

n(CO) + n(CO2) = pV/(RT) = 3,38 · 101325 · 0,1:1000:(8,31 · 873) = 0,00472 моль

n(CO) = 2 n(Cпрореаг) = 2 · 0,006/12 = 0,001 моль

Тогда n(CO2) = 0,00372 моль

P(CO) = 3,38 · 0,001:0,00472 = 0,716 (атм)

Р(СО2) = 3,38 · 0,00372:0,00472 = 2,664 (атм)

К2 = 0,7162:2,664 = 0,192 атм

Если уменьшить вдвое массу графита, то он все равно взят в большом избытке. Количество вещества графита не входит в выражение для константы К2 и, следовательно, давление в системе при 600оС останется таким же. Если вдвое увеличить объем ампулы, вещества все равно будут расходоваться не до конца. Следовательно, суммарное давление не изменится.

 

№5

Способность продуктов А и В взаимодействовать с бромом и озоном указывает на их непредельный характер. Молярная масса C и D может быть вычислена из данных по содержанию брома:

M(C) = M(D) = n M(Br):ω(Br), где n – число атомов брома в молекуле.

При n = 2 M(C) = M(D) =2·79,90:0,5398 = 296,04. Эта молярная масса соответствует соединениям с формулой C10H16Br2.

Очевидно, что соединения А и В имеют формулу C10H16 и содержат одну двойную связь. Таких изомерных углеводородов может быть 4:

Их озонирование приводит к соответствующим дикарбонильным соединениям:

Реакция альдегидов с реактивом Толленса идет согласно уравнению:

R-CHO + 2[Ag(NH3)2]OH = R-COO NH4+ + 2Ag + 3NH3 + H2O,

то есть на каждую альдегидную группу выделяется 2 атома серебра.

В реакцию вступило 0,1346:168,24 = 0,0008 моль вещества F, а выделилось 0,1726:107,87 = 0,0016 моль серебра. Следовательно, в соединении F содержится только одна альдегидная группа, то есть F – это первый из представленных изомеров. Вещество Е не имеет альдегидных групп, это – последний изомер.

Описанные в задаче превращения могут быть описаны схемой:

Изомер А должен образовываться в несколько большем количестве, так как он является наиболее замещенным алкеном из всех возможных октагидронафталинов, а следовательно, наиболее устойчивым.

На начальной стадии реакции литий передает свой электрон на молекулу нафталина. Введение алкильных заместителей, обладающих + I -эффектами, повышает электронную плотность в ароматическом ядре нафталина, что затрудняет передачу электрона от восстановителя и уменьшает скорость реакции.

При озонировании выделяется перекись водорода, которая может окислять альдегидв и искажать результаты эксперимента. Поэтому ее разрушают подходящим восстановителем (Me2S, Bu3P, Zn и т.д.).

№6

Исходя из условия, составим систему:

0,25M1 + 0,75M2 = 33,25∙2

0,75M1 + 0,25M2 = 52∙2,

где M1 и M2 – молярные массы X и Y соответственно. Решая, получим: M1 = 104 г/моль и M2 = 54 г/моль. Пусть X – CxHy, а Y – CnHm, тогда:

y = 104 – 12x

m = 54 – 12n.

Перебирая натуральные значения для x и n, получим единственное рациональное решение: x = 8, n = 4 и X – C8H8, а Y – C4H6.

Схема сополимеризации:

Mсополимера = (104n + 54m) г/моль

Вычислим число молей прореагировавшего Br2:

(160∙0,2 – 160x)/(160 + 4,78) = 0,1456, откуда x = 0,05 моль.

1 моль сополимера – (104n + 54m) г присоединяет m моль Br2

4,78 г «0,05 моль

Следовательно, (54m + 104n)/4,78 = m/0,05, откуда n: m = 2: 5.

Определим углеводород B:

93,51/12: 6,49 = 7,7925: 6,49 = 1,2: 1 = 6: 5, простейшая формула C6H5. Истинная формула C12H10 (дифенил).

Тогда становится понятным структура вещества A, т.к. это, формально, частный случай при n = m = 1:

(реакция Дильса-Альдера)

Только в этом случае можно прийти к B.

№7

Исходные углеводороды имеют формулы: CnH2n + 2; Cn + 1H2n + 2.

Их общее количество в смеси: n(смеси) = 3,92 / 22,4 = 0,175(моль)

При пропускании исходной смеси через склянки с растворами KMnO4 (OH-); Br2 (H2O) в реакцию вступает только алкен с образованием веществ, находящихся в жидком состоянии: Cn + 1H2n + 2(ОН)2 и

Cn + 1H2n + 2 Br2.

Масса, вступившего алкена в реакцию, равна (0,7 + 1,4) = 2,1 (г).

После реакций остались газообразные вещества с относительной плотностью по водороду 18. Их молярная масса равна: D = M/M(H2), М = 18 · 2 = 36 (г/моль).

Алкана с такой молярной массой нет. Вывод: алкен вступил в реакции не полностью, смесь состоит из исходного алкана и оставшегося алкена.

В состав исходной смеси могут входить только С2Н6 и С3Н8. М(С2Н6) = 30 г/моль, М(С3Н6) = 42 г/моль. Только эта смесь газов может иметь молярную массу 36 г/моль.

 

Определяем объемный состав смеси газов после реакции.

ν(смеси) = 1 моль, ν(С2Н6) = х моль, ν(С3Н6) = (1 – х) моль

30х + 42(1 – х) = 36, х = 0,5 φ%(С3Н6) = 50% после реакции

 

Определяем ν(С3Н6) вступившего в реакции:

ν(С3Н6) = 2,1 / 42 = 0,05 (моль).

ν(С2Н63Н6) осталось после реакций = (0,175 – 0,05) = 0,125 (моль)

Мольный состав этой смеси 50%, следовательно,

ν(С2Н6) = 0,0625 моль, ν(С3Н6) = 0,0625 моль

ν(С3Н6) = (0,0625 + 0,05) = 0,1125 (моль) всего в исходной смеси газов.

Находим их массы и процентный состав.

m(С2Н6) = 0,0625*30 = 1,875 (г), m(C3H6) = 0,1125*42 = 4,725. m(смеси) = 6,6 г

%(С2Н6) = 1,875 / 6,6 *100% = 28,41%, %(С3Н6) = 71,59%.

Ответ: 28,41%, 71,59%.

 

Класс

№1

Так как в ходе зарядки происходит перенос лития, можно обозначить образующиеся вещества как LixC и Li1-yCoO2.

1. LixC + x H2O = C + x LiOH + 0,5x H2

ν(H2)=0,633 моль

ν(Li)=1,266 моль

m(Li)=8.787 г

m(C)=91,213 г

ν (C)=7,594 моль

ν (C): ν(Li)=5,998≈6, формула образующегося вещества LiC6.

2. В исходном катодном материале кобальт находится в степени окисления +3 и является сильным окислителем. Восстановление кобальта в ходе анализа протекает до наиболее устойчивой в водном растворе степени окисления +2.

На титрование выделившегося в ходе анализа иода затрачено 0,1·15,9 = 1,59 мэкв тиосульфата натрия. Следовательно, 100 мг заряженного катодного материала соответствуют 1,59 мэкв кобальта, при этом он находится частично в степени окисления +3, частично в степени окисления +4, так как удаление части ионов лития должно компенсироваться увеличением заряда (окислением) кобальта. Поскольку молярная масса материала не может быть ниже 91 (CoO2), то восстановлением кобальта до Со(III) такого количества эквивалентов кобальта добиться невозможно.

Запишем состав заряженного катодного материала как Li1-yCoIVyCoIII1-yO2.

Тогда ν (Co)=100:((1-y)·6,941+58,933+2·15,999)

С другой стороны,

1,59=ν (Co)·(2·y+1·(1-y))

Отсюда

1,59/(1+y) = 100:(97,872-6,941y)

155,616-11,036y=100+100y

y=0,5, формула образовавшегося вещества Li0,5CoO2.

3. Переведем емкость аккумулятора в кулоны:

2100 мА·ч=2.1А·3600с=7560 Кл

Следовательно, емкость аккумулятора 2100мА·ч соответствует переносу 78,3 ммоль Li. По найденному ранее, реакции переноса имеют вид

Li++6C + e=LiC6

LiCoO2 = Li0,5CoO2 + 0,5Li+ + 0,5e

Таким образом, необходимо 6·78,3·12.011=5643 мг=5,643 г графита и

2·78,3·97,872=15327 мг=15,327 г LiCoO2.

4. Материалы аккумулятора составляют (5,643+15,327)/133·100=15,8%.

 

№2

Определим индексы для элементов в формуле соединения В:

Следовательно, индексы при калии и кислороде равны 1 и 4.

Молекулярная масса соединения В равна 39,1:0,247 = 158,3. На неизвестный элемент приходится 158,3 – 39,1 – 4 · 16,0 = 55,2. Это – марганец. Следовательно, В – это KMnO4.

В этом случае Е – это элементарный марганец. Формулы остальных соединений определяются при анализе превращений, приведенных на схеме:

 

 

Уравнения реакций:

2KMnO4 + 2H2SO4 + 10HCl = 5Cl2 + MnSO4 + K2SO4 + 7H2O

2KMnO4 + 2KOH + K2SO3 = 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O

2MnSO4 + 4NaOH + O2 = 2MnO2 + 2Na2SO4 + 2H2O

K2MnO4 + H2O = 2KOH + MnO2

MnSO4 + BaCl2 = MnCl2 + BaSO4

MnO2 + 2C = Mn + 2CO

Mn + Cl2 = MnCl2

MnCl2 + KOH = KCl + Mn(OH)2

4Mn(OH)2 + O2 = 2Mn2O3 + 4H2O

Mn2O3 + Al = Al2O3 + Mn

2Mn(OH)2 + 12KOH + 5Cl2 = 2KMnO4 + 10KCl + 6H2O

2Mn2O3 + 8KOH + 3O2 = 4K2MnO4

 

№3

А) Очевидно, что простых веществ с такими значениями молекулярной массы не существует. Следовательно, обе группы пиков соответствуют двум образующимся веществам. Обозначим их формулы XYa и XYb. Тогда разность масс должна соответствовать атомной массе элемента Y, умноженной на разность индексов. Взяв в качестве истинных масс среднее арифметическое значение для каждой группы пиков, получаем Δm = 307. Анализ разных значений разности индексов не позволяет найти ни одного удовлетворительно решения.

Рассмотрим далее вариант соединений XYa и X2Y2b Тогда получаем 2a · m(Y) – 2b · m(Y) = 144. То есть, (a – b) · m(Y) = 72, что хорошо соответствует хлору при a – b = 2. Тогда второй элемент – иод. Две группы пиков соответствуют соединениям ICl и I2Cl6.

В) Первая из молекул линейна (две точки всегда лежат на одной прямой). Доля определения структуры второй из них определим число электронных пар на валетных орбиталях иода. У него 7 собственных электронов, 3 электрона предоставляют на связь 3 атома хлора и еще одну электронную пару – один из мостиковых атомов хлора (в молекуле два атома иода соединены двумя мостиковыми атомами хлора). Итого на валентных орбиталях иода находится 12 электронов, т.е., 6 пар. Они будут располагаться в вершинах октаэдра. Поскольку две из этих пар являются неподеленными, они будут находиться напротив друг друга, а частица ICl4 будет представлять собой квадрат. I2Cl6 – два квадрата с общим ребром.

Г) Интенсивность отдельных сигналов определяется распространенностью конкретных изотопов хлора. Как известно, иод моноизотопен (только 127I), а хлор в природе представлен двумя изотопами – 35Cl (75%) 37Cl (25%). Тогда

Соотношение интенсивностей пиков 162 и 164 (127I35Cl и 127I37Cl) должно составлять 75:25, т.е., 3:1.

Соотношение интенсивностей пиков 464 и 476 (127I235Cl6 и 127I237Cl6) составит:

756: 256 = 729

Д) При повышении температуры будет происходить распад гексахлорида диода на мономеры. Появится группа сигналов ICl3 с m/z 232, 234, 236 и 240.

 

№4

Положительные результаты пробы Бейльштейна указывают на то, что в молекулах соединений Х, А и В содержатся атомы хлора.

Низкие температуры кипения продуктов (кроме С) указывают на их небольшие молекулярные массы.

Вещество Х: M(Х) = n M(C):ω(C), где n – число атомов углерода в молекуле.

При п =1 M(Х) = 12,01:0,2089 = 57,49, что соответствует формуле СН10Cl. Это невозможно.

При п =2 M(Х) = 114,98. Молекула Х может содержать 1 или 2 атома Cl, но при одном атоме хлора молекулярная масса не может быть целочисленной. Значит, имеем варианты: С2H20Cl2, С2H4OCl2. Первая формула невозможна, а вторая соответствует метилформиату, в котором один атом кислорода замещен двумя атомами хлора: Cl2CHOCH3. Это – α,α-дихлордиметиловый эфир.

α,α-Дихлордиметиловый эфир можно получить также прямым хлорированием диметилового эфира:

СH3-O-CH3 Cl2CH-O-CH3

Вещество А:

При п =1 M(А) = 12,01:0,3060 = 39,25, что невозможно, так как молекула содержит хлор.

При п =2 M(А) = 78,50. Единственная разумная формула – С2Н3ОCl. Это – хлорангидрид уксусной кислоты, CH3-COCl.

Вещество B:

При п =1 M(B) = 12,01:0,3189 = 37,66.

Разумным является вариант с п =3 и M(А) = 112,98. Целочисленная молекулярная масса соответствует наличию двух атомов хлора в молекуле. Из возможных брутто формул реальной является С3Н6Cl2. Это – 2,2-дихлорпропан, CH3-CCl2-СН3.

Вещество D:

При п =1 M(D) = 12,01:0,4527 = 26,53. Так как атомов хлора в молекуле нет, то молекулярная масса должна быть целочисленной и четной. Это возможно только при п =4, тогда M(D) = 106,12. Тогда соответствующая брутто-формула С4Н10О3. Чтобы определить строение D, нужно обратить внимание на то, что по сравнению с Х в D отсутствуют два атома хлора, но добавились 2 атома углерода и 6 атомов водорода, то есть две группы ОСН3. Очевидно, что прошла реакция замещения с образованием НС(ОСН3)3. Это – триэтилортоформиат.

В случае вещества С расчет дает при п =1 M(С) = 12,01:0,7923 = 15,16. Вероятнее всего, соединение С содержит бензольное кольцо, то есть п ≥6.

При п =6 M(С) = 90,96, но она должна быть четная.

При п =7 M(С) = 106,12, что соответствует формуле С7Н6О. Это – бензальдегид, С6Н5-СНО. Это подтверждается тем, что альдегиды легко окисляются.

Протекают следующие реакции:

HCOOCH3 + PCl5 → Cl2CHOCH3 + POCl3

X

CH3-COOH CH3-COCl

A

CH3-CO-CH3 CH3-CCl2-CH3

B

2 CH3ONa НС(ОСН3)3

D

C6H6 C6H5-CHO

C

Весьма вероятно, что эта реакция протекает аналогично обычному алкилированию по Фриделю–Крафтсу, где TiCl4 выступает в роли катализатора – кислоты Льюиса. Тогда на первой стадии процесса должен образоваться C6H5-CHCl-OCH3, который затем гидролизуется водой, отщепляя HCl и СН3ОН, с образованием бензальдегида.

Галогенорганические соединения, сгорая в пламени горелки, выделяют галогеноводород, который в окислительной части пламени взаимодействует с медью, образуя достаточно летучий CuCl2. Летучие соединения меди окрашивают пламя в зеленый цвет.

 

№5

Легкая дегидратация II под действием кислоты указывает на то, что это – третичный спирт. Образовавшийся алкен при озонировании образует ацетон – важный растворитель.

(CH3)2C(OH)CH2CH3 (CH3)2C=CHCH3

II III

(CH3)2C=CH2CH3 (CH3)2C=О + СH3CHO + H2O2

III IV V

Реакции гидролиза в кислой и щелочной средах:

(CH3)3CCH2OSO3K + Н2О = (CH3)3CCH2OН + КНSO4 (кислота – катализатор)

(CH3)3CCH2OSO3K + КОН + = (CH3)2C(ОН)CH3 + К2SO4

Зависимость lg k набл от рН выражается графиком:

 

 

Видно, что график состоит из двух прямолинейных отрезков с некоторым переходным участком. Причем в кислой области график является рН-зависимым, то есть скорость реакции линейно зависит от с Н+. Таким образом, в щелочной среде скорость реакции описывается выражением v = kc I, а в кислой – выражением v = kc I с Н+. Иными словами, при переходе из кислой в щелочную среду меняется общий порядок реакции и происходит смена механизма гидролиза.

При рН = 5 реализуются оба механизма гидролиза. Если значение рН поддерживается постоянным, то в кислой среде реакция имеет псевдопервый порядок и значение k = 2,3·10–1· с Н+ = 2,3·10–6 с–1.

В этом случае , то есть при рН 5 продукт содержит 46% неопентанола и 54% трет-пентанола.

Ускорение гидролиза алкилсульфатов в присутствии бактерий, несомненно, связано с ферментативными процессами. Действительно, многие бактерии содержат фермент сульфатазу, которая увеличивает скорость гидролиза более чем на 20 порядков.

 

№6

Все реакции, входящие в схему синтеза о -эвгенола, протекают по фенольным группам:

Строение о -эвгенола однозначно устанавливается за счет синтеза циклического эфира по схеме

Общий выход о -эвгенола в это синтезе составляет 0,87·0,77·0,80·0,85·0,85·100% = 38,7%.

Растворы хлорного железа реагируют с фенольными гидроксильными группами, образуя комплексы различного состава, причем для появления окраски достаточно одного фенолятного лиганда:

ArOH + [Fe(H2O)6]3+ = [(ArO)Fe(H2O)5]2+ + H+

№7

Рассчитаем состав углеводорода А. ν(С): ν(Н) = (90/12): ((100-90)/1) = 7.5:10 = 3:4. Отсюда формула А – (С3Н4)n.

Так как в А кислорода не обнаруживается, то при действии серной кислоты на ацетон можно предположить выделение воды – это кротоновая конденсация. Однако при первом рассмотрении в случае образования ациклического соединения кислород должен сохраняться (соединения 1,2,3):

Нужный результат (вещество А – мезитилен, С9Н12) даёт внутримолекулярная кротоновая конденсация соединения 3. Наличие только двух типов атомов водорода в А также удовлетворяет условию задачи.

При бромировании на свету происходит радикальное замещение водорода на бром в метильной группе мезитилена, при этом углеродный скелет сохраняется, то есть остаётся 9 атомов углерода.

Рассчитаем степень замещения Н на Вr (k): 80k/(120-k+80k) = 0.808, отсюда 16.168k = 96.96 и k = 6. В каждой метильной группе произошло замещение двух атомов водорода на бром. Три атома водорода в метильной группе не могут заместиться на бром из-за стерических препятствий.

Гидролиз бромпроизводного B в кислой среде приводит кбензол-1,3,5-трикарбальдегиду С.

Применение щелочного гидролиза в данном случае невозможно из-за чувствительности С к щёлочи (реакция Канницаро).

Реакция альдегидов и кетонов с первичными аминами приводит к образованию иминов (соединений со связью С=N) с выделением молекулы воды. Сумма атомов исходных веществ (4 молекулы альдегида и 6 молекул этилендиамина) – С48Н72N12О12. При сравнении с брутто-формулой Х С48Н48N12 видно, что в результате реакции выделяется 12 молекул воды. Наличие только трёх типов атомов водорода в Х свидетельствует о высокой симметрии этой молекулы. Из-за наличия трёх альдегидных групп в С и двух аминогрупп в этилендиамине происходит сшивка с образованием Х, имеющего полость внутри. Трифторуксусная кислота используется в качестве катализатора, активирующего альдегидную группу для присоединения атома азота этилендиамина.

 

Задания п


Поделиться с друзьями:

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...

История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.328 с.