За каждое уравнение по 2 балла

Всего: 10 баллов

Задача 3. В лаборатории устанавливали состав газообразного органического соединения. Для анализа был взят образец объемом 448 мл (н.у.) и массой 1,16 г. Продукты сгорания этого образца полностью поглотились при последовательном пропускании их через трубку с оксидом фосфора(V) и концентрированным раствором гидроксида калия. Масса трубок увеличилась соответственно на 1,8 г и 3,52 г.

А. Какие выводы исследователи могут сделать на основании анализа результатов исследования?

Б. Какое соединение изучали в лаборатории? Выводы подтвердите соответствующими расчетами.

В. Напишите уравнения всех химических реакций, упомянутых в задаче.

Г. Имеет ли искомое соединение изомеры? Если имеет, то напишите их структурные формулы и назовите по систематической номенклатуре.

Решение

А. На основании анализа результатов исследования можно предположить:

- Соединение органическое, следовательно, в его составе есть углерод, а в продуктах горения есть углекислый газ, поглощаемый в эксперименте щелочью. Масса углекислого газа будет равна приросту массы склянки со щелочью.

- Вторым продуктом реакции горения является вода, так как происходит увеличение массы трубки с оксидом фосфора(V), активно поглощающего воду. Масса воды будет равна приросту массы трубки с оксидом фосфора(V).

- В итоге можно сказать, что в состав искомого соединения входят углерод, водород и, возможно, кислород. Последнее можно доказать с помощью расчетов.

Балла

Б. уравнение реакции горения искомого соединения в общем виде:

               

                     448 мл (н.у.); 1,16 г               3,52 г 1,8 г

CxHy(Oz) + O₂        CO₂  + H₂O 

n(CxHy(Oz)) = 0,448 / 22,4 = 0,02 моль

М(CxHy(Oz)) = 1,16: 0,02 = 58 г/моль

n(CO2) = 3,52 /44 = 0,08 моль

n(H2O) = 1,8 / 18 = 0,10 моль

Расчет количества вещества и массы углерода, водорода, (кислорода) в исходном веществе

n(C) = n(CO2) = 0,08 моль; m(C) = 0,08 × 12 = 0,96 г

n(Н) = n(H2O) × 2 = 0,2 моль; m(Н) = 0,2 × 1 = 0,20 г

m(C) + m(Н) = 0,96 г + 0,20 г = 1,16 г

m(CxHy(Oz)) по условию задачи равна 1,16 г, следовательно, кислорода в исходном соединении нет. Его формулу можно представить так - CxHy

Его формулу можно представить так - CxHy

Нахождение простейшей формулы этого вещества

x: y = n(C): n(Н) = 0,08: 0,20 = 1: 2,5

М(CH2,5) = 14,5 г/моль

       M(CxHy) /M(CH2,5) =58/14,5 = 4

Истинная формула искомого соединения C4H10

Балла

В. Уравнение реакции горения бутана

C4H10 + 6,5 O2 = 4 CO2 + 5 H2O

Уравнение реакции взаимодействия углекислого газа со щелочью

2 NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

Уравнения реакции взаимодействия воды с оксидом фосфора(V)

P2O5 + H2O = 2 HPO3 метафосфорная кислота

P2O5 + 2 H2O = 2 H3PO4 ортофосфорная кислота

P2O5 + 3 H2O = H4P2O7 пирофосфорная кислота

В зависимости от условий образуются разные фосфорные кислоты.

Балла

Г. Бутан имеет два изомера (н-бутан и метилпропан).

Балл

Всего: 10 баллов

Задача 4. Избыток сернистого ангидрида пропустили через раствор перманганата калия. Образовался раствор серной кислоты с концентрацией 4,9 %. Определите концентрацию исходного раствора перманганата.

Решение

Уравнение реакции:

5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O = 2MnSO4 + K2SO4 + 2H2SO4 2 балла

ω(KMnO4) = m(KMnO4)/[mр-ра(H2SO4) – m(SO2)]

Пусть mр-ра(H2SO4) = 100 г, тогда

а) m(H2SO4) = 4,9 г; v (H2SO4) = 4,9/98 = 0,05 моль           2 балла

б) по уравнению реакции v (SO2): v (KMnO4): v (H2SO4) = 5:2:2

следовательно, прореагировало 0,02 моль KMnO4 и 0,05 моль SO2 2 балла

в) m(KMnO4) = 0,02·151 = 3,02 г; m(SO2) = 0,05·64 = 3,2 г              2 балла

ω(KMnO4) = 3,02/(100-3,2) = 0,0312 или 3,12 %                                  2 балла

Итого 10 баллов

Задача 5. В представленной схеме превращений вещество А относится к гомологическому ряду бензола и является монозамещенным производным. Массовая доля углерода в этом углеводороде равна 90,57 %, а его молярная масса не превышает 110 г/моль.

 

 

А. Установите структурную формулу вещества А.

Б. Напишите уравнения химических реакций в соответствии со схемой.

В. Назовите вещества А-Е.

Решение

А. Установление формулы вещества А.

Допустим, что масса вещества А равна 100 г. Тогда m(C)= 90,57 г, а m(Н)=9,43 г.

x: y = n(C): n(H) = (90,57/12): (9,43/1) = 7,5475: 9,43 = 1: 1,25

Так как искомое соединение относится к гомологическому ряду бензола, х ≥ 7

Если х =7, то у =8,75, такое соединение не существует.

При х =8, у =10, что соответствует формуле С8Н10. М(С8Н10)=106 г/моль.

Формуле С8Н10 соответствуют 4 соединения: этилбензол или о-, (м-), (п)- ксилолы. Но к условиям заданной цепочки превращений подходит только этилбензол.

Балла

Б.

Далее целесообразно продолжать «цепочку» только с одним изомером нитроэтилбензола.