LVI Обласна олімпіада юних хіміків (м. Львів, 13 A 2 ...loippo.lviv.ua/files/2015/olimp2016/III-etap/ximija/2016... · 2016-02-13 · 5 lvi Обласна

1

LVI Обласна олімпіада юних хіміків (м. Львів, 13-14 лютого 2016 р.)

8 клас

Задача 1 (8 балів)

Для наведеної схеми хімічних пере-

творень визначте невідомі речовини (А та В)

та реагенти (1, 3 та 6). Напишіть і урівняйте

наведені рівняння реакцій, якщо реагент 2 –

Вr2; реагент 4 – (O3 + H2O); реагент 5 – Ва. KI

A

HI

A B

1

5 64

32

Розв’язок

1) КІ (тв.) + Н3РО4(конц.) = КН2РО4 + НІ↑

2) 2КІ + Вr2 = I2 + 2KBr

3) I2 + H2 = 2HI

4) 2KI + O3 + H2O = I2+ O2+2KOH

5) I2 + Ba = BaI2,

6) BaI2 + H2SO4 = BaSO4 ↓+ 2HI

Отже невідомі речовини А I2; В BaI2; 1 Н3РО4(конц.) ; 3 Н2; 6 H2SO4.


Невідома бінарна речовина утворена двома видами хімічних частинок (з одна-

ковою електронною конфігурацією 1s22s

22p

63s

23p

6) у молярному співвідношенні 1:1.

Її наважка масою 14,9 г повністю прореагувала з 20,0 г розчину 98 %-ої (за масою)

сульфатної кислоти.

Встановіть природу невідомої речовини та запишіть рівняння відповідної

реакції. Визначте масу утвореної солі. Чи реагуватиме водний розчин утвореної солі

з металічним магнієм? Якщо так, тоді напишіть рівняння відповідної реакції.

Розв’язок 1) Електронній будові 1s

22s

22p

63s

23p

6 відповідають катіони К

+, Са

2+, Sc

3+, аніони Cl

–,

S2–

, P3–

. При поєднанні цих катіонів та аніонів утворюються сполуки KCl, CaS, ScP.

2) Знаходимо масу Н2SО4 у розчині 98 %-ої сульфатної кислоти :

ω(Н2SО4) = ну)-(р m

)SОm(Н 42

m(Н2SО4) = ω(Н2SО4) × m(р-ну) = 0,98 × 20 = 19,6 (г)

3) Знаходимо кількість Н2SО4, яка прореагувала з невідомою речовиною:

n = )SО(Н М

)SОm(Н

42

42 = 98

19,6 = 0,200 (моль)

4) Оскільки невідома речовина прореагувала повністю з Н2SО4 кислотою, то

кількість невідомої речовини становить 0,2 моль. Розраховуємо кількості речовин

KCl, CaS, ScP у 14,9 г:

5) М(KCl) = 74,5 г/моль; n(KCl) = (КСl) М

m(КСl) =

74,5

14,9 = 0,200 (моль);

М(CaS) = 72 г/моль); n(CaS) = (CaS) М

m(CaS) =

72

14,9 = 0,207 (моль);

М(ScP) = 76 г/моль; n(ScP) = (ScP) М

m(ScP) =

76

14,9 = 0,196 (моль);

Отже, шукана речовина – KCl.

2


8 клас

6) Рівняння відповідної реакції: KClтв + Н2SО4 = НCl↑ + KНSО4.

7) Маса утвореної солі KНSО4 з рівняння реакції становить:

m(KНSО4) = n(KНSО4) × М(KНSО4) = 0,2 × 136 =27,2 (г)

8) Рівняння реакції водного розчину утвореної солі KНSО4 з Mg:

2KНSО4 + Mg = К2SО4 + MgSО4 + Н2↑


В закритій посудині підірвали 100 мл (н.у.) суміші водню, кисню та азоту.

Після приведення суміші до первісних умов та конденсації водяної пари об’єм

газової фази складав 64 мл. До одержаної суміші додали 100 мл повітря (φ(N2)=80%)

і знову підірвали (довели до вибуху). Об’єм одержаної газової суміші, яку також

привели до первісних умов, становив 128 мл.

Визначте об’ємну частку (у відсотках) компонентів вихідної суміші, якщо азот

за умов експерименту залишається повністю інертним.

Розв’язок

1) 2Н2 + О2 = 2Н2О

2V 1V

За умовою задачі об’єм суміші зменшився на 36 мл (100 – 64 = 36).

2) З рівняння реакції видно, що при зменшенні об’єму на 3 мл реагують 2 мл (Н2) і 1

мл (О2) відповідно. Отже:

V1(Н2) =(362)/3=24 (мл); V1(О2) = (361)/3=12 (мл)

3) Залишок (64 мл газу) змішали з 100 мл повітря, яке містить 80 мл азоту і 20 мл

кисню, в результаті утворилось 164 мл газової суміші (64+100=164).

4) Після повторного вибуху і приведення газів до первинних умов об’єм суміші

виявився рівним 128мл. Отже: ∆V = 164 мл 128 мл = 36 мл.

5) Значить, прореагувало ще:

V2(Н2)=24мл і V2(О2)=12 мл (О2).

6) Тому склад вихідної суміші:

V(Н2)=V1(Н2)+V2(Н2)=48 мл; V1(О2)=12 мл; V1(N2)=1004812= 40 (мл).

7) Звідси: φ(Н2) = 48%; φ(О2) = 12%; φ(N2) = 40%.


До 40 г насиченого водного розчину ферум(ІІ) хлориду додали 10 г цієї ж

безводної солі. Одержану суміш нагріли до повного розчинення, а потім охолодили

до вихідної температури. При цьому випало 24,3 г осаду кристалогідрату.

Встановіть його формулу, якщо відомо, що насичений розчин містить 38,5

мас. % безводної солі.

Розв’язок

1) Обчислюємо кінцеву масу розчину після випадання осаду кристалогідрату:

40 + 10 24,3=25,7 г

2) Обчислюємо масу безводного FeCl2 в кінцевому розчині:

25,70,385 = 9,90 г

3


8 клас

3) Обчислюємо масу безводного FeCl2 вихідному розчині:

400,385 = 15,4 г

4) Визначаємо масу FeCl2 в складі утвореного кристалогідрату:

15,4 + 10 9,9 = 15,5 г

5) Встановлюємо формулу кристалогідрату, обчислюючи масову частку FeCl2 в

кристалогідраті FeCl2 xH2O:

x18127

127

3,24

5,15

, звідки х = 4.

Отже формула кристалогідрату FeCl24H2O.


При додаванні до водного розчину сполуки А хлоридної кислоти виділяється

безбарвний газ В, який має характерний запах, а в розчині залишається сіль С. При

додаванні лугу до розчину сполуки А виділяється безбарвний газ D з різким запа-

хом, а в розчині залишається сіль Е. При пропусканні газу В через розчин Cu(NO3)2

випадає чорний осад сполуки F.

Розшифруйте речовини А, В, С, D, Е та F, напишіть та урівняйте рівняння всіх

згаданих реакцій, якщо додатково відомо, шо: 1) відношення молярних мас газів В і

D становить 2 : 1; 2) водний розчин сполуки А є аналітичним реагентом, який

використовуються для якісного визначення багатьох катіонів. Обґрунтуйте Ваші

висновки.

Розв’язок

1) При пропусканні газу В через розчин Cu(NO3)2 випадає чорний осад сполуки F,

яким може бути лише CuS. Тож газ В, який має характерний запах, Н2S.

2) При дії на сіль лугом може виділятися лише один газ з різким запахом, аміак.

Молярна маса Н2S становить 34 г/моль, тоді газ D має молярну масу 17 г/моль, що

підтверджує, що газ D – NН3.

3) Відповідно сполука А це сіль (NН4)2S.

4) Рівняння реакцій: (NН4)2S + 2НCl = Н2S↑ + 2NН4Cl;

(NН4)2S + 2NaOH = 2NН3↑ + Na2S + 2H2O; Cu(NO3)2 + Н2S = CuS↓ + 2HNO3

5) Отже, невідомі речовини:

А – (NН4)2S; В – Н2S; С – NН4Cl; D – NН3; E – Na2S; F – CuS.


До 40 г води додали 8 г суміші натрію й натрій оксиду. У результаті утворився

25% (за масою) розчин лугу.

Обчисліть вміст натрію (в мас. %) у вихідній суміші.

Розв’язок

1) Нехай х масова частка натрію в суміші. То в 8 г суміші міститься 8 ( )x г натрію

і 8 8x г( )( ) оксиду натрію.

4


8 клас

2) Суміш взаємодіяла з водою згідно з рівняннями:

2 22 2 2Na H O NaOH H ; 2 2 2Na O H O NaOH

3) Виразимо масу NaOH в утвореному розчині двома способами:

а) на основі рівнянь реакцій; б) на основі концентрації (%) та маcи утвореного

розчину.

Додаткові відомості: )/(2)(;62)(;40)(;23)( 22 мольгHMONaMNaOHMNaM

4) За рівнянням реакції натрію з водою: 18

2 22 23 2 40 2

2 2 2yx z

Na H O NaOH H

(г) (г) (г)

г/моль г/моль г/моль

1 1

8( ) 40( )

23

xy m NaOH г

5) Аналогічно, маса NaOH, утвореного в результаті взаємодії гx)88( Na2О з водою

28(1 )

2 22 4062

2yx

Na O H O NaOH

(г) (г)

г/моль г/моль становить 2 2

8(1 )( ) 2 40 ( )

62

xy m NaOH г

.

6) Тож загалом утворилося

1 2

8 8(1 )( ) 40 2 40 ( )

23 62

x xm NaOH y y г

(1)

6) З рівняння реакції знаходимо: 2

8( ) ( )

23

xz m H г

7) Маса утвореного розчину лугу дорівнює сумі мас води )40( г , суміші Na і Na2О )8( г та мінус маса Н2 (виділився в результаті взаємодії натрію з водою):

8( ) 40 8 ( )

23

xm розчину г .

8) Згідно умови задачі утворився 25 %-ий розчин NaOH, в якому маса NaOH

дорівнює добутку маси розчину на його масову частку:

8( ) (40 8 ) 0,25 ( )

23

xm NaOH г (2)

9) Прирівнявши обидва вирази, які визначають масу NaOH в розчині ((1) та (2)),

отримаємо рівняння, розраховуємо частку Na в суміші Na і Na2О:

8 8 8 8

40 2 40 (40 8 ) 0,25 0,45623 62 23

x x xx

10) Тож ( ) 0,456 100% 45,6 %.w Na

5


9 клас


Класичний і один з найточніших методів визначення купруму в рудах, сплавах

та інших матеріалах ґрунтується на окисно-відновній реакції солей купруму(ІІ) з

калій йодидом. Йод, який виділився, відтитровують розчином натрій тіосульфату за

присутності крохмалю як індикатора. Напишіть рівняння реакцій взаємодії іонів

Купрум(ІІ) з йодид-аніонами, а йоду з натрій тіосульфатом. Купрум, який містився

у наважці руди масою 0,920 г, після певних операцій перевели в розчин. Після

додавання до цього розчину калій йодиду виділився йод, на титрування якого

витратили 12,52 мл розчину натрій тіосульфату з вмістом тіосульфат-іона

0,0065 г/мл. Обчисліть масову частку купруму в руді. Примітка. “Відтитрувати” означає встановити момент, коли кількість доданого титранта

(реагента з відомою концентрацією) є еквівалентна (відповідно до рівняння реакції) кількості

визначуваної речовини.

Розв’язок

1) 2Cu2+

+ 4I ⇄ 2 CuI + I2 (1); I2 + 2 S2O3

2- ⇄ S4O6

2 + 2 I

( 2)

2) Обчислимо масу тіосульфату, яку витратили на титрування йоду:

m(S2O32

) = Т∙V = 0,0065∙12,52 = 0,08138 г;

M (I2) = 254 г/моль; M (S2O32-

) = 112 г/моль.

3) Згідно з рівнянням (2): 2∙112 г (S2O32-

) взаємодіє з 254 г (I2)

0,08138 г (S2O32-

) – з х г (I2)

254 0,08138=0,09228

2 112x

г –виділилося йоду.

3) Тому за рівнянням (1): 2∙64 г (Cu ) – 254 г (I2)

m г (Cu ) – 0,09228 г (I2)

2 64 0,09228=0,04650

254m

г

4) Cu

руди

0,04650=0,0505=5,05

0,9200

m

m %

Задача 2 (21 бал)

В реактор об’ємом 5 л закачали суміш хлору з нітроген(IІ) оксидом, яка за

нормальних умов займала 36 л. Густина за повітрям цієї суміші становила 1,545

(н.у.). У реакторі компоненти суміші провзаємодіяли з утворенням жовто-оран-

жевого токсичного газу. До моменту настання рівноваги прореагувало 15 % хлору.

1. Визначте кількісний склад (у л) вихідної суміші хлору з нітроген(ІІ) оксидом.

2. Який газ утворився внаслідок реакції? Напишіть рівняння реакції.

3. Обчисліть рівноважні концентрації (у моль/л) усіх речовин у реакторі.

4. Обчисліть тепловий ефект реакції хлору з нітроген(ІІ) оксидом, якщо відомо, що

теплоти утворення нітроген(IІ) оксиду та продукту реакції становлять 90,29 та

51,71 кДж/моль, відповідно. До яких процесів, екзотермічних чи ендотермічних,

належить ця реакція?

5. Скільки літрів продукту реакції потрібно додати в реактор, щоб швидкість

зворотної реакції збільшилася у 4 рази?

6


9 клас

6. Якими ще способами, окрім взаємодії хлору з нітроген(ІІ) оксидом, можна

отримати згадуваний продукт? Які кислоти можна отримати в результаті

гідролізу продукту реакції? Запишіть відповідні рівняння реакцій.

Розв’язок

1) Знайдемо склад вихідної суміші газів, врахувавши, що Мпов = 29 г/моль.

Значення середньої молярної маси суміші Мсер = 1,545∙29 = 44,8 г/моль;

M (NO) = 30 г/моль; M (Cl2) = 71 г/моль.

Якщо х мольна частка NO в суміші, то мольна частка Cl2 становить (1–х). Запишемо

рівняння. Звідси: 44,8 = 30∙x + 71∙(1–x), х = 0,64; (1–х) = 0,36.

Врахувавши, що мольна та об’ємна частки для газів за н.у. мають однакові

значення, отримуємо:

V (NO) = 36 ∙ 0,64 = 23 л; V (Сl2) = 36 ∙ 0,36 = 13 л.

2) В результаті взаємодії компонентів суміші утворюється жовто-оранжевий

токсичний газ – нітрозил хлорид NOCl: 2NO + Cl2 ⇄ 2NOCl

3) Обчислимо вихідні концентрації реагуючих речовин:

Споч(NO) = реакт

23=0,2054

22,4 5

n

V

моль/л; Споч(Сl2) =

реакт

13=0,1161

22,4 5

n

V

моль/л.

4) За умовою прореагувало 15 % від початкової кількості хлору, тобто 0,1161∙0,15 =

= 0,0174 моль/л. Тоді рівноважна концентрація хлору становитиме

[Cl2] = 0,1161–0,0174 = 0,0987 моль/л.

Згідно з рівнянням реакції прореагувало вдвічі більше NO, тобто 0,0174∙2 =

= 0,0348 моль/л. Тоді рівноважна концентрація NO становитиме

[NO] = 0,2054–0,0348 = 0,1706 моль/л.

Відповідно (згідно з рівнянням реакції) утворилося 0,0348 моль/л продукту NOCl:

[NOCl] = 0,0348 моль/л.

5) Тепловий ефект реакції (стандартну ентальпію реакції) обчислюємо згідно з

першим наслідком закону Ґесса, врахувавши, ентальпії утворення простих речовин

дорівнюють нулеві.

2 NO + Cl2 ⇄ 2 NOCl

2·90,29 0 2·51,71

Нр = 2·51,71 2·90,29 = 103,42 180,58 = 77,16 кДж/моль.

Отже , реакція екзотермічна.

6) Рівняння швидкості для зворотної реакції має вигляд: Vзвор = k[NOCl]2, де k –

константа швидкості реакції, тоді

Vзвор1 = k(0,0348)2, а Vзвор2 = kх

2, де х – збільшена концентрація NOCl.

Якщо швидкість збільшиться у 4 рази, то kх2 = 4k(0,0348)

2, звідки x = 0,0696 моль/л.

7) Отже, концентрацію NOCl потрібно збільшити на 0,0696–0,0348 = 0,0348 моль/л.

Оскільки об’єм реактора 5 л, то кількість речовини NOCl дорівнює 0,174 моля, що за

н.у. становить 3,9 л.

8) Нітрозил хлорид утворюється в результаті взаємодії концентрованої нітратної та

хлоридної кислот (під час нагрівання) за реакцією

HNO3 + 3HCl = NOCl + Cl2 + 2H2O,

7


9 клас

a також при дії нітрозилсульфатної кислоти на сухий натрій хлорид

NaCl + NOHSO4 = NOCl + NaHSO4.

9) Внаслідок гідролізу нітрозил хлориду утворюються нітритна і хлоридна кислоти,

тому його можна вважати хлорангідридом нітритної кислоти

NOCl + H2O = HNO2 + HCl.


В розчин ферум(ІІІ) хлориду поклали мідну кульку. Виявили, що до того

моменту, коли діаметр кульки зменшився вдвічі, прореагувала якраз половина

ферум(ІІІ) хлориду.

Обчислити у скільки разів кількість речовини (моль) непрореагованого

ферум(ІІІ) хлориду відрізнятиметься від кількості речовини утвореного купрум(ІІ)

хлориду у той момент, коли розчиниться уся кулька (зміною об’єму розчину

знехтувати).

Розв’язок

1) 2 FeCl3 + Cu = 2 FeCl2 + CuCl2

2) Треба пов’язати масу міді, яка розчинилася і масу FeCl3, який взяв участь у

реакції, з відомим діаметром кульки.

mCu = ρ∙Vк, де ρ – густина міді; Vк – об’єм кульки.

3 3 3

к

4 4 d 1V = πr π( ) πd

3 3 2 6 , де r і d– відповідно радіус і діаметр кульки.

Тоді маса усієї кульки 3

Cu

1= πd

6m .

3) У момент, коли діаметр кульки зменшився вдвічі:

2

1d = d

2;

3 3

к2

1 d 1V = ( ) πd

6 2 48 .

4) Відповідно у розчин перейде міді:

3 3 3

Cu Cu Cu2 к к2

1 1 7= V -ρ V ( d πd ) πd

6 48 48m m m

5) Згідно з рівнянням реакції: з М(Cu), г реагує 2М(FeCl3), г,

а з 37 πd

48 , г реагує x(FeCl3)

3 3

3 32 (FeCl ) 7πd 7 (FeCl )πd

48 (Cu) 24 (Cu)

M Mx

M M

– стільки FeCl3 прореагує до того моменту,

коли діаметр кульки зменшився вдвічі (якраз половина ферум(ІІІ) хлориду).

6) Отже спочатку у розчині містилося FeCl3: 3 3

3 3поч 3

7 (FeCl )πd 7 (FeCl )πd(FeCl ) 2 2

24 (Cu) 12 (Cu)

M Mm x

M M

.

7) Аналогічно знаходимо масу FeCl3, яка прореагує на момент повного розчинення

кульки: М(Cu), г – 2М(FeCl3), г,

31πd

6 , г – x2(FeCl3).

8


9 клас

333

32

12 (FeCl ) πd

(FeCl )πd6

(Cu) 3 (Cu)

MM

xM M

.

8) Тоді у розчині залишиться непрореагованого FeCl3: 3 3 3

3 3 3поч 3 2

7 (FeCl )πd (FeCl )πd (FeCl )πd(FeCl )-

12 (Cu) 3 (Cu) 4 (Cu)

M M Mm m x

M M M

.

9) На підставі аналогічних міркувань з’ясовуємо масу CuCl2, який утворився на

момент повного розчинення кульки:

М(Cu), г – М(CuCl2), г,

31πd

6 , г – mутв(CuCl2).

3

2утв 2

(CuCl )πd(СuCl )

6 (Cu)

Mm

M

.

10) Представимо кількості речовини непрореагованого FeCl3 і утвореного CuCl2: 3

33

3

(FeCl ) πd(FeCl )

(FeCl ) 4 (Cu)

mn

M M

;

3утв 2

2

2

(CuCl ) πd(CuCl )

(CuCl ) 6 (Cu)

mn

M M

.

Тоді:

3

3

3

2

(FeCl ) πd 6 (Cu) 61,5

(CuCl ) 4 (Cu) πd 4

n M

n M


Радіус іона Н+ становить менше 10

15 м, результатом чого є, зокрема, протону-

вання молекул розчинників: зокрема, у воді утворюються іони гідроксонію Н3О+.

Відомо, що в 1 дм3 дистильованої води внаслідок дисоціації молекул Н2О міститься

107

моль іонів гідроксонію. Обчисліть скільки молекул води припадає на один іон

гідроксонію в 1 дм3 дистильованої води, якщо вважати, що за цих умов ρ(Н2О) =

1 кг/дм3.

Розв’язок

1) ρ(Н2О) = 1кг/дм3 = 1000 г/л – густина дистильованої води.

m = ρ∙V = 1000 г – маса 1 л дистильованої води

2) 2

2

(H O) 100055,56 моль

(H O) 18

mn

M – кількість речовини 1 л дистильованої води.

3) + +3 3

-7 23 16

H O H O10 6,02 10 6,02 10AN n N – кількість іонів гідроксонію.

4) Загальна кількість молекул Н2О в 1 л дистильованої води становить

2 2

23

H O H O 55,56 6,02 10AN n N .

5) + +

23

16

продис. H OH O H6,02 10N N N – кількість молекул води в 1 л дистиляту, які

продисоціювали на іони.

6) Залишилося непродисоційованих Н2О:

+2 2 3

23 16 16

H O продис. H O H O55,56 6,02 10 6,02 10 6,02 10N N N N .

7) На один іон гідроксонію припадає молекул води:

+3

23 16 7 167

16 16

H O

55,56 6,02 10 2 6,02 10 (55,56 10 2) 6,02 1055,56 10 2

6,02 10 6,02 10

N

N

9


9 клас


Визначте формулу газуватого алкану, маса 1 л якого (за н.у.) становить 1,965 г.

1. Які ізомерні дихлорпохідні можна одержати під час радикального хлорування

цього вуглеводню? Зобразіть структурні формули і назвіть всі можливі ізомери.

2. На прикладі одного з одержаних ізомерів запишіть механізм реакції радикального

заміщення вихідної сполуки. Напишіть, за яких умов відбувається ця реакція?

3. Чи однакова ймовірність заміщення атомів гідрогену галогеном біля первинних,

вторинних і третинних атомів карбону? Обґрунтуйте Вашу відповідь та за її

негативного характеру зазначте той із зображених Вами ізомерів, для якого

ймовірність утворення є найбільшою.

Розв’язок

1) m

10,0446 моль

22,4

Vn

V .

2) m

nM

→ 1,965

440,0446

mM

n – молярна маса алкану

3) Насичені вуглеводні мають загальну формулу CnH2n+2

Складаємо рівняння: 12n+(2n +2)1=44, звідки n=3, отже вуглеводень C3H8 – пропан.

3) Під час радикального хлорування пропану можна одержати такі дихлорпохідні

HCl2C–CH2–CH3 1,1-дихлорпропан H2ClC–CHCl–CH3 1,2-дихлорпропан

H3C–CCl2–CH3 2,2-дихлорпропан H2ClC–CH2–CH2Cl 1,3-дихлорпропан

4) За наявності ультрафіолетове опромінювання чи нагрівання механізм хлорування

такий: Cl:Cl Cl Clh

CH2

CH3

CH3

Cl CH

CH3

CH3

ClH+ + ;

Cl CH

CH3

CH3

ClCH

CH3

CH3

+ ; Cl ClC

CH3

CH3

H ClHC

CH3

CH3

Cl+ + ;

і т.д.

4) Галогенування алканів, які містять первинні, вторинні та третинні атоми Карбону

відбувається по-різному: найлегше галоген заміщує атом Гідрогену біля менш

гідрогенізованого третинного атома Карбону, потім – біля вторинного, і найважче –

біля первинного. Ця закономірність пояснюється тим, що енергія зв’язку атома

Гідрогену з первинним, вторинним і третинним атомами Карбону неоднакова: вона

становить відповідно 415, 390 і 376 кДж/моль. У такому разі очевидно найвищою є

імовірність утворення ізомеру 2,2-дихлорпропану.

5) При хлоруванні алканів утворюється суміш продуктів заміщення Гідрогену у

різних атомів Карбону. Співвідношення продуктів хлорування залежить від

температури. Швидкість хлорування первинних, вторинних і третинних атомів

залежить від температури, при низькій температурі швидкість зменшується в ряді:

третинний, вторинний, первинний. При підвищенні температури різниця між

швидкостями зменшується до тих пір, поки не стає однаковою. З фтором і хлором

реакція може протікати з вибухом, в таких випадках галоген розбавляють азотом.

10


9 клас


Катіони важких металів є поширеними забруднювачами довкілля. Майже 70 %

токсичних металів, які потрапляють до організму людини, надходять разом із

продуктами харчування, вирощеними на забруднених ґрунтах.

У санепідемстанції визначали вміст у ґрунті сільськогосподарського угіддя

двох високонебезпечних металів, які належать до першого класу токсичності. Пер-

ший метал утворює важкорозчинні йодид (золотисто-жовтого кольору), сульфід

(темно-сірий, майже чорний), сульфат і хлорид (білі), тоді як другий – сульфід жов-

того кольору. Катіони яких металів визначали? Запишіть формули усіх згаданих

сполук.

Пробу ґрунту, яка містить згадані метали, масою 100,0 г розтерли і повністю

розклали (термічно та дією кислот). Сухий залишок розчинили в розбавленій

нітратній кислоті і одержаний розчин поділили на дві однакові порції. До однієї

порції додали розчин натрій сульфіду, в результаті чого випав осад масою 0,0010 г.

До іншої порції додали розчин калій йодиду: маса одержаного осаду становила

0,0008 г. Визначте вміст двох згаданих металів-забруднювачів у аналізованих

пробах ґрунту (у мг/кг).

Чи можна вважати, що ґрунт був забруднений цими металами, якщо їхні

максимальні допустимі вмісти, відповідно до санітарних норм, не повинні

перевищувати 2 мг/кг?

Розв’язок

1) Метали: Pb (PbSO4 і PbCl2 білого кольору, PbI2 – золотисто-жовтий, PbS – темно-

сірий) та Cd (CdS – жовтий). Тож аналізований ґрунт забруднений Pb і Cd.

2) Оскільки для аналізу використали однакові порції одержаного розчину, то вміст

металів в обох порціях однаковий. Очевидно, що осад з калій йодидом, – це осад

PbI2, тоді

461 г PbJ2 - 207 г (Pb) m(Pb) = 0,00036 г – у порції

0,0008 г - m(Pb), г одержаного розчину

3) Осад сульфідів містить PbS і CdS. Обчислимо масу PbS за відомою масою Pb у

порції одержаного розчину

m(PbS), г - 0,00036 г (Pb)

239 г (PbS) - 207 г (Pb) m(PbS)= 0,00042 г.

4) У такому разі маса CdS становить m(CdS)=0,0010 0,00042=0,00058 г

144 г (CdS) - 112 г (Cd) m(Cd) = 0,00045 г – у порції

0,00058 г (CdS) - m(Cd), г одержаного розчину.

5) Враховуємо, що одержаний після обробляння проби розчин поділили на дві

порції: m’(Pb) = 0,00036∙2 = 0,00072 г = 0,72 мг;

m’(Cd) = 0,00045∙2 =0,00090 г =0,90 мг.

6) Обчислюємо вміст металів на кг ґрунту:

P(Pb)=m’(Pb)/m(проби)= 0,72 мг/0,1 кг= 7,2 мг/кг;

P(Cd)=m’Cd)/m(проби) = 0,90 мг/0,1кг= 9,0 мг/кг.

11


10 клас


При обережному прожарюванні у відкритій посудині 4,47 г кристалогідрату

двовалентного металу M маса речовини зменшилась на 1,00 г. Тривале прожарю-

вання такої ж маси безводного нітрату того ж двовалентного металу призводить до

утворення 1,89 г твердого оксиду MO. Додавання водного розчину амоніаку до роз-

чину відповідного нітрату призводить до появи інтенсивного синього забарвлення.

Встановіть формулу описаних в задачі сполук, підтвердивши свої міркування

розрахунками. Напишіть та урівняйте рівняння реакцій описаних в задачі. Дайте

номенклатурну назву забарвленого продукту взаємодії відповідного нітрату з

амоніаком.

Розвʼязок

1) Розклад нітрату двовалентного металу можна зобразити у вигляді

стехіометричної схеми: M(NO3)2 → MO

2) Нехай мольна маса металу М, тоді для нітрату мольна маса М+62·2, для оксиду

М+16. Знаючи маси нітрату та оксиду знаходимо:

4,47/(М+124) = 1,89/(М+16); М≈63; метал − Купрум, MO – CuO.

Відповідне хімічне рівняння: 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2↑ + O2↑.

3) Обережне прожарювання кристалогідрату купрум(ІІ) нітрату призводить до

втрати води: Cu(NO3)2·xH2O = Cu(NO3)2 + xH2O↑

4) Молярна маса відповідного кристалогідрату 187,56+х·18.

Тоді маємо: 4,47/(187,56+х·18) = 1,00/(18·х); х = 3.

Отже формула відповідного кристалогідрату Cu(NO3)2·3H2O:

Cu(NO3)2·3H2O = Cu(NO3)2 + 3H2O.

5) При додаванні амоніаку до розчину купрум(ІІ) нітрату утворюється інтенсивно

забарвлений тетраамінкупрум(ІІ) нітрат:

Cu(NO3)2+ 4NH3= [Cu(NH3)4](NO3)2.


Мідну пластинку масою 20,0 г помістили в 6 % розчин арґентум нітрату

об’ємом 200 см3 (ρ= 1,05 г/см

3). Через добу пластинку вийняли, обережно промили

спиртом та висушили. Виявилося, що після досить тривалого зберігання у набора-

торній шафі пластинка почорніла.

Обчисліть масу пластинки, якщо під час витримування мідної пластинки у

розчині аргентум нітрату жоден осад не утворювався;

напишіть рівняння, яке описує процес почорніння пластинки;

опишіть хімічні процеси, що відбуватимуться при спробі повернути блиск

пластинки, зануривши її в досить концентрований розчин калій ціаніду

Розв'язок

1) Взаємодія арґентум нітрату та міді відбувається згідно рівняння:

Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag↓

2) ν(Cu) = 20,00 г / 63,55 г/моль= 0,31 моль;

m(AgNO3) = 200 см3·1,05 г/см

3·0,06 = 12,6 г

12


10 клас

ν(AgNO3) = 12,6 г / 169,87 г/моль = 0,074 моль

Обчислення проводимо виходячи з маси арґентум нітрату оскільки мідь в надлишку.

3) При взаємодії 2 моль арґентум нітрату пластинка важчатиме на

215,74 63,55 = 152,2 г.

Оскільки в вихідному розчині 0,074 моль солі то зміна маси становитиме 5,63 г, а

кінцева маса пластини 25,63 г.

4) Почорніння пластинки пояснюється взаємодією шару срібла з сірководнем

наявним у повітрі: 4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O.

5) При спробі повернення блиску пластинки відбуватимуться наступні реакції:

2Ag2S + 8KCN + 2O2 + H2O = 4K[Ag(CN)2] + K2S2O3 + 2KOH;

4Ag + 8KCN + 2H2O + O2 → 4K[Ag(CN)2] + 4KOH;

2Cu + 4KCN + 2H2O → 2K[Cu(CN)2] + 2KOH + H2.


Бінарну природну сполуку А (темно-жовта) прокип’ятили в розчині нітратної

кислоти. При цьому утворювався безбарвний газ Б та прозорий розчин. До остан-

нього додали гарячий водний розчин калій гідроксиду до практично нейтральної

реакції. До новоутвореного розчину внесли підкислений розчин калій йодиду. Ре-

зультатом стало утворення темного осаду речовини В, який відфільтрували. До

фільтрату додали водний розчин арґентум нітрату; при цьому випав жовтий осад Г,

який теж відфільтрували. До нового фільтрату додали розчин барій хлориду, що

призвело до випадання білого осаду Д.

Напишіть відповідні рівняння реакцій та розшифруйте речовини А, Б, В, Г та Д,

якщо відомо що, мольні маси елементів, які утворюють сполуку А, співвідносяться

як 1 : 2,33.

Розв'язок

1) 3As2S3 + 28HNO3 + 4H2O → 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO.

Колір сполуки А вказує на арсен(ІІІ) сульфід, оскільки арсен(V) сульфід − яскраво

жовтий, не зустрічається в природі. Газ Б − нітроген(ІІ) оксид.

2) H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O;

H3AsO4 + 2KOH = K2HAsO4 + 2H2O.

Арсенатна кислота в розчинах нейтралізується не повністю!.

3) Додавання калій йодиду супроводжується випаданнями осаду йоду В:

2K2HAsO4 + 4KI + 3H2SO4 = 2I2↓ + 3K2SO4 + 2KAsO2 + 4H2O.

4) При взаємодії калій метаарсенату з розчином арґентум нітрату випадає саме осад

арґентум ортоарсенату (Г):

KAsO2 + H2O+ 3AgNO3 = Ag3AsO3 + KNO3 + 2HNO3.

5) Додавання солі барію призводить до утворення осаду барій сульфату Д:

K2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2HCl,

а співвідношення молярних мас підтверджує формулу вихідної сполуки (вихідна

сполука – сульфід в досить великій с.о., оскільки тільки така сполук при окисненні

нітратною кислотою утворює продукти здатні до окисно-відновної взаємодії з КІ, а

варіант СuxSy відкидається подальшою умовою задачі.)

13


10 клас


В результаті взаємодії 1,32 г деякої насиченої органічної кислоти і 0,78 г

лужного металу виділилося 224 мл водню (н. у.).

Який лужний метал вступив у реакцію, якщо відносна молекулярна маса

кислоти дорівнює 132? Напишіть усі можливі структурні формули досліджуваної

кислоти та назвіть їх.

Розв’язок

1) Припустимо, що деяка органічна кислота є одноосновною:

1,32 г x л

RCOOH + Me → RCOOMe + 1/2 H2 Звідси х = 0,112 л

132 г ½ 22,4 л

2) Отже, в результаті такої реакції виділилось 0,112 л водню, а за умовою задачі

мало б виділитися вдвічі більше. Таким чином, можна зробити висновок, що

кислота не одноосновна, а двохосновна:

1,32 г 0,78 г х л

НООС–(R)n–COOH + 2 Me → MeООС–(R)n–COOMe + H2

132 г 2Ar (Me) 22,4 л

х = 0,224 л (отже, кислота двохосновна); Ar (Me) = 39; Ме – K (Калій).

3) Отже, двохосновна кислота має молекулярну масу 132. Загальна формула кислоти

буде (CH2)x(COOH)2, звідки визначаємо масу (CH2)x:

132 – 2×45 = 42; х = 42/14 = 3.

Брутто-формула кислоти буде (CH2)3(COOH)2.

4) Їй можуть відповідати такі структурні формули:

НООС–СН2СН2СН2–COOH – пентандіова (глутарова) кислота;

НООС–СН(СН3)–СН2–COOH – 2-метилбутандіова кислота;

НООС–СН(СН2СН3)–COOH – 2-етилпропандіова (етилмалонова) кислота;

НООС–С(СН3)2–COOH – 2,2-диметилпропандіова (диметилмалонова) кислота.


Запропонуйте два способи отримання 2-пропанолу, виходячи з ацетилену. При

цьому кількість використаних стадій не повинна перевищувати восьми.

Розв’язок

Спосіб 1:

CH CH

CH3

CH3

O

CH3

CH3

OH

CH3-CHO CH3-COOH

2 CH3-COOH (CH3-COO)2Ca

+ H2O

(HgSO4+H2SO4)

+ H2/Ni (20oC)

[O]

+ Ca(OH)2

- 2H2O

400-500oC

14


10 клас

Спосіб 2:

CH CH

CH3

CH2

CH3

CH3

OH

CH3-CHO CH3-CH2OH+ H2O

(HgSO4+H2SO4)

+ H2/Ni

+ HCl

- H2OCH3-CH2Cl

+ KCN

- KClCH3-CH2CN

+ 2H2/Ni

CH3-CH2-CH2-NH2- H2O; - N2

+ HNO2

CH3-CH2-CH2-OH

- H2O

(H2SO4) / 250oC + H2O

(H2SO4) / 20oC


Сполука C4H8Br2 (A), яка не має хіральних центрів, при нагріванні зі спир-

товим розчином лугу утворює сполуку В, яка легко полімеризується. При озонолізі

полімеру основним продуктом є бурштиновий альдегід Н(О)ССН2СН2С(О)Н.

Встановіть будову сполук А та В, а також наведіть схеми згаданих реакцій.

Розв’язок

1) Ізомерні дибромопохідні складу C4H8Br2 можна зобразити формулами:

Br

Br

BrBr

Br Br

Br

BrBr

Br

1 2 3 4 5 2) З них сполуки 1 – 3 не мають хіральних атомів карбону.

3) Кожна з них реагує зі спиртовим розчином лугу, утворюючи ненасичені сполуки

різної будови, які можуть полімеризуватися. Оскільки при озонолізі полімеру

основним продуктом є бурштиновий альдегід, будова полімеру повинна бути такою:

(-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH=CH-CH2-)n

1) O3

2) H2O, Zn

H(O)C-CH2-CH2-CHO

4) Отже, мономером для одержання цього полімеру буде 1,3-бутадієн (В):

n CH2=CH-CH=CH2 (-CH2-CH=CH-CH2-)n 5) Для отримання 1,3-бутадієну підходить сполука 2 (1,4-дибромбутан, А):

BrBr

+ 2KOH + 2KBr + 2H2OC2H5OH

15


10 клас


Амоніак об’ємом 11,06 л (н.у.) привели до стандартних умов та спалили. При

цьому виділося 187,166 кДж тепла. Розрахуйте стандартні мольні ентальпії

утворення амоніаку fH(NH3) та його водного розчину fH(NH3aq), якщо

додатково відомо теплові ефекти таких реакцій: o

2 2 2 12 2 , 572,4 ;H O H O H кДж o

3 3 2, 35,15 .NH aq NH aq H кДж

Розв’язок

1) Нормальним умовам відповідає тиск 101 325 Па та температура 273 К (0оС).

Відповідно до рівняння стану ідеального газу:

pV nRT; 3

3

pV 101325 11 06 10n NH 0 49374

RT 8 314 273

,, (моль).

,

2) Рівняння горіння амоніаку має вигляд: 3 2 2 24 3 2 6 .NH O N H O Тож тепловий

ефект цієї реакції можна знайти за пропорцією:

Згорає 0,49374 моль NH3 виділяється 187,166 кДж тепла;

4моль х кДж.

Звідси х=1516,3 кДж, а отже термохімічне рівняння горіння амоніаку матиме

вигляд: o

3 2 2 2 34 3 2 6 , 1516,3 .NH O N H O H кДж (1)

3) Відповідно до закону Гесса можемо записати, що:

o o o o o

3 2 2 3 22 6 4 3 ;f f f fH H N H H O H NH H O

o o o o o

3 2 2 2 3

12 6 3

4f f f fH NH H N H H O H O H (2)

4) Для простих речовин o 0f H , тому для поданого в умові рівняння горіння

водню можемо записати:

o o

2 1

1.

2f H H O H

5) Тоді рівняння (2) набуває вигляду:

o o o

3 1 3

1 13 3 ( 572,4) ( 1516,3) 50,225 /

4 4f H NH H H кДж моль ,

а отже термохімічне рівняння одержання аміаку можна представити у вигляді:

o o

2 2 3 4 3

3 1, 50,225 .

2 2fH N NH H H NH кДж (3)

6) Стандартній мольній ентальпії водного розчину fH(NH3aq) відповідає тепловий

ефект перетворення, яке формально описує рівняння:

2 2 3

1 3,

2 2N H aq NH aq (4)

яке можна отримати додавши рівняння (3) та подане в умові задачі рівняння

гідратації амоніаку (як сумарний результат послідовності двох стадій).

7) Тому: o o o

3 4 2 50,225 35,15 = 85,375 / .f f fH NH aq H H кДж моль

16


11 клас


Наважку арґентум карбонату нагріли до повного розкладу. Утворився чорний

твердий залишок речовини А та двокомпонентна газова суміш речовин Б і В. При

нагріванні 20,00 г натрійвмісної бінарної сполуки Г в присутності еквівалентної

кількості газу Б, утворюється тверда речовина Д та виділяється газ − проста

речовина В, яка повністю взаємодіє з 8,72 г чистої сірки з утворенням сульфур(ІV)

оксиду. Якщо Д кількісно перенести у розчин арґентум нітрату, то в осад випаде

50,16 г арґентум карбонату. Вкажіть номенклатурні назви речовини А, Б, В, Г та Д,

підтвердивши свої висновки кількісними розрахунками, та напишіть рівняння

згаданих реакцій.

Розв'язок

1) Розклад арґентум карбонату описується рівнянням:

2Ag2CO3 = 4Ag + 2CO2 +O2

Речовина А – дрібнодисперсне срібло, а до складу газової суміші входять карбон(ІV)

оксид та кисень. Подальша частина умови дозволяє ідентифікувати Б як СО2 та В як

О2

2) Кисень взаємодії з сіркою: O2 + S = SO2

3) Речовина Д скоріш за все натрій карбонат: Na2CO3 + 2AgNO3 = Ag2CO3 + 2NaNO3

4) Оскільки сполука Г бінарна, а в складі продуктів її взаємодії з карбон(ІV) окси-

дом є лише три елементи – Na, O, C, то склад сполуки Г обмежується двома варіан-

тами NaxOy та NaxCy. Карбіди натрію є відновниками, тому з карбон(ІV) оксидом не

взаємодіятимуть з виділеннями О2. Тому сполука складу NaxOy може бути оксидом,

пероксидом, надпероксидом чи озонідом натрію.

5) Встановимо формулу сполуки Г.

За рівнянням 3, кількість відповідної речовини натрій карбонату складає

N(Na2CO3) = N(Ag2CO3) = 50,16 г /275,75 г/моль = 0,182 моль, прореагувало 19,29 г

Na2CO3.

Згідно з рівнянням 2, кількість сірки що прореагувала становить:

N(S) = 8,72 г /32,01 г/моль= 0,272 моль.

В реакції 2 бере участь 8,70 г кисню які утворилися при взаємодії Г з СО2.

N(Na2CO3): N(O2) = 0,182 : 0.272= 1 : 1,5 = 2 : 3.

Отже відповідну реакцію можна записати як: Г + 2CO2 = 2Na2CO3 + 3O2

6) Звідси легко знаходимо формулу Г – NaO2 (натрій над пероксид), а рівняння

взаємодії: 4NaO2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + 3O2


Лаборант отримав завдання визначити вміст гідроген пероксиду у зразку

концентрованого розчину відповідної сполуки. Для цього він приготував розчин

калій перманганату відомої концентрації, підкислив його сульфатною кислотою та

визначив об’єм кисню, який виділився відповідно до записаного ним рівняння:

H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 3O2 + K2SO4 + 2MnSO4 + 4H2O. При взаємодії наважки

масою 1,00 г виділилось 0,330 л кисню (н.у.). Після швидких обчислень лаборант за-

писав вміст пероксиду на листочку і передав на виробництво. За короткий час про-

17


11 клас

лунав дзвінок від майстра з цеху, який попросив переробити аналіз і не надсилати

більше неправдивих відомостей.

Який результат повідомив лаборант до майстра цеху? Обчисліть справжній

вміст гідроген пероксиду у зразку та поясніть причину помилки лаборанта. Наведіть

(записавши відповідні рівняння реакцій) по одному лабораторному та

промисловому методу добування гідроген пероксиду.

Розвʼязок

1) N(O2)= 0,330 л /22,4 л/моль = 0,0147 моль;

Згідно рівняння записаного лаборантом: N'(H2O2)= 0,0147 моль/3 = 0,0049 моль,

m(H2O2)= 0,0049 моль·34 г/моль = 0,17 г; тоді ω(H2O2)=0,17/1,00=0,17 або 17 %.

2) Насправді взаємодія відбувається згідно з рівнянням:

2KMnO4 + 3H2SO4 + 5H2O2 = 2MnSO4 + 5O2 ↑ + 8H2O + K2SO4

3) m(H2O2)= 0,0147 моль·34 г/моль = 0,5 г; ω(H2O2)=0,5/1,00=0,5 або 50 %

4) Помилка була в некоректному використанні алгебричного методу урівнювання

окисно-відновних рівнянь. При зрівнювані цим методом слід окрім кількості атомів

елементів до та після реакції також урівняти кількості електронів, відданих та

приєднаних учасниками окисно-відновного процесу.


Білу кристалічну речовину А (містить лише неметалічні елементи) нагріли в

присутності натрій гіпохлориту в лужному середовищі. Серед продуктів реакції

можна виділити безколірну рідину Б з неприємним запахом. Спалювання А призво-

дить до утворення простої речовини В. Остання, при нагріванні з киснем в присуд-

ності каталізатора, перетворюється в газ Г. Газ Г при взаємодії з воднем в присутно-

сті концентрованої хлоридної кислоти перетворюється в білу кристалічну речовину

Д. При обережному нагріванні суміші Д з натрій етилатом серед продуктів перева-

жає біла легкоплавка речовина Е, взаємодія якої з купрум гідроксидом супровод-

жується появою оранжевого осаду та газу В. При обережному нагріванні Е з натрій

нітритом в лужному розчині утворюється сіль Ж (атомні частки усіх елементів в

якій однакові). При взаємодії Ж з калій перманганатом в водному середовищі Туво-

рюється натрій нітрат.

Розшифруйте речовини, напишіть рівняння згаданих реакцій та опишіть

структуру сполуки Ж.

Розв'язок

1) (NH2)2CO + NaClO + 2NaOH = N2H4 + H2O + NaCl + Na2CO3

2) 2(NH2)2CO + 3O2 = 2N2 + 2CO2+ 4H2O

3) N2 + O2 = 2NO

4) 2NO + 3H2 + 2HCl = 2NH3(OH)Cl

5) NH3OHCl + NaC2H5O = NH2OH + NaCl + C2H5OH

6) 2NH2OH + 2Cu(OH)2 = Cu2O + N2 + 5H2O

7) NH2OH + NaNO2 +NaOH = Na2N2O2 + 2H2O

8) Na2N2O2 + 4H2O + 8KMnO4 = 6NaNO3 + 8MnO2 + 8KOH

9) А – (NH2)2CO, Б – N2H4, В – N2, Г – NO, Д – NH3(OH)Cl, Е – NH2OH,

18


11 клас

Ж

N N

O

O

Na

Na Na2N2O2


Суміш двох ізомерних ароматичних вуглеводнів, які містять 90,57 мас. % кар-

бону і мають (в газовій фазі) відносну густину за повітрям 3,66, окиснили водним

розчином калій перманганату в присутності сульфатної кислоти. Відділивши тверді

органічні речовини, які утворилися в результаті такої реакції, одержали суміш, що

містить 59,51 мас.% бензойної кислоти і 40,49 мас.% о-фталевої (1,2-бензендикар-

бонової) кислоти.

Встановіть структурні формули вихідних вуглеводнів і їх молярне співвідно-

шення в суміші, якщо вихід реакції за кожним вуглеводнем становив 100%.

2) Розрахуйте скільки молів калій перманганату потрібно для окиснення 318 г іден-

тичної суміші цих вуглеводнів.

Розв’язок

1) v(C): v(Н) = 90,57/12: (100 – 90,57)/1 = 1:1,25 = 4:5.

Отже, найпростіша формула ароматичного вуглеводню – С4Н5.

2) Обчислюємо молекулярну масу, маючи відносну густину за повітрям:

М (суміші) = 293,66 = 106 г/моль; М (С4Н5) = 53 г/моль;

М (суміші) / М (С4Н5) = 106 / 53 = 2.

Таким чином ароматичний вуглеводень має формулу – С8Н10.

3) Знаючи продукти окиснення ароматичних вуглеводнів, можна припустити, що

визначуваними вуглеводнями в даній задачі є етилбензен і о-ксилен. (Це

припущення можна підтвердити, обчисливши молекулярні маси вищевказаних

речовин).

4) 5C6H5CH2CH3 + 12KMnO4 + 18H2SO4 = 5C6H5COOH + 6K2SO4 + 12MnSO4 +

5CO2 + 28H2O

5) 5 o-Me2C6H4 + 12KMnO4 + 18H2SO4 = 5 C6H4(o-COOH)2 + 6K2SO4 + 12MnSO4

+ 28H2O

6) (C6H5CH2CH3) : (o-Me2C6H4) = v(C6H5COOH) : v(C6H4(o-COOH)2) = 59,51/122 :

40,49/166 = 2 : 1.

7) (суміші) = m / M = 318 / 106 = 3 моль.

8) За рівнянням реакції: 3 моль (суміші) х моль KMnO4

5 моль (суміші) 12 моль KMnO4

Отже, х = 7,2 моль.


Запропонуйте схеми реакцій, за допомогою яких можна отримати β-аланін (3-

амінопропанову кислоту). При цьому всі необхідні для перетворень органічні

реагенти повинні бути отримані, виходячи з метану. Зазначте умови протікання

реакцій.

19


11 клас

Розв’язок

CH CH

CH CH

CH4 H2O CO 3 H2800oC, Ni, Al2O3+ +

CO 2 H2+ CH3OH250oC, Cu Cu / ot

- H2

CH2O

2 CH4 3 H2

1500oC+

CH3-CHO+ H2O

(HgSO4+H2SO4)

CH2O CH3-CHO+NaOH (водн.)

HO-CH2-CH2-CHOot

CH2=CH-CHO1) Ag(NH3)2OH, ot

2) H2O/H+CH2=CH-COOH

CH2=CH-COOH + HCl Cl-CH2-CH2-COOH+ 3 NH3

- NH4Cl

H2N-CH2-CH2-COONH4H2N-CH2-CH2-COOH

2) H2SO4

1) NaOH


Безбарвна рідина А не містить нітрогену, сульфуру і галогенів, розчиняється у

воді і діетиловому етері, не взаємодіє з натрієм, ацетилхлоридом, фенілгідразином і

розведеним розчином перманганату, не знебарвлює бром у тетрахлорометані і не

змінюється при кип’ятінні з лугами. При нагріванні сполуки А з надлишком бромід-

ної кислоти виділяється олієподібна речовина Б, яка містить бром і легко дає осад зі

спиртовим розчином арґентум нітрату. Ця олія не розчиняється у воді, кислотах і

лугах. Після висушування і очищення сполуку Б обробляють магнієм у чистому

діетиловому етері. Реакція супроводжується виділенням газу В, а утворення реа-

генту Гриньяра при цьому не виявлено. При обробці сполуки Б спиртовим розчином

калій гідроксиду виділяється газ Г, який дає осад при пропусканні його через

амоніачний розчин арґентум нітрату. Сполука В не утворює осаду з амоніачним

розчином купрум(І) хлориду. Обидві сполуки (В і Г) знебарвлюють бромну воду і

відновлюють розчини перманганату. Детальне дослідження взаємодії сполуки А з

бромідною кислотою засвідчило, що речовина Б – єдина органічна сполука, яка при

цьому утворюється, і жодний газ у цій реакції не виділяється.

У мас-спектрі сполуки А є піки з такими значеннями m/e (в дужках наведено

відносну інтенсивність): m/e=88 (650), m/e=89 (32), m/e=90 (3); піків з більшими

масовими числами не виявлено. У ПМР-спектрі сполуки А (в CDCl3) є лише один

синглет при =3,69 м. ч.

Встановіть будову сполук А–Г, напишіть відповідні рівняння реакцій, поясніть

усі згадані в задачі факти та спектральні дані.

Розв’язок

1) Сполука А є 1,4-діоксаном:

20


11 клас

O

O

O

O

Br

Br

Br

Br

ONO2

ONO2

Br

Br

CH2

CH2

Na

AcClPhNHNH2

KMnO4

CCl4

KOH, t

Br2

A

+ 2 HBr + 2 H2O

Б

2 AgNO3

EtOH+ 2 AgBr

Mg, Et2O+ MgBr2

B

Br

Br

CH CH2 KOH, EtOH

+ 2 KBr + 2 H2O

Г

CH CH AgC CAg

OH

OH

CH2

CH2

Br

Br

CH2

CH2 CH CH

2 AgNO3

NH4OH

KMnO4, H2O

Br2 KMnO4, H2OCH3COOH

CH CH BrHC CHBr Br2HC CHBr

2

Br2Br2

2) М (С4Н8О2) = 88 г/моль. У мас-спектрі 1,4-діоксану А основний пік з m/e 88 (650)

відповідає молекулярному іону сполуки, значно менш інтенсивний пік з m/e 89 (32)

– монопротонованій формі 1,4-діоксану, а ще менш інтенсивний пік з m/e 90 (3) –

дипротонованій формі.

3) У ПМР-спектрі сполуки А (в CDCl3) є лише один синглет з 3,69 м. ч., оскільки

всі протони еквівалентні (аксіальні і екваторіальні протони за звичайних умов

реєстрації спектру не ідентифікуються).


Одним з методів синтезу кумолу (ізопропілбензену) є реакція Фріделя-Крафт-

са, яку здійснюють газофазовим методом в присутності каталізатора.

Запишіть вираз для константи рівноваги цієї реакції. Розрахуйте теоретичний

вміст кумолу (мол. %) у рівноважній газовій суміші, якщо реакцію проводили при

600 К та тиску 5 атм, а мольне співвідношення реагентів у вихідній реакційній

суміші (бензен : пропен) становить 3 : 1. За таких умов контанта рівноваги реакції Кр

(виражена через рівноважні парціальні тиски реагентів) дорівнює 10.

До якого типу реакцій за участю органічних речовин відносять реакцію Фрі-

деля-Крафтса? Які речовини є каталізаторами такого процесу загалом та для описа-

ного процесу зокрема? Чому для проведення реакції не використовують стехіомет-

21


11 клас

ричну суміш реагентів? Як вплине на вихід продукту: 1) використання реакційної

суміші зі співвідношенням реагентів (бензен : пропен) 10 : 1; 2) збільшення тиску

реакційної суміші? Обгрунтуйте свої відповіді.

Розв’язок

1) Рівняння реакції має вигляд:

CH3

CH CH2

CH CH3

CH3

+

Оскільки за 600 К всі речовини перебуватимуть у газуватому стані, то вираз для

константи рівноваги реакції матиме вигляд:

9 12 9 12 9 12

6 6 3 6 6 6 3 6 6 6 3 6

(C H ) (C H ) (C H ).

(C H ) (C H ) (C H ) (C H ) (C H ) (C H )p

p pK

p p p p p

Тут мольні частки відповідних компонентів, а р=5 атм сумарний тиск

реакційної суміші.

2) Якщо у вихідній реакцій суміші знаходилося 3 моль бензену та 1 моль пропілену,

то в рівноважній суміші буде 3х моль бензену, 1х моль пропілену та х моль

кумолу, що дає сумарно 4х моль реагентів.

3) Тоді мольні частки речовин у рівноважній реакційній суміші становитимуть:

(3х)/(4х) для бензену; (1х)/(4х) для пропілену та х/(4х) для кумолу, а

вираз для константи рівноваги набуде вигляду:

(4 ) 110.

(3 )(1 ) 5p

x xK

x x

4) Розв’язок рівнняння щодо х дає результат: х=0,971, а отже

(кумолу)= х/(4х)=0,3205 або 32 мол. %

5) Реакцію Фріделя-Крафтса відносять до реакцій електрофільного заміщення.

6) Каталізаторами такого процесу загалом є кислоти Льюїса, а для описаного

процесу найчастіше використовують фосфатну кислоту нанесену на твердотільний

пористий носій. Класичний каталізатор безводний AlCl3 використовують при

рідиннофазовому (в рідкій фазі) здійсненні цієї реакції.

7) Для проведення цієї реакції не використовують стехіометричну суміш реагентів

щоб запобігти (зменшити вихід) утворенню побічних продуктів (поліалкілбензенів)

та полімеризації пропену.

8) При використанні реакційної суміші зі співвідношенням реагентів (бензен :

пропілен) 10 : 1 результати аналогічних до приведених вище розрахунків дають

значення х = 0,978, а отже вихід продукту (за пропеном) зросте.

9) Відповідно до принципу Лешательє, для даної реакції збільшення тиску в

реакційній суміші призведе до збільшення виходу кумолу, оскільки рівновага

реакції зміститься вправо (кількість моль газоподібних реагентів, а значить і тиск в

системі, зменшується, що нівелює зовнішню дію збільшення тиску).

Documents

LVI Обласна олімпіада юних хіміків (м. Львів, 13 A 2 ...loippo.lviv.ua/files/2015/olimp2016/III-etap/ximija/2016... · 2016-02-13 · 5 lvi Обласна