ВСЕРОССИЙСКАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ
advertisement
ВСЕРОССИЙСКАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ Под редакцией Лисичкина 1.1. Задачи по общей и неорганической химии 1. Общетеоретические вопросы 1. Предложите методику экспериментального определения количественного состава смеси порошков: железа, меди, цинка, мела, сажи и поваренной соли. В вашем распоряжении имеются вода, соляная кислота, а также все необходимое лабораторное оборудование. Составьте план определения и напишите уравнения используемых химических реакций. (IX—обл.—92.) 2. Могут ли реагировать между собой: а) бинарные водородные соединения; б) бинарные кислородные соединения; в) бинарные водородные и бинарные кислородные соединения? Напишите уравнения возможных реакций на примере элементов 2-го и 3-го периодов периодической системы Д.И.Менделеева. (IX— зон.— 85.) 3. Какие из предложенных смесей газов не могут существовать при комнатной температуре: 1)Н2+О2; 2)О2+С12; 3) Н2+С12; 4)НС1+Вг2; 5) НВг+С12; 6) СO2+НС1; 7) H2S+F2; 8)N2+O2? Напишите уравнения реакций, возможных при иных условиях. (Каких именно?) (IX—зон.—82.) 4. В начале XX в. английский химик Вильям Рамзай проводил опыты с образцами радия. Ученый измерял радиоактивность образцов, когда они находились в закрытом сосуде и на воздухе. Оказалось, что в первом случае радиоактивность образцов была выше. Объясните результаты эксперимента. Как повлияло открытие Рамзая на условия подтверждения и развития периодической системы элементов Д. И. Менделеева? (IХобл.-84.) 5. Напишите формулы названных ниже веществ, обсудите характер связей, существующих в каждом из этих соединений, и, исходя из этого, расположите названные вещества в порядке возрастания их температур плавления: азотная кислота, иодид бария, оксид кальция, оксид углерода (II), оксид серы (IV) и оксид углерода (IV). Какие из этих веществ могут реагировать между собой? Приведите уравнения реакций. (IX—зон.—87.) 6. Определите, сколько различных видов молекул воды может образоваться из природных изотопов кислорода: 168О, 178О, 188О — и изотопов водорода: протия Н— 1 2 3 1Н, дейтерия D— 1Н и трития Т— 1H. Какие отличия в физических и химических свойствах следует ожидать для разных видов молекул воды? (IХ-обл.-82.) 7. Газ А, образующийся при реакции с водой твердого вещества В, реагирует с кислородом, образуя вещества С, D и Е (относительные молекулярные массы 18, 19 и 20) с преобладанием вещества D. Газ А при реакции с натрием образует эквимолярную смесь веществ В и F, реагирующую с водой с образованием смеси газов А и G, после сжигания которой в кислороде образуются те же вещества С, D и Е со значительным преобладанием веществ С и D. О каких веществах идет речь? Объясните течение упомянутых реакций. (X—обл.—89.) 8. Молярный объем (см3/моль) калия равен 45,9, рубидия — 57,8, цезия — 69,9, кальция — 26, стронция — 33,3, галлия — 11,8, индия — 15,7, таллия — 17,2. Определите молярный объем бария и его плотность. (IX—обл.—85.) 9. Масса сосуда, заполненного оксидом углерода (IV), равна 422 г (н.у.). Этот же сосуд с аргоном имеет массу 420 г. Если сосуд наполнить смесью из аргона и неизвестного газа Y (объемные доли газов 50%), то масса его станет равна 417 г. Вычислите массу сосуда, объем сосуда, молекулярную массу газа Y. (IX—обл.—84.) 10. Некоторые элементы образуют кислоты, формулы которых можно записать в виде HaЭОb и НаЭb, причем кислотные свойства НаЭb могут быть выражены как слабее кислотных свойств HaЭОb, так и сильнее. Приведите несколько примеров таких пар кислот и укажите их относительную силу (XI – обл. 91) 11. Расположите вещества в порядке возрастания энергии связи Э-Э в молекулах этана Н3С-СН3, гидразина H2N-NH2, пероксида водорода НО-ОН, фтора F-F. Объясните свой выбор (Х- обл.- 88) 12. Теплота образования (Q) хлороводорода равна 92,3 кДж/моль. Вычислите возможную максимальную температуру и давление в замкнутом изолированном сосуде при взрыве эквимолярной смеси хлора с водородом, находящейся при нормальных условиях. (Считать, что газы ведут себя как идеальные. Молярную теплоемкость (С) двухатомных газов при постоянном объеме принять равной 37,6 Дж/моль • К и независимой от температуры.) Мотивируйте свой ответ. (X—зон.—90.) 13. Два кубика одинакового размера, один из которых изготовлен из алюминия, а другой — из магния, растворили в соляной кислоте. Объем водорода, выделившегося в первом случае, оказался в 2 раза больше, чем во втором случае. Какова плотность магния, если плотность алюминия 2,7 г/см3? (IX— зон.—88.) 14. В раствор хлороводорода с массовой долей 15% поместили цинковый шарик массой 20 г. После уменьшения диаметра шарика в два раза массовая доля кислоты в полученном растворе стала равной 10%. Вычислите массу исходного раствора соляной кислоты. (IX—зон.—86.) 15. Небольшая тонкая магниевая пластинка полностью растворяется за 1 мин в большом объеме разбавленного раствора соляной кислоты с концентрацией Сг Такая же пластинка растворяется за 2 мин в таком же объеме разбавленной серной кислоты с концентрацией С2. За какое время растворится пластинка, если растворы кислот слить вместе? (Х-ЗОН.-89.) 16. Известны многочисленные соединения металлов с оксидом углерода (II) состава М(СО)Х — карбонилы. Пентакарбонил железа Fe(CO)5 можно получить нагреванием порошка железа в атмосфере СО, а гексакарбонил вольфрама W(CO)6 образуется в гораздо более жестких условиях, хотя связь вольфрам—углерод более прочная, чем связь железо—углерод. Объясните этот факт. (XI—зон.—82.) 17. Оксид металла X имеет в кристаллическом состоянии структуру, полностью аналогичную структуре хлорида натрия. Длина ребра элементарной ячейки по данным рентгеноструктурного анализа равна 0,438 нм. Плотность кристаллического оксида составляет 5,7 г/см3. Определите, какой оксид исследовали методом рентгеноструктурного анализа. (IX—зон.— 87.) 18. Предложите варианты пространственных структур молекул и ионов состава АХ 3 и АХ4. Известно, что связь А—X полярна. Какие из структур соответствуют полярным молекулам, а какие — неполярным? Приведите примеры молекул и ионов для этих типов структур. (IX—зон.—90.) § 2. Химия элементов I—III групп главных подгрупп периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева 19. Человек в сутки вдыхает в среднем 15 кг воздуха и выдыхает газ, объемная доля оксида углерода (IV) в котором равна ~ 1%. Рассчитайте массу пероксида натрия, необходимого для связывания выделяющегося оксида углерода (IV) при десятисуточном полете одного космонавта. Какими недостатками и ограничениями обладает этот метод регенерации воздуха? (IX—обл.—85.) 20. Получаемый в промышленности алюминий бывает загрязнен небольшим количеством натрия. Натрий понижает коррозионную стойкость и ухудшает механические свойства. Предложите реагент для очистки алюминия от примесей натрия, обеспечивающий высокую чистоту продукта. Опишите примерную технологию очистки, руководствуясь при этом требованиями наименьшего количества отходов. Объясните, как попадает натрий в алюминий при его производстве. (X— зон.—88.) 21. Простое вещество массой 4 г, образованное элементом А, сожгли в атмосфере кислорода. Полученное вещество растворили в 60 г раствора гидроксида натрия (массовая доля 20%). Определите элемент А, если известно, что при растворении получилось 96 г раствора, а массовая доля щелочи уменьшилась до 12,5 %. (XI— обл.—91.) 22. Смесь карбонатов натрия и калия массой 10 г растворили в воде и добавили в нее избыток соляной кислоты. Выделившийся газ пропустили через трубку с пероксидом натрия Na2O2. Образовавшегося кислорода хватило, чтобы сжечь 1,9 л водорода (н.у.). Напишите уравнения реакций и рассчитайте состав смеси. (IX—обл.— 91.) 23. Почему вместе с залежами каменной соли всегда встречаются месторождения гипса, но существуют месторождения гипса, не содержащие каменной соли? В верхних или в нижних частях пластов соли возможно наличие гипса? Каково происхождение этих минералов? (IX—зон.—87.) 24. Массовая доля одновалентного металла в кристаллогидрате его сульфата составляет 14,3%. Установите формулу этого кристаллогидрата и обоснуйте решение задачи. Что вы знаете о применении этого вещества? (IX—зон.—86.) 25. Газ А может быть получен реакцией бинарного солеобразного вещества, содержащего водород, с хлоридом элемента X (ХС13). Этот газ может быть использован как ракетное топливо. Он обесцвечивает бромную воду, при упаривании получающегося при этом раствора образуется лишь одно сухое вещество В — важный фармакопейный препарат. Относительная молекулярная масса вещества В составляет 62. Конденсат, полученный при упаривании, содержит, кроме воды, еще одно соединение, дающее осадок с солями серебра. Массовая доля серебра в осадке 57,45%. Определите, о каких веществах идет речь. Могут ли существовать другие соединения с таким же качественным составом, что и соединение А? Будет ли зависеть состав продуктов реакции с бромной водой от концентрации брома? Плотность соединения А 1,25 г/л. (X—зон.—86.) 26. Вещество А образуется при действии озона на твердую щелочь. При растворении 0,71 г вещества А в горячей воде получено 100 мл раствора. Если к нему добавить 400 мл раствора соляной кислоты с концентрацией 0,0375 моль/л, то в полученном растворе концентрация ионов водорода станет равной 10 -2 моль/л. Рассчитайте концентрацию ионов водорода в исходном растворе. Расшифруйте вещество А: к какому классу соединений оно относится? (X—зон.—91.) 27. При растворении в воде 2,0 г смеси гидридов двух щелочных металлов выделилось 3,36 л водорода (н.у.). Определите, гидриды каких металлов были в смеси, если известно, что количества образовавшихся щелочей относятся как 5 : 1. (IX— зон.—86.) , 28. Навеску вещества А массой 3,8 г обработали избытком соляной кислоты. При этом выделились газ В и водород общим объемом 3,36 л (н.у.). При сгорании полученной смеси образовалось 3,5 г вещества С (оксида) с массовой долей кислорода 68,57% и 4,5 г воды. Определите вещества А, В и С. Напишите уравнения реакций. (XI—обл.—91.) 29. Стехиометрическую твердую смесь некоторого простого вещества и оксида металла поместили в трубчатую печь и при 1000 °С пропустили хлор до полного исчезновения твердой фазы. После отделения избытка хлора оставшаяся газовая смесь веществ А, В и С имела относительную плотность по водороду 39,9. При охлаждении смеси до 600°С остались газы В и С с плотностью по водороду 43,9, а при охлаждении до 25°С — газ С с плотностью по водороду 14, не взаимодействующий при обычных условиях со щелочью, и твердый остаток. Определите составы в объемных долях (в %) газовых смесей при указанных температурах. Установите качественный и количественный состав исходной смеси. Запишите уравнения реакций. Как и при каких условиях газ С реагирует со щелочью? (X—зон.—91.) 30. Твердое вещество, полученное при длительном пропускании тока водорода над 8,98 г смеси щелочного и щелочноземельного металла, внесено в 1 л воды. При этом выделилось 5,796 л газа (780 мм рт. ст., 17°С ). При добавлении к полученному раствору избытка раствора соды выпало 7,38 г осадка, при растворении которого в избытке раствора соляной кислоты выделилось 1,12 л газа (н. у.). Во втором опыте, поставленном с такими же количествами веществ, к водному раствору был добавлен избыток раствора сульфата меди. Выпавший осадок был отделен и затем прокален при температуре 150—200°С, масса остатка оказалась равной 21,1 г. Какие металлы были взяты для опыта? (XI—зон.—87.) § 3. Химия углерода и кремния 31. Перечислите основные преимущества предложенного Д.И. Менделеевым метода подземной газификации угля по сравнению с традиционной шахтной добычей твердого топлива. Какие угли целесообразно подвергать газификации — содержащие много или мало негорючих примесей? В каком случае газ будет обладать большей теплотворной способностью — при использовании воздушного или кислородного дутья? Какой газ имеет большую теплотворную способность — природный или газ, полученный подземной газификацией угля? С какой целью в угольный пласт вместе с воздухом иногда закачивают водяной пар? Почему нельзя применять только паровое дутье? Влияет ли на экономичность подземной газификации угля удаленность потребителей получаемого газа? (X—обл.—84.) 32. Некоторый металл образует два соединения с хлором, проявляя степени окисления +2 и +4. Какие, на ваш взгляд, различия будут наблюдаться в физических и химических (отношение к воде) свойствах соответствующих хлоридов? Приведите примеры. (X—обл.—90.) 33. Смесь оксидов углерода объемом 1 м3 (н.у.) (относительная плотность по водороду 16) пропустили через 56 кг 1%-ного раствора гидроксида калия. Какая соль образуется и какова ее масса? (X— обл.-85.) 34. Одним из путей экономии энергетических ресурсов является использование для отопления газа, получающегося из органических отходов (навоз, опилки, щепа и т.д.) путем брожения под действием микроорганизмов. Этот газ, называемый биогазом, состоит (в объемных долях) из 65% метана, 33% оксида углерода (IV) и 2% азота, кислорода и сероводорода (теплотворная способность 21 000 кДж/кг). Рассчитайте количество условного топлива (теплотворная способность 29 000 кДж/кг), которое можно сэкономить, применяя биогаз на сельскохозяйственном предприятии, которое нуждается в 29 • 10б кДж/сут энергии. Какова суточная потребность в биогазе? Сколько щепы и опилок потребуется для получения необходимого объема биогаза, если известно, что каждые 5 кг этих отходов дают 1 м3 биогаза? (IX— зон.—85.) 35. При обработке олова концентрированной азотной кислотой при нагревании образуется белый осадок. При растворении меди в концентрированной азотной кислоте и последующем упаривании с концентрированной серной кислотой также выпадает белый осадок, причем жидкость над осадком бесцветна. Объясните описанные явления. Запишите уравнения соответствующих реакций. (IX—зон.—90.) 36. Газообразное вещество сожгли в стехиометрическом количестве фтора. Продукты сжигания растворили в воде. Получили раствор двух кислот средней силы в мольном соотношении 1:1. Определите исходное вещество и получившиеся кислоты. Напишите уравнения реакций. (XI—обл.—92.) 37. Минерал А растворили в кипящем концентрированном растворе гидроксида натрия. Полученный раствор разбавили водой и обработали избытком соляной кислоты. Выпал осадок, который отделили и прокалили. Полученное твердое вещество В имеет тот же состав, что и исходное вещество А. Осадок не выпадает, если обрабатывать не соляной, а плавиковой кислотой. Вещество В (100 г) перемешивали несколько часов с 1 л раствора сульфата меди с концентрацией 0,02 моль/л, затем раствор отделили и прибавили к нему избыток раствора КОН. Полученный осадок отфильтровали и прокалили. Масса прокаленного осадка составила 0,8 г. Объясните полученные результаты. Что произошло бы при использовании в описанном опыте вещества А вместо вещества В? (X—зон.—87.) 38. Дана смесь двух бинарных соединений — алюминия и кальция с одним и тем же элементом. При растворении навески смеси в соляной кислоте выделилось 3 л газа, имеющего относительную плотность по водороду 11,3. Определите качественный и количественный состав исходной смеси бинарных веществ. (XI—зон.—85.) 39. При смешении двух белых порошков они полностью взаимодействуют при слабом нагревании, образуя смесь трех газов А, В и С в объемном соотношении 1 : 1 : 2 и с относительной плотностью по водороду соответственно 52, 16 и 65,6. Газы В и С — простые вещества, входящие в состав воздуха. Газ А — бинарное соединение, имеющее в своем составе фтор. Расшифруйте все вещества и напишите уравнение описанной реакции. (X—зон.—92.) 40. Бесцветное газообразное вещество X полностью поглотилось при пропускании через воду. При этом выделился неокрашенный осадок Y. Для полного растворения вещества Y потребовалось добавить к раствору 12 г 10%-ной фтороводородной кислоты. В образовавшемся бесцветном растворе вещества Z полностью растворилось 3 г карбоната кальция. При этом выделился газ, объем которого равен объему исходного газа X, а массы газов относятся как 1 : 2,36. Определите формулы веществ и напишите уравнения реакций. Ответ подтвердите расчетом. (XI—зон.—91.) 41. Через раствор, содержащий 26,00 г смеси гидроксидов двух одновалентных металлов, пропустили оксид углерода (IV) до образования карбонатов. При этом вступило в реакцию 16,50 г СО2. Раствор упарили досуха и остаток прокалили до постоянной массы, которая оказалась равной 30,25 г. Каков состав исходной смеси (в массовых долях), если известно, что соотношение атомных масс этих одновалентных металлов равно 3,286? (IX—зон.—85.) 42. Газ, полученный при обжиге двойной соли массой 14,72 г, занимает объем 3,9 л при температуре 28 °С и давлении 770 мм рт. ст. Определите формулу разложившейся при обжиге соли. Укажите промышленное применение минерала, образованного этой солью. (IX—зон.—91.) 43. Газ, образовавшийся при полном сгорании 745,7 мл смеси пропана и метана (740 мм рт. ст. и 22°С), может быть поглощен 49,02 мл 5,6%-ного раствора КОН ( плотность 1,02 г/мл). Определите объемный состав газовой смеси углеводородов, если известно, что раствор, полученный после пропускания продуктов сгорания через раствор щелочи, не образует осадка при добавлении к нему раствора хлорида кальция. Какой объем воздуха (н.у.) потребует для полного сгорания указанной смеси? (XI— обл.—74.) § 4. Химия азота и фосфора 44. При нагревании фосфорной кислоты с избытком хлорида натрия образуются два новых соединения. Какие это соединения? Какие химические реакции произойдут при смешении водных растворов этих соединений с насыщенным водным раствором гидрокарбоната натрия (в каждом случае)? (X—обл.— 85.) 45. Для определения качественного и количественного состава смеси солей белого цвета навеску этой смеси растворили в воде. Раствор окрасил пламя в желтый цвет. Из раствора удалось осадить белое творожистое вещество, нерастворимое в воде и кислотах, масса которого после промывания и высушивания оказалась равной 14,35 г. На осаждение было израсходовано 5,85 г хлорида натрия. Полученный после осаждения фильтрат упарили, а полученную соль высушили. Ее масса равна 17,0 г. При слабом нагревании этой соли с концентрированной серной кислотой отогналась жидкость, в которой растворяется медь (с выделением бурого газа). Каков состав исходной смеси? (IX—обл.—85.) 46. Объясните, почему реакция хлорирования метана, идущая на свету, резко замедляется в присутствии незначительных количеств оксида азота (II). (1Х-о6л.-89.) 47. При сгорании красного фосфора в кислороде выделяется примерно и 1,7 раза больше энергии, чем при сгорании его в хлоре. Но, для того чтобы фосфор горел в кислороде, его надо поджечь, а в хлоре он самовоспламеняется. Объясните различия в условиях протекания реакций. Напишите уравнения реакций. (IX—зон.—91.) 48. После длительного действия на смесь, состоящую из 15 мл оксида азота и избытка водорода (н.у.) искрового электрического разряда, объем газовой смеси уменьшился на 15 мл (н.у.); пропускание получившейся в результате этой химической реакции смеси через раствор серной кислоты к изменению объема не привело. Установите формулу оксида азота и напишите уравнение реакции. (IX—обл.—81.) 49. При прокаливании смеси нитратов натрия и серебра ее масса уменьшается в 1,382 раза. При этом выделяется 2,8 л газообразных веществ (н.у.). Вычислите массовые доли солей в исходной смеси и массу твердого продукта после промывки продуктов разложения водой и высушивания. (X—обл.—89.) 50. При растворении цинка в растворе азотной кислоты неизвестной концентрации образовалась смесь двух газов, которая при низкой температуре (—5°С) может быть полностью поглощена раствором гидроксида натрия. Полученную смесь газов объемом 1,12 л (н.у.) растворили в 20%-ном растворе щелочи при температуре —5°С. Образовавшийся раствор выпарили досуха и остаток прокалили при 500 °С, после чего масса остатка уменьшилась на 0,2 г вследствие выделения простого газообразного вещества. Определите состав газовой смеси в объемных долях (в %) и напишите уравнения всех реакций. (X—обл.— 81.) 51. Через 1 л смеси аммиака с кислородом пропустили кратковременный электрический разряд. Произошла химическая реакция. Образовавшуюся смесь пробулькивали через воду до установления постоянного объема (0,2 л). Какова объемная доля аммиака в исходной смеси? Объемы всех газов измерены при одинаковых условиях.(Возможностью взаимодействия продуктов сгорания с исходными газами пренебречь.) (X—зон.—90.) 52. Цех синтеза аммиака потребляет в час 3*105 M3 (н.у.) азотоводородной смеси. Объем смеси, циркулирующей в системе при постоянном давлении, составляет 3*104 м3 (н.у.). Объемная доля аммиака в смеси , входящей в колонну синтеза, составляет 4%, выходящей из колонны — 16%. Определите массу аммиака, получаемого за один цикл синтеза, число таких циклов в сутки и суточную производительность цеха по аммиаку. (IX—зон.—90.) 53. Рассчитайте массы 94%-ной серной кислоты и фторапатита, основной компонент Ca5F(PO4)3, необходимые для производства 1 т двойного суперфосфата, содержащего 55% фосфора (в пересчете на Р2О5). Выход продукта на каждой стадии химического производства примите за 100%. Выход фторапатитового концентрата, получаемого при флотации, 65%, а содержание в нем фосфора 39,5% (в пересчете на Р2О5). Степень извлечения полезного компонента при флотации составляет 88,4%. (X—обл.—93.) 54. Смесь двух неорганических солей разложили при нагревании без остатка. Выделившийся при этом газ для удаления паров воды пропустили через склянку с концентрированной серной кислотой. Полученный газ А имел объем 11,2 л и относительную плотность по водороду 22. Если газ А пропускать через трубку с твердой щелочью, то объем уменьшается в 2 раза, а плотность не изменяется. При пропускании газа А через трубку с раскаленной медной стружкой его объем не изменяется, а плотность уменьшается. Взаимодействие газа А с раскаленным углем приводит к увеличению объема и уменьшению плотности. Определите качественный и количественный состав исходной смеси солей. Запишите уравнения химических реакций. Найдите ошибку в проведении эксперимента. Все объемы газов приведены к нормальным условиям. (IX—зон.—89.) § 5. Химия кислорода и серы 55. В олеумный абсорбер в течение часа поступает 3 • 104 м3 газа (н.у.). Объемная доля оксида серы (VI) в этом газе составляет 10%. При входе в абсорбер массовая доля оксида серы (VI) в олеуме равна 19%, а на выходе из абсорбера — 21,5%. Степень абсорбции составляет 40%. Какова часовая потребность абсорбера в олеуме? (XI— обл.—92.) 56. При входе в контактный аппарат объемная доля оксида серы (IV) составляет 7,00%, а кислорода — 11,00%. В газе, выходящем из контактного аппарата, объемная доля оксида серы (VI) составляет 7,18%. Каков выход производимой серной кислоты (в %), если степень поглощения оксида серы (VI) составляет 90%? (IX—обл.—90.) 57. Известно, что вблизи залежей сульфидных руд, например пирита, почва часто имеет кислую реакцию и относительно высокое содержание «активных» (способных поглощаться корнями растений) ионов железа, меди, алюминия, магния и других металлов. Объясните это явление. На таких землях часто невозможно выращивание сельскохозяйственных культур. Для того чтобы сделать эти земли пригодными для земледелия, в них вводят оксид магния или гашеную известь, либо затопляют их на длительный срок (например, при выращивании риса). Почему эти меры оказываются при этом эффективными? Напишите уравнения происходящих реакций. (X—зон.—88.) 58. Неизвестное неорганическое вещество А содержит 18,55% натрия и 25,80% серы, а также кислород. При нагревании оно легко плавится и реагирует с карбидом кальция, выделяя ацетилен. При этом 1,680 г исследуемого вещества А может выделить 0,378 л ацетилена (н.у.). Установите формулу вещества А и укажите, реагирует ли оно с соляной кислотой, хлором, хлоридом серебра. Если названные реакции происходят, напишите их уравнения. Как в лаборатории можно получить вещество А? (XI—обл.—73.) 59. Минерал халькопирит содержит только медь, железо и серу. Этот минерал массой 3,68 г подвергли обжигу, после которого получили 3,2 г твердого остатка. Газы, образовавшиеся в результате обжига, пропустили через концентрированный раствор едкого натра. Масса раствора увеличилась на 2,5 г. Определите формулу халькопирита. (XI—обл.—87.) 60. Исследователь сжег в кислороде 3,8 г бесцветной легкокипящей жидкости. Образовавшийся бесцветный газ с неприятным запахом полностью поглощен раствором щелочи. Полученный раствор аккуратно нейтрализовали и разбавили водой до 500 мл. С избытком раствора хлорида бария полученный раствор образует белый осадок, полностью растворимый в соляной кислоте, с выделением газа, запах которого аналогичен запаху исходного газа. Полученный раствор (50 мл) обработали иодом, затем избытком хлорида бария. При этом получено 3,315 г осадка, который удалось растворить в соляной кислоте лишь частично: выделился бесцветный газ и осталось 2,33 г белого кристаллического вещества, нерастворимого в кислотах и щелочах. Исходная жидкость при стоя-нии на свету желтеет и приобретает резкий неприятный запах. Опишите сущность происходящих реакций. (X—обл.—87.) 61. Смесь оксида серы (IV) и оксида углерода (IV) объемом 4,68 л с плотностью 2,31 г/л (температура 19 °С, давление 778 мм рт. ст.) полностью поглощена раствором гидроксида натрия объемом 571,5 мл (плотность 1,05 г/мл, массовая доля 2%). Вычислите массовые доли соединений, содержащихся в растворе, полученном после окончания реакции. (IX—обл.— 89.) § 6. Химия галогенов 62. Химические свойства хлора и иода, относящихся к группе галогенов, отличаются во многих деталях. Приведите примеры, в которых хлор и иод реагируют по-разному (или один из них не реагирует вообще). (X—зон.—87.) 63. Ионы CN~, SCN~, CNO~, N3~ часто называют псевдогалогенидами. Приведите примеры, иллюстрирующие аналогию свойств псевдогалогенов и галогенов. (IX— зон.—88.) 64. На чашках весов уравновешены два стакана с растворами соляной кислоты. В один из них опустили 4,2 г питьевой соды, которая полностью вступила в реакцию с кислотой. Какова должна быть масса железа (и г), добавляемого во второй стакан, чтобы чашки весов остались в равновесии? (IX—зон.—82.) 65. При разложении озона, находящегося в смеси с кислородом, объем смеси увеличивается на 17,5% при неизменном давлении и температуре. Затем 300 мл такой смеси (н.у.) пропустили через 200 мл раствора иодида калия в соляной кислоте. Вещества прореагировали без остатка. Определите объемную долю озона в смеси, молярную концентрацию раствора иодида калия и массу выделившегося иода. (IX— обл.-91.) 66. К практически бесцветному водному раствору вещества А при слабом нагревании прилили бесцветный водный раствор вещества В. Полученный бесцветный раствор вещества С имеет кислую реакцию и при дальнейшем приливании раствора вещества В приобретает окраску, образуя раствор вещества D. Если к раствору вещества С прибавлять раствор вещества В в избыточном количестве на холоде, окраска ослабевает, усиливаясь при нагревании. Попытка упарить раствор вещества D приводит к образованию окрашенных паров. Все упомянутые растворы дают осадки с раствором нитрата серебра. О каких веществах и процессах идет речь? Мотивируйте свой ответ. Приведите уравнения реакций. (IX—зон.—89.) 67. В сосуд вместимостью 2 л поместили 8 г водорода, 48-г кислорода и 3,5 г хлора. Смесь подожгли электрическим разрядом, а затем сосуд охладили до 0°С. Вычислите примерное давление в сосуде и массовые доли веществ в образовавшейся после реакции смеси. (IX—обл.—71.) 68. В газе X, полученном при взаимодействии соляной кислоты с диоксидом марганца и пропущенном через промывную склянку, содержащую 282 мл воды при 0°С, сожгли медную проволоку. Образовавшееся соединение растворили в воде и получили 215 г раствора, массовая доля растворенного вещества в котором составляет 8.7%. Вычислите, какой объем 37%-ной соляной кислоты (плотность раствора 1,19 г/мл) был использован для получения газа X, если в одном объеме воды в условиях опыта растворяется 4,6 объема газа X. (X—обл.—70.) 69. Газообразные продукты, полученные при действии избытка концентрированной соляной кислоты при нагревании на смесь хлората и бромата калия массой 7,46 г, пропустили через нагретую до 600°С трубку, в которую помещена лодочка с металлическим оловом массой 15,0 г. После окончания опыта масса лодочки уменьшилась на 8,9 г, а в охлаждаемом приемнике был собран некоторый объем дымящей на воздухе жидкости. Вычислите массовую долю бромата калия в исходной смеси и объясните количественные результаты проведенного эксперимента. (Предположить, что все реакции протекают количественно, а растворимостью летучих веществ можно пренебречь.) (ХI-обл.-76.) 70. К 1000 мл раствора сульфата серебра прибавили 100 мл раствора иодида бария. При этом выпало 21,09 г осадка. К фильтрату, полученному после отделения осадка, добавили 120 мл раствора нитрата свинца с концентрацией 0,1 моль/л и при этом получили 4,61 г осадка. Вычислите концентрации (в моль/л) взятых растворов солей серебра и бария. (IX— обл.-71.) 71. Если на раствор некоторого сульфата действовать избытком раствора галогенида калия, то образуется осадок, масса которого в 1,2 раза превышает массу взятого сульфата. (Предположить, что это безводная соль.) Если раствор того же сульфата обработать раствором щелочи, то выпадает осадок, масса которого после слабого прокаливания в 2 раза меньше массы исходного сульфата. Установите, сульфат какого металла и какой галогенид были взяты для проведения исследования. Напишите уравнения проведенных реакций. (XI—обл.—72.) § 7. Химия элементов побочных подгрупп 72. Перед окраской стальных изделий с них необходимо удалить слой ржавчины, так как неплотная пленка ржавчины легко отстает вместе с краской. При подготовке стали к окраске используют соляную и фосфорную кислоты. В то же время перед покрытием стали оловом или цинком можно использовать лишь одну из указанных кислот. Какую именно и почему? Какие добавки должна содержать кислота при этом? (X—зон.—85.) 73. Предскажите, какие реакции могут произойти при внесении порошкообразного железа в раствор хлорида железа (III). Напишите уравнения возможных реакций и приведите соответствующие пояснения. (X—обл.—81.) 74. Известно, что металлический цинк растворяется в водном растворе хлорида цинка. Будет ли цинк растворяться в водных растворах хлорида калия, хлорида бария, хлорида алюминия, хлорида железа (III)? Дайте мотивированный ответ. Напишите уравнения соответствующих реакций. (IX—обл.—91.) 75. Для фотохимических исследований потребовалось узнать число квантов света, падающих на реакционный сосуд вместимостью 50 мл. Сосуд заполнили светочувствительным раствором ферриоксала-та калия K3[Fe(C2O4)3] и облучали в течение 2 мин. Под действием света ионы Fe3+ восстанавливались в ионы Fe2+. Концентрация ионов Fе2+в полученном растворе оказалась равной 2,26 * 10 -5 моль/л. Сколько квантов в секунду падает на реакционный сосуд, если свет полностью поглощается раствором, а квантовый выход равен 1,25? Сколько времени потребуется для разложения 0,1 г ферриоксалата калия в условиях опыта? (XI—зон.—92.) 76. На смесь стружек двух металлов массой 6,4 г подействовали избытком концентрированной азотной кислоты. Растворился только один из металлов и выделилось 2,24 л оксида азота (II). Масса остатка составила 2,8 г. Когда на такую же навеску исходной смеси подействовали избытком концентрированной соляной кислоты, она растворилась полностью и выделилось 4,48 л водорода (н.у.). Определите металлы. (X—обл.—87.) 77. Бурый железняк прокалили в токе водяного газа. Образовавшееся твердое вещество внесли в разведенное купоросное масло. К полученному раствору постепенно добавляли жавелевую воду и каустик. Осадок, выпавший при этом, отфильтровали, прокалили и растворили в селитряном спирте. Напишите уравнения процессов, дав вместо старинных или тривиальных названий химических веществ современные. (X—зон.—87.) 78. При прокаливании на воздухе до постоянной массы смеси нитрата меди и медной пыли уменьшение массы составило 45,45%. Остаток ввели в реакцию с эквивалентным количеством разбавленной серной кислоты объемом 64,5 мл и плотностью 1,14 г/см3. После охлаждения полученного раствора до О °С выпал кристаллогидрат массой 25,1 г. Растворимость безводной соли составляет при О °С 12,9 г в 100 г воды. Определите количественный состав смеси. (X—зон.— 85.) 79. Одним из способов получения железного купороса (семиводного кристаллогидрата) в промышленности является обработка колчеданных огарков раствором серной кислоты. Помимо указанного сырья в данном способе используется порошок железа. Какую массу железного купороса можно получить из 100 кг огарков? Вычислите, какая масса железного купороса и серной кислоты (в пересчете на 100%) потребуется для этого. Состав огарков в массовых долях: оксид железа (III) — 45%, оксид железа (II) — 25%, сульфид железа (II) — 15%, остальные компоненты в реакциях не участвуют. Объясните назначение железного порошка. (X—зон.—88.) 80. Химический элемент X, название которого связано с характерной особенностью его соединений, широко используется во многих областях химии. Соединение А содержит 41,3% элемента X, а также 11,1% азота, 3,2% водорода и 44,4% кислорода. При нагревании соединение А бурно разлагается с образованием воды, газообразного вещества В и твердого остатка С. При прокаливании в атмосфере хлора смеси вещества С с углем образуется соединение F. Это же соединение F образуется при реакции простого вещества X с хлором. Из водного раствора соединения D кристаллизуется вещество Е, в котором содержится (в массовых долях) 40,57% воды, 39,92% хлора и 19,51% элемента X, причем в зависимости от условий выделения окраска вещества Е может быть различной. Установите, о каком элементе X и каких его соединениях идет речь. Напишите уравнения перечисленных реакций. (XI—обл.— 81.) 81. Железная руда, поступающая в магнитный сепаратор, состоит из магнетита и пустой породы (массовая доля железа в руде 32%). Массовая доля примесей в полученном концентрате равна массовой доле железа в отходах. Во сколько раз повысилось содержание железа в концентрате, если выход последнего составил 42,4%? (IX—обл.—92.) 82. Пары летучей жидкости А пропускают через нагретую трубку. На трубке остается блестящий налет простого вещества X массой 58,7 мг и образуется газ В, объемом 89,6 мл (н.у.). Газ В состоит из двух элементов и имеет относительную плотность по водороду 44. При гидролизе газа В в кислой среде образуется смесь двух кислот С и D. Данное количество кислоты D при обработке избытком раствора СаС12 дает 468 мг осадка. На титрование этого же количества кислоты D расходуется 120 мл раствора КОН с концентрацией 0,1 моль/л. Определите вещества А, В, С, D и X. Сколько раствора КОН той же концентрации потребуется для нейтрализации полученной кислоты С? (X—зон.—91.) 83. При умеренном нагревании меди с концентрированной серной кислотой помимо основного процесса протекает реакция, в результате которой образуется черный осадок. Это вещество при обжиге на воздухе может превратиться в два новых продукта: твердый и газообразный — с соотношением масс 2,5 : 1. Что может представлять собой черный осадок? Приведите уравнения соответствующих реакций. (X—зон.— 80.) 84. На химическом заводе открыли старый стальной баллон, содержащий смесь оксида углерода и водорода. После удаления газов на дне баллона обнаружили жидкость X. При нагревании жидкость X разлагается на простое вещество А и газ В, причем масса вещества А составляет 2/7 от массы разложившейся жидкости. При достаточно длительном выдерживании на солнечном свету жидкости X образуется вещество Y, при этом выделяется газ В, масса которого составляет 1/14 от массы вещества X. Укажите вещества А, В, X и Y . Объясните образование вещества X в баллоне. Предложите строение молекул веществ X и Y. (XI—зон.—91.) § 8. Растворы 85. Растворимость сульфата аммония в воде в интервале температур 20—90°С описывается следующим уравнением: где w — массовая доля соли в насыщенном водном растворе при температуре t °C. Вычислите, какую массу насыщенного при 26 °С раствора потребуется взять, чтобы приготовить 200 кг 4%-ного раствора соли. (IX—обл.—85.) 86. Для аккумуляторной батареи автомобиля «Жигули» требуется 37%-ная серная кислота. В распоряжении автолюбителя имеется серная кислота с плотностью 1,498 г/мл. Массовая доля кислоты в этом растворе не известна. Какой объем имеющейся кислоты нужно взять автолюбителю для приготовления 1 л аккумуляторной серной кислоты, если плотность 94%-ной кислоты составляет 1,831 г/мл, а зависимость между плотностью кислоты и ее концентрацией приблизительно описывается уравнением d = = а+ЬС, где С — массовая доля кислоты; а и Ь — некоторые коэффициенты? (IX— обл.—92.) 87. Лаборанту для анализа принесли сильнокислый раствор, в котором предположительно находятся ионы из следующего списка: Mg2+, Zn2+, Ва2+, А13+, Fe2+, Fe3+, РЬ2+, Ni2+, Cu2+, Mn2+, Cr3+, SO42-,S2-, F-, Сl-, I-, SO32-, CO32-, SiO32-, ClO3-, Br-. В ходе анализа в растворе были обнаружены в значительных количествах четыре аниона и семь катионов (не считая Н+). Назовите эти ионы. (X—зон.—86.) 88. На растворение определенной навески неизвестного металла потребовалось 109,5 г раствора соляной кислоты с массовой долей 20%, при этом образовался раствор хлорида этого металла с массовой долей 25,7%. Какой металл был растворен? (IX— зон.—87.) 89. Осадок малорастворимых веществ при взаимодействии водных растворов образуется в том случае, когда произведение концентраций (в моль/л) ионов, находящихся в растворе, превышает определенную величину, называемую произведением растворимости (ПР (АхBу) = [А]x * [В]y). Раствор фторида серебра (1 мл) с концентрацией 0,001 моль/л добавили к 9 мл раствора хлорида кальция той же концентрации (ПР хлорида серебра 2 * 10 -10, ПР фторида кальция 4 * 10-11). Произойдет ли выпадение осадка? Каков будет его состав? (X—зон.—87.) 90. В растворе аммонийхромовых квасцов NH4Cr(SO4)2 * 12Н2О массовая доля водорода составляет 10,06%. Определите массовую долю ионов хрома в этом растворе. (IX—обл.—92.) 91. В раствор серной кислоты поместили железный шарик массой 10 г. Через некоторое время диаметр шарика уменьшился вдвое. Найдите массу исходного раствора, если массовая доля кислоты в нем составляла 25%, а после опыта она уменьшилась в 2,5 раза. (X—обл.—84.) 92. 100 г водного раствора с массовой долей в нем питьевой соды 8,4% (при 20 °С) кипятили в течение нескольких часов. Массовая доля соды в растворе после кипячения стала 8,0% (при 100 °С). После охлаждения до 0°С из раствора выпало 2,8 г кристаллов, растворение которых в избытке соляной кислоты привело к выделению 0,224 л газа (н.у.). Какова массовая доля соды в охлажденном растворе? (IX— зон.—88.) 93. Какая соль выпадет в осадок и какова ее масса, если 100 г насыщенного при 80 °С раствора суль-фатата меди охладить до 10 °С? Растворимость сульфата меди в 100 г воды при 80 °С равна 55,8 г, а при 10°С - 17,2 г. (IХ-обл.-82.) 94. К 100 г насыщенного при 20°С раствора сульфата магния добавили 1 г безводного сульфата магния. В осадок выпал кристаллогидрат, содержащий 1,58 г безводной соли. Определите состав кристаллогидрата, если растворимость сульфата магния при 20 °С составляет 35,1 г безводной соли на 100 г воды. (IX—ЗОН.-82.) 95. Хлорид калия, используемый в качестве удобрения, можно получить из сильвинита методом избирательного растворения. Для этой цели применяется насыщенный по отношению к хлоридам натрия и калия (при 25°С) водный раствор, называемый щелоком. Сильвинит обрабатывают щелоком, нагретым до 100°С, при охлаждении полученного раствора до 25°С из него кристаллизуется хлорид калия. Какова минимальная масса щелока, необходимая для извлечения хлорида калия из 1 т сильвинита ? (Степень извлечения принять 100%) Массовая доля хлорида калия в щелоке при 25°С равна 12,5%, при 100°С — 21,5%, растворимость хлорида натрия в воде практически не зависит от температуры. Полученным удобрением можно обработать 4,5 га пашни при норме внесения 35 кг/га (в пересчете на К2О). (IX-зон.- 88.) 96. К раствору, образовавшемуся при действии серной кислоты объемом 71,4 мл (массовая доля кислоты 39,2%, плотность раствора 1,4 г/мл) на 14 г железа, прибавили 150 г горячего раствора сульфида бария (массовая доля 33,8%) и нагрели смесь до завершения реакции. Вычислите массовые доли веществ в растворе после окончания опыта. (IX—зон.— 92.) § 9. Электролиз 97. При получении соляной кислоты через водный раствор поваренной соли в течение 1 ч 36 мин 30 с пропускали электрический ток силой 100 А. Газ, выделившийся на катоде, сожгли в газе, образовавшемся на аноде, и продукты поглотили в 200 мл воды. К концу эксперимента масса раствора составила 316,5 г. Сколько времени нужно вести электролиз в этих условиях, чтобы получить 1 кг соляной кислоты с массовой долей 0.352? В каком объеме воды нужно осуществлять поглощение? (X—зон.—89.) 98. Среди определенной части населения практикуется использование для лечения так называемой «живой» и «мертвой» воды. Эти будто бы целебные воды получают путем электролиза обычной питьевой воды с применением электродов из нержавеющей стали и брезентовой диафрагмы. Каюте процессы происходят при таком электролизе? В каких случаях вода, получаемая в анодной области, может быть сильно ядовитой? Чем можно объяснить наблюдающееся изредка антисептическое действие «живой» и «мертвой» воды? В чем состоит опасность попыток лечения «живой» и «мертвой» водой? (X—зон.—85.) 99. Через раствор серной кислоты в течение 10 мин пропускали электрический ток силой 625 мА. Объем собранного на катоде газа составил 46,5 мл (при температуре 21 °С и давлении 743 мм рт. ст.). На основании этих данных определите заряд электрона, если выход по току равен 1. (X—зон.—88.) 100. В результате электролиза 130 мл раствора нитрата меди (массовая доля 25,6%, плотность 1,25 г/мл), проведенного с использованием угольных электродов, на аноде выделилось 3,36 л газа (н.у.). По окончании электролиза электроды были оставлены в образовавшемся растворе до прекращения изменения их массы. Вычислите массовые доли веществ, содержащихся в образовавшемся растворе.(Выделением газов на катоде пренебречь.) (X—зон.—90.) 101. Водный раствор смеси двух хлоридов А и В подвергли электролизу с разделенным катодным и анодным пространством. На катоде и на аноде после окончания электролиза солей выделились газы в объемном соотношении 2:1. Эти газы смешали на свету. В составе полученного продукта была обнаружена соль А в количестве, равном исходному. Определите качественный состав смеси солей А и В и их мольное соотношение, если известно, что раствор, содержащий 5,85 г соли В, при обработке избытком нитрата серебра может дать 14,35 г осадка. (X—зон.— 88.) 102. Концентрированный водный раствор хлорида металла подвергается электролизу в электролизере без диафрагмы с инертными электродами. Оказалось, что соотношение между массами образовавшегося осадка и выделившегося газа равно соотношению между числом молей образовавшихся и прореагировавших веществ и составляет 1,65. После завершения электролиза в растворе остается только вода, а в осадке не содержатся оксиды и отсутствует хлор. Установите формулу хлорида металла. Рассчитайте состав осадка и газа в мольных долях. Вычислите выход металла. (X—зон.—91.) 103. В стакан с водой на нити в горизонтальном положении подвесили сварной стержень. Одна часть этого стержня (по отношению к нити подвеса) железная, другая — серебряная. Как будет меняться положение стержня после добавления в стакан раствора сульфата меди (II)? Объясните причину ожидаемого эффекта. (XI—зон.—93.) 104. В раствор хлорида меди поместили два электрода и пропустили ток (сила тока 2 А). На одном из электродов выделился металл массой 1 г. Общий расход электроэнергии при этом составил 1,59 Вт*ч. После помещения в такой же раствор других электродов и подключения напряжения значение силы тока оказалось такое же, как и в первом опыте. Через некоторое время на одном из электродов снова выделился металл массой 1 г, а общий расход электроэнергии при этом составил 0,65 Вт • ч. Чему будут равны практические потенциалы разряда и образования ионов в описанных опытах, если выход по току равен 0,95? (Разложением воды пренебречь.) После опытов в растворах новых ионов обнаружено не было (IХ-респ.-93.) 105. В U-образную трубку налили раствор хлорида калия, содержащий небольшое количество фенолфталеина. В одно колено трубки поместили медную пластинку, в другое — железную и соединили их проводником. Через некоторое время у одной из пластинок появилось малиновое окрашивание. Обсудите, около какой из пластинок появилось это окрашивание. Как изменится результат опыта, если раствор хлорида калия заменить раствором хлорида алюминия? (XI—респ.—65.) 106. Через герметическую «бомбу», полностью заполненную подкисленной водой, пропустили постоянный электрический ток. Какое давление развилось бы в «бомбе», если бы вода была бы совершенно несжимаемой, а стенки «бомбы» были бы достаточно прочными и нерасширяющимися? (X—респ.—65.) 107. Металлическую пластинку размером 10х 10 см требуется покрыть с обеих сторон равномерным слоем металлического никеля толщиной 0,05 мм. Вычислите, какое время придется пропускать через раствор, в который погружена пластинка, электрический ток (сила тока 2 А), если принять, что плотность металлического никеля равна 8,9 г/см3, а выход металла по току составляет 90%. (X—обл.—67.) 108. При электролизе (сила тока 8 А) в течение 1 ч 10 мин 5%-ного раствора хлорида калия (плотность раствора 1,05 г/мл) объемом 100 мл на аноде, изготовленном из инертного материала, выделилось 2,34 л газов. Вычислите массовые доли растворенных веществ в образовавшемся после электролиза растворе. (XI—респ. — 76.) 109. При электролизе водного раствора сульфата кобальта (II) на катоде выделяется металл и небольшой объем водорода. Если же приготовить насыщенный раствор той же соли в 40%-ной серной кислоте и подвергнуть его электролизу, то выделения металла на катоде не наблюдается. При отборе пробы из анодного пространства и охлаждении ее до О °С из раствора выделяются синевато-зеленые кристаллы, массовая доля кобальта в которых 16,2%. Установите возможную формулу этих кристаллов и напишите уравнения процессов электролиза сульфата кобальта (II) в нейтральной и сильно кислой среде. (X— респ.—76.) 1. 2. ЗАДАЧИ ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ § 10. Углеводороды и галогенсодержащие органические соединения 110. Поскольку луч света представляет собой электромагнитную волну, то при попадании из одной среды в другую он преломляется. Так, любая жидкость преломляет световой луч, когда он попадает в нее из воздуха. Чем плотнее жидкость или раствор, тем сильнее лучепреломление. Коэффициент преломления является индивидуальной характеристикой чистых веществ. Его легко измерить с помощью несложного оптического прибора — рефрактометра. Как вы думаете, одинаков ли коэффициент преломления света для жидких углеводородов ряда метана? Предложите способ измерения концентрации раствора с помощью рефрактометра. (X—обл.-—91.) 111. Газообразный углеводород сожгли в избытке кислорода. При этом число молей в системе не изменилось. Найдите формулу углеводорода. (XI—обл.— 85.) 112. На промышленном предприятии произошла утечка ацетилена. Для определения взрывоопасности получившейся ацетиленовоздушной смеси 20 л ее пропустили через подкисленный серной кислотой раствор перманганата калия. В результате 11,3 г перманганата восстановилось. Опасна ли концентрация ацетилена в воздухе, если такие смеси взрываются при содержании ацетилена в интервале 2,0—81% (в объемных долях)? (XI—обл.—84.) 113. При взаимодействии с водой 1 моль одного из карбидов магния образуются 22,4 л (н.у.) смеси двух изомерных газообразных углеводородов и гидроксид магния. Оба газообразных продукта реакции взаимодействуют с водой в присутствии соответствующих катализаторов по типу реакции присоединения без разрыва цепи атомов углерода, образуя ацетон. Установите формулу карбида магния. Напишите уравнения реакций. (XI—обл.—72.) 114. Представьте себя директором завода, выпускающего продукты переработки нефти. Внезапно вы получаете задание: в короткий срок организовать производство хлорбензола. Какое оборудование и сырье надо дополнительно заказать? (XI—обл.— 87.) 115. Углеводород, содержащий 14,28% водорода, имеет плотность паров 2,14 г/л при температуре 27°С и давлении 940 мбар. Что это может быть за углеводород? (XI— обл.—72.) 116. Газообразный насыщенный нециклический углеводород объемом 224 мл (н.у.) сожгли и продукты растворили в 1 л известковой воды с массовой долей 0,148% (плотность 1,0 г/мл). При этом было получено 1,0 г осадка. Определите молекулярную формулу углеводорода. (XI—обл.—85.) 117. А. Е. Фаворский в 1887 г. провел следующие исследования: а) при взаимодействии 2,2-дихлорбутана с порошкообразным КОН образовался углеводород состава С4Н6, который при обработке аммиачным раствором оксида серебра дал серебряное производное; б) при обработке 2,2-дихлорбутана спиртовым раствором щелочи образовался углеводород того же состава, но не вступающий в реакцию с аммиачным раствором оксида серебра. Дайте объяснение этим явлениям. (XI—зон.—85.) 118. Образец смеси газообразных алкана и алкена неизвестного состава объемом 11,2 л (н.у.) полностью обесцветил 1000 г бромной воды (массовая доля брома 3,2%). При этом образовалось 21 мл тяжелой жидкости с плотностью 1,93 г/мл. Газ, не поглотившийся бромной водой, был сожжен в избытке кислорода. Образовавшийся при сожжении углекислый газ полностью прореагировал с 300 мл раствора гидроксида калия с концентрацией 3 моль/л, причем полученный в результате реакции раствор не способен больше химически связывать углекислый газ. Установите формулы исходных углеводородов и их объемные доли в смеси. (X—обл.—90.) 119. Представьте себе, что вы имеете все возможные изомеры углеводородов состава С4Н6. Каждый из изомеров последовательно обработан водородом в присутствии катализатора (мольное сотношение С4Н6: Н2 = 1 : 1), затем бромоводородом и, наконец, избытком водного раствора щелочи. Сколько химических соединений может быть получено в результате этих превращений, если предположить, что все реакции могут быть проведены количественно? (XI— обл.-73.) 120. Смесь двух предельных газообразных углеводородов (при 20°С ), имеющая относительную плотность по водороду 15, реагирует с хлором на свету и образует смесь только двух монохлорпроизводных. Определите качественный состав смеси и объемные доли компонентов. (X—зон.—92.) 121. Один из изомеров гексана при хлорировании образовал три монохлорпроизводных. В составе высококипящей фракции продуктов хлорирования методом газожидкостной хроматографии было обнаружено не менее восьми дихлорпроизводных. Установите структуру исходного гексана. (XI—зон.—92.) 122. В реакционной смеси, полученной при действии хлора на некоторый углеводород X , были обнаружены четыре хлорсодержаших органических вещества, относительная плотность паров которых по воздуху при температуре 423 К и давлении 1,17- 105 Па оказалась одинаковой и равной 3,67. Установите структурную формулу углеводорода X. (X—обл.—90.) 123. Взаимодействие спиртовой щелочи с 3,3-ди-хлорпентаном при нагревании приводит к получению после перегонки жидкости состава С5Н8, показатель преломления которой существенно зависит от температуры проведения реакции. Каким строением, включая пространственное, могут обладать молекулы, входящие в состав этой жидкости? Мотивируйте свой ответ. (X—зон.—92.) 124. Два углеводорода, каждый из которых содержит по 85,7% углерода, при взаимодействии с хлором образуют вещества, содержащие по 46,4% хлора каждое. При реакции с бромом образуются вещества, содержащие по 79,2% брома. Определите структурные формулы исходных углеводородов. Запишите уравнения реакций. В одинаковых ли условиях проводили реакции с галогенами? (X—обл.—93.) 125. Бесцветная легколетучая жидкость, воспламеняющаяся на воздухе, взаимодействует в эфирном растворе с третбутилхлоридом. В результате этой реакции образуются углеводород предельного ряда и бинарное неорганическое соединение с массовой долей хлора 52,2%. Предельный углеводород при бромировании на свету дает только одно монобром-производное. Определите, о каких веществах идет речь в задаче, и напишите уравнения соответствующих реакций. (X—зон.—91.) 126. Неорганическое соединение А с массовой долей кальция 62,5% реагирует с жидкостью В, образуя газ С. Этот газ при нагревании под давлением в присутствии катализатора образует жидкость D, относительная плотность паров которой по водороду равна 42. При длительном кипячении жидкости D с раствором серной кислоты (массовая доля 0,5), образуется жидкость Е, относительная плотность паров которой по водороду равна 39. Определите, о каких веществах идет речь, и приведите уравнения описанных реакций. (XI—зон.—89.) 127. Смесь двух изомерных углеводородов массой 13,6 г была пропущена через водный раствор, содержащий ионы ртути (при этом объем смеси не изменился), а затем после осушки была подвергнута каталитическому гидрированию. При этом поглотилось 8,96 л водорода и выделилось 11,8 ккал теплоты. Выполненный в лаборатории анализ показал, что объемное соотношение компонентов в исходной смеси равно 1:1. Верно ли был выполнен анализ? Теплота гидрирования концевой двойной связи составляет 30 ккал/моль, неконцевой двойной связи — 28 ккал/моль, тройной связи — 70 ккал/моль. (X— зон.—92.) 128. При взаимодействии алкенов с подкисленным раствором перманганата калия при нагревании происходит расщепление двойной связи с образованием продуктов окисления. Как количественно зависит мольное соотношение (перманганат : олефин) от строения углеводородов? Проведите общий анализ и проиллюстрируйте полученный результат на примере окисления изомерных олефинов состава С 5Н10. (XIзон.-89.) § 11. Кислород- и азотсодержащие органические соединения 129. На примере органических реакций предложите один из возможных вариантов, удовлетворяющих следующим схемам получения основных продуктов: (Х1-обл.-93.) 130. Как можно объяснить образование смеси алкенов состава С5Н10 при нагревании изоамилового спирта (З-метилбутанола-1) с концентрированной серной кислотой? (XI—обл.—89.) 131. Смесь 2-метилпропанола-1, бутанола-2, 2-ме-тилпропанола-2 массой 3,7 г прореагировала с избытком оксида меди (II). Продукты окисления затем обработали избытком аммиачного раствора оксида серебра, при этом выделилось 5,4 г серебра. Вычислите массовую долю 2-метилпропанола-1 в смеси. (XI— обл.-85.) 132. Домашнее полоскание для горла часто готовят следующим образом: питьевую соду заливают кипящей водой и прибавляют несколько капель спиртового раствора иода. Обсудите, какие химические реакции могут происходить в ходе описанных операций и какими внешними признаками они сопровождаются. (XI—обл.—82.) 133. Образец смеси метилацетата и метилформиата массой 15,52 г обработали при нагревании 68 мл раствора гидроксида бария с концентрацией 2,5 моль/л. Избыток основания может реагировать с 45,4 мл раствора хлорида меди (II) ( массовая доля 13,5%, плотность 1,1 г/мл) с образованием осадка. Вычислите массовые доли сложных эфиров в смеси. (XI—обл.— 91.) 134. Смесь одно- и двухосновной органических кислот массой 1,14 г растворили в воде. На нейтрализацию полученного раствора затрачено 83,3 мл раствора едкого кали с концентрацией 0,3 моль/л. Какие кислоты были взяты, если известно, что количество вещества одноосновной кислоты в смеси больше, чем двухосновной? (XI—зон.—82.) 135. Органическая кислота А присоединяет бромоводород. Из образовавшегося продукта В при действии раствора нитрата серебра получено соединение С, при осторожном окислении которого образуется твердое вещество D. Последнее при плавлении разлагается, и при этом выделяется газ СО, и летучая кислота Е, в составе которой 40,0% С, 6,7% Н и 53,3% О. Установите структуры всех соединений и напишите уравнения реакций. (XI—зон.—85.) 136. Нагревание кристаллического вещества А в вакуумированном сосуде до 200 °С привело к образованию четырех газов в мольном соотношении 1:1:1:1. При охлаждении сосуда до О °С образовалось кристаллическое вещество В. При этом один из газов (относительная плотность по водороду 14), способный гореть на воздухе, в реакцию не вступил. Каковы формулы веществ А и В? Где используются эти вещества? Взаимодействие двух из упомянутых выше газов в мольном соотношении 2 : 1 привело к образованию кристаллического вещества С. Изобразите структурную формулу этого вещества. Напишите уравнения реакции вещества С с водой. Какое широко известное удобрение получается при термической дегидратации вещества С? (X—зон.—93.) 137. В избытке кислорода сожгли 1,00 г 10%-ного раствора неизвестного вещества в ледяной уксусной кислоте, причем израсходовано 672 мл кислорода (н.у.). При этом образовались только вода (0,569 мл) и углекислый газ (708 мл) при н.у. Раствор какого вещества сожгли? С какими из предложенных веществ он реагирует (КОН, HI, СН3СН=СНСН3)? Напишите уравнения реакций. (XI—зон.—88.) 138. Из соединения С5Н4О2 при окислении получена карбоновая кислота С5Н4О3, которая при нагревании в запаянной трубке при 260—275°С превращается в соединение С4Н4О, не выделяющее водород при действии натрия и не дающее реакции на альдегиды и кетоны. При комнатной температуре соединение С5Н4О3 ведет себя по отношению к парам сухого брома как непредельное соединение, а при 100°С — как ароматическое. Получаемое в последнем случае бромпроизводное превращается при окислении в фумаровую кислоту. Установите структуры всех указанных веществ и напишите уравнения реакций. Почему соединение С5Н4О3 может вести себя и как ароматическое и как непредельное соединение? (XI—зон.—91.) 139. При взаимодействии некоторого количества уксусной кислоты с 1 моль этилового спирта установилось равновесие — образовалось 0,85 моль этил-ацетата. Если к реакционной смеси прибавить 200 г воды, то количество этилацетата в ней уменьшится в 2,33 раза. Какое количество уксусной кислоты взяли для опыта? Напишите уравнение реакции и рассчитайте константу равновесия. Сколько этилацетата образуется, если уксусной кислоты взять в 2 раза меньше? (Изменением объема реакционной смеси пренебречь.) (XI—зон.—91.) 140. В модельном лабораторном опыте после длительного кипячения (с обратным холодильником) смеси из 43 мл 95%-ного этанола (плотность 0,79 г/мл), 19 мл 83%ной уксусной кислоты (плотность 1,15 г/мл) и 0,5 мл концентрированной серной кислоты (плотность 1,8 г/мл) массовая доля этилацетата составила 15,6%. Вычислите выход этилацетата, который получится при взаимодействии при той же температуре 300 л 70%-ного водного этанола (плотность 0,85 г/мл), 500 л 75%-ной уксусной кислоты (плотность 1,18 г/мл) и пропорционального количества серной кислоты. Как экспериментально можно определить значение выхода сложного эфира? Как можно повысить выход сложного эфира, используя то же сырье? (XI—зон.—93.) 141. Водные растворы веществ А, В и С имеют нейтральную реакцию. При сливании раствора А с раствором В или с раствором С образуется бурый осадок D, а растворы приобретают соответственно кислую или щелочную реакцию. Если смешать все три раствора в соотношении 1:1:1, выпадает осадок D, а в растворе обнаруживается лишь одно вещество Е, имеющее слабощелочную реакцию. Вещество В можно легко получить из вещества С в присутствии медного катализатора. Определите вещества А, В, С, D, E, если соотношение объемов растворов веществ А, В и С в первом опыте было 1 : 3 и 2 : 3 соответственно. Напишите уравнения реакций. (XI-30H.-85.) § 12. Органический синтез 142. Изомерные углеводороды, образующиеся при действии спиртового раствора щелочи на 1,1-дихлорбутан и 2,2-дихлорбутан, раздельно ввели в реакцию тримеризации и при этом получили ароматические углеводороды. Напишите уравнения реакций получения ароматических углеводородов, дайте им названия и укажите, что произойдет при длительном кипячении их с подкисленным раствором перманганата калия. (XI—обл.—81.) 143. Как из 1,1-дихлорбутана можно получить бу-танол-2? Напишите уравнения реакций. (XI—обл.— 74.) 144. Предложите схему синтеза 2-метилбутан-2,3-диола из З-метилбутан-1-ола. (XI—зон.—88.) 145. Составьте уравнения реакций, в результате которых можно осуществить следующие превращения: Какая среда (рН) водного раствора вещества Е? (XI— обл.-91.) 146. Напишите уравнения реакций, в результате которых происходят следующие превращения: Назовите получающиеся вещества. (X—обл.—91.) 147. При взаимодействии раствора серной кислоты с массовой долей 0,2 и анилина образуется вещество А, которое при нагревании до 180—200°С превращается в соединение В. Если анилин обработать концентрированной серной кислотой, то выпадает тот же осадок А, но при его длительном нагревании с серной кислотой, взятой в избытке, образуется смесь двух соединений В и С, в каждом из которых после выделения и высушивания массовая доля серы 18,5%. Объясните результаты описанных превращений. Напишите структурные формулы веществ В и С. Почему все три вещества А, В и С имеют высокие температуры плавления? Как получить соединение С без примеси соединения В другим путем? (XI— ЗОН.-89.) 148. Осуществите синтез изотопно чистых соединений: метан-D, метан-D2, метан- D3, метан-D4, бензол-D, бензол-D6, циклогексан-D12. С помощью каких физических методов можно убедиться в степени изотопной чистоты данного соединения? Приведите примеры. (XI—зон.—88.) 149. При обработке 1 моль 2-метил-1,4-дихлорбутана водным раствором, содержащим 2 моль гидроксида калия, получается вещество А. При действии фосфорной кислоты на вещество А образуется легколетучее вещество Б, которое не обесцвечивает бромную воду и в обычных условиях не реагирует с натрием. В присутствии оксида алюминия при повышенной температуре вещество А превращается в вещество В. Это вещество присоединяет 1 моль водорода. При этом может образоваться несколько изомерных продуктов, среди которых преобладает изомер Г, являющийся термодинамически более устойчивым среди остальных. Изомер Г в разбавленном водном растворе перманганата калия превращается в соединение Д, обладающее следующими свойствами. Под действием 30%-ной серной кислоты оно дегидратируется и перегруппировывается в соединение Е. При окислении тетраацетатом свинца соединение Д расщепляется на два вещества Ж и 3, являющихся продуктами крупнотоннажного органического синтеза. Вещество Ж дает реакцию серебряного зеркала, а вещество 3 — нет, но оба реагируют с соединением Д с образованием циклических продуктов И и К. Напишите уравнения всех протекающих реакций. (X—зон.-93.) § 13. Белки, жиры, углеводы 150. На основе знаний о превращениях различных функциональных групп в органических молекулах опишите свойства природного соединения, называемого склареол. Какая из гидроксильных групп склареола обладает более подвижным атомом водорода? (XI—обл.—87.) 151. При полном гидролизе 14,6 г природного дипептида действием 12%-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,20 г/см3) получено 11,1 г соли, в которой массовая доля ионов натрия составляла 20,72%. Определите возможную формулу исходного дипептида и вычислите объем щелочи, вступившей в реакцию. (XI—обл.— 93.) 152. Вещество А, которое содержится в природных продуктах, может быть получено в лаборатории синтетически при взаимодействии веществ В и С. Вещество В является бромпроизводным углеводорода и при нагревании с водой образует соединение X, не способное присоединять водород в присутствии катализаторов, растворяющее гидроксид меди и не реагирующее с содой. Вещество В массой 0,5 г при сожжении дает 0,2387 г углекислого газа и 0,0815 г воды, относительная плотность паров В по водороду равна 140,3. Другое вещество С получается при реа- кции аммиачного раствора нитрата серебра с соединением D, которое имеет неразветвленный углеродный скелет, одну функциональную группу, растворимо в щелочах и не обесцвечивает бромную воду. Вещество D содержит (в массовых долях) 75% углерода, 12,5% водорода и кислород. Установите строение веществ А, В, С и D. (XI—обл.—73.) 153. При полном кислотном гидролизе некоторого пентапептида получены три аминокислоты: глицин, аланин и лизин в мольном соотношении 3:1:1. При частичном гидролизе того же пентапептида было вьщелено три трипептида и три дипептида. Определение N-концевых аминокислот в этих трипептидах показало, что в двух из них N-концевой аминокислотой является глицин, а в третьей — аланин. Определите последовательность аминокислот (первичную структуру) в молекуле пентапептида и напишите его структурную формулу. (XI— зон.—92.) 154. Формула кристаллического вещества А, выделенного из природных объектов, С5Н10О4. Водный раствор вещества А дает реакцию серебряного зеркала. Нагревание вещества А с водным раствором иодоводорода и красным фосфором ведет к образованию н-пентана. При действии уксусного ангидрида вещество А образует соединение C11H16O7, нерастворимое в воде и не дающее реакции серебряного зеркала, но при нагревании с водой в присутствии кислоты легко превращающееся в соединение С9Н14О6, способное давать реакцию серебряного зеркала. Нагревание вещества А с метанолом в присутствии следов хлороводорода приводит к образованию соединения С6Н12О4, не способного вступать в реакцию серебряного зеркала. Установите структурные формулы вещества А. Запишите уравнения проведенных реакций. Изобразите возможные варианты пространственного строения вещества А. (XI—зон.—93.) § 14. Строение органических соединений 155. При пропускании оксида углерода над нагретым металлическим калием получается соединение А состава (СОК)x. Какое вещество может быть получено при действии на это соединение избытка соляной кислоты, если известно, что все атомы, входящие в вещество А, находятся в одной плоскости, причем при полном повороте вокруг одной из осей симметрии анион воспроизводит свое положение в пространстве шесть раз, все связи между одинаковыми парами атомов в молекуле имеют равную длину. (XI—обл.-74.) 156. Диполбный момент — это некоторая физическая векторная величина, характеризующая полярность молекулы. Оказывается возможным разложить вектор дипольного момента молекулы на составляющие векторы дипольных моментов отдельных связей. Эти векторы направлены вдоль линий связей от центра положительного заряда к центру отрицательного заряда. Например, дипольный момент НС1 направлен от водорода к хлору. Приняв, что дипольный момент связи С— Н равен нулю, а момент связи С—С1 равен одной условной единице дипольного момента, рассчитайте дипольные моменты монохлорбензола, изомерных дихлорбензолов, пентахлорбензола и гексахлорбензола. (XI—обл.—87.) 157. Плотность паров некоторого соединения при 75 °С и давлении 1,23 атм равна 2,5 г/л. При сжигании 2,9 г этого соединения в избытке кислорода образовалось 6,6 г оксида углерода, причем вещество сгорело без остатка. Какие соединения могут удовлетворять данным условиям? Напишите их структурные формулы. (XI—зон.—81.) 158. При полном сгорании 0,7 г неизвестного вещества А образуется 0,9 г Н2О и 2,2 г СО2. При реакции с бромоводородом это вещество образует единственный продукт В с массовой долей брома 38,65%. Предложите структуры веществ А и В. (X—обл.—91.) 159. Для установления строения соединений, содержащих связи С=С, применяется взаимодействие с озоном (озонолиз). Реакция протекает по следующей схеме: Какие продукты и в каком количестве образуются при озонолизе изомерных ксилолов (диметилбензолов)? (ХI-обл.-90.) 160. При сжигании 2,40 г органического соединения X в избытке кислорода (относительная плотность кислорода по водороду 16) выделилось 4,39 г углекислого газа (относительная плотность по водороду 22) и 1,99 г воды (плотность паров по водороду 10). Определите простейшую формулу вещества X. Известно, что пары вещества X более чем в 3 раза тяжелее воздуха. Определите молекулярную формулу вещества X. Известно, что молекула вещества X неполярна (дипольный момент равен нулю). В результате реакции вещества X с хлором на свету (мольное соотношение 1:1) получается только одно монохлорпроизводное вещества X. Определите структурную формулу вещества X. Сколько может существовать дихлорзамещенных вещества X? Приведите их структурные формулы. (X—зон.—93.) 161. Спектроскопия протонного магнитного резонанса (ПМР) — одно из наиболее мощных средств исследования строения органических соединений. В спектре ПМР каждому виду структурно эквивалентных атомов водорода в молекуле изучаемого соединения соответствует свой пик (сигнал). Интенсивность пика в спектре пропорциональна числу атомов водорода данного вида в молекуле. Например, в спектре ПМР этанола имеется три сигнала с соотношением интенсивности 3:2:1. В спектре N,N-диметилформамида, снятом при 80 °С, наблюдаются сигналы от двух видов атомов водорода, а при 70°С — от трех видов атомов. Объясните это различие. Каково соотношение интенсивностей пиков в спектрах N,N-диметилформамида, снятых при —70°С и при 80°С? Как объяснить, что в спектре N-метилформамида наблюдаются сигналы шести видов атомов водорода? (X—зон.—93.) § 15. Механизмы органических реакций 162. Как этанол, так и 2-метил-пропанол-2 растворяются в концентрированной серной кислоте. Однако второй раствор в отличие от первого со временем расслаивается. Органический слой при этом содержит весьма высококипящие вещества. Какие вещества содержатся в органическом слое? Как они образуются? (ХIзон.—82.) 163. Какие соединения могут образоваться при пропускании хлора через эмульсию пентена-1 в водном растворе бромида калия? Объясните механизм их образования. Какое пространственное строение могут иметь органические продукты реакции? (X— зон.—89.) 164. Пропускание хлора через хлороформ (температура кипения 62°С) при освещении сопровождается выделением газообразного вещества, хорошо растворимого в воде. Однако состав и свойства вещества, остающегося в реакционном сосуде, зависят от интенсивности освещения. В одном случае образуется соединение А с температурой кипения 77°С, а в другом — твердое вещество В, возгоняющееся при 187 °С. Каковы формулы веществ А и В и как можно объяснить различные результаты реакции хлороформа с хлором? (XI—зон.—89.) 165. Вещество А (n-нитрофениловый эфир N-ацетилглицина) в хлороформе реагирует с метиловым эфиром глицина. Осуществить аналогичную реакцию с глицином не удается, так как глицин практически нерастворим в хлороформе. Добавление равного объема водного раствора гидроксида натрия к смеси, содержащей раствор вещества А в хлороформе и глицин, приводит к образованию двухфазной системы, однако никакой реакции не наблюдается. Если же в эту двухфазную систему добавить немного бромида гексадецилтриметиламмония (вещество В), протекает реакция с количественным расходованием вещества А. Напишите уравнение реакции вещества А с метиловым эфиром глицина и назовите продукт. Почему не идет реакция с глицином в двухфазной системе хлороформ — водный раствор шелочи? Почему добавление вещества В в эту двухфазную систему приводит к расходованию вещества А? Какие вещества образуются при этом? (ХI-зон.—91.) 166. Свежеприготовленный водноспиртовой раствор одного из изомеров 2-хлор-2метилбутановой кислоты с массовой долей 10% вращает плоскость поляризованного света на +5°. Через некоторое время угол вращения составил +3°, а на осаждение хлорид-ионов из 5 мл раствора потребовалось 2,07 мл раствора нитрата серебра с массовой долей 10%. Известно, что раствор продукта реакции (2-гидрокси-2метилбутановая кислота) той же конфигурации, что и исходное вещество, с массовой долей 10% имеет угол вращения +2,5°. (Плотности всех растворов принять за единицу.) Объясните изменение угла вращения плоскости поляризованного света в ходе реакции. Рассчитайте степень протекания реакции. Что можно сказать о механизме данной реакции? Рассчитайте угол вращения плоскости поляризованного света по окончании реакции, используя принцип аддитивности. (XI—зон.—91.)
