Московская городская олимпиада школьников по химии. Окружной этап. 2007 г. » 10 класс ◊

1.«... — вещество, открытое сэром Гемфри Деви. Оно очень энергично действует на воду, и это воздействие будет служить нам для обнаружения воды. Достаточно взять маленький кусочек его и бросить в чашку с водой; как только оно попадет на воду, так сейчас же вспыхивает …».
М. Фарадей. Популярные Рождественские лекции.
Какое вещество, открытое Г. Деви в 1807 г., М. Фарадей использовал в своих популярных Рождественских лекциях? Напишите уравнение реакции этого вещества с водой.
В состав каких природных соединений входит химический элемент, образующий это вещество? Где в нашей стране находятся основные залежи его минералов, имеющих промышленное значение? Какой может быть окраска минералов и почему?
Из какого соединения и каким образом выделил Г. Деви это вещество? Напишите уравнение реакции. Почему ученый не использовал для этой цели природные соединения?

2.Медицинский препарат X называется «... магния». Он состоит из двух бинарных веществ*: А₁ и А₂ одинакового качественного состава. Нагревание препарата X сопровождается выделением бесцветного газа, поддерживающего горение, и потерей 4,29% массы. При этом образуется препарат Y — «... магния», состоящий исключительно из А₂. Оба препарата используются для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, причем X оказывает активное противомикробное действие, в отличие от Y.
При растворении А2 в серной кислоте и последующей кристаллизации продукта получается вещество А₃, исторически используемое в качестве легкого слабительного средства. Массовый состав А3: 5,7% Н, 71,5% O, 13,0% S, 9,8% Mg.
Определите состав веществ А₁ и А₂ и приведите названия препаратов X и Y, учитывая, что название X — это название соединения А₁, а название Y — А₂.
Установите состав препарата X в процентах по массе.
Установите химическую формулу и название вещества А₃.
Напишите уравнения приведенных реакций.
Предположите, с чем может быть связана противомикробная активность X.

* Бинарными называются соединения, состоящие из двух элементов

3.Часто, говоря о реакциях непредельных соединений с бромной водой, мы несколько упрощаем сущность процесса. На самом деле образуются не только дигалогенпроизводные, но и соединения более сложного состава и строения. Так, в результате взаимодействия углеводорода А с бромной водой образуется некоторое количество вещества Б, состав которого С_nH_2nBrOH. После дегидратации вещества Б при температуре выше 170°С в присутствии концентрированной серной кислоты образуется два изомерных монобромалкена: В и Г, причем Г не образует геометрических изомеров.
Определите молекулярные и структурные формулы веществ А, Б, В и Г. Известно, что 2 литра А при н.у. имеют массу 5 г.
Напишите уравнения всех протекающих реакций.
Составьте формулы геометрических изомеров В и назовите их.

4.Очевидно, Вы знаете, что могут существовать вещества одинакового качественного и количественного состава, химического строения, но различающиеся расположением некоторых атомов или групп атомов в пространстве, то есть стереоизомеры. Одним из видов стереоизомерии, является оптическая, которая существует у тех молекул органических соединений, которые содержат атомы углерода с четырьмя различными заместителями. Например, бром(хлор)фторметан:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]
(в формулах знаком * выделены такие асимметрические атомы С). Эти молекулы являются зеркальным отражением друг друга, однако, как ни старайтесь, совместить их друг с другом не сможете! Выделенный атом углерода называют оптическим центром молекулы. В окружающем нас мире существует множество подобных объектов. Например, Ваши руки, казалось бы, очень похожи, но правую перчатку Вы не сможете надеть на левую руку. В основном свойства оптических изомеров одинаковы, но они могут иметь, например, разный вкус или запах. Лимонен и карвон являются примерами соединений, оба оптических изомера которых встречаются в природе. Один изомер лимонена пахнет апельсинами, другой — лимонами, а карвон может пахнуть семенами тмина или мятой. На рисунке изображены формулы этих двух веществ
[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Изобразите полные структурные формулы лимонена и карвона, покажите все атомы и связи.
В каждой молекуле отметьте (*) оптический центр.
Напишите уравнения реакций полного гидрирования лимонена и карвона.
Имеют ли продукты их гидрирования оптические изомеры? Объясните Ваш ответ.

5.При подготовке контрольной работы учитель, экономя время, записал задание в виде следующей схемы:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]
Известно, что вещество B — кристаллическое бесцветное токсичное вещество, обладающее выраженными бактерицидными свойствами, его применяют для синтеза красителей, лекарственных препаратов и высокомолекулярных соединений. C — бесцветная жидкость, неограниченно растворимая в воде, применяется преимущественно в качестве растворителя. Натриевая соль кислоты D используется как консервант в пищевой промышленности и стабилизатор при производстве полимеров.
Вместо схем напишите структурные формулы веществ, участвующих в превращениях.
Запишите уравнения реакций 1–6, укажите условия их протекания.
Назовите вещества А, В, С и D.

6.Минерал авантюрин представляет собой оксид некоторого химического элемента, впервые выделенного в виде простого вещества шведским химиком Й.Я. Берцелиусом в 1822 г.
Юный химик пытался определить состав минерала. Он измельчил 0,6 г авантюрина и сплавил его с избытком щелочи. Полученный сплав растворил в воде и обработал избытком соляной кислоты. Масса выделившегося осадка после промывания и прокаливания составила 0,6 г. Весь полученный порошок юный химик смешал с 0,486 г магния и прокалил без доступа воздуха до завершения реакции. После остывания полученную смесь он снова обработал соляной кислотой и получил порошок бурого цвета массой 0,28 г. При обработке полученного порошка избытком водного раствора щелочи выделилось 0,448 л водорода (н.у.).
На основе полученных экспериментальных данных помогите юному химику определить состав минерала. Запишите уравнения всех происходящих процессов.

РЕШЕНИЯ:
1.Фарадей использовал калий, который был получен в 1807 г. Г. Деви.
Калий реагирует с водой:
2K + 2H₂O = 2KOH + H₂
Чаще всего калий встречается в составе хлоридов: сильвинита NaCl·KCl, сильвина KCl, карналлита KCl·MgCl₂·6H₂O, силикатов (полевой шпат). Основные залежи его минералов в России находятся в Приуралье (г. Березники). «Древнее Пермское море охватывало весь Восток Европейской части России. Отдельные его заливы, языки на севере заходили под самый Архангельск, на юге длинные рукава протягивались к Донецкому Бассейну и к Харькову. Начиная с Соликамска вплоть до юго-восточной части Уральского хребта, тянутся отдельные линзы калиевых месторождений».
А.Е. Ферсман. Занимательная геохимия. 1948 г.
Цвет обычно белый. Красноватый оттенок придают следы железа, синий цвет обусловлен присутствием в минерале радиоактивного ⁴⁰К, после распада которого образуются пустоты, придающие минералу синий цвет.
Г. Дэви получил калий электролизом расплава гидроксида калия, т.к. он имеет более низкую температуру плавления по сравнению с хлоридом (tпл.(KOH) = 404°C, tпл.(KCl) = 770°C).
4KOH= 4K + O₂ + 2H₂O

2.[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

3.Молярная масса углеводорода А:
M(A) = 5·22,4 / 2 = 56 г/моль
Молекулярная формула А — C₄H₈

4.[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

5.[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

6.Исследуемый оксид реагирует со щелочью, следовательно, он проявляет кислотные свойства. Так как после растворения сплава, обработки его избытком HCl, промывания и прокаливания масса не изменяется, можно предположить протекание реакций согласно схеме:
кислотный оксид → соль → гидроксид (кислородсодержащая кислота) → кислотный оксид
Если предположить, что магний восстановил элемент, входящий в состав исследуемого оксида:
ЭО_x + xMg = Э + xMgO
Пусть M(Э) = a. В случае, если магний взят в достаточном количестве, то можно составить уравнение:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

При x = 2, а = 28, то есть искомый элемент — кремний, а оксид — SiO₂.
Аналогичный результат можно получить, если анализировать взаимодействие неизвестного вещества с водным раствором щелочи.
Таким образом, авантюрин — это оксид кремния (IV).
Уравнения реакций:
SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O
Na₂SiO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂SiO₃↓
H₂SiO₃ = SiO₂ + H₂O
SiO₂ + 2Mg = Si + 2MgO
Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂↑