I городской/районный этап Всероссийской олимпиады школьников г. Владивосток -11 класс-2000/2001 учебный год

1.
Предельный углеводород массой 0,75 г подвергли полному бромированию, полученный при этой реакции бромоводород пропустили через раствор нитрата серебра. Выпавший осадок отфильтровали, высушили и прокалили до постоянной массы, ко-торая составила 16,2 г.

Определите исходный углеводород.

2.
Массовая доля водорода в предельной одноосновной карбоновой кислоте составляет 9,8%.

Определите ее состав и напишите структурные формулы возможных изомерных кислот.

3.
В замкнутом сосуде смешали водород, кислород и хлор. Плотность полученной газовой смеси по азоту составила 0,4625. Известно, что в смеси содержится в 14 раз больше водорода, чем хлора по объему. Смесь газов взорвали и охладили.

Определите массовую долю кислоты в растворе, который обнаружили в сосуде.

4.
При анализе бесцветного прозрачного раствора с pH<7 юный химик обнаружил нали-чие следующих ионов: K+, Ba2+, Fe2+, Fe3+, NH4+, S2-, I-, MnO4-, CO32-, SO42-.

Возможен ли такой результат анализа? Дайте подробный обоснованный ответ.


Решения:

1.HBr + AgNO3 → AgBr↓ + HNO3

CnH2n + 2 + (2n + 2)Br2 → CnBr2n + 2 + (2n + 2)HBr

AgBr → Ag + 0,5Br2

n(Ag) = 16,2 / 108 = 0,15 моль,

n(CnH2n + 2) = 0,75/(14n + 2)

n(HBr) = (2n + 2) · n(CnH2n + 2), n(HBr) = n(Ag)

Поэтому: (2n + 2) · 0,75/(14n + 2) = 0,15, отсюда n = 2.

Исходный углеводород — этан C2H6.

2.Формула кислоты CnH2n + 1COOH или Cn + 1H2n + 2O2. Выразим массовую долю водорода в данной кислоте: ω = (2n + 2)/(12(n+1) + 2n + 34) = 0,098

отсюда n = 4. Формула кислоты C4H9COOH.

Изомеры: пентановая, 2-метилбутановая, 3-метилбутановая и 2,2-диметилпропановая кислоты.

2-Метилбутановая кислота содержит центр хиральности — второй атом углерода углеводородной цепочки, имеющий четыре различающихся заместителя (карбоксильная группа, этильный и мет ильный радикалы, водород). Поэтому данное соединение существует в виде двух оптических (зеркальных) изомеров.


3.Обозначим объемную долю (φ) хлора за х.

Тогда: φ(Cl2) = x, φ(H2) = 14x, φ(O2) = 1 - 15x.

Средняя молекулярная масса смеси:

Mср.смеси = D · M(N2) = 0,4625 · 28 = 12,95 г/моль.

Так как для газов объемная доля равна мольной доле вещества, то:

Мср. = φ(Cl2) · M(Cl2) + φ(H2) · M(Cl2) + φ(O2) · φ(O2) = 71x + 28x + 32(1 - 15x)

Сравнив эти два выражения, получаем: х = 0,05, отсюда:

φ(Cl2) = 0,05, φ(H2) = 0,70, φ(O2) = 0,25.

Пусть количество газов исходной смеси равно 1 моль (задача может быть решена и в общем виде без этого предположения), тогда:
n(Cl2) = 0,05, n(H2) = 0,70, n(O2) = 0,25 моль.

При взрыве проходят следующие реакции:
H2 + Cl2 → 2HCl и 2H2 + O2 → 2H2O

На взаимодействие с указанными количествами хлора и кислорода потребуется 0,55 моль водорода, значит Н2 — в избытке, а оба других реагента — в недостатке. Тогда:

n(HCl) = 2 · 0,05 = 0,1 моль, m(HCl) = 0,1 · 36,5 = 3,65 г.

n(H2О) = 2 · 0,25 = 0,5 моль, m(HCl) = 0,5 · 18 = 9,00 г.

Масса раствора, образующегося при растворении HCl:

m(р-ра) = 3,65 + 9,00 = 12,65 г. ω(HCl) = 3,65/12,65 = 0,29 (29%).


4.Раствор с указанным ионным составом невозможен по следующим причинам:

а) раствор не может быть бесцветным из-за наличия ионов MnO4- и Fe3+;

б) при взаимодействии ряда ионов происходит образование труднорастворимых со-единений:

Ba2+ + SO42- = BaSO4↓
Fe2+ + CO32- = FeCO3↓
2Fe3+ + 3CO32- + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + 3CO2
Ba2+ + CO32- = BaCO3↓

в) в кислом растворе (pH<7) невозможно сосуществование ионов:

S2- + H+ HS-
HS- + H+ H2S
CO32- + H+ HCO3-
HCO32- + H+ H2CO3
H2CO3 H2O + CO2

г) возможны окислительно-восстановительные процессы:

5Fe2+ + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
5I- + MnO4- + 8H+ = 5/2I2↓ + Mn2+ + 4H2O
5S2- + 2MnO4- + 16H+ = 5S↓ + 2Mn2+ + 8H2O