Московская городская олимпиада школьников по химии. Городской этап. 2007 г. » 11 класс. » Задания и решения ◊

11 класс

1. Приведите примеры реакций между двумя кислотами при условии, что: а) обе кислоты –
неорганические б) одна кислота органическая, другая – неорганическая. Решите
аналогичную задачу для двух оснований. Для каждого случая напишите не более двух
уравнений реакций.
2. Расшифруйте цепочку превращений (напишите структурные формулы веществ), если
известно, что вещество F является единственным органическим продуктом реакции
окисления E:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]
3. В водный раствор неорганического вещества добавили избыток соляной кислоты. При
этом наблюдалось выпадение осадка и выделение газа. Осадок был отфильтрован и
фильтрат упарен досуха. Сухой остаток содержал только KCl. Какое вещество могло
находиться в исходном растворе? Напишите уравнение его реакции с соляной кислотой.
4. Хорошо известно, что, из-за эффекта сопряжения, при полном гидрировании бензола
выделяется значительно меньше энергии, чем при гидрировании трех[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]изолированных двойных связей, например, трех молекул циклогексена.
Определите эту разницу, если известно, что при сгорании 1 моль водорода,
циклогексана, циклогексена и бензола выделяется, соответственно, 286, 3930,
3752 и 3276 кДж тепла. Используя эти же данные приблизительно оцените
теплоту сгорания 1,4-дигидронафталина.
5. 15,2 грамм некоторого вещества сожгли в избытке кислорода с образованием только
газообразных продуктов. Эту смесь газов разделили на две равные части. Первую часть
пропустили через избыток водного раствора NaOH, а вторую через аналогичный раствор с
добавлением H₂O₂. К полученным растворам прибавляли нитрат бария до прекращения
выпадения белого осадка. Масса осадка выпавшего из второго раствора оказалась больше
на 3,2 г. Какое вещество было сожжено? Ответ подтвердите уравнениями реакций и
расчетами.
6. Лимонная кислота (2-гидрокси-1,2,3-пропантрикарбоновая кислота) – играет большую
роль в энергетическом цикле живых организмов. При осторожном нагревании лимонная
кислота переходит в цитраконовую кислоту, которая имеет молекулярную формулу
С₅Н₆О₄. Цитраконовая кислота при перегонке легко образует цитраконовый ангидрид, а
при нагревании с раствором NaOH и последующем подкислении переходит в изомерную
мезаконовую кислоту. Мезаконовая кислота при перегонке или нагревании ангидрид не
образует. Известно также, что при неселективной реакции с HBr и цитраконовая, и
мезаконовая кислоты образуют 6 изомерных оптически-активных монобромпроизводных.
Изобразите структурные формулы упомянутых в задаче веществ.

Решения:

1.Наиболее простые реакции между двумя кислотами – окислительно-восстановительные, а
между двумя основаниями – комплексообразования. Например:
а) H₂S + H₂SO₄ = S + SO₂ + 2H₂O
HOOC–COOH + H₂SO₄ = CO₂ + SO₂ + H₂O
б) 2NaOH + Zn(OH)₂ = Na₂[Zn(OH)₄]
Cu(OH)₂ + 4NMe3 = [Cu(NMe₃)₄](OH)₂


2. Все реакции используемые в цепочке – очень простые, но для решение задачи необходимо
предположить декарбоксилирование дикарбоновой кислоты.

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

3. Как и в первой задаче, самое простое решение – окислительно-восстановительная реакция.
Поскольку необходимо образование двух компонентов (осадок и газ) можно предположить,
что это реакция диспропорционирования нестабильного соединения, образующегося при
добавлении соляной кислоты. Например:
K₂S₂O₃ + HCl = KCl + SO₂ + S + H₂O
K₂S₂ + HCl = KCl + H₂S + S
K[Ag(CN)₂] + HCl = KCl + AgCl + HCN

4. Для определения разницы в энергии гидрорования бензола и трех молекул циклогексена
достаточно применить закон Гесса. Поскольку все описанные вещества при сжигании
образуют одни и те же продукты (CO₂ и H₂O), можно использовать данные теплоты сгорания
как теплоты образования веществ. Тогда
Qгидрирования(С₆H₆) = Qсгор(С₆H₁₂)–3·Qсгор(H₂)–Qсгор(С₆H₆)
Qгидрирования(С₆H₁₀) = Qсгор(С₆H₁₂) – Qсгор(H₂) – Qсгор(С₆H₁₀)
ΔE= Qгидрирования(С₆H₆) – 3·Qгидрирования(С₆H₁₀) = 120 кДж/моль
Для точного расчета теплоты сгорания 1,4-дигидронафталин данных недостаточно, однако нам
нужно сделать только ее приблизительную оценку. Для этого можно представить 1,4-
дигидронафталин как бензол + циклогексен – 2/6 циклогексана (две CH₂-группы). Тогда:
Qсгор(С₁₀H₁₀) ≈ Qсгор(С₆H₆) + Qсгор(С₆H₁₀) – 2/6·Qсгор(С₆H₁₂) = 5718 кДж/моль


5. К сожалению, в ходе составления задачи №5 была допущена опечатка (была дана масса
исходного вещества 7,6 г вместо правильных 15,2). Куратор 11 класса приносит извинения за
эту досадную ошибку. Решения этой задачи участниками проверялись на основании логики их
рассуждений. В настоящем комплекте эта ошибка исправлена.
В школьной таблице растворимости приведены всего четыре нерастворимые соли бария –
BaCO₃, BaSO₃, BaSO₄ и Ba₃(PO₄)₂. Последний никак не может образоваться в опытах
описанных в задаче, поскольку оксиды фосфора не летучи. Наиболее вероятно, что осадок
выпавший в первом растворе BaSO₃ или смесь BaSO₃ и BaCO₃. Во втором растворе SO3
2– ион
должен окисляться пероксидом водорода с образованием SO₄
2– и, после добавления Ba(NO₃)₂,
осаждаться в виде BaSO₄. Таким образом разница между массами осадка, выпавшего из
первого и второго раствора, приходится на разницу между BaSO₃ и BaSO₄. Исходя из этого,
определим количество моль сульфата и сульфита:
n(BaSO₄) = [3,2 г / (M(BaSO₄) – M(BaSO₃))] = 0.2 Поскольку продукты сжигания исходного
вещества были разделены надвое, то его количество равно:
n(вещества) = n(BaSO₄)·2/m = 0.4/m , где m – число атомов серы в исходном веществе.
А молярная масса вещества равна M(вещества) = 15.2·m/0.4 = 38·m
Откуда перебором m находим решение – CS₂ – сероуглерод.


6. Для начала найдем разницу между брутто-формулами лимонной и цитраконовой кислоты
С₆H₈O₇ – С₅Н₆О₄ = CH₂O₃, т.е. CO₂ и H₂O. Таким образом лимонная кислота подверглась
дегидратированию и декарбокслилированию. В то время как отщепление воды от лимонной
кислоты может протекать единственным путем, отщепление карбоксильной группы может
приводить к трем возможным формулам цитраконовой кислоты:

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

Однако, из трех приведенных изомеров, только структура C может образовывать 6 изомерных
оптически-активных монобромпроизводных (для A и B их количество равно 3). Таким образом
С – это цитраконовая кислота, и поскольку она содержит двойную связь, можно предположить
что мезаконовая кислота являются ее транс-изомером. Это предположение подтверждается
тем, что цитраконовая кислота легко образует ангидрид при нагревании, а мезаконовая
кислота – нет