Главная              Рефераты - Разное

Учебное пособие: Издательство томского университета

Л.Н. МИШЕНИНА, С.А. КУЗНЕЦОВА, Л.В. ЦЫРО

ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ

ДЛЯ ЗАОЧНОЙ ШКОЛЫ «ЮНЫЙ ХИМИК»

9–11 классы

Учебно-методическое пособие

ИЗДАТЕЛЬСТВО ТОМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2007

УДК 54(076.1):087.5

ББК 24

М71

Мишенина Л.Н., Кузнецова С.А., Цыро Л.В.

М71 Задачи и упражнения для заочной школы «Юный химик». 9–11 классы: Учеб.-мет. пособие. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2007. – 85 с.

ISBN 2-1211-1007-2

Учебно-методическое пособие предназначено для учащихся 9–11 классов средних общеобразовательных школ по профилю «химия». В пособии содержится большое количество задач, которые позволяют учащимся закрепить знания, полученные во время теоретических занятий. Задачи подобраны в виде индивидуальных заданий, содержащих по 4 варианта.

В течение обучения учащимся заочной школы «Юный химик» предлагается выполнение 3 заданий. Для успешного выполнения заданий необходимо тщательно проработать теоретический материал. Критерий его усвоения – это умение применять полученные знания при решении качественных и расчетных задач.

Учебно-методическое пособие может быть использовано для подготовки к химическим олимпиадам различного уровня.

УДК 543(076.1):087.5

ББК 24

Рецензент:

Батырева В.А., канд. хим. наук, доцент

ISBN 2-1211-1007-2 ©Томский государственный университет

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 9 КЛАССА.. ………………………………………………….4

ЗАДАНИЕ 1. ………………………………………………………………………………….4

Примеры решения задач . 4

Задачи для самостоятельного решения . 8

ЗАДАНИЕ 2. ………………………………………………………………………………...10

Примеры решения задач . 10

Задачи для самостоятельного решения . 17

ЗАДАНИЕ 3. ………………………………………………………………………………...20

Примеры решения задач . 20

Задачи для самостоятельного решения . 26

ЗАДАНИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 10 КЛАССА.. ……………………………………………….31

ЗАДАНИЕ 1. ………………………………………………………………………………...31

Примеры решения задач . 31

Задачи для самостоятельного решения . 35

ЗАДАНИЕ 2. ………………………………………………………………………………...37

Примеры решения задач . 38

Задачи для самостоятельного решения . 41

ЗАДАНИЕ 3. ………………………………………………………………………………...44

Примеры решения задач . 44

Задачи для самостоятельного решения . 48

ЗАДАНИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 11 КЛАССА.. ……………………………………………….53

ЗАДАНИЕ 1. ………………………………………………………………………………...53

Примеры решения задач . 53

Задачи для самостоятельного решения . 58

ЗАДАНИЕ 2. ………………………………………………………………………………...60

Примеры решения задач . 60

Задачи для самостоятельного решения . 66

ЗАДАНИЕ 3. ………………………………………………………………………………...70

Примеры решения задач . …………………………………………………………………..70

Задачи для самостоятельного решения . 78

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.. ………………………………………...83

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... …………………………………………...84

ЗАДАНИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 9 КЛАССА

ЗАДАНИЕ 1

Задание включает материал по химии элементов по теме «Водород. Галогены», а также по общей химии по темам «Растворы. Способы выражения содержания растворенного вещества», «Электролитическая диссоциация». Для выполнения задания необходимо рассмотреть химию водорода и элементов семнадцатой группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, ознакомиться с понятиями «массовая доля растворенного вещества» и «молярная концентрация», изучить теорию электролитической диссоциации, вспомнить основные понятия химии и расчеты по уравнениям химических реакций.

Примеры решения задач

Пример 1.

Колба с 250 г хлорной воды выставлена на солнечный свет. Выделившийся газ собран, его объем оказался равным 0,112 л (н. у.). Какова концентрация исходного раствора хлора (в % по массе)? Какой газ выделился из хлорной воды?

Дано:

m (хл. в.) = 250 г

V (газ) = 0,112 л (н. у.)

M (Cl2 ) = 71 г/моль

Найти:

w (Cl2 )

Решение:

При растворении хлора в воде происходит образование хлорноватистой кислоты:

Cl2 (г) + 2H2 O (ж) ⇄ Cl- (водн.) + Н3 О+ (водн.) + HClO (водн.).

На свету хлорноватистая кислота разлагается с образованием газообразного кислорода:

2HClO (водн.) = 2Cl- (водн.) + Н+ (водн.) + O2 (газ).

Суммарное уравнение процесса имеет вид:

2Cl2 (г) + 2H2 O (ж) = 4Cl- (водн.) + 4Н+ (водн.) + O2 (газ).

Рассчитаем количество выделившегося кислорода:

(моль).

По уравнению реакции 1 моль кислорода соответствует 2 молям хлора, следовательно, количество прореагировавшего хлора равно 0,01 моль (5 10-3 × 2). Тогда масса хлора составляет:

m = M × n = 35,5 × 0,01 = 0,71 (г).

Если принять, что весь хлор, содержащийся в хлорной воде, прореагировал, то массовая доля хлора равна:

(%).

Ответ: w (Cl2 ) = 0,28 %, выделившийся газ – кислород.

Пример 2.

Твердое кристаллическое соединение, состоящее из одновалентного металла и одновалентного неметалла, энергично реагирует с водой и водными растворами кислот с выделением водорода. При взаимодействии с водой этого вещества массой 2,4 г выделился водород объемом 2630 мл, измеренный при 37 °С и давлении 9,8×104 Па, а раствор приобрел щелочную реакцию. Определите состав вещества и напишите уравнения реакций его взаимодействия с водой и соляной кислотой.

Дано:

m (MЭ) = 2,4 г (М – металл, Э – неметалл)

V2 ) = 2630 мл = 2,63 л

t = 37 °С (T = 310 K)

p = 9,8×104 Па

Найти:

Решение:

Э – водород, поскольку только гидриды металлов реагируют с водой и кислотами с выделением водорода. Для определения металла необходимо вычислить молярную массу гидрида.

Определим количество выделившегося водорода. Сначала приведем объем газа к нормальным условиям:

, следовательно, (л).

Рассчитаем количество выделившегося газа:

(моль).

Запишем уравнение реакции взаимодействия гидрида одновалентного металла с водой:

MH + H2 O = MOH + H2 .

По уравнению реакции 1 моль водорода соответствует 1 молю гидрида, следовательно, в реакцию вступил 1 моль МН.

Вычислим молярную массу гидрида:

(г/моль).

Атомная масса водорода равна 1 г/моль, поэтому атомная масса металла равна 23 г/моль (24 – 1). Этот металл – натрий.

Искомое вещество гидрид натрия – NaH.

Уравнения взаимодействия:

NaH + H2 O = NaOH + H2

NaH + HCl = NaCl + H2

Пример 3.

Какой объем раствора с массовой долей серной кислоты 9,3 % (плотность 1,05 г/мл) потребуется для приготовления раствора 0,35 моль/л серной кислоты объемом 40 мл?

Дано:

w (H2 SO4 ) = 9,3 %

r = 1,05 г/мл

СМ = 0,35 моль/л

V = 40 мл

M (H2 SO4 ) = 98 г/моль

Найти:

V (р-ра)

Решение:

Вычислим количество вещества серной кислоты, необходимое для приготовления 40 мл 0,35 моль/л раствора. По определению молярной концентрации в 1 л (1000 мл) раствора содержится 0,35 моль серной кислоты, тогда:

0,35 моль – 1000 мл

n моль – 40 мл,

(моль),

то есть для приготовления раствора нужно взять 0,014 моль кислоты.

Вычислим массу 0,014 моль серной кислоты:

m = n × M = 0,014 × 98 = 1,37 (г)

Определим массу 9,3 %-ного раствора, содержащего 1,37 г серной кислоты:

, тогда

(г).

Вычислим объем раствора:

(мл).

Ответ: V (р-ра) = 14,05 мл.

Пример 4.

Составьте уравнения реакций, протекающих с участием водных растворов электролитов, в молекулярной, ионной и сокращенной ионной формах:

а) между оксидом углерода (IV) и гидроксидом бария;

б) между оксидом кальция и хлороводородной кислотой;

в) между силикатом натрия и хлороводородной кислотой;

г) между иодидом калия и нитратом свинца (II);

д) между сульфидом железа (II) и серной кислотой.

Решение:

а) взаимодействие между оксидом углерода (IV) и гидроксидом бария:

молекулярная форма:

CO2 + Ba(OH)2 = BaCO3 + H2 O;

ионная форма:

CO2 + Ba2+ + 2OH- = BaCO3 + H2 O;

сокращенная ионная форма:

CO2 + Ba2+ + 2OH- = BaCO3 + H2 O.

б) взаимодействие между оксидом кальция и хлороводородной кислотой:

молекулярная форма:

CaO + 2HCl = CaCl2 + H2 O;

ионная форма:

CaO + 2H+ + 2Cl- = Ca2+ + 2Cl- + H2 O;

сокращенная ионная форма:

CaO + 2H+ = Ca2+ + H2 O.

в) взаимодействие между силикатом натрия и хлороводородной кислотой:

молекулярная форма:

Na2 SiO3 + 2HCl = H2 SiO3 + 2NaCl;

ионная форма:

2Na+ + SiO3 2- + 2H+ + 2Cl- = H2 SiO3 + 2Na+ + 2Cl- ;

сокращенная ионная форма:

SiO3 2- + 2H+ = H2 SiO3 .

г) взаимодействие между иодидом калия и нитратом свинца (II):

молекулярная форма:

2KI + Pb(NO3 )2 = PbI2 + 2KNO3 ;

ионная форма:

2K+ + 2I- + Pb2+ + 2NO3 - = PbI2 + 2K+ + 2NO3 - ;

сокращенная ионная форма:

2I- + Pb2+ = PbI2 .

возможно:

PbI2 + 2KI = K2 [PbI4 ], то есть:

молекулярная форма:

4KI + Pb(NO3 )2 = K2 [PbI4 ] + 2KNO3 ;

ионная форма:

4K+ + 4I- + Pb2+ + 2NO3 - = [PbI4 ]2- + 4K+ + 2NO3 - ;

сокращенная ионная форма:

4I- + Pb2+ = [PbI4 ]2- .

д) взаимодействие между сульфидом железа (II) и серной кислотой:

молекулярная форма:

FeS + H2 SO4 = FeSO4 + H2 S;

ионная форма:

FeS + 2H+ + SO4 2- = Fe2+ + SO4 2- + H2 S;

сокращенная ионная форма:

FeS + 2H+ = Fe2+ + H2 S.

Задачи для самостоятельного решения

Вариант 1

1. Охарактеризуйте элемент фтор, для этого укажите:

- положение фтора в периодической системе Д.И. Менделеева, электронную формулу атома фтора;

- распространенность фтора в природе, изотопы фтора;

- возможные степени окисления (привести примеры соединений);

- строение молекулы фтора;

- физические свойства молекулярного фтора;

- химические свойства молекулярного фтора;

- важнейшие соединения фтора и их свойства;

- получение фтора в лаборатории и промышленности.

2. Какие объемы хлора и водорода потребуются (н. у.) для получения 1000 кг 37 % (мас.) раствора соляной кислоты?

3. Остаток, полученный после термического разложения хлората калия KClO3 в присутствии оксида марганца (IV), растворили в воде. К раствору добавили избыток раствора нитрата серебра, получив осадок массой 57,4 г. Какой объем кислорода выделился при разложении KClO3 ? Объем рассчитайте при н. у.

4. Как, не применяя электролиза, получить следующие соединения:

NaCl ® Cl2 ® KClO3 ® HCl ® FeCl3 ?

5. Какой объем раствора с массовой долей карбоната натрия 0,15 (плотность 1,16 г/мл) надо взять для приготовления раствора 0,45 моль/л Na2 CO3 объемом 120 мл?

6. Могут ли одновременно быть в растворе следующие пары веществ: а) NaOH и P2 O5 ; б) Ba(OH)2 и CO2 ; в) KOH и HCl; г) CuSO4 и BaCl2 ; д) AgNO3 и NaCl? Ответ поясните, приведите все необходимые уравнения реакций в молекулярной, ионной и сокращенной ионной формах.

Вариант 2

1. Охарактеризуйте элемент хлор, для этого укажите:

- положение хлора в периодической системе Д.И. Менделеева, электронную формулу атома хлора;

- распространенность хлора в природе, изотопы хлора;

- возможные степени окисления (привести примеры соединений);

- строение молекулы хлора;

- физические свойства молекулярного хлора;

- химические свойства молекулярного хлора;

- важнейшие соединения хлора и их свойства;

- получение хлора в лаборатории и промышленности.

2. К раствору, содержащему 1,6 г бромида калия, прибавили 5 г технического брома, содержащего примесь хлора. После упаривания смеси было получено 1,155 г твердого остатка. Определите массовую долю (в %) хлора в препарате брома.

3. Имеются две соли А и В. Одна из них А – оранжевая, хорошо растворимая в воде, ее раствор окрашивает пламя в бледно-фиолетовый цвет. Соль А – окислитель, при ее взаимодействии с восстановителем в кислой среде окраска раствора меняется на зеленовато-фиолетовую. Другая соль В – белая, при нагревании разлагается на газообразные продукты. Раствор соли при взаимодействии с нитратом серебра дает белый творожистый осадок. Соли А и В реагируют между собой. Определите, какие это соли. Рассчитайте молярный состав смеси А и В, при нагревании которой выделилось 2,24 л газа, а в продукте реакции, обработанном водой, было получено 15,2 г оксида металла (III) зеленого цвета, практически нерастворимого в воде.

4. В двух пробирках налита бромная и йодная вода. Определите опытным путем, в какой пробирке находится йодная вода.

5. Определите массовую долю хлорида кальция в растворе с концентрацией 1,4 моль/л CaCl2 , плотность которого равна 1,12 г/мл.

6. Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения всех возможных реакций между следующими веществами, взятыми попарно: оксид магния, хлороводородная кислота, сульфит натрия, хлорид кальция, нитрат серебра.

Вариант 3

1. Охарактеризуйте элемент бром, для этого укажите:

- положение брома в периодической системе Д.И. Менделеева, электронную формулу атома брома;

- распространенность хлора в природе, изотопы брома;

- возможные степени окисления (привести примеры соединений);

- строение молекулы брома;

- физические свойства молекулярного брома;

- химические свойства молекулярного брома;

- важнейшие соединения брома и их свойства;

- получение брома в лаборатории и промышленности.

2. Каменная соль одного из месторождений содержит хлорид натрия (массовая доля 96 %), хлорид кальция (0,2 %), хлорид магния (0,2 %) и другие компоненты, не содержащие хлор. Какой объем соляной кислоты с массовой долей HCl 36 % и плотностью 1,18 г/мл можно получить из образца каменной соли массой 5 кг?

3. Приведите примеры кислот одного и того же элемента Х с формулами Hn XOm , Hn XOm+1 , Hn XOm+2 , Hn XOm+3 (для m = n и m < n); назовите приведенные вещества, сравните силу кислот.

4. Укажите лабораторные и промышленные способы получения водорода. Назовите наиболее важные области применения водорода в промышленности.

5. В лаборатории имеется раствор хлорида калия с концентрацией 3 моль/л. Определите его объем, который потребуется для приготовления раствора объемом 200 мл с массовой долей KCl 8 % и плотностью 1,05 г/мл.

6. В четырех пробирках без надписей находятся растворы следующих веществ: сульфата натрия, карбоната натрия, нитрата натрия и йодида натрия. Укажите, с помощью каких реагентов можно определить, где какая соль находится. Напишите уравнения реакций в молекулярной и сокращенной ионной формах.

Вариант 4

1. Составьте таблицу сравнительных свойств галогенов:

Галоген

Молекулярная формула простого вещества

Агрегатное состояние в обычных условиях

Формула водородного соединения

Возможные степени окисления в соединениях с кислородом

Формула высшего оксида

Ответьте на вопросы:

- Как изменяются физические свойства (агрегатное состояние, цвет, температуры плавления и кипения) простых веществ галогенов с ростом относительной атомной массы соответствующих элементов. При ответе используйте различие в электронном строении атомов галогенов. Как изменяется химическая активность галогенов по отношению к водороду? Ответ поясните.

- Какова формула кислоты, соответствующей высшему оксиду хлора? Составьте уравнения реакций взаимодействия этой кислоты с веществами известных вам классов неорганических соединений (металл, оксид металла, основание, соль).

- Какими свойствами фтор выделяется среди галогенов? Приведите известные вам реакции, при помощи которых можно определить молекулярный йод и ионы галогенов.

2. Весь хлороводород, полученный действием избытка серной кислоты на хлорид калия массой 14,9 г, поглотили водой массой 200 г. Определите массовую долю хлороводорода в растворе, если его выход в реакции составил 70 %.

3. Газ А – бесцветный, с резким запахом, хорошо растворяется в воде. При действии цинка на водный раствор этого газа выделяется горючий газ В, который при пропускании над твердым веществом С черного цвета превращает его в простое вещество красного цвета Д. Что собой представляют вещества А, В, С и Д? Напишите уравнения всех реакций.

4. Укажите, в виде каких соединений хлор встречается в природе. Приведите способы лабораторного и промышленного получения хлора.

5. Вычислите, какой объем раствора хлорида натрия с концентрацией 3 моль/л плотностью 1,12 г/мл надо прилить к воде массой 200 г, чтобы получить раствор с массовой долей NaCl 10 %.

6. Укажите, с помощью каких реагентов можно различить растворы серной, азотной и соляной кислот, находящихся в трех пробирках. Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионной формах.

ЗАДАНИЕ 2

Задание включает материал по химии элементов «Кислород, сера», «Азот, фосфор» а также по общей химии по темам: «Растворы. Гидролиз солей», «Электролитическая диссоциация», «Химическое равновесие». Для выполнения задания необходимо рассмотреть химию элементов кислорода, серы, азота и фосфора, ознакомиться с процессами, протекающими при растворении солей в воде, вспомнить основные понятия химии, расчеты по уравнениям химических реакций, теорию электролитической диссоциации.

Примеры решения задач

Пример 1.

Укажите, какие химические процессы лежат в основе получения фосфорной кислоты. Напишите уравнения реакций получения H3 РO4 .

Решение:

Термический способ получения фосфорной кислоты основан на окислении элементарного фосфора в избытке воздуха с последующей гидратацией образующегося оксида фосфора (V) и конденсацией фосфорной кислоты:

4Р + 5О2 = Р4 О10

4 О10 + 2nH2 O = 4(HPO3 )n при 700 °С

4(HPO3 )n + 2nH2 O = 2nH4 P2 O7 при 450 °С

2nH4 P2 O7 + 2nH2 O = 4nH3 PO4 ниже 230 °С

Суммарное уравнение:

Р4 О10 + 6H2 O = 6H3 PO4 .

Также ортофосфорную кислоту получают при переработке апатитов:

Ca5 (PO4 )3 F + 5H2 SO4 + 10H2 O = 5CaSO4 ×2H2 O + 3H3 PO4 + HF.

Пример 2.

К 24 %-ному раствору нитрата аммония (плотность 1,1 г/мл) объемом 45,45 мл прибавили 80 г 10 %-ного раствора гидроксида натрия. Полученный раствор быстро прокипятили (потерями паров воды пренебречь). Определите, какие вещества остались после этого в растворе, и рассчитайте их содержание (в процентах по массе).

Дано:

w (NH4 NO3 ) = 24 %

r = 1,1 г/мл

V = 45,45 мл

m (р-ра) = 80 г

w (NaOH) = 10 %

М (NH4 NO3 ) = 80 г/моль

М (NaOH) = 40 г/моль

M (NaNO3 ) = 85 г/моль

M (H2 O) = 18 г/моль

Найти:

w (полученных веществ)

Решение:

Запишем уравнение реакции взаимодействия между растворами нитрата аммония и гидроксида натрия:

NH4 NO3 + NaOH = NaNO3 + NH3 + H2 O.

Вычислим количество вступивших в реакцию веществ. Масса раствора нитрата аммония равна:

m (р-ра) = V × r = 45,45 × 1,1 = 50 (г).

Масса нитрата аммония равна:

(г).

Количество вещества нитрата аммония составляет:

(моль).

Масса гидроксида натрия равна:

(г).

Количество вещества гидроксида натрия составляет:

(моль).

По уравнению реакции взаимодействия на 1 моль нитрата аммония приходится 1 моль гидроксида натрия. В исходной смеси содержится 0,15 моль нитрата аммония и 0,20 моль гидроксида натрия, следовательно, гидроксид натрия взят в избытке. Избыток составляет 0,20 – 0,15 = 0,05 моль или 2 г (m (NaOH) = n × M = 0,05 × 40 = 2,00 г).

Вычислим количество образовавшегося нитрата натрия. По уравнению реакции 1 моль нитрата аммония соответствует 1 молю нитрата натрия. В реакцию вступило 0,15 моль нитрата аммония, следовательно, образовалось 0,15 моль нитрата натрия или 12,75 г (m (NaNO3 ) = n × M = 0,15 × 85 = 12,75 г). В растворе после завершения реакции содержится 2 г гидроксида натрия и 12,75 г нитрата натрия (аммиак – газообразное вещество).

Для расчета массовой доли веществ определим массу раствора. Масса раствора после завершения реакции включает массы: воды, поступившей с раствором нитрата аммония (m 1 (H2 O)); воды, содержащейся в растворе гидроксида натрия (m 2 (H2 O)); воды, образовавшейся по реакции (m 3 (H2 O)); оставшегося гидроксида натрия (m (NaOH)); образовавшегося нитрата натрия (m (NaNO3 )).

m 1 (H2 O) = m (р-ра) – m (NH4 NO3 ) = 50 – 12 = 38 (г).

m 2 (H2 O) = m (р-ра) – m (NaOH) = 80 – 8 = 72 (г).

m 3 (H2 O) = n (H2 O) × M (H2 O) = 0,15 × 18 = 2,70 (г).

m (р-ра) = m 1 (H2 O) + m 2 (H2 O) + m 3 (H2 O) + m (NaOH) + m (NaNO3 ) = 38 + 72 + 2,70 + 2 + 12, 75 = 127,45 (г).

Вычислим массовые доли веществ в растворе:

%;

%.

Ответ: w (NaOH) = 1,57 %; w (NaNO3 ) = 10,00 %.

Пример 3.

Назовите вещества, состоящие из трех и более элементов, каждое из которых разлагается с выделением кислорода, причем масса выделившегося кислорода составляет не менее 10 % массы разложившихся веществ.

Решение:

1) KClO3 – хлорат калия.

2KClO3 = 2KCl + 3O2

(%).

2) KMnO4 – перманганат калия.

2KMnO4 = K2 MnO4 + MnO2 + O2

(%).

3) KNO3 – нитрат калия.

2KNO3 = 2KNO2 + O2

(%).

Пример 4.

Напишите уравнения реакций, при помощи которых, используя простые вещества – кальций, фосфор и кислород, можно получить фосфат кальция.

Решение:

1) 4P + 5O2 = 2P2 O5 .

2) 2Ca + O2 = 2CaO.

3) 3CaO + P2 O5 = Ca3 (PO4 )2 .

Пример 5.

Если через смесь азота с водородом пропустить искровой разряд, то образуется лишь немного аммиака. Но если при этом газовая смесь находится над серной кислотой, то синтез идет до конца. Укажите, что является причиной такого изменения в ходе процесса.

Решение:

Уравнение реакции взаимодействия водорода и азота:

N2 + 3H2 ⇆ 2NH3 .

Если газовая смесь находится над серной кислотой, то образующийся аммиак взаимодействует с серной кислотой с образованием сульфата аммония:

2NH3 + H2 SO4 = (NH4 )2 SO4 .

Аммиак покидает сферу реакции и согласно принципу Ле Шателье равновесие смещается в сторону продуктов реакции.

Пример 6.

При окислении фосфора 60 %-ным раствором азотной кислоты (плотность 1,37 г/мл) получены оксид азота (II) и ортофосфорная кислота, на нейтрализацию которой потребовалось 25 мл 25 %-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,28 г/мл), причем образовался дигидрофосфат натрия. Рассчитайте объем азотной кислоты, взятой для окисления фосфора, и объем выделившегося газа (при н. у.).

Дано:

w (HNO3 ) = 60 %

r (p-pa HNO3 ) = 1,37 г/мл

w (NaOH) = 25 %

r (p-pa NaOH) = 1,28 г/мл

V (p-pa NaOH) = 25 мл

М (NaOH) = 40 г/моль

М (HNO3 ) = 63 г/моль

Найти:

V (p-pa HNO3 )

V (газа)

Решение:

Запишем уравнение реакции взаимодействия фосфора с азотной кислотой, при этом учтем, что по условию задачи образуется ортофосфорная кислота и оксид азота (II):

3P + 5HNO3 + 2H2 O = 3H3 PO4 + 5NO. (1)

Запишем уравнение реакции нейтрализации фосфорной кислоты гидроксидом натрия с образованием дигидрофосфата натрия:

H3 PO4 + NaOH = NaH2 PO4 + H2 O. (2)

Для определения объема азотной кислоты, взятой для окисления фосфора, и объема выделившегося газа необходимо знать количество образовавшейся ортофосфорной кислоты. Определить это количество можно, зная количество вещества (в моль) гидроксида натрия, необходимого для реакции (2). По условию задачи даны объем раствора гидроксида натрия, пошедшего на реакцию, его плотность и массовая доля NaOH в растворе. Найдем количество вещества NaOH, исходя из этих данных.

Масса раствора связана с его объемом и плотностью соотношением:

.

m (р-ра) = 25 × 1,28 = 32 (г).

Массу вещества найдем из определения массовой доли растворенного вещества:

тогда

(г);

(моль).

Количество вещества NaOH равно 0,2 моль, тогда по уравнению реакции (2) количество ортофосфорной кислоты также равно 0,2 моль (по уравнению реакции соотношение n (H3 PO4 ) : n (NaOH) = 1 : 1).

Для расчета объема азотной кислоты необходимо знать её количество. По уравнению реакции (1) для образования 3 моль ортофосфорной кислоты необходимо 5 моль азотной кислоты, то есть соотношение n (H3 PO4 ) : n (HNO3 ) = 3 : 5. По условию задачи образовалось 0,2 моль ортофосфорной кислоты, следовательно, азотной кислоты прореагировало 1/3 моль (n (HNO3 ) = 3/5 × n (H3 PO4 )).

Определим массу азотной кислоты:

m (в-ва) = n × M = 1/3 × 63 = 21 (г).

Вычислим массу раствора азотной кислоты, зная массовую долю HNO3 в растворе:

(г).

Определим объем раствора 60 %-ной азотной кислоты необходимый для взаимодействия:

(мл).

Найдем объем выделившегося газа – оксида азота (II). По уравнению реакции (1) при образовании 3 моль ортофосфорной кислоты выделяется 5 моль оксида азота (II), то есть соотношение n (H3 PO4 ) : n (NO) = 3 : 5. По условию задачи образовалось 0,2 моль ортофосфорной кислоты, значит, оксида азота (II) образовалось 1/3 моль (n (NO) = 3/5 × n (H3 PO4 )). Тогда:

.

Зная количество вещества оксида азота (II), равное 1/3 моль, найдем его объем при нормальных условиях:

V = n × 22,4 = 7,47 (л).

Ответ: V (р-ра HNO3 ) = 25,5 мл; V (NO) = 7,47 л.

Пример 7.

Концентрированный водный раствор вещества Х реагирует с двумя разными твердыми веществами А и Б и образует при этом два газообразных вещества В и Г, которые при взаимодействии между собой образуют исходное вещество Х. Определите, что могут представлять собой названные вещества. Напишите уравнения соответствующих реакций.

Решение:

Взаимодействие газов В и Г может быть окислительно-восстановительным процессом или реакцией, протекающей без изменения степеней окисления.

В первом случае твердые вещества А и Б должны быть окислителем и восстановителем, тогда Х должно быть образовано элементами, входящими в состав газов, которые получаются при окислении и восстановлении Х. Веществом Х может быть хлороводород. Концентрированный водный раствор Х – соляная кислота – проявляет восстановительные свойства за счет аниона хлора и окислительные за счет катиона водорода, вещество А – окислитель, например, оксид марганца, Б – восстановитель, например, цинк.

4HCl (р-р) + MnO2 (тв.)= MnCl2 + Cl2 ­ + 2H2 O;

Х + А ® ….. В

В – газ хлор.

2HCl (р-р) + Zn (ТВ.) = ZnCl2 + H2 ­;

Х + Б ® …… Г

Г – газ водород.

В (Cl2 ) и Г (H2 ) реагируют с образованием Х (HCl):

Cl2 + H2 = HCl.

Если процесс протекает без изменения степеней окислений, то возможно несколько вариантов решения, например:

NH4 Cl (р-р) + KOH (тв.) = KCl + NH3 ­+ H2 O;

Х + А ® ….. В

В – аммиак.

2NH4 Cl (р-р) + H2 O + SO3 (тв.)= (NH4 )2 SO4 + 2HCl­;

Х + Б ® …… Г

Г – газ хлороводород.

В (NH3 ) и Г (HCl) реагируют с образованием Х (NH4 Cl):

NH3 + HCl = NH4 Cl.

Пример 8.

При кипячении водный раствор, содержащий соль NH4 Cl, становится более кислым. Объясните наблюдаемое явление, напишите уравнения реакции.

Решение:

Хлорид аммония в водном растворе гидролизует по катиону:

NH4 Cl + H2 O ⇆ NH3 ⋅H2 O + HCl

NH4 + + H2 O ⇆ NH3 ⋅H2 O + H+

В растворе среда кислая. Гидролиз – процесс, протекающий с поглощением тепла, поэтому, согласно принципу Ле Шателье, при нагревании равновесие смещается в сторону уменьшения температуры, то есть продуктов гидролиза, количество ионов водорода возрастает и среда становится более кислой.

Пример 9.

Имеется 2 л смеси оксида серы (IV) и кислорода. В результате реакции между ними образовалось 0,17 г оксида серы (VI). Определите объемный состав исходной смеси, учитывая, что оксид серы (IV) вступил в реакцию полностью. Укажите условия, необходимые для протекания реакции.

Дано:

V (смеси) = 2 л

m (SO3 ) = 0,17 г

М (SO3 ) = 80 г/моль

Найти:

j (SO2 )

j (SO3 )

Решение:

Для определения объемной доли оксида серы (IV) и кислорода в исходной смеси вычислим количество оксида серы (IV), вступившее в реакцию окисления.

Запишем уравнение реакции:

2SO2 + O2 = 2SO3 .

По уравнению реакции соотношение n (SO2 ) : n (SO3 ) равно 1 : 1. Определим количество образовавшегося оксида серы (VI):

(моль).

Тогда количество вещества оксида серы (IV) равно 2,13 × 10-3 моль.

Объемная доля по определению равно:

%.

Объем смеси по условию равен 2 л. Вычислим объемы газов в смеси:

V (SO2 ) = n (SO2 ) × Vm = 2,13 × 10-3 × 22,4 = 0,048 (л).

V (O2 ) = V (смеси) - V (SO2 ) = 2 - 0,048 = 1,952 (л).

Тогда:

(%);

(%).

Реакция окисления оксида серы (IV) кислородом воздуха до оксида серы (VI) протекает при повышенной температуре (600–800 °C) в присутствии катализатора Fe2 O3 .

Ответ: j (SO2 ) = 2,4 %; j (O2 ) = 97,6 %.

Задачи для самостоятельного решения

Вариант 1

1. Укажите, в каком виде встречается сера в природе, какие изменения происходят с серой при нагревании, как изменяется состав молекул серы при переходе из твердого состояния в жидкое и парообразное.

2. Укажите промышленные способы получения азотной кислоты. Напишите уравнения реакций получения HNO3 .

3. К 101 мл 20 %-ного раствора хлорида аммония (плотность 1,06 г/мл) прибавили 125 мл 18 %-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,2 г/мл) и полученный раствор прокипятили. Вычислите массовые доли (%) веществ, содержащихся в растворе, если потерями воды можно пренебречь.

4. В склянках без надписей находятся растворы соляной и серной кислот, вода, а также сухие соли – карбонат серебра, нитрат и иодид бария, карбонат и бромид кальция. Не прибегая к действию других химических реактивов, кроме упомянутых, или продуктов их взаимодействия, определите эти соединения. Напишите уравнения соответствующих реакций и укажите признаки, по которым вы проводили определение веществ.

5. Напишите уравнения реакций, при помощи которых, исходя из четырех простых веществ – калия, серы, кислорода и водорода, можно получить три средние соли, три кислоты и три кислые соли.

6. При взаимодействии угля с углекислым газом наблюдается обратимая реакция: С + СО2 ⇄ 2СО - Q. Объясните, при каких условиях образование угарного газа минимальное.

7. Аммиак объемом 100 м3 (н. у.) пропустили через реактор, заполненный 500 кг 50 %-ного раствора ортофосфорной кислоты. Определите состав (в процентах по массе) полученной смеси солей.

8. Два простых вещества при сгорании дают газообразные продукты. Один газ имеет сильный резкий запах, второй – не пахнет. При растворении их в воде получаются жидкости, окрашивающие лакмус в красный цвет. При пропускании газов через раствор гидроксида кальция образуются белые осадки, растворяющиеся при добавлении избытка газа. Если смешать каждый их этих газов с оксидом азота (IV), то в случае одного из газов возникает белый дым, в случае другого видимых изменений не обнаружено. Определите, какие вещества были сожжены.

9. Верно ли, что гидролиз – это реакция, обратная нейтрализации? Дайте обоснованный ответ.

10. Через колонну синтеза аммиака пропущено 100 кг газовой смеси, массовая доля водорода в которой составляет 15 %. Вычислите состав газовой смеси (в процентах) после выхода из колонны, если реакция прошла на 80 %.

Вариант 2

1. Укажите, в каком виде встречается фосфор в природе, назовите аллотропные модификации фосфора.

2. Укажите, какие химические процессы лежат в основе башенного и контактного способов получения серной кислоты. Напишите уравнения реакций получения H2 SO4 .

3. Газ, полученный при взаимодействии 9,52 г меди с 50 мл 81 %-ного раствора азотной кислоты (плотность 1,45 г/мл), пропустили через 150 мл 20 %-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,22 г/мл). Определите массовые доли (%) растворенных веществ.

4. В трех пробирках находятся растворы нитрата серебра, иодида калия и хлорида кальция. С помощью каких реакций можно определить содержимое каждой пробирки?

5. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно получить шесть средних солей, используя сульфид железа (II), кислород, раствор гидроксида натрия и разбавленные растворы соляной и серной кислот.

6. Изменится ли давление в замкнутой системе, если при нормальных условиях смешать равные объемы хлора и водорода и облучить смесь ультрафиолетовыми лучами? Ответ поясните.

7. Определите молярную концентрацию азотной кислоты, полученной смешиванием 40 мл 96 %-ного раствора HNO3 (плотность 1,5 г/мл) и 30 мл 48 %-ного раствора HNO3 (плотность 1,3 г/мл), если полученный раствор имеет плотность 1,45 г/мл.

8. В вашем распоряжении имеются бертолетова соль, серная кислота, бромид калия, аммиак, диоксид марганца. Пользуясь этими веществами, получите соляную кислоту, хлор, нашатырь, свободный азот, бром (при необходимости можно использовать воду и кислород воздуха). Напишите уравнения соответствующих реакций и укажите условия, при которых они происходят.

9. Объясните, будут ли подвергаться гидролизу соли, формулы которых K3 PO4 , CrCl3 , FeCO3 , KNO3 . Укажите соль, которая не подвергается гидролизу, дайте пояснения. Для других солей напишите уравнения реакций гидролиза по стадиям и укажите, будет ли данный раствор кислым или щелочным.

10. Фосфористый водород, полученный гидролизом 145,6 г фосфида кальция, сожгли. Образовавшийся оксид фосфора (V) растворили в 200 мл 25 %-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,28 г/мл). Определите, какого состава образуется соль и какова ее массовая доля (%) в растворе. Напишите уравнения протекающих реакций.

Вариант 3

1. Укажите, в каком виде встречается кислород в природе, назовите аллотропные модификации кислорода.

2. Дайте характеристику основных физических и химических свойств аммиака. При какой температуре аммиак может быть получен в жидком состоянии? Чем можно объяснить различную электропроводность жидкого аммиака и раствора металлического натрия в жидком аммиаке? Укажите области применения аммиака в современной технике.

3. При растворении в 50 мл 25 %-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,28 г/мл) всего оксида серы (IV), образовавшегося при сжигании 8,96 л сероводорода, получают раствор соли. Определите, какая соль образуется и какова ее массовая доля (%) в растворе.

4. В четырех пронумерованных банках без этикеток находятся следующие вещества: нитрит, сульфит, карбонат натрия и хлорид бария. Определите, в какой из банок находится каждое вещество, если известно, что вещества № 1, 2, 3 реагируют с соляной кислотой с выделением газов. Газы, образующиеся из веществ № 1 и 2, могут реагировать между собой, а растворы веществ № 2 и 3 реагируют с раствором № 4 с образованием осадков.

5. Укажите, с какими из перечисленных ниже веществ может взаимодействовать раствор гидроксида калия: йодоводородная кислота, хлорид меди (II), хлорид бария, оксид углерода (IV), оксид свинца (II). Напишите уравнения реакций в молекулярной, ионной и сокращенной ионной формах.

6. Объясните, как будет влиять увеличение температуры на состояние равновесия в следующих реакциях: а) H2 + Br2 ⇄ 2HBr + Q; б) H2 + I2 Û 2HI - Q.

7. Упарили вдвое (по объему) 4 л 10 %-ного раствора хлорида натрия (плотность 1,07 г/мл). Определите молярную концентрацию нового раствора.

8. Как, имея в своем распоряжении только S, Cu(NO3 )2 и Н2 О, получить H2 SO4 ? Приведите уравнения реакций.

9. Напишите в молекулярной и ионной формах уравнения реакций и объясните механизм их протекания: а) Fe2 (SO4 )3 + Na2 CO3 + H2 O ®; б) AlCl3 + (NH4 )2 S + H2 O ®.

10. Фосфор, количественно выделенный из 31 г фосфата кальция Ca3 (PO4 )2 , окислен в атмосфере кислорода, полученный препарат растворен в 200 мл 1,5 моль/л раствора гидроксида калия. Определите, какие вещества и в каком количестве содержатся в образовавшемся растворе. Напишите уравнения протекающих реакций.

Вариант 4

1. Укажите, какие степени окисления проявляет азот в своих соединениях (какая степень окисления максимальна), приведите примеры соединений.

2. Назовите ряд способов (не менее 8) получения кислорода, которые могут быть использованы в лабораторных условиях. Почему все они не имеют промышленного значения?

3. Вычислите, какую массу оксида серы (VI) надо растворить в 100 г 91 %-ного раствора серной кислоты для того, чтобы получить 30 %-ный олеум.

4. Можно ли, используя один химический реактив (только один!), различить водные растворы сульфатов серебра, калия, магния, кальция, алюминия и аммония? Поясните, как это сделать. Если это невозможно, укажите набор необходимых реактивов и опишите ход анализа. Приведите уравнения соответствующих реакций.

5. Напишите уравнения не менее четырех реакций, при помощи которых можно получить сульфид калия. Уравнения запишите в молекулярной, ионной и сокращенной ионной формах.

6. Объясните, как будет влиять увеличение давления на состояние равновесия в следующих реакциях: а) H2 + Cl2 ⇄ 2HCl; б) 2NO + O2 ⇄ 2NO2 .

7. Вычислите, сколько граммов оксида серы (VI) надо растворить в 100 г 96,4 %-ного раствора серной кислоты для получения 20 %-ного раствора оксида серы (VI) в 100 %-ном растворе серной кислоты (т.е. 20 %-ного олеума).

8. 12,4 г простого вещества А красного цвета сожгли в избытке воздуха. В результате образовался белый порошок В, который растворили в 471,6 мл горячей воды, получив раствор С. Если раствор С нейтрализовать содой, а затем добавить избыток нитрата серебра, то выпадет ярко-желтый осадок. Назовите вещества А, В и С. Рассчитайте, сколько граммов порошка В образовалось.

9. Напишите в молекулярной и ионной формах уравнения реакций и объясните механизм их протекания: а) Cr2 (SO4 )3 + (NH4 )2 S + H2 O ®; б) CuSO4 + Na2 CO3 + H2 O ® [Cu(OH)]2 CO3 + … .

10. Вычислите, какое количество фосфорита, содержащего 25 % посторонних примесей, необходимо переработать для получения 500 т двойного суперфосфата, считая выход продукта равным 98 %.

ЗАДАНИЕ 3

Задание является завершающим, поэтому включает материал практически по всем темам, изучаемым в 9 классе.

Примеры решения задач

Пример 1.

В четырех пробирках без надписей находятся растворы следующих веществ: сульфата натрия, карбоната натрия, нитрата натрия и йодида натрия. Покажите, с помощью каких реагентов можно определить, где какая соль находится. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

Решение:

1. К растворам прильем раствор хлорида бария. В пробирках, содержащих сульфат натрия и карбонат натрия, выпадают белые осадки:

Na2 SO4 + BaCl2 = 2NaCl + BaSO4 ¯;

SO4 2- + Ba2+ = BaSO4 ;

Na2 CO3 + BaCl2 = 2NaCl + BaCO3 ¯;

CO3 2- + Ba2+ = BaCO3 .

2. К полученным осадкам приливаем раствор соляной кислоты. Карбонат бария растворяется с образованием газообразного оксида углерода (IV), а сульфат бария не растворяется:

BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + Н2 O + CO2 ­;

BaCO3 + 2H+ = Ba2+ + Н2 O + CO2 .

Таким образом, определили сульфат натрия и карбонат натрия.

3. К оставшимся растворам нитрата натрия и йодида натрия прильем раствор нитрата серебра. В пробирке, содержащей йодид натрия, выпадает желтый творожистый осадок:

NaI + AgNO3 = NaNO3 + AgI¯;

I- + Ag+ = AgI.

В пробирке, содержащей нитрат натрия, ничего не происходит.

Определили йодид натрия и нитрат натрия.

Пример 2.

Укажите, с помощью каких реакций можно синтезировать нитрат аммония из простых веществ. Каким образом из него получаются свободные кислород, водород, азот? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Решение:

1. Прямой синтез нитрата аммония NH4 NO3 из простых веществ, конечно, невозможен.

Из простых веществ получим аммиак NH3 :

N2 + 3H2 = 2NH3 (катализатор – губчатое железо, с добавками Al2 O3 , K2 O, CaO, MgO, SiO2 и др.; температура – 450–500 °С; давление – от 10 до 300 атм.).

Из аммиака получим азотную кислоту:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2 O (на платиновом катализаторе при 500 °С);

2NO + O2 = 2NO2 ;

4NO2 + О2 + 2H2 O = 4HNO3 (в присутствии избытка кислорода).

Аммиак реагирует с азотной кислотой с образованием нитрата аммония:

NH3 + HNO3 = NH4 NO3 .

2. Получить кислород, водород и азот термическим разложением нитрата аммония невозможно, нитрат аммония разлагается на оксид азота (I) и воду:

NH4 NO3 = N2 O + 2H2 O.

Собираем газ и конденсируем воду, затем проводим электролиз воды, в результате образуются водород и кислород:

2H2 O 2H2 + O2

Оксид азота (I) можно разложить на азот и кислород, но их трудно разделить, поэтому подвергнем его взаимодействию с водородом:

N2 O + H2 = N2 + H2 O.

Получили азот.

Пример 3.

Имеется раствор, содержащий одновременно серную и азотную кислоты. Определите массовую долю (%) каждой из кислот в растворе, если при нейтрализации 10 г этого раствора расходуется 12,5 мл 19 %-ного раствора гидроксида калия (плотность 1,19 г/мл), а при добавлении к 10 г такого же раствора избытка хлорида бария образуется 2,33 г осадка.

Дано:

m (p-pa) = 10 г

V (р-ра KOH) = 12,5 мл

w (KOH) = 19 %

r = 1,19 г/мл

m (осадка) = 2,33 г

M (BaSO4 ) = 233 г/моль

M (HNO3 ) = 63 г/моль

M (H2 SO4 ) = 98 г/моль

M (KOH) = 56 г/моль

Найти:

w (H2 SO4 )

w (HNO3 )

Решение:

С раствором гидроксида калия реагирует серная и азотная кислота, а с раствором хлорида бария – только серная кислота, поэтому сначала определим массу серной кислоты, содержащейся в растворе.

Запишем уравнение реакции взаимодействия серной кислоты и хлорида бария:

BaCl2 + H2 SO4 = BaSO4 ¯ + 2HCl.

По условию задачи масса образующегося сульфата бария равна 2,33 г. Определим количество вещества сульфата бария:

(моль).

Следовательно, серной кислоты в растворе содержится также 0,01 моль (соотношение n (H2 SO4 ) : n (BaSO4 ) равно 1 : 1). Вычислим массу серной кислоты:

m = n × M = 0,01 × 98 = 0,98 (г).

Вычислим массу азотной кислоты, содержащейся в растворе. Запишем уравнения реакций взаимодействия азотной и серной кислот с гидроксидом калия:

HNO3 + KOH = KNO3 + H2 O. (1)

H2 SO4 + 2KOH = K2 SO4 + 2H2 O. (2)

Определим количество вещества гидроксида калия, вступившего в реакции. Масса раствора гидроксида калия равна:

m (р-ра) = V × r = 12,5 × 1,19 = 14,88 (г),

тогда масса вещества равна:

(г).

Вычислим количество вещества гидроксида калия:

(моль).

На реакцию взаимодействия гидроксида калия с серной кислотой (2) в количестве 0,01 моль расходуется 0,02 моль KOH (соотношение n (H2 SO4 ) : n (KOH) равно 1 : 2). Тогда на реакцию с азотной кислотой (1) останется 0,03 моль (0,05 – 0,02) KOH. Следовательно, азотной кислоты в растворе содержится 0,03 моль (соотношение n (HNO3 ) : n (KOH) равно 1 : 1). Определим массу азотной кислоты:

m = n × M = 0,03 × 63 = 1,89 (г).

Таким образом, исходный раствор содержит: 0,98 г H2 SO3 ; 1,89 г HNO3 , масса раствора равна 10 г. Определим массовые доли кислот в растворе:

(%);

(%).

Ответ: w (H2 SO4 ) = 9,8 %; w (HNO3 ) = 18,9 %.

Пример 4.

Укажите, какой состав имеют цинковые белила, напишите уравнения реакций их получения.

Решение:

Цинковые белила – оксид цинка ZnO.

Получается при горении металлического цинка:

2Zn + O2 = 2ZnO;

при термическом разложении солей:

ZnCO3 = ZnO + CO2 ;

в промышленности – при переработке цинковых сульфидных руд:

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 .

Пример 5.

Вычислите, какую массу (в кг) кальциевой селитры, используемой в качестве удобрения, можно получить из 148 кг гашеной извести, содержащей 8 % посторонних примесей.

Дано:

m (гаш. извести) = 148 кг

w (примесей) = 8 %

М (Ca(OH)2 ) = 74 г/моль

М (Ca(NO3 )2 ) = 164 г/моль

Найти:

m (Ca(NO3 )2 )

Решение:

Нитрат калия образуется при взаимодействии гашеной извести (основной компонент – гидроксид кальция) с азотной кислотой:

Ca(OH)2 + 2HNO3 = Ca(NO3 )2 + 2H2 O.

Вычислим массу гидроксида кальция, содержащуюся в гашеной извести.

Поскольку массовая доля примесей составляет 8 %, то массовая доля гидроксида кальция составляет 92 % (100 – 8). Из определения массовой доли масса гидроксида кальция равна:

(кг).

Определим количество вещества гидроксида кальция:

(кмоль).

По уравнению реакции из 1 моля гидроксида кальция образуется 1 моль нитрата кальция, следовательно, из 1,84 кмоль гидроксида кальция образуется 1,84 моль нитрата кальция. Вычислим массу нитрата кальция:

m = n × M = 1,84 × 164 = 301,76 (кг).

Ответ: m (Ca(NO3 )2 ) = 301,76 кг

Пример 6.

В следующих схемах расставьте коэффициенты и укажите степень окисления элементов, изменивших ее в процессе реакции:

а) Na2 S2 O3 + H2 SO4 ® Na2 SO4 + SO2 + S + H2 O;

б) PCl5 ® PCl3 + Cl2 .

Решение:

а) Na2 S2 O3 + H2 SO4 ® Na2 SO4 + SO2 + S + H2 O.

Расставим степени окисления всех элементов:

Na2 + S2 -2, +6 O3 -2 + H2 + S+6 O4 -2 ® Na2 + S+6 O4 -2 + S+4 O2 -2 + S0 + H2 + O-2 .

В тиосульфат-ионе S2 O3 2- сера находится в двух степенях окисления +6 и -2. Структурная формула имеет вид:

Тиосульфат-ион является одновременно окислителем (сера в степени окисления +6) и восстановителем (сера в степени окисления -2). В результате образуется оксид серы (IV) (сера в степени окисления +4) и свободная сера (сера в степени окисления 0). Запишем полуреакции процессов окисления и восстановления:

S2 O3 2- + H2 O – 4 ® 2SO2 + 2H+ (процесс окисления; S2 O3 2- – восстановитель);

S2 O3 2- + 6H+ + 4 ® 2S + 3H2 O (процесс восстановления; S2 O3 2- – окислитель);

2S2 O3 2- + S2 O3 2- + 4H+ ® 2SO2 + 2S + 2H2 O.

Расставим полученные коэффициенты:

2Na2 S2 O3 + 2H2 SO4 ® 2Na2 SO4 + 2SO2 + 2S + 2H2 O.

Перед всеми веществами стоит коэффициент 2, его можно сократить:

Na2 S2 O3 + H2 SO4 ® Na2 SO4 + SO2 + S + H2 O.

б) PCl5 ® PCl3 + Cl2 .

Расставим степени окисления всех элементов:

P+5 Cl5 - ® P+3 Cl3 - + Cl2 0 .

Фосфор в степени окисления +5 является окислителем, изменяя степень окисления до +3, хлор в степени окисления -1 является восстановителем, изменяя степень окисления до 0. Покажем переход электронов:

2Cl- - 2 ® Cl2 0 (процесс окисления; Cl- – восстановитель);

P+5 +2 ® P+3 (процесс восстановления; P+5 – окислитель);

2Cl- + P+5 ® Cl2 + P+3 .

Расставим полученные коэффициенты:

PCl5 ® PCl3 + Cl2 .

Пример 7.

Укажите, как повлияет уменьшение давления на равновесие в реакциях:

а) N2 O4 (г) ⇄ 2NO2 (г);

б) 2NO (г) + О2 ⇄ 2NO2 (г);

в) 3Fe2 O3 (к) + СО (г) ⇄ 2Fe3 O4 (к) + СО2 (г).

Решение:

Согласно принципу Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие, то в результате протекающих в ней процессов положение равновесия смещается в сторону, ослабляющее это воздействие, при уменьшении давления равновесие в обратимом процессе смещается в сторону увеличения давления.

а) N2 O4 (г) ⇄ 2NO2 (г),

процесс протекает с увеличением объема (1 < 2), т.е увеличением давления, поэтому равновесие смещается в сторону продуктов реакции.

б) 2NO (г) + О2 (г) ⇄ 2NO2 (г),

процесс протекает с уменьшением объема (3 > 2), т.е увеличением давления, поэтому равновесие смещается в исходных веществ.

в) 3Fe2 O3 (к) + СО (г) ⇄ 2Fe3 O4 (к) + СО2 (г),

процесс протекает без изменения объема, уменьшение давления не оказывает влияния на состояние равновесия.

Пример 8.

Объясните, почему нельзя тушить воспламенившийся металлический кальций водой. Напишите уравнения реакций.

Решение:

Металлический кальций реагирует с водой, поэтому добавление воды к горящему кальцию только усилит процесс. Запишем уравнение реакции взаимодействия кальция с водой:

Ca + 2H2 O = Ca(OH)2 + H2 .

Пример 9.

Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной форме, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: Cl- ® Сl2 ® Cl- ® AgCl.

Решение:

1. Взаимодействие оксида марганца (IV) с концентрированной соляной кислотой:

молекулярная форма:

4HCl + MnO2 = MnCl2 + Cl2 + 2H2 O,

ионная форма

4H+ + 2Cl- + MnO2 = Mn2+ + Cl2 + 2H2 O.

Электролиз расправа хлорида натрия:

молекулярная форма:

молекулярная форма:

2NaCl 2Na + Cl2 ,

ионная форма

2Na+ + 2Cl- 2Na + Cl2 .

2. Взаимодействие хлора с раствором бромида натрия:

молекулярная форма:

Cl2 + 2NaBr = 2NaCl + Br2 ,

ионная форма:

Cl2 + 2Br- = 2Cl- + Br2 .

Взаимодействие металлического натрия и газообразного хлора:

молекулярная форма:

2Na + Cl2 = 2NaCl.

3. Взаимодействие раствора хлорида натрия с раствором нитрата серебра:

NaCl + AgNO3 = AgCl + NaNO3 ,

ионная форма:

Cl- + Ag+ = AgCl.

Пример 10.

Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

Решение:

1. Взаимодействие меди с разбавленной азотной кислотой:

Cu + 6HNO3 = Cu(NO3 )2 + 4NO + H2 O.

2. Окисление меди кислородом:

2Cu + O2 = 2CuO.

3. Взаимодействие меди с концентрированной соляной кислотой в присутствии кислорода:

2Cu + O2 + 4HCl = 2CuCl2 + 2H2 O.

4. Взаимодействие раствора хлорида меди (II) с раствором гидроксида натрия:

CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2NaCl.

5. Термическое разложение гидроксида меди (II):

Cu(OH)2 = CuO + H2 O.

6. Взаимодействие нитрата меди (II) с раствором гидроксида натрия:

Cu(NO3 )2 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2NaNO3 .

7. Термическое разложение нитрата меди (II):

2Cu(NO3 )2 = 2CuO + 4NO2 + O2 .

8. Взаимодействие оксида меди (II) с соляной кислотой:

CuO + 2HCl = CuCl2 + H2 O.

Задачи для самостоятельного решения

Вариант 1

1. Напишите уравнения реакций, показывающие свойства гидроксида алюминия.

2. Покажите, как при помощи одного реагента определить, в какой из склянок находятся сухие соли: хлорид натрия, карбонат натрия, сульфид натрия. Напишите уравнения соответствующих реакций.

3. Получите основной карбонат меди из металлической меди, используя возможно меньшее число реактивов. Запишите уравнения соответствующих реакций.

4. Для нейтрализации 10,0 г раствора, содержащего смесь хлороводородной и бромоводородной кислот, потребовалось 2,5 г 3,2 %-ного раствора NaOH, а при действии на раствор той же массы раствором нитрата серебра выпало 0,3315 г осадка. Определите массовые доли (%) кислот в исходном растворе.

5. Напишите уравнения взаимодействия гидроксида железа (III) с концентрированной соляной и разбавленными серной и азотной кислотами.

6. Вычислите, какое количество технического цинка, содержащего 96 % цинка и 27,5 %-ного раствора HCl должно быть израсходовано для получения 1 т 45 %-ного раствора хлорида цинка.

7. Укажите, какой элемент окисляется и какой восстанавливается в следующих реакциях: а) NH3 + O2 ® N2 + H2 O; б) KI + Cu(NO3 )2 ® CuI + I2 + KNO3 . Расставьте коэффициенты, укажите переход электронов.

8. В одном колхозе под коноплю было внесено на каждый гектар: фосфорных удобрений – 60 кг (в пересчете на Р2 О5 ), калийных удобрений – 150 кг (в пересчете на К2 О) и медного купороса – 10 кг. Считая, для простоты, что последний не содержит примесей, укажите, сколько молей каждого из остальных оксидов приходится на 1 моль оксида меди (II).

9. Укажите, как надо изменить температуру и давление (увеличить или уменьшить), чтобы равновесие в реакции разложения карбоната кальция: CaCO3 (к) ⇄ CaO (к) + СО2 (г) - 178 кДж сместить в сторону продуктов разложения.

10. Объясните, почему растворы гидроксидов натрия и калия разрушают стеклянную посуду, особенно при длительном кипячении. Напишите уравнения реакций.

11. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: CO3 2- ® CaCO3 ® Ca2+ ® CaSO4 .

12. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

Вариант 2

1. Напишите уравнения взаимодействия разбавленной и концентрированной серной кислоты: а) с медью; б) с цинком; в) со свинцом.

2. Покажите, с помощью каких реакций можно различить растворы серной, азотной и соляной кислот. Напишите уравнения соответствующих реакций.

3. Вам выданы вещества: нитрат кальция, серная кислота, едкий натр, карбонат калия. Как, пользуясь только этими реактивами, получить нитрат натрия двумя способами? Запишите уравнения соответствующих реакций.

4. Сера и алюминий, содержащиеся в смеси, взаимодействовали между собой. Продукт реакции обработали горячей водой. Часть выделившегося газа пропустили через хлорную воду, отделили выпавший осадок, а к раствору добавили избыток нитрата серебра. Образовалось 8,61 г белого творожистого осадка. Другую часть газа пропустили через 145 мл 10 %-ного раствора сульфата меди (плотность 1,1 г/мл), в результате чего концентрация сульфата меди в растворе стала равной 6,09 %. Рассчитайте массу серы, вступившей в реакцию. Напишите уравнения всех реакций.

5. Укажите, какие известны «извести». Напишите их химический состав и уравнения получения.

6. Вычислите, сколько грамм хрома можно получить при взаимодействии оксида хрома (III) с кремнием, масса которого 10 г. Выход продукта 90 %.

7. Определите степени окисления каждого элемента и расставьте коэффициенты в следующих схемах: а) Fe + FeI3 ® FeI2 ; б) H2 S + I2 + H2 O ® H2 SO4 + HI.

8. В одном колхозе внесли под яровую пшеницу удобрения из расчета: аммиачной селитры – 150 кг, суперфосфата (содержащего 30 % усвояемого Р2 О5 ) – 300 кг и хлорида калия – 100 кг на гектар. Вычислите, сколько это составляет в пересчете на азот, дигидрофосфат кальция и оксид калия.

9. Укажите, как повлияет увеличение давления на равновесие в системах: а) SO2 (г) + Cl2 (г) ⇄ SO2 Cl2 (г); б) Н2 (г) + Br2 (г) ⇄ 2HBr (г).

10. Покажите, как химическим путем удалить с алюминиевого изделия продукты коррозии (оксид и гидроксид алюминия), не причиняя ущерба металлу. Напишите уравнения реакций.

11. Покажите, какие из смесей: а) оксида и гидроксида металла; б) металла и оксида металла – дают при взаимодействии с водой раствор только одного вещества. Приведите примеры, напишите уравнения реакций.

12. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

Ca ® Ca(OH)2 ® CaCO3 ® CaO ® Ca(OH)2 ® CaCl2 ® Ca.

Вариант 3

1. Напишите ионные уравнения реакций обмена, если:

- одно из образующихся веществ мало диссоциирует на ионы, второе нерастворимо;

- одно из образующихся веществ растворимо, второе нет;

- реакция обратима;

- одно из образующихся веществ растворимо, второе выделяется в виде летучего вещества.

2. В трех пробирках находятся сухие вещества: оксид кальция, оксид алюминия, оксид фосфора. Покажите, с помощью каких реагентов можно различить эти вещества. Напишите уравнения реакций.

3. Выданы концентрированная соляная кислота, вода, диоксид марганца, медь и цинк в виде тонких проволок. Как, используя эти вещества, получить хлорид цинка и хлорид меди (II) в виде кристаллогидратов? Опишите ход выполнения работы, составьте уравнения химических реакций, укажите условия их протекания.

4. При сжигании 0,896 л (н. у.) смеси СО и СО2 в избытке кислорода было израсходовано 0,112 л кислорода, образовавшаяся газовая смесь пропущена через раствор, содержащий 2,96 г гашеной извести. Определите состав исходной газовой смеси (в % по объему), а также состав и массу образовавшегося осадка.

5. Покажите, как могут быть получены гидроксиды щелочноземельных металлов. Гидроксид какого элемента является наиболее сильной щелочью? Укажите, какие технические названия носят гидроксиды кальция и бария.

6. При промышленном получении медного купороса медный лом окисляется при нагревании кислородом воздуха и полученный оксид меди (II) растворяется в серной кислоте. Вычислите расход меди и 80 %-ной H2 SO4 на 1 т CuSO4 × 5H2 O, если выход продукта 75 %.

7. Напишите уравнения реакций: а) йодида магния с бромом; б) магния с раствором бромоводородной кислоты. Укажите, какой элемент в каждом случае является окислителем и какой восстановителем, покажите переход электронов.

8. В одном колхозе внесли под картофель, помимо навоза, следующие массы минеральных удобрений на гектар: гранулированного суперфосфата, содержащего 12,5 % усвояемого P2 O5 – 0,15 т, аммиачной селитры – 0,1 т и хлорида калия, содержащего 90 % KCl – 0,1 т. Пересчитайте, каким массам гидрофосфата кальция, азота и оксида калия это соответствует.

9. Реакция протекает по уравнению: 2SO2 (г) + O2 (г) ⇄ 2SO3 (ж) + 284,2 кДж. Изменением каких параметров можно добиться смещения равновесия в сторону образования оксида серы (VI)?

10. Напишите уравнения всех реакций, которые могут протекать при хранении металлических лития и натрия на воздухе.

11. Сохранятся ли ионы натрия: а) при взаимодействии гидроксида натрия с соляной кислотой; б) при взаимодействии гидроксида натрия с хлоридом меди (II). Напишите уравнения соответствующих реакций.

12. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

Вариант 4

1. Объясните, как диссоциируют на ионы водные растворы амфотерных оснований. Приведите примеры таких оснований и покажите диссоциацию их на ионы.

2. Укажите, при помощи какого одного реагента можно распознать растворы трех веществ: хлорида калия, хлорида алюминия и хлорида магния.

3. В лаборатории имеются железо, соляная кислота, едкий натр, карбонат кальция, оксид меди (II). Можно ли получить 12 новых неорганических веществ, если использовать эти реактивы и продукты их взаимодействия в качестве исходных? Напишите уравнения соответствующих реакций.

4. Имеется смесь азота и водорода. Азот получен термическим разложением 12,8 г нитрита аммония, водород – «растворением» 19,5 г цинка в избытке разбавленной серной кислоты. В соответствующих условиях газы прореагировали, а затем их пропустили через 100 мл 32 %-ного раствора серной кислоты (плотность 1,22 г/мл). Определите, какой газ оказался в избытке и какова массовая доля (%) соли в растворе. Считать, что все реакции проходят с выходом 100 %.

5. Укажите, какой состав имеют «сода каустическая», «сода кристаллическая», «сода кальцинированная», «сода питьевая». Запишите уравнения реакций их получения.

6. Вычислите, сколько меди (в г) получится из 500 г халькопирита CuFeS2 при его взаимодействии с оксидом кремния (IV) в атмосфере кислорода. Выход продукта 75 %.

7. Укажите, какой элемент окисляется и какой восстанавливается в следующих реакциях: а) MnS + HNO3 (конц.) ® MnSO4 + NO2 + H2 O; б) Al + V2 O5 ® V + Al2 O3 . Расставьте коэффициенты, укажите переход электронов.

8. Объясните, почему нитрат калия называют безбалластным удобрением. Вычислите содержание в нем питательных элементов.

9. При определенных условиях реакция хлороводорода с кислородом является обратимой: 4HCl (г) + O2 (г) ⇄ 2Cl2 (г) + 2Н2 О (г) + 116,4 кДж. Покажите, какое влияние на равновесное состояние системы окажут: а) увеличение давления; б) повышение температуры; в) введение катализатора.

10. Объясните, на чем основано применение нагретого кальция для очистки аргона от примеси кислорода и азота. Напишите уравнения реакций.

11. Приведите примеры реакций, при которых происходят процессы, выраженные следующими схемами: а) Al0 ® Al3+ ; б) Al3+ + OH- ® Al(OH)3 .

12. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

ЗАДАНИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 10 КЛАССА

ЗАДАНИЕ 1

Задание включает материал по химии углеводородов предельного и непредельного рядов: строение, изомерия и номенклатура, свойства, получение. Решение расчетных задач предполагает использование основных понятий химии: относительная атомная и молекулярная масса, моль, молярная масса, молярный объем, относительная плотность газа.

Примеры решения задач

Пример 1.

1. Назовите по номенклатуре ИЮПАК каждое из следующих соединений:

а) б)

Решение:

а) 2метил3,3диметилпентан;

б) цис-пропилэтилэтилен (цис-гептен-3)

Пример 2.

Охарактеризуйте стадии инициирования, роста и обрыва цепной реакции:

СН3 СН2 СН3 + Br2 СН3 СHBrСН3 +HBr.

Решение:

а) инициирование:

Br2 2Br•.

б) рост цепи:

CH3 CH2 CH3 + Br• ® CH3 HCH3 + HBr.

в) обрыв цепи:

CH3 HCH3 + Br•® СН3 СHBrСН3 .

Пример 3.

Закончите уравнения следующих реакций и укажите реакции, протекающие по радикальному механизму:

а) С2 Н6 + Cl2 ;

б) C2 H4 + HBr ®;

в) H2 C = CH – CH3 + HBr ®;

г) С3 Н8 +HNO3 (разб.) .

Назовите продукты реакций.

Решение:

а) C2 H6 + Cl2 C2 H5 Cl + HCl;

механизм радикальный, продукты реакции: C2 H5 Cl – хлорэтан и HCl – хлороводород.

б) C2 H4 + HBr ® С2 Н5 Br;

продукт реакции: С2 Н5 Br – бромэтан.

в) H2 C = CH - CH3 + HBr ® H3 C - CHBr - CH3 ;

продукт реакции: H3 C – CHBr – CH3 – 2-бромпропан.

г) С3 Н8 +HNO3 (разб.) H3 C - CH(NO2 ) - CH3 + H2 O;

механизм радикальный, продукты реакции: H3 C – CH(NO2 ) – CH3 – 2-нитропропан и H2 O – вода.

Пример 4.

Напишите схему химических реакций, позволяющих получить из метана хлоропрен:

.

Решение:

CH4 CH3 Cl C2 H6 C2 H5 Cl C4 H10

.

Пример 5.

При пропускании 2 л смеси пропана и пропилена через жидкий бром масса склянки с бромом увеличилась на 1,1 г. Определите объемный состав смеси и массу получившихся продуктов.

Дано:

V (смеси) = 2 л

Dm (склянки) = 1,1 г

M (Br2 ) = 160 г/моль

М (C3 H6 Br2 ) = 202 г/моль

Найти:

V (пропана в смеси)

V (пропилена в смеси)

m (продуктов)

Решение:

Найдем количество вещества в смеси, пользуясь следствием из закона Авогадро:

1 моль – 22,4 л

n моль – 2 л

т (смеси) = 0,0892 моль.

С бромом при н. у. взаимодействует только пропилен. Составим уравнение реакции:

С3 H6 + Br2 = C3 H6 Br2 .

Пусть в реакцию вступает х г брома, тогда масса образовавшегося дибромпропана равна (1,1 + х ). Тогда количество вещества бром равно , а количество вещества дибромпропан равно . Согласно уравнению реакции 1 моль брома дает 1 моль дибромпропана, следовательно:

.

Решим полученную пропорцию:

202х = 160х + 176, отсюда х = 4,2 г. Тогда количество вещества бром равно:

(моль).

По уравнению реакции n (Br2 ) = n (C3 H6 Br2 ) = n (C3 H6 ) = 0,026 моль.

Отсюда:

m (C3 H6 Br2 ) = 202 × 0,026 = 5,30 (г).

m (C3 H6 ) = 42 × 0,026 = 1,09 (г).

n (C3 H8 ) = n (смеси) - n (C3 H6 ) = 0,0892 - 0,026 = 0,0632 (моль).

Отсюда m (C3 H8 ) = 44 × 0,0632 = 2,78 (г).

Найдем объемный состав исходной смеси:

V (C3 H6 ) = 0,026 × 22,4 = 0,58 (л).

V (C3 H8 ) = 0,0632 × 22,4 = 1,42 (л).

Ответ: V (C3 H6 ) = 0,58 л; V (C3 H8 ) = 1,42 л; m (C3 H6 Br2 ) = 5,3 г.

Пример 2.

Газ, образовавшийся при полном сгорании 745,7 мл смеси пропана и метана (742 мм рт. ст., 22 °С) может быть поглощен 49,02 мл 5,6 %-ного раствора гидроксида калия (плотность 1,02 г/мл), причем полученный раствор не дает осадка при добавлении к нему раствора хлорида кальция. Определите состав газовой смеси в объемных долях. Рассчитайте объем воздуха (н. у.), который потребуется для полного сжигания указанной газовой смеси.

Дано:

V (смеси) = 745,7 мл

р = 742 мм рт.ст.

t = 22 °С (T = 295 К)

V (р-ра КОН) = 49,02 мл

w (КОН) = 5,6 %

r (р-ра) =1,02 г/мл

Найти:

j (C3 H8 )

j (CH4 )

V (возд.) (н.у.)

Решение:

Приведем объем смеси к нормальным условиям, пользуясь объединенным газовым законом:

; тогда (л).

Вычислим количества вещества гидроксида калия, вступившего в реакцию:

m (р-ра КОН) = r × V = 1,02 × 49,02 = 50 (г).

(г);

(моль).

При сгорании смеси пропана и метана образуется углекислый газ. Вычислим его объем.

Запишем уравнение реакции взаимодействия углекислого газа с гидроксидом калия:

CO2 + KOH = KHCO3 .

Поскольку полученный раствор не дает осадка при добавлении раствора хлорида кальция, реакция между углекислым газом и гидроксидом калия прошла до конца.

По уравнению реакции n (KOH) = n (CO2 ) = 0,05 моль.

Отсюда V (CO2 ) = n × Vm = 0,05 × 22,4 = 1,12 (л)

Запишем уравнения реакции горения смеси.

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2 О. (1)

С3 Н8 + 5О2 = 3СО2 + 4Н2 О. (2)

Составим пропорции, по этим уравнениям обозначив объем метана за х и объем выделившегося углекислого газа при горении метана за y . Тогда объем пропана (0,675 - х ), а объем выделившегося углекислого газа при горении пропана (1,12 - y ).

По уравнению (1) .

По уравнению (2) .

Решим систему из этих двух уравнений:

,

x = 0,452 (л). Следовательно, V (CH4 ) = 0,452 л.

Тогда V (C3 H8 ) = V (смеси) - V (CH4 ) = 0,675 - 0,452 = 0,223 (л).

Зная объем смеси и объемы её компонентов, найдем объемные доли метана и пропана.

;

.

Для нахождения объема воздуха, необходимого для полного сжигания смеси, определим количество вещества метана и пропана.

(моль);

(моль).

По уравнению реакции (1) на 1 моль метана расходуется 2 моля кислорода. Следовательно, количество вещества кислорода составляет 2 × 0,02 = 0,04 моль.

По уравнению реакции (2) на 1 моль пропана расходуется 5 молей кислорода. Следовательно, количество вещества кислорода составляет 5 × 0,01 моль = 0,05 моль.

Общий объем кислорода пошедший на горение смеси пропана и метана равен:

V (O2 ) = (0,05 моль + 0,04 моль) × 22,4 = 2,01 (л).

Так как в воздухе кислорода находится 21 % (об.), то

(л).

Ответ: j (СН4 ) = 0,67; j (С3 Н8 ) = 0,33; V (O2 ) = 9,57 л (н. у.).

Задачи для самостоятельного решения

Вариант 1

1. Назовите по номенклатуре ИЮПАК каждое из следующих соединений:

2. Укажите из перечисленных ниже соединений те, которые при полимеризации дадут каучук: этаналь, этилен, бутен-2, дивинил, бензол, изопрен. Запишите структурные формулы всех соединений.

3. Закончите уравнения следующих реакций и укажите, какие из них идут по радикальному механизму, а какие – по ионному:

а) С2 Н4 + Br2 ®

б) н3 Н6 + HCl ®

в) н4 Н10 + Cl2 ®

г) C3 H8 + H2 SO4 (разб.) ®

4. Напишите уравнения реакций, показывающих последовательное превращение веществ от известняка, воды и угля до уксусной кислоты.

5. При использовании керогаза в комнате появляется сырость. Определите массу водяных паров и углекислого газа, если в керогазе сгорит 300 г керосина, содержащего: 86 % углерода и 14 % водорода.

6. 5,28 г смеси бутана и 2-бутена обесцветили 32 г 10 %-ного по массе раствора брома. Определите массу бутана, содержащегося в смеси.

Вариант 2

1. Назовите по номенклатуре ИЮПАК каждое из следующих соединений:

2. Укажите среди перечисленных соединений вещества, которые обесцвечивают бромную воду: этилен, этан, дивинил, метилацетилен, пентан. Запишите структурные формулы всех соединений.

3. Закончите уравнения следующих реакций и укажите, какие из них идут по радикальному механизму, а какие по ионному:

а) С3 Н6 + Н2 О®

б) С2 Н2 + Cl2 ®

в) C2 H6 + HNO3 (разб)®

г) С3 Н8 + Br2 ®

4. Напишите уравнения реакций, показывающие последовательное превращение веществ из метана, брома, натрия в бутен-1.

5. Циклохлоргексан С6 Н6 Сl6 применяется как ядохимикат в борьбе с вредными насекомыми. Определите объем ацетилена, пошедшего на получение 10 кг циклохлоргексана, по следующим реакциям:

2 Н2 = С6 Н6

С6 Н6 +3Cl2 = С6 Н6 Сl6

6. Определите объем водорода (условия нормальные), выделившегося при каталитическом дегидрировании 2,45 г 2-метилгексана в 2-метилгексен-3, если реакция протекает с выходом 75 % от теоретического.

Вариант 3

1. Назовите по номенклатуре ИЮПАК каждое из следующих соединений:

2. Укажите отличие реакции хлорирования пропана от реакции хлорирования пропилена. Приведите механизмы реакций.

3. Закончите уравнения следующих реакций и укажите, какие из них идут по радикальному механизму, а какие по ионному:

а) С2 Н2 + Н2 О

б) С2 Н6 + Br2 ®

в) н3 Н6 +HBr ®

4. Напишите уравнения реакций, показывающие последовательное превращение веществ из ацетилена в 1,2 дихлорэтан.

5. Определите объем кислорода и воздуха, который пойдет на полное сгорание саратовского природного газа, имеющего состав: СН4 – 96,6 %; С2 Н6 – 1 %; С3 Н8 – 0,5 %; N2 – 3,3 %.

6. 4 л смеси этана и этилена при нормальных условиях пропустили через раствор брома в воде, при этом получилось 3,76 г продукта реакции. Определите массовую долю этилена в смеси.

Вариант 4

1. Назовите по номенклатуре ИЮПАК каждое из следующих соединений:

2. Напишите уравнения реакций, показывающих процесс полимеризации двух и трех молекул ацетилена.

3. Закончите уравнения следующих реакций и укажите, какие из них идут по радикальному механизму, а какие по ионному:

а) С2 Н4

б) СН3 - СН = СН2 + Br2 ®

в) С3 Н8 + Сl2 ®

г) CH3 - C º CH + H2 O ®

4. Напишите уравнения реакций, показывающие последовательное превращение веществ из углерода в 2-бромпропан.

5. Определите объем кислорода, который потребуется для полного сжигания 13 кг ацетилена.

6. При сжигании 14 мл газа было получено 42 мл углекислого газа и 33,75 мл воды (плотность воды при нормальных условиях равна » 1 г/см3 ). Плотность газа по водороду – 21. Определите его молекулярную формулу.

ЗАДАНИЕ 2

Задание включает материал раздела органической химии «Углеводороды»: строение, изомерия и номенклатура, свойства, получение. Решение расчетных задач предполагает использование основных понятий химии: относительная атомная и молекулярная масса, моль, молярная масса, молярный объем, способы выражения концентраций растворов

Примеры решения задач

Пример 1.

Напишите молекулярные формулы алкана, алкена, алкина и ароматического углеводорода, каждый из которых содержит шесть атомов углерода.

Решение:

алкан: С6 Н14 – гексан;

алкен: С6 Н12 – гексен;

алкин: С6 Н10 – гексин;

ароматический углеводород: С6 Н6 – бензол.

Пример 2.

Напишите сокращенную структурную формулу каждого из следующих соединений: хлорпропин; орто-дихлорбензол; 4,4-диметил-1-пентин; 1-трет-бутил-4-метил-бензол.

Решение:

хлорпропин:

СН3 – С º ССl;

орто -дихлорбензол:

4,4-диметил-пентин-1:

1-трет -бутил-4-метил-бензол:

Пример 3.

Смесь бензола и толуола общей массой 23 г обработали горячим нейтральным раствором перманганата калия. Органический слой и осадок отделили от раствора. Масса осадка оказалась равной 13,05 г. Определите массу органического слоя.

Дано:

m (смеси) = 23 г

m (осадка) = 13,05 г

M (C6 H5 CH3 ) = 92 г/моль

M (C6 H5 CООH) = 122 г/моль

M (MnO2 ) = 87 г/моль

Найти:

m (орг. слоя)

Решение:

С горячим нейтральным раствором перманганата калия реагирует только толуол. В результате взаимодействия образуется бензойная кислота, оксид марганца (IV) и гидроксид калия. Органический слой составляют образовавшаяся бензойная кислота и не вступивший в реакцию бензол. В осадке – оксид марганца (IV).

Запишем уравнение реакции взаимодействия толуола с раствором перманганата калия:

C6 H5 CH3 + 2KMnO4 = C6 H5 CООH + 2MnO2 + 2KOH.

Вычислим количество вещества оксида марганца (IV), образовавшегося в результате взаимодействия:

(моль).

По уравнению реакции соотношение n (C6 H5 CH3 ) : n (MnO2 ) равно 1 : 2, следовательно, в реакцию вступило 0,075 моль толуола. Вычислим его массу:

m (C6 H5 CH3 ) = n × M = 0,075 × 92 = 6,9 (г), тогда бензола в смеси было:

m (C6 H6 ) = m (смеси) - m (C6 H5 CH3 ) = 23 - 6,9 = 16,1 (г).

По уравнению реакции соотношение n (C6 H5 COOH) : n (MnO2 ) равно 1 : 2, следовательно, образовалось 0,075 моль бензойной кислоты. Вычислим её массу:

m (C6 H5 CООH) = n × M = 0,075 × 122 = 9,15 (г).

Масса органического слоя равна:

m (орг. слоя) = m (C6 H6 ) + m (C6 H5 CООH) = 16,1 + 9,15 = 25,25 (г).

Ответ: m (орг. слоя) = 25,25 г.

Пример 4.

Через бромную воду массой 120 г пропустили ацетилен объемом 4 л (н. у.) до полного обесцвечивания раствора. Определите массовую долю (%) брома в растворе.

Дано:

m (бромной воды) = 120 г

V (C2 H2 ) = 4 л

M (Br2 ) = 160 г/моль

Найти:

w (Br2 )

Решение:

Запишем уравнение реакции взаимодействия брома с ацетиленом:

Br2 + C2 H2 = C2 H2 Br2

Вычислим количество вещества ацетилен, вступившего в реакцию:

(моль).

По уравнению реакции соотношение n (Br2 ) : n (C2 H2 ) равно 1 : 1, поэтому n (Br2 ) = 0,178 моль. Вычислим массу брома:

m (Br2 ) = n × M = 0,178 × 160 = 28,57 (г).

Вычислим массовую долю брома в растворе:

(%).

Ответ: w (Br2 ) = 23,8 %.

Пример 5.

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно отличить пентан от пентена-1 и пентина-1.

Решение:

Прибавим к веществам бромную воду:

C5 H12 + Br2 ® реакция не протекает, бромная вода не обесцвечивается.

C5 H10 + Br2 = C5 H10 Br2 – бромная вода обесцвечивается.

C5 H8 + Br2 = C5 H8 Br2 – бромная вода обесцвечивается, реакция протекает быстрее, чем с пентеном-1.

Пример 6.

Крокодил Гена с друзьями строил дом. У них была бочка с 50 кг карбида кальция для сварки. Шапокляк решила навредить им и налила в бочку ½ ведра воды, вмещающего 10 л воды. Определите, сумела ли Шапокляк испортить весь карбид кальция и можно ли ей закурить сигарету, если бочка стояла в комнате длиной 3 м, шириной 6 м и высотой 2 м. Минимальная взрывоопасная концентрация ацетилена в воздухе 3 % (об.).

Дано:

m (CaC2 ) = 50 кг

V (H2 O) = 5 л

V (комнаты) = 3 × 6 × 2 = 36 м3

j взр.2 Н2 ) = 3 %

М (СаС2 ) = 64 г/моль

М 2 О) = 18 г/моль

Найти:

j2 Н2 )

m ост. (CaC2 )

Решение:

Запишем уравнение реакции взаимодействия карбида кальция с водой:

CaC2 + 2H2 O = C2 H2 + Ca(OH)2 .

Вычислим количество вещества вода, вступившего в реакцию. По условию задачи в бочку налили полведра воды (объем ведра 10 л), т.е. воды взято 5 л или 5000 мл, учитывая, что плотность воды равна 1 г/мл, воды было 5000 г. Тогда:

(моль).

По уравнению реакции соотношение n (CaC2 ) : n (H2 O) равно 1 : 2, поэтому n (CaC2 ) равно 138,89 моль. Определим его массу:

m (CaC2 ) = n × M = 138,89 × 64 = 8888,96 (г) или 8,89 кг, тогда масса оставшегося карбида составляет:

m ост. (CaC2 ) = m исх (CaC2 ) - m прор. (CaC2 ) = 50 - 8,89 = 41,11 (кг).

Весь карбид Шапокляк испортить не удалось.

Вычислим объем выделившегося ацетилена. По уравнению реакции соотношение n (CaC2 ) : n2 H2 ) равно 1 : 1, поэтому n (C2 Н2 ) равно 138,89 моль. Определим его объем:

V (C2 H2 ) = n × Vm = 138,89 × 22,4 = 3111,14 (л) или 3,11 м3 , тогда объемная доля ацетилена в воздухе равна:

(%).

Концентрация ацетилена в воздухе значительно превышает взрывоопасную (8,64 > 3), курить нельзя.

Ответ: j2 Н2 ) = 8,64 %; m ост. (CaC2 ) = 41,11 кг.

Задачи для самостоятельного решения

Вариант 1

1. Выведите структурные формулы всех изомерных предельных углеводородов, содержащих шесть атомов углерода в молекуле. Назовите углеводороды по систематической номенклатуре.

2. Напишите сокращенную структурную формулу каждого из следующих соединений: 2-метилпентан; 2,3,4,4-тетраметилпентен-2; гексин-3; 1,2,3-триметилбензол.

3. При каталитическом дегидрировании смеси бензола, циклогексана и циклогексена получено 23,4 г бензола и выделилось 11,2 л водорода. Известно, что исходная смесь может присоединить 16 г брома. Определите состав (% по массе) исходной смеси.

4. Этиленовый углеводород массой 7 г присоединяет 2,24 л бромоводорода. Определите молярную массу и строение этого углеводорода, если известно, что он является цис -изомером.

5. Напишите формулу углеводорода, который получится в результате взаимодействия 3,3-диметилбутена-1 с бромом, а затем с избытком спиртового раствора щелочи при нагревании.

6. Покажите смещение электронной плотности и знак заряда на атомах углерода в о - и п -положениях бензольного кольца в следующих молекулах: карболовая кислота, нитробензол.

7. Предложите способ выделения бензола из смеси бензола со стиролом (фенилэтилен).

8. Если при одинаковых условиях гидрировать раздельно этилен и ацетилен, то за определенное время степень гидрогенизации этилена превышает соответствующую величину для ацетилена. Если же гидрировать их смесь, то в первую очередь гидрируется ацетилен. При гидратации смеси этилена и пропилена в первую очередь гидрируется этилен. Объясните эти явления.

9. Толуол, хлорбензол, нитробензол вступают в реакцию электрофильного замещения с бромом при наличии избытка вещества (т.е. предполагается образование только монобромпроизводного). Расположите вещества в порядке возрастания массовой доли выхода пара -изомера и дайте объяснения.

10. Газ, выделившийся при получении бромбензола из 22,17 мл бензола (плотность = 0,88 г/см3 ), ввели в реакцию с 4,48 л (н. у.) изобутилена. Определите состав и массу образовавшихся веществ, учитывая, что выход бромбензола составляет 80 % от теоретического, а реакция с изобутиленом идет с количественным выходом.

Вариант 2

1. Укажите углеводороды, которые относятся к алканам, и дайте им названия: С5 Н12 ; С7 Н14 ; С6 Н6 ; С2 Н2 ; С22 Н44 .

2. Напишите сокращенную структурную формулу каждого из следующих соединений: 4-этилгептан; 3-метил-4этилгексен-3.

3. Ароматический углеводород состава С8 Н8 обесцвечивает бромную воду. При каталитическом гидрировании этого углеводорода образуется этилциклогексан. Установите строение углеводорода. Определите объем водорода, который потребуется для гидрирования 52 г этого углеводорода, если реакция протекает с 80 %-ным выходом.

4. Определите молярную массу и напишите структурные формулы всех возможных изомеров этиленового углеводорода, если известно, что 1,12 г его могут обесцветить 8 г 40 %-ного раствора брома в хлороформе.

5. Напишите реакции получения бутина-2 из бутанола-1.

6. Покажите смещение электронной плотности и знак заряда на атомах углерода в о - и п -положениях бензольного кольца в следующих молекулах: этилбензол, нитробензол.

7. Напишите продукты окисления перманганатом калия этилбензола и п- ксилола.

8. Укажите преимущественное направление реакции бромирования по механизму электрофильного замещения мета - и пара -фтортолуола.

9. Этилен гидрируется легче других алкенов, но присоединение галогенов и галогеноводородов протекает легче для гомологов этилена, чем для С2 Н4 . Объясните эти факты.

10. При окислении смеси бензола и толуола раствором перманганата калия при нагревании получено после подкисления 8,54 г одноосновной органической кислоты. При взаимодействии этой кислоты с избытком водного раствора гидрокарбоната натрия выделился газ, объем которого в 19 раз меньше объема такого же газа, полученного при сгорании исходной смеси углеводородов. Определите состав исходной смеси (в % по массе).

Вариант 3

1. Напишите структурные формулы всех возможных изомерных радикалов и назовите их: С2 Н5 -; С3 Н7 -.

2. Напишите сокращенную структурную формулу каждого из следующих соединений: 2-метил-4-этилгексан; 2,3-диметил-бутен-2; диэтилацетилен; 1-метил-2-этилбензол.

3. Рассчитайте массу н -гептана, которая потребуется для получения из него толуола в процессе циклизации и дегидрирования, чтобы выделившегося при этом водорода было достаточно для гидрирования 84 г гексена-1. Определите массу получившегося толуола.

4. Определите объем водорода, который потребуется для каталитического гидрирования 20 г смеси, содержащей 42 % гексена и 58 % пентена (по массе).

5. Химическим путем докажите, что в первой пробирке находится пропан, а во второй – пропин.

6. Покажите смещение электронной плотности и знак заряда на атомах углерода в о - и п -положениях бензольного кольца в следующих молекулах: фенол, бензойная кислота.

7. Объясните, почему бензол не обесцвечивает бромную воду и водный раствор перманганата калия.

8. Докажите, что ацетилен в отличие от этана и этена способен легко замещать атомы водорода на атомы металла.

9. С ростом числа атомов углерода в молекуле число возможных изомеров у алкинов больше, чем у алканов, но меньше, чем у алкенов, даже если учитывать геометрическую изомерию. Объясните этот факт.

10. Смесь бензола, циклогексена и циклогексана при обработке бромной водой присоединяет 16 г брома; при каталитическом дегидрированиии исходной смеси образуется 39 г бензола и водород, объем которого в 2 раза меньше объема водорода, необходимого для полного каталитического гидрирования исходной смеси углеводородов. Определите состав исходной смеси углеводородов (в % мольных).

Вариант 4

1. Напишите молекулярные формулы предельных углеводородов, содержащих пять, девять и двадцать атомов углерода в молекуле.

2. Напишите сокращенную структурную формулу каждого из следующих соединений: 2,2,4-триметилпентан; 2-метил-бутен-1; гексин-2; 1,2,3-триметилбензол.

3. При нагревании 13,8 г ароматического углеводорода А, содержащего одну алкильную группу с перманганатом калия, получено после подкисления вещество В, для нейтрализации которого требуется 30 г 20 %-ного раствора гидроксида натрия. Определите строение исходного углеводорода А.

4. Смесь этана, пропилена и ацетилена занимает объем 448 мл и может обесцветить 40 мл 5 %-ного раствора брома в тетрахлорметане (плотность = 1,6 г/см3 ). Минимальный объем 40 %-ного раствора гидроксида калия (плотность = 1,4 г/см3 ), которым можно поглотить весь оксид углерода (IV), образовавшийся при полном сгорании исходной смеси, равен 5 мл. Определите содержание газов (в % по объему) в исходной смеси. Объемы газов измерены при нормальных условиях.

5. Укажите, какой из двух изомерых газообразных углеводородов является ацетиленовым, а какой диеновым – на примере бутина-1 и бутадиена-1,3.

6. Покажите смещение электронной плотности и знак заряда на атомах углерода в о - и п -положениях бензольного кольца в следующих молекулах: толуол, карболовая кислота.

7. Напишите уравнения реакций трех способов синтеза бензола.

8. Объясните, в каких случаях присоединение водородсодержащих соединений к алкенам идет против правила Марковникова.

9. Бензойная кислота, этиловый эфир бензойной кислоты, нитробензол вступают в реакцию электрофильного замещения с бромом при наличии избытка вещества (т.е. предполагается образование только монобромпроизводного). Расположите вещества в порядке возрастания массовой доли выхода пара-изомера и дайте объяснения.

10. Смесь циклогексена и циклогексана может обесцветить 320 г 10 %-ного раствора брома в СCl4 . Определите состав смеси углеводородов (в % по массе), если известно, что при полном дегидрировании этой смеси с образованием бензола выделяется водород в количестве, достаточном для исчерпывающего гидрирования 11,2 л дивинила.

ЗАДАНИЕ 3

Задание включает материал раздела органической химии «Кислородсодержащие соединения»: спирты, фенолы, карбоновые кислоты, альдегиды, сложные эфиры, жиры, углеводы.

Примеры решения задач

Пример 1.

Напишите все изомеры вторичных спиртов гексанола и назовите их по заместительной номенклатуре.

Решение:

гексанол-2

гексанол-3

4-метилпентанол-2

3-метилпентанол-2

4-метилпентанол-3

3,3-диметилбутанол-2.

Пример 2.

На нейтрализацию смеси фенола и этанола затрачен раствор объемом 50 мл с массовой долей гидроксида натрия 18 % и плотностью 1,2 г/мл. Такая же масса смеси реагирует с металлическим натрием массой 9,2 г. Определите массовые доли фенола и этанола в смеси.

Дано:

V (р-ра NaOH) = 50 мл

w (NaOH) = 18 %

r = 1,2 г/мл

m (Na) = 9,2 г

M (C6 H5 OH) = 94 г/моль

M (C2 H5 OH) = 46 г/моль

M (Na) = 23 г/моль

M (NaOH) = 40 г/моль

Найти:

w (C6 H5 OH)

w (C2 H5 OH)

Решение:

С раствором гидроксида натрия реагирует только фенол, этанол не взаимодействует. С металлическим натрием реагируют оба компонента смеси. Запишем уравнения реакций:

C6 H5 OH + NaOH = C6 H5 ONa + H2 O (1)

C6 H5 OH + Na = C6 H5 ONa + ½ H2 (2)

C2 H5 OH + Na = C2 H5 ONa + ½ H2 (3).

По уравнению (1) рассчитаем количество вещества фенола в смеси. Определим количество вещества гидроксида натрия в 50 мл 18 %-ного раствора. Масса раствора равна:

m (p-pa) = V × r = 50 × 1,2 = 60 (г), тогда

(г), следовательно,

(моль).

По уравнению реакции (1) соотношение n (C6 H5 ОН) : n (NaOH) равно 1 : 1, следовательно, в реакцию вступило 0,27 моль фенола. Вычислим его массу:

m (C6 H5 ОН) = n × M = 0,27 × 94 = 25,38 (г).

По уравнению реакции (2) с фенолом реагирует 0,27 моль натрия (соотношение n (C6 H5 ОН) : n (Na) равно 1 : 1). Остальной натрий реагирует по уравнению (3) с этанолом. Вычислим количество вещества натрия, вступившего в реакции (2) и (3):

(моль), тогда на реакцию (3) расходуется:

n 3 (Na) = n (Na) – n 2 (Na) = 0,4 – 0,27 = 0,13 (моль).

Следовательно, этанола в смеси 0,13 моль (по уравнению (3) соотношение n (C2 H5 ОН) : n (Na) равно 1 : 1). Вычислим массу этанола:

m (C2 H5 ОН) = n × M = 0,13 × 46 = 5,98 (г).

Общая масса смеси равна:

m (смеси) = m (C2 H5 ОН) + m (C6 H5 ОН) = 5,98 + 25,38 = 31,36 (г).

Рассчитаем массовые доли компонентов в смеси:

(%);

(%).

Ответ: w (C6 H5 OH) = 80,93 %, w (C2 H5 OH) = 19,07 %.

Пример 3.

Напишите уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующей цепочки превращения: CH3 COH ® С2 Н5 ОН ® С2 Н4 ® НОСН2 – СН2 ОН.

Решение:

1) Восстановление уксусного альдегида при нагревании в присутствии никелевого катализатора:

CH3 COH + [H] ® С2 Н5 ОН.

2) Дегидратация этанола при действии избытка концентрированной серной кислоты при температуре 170 °С:

С2 Н5 ОН С2 Н4 .

3) Мягкое окисление этилена водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера):

2 Н4 + 2KMnO4 + 4H2 O = 3НОСН2 - СН2 ОН + 2MnO2 + 2KOH.

Пример 4.

При окислении неизвестного кислородсодержащего предельного органического соединения массой 1,8 г аммиачным раствором нитрата серебра получили серебро массой 5,4 г. Определите состав органического вещества, подвергнутого окислению.

Дано:

m (Cx Hy Oz ) = 1,8 г

m (Ag) = 5,4 г

M (Ag) = 107,8 г/моль

Найти:

Cx Hy Oz

Решение:

С аммиачным раствором нитрата серебра с образованием металлического серебра взаимодействуют альдегиды (реакция «серебряного зеркала»), следовательно, искомый кислородсодержащий углеводород имеет общую формулу R – COH. Запишем уравнение реакции:

R – COH + 2[Ag(NH3 )2 ](OH) = R – COONH4 + 2Ag¯ + 3NH3 + H2 O.

Вычислим количество вещества образовавшегося серебра:

(моль), следовательно,

количество вещества альдегида равно 0,025 моль (n (R – COH) : n (Ag) равно 1 : 2). Вычислим молярную массу альдегида:

(г/моль).

Общая формула предельных альдегидов: Cn H2 n +1 COH. Молярная масса определяется следующим образом:

M (Cn H2 n +1 COH) = n × M (C) + (n + 1) × M (H) + M (C) + M (O) + M (H) = n × 12 + (2n + 1) × 1 + 12 + 16 + 1 = 14n + 30 = 72 (г/моль).

Получили: 14n + 30 = 72, n = 3, искомый альдегид – C3 H7 COH – бутаналь.

Ответ: C3 H7 COH.

Пример 5.

Определите массу этилацетата, который можно получить в реакции этерификации этанола массой 1,61 г и уксусной кислоты массой 1,80 г, если выход продукта составляет 75 %.

Дано:

m (C2 H5 OH) = 1,61 г

m (CH3 СOOH) = 1,80 г

h (CH3 СOOC2 H5 ) = 75 %.

M (C2 H5 OH) = 46 г/моль

М (CH3 СOOH) = 60 г/моль

М (CH3 СOOC2 H5 ) = 88 г/моль

Найти:

m (CH3 СOOC2 H5 )

Решение:

Запишем уравнение реакции взаимодействия этилового спирта с уксусной кислотой:

C2 H5 OH + CH3 СOOH = CH3 СOOC2 H5 + Н2 О.

Так как по условию задачи даны массы спирта и кислоты, рассчитаем количество вещества и определим, какое из веществ взято в избытке:

(моль);

(моль).

По уравнению реакции соотношение n (C2 H5 OH) : n (CH3 СOOH) равно 1 : 1, по условию задачи соотношение n (C2 H5 OH) : n (CH3 СOOH) равно 0,035 : 0,030, следовательно, спирт взят в избытке, расчеты проводим по кислоте.

В реакцию вступило 0,03 моль уксусной кислоты, следовательно образовалось 0,03 моль этилацетата (n (CH3 СOOC2 H5 ) : n (CH3 СOOH) равно 1 : 1), вычислим его массу:

m (CH3 СOOC2 H5 ) = n × M = 0,03 88 = 2,64 (г).

Это масса, рассчитанная по уравнению реакции, или теоретический выход. Определим практическую массу этилацетата, учитывая, что выход продукта составляет 75 %:

(г).

Ответ: m (CH3 СOOC2 H5 ) = 1,98 г.

Пример 6.

Напишите уравнения и условия протекания реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: оксид углерода (IV) ® крахмал ® глюкоза ® этиловый спирт.

Решение:

1) Крахмал образуется в растениях при фотосинтезе:

6CO2 + 6H2 O = C6 H12 O6 + 6O2 , затем глюкоза превращается в крахмал:

nC6 H12 O6 = (C6 H10 O5 )n + nH2 O.

2) При нагревании в кислой среде происходит гидролиз крахмала и образование a-глюкозы:

(C6 H10 O5 )n + nH2 O = nC6 H12 O6 .

3) Под действием ферментов происходит спиртовое брожение глюкозы:

C6 H12 O6 2C2 H5 OH + 2CO2 .

Задачи для самостоятельного решения

Вариант 1

1. Напишите структурные формулы третичных одноатомных спиртов гексанола и назовите их по заместительной номенклатуре.

2. Определите молярную массу и строение кислородсодержащего соединения, если известно, что при взаимодействии 7,4 г этого вещества с металлическим натрием выделяется 1,12 л водорода, а при окислении этого вещества оксидом меди (II) образуется соединение, которое дает реакцию «серебряного зеркала».

3. Расположите в ряд по активности в реакции присоединения по карбонильной группе следующие соединения: формальдегид, ацетальдегид. Ответ поясните.

4. В результате ряда химических реакций из 92 г этилового спирта получили соединение состава С2 Н6 О2 с выходом 60 % от теоретического, из которого при окислении, протекающем с количественным выходом, образовалась щавелевая кислота. Ее подвергли этерификации метиловым спиртом, взятым с 30 %-ным избытком. Рассчитайте, какая масса метанола была израсходована и какая масса диметилового эфира щавелевой кислоты получена.

5. Укажите соединения, которые зашифрованы под буквами А, В, С в следующей схеме: уксусная кислота + Cl2 ® A + NH3 ® B + NaOH® C. Приведите уравнения реакций.

6. Эквимолекулярная смесь ацетилена и формальдегида полностью реагирует с 69,6 г оксида серебра, растворенного в водном растворе аммиака. Определите массовую долю формальдегида в смеси.

7. Оливковое масло содержит 80 % (по массе) триглицерида одноосновной ненасыщенной карбоновой кислоты с одной двойной связью. Выведите формулу этого триглицерида, если известно, что 1,105 кг оливкового масла содержит 1 моль этого триглицерида.

8. Определите, сколько граммов уксусного альдегида потребуется для получения трехстадийным синтезом 55 мл этилацетата (плотность равна 0,8 г/мл), если все реакции протекают со 100 %-ным выходом.

9. В ряду соединений укажите те, которые будут вступать в реакцию с уксусной кислотой: метан, этилен, этанол, гидроксид натрия, хлорэтан, аммиак, этиленголиколь, нитробензол, этаналь.

10. При окислении аммиачным раствором оксида серебра технического ацетальдегида массой 0,5 г, содержащего различные примеси, образовалось 2,16 г металла. Определите массовую долю (%) ацетальдегида в техническом препарате.

11. Приведите химические реакции, которыми можно отличить олеиновую кислоту от стеариновой.

12. Напишите схемы получения муравьиной и уксусной кислот, имея в качестве исходных только неорганические соединения.

Вариант 2

1. Напишите структурные формулы для всех изомерных двухатомных спиртов состава С4 Н8 (ОН)2 .

2. Соединение неизвестного строения вступает в реакцию замещения с 48 %-ным раствором бромоводородной кислоты с образованием алкилбромида, имеющего плотность по водороду 61,5. Определите строение этого соединения, если известно, что при его окислении образуется альдегид.

3. Назовите кислоту, входящую в состав жиров, которая имеет цис- и транс-изомеры.

4. Уксусную кислоту массой 30,9 г, содержащую примеси этилового и ацетальдегида, последовательно обработали раствором гидрокарбоната натрия, при этом выделилось 11,2 л газа. При последовательной обработке аммиачным раствором оксида серебра образовалось 2,16 г осадка. Определите содержание (в % по массе) примесей в уксусной кислоте.

5. Укажите, какие названия соответствуют соединениям A, B, C, D. Напишите уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующей цепочки превращения: ацетилен + Н2 О (Hg2+ ) ® A +[O] ® B + Cl2 ® C + C2 H5 OH ®D.

6. Определите массу 40 %-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для нейтрализации смеси, состоящей из уксусной кислоты, фенола и этилового спирта по одному молю.

7. Многие сложные эфиры предельных одноосновных кислот широко применяются в пищевой и парфюмерной промышленности. Выведите и напишите структурную формулу грушевой эссенции, если известно, что при ее гидролизе образуются два соединения состава С2 Н4 О2 и С5 Н12 О, имеющие нормальную цепь углеродных атомов.

8. В смесь аминоуксусной кислоты и безводного этилового спирта пропустили ток сухого хлороводорода. При этом в реакцию вступило 6,9 г этилового спирта и образовалось твердое вещество. Подсчитайте массу (г) образовавшегося твердого продукта реакции.

9. Укажите соединения, представленные в следующей схеме превращений символами А, В, С: этилен + HCl ® A + NaOH (p-p) ® B + CH3 COOH®C. Напишите соответствующие уравнения реакций.

10. При нагревании 57,5 мл этилового спирта (плотность равна 0,8 г/см3 ) с бромидом калия и концентрированной серной кислотой образовалось 87,2 г алкилбромида. Определите выход продукта реакции (в процентах от теоретически возможного).

11. Определите строение соединения состава С4 Н8 О, если известно, что оно при каталитическом восстановлении образует вторичный бутиловый спирт.

12. Приведите схему химического процесса, протекающего при получении муравьиной кислоты по известному вам современному промышленному способу.

Вариант 3

1. Напишите структурные формулы всех изомерных фенолов состава С7 Н7 ОН и назовите их по систематической номенклатуре.

2. Смесь первых двух членов гомологического ряда одноатомных спиртов обработали металлическим натрием, при этом выделилось 8,96 л газа (н. у.), а при взаимодействии такого же количества смеси спиртов с бромоводородной кислотой образовалось 78,8 г смеси двух алкилбромидов. Определите количественный состав (в граммах) исходной смеси спиртов.

3. Объясните, почему альдегиды и кетоны кипят при температуре значительно более низкой, чем спирты с тем же числом углеродных атомов (например, температура кипения ацетальдегида 21 °С, а этанола 78 °С).

4. Смесь фенола и этилового эфира предельной монокарбоновой кислоты общей массой 29,8 г обработали 393 мл 20 %-ного раствора гидроксида натрия (плотность равна 1,22 г/см3 ) при нагревании. Избыток щелочи нейтрализовали 180,5 мл 36 %-ной соляной кислоты (плотность равна 1,18 г/см3 ). Если обработать исходную смесь избытком бромной воды, то образуется 33,1 г белого творожистого осадка. Определите строение эфира в исходной смеси.

5. Укажите, какие названия соответствуют соединениям A, B, C, D. Напишите уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующей цепочки превращения: пропанол-1 + H2 SO4 ® A + HCl ® B + NaOH (p-p) ® C.

6. При взаимодействии 30 г уксусной кислоты с избытком этилового спирта получено 33 г продукта реакции. Определите выход этого продукта в процентах от теоретического.

7. Соединение неизвестного строения состава С4 Н8 Cl2 нагревали с водным раствором гидроксида натрия и получили органическое соединение, которое превратилось в соединение состава С4 Н8 О2 , восстановив при этом гидроксид меди (II) до оксида меди (I). Определите строение исходного соединения.

8. Определите массу жира, содержащего 81 % тристеарата глицерина, который потребуется для двухстадийного синтеза 45,4 г нитроглицерина при условии, что все превращения протекают количественно.

9. Укажите соединения, представленные в следующей схеме превращений символами А, В, С: бензол + HNO3 (H2 SO4 ) ® A + 3H2 ® B + 3Br2 ® C. Напишите соответствующие уравнения реакций.

10. Рассчитайте количество звеньев С6 Н10 О5 , которые содержатся в целлюлозе: а) льняного волокна (М = 586602 г/моль); б) хлопкового волокна (М = 7538508 г/моль).

11. Назовите и приведите реакции, позволяющие отличить альдегид от кетона.

12. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно получить пропионовую кислоту из н -пропилбромида.

Вариант 4

1. Напишите структурные формулы изомерных спиртов состава С5 Н11 ОН, содержащих СН2 -ОН группу, и назовите их по систематической номенклатуре.

2. Определите объем 40 %-ного раствора фенола в бензоле (плотность равна 0,9 г/см3 ), который должен прореагировать с металлическим натрием, чтобы выделившегося водорода хватило на полное каталитическое гидрирование 1,12 л (н. у.) ацетилена.

3. Из 2,704 кг пчелиного воска выделили 1 моль мирицилового эфира пальмитиновой кислоты, что составляет 25 % (по массе). Напишите структурную формулу этого сложного эфира, считая, что мирициловый спирт – это одноатомный спирт с нормальной цепью углеродных атомов.

4. При окислении предельного одноатомного спирта кислородом воздуха в присутствии катализатора при 500 °С образовалась кислота, на нейтрализацию 22 г которой потребовалось 59,4 мл 20 %-ного раствора гидроксида калия (плотность равна 1,18 г/см3 ). Определите молекулярную формулу исходного спирта и напишите его возможную структурную формулу.

5. Укажите, какие названия соответствуют соединениям A, B, C, D. Напишите уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующей цепочки превращения: ацетилен + Н2 О (Hg2+ ) ® A + H2 ®B + Na ® C.

6. Определите массу жира, представляющего собой трипальмитат глицирина, которая потребуется для получения одного куска туалетного мыла массой 100 г, если в мыле содержится 83,4 % пальмитата натрия.

7. Укажите строение монокарбонильного соединения с пятью атомами углерода в молекуле, если известно, что оно реагирует с аммиачным раствором оксида серебра, а при каталитическом гидрировании образует спирт состава С5 Н12 О, содержащий три атома углерода в главной цепи.

8. Рассчитайте объем кислорода (н. у.), который израсходуется при полном сгорании 46 г этилового спирта.

9. Укажите соединения, представленные в следующей схеме превращений символами А, В, С: бензол + HNO3 (H2 SO4 ) ® A + Fe + HCl ® B + NaOH ® C. Напишите соответствующие уравнения реакций.

10. При обработке 0,5 л 5 %-ного раствора (плотность равна 0,72 г/см3 ) одноатомного спирта неизвестного строения металлическим натрием выделилось 3,36 л (н. у.) газа. Предложите возможные структурные формулы спирта.

11. Объясните, почему карбоновые кислоты обладают более сильными кислотными свойствами по сравнению со спиртами.

12. Укажите, почему мыло теряет моющие свойства при использовании его в кислой среде.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 11 КЛАССА

ЗАДАНИЕ 1

Задание включает материал разделов органической химии «Азотсодержащие соединения» и «Кислородсодержащие соединения». Решение расчетных задач предполагает использование основных понятий химии: относительная атомная и молекулярная масса, молярная масса, моль, молярный объем, относительная плотность газа.

Примеры решения задач

Пример 1.

Используя известные вам свойства бензола и его производных, изобразите уравнениями реакций химические процессы, при помощи которых из бензола, используя другие неорганические и органические реактивы, можно получить кратчайшим путем этилбензоат и мета -аминобензойную кислоту.

Решение:

1) синтез толуола:

2) синтез бензойной кислоты:

3) синтез мета -аминобензойной кислоты:

4) синтез этилбензоата:

.

Пример 2.

Анализ пробы диоксида углерода, имеющего примесь азота, показал, что в пробе содержится 24 (мас.) % углерода. Вычислите массовую долю азота (%), содержащегося в исследуемой пробе газа.

Дано:

w (С) = 24 %

М (СО2 ) = 44 г/моль

М (С) = 12 г/моль

Найти:

w (N2 )

Решение:

Проба состоит из оксида углерода (IV) СО2 и азота N2 . Пусть масса пробы равна 100 г, тогда масса углерода составит 24 г, сделаем пересчет на оксид углерода (IV):

12 г С соответствует 44 г СО2 , тогда

24 г С соответствует m г СО2 ,

(г),

следовательно, азота в пробе содержится:

m (N2 ) = m (пробы) – m (CO2 ) = 100 – 88 = 12 (г).

Тогда w (СО2 ) = 88 %, w (N2 ) = 12 % (так как масса пробы равна 100 г).

Ответ: w (СО2 ) = 88 %, w (N2 ) = 12 %

Пример 3.

Какой объем раствора серной кислоты (w = 60 %, r = 1,054 г/см3 ) можно получить из 1 т FeS2 , если считать, что потерь в производстве не происходит?

Дано:

w (H2 SO4 ) = 60 %

r = 1,054 г/см3

m (FeS2 ) = 1 т = 1 × 106 г

M (FeS2 ) = 120 г/моль

M (H2 SO4 ) = 98 г/моль

Найти:

V (p-pa H2 SO4 )

Решение:

Запишем уравнения реакций стадий процесса получения серной кислоты:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2 O3 + 8SO2 (1)

2SO2 + O2 = 2SO3 (2)

SO3 + H2 O = H2 SO4 (3)

Вычислим количество вещества FeS2 , вступившего в реакцию:

(моль).

Из уравнений реакций видно, что из 1 моль FeS2 можно получить 2 моль серной кислоты, т.е. n (H2 SO4 ) = 2·8333,33 = 16666,7 (моль). Рассчитываем массу серной кислоты:

m (H2 SO4 ) = n × M = 16666,7 × 98 = 1633336,6 (г).

Вычислим массу раствора серной кислоты, необходимого для реакции:

(г).

Тогда объем раствора серной кислоты равен:

(мл) = 1810 (л).

Ответ : V (p-pa H2 SO4 ) = 1810 л.

Пример 4.

Сплав алюминия с магнием массой 1,000 г растворили полностью в 20,00 мл 9 моль/л соляной кислоты; при этом выделилось 1,100 л водорода (н. у.). К полученному раствору добавили 200,0 мл раствора гидроксида натрия (плотность равна 1,280 г/см3 ) с массовой долей гидроксида натрия, равной 25,56 %. Где будет находиться алюминий – в растворе в виде диакватетрагидроксоалюминат-аниона [Al(OH)42 O)2 ]- или в осадке в виде гидроксида алюминия?

Дано:

m (сплава) = 1,000 г

V (р-ра HCl) = 20,00 мл

СМ = 9 моль/л

V (H2 ) = 1,100 л

V (р-ра NaOH) = 200,0 мл

r = 1,280 г/см3

w (NaOH) = 25,56 %

M (Al) = 27 г/моль

M (Mg) = 24 г/моль

M (NaOH) = 40 г/моль

Найти:

где будет находиться алюминий

Решение:

Запишем уравнения протекающих реакций при растворении сплава в соляной кислоте:

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2 ↑ (1)

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2 ↑ (2)

Рассчитаем количество водорода, выделившееся в ходе реакций:

(моль).

Определим состав сплава. Пусть по реакции (1) выделилось у моль водорода, тогда по реакции (2) объем выделившегося водорода равен (0,049 - у ) моль. Пусть в сплаве содержится x г алюминия, тогда масса магния равна (1 - x ) г. Определим количества этих веществ в сплаве:

моль, моль.

Составим систему двух уравнений с двумя неизвестными. По уравнению (1) n (Mg) = n (H2 ), следовательно, .

По уравнению (2) n (Al) = 2/3 n (H2 ), следовательно, .

Решаем систему уравнений:

; ; ; .

Рассчитаем число молей соляной кислоты, которое вступило в реакцию со сплавом:

по уравнению (1) n (HCl)1 = 2n (H2 )1 = 2∙у = 2∙0,0197 = 0,0394 (моль);

по уравнению (2) n (HCl)2 = 2n