Задания по химии для 11 класса

Задача 1. Определите интервал изменения окраски индикатора метилового оранжевого (ΔpH), считая: 1) метиловый оранжевый слабой одноосновной органической кислотой (HA) (Kдисс = 3.37 · 10^-4); 2) глаз человека способен установить появление окрашенных частиц, если их содержание будет примерно в 10 раз или более превышать концентрацию других окрашенных частиц в растворе. (pH = -lg [H⁺])

Решение: По химической природе кислотно-основные индикаторы являются слабыми органическими кислотами или основаниями, частично диссоциирующими в растворе. Индикатор метиловый оранжевый является слабой одноосновной кислотой, поэтому для него в растворе справедливо равновесие:

HA ↔H⁺ +  A^—  (1)

Равновесие (1) подчиняется закону действующих масс и количественно характеризуется константой диссоциации индикатора:

По теории ионных окрасок Оствальда недиссоциированные молекулы индикатора НА и аниона A^— имеют разную окраску (для метилового оранжевого красную и желтую соответственно).
Выразим из уравнения (2) [H⁺]:

Найдем значение рН для раствора индикатора:

Принимая во внимание, что глаз человека способен установить появление окрашенных частиц, если их содержание будет примерно в 10 раз или более превышать концентрацию других окрашенных частиц в растворе, можно заключить, что красная окраска индикатора метилового оранжевого, обусловленная его недиссоциированными молекулами, будет наблюдаться в растворе в случае когда , а желтая окраска (обусловленная ионами A^—) будет наблюдаться когда 

Уравнение (3) связывает интервал концентрационного отношения от 0.1 до 10 с интервалом рН, в котором происходит изменение окраски индикатора. Чтобы его найти, подставим предельные значения отношения , равные 0.1 и 10 в уравнение (3): 

Ответ: ΔpH = 3.47 ± 1 или от 2.47 до 4.47 ед. рН

Задача 2. Растворили 1.3400 г пробы, содержащей KCl, KJ и инертный материал. Полученный раствор обработали избытком нитрата серебра. После фильтрования, промывания, высушивания масса осадка составила 1.047 г. Затем осадок нагрели в токе желто-зеленого газа, в результате чего масса осадка уменьшилась на 0.204 г. Рассчитайте массовые доли хлорида и иодида калия в пробе.

Решение: Запишем реакции, протекающие в ходе анализа:

при этом масса осадков AgCl и AgJ составила 1.047 г.
Затем осадок нагрели в токе Cl₂ (желто-зеленый газ):

и масса осадка стала 0.843 г (1.047-0.204).

Найдем массу AgCl, полученную при осаждении: 

Рассчитаем массу AgJ: 

По найденным массам AgCl и AgJ рассчитаем массы KCl и KJ в образце и их массовые доли: 

Ответ: ω (KCL) = 20.27%; ω (KJ) = 27.62%

Задача 3. Для контрольного анализа сплава Деварда, содержащего по массе 50% Cu, 45% Al и 5% Zn, взята навеска массой 0.5000 г. Сколько мл раствора NH₄OH с массовой долей 1% и раствора NA₂HPO₄ с массовой долей 3% потребуется для осаждения цинка в виде смешанного фосфата? Плотность растворов принять равной 1.0 г/мл.

Решение: Определим массу Zn в навеске сплава, взятой на анализ:

Составим уравнение реакции осаждения Zn и по нему рассчитаем массы NH₄OH и NA₂HPO_4:

Определим массу раствора NH₄OH и его объем:

т.к. плотность раствора равна 1 г/мл, то объем будет равен 1.35 мл.
Определим массу раствора NA₂HPO₄ и его объем: 

т.к. плотность раствора равна 1 г/мл, то объем будет равен 1.82 мл.

Ответ: V(NH₄OH) = 1.35 мл; V(Na₂HPO₄) = 1.82 мл

Задача 4. Тетрацен – полициклический ароматический углеводород; является органическим полупроводником, который используется в органических транзисторах и органических светодиодах. 

Из бензола, 2,3-диметилнафталина и неорганических реагентов получите тетрацен. Восстановите цепочку химических превращений. 

Решение: 

На первой стадии происходит окисление 2,3-диметилнафталина до дикарбоновой кислоты (A), затем дегидратация и образование ангидрида. На третьей стадии происходит реакция электрофильного замещения по Фриделю-Крафтсу в избытке бензола с образованием кето-кислоты (В). Затем восстановление (по Клемменсену) кетонной группы (С). Под действием хлористого тионила в среде бензола получен хлорангидрид карбоновой кислоты, который затем снова вводится во внутримолекулярную реакцию Фриделя-Крафтса, в результате образуется ароматический кетон (D). Снова происходит восстановление кетона по Клемменсену (E) и затем высокотемпературное дегидрирование на палладии.

Задача 5. Исходя из толуола и других необходимых неароматических реагентов получите 3,5-динитро-4-бромбензойную кислоту (A) и продолжите цепочку превращений.

Решение: 

На первой стадии происходит бромирование по Фриделю-Крафтсу, затем окисление метильной группы. Далее проводится нитрование 4-бромбензойной кислоты (согласованная ориентация заместителей) (А).

Под действием хлористого тионила в среде бензола получен хлорангидрид карбоновой кислоты (B). Реакцией N-ацилирования хлорангидридом (B) анилина получен продукт (С) – 4-бром-3,5-динитро-N-фенилбензамид.

Задача 6. Органические соединения пиперидинового ряда являются сильными анальгетиками. Фентанил – самый сильный из известных анальгетиков пиперидинового ряда, его действие в 50 раз сильнее обезболивающего действия морфина. Восстановите цепочку синтеза фентанила.

Решение: 

Сначала проводят N-алкилирование кетона (A), затем получают имин (B) (основание Шиффа), который восстанавливают (C) и ацилируют пропионовым ангидридом — фентанил.