Химия. 11 класс

Задание 1. Для полного гидролиза смеси двух сложных эфиров потребовалось 40 г 14%-ного раствора гидроксида калия. При добавлении к такому же количеству смеси избытка аммиачного раствора оксида серебра выделилось 8,64 г осадка. Определите строение сложных эфиров и их содержание в исходной смеси в мольных процентах.

Решение:

Запишем уравнения щелочного гидролиза эфиров:

Подпишись на Путь к знаниям

Здесь ты найдешь уроки, исследования, интересные факты и вдохновение для творчества.

Подписаться!

RCOOR¹ + KOH = RCOOK + R¹OH

R²COOR³ + KOH = R²COOK + R³OH

В реакцию вступило 40∙0,14/56 = 0,1 моль КОН, следовательно, общее количество сложных эфиров в смеси тоже равно 0,1 моль, а средняя молярная масса этой смеси равна М_ср = 6,84/0,1 = 68,4 г/моль. Это означает, что молярная масса одного из этих эфиров больше 68,4 г/моль, а другого – меньше этой величины.

Из всех сложных эфиров самый легкий – метилформиат H-CO-O-CH₃ (М = 60 г/моль). Все остальные эфиры имеют молярную массу больше 68,4 г/моль. Таким образом, один из двух эфиров – метилформиат. Его количество можно определить по реакции серебряного зеркала. При окислении альдегидной группы метилформиата образуется метиловый эфир угольной кислоты H-CO-O-CH₃, который гидролизуется в аммиачном растворе с образованием метилового спирта и гидрокарбоната аммония:

HCOOCH₃ + 2[Ag(NH₃)₂]OH = CH₃OH + 2Ag + NH₄HCO₃ + 3 NH₃

По этому уравнению n(HCOOCH₃) = n(Ag)/2 = (8,64/108)/2 = 0,04 моль (40% мольных).

m(HCOOCH₃) = 0,04∙60 = 2,4 г.

Масса второго эфира равна 6,84 – 2,4 = 4,44 г, а его количество составляет 0,1 – 0,04 = 0,06 моль, следовательно молярная масса равна М (R²COOR³) = 4,44/0,06 = 74 г/моль. Только два эфира имеют такую молярную массу: HCOOC₂H₅и СH₃COOCH₃. Но второй эфир не может быть эфиром муравьиной кислоты, поскольку тогда по реакции серебряного зеркала выделилось бы больше серебра (0,2 моль вместо 0,08 моль). Следовательно, второй эфир – метилацетат СH₃COOCH₃ (n = 0.06 моль, или 60% мольных в смеси).

Ответ: метилацетат СH₃COOCH₃(60% мольных в смеси), метилформиат (40% мольных в смеси)

Задание 2. Простое желтое вещество А при нагревании взаимодействует с бесцветным газом Б, который можно получить при разложении бертолетовой соли, образуя газ В, обладающий резким запахом. При пропускании газа В через раствор гидроксида натрия образуется соль Г, которую применяют в фотографии. Газы Б и В реагируют при нагревании над катализатором V₂O₅, образуя вещество Д. Это вещество, растворяясь в воде, дает кислоту Е, которая с раствором BaCl₂ образует белый нерастворимый в воде осадок. При действии кислоты Е на соль Г выделяется газ В. Назовите вещества А, Б, В, Г, Д и Е. Напишите уравнения соответствующих реакций. Какой максимальный объем газа В может быть поглощен 500 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия?

Решение:

Простое желтое вещество А – сера, бесцветный газ Б – кислород:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ (катализатор MnO₂). (1)

Газ В – SO₂

S + O₂ → SO₂. (2)

При взаимодействии SO₂ с раствором NaOH возможно образование двух типов солей: NaHSO₃ (соль Г) и Na₂SO₃:

SO₂ + NaOH → NaHSO₃, (3)

1 моль (22,4 л) 1 моль (40 г)

х л 55,5 г

SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + Н₂О. (4)

1 моль 2 моля

Вещество Д – SO₃:

2SO₂ + O₂ → SO₃, (катализатор V₂O₅). (5)

Кислота Е – H₂SO₄:

SO₃ + H₂O → H₂SO₄, (6)

H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + 2 HCl, (7)

2NaHSO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2SO₂ + 2 H₂O. (8)

Максимальный объем SO₂ поглощается щелочью в соответствии с уравнением реакции (3). Масса раствора NaOH равна 555 г(500 (мл)*1,11 (г/мл)).

100 г 10%-ного раствора щелочи содержат — 10 г NaOH;

555 г 10%-ного раствора щелочи содержат — х г NaOH,

отсюда х = 55,5 г NaOH.

Максимальный объем газа SO₂, поглощаемый раствором NaOH, по уравнению (3) равен:

[55,5 (г) * 22,4 (л)].40 (г) = 31,08 л.

Ответ: А – сера; Б – кислород; В – оксид серы (IV); Г – гидросульфит натрия; Д — оксид серы (VI); Е – серная кислота; объем SO₂ равен 31,08 л.

Задание 3. Вычислите процентную концентрацию раствора, образовавшегося в результате электролиза на платиновых электродах 500 мл 20%-ного раствора хлората натрия (p=1,15 г/см³), если известно, что через раствор был пропущен ток, силой 5 А в течение 1 часа (катодное и анодное пространство не разделены).

Решение:

Составим уравнение полуреакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора NaClO₃:

На катоде (-): 2Н₂О + 2е → Н_2↑ + 2ОН^—.

На аноде (+): 2Н₂О – 4е → О₂ + 4H⁺.

У анода атомарный кислород в момент выделения может окислить хлорат-ион (ClO₃^—) до перхлорат-иона (ClO₄^—): ClO₃^— + O → ClO₄^—.

У катода выделяется водород и в катодном пространстве накапливается щелочь, в анодном – хлорная кислота. Если катод и анод не разделены, то в результате электролиза раствора хлората натрия получается перхлорат натрия. Таким образом, суммарное уравнение электролиза имеет вид:

NaClO₃ + H₂O → NaClO₄ + H_2↑.

Количество выделившегося Н₂ можно определить, воспользовавшись законом Фарадея:

m(H₂) = (M*I*t)/z*F,

F – число Фарадея (96485 Кл/моль), M – молекулярная масса водорода (г/моль), I – сила тока (в амперах), t – время (в секундах), z – число электронов, принятых (или отданных) в окислительно-восстановительном процессе. После подстановки, получаем:

m(H₂) = (2 (г/моль)*5 (А)*3600 (с))/2*96485 (Кл/моль) = 0,1866 г.

Первоначальная масса раствора 500 (см³) * 1,15 (г/см³) = 575 г в результате электролиза уменьшилась на 0,1866 г и составила 574,81 г.

Масса вступившего в реакцию NaClO₃ составила 9,9365 г. Масса образовавшегося NaClO₄ составила 11,4293 г. Таким образом, масса растворенных веществ в растворе после электролиза составила: 575 (г)  0,2 – 9,9365 (г) + 11,4293 (г) = 116,4928 г.

В итоге, процентная концентрация получившегося раствора составляет:

ω= (116,4928 (г)/574,81 (г))*100% = 20,27 %

Ответ: ω=20,27 %.

Задание 4. Предложите схему получения 3-нитробензойной кислоты из кумола (изопропилбензола). Укажите условия реакций.

Решение:

Изопропильная группа – ориентант 1-ого рода, поэтому при нитровании кумола будет образовываться смесь пара— и орто-изомеров с преобладанием первого (по пространственным причинам). Поэтому для введения нитрогруппы в мета-положение необходимо провести окисление изопропильной группы до карбоксильной, которая, будучи ориентантом 2-ого рода, будет направлять последующую электрофильную атаку в мета-положение.

1 стадия – окисление кумола в бензойную кислоту, например, KMnO₄ в кислой среде при нагревании:

2 стадия – нитрование бензойной кислоты смесью конц. HNO₃ и H₂SO₄ или конц. H₂SO₄ и NaNO₃:

Задание 5. К 30 л смеси, состоящей из аргона и этиламина, добавили 20 л бромоводорода, после чего плотность газовой смеси по воздуху стала равна 1,814. Вычислите объемные доли газов в исходной смеси.

Решение:

При реакции газообразных веществ образуется твердое вещество, которое уходит из сферы реакции:

C₂H₅NH₂ + HBr = [C₂H₅NH₃]Br

Пусть в исходной смеси содержалось х л аргона и у л этиламина. Тогда х + у = 30.

Средняя молярная масса газовой смеси после реакции равна М_ср= 1,814∙29 = 52,6 г/моль. Это означает, что в газовой смеси находятся аргон и бромоводород (если бы в смеси остались аргон (М = 40) и этиламин (М = 45), то 40 < М_ср < 45). Объем аргона остался неизменным V(Ar) = x л, а исходный объем HBr уменьшился за счет реакции на у л: V(HBr) = (20 – у) л. Теперь используем выражение средней молярной массы через объемы газов:

М_ср = (M₁V₁ + M₂V₂)/(V₁+V₂) = (40x + 81(20 – y))/(x + 20 — y) = 52,6

V = x + y = 30

Решая систему уравнений, находим:

х = 18 л – V (Ar)

y = 12 л – V (C₂H₅NH₂).

Объемная доля аргона (18/30) 100 = 60%, объемная доля этиламина 40%.

Ответ: ω(C₂H₅NH₂)=40% (по объему), ω(Ar)=60% (по объему)

Задание 6. Из исследуемого раствора, содержащего Ba(NO₃)₂ и Pb(NO₃)₂, отобрали две пробы по 50.00 мл каждая. К первой пробе добавили избыток раствора (NH₄)₂CrO₄, а ко второй избыток разбавленной H₂SO₄. Масса выпавшего осадка в первой пробе составила 0.3696 г, а во второй – 0.3445 г. Рассчитайте концентрацию и в мг/мл в исследуемом растворе.

Решение: При добавлении к 1-ой пробе избытка (NH₄)₂CrO₄ образуется осадок, состоящий из BaCrO₄ и PbCrO₄: