Задачи повышенной трудности

На олимпиадах предлагаются более сложные задачи, чем рассмотренные ранее. Обычно в них сочетаются различные типы расчетов – как по формулам веществ, так и по уравнениям реакций. Решение таких задач требует не только глубоких знаний химии, но и развитого логического мышления, владения алгебраическим аппаратом (системы уравнений с несколькими неизвестными, неравенства, степенные и логарифмические функции и т.п.).

Рассмотрим решение одной из олимпиадных задач.

Задача. При дегидрировании смеси циклогексана и циклогексена в бензол выделился водород массой, достаточной для полного восстановления 36, 9 г нитробензола в анилин. Найти %-ный (по массе) состав исходной смеси, если известно, что такая же масса этой смеси может обесцветить 480 г 10%-ного раствора брома в CCl₄.

1. Определим m(Br₂) в растворе СCl₄:

m(Br₂) = m(раствора) *ω (Br₂) = 480 г * 0, 1 = 48 г

2. Из углеводородов исходной смеси с Br₂ реагирует только циклогексен С₆Н₁₀, являющийся ненасыщенным соединением.

По уравнению этой реакции рассчитаем массу С₆Н₁₀.

ν (С₆Н₁₀) = ν (Br₂) = 0, 3 моль

m(C₆Н₁₀) = ν (С₆ Н₁₀) * M(С₆ Н₁₀) = 0, 3 моль * 82 г/ моль = 24, 6 г

1. Рассчитаем количество вещества Н₂, использованного на восстановление нитробензола:

ν (Н₂) = 3*ν (С₆Н₅NO₂) = 0, 9 моль

1. Массу циклогексана рассчитаем из уравнений реакций дегидрирования углеводородов.

Из уравнения (2) следует, что x = ν (H₂) = 0, 6 моль.

Тогда количество водорода, выделившегося в реакции (1) равно:

ν (Н₂) = 0, 9 моль – 0, 6 моль = 0, 3 моль.

m(C₆H₁₂) = ν (C₆H₁₂) * M(C₆H₁₂) = 0, 1 моль * 84 г/моль = 8, 4 г

5. Определим массу исходной смеси углеводоров:

m(смеси) = m(C₆H₁₂) + m(C₆H₁₀) = 8, 4 г + 24, 6 г = 33, 0 г

1. Рассчитаем массовые доли углеводородов в исходной смеси:

Ответ: ω (С₆Н₁₀) = 0, 745 (74, 5%) ω (С₆Н₁₂) = 0, 255 (25, 5%)

1. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

Примечание: знаком * отмечены задачи повышенной трудности

1. Какое количество вещества составляет 92 г этанола С₂Н₅ОН?

2. Определите массу глюкозы, содержащей 0, 6 моль атомного углерода.

3. Определите массовую долю кислорода (в %) в метиловом спирте, состав которого выражен формулой СН₃ОН.

4. Какой объем водорода (н.у.) может присоединить смесь газов массой 15, 4 г, которая содержит этилен (ω = 54, 5%), пропилен (ω = 27, 3%) и бутилен (ω = 18, 2%).

5. Природный газ одного из месторождений содержит метан (ω = 92%), этан (ω = 3%), пропан (ω = 1, 6%), бутан (ω = 0, 4%), азот (ω = 2%), другие газы (ω = 1%). Определите массу органических веществ, входящих в состав 20 л (н.у.) природного газа.

6. При сгорании алкана массой 3, 6 г образуется оксид углерода (IV) объемом 5, 6 л (н.у). Плотность алкана по водороду равна 36. Установите молекулярную формулу алкана.

7. Вывести молекулярную формулу вещества, если оно содержит С (ω = 39, 97%), Н (ω = 6, 73%) и О (ω = 53, 3%) и 300 мл паров этого вещества (н.у.) имеют массу, равную 2, 41 г.

8. Сколько г хлора потребуется для превращения 19 г бензола С₆Н₆ в гексахлоран С₆Н₆Сl₆?

9. При нагревании иодметана СH₃I массой 2, 84 г с металлическим натрием массой 0, 69 г получили этан С₂Н₆ объемом 179, 2 мл при н.у. Определите объемную долю выхода продукта реакции.

10. Сколько граммов 80% - го технического карбида кальция CaC₂ потребуется для получения 2, 8 л ацетилена при н.у.?

11. Сколько граммов толуола С₇Н₈ потребуется для получения 113, 5 г тринитротолуола С₇Н₅(NO₂)₃, если массовая доля выхода продукта составляет 80% от теоретически возможного?

12. Какую массу бромной воды с массовой доле брома 1, 6% может обесцветить пропилен объемом 1, 12 л (н.у.)?

13. Какой объем воздуха потребуется для сжигания 30 л ацетилена С₂Н₂ (н.у.), содержащего 5% негорючих примесей? Содержание кислорода в воздухе считать равным 20% по объему.

14. Сколько л водорода (н.у.) выделится при каталитическом дегидрировании 49 г метилциклогексана в толуол, если объемная доля выхода продукта равна 75% от теоретически возможного?

15*. При сгорании 13, 44 л (н.у.) смеси монооксида углерода, метана и ацетилена образовалось 17, 99 л СО₂ (н.у.) и 9 г Н₂О. Сколько литров каждого газа содержится в смеси?

16*. При взаимодействии 11, 2 г алкена с бромоводородом получено 27, 4 г вещества. Напишите формулы всех возможных изомеров алкена.

17*. Анализ смеси метана и ацетилена показал, что общее содержание углерода в смеси по массе равно 88, 46%. Определите состав смеси в % по массе.

18*. При сгорании 14, 6 г хлорсодержащего органического вещества было получено 13, 44 л СО₂ и 3, 6 г Н₂О. Весь хлор, содержавшийся в навеске, вдвое меньшей, чем исходная, переведен в AgCl массой 14, 3 г. Плотность по водороду исследуемого хлорорганического вещества равна 74. Определите молекулярную формулу этого вещества.

19*. Какой объем хлороводорода может прореагировать с 15 г смеси, состоящей из равных массовых долей триметиламина, пропиламина и метилэтиламина?

20*. При окислении одноатомного спирта массой 11, 2 г кислородом воздуха в присутствии катализатора при 500°С образовалась кислота, на нейтрализацию которой потребовалось 59, 4 мл 20% раствора КОН (d=1, 18 г/мл). Какова формула исходного спирта?