Теор-решения. Задача 91 (автор Жиров А. И.)
 Скачать 0.95 Mb.
|
|
2. Структурные формулы молекул оксидов азота (I), углерода (II) и (IV), диазота:  3. Оксид азота (I) в лаборатории получают при термическом разложении нитрата аммония: NH4NO3  N2O + 2H2O.Для получения углекислого газа в лаборатории обычно используют взаимодействие карбонатов с минеральными кислотами, например: CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2. Угарный газ в лаборатории можно получить при взаимодействии муравьиной или щавелевой кислоты с концентрированной серной кислотой (правда, в последнем случае образуется смесь угарного и углекислого газа, поэтому для получения угарного газа в чистом виде образовавшуюся смесь пропускают через раствор щелочи): HCOOH  CO + H2O;H2C2O4 CO + CO2 + H2O.Молекулярный азот можно получить при нагревании раствора нитрита аммония: NH4NO2 N2 + 2H2O (NH4Cl + NaNO2 N2 + 2H2O + 2NaCl).4. CO + NaOH  HCOONa (6)N2O + 2NaNH2 NaN3 + NaOH + NH3 (7)5. 3Mg + N2 Mg3N2 (8)2Mg + CO2 2MgO + C (9)Система оценивания: 1. Составы смесей А и В 1,5 балла 2 = 3 балла; Уравнения реакций 1–5 1 балл 5 = 5 баллов; 2. Структурные формулы CO, N2O, CO2, N2 1 балл 4 = 4 балла; 3. Способы получения CO, N2O, CO2, N2 1 балл 4 = 4 балла; 4. Уравнения реакций 6, 7 1 балл 2 = 2 балла; 5. Уравнения реакций 8, 9 1 балл 2 = 2 балла; Итого 20 баллов. Задача 10-4 (автор Каргов С. И.) 1. Из соотношения  следует, что 2,40·10–7 м = 240 нм.2.Согласно приведённому механизму, озон образуется по реакции 2, и скорость его образования равна k2[O][O2][M], то есть пропорциональна концентрациям [O], [O2] и [M]. На очень большой высоте концентрация атомов кислорода O достаточно велика (поскольку велика интенсивность ультрафиолетового излучения), однако концентрации O2 и М очень малы. Напротив, на очень малой высоте, где концентрации O2 и М велики, концентрация атомов кислорода O очень мала (ультрафиолетового излучения для их образования недостаточно). 3. Молекула M поглощает выделяющуюся в реакции 2 энергию. Если бы молекулы M не было, то образовавшаяся молекула озона сразу бы снова распалась. 4. Как сказано выше, защитные свойства озонового слоя объясняются поглощением ультрафиолетового излучения. Энергия света, поглощённая в реакции 3, выделяется в виде кинетической энергии молекул в реакции 2. В результате многократного повторения реакций 2 и 3 энергия поглощённого света преобразуется в кинетическую энергию молекул, что приводит к повышению температуры. 5. Скорости реакций: r1 = k1[O2], r2 = k2[O][O2][M], r3 = k3[O3], r4 = k4[O3][O]. Молекулы озона образуются в реакции 2, а распадаются в реакциях 3 и 4, поэтому r2 = r3 + r4, или k2[O][O2][M] = k3[O3] + k4[O3][O]. Атомы кислорода образуются в реакциях 1 и 3 и распадаются в реакциях 2 и 4, поэтому 2r1 + r3 = r2 + r4, или 2k1[O2] + k3[O3] = k2[O][O2][M] + k4[O3][O]. Складывая эти два уравнения, получаем k1[O2] = k4[O3][O], откуда  .Вычитая второе уравнение из первого, получаем k2[O][O2][M] = k1[O2] + k3[O3]. Поскольку по условию k1 / k3 = 5,5·10–9 и [O3] / [O2] 10–5, то  , и величиной k1[O2] по сравнению с k3[O3] можно пренебречь. Тогда полученное выражение упрощается:k2[O][O2][M] = k3[O3]. Подставляя в это выражение, получаемk1k2[O2]2[M] = k3 k4[O3]2, откуда  .6.Подставляя численные значения, получаем  .Полученная величина приблизительно в 10 раз больше экспериментально измеренного значения 10 ppm. Такое различие объясняется тем, что в цикле Чепмена учитывается только «самопроизвольный» распад молекул озона по реакциям 3 и 4. В действительности имеют место и другие механизмы распада озона, например, в присутствии NO, радикалов OH и Cl. Система оценивания 1. За правильный расчёт 2 балла 2.За правильное объяснение 2 балла 3. За правильное объяснение 2 балла 4. За правильное объяснение 2 балла 5. За выражения для скоростей 4×1 балл, за вывод формулы 4 балла, всего 8 баллов 6. За расчёт 2 балла, за объяснение различия 2 балла, всего 4 балла Итого 20 баллов Задача 10-5 (авторы Сальников О. Г., Ильин М. А.) 1. Реакция бензола с алкенами в кислой среде представляет собой один из вариантов реакции алкилирования по Фриделю–Крафтсу, причем алкилирование протекает через образование наиболее устойчивого карбокатиона и приводит к образованию изопропилбензола (соединение А, тривиальное название – кумол).  Последующие две стадии приведенных на схеме превращений лежат в основе самого известного промышленного способа получения фенола – «кумольного». В результате окисления изопропилбензола кислородом воздуха образуется неустойчивый гидропероксид кумола (B). Полученный гидропероксид далее подвергают разложению в кислой среде, в результате чего образуется ценный растворитель ацетон (С) и фенол (D).  Далее фенол реагирует со щелочью (гидроксидом натрия или калия) с образованием соответствующего фенолята. Полученный фенолят подвергают карбоксилированию действием углекислого газа в жестких условиях и обработке полученных солей раствором серной кислоты. В случае использования гидроксида натрия образуется орто-изомер гидроксибензойной кислоты (соединение E – салициловая кислота, в молекуле которой присутствуют внутримолекулярные водородные связи), в случае же гидроксида калия образуется пара-гидроксибензойная кислота (соединение F, в молекуле которой нет внутримолекулярных водородных связей).  При обработке салициловой кислоты уксусным ангидридом в присутствии каталитического количества концентрированной серной кислоты и при небольшом нагревании образуется ацетилсалициловая кислота (соединение Х) – широко используемое лекарственное средство, более известное под названием «аспирин», обладающее противовоспалительным, жаропонижающим, болеутоляющим, кроверазжижающим действием (ежегодно потребляется более 80 миллиардов таблеток аспирина!).  При взаимодействии пара-гидроксибензойной кислоты с метанолом в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании образуется метиловый эфир пара-гидроксибензойной кислоты (соединение Y).  Система оценивания: Структурные формулы соединений А–F, Х и Y 2,5 балла 8 = 20 баллов Итого 20 баллов. Одиннадцатый класс Задача 11-1 (автор Колесов В. А.) 1–2. М (M) =29 ∙ 0,9655 = 28 (г/моль) Этому условию удовлетворяют CO, B2H6, N2, C2H4. Сразу можно исключить азот, т. к. азот взаимодействует напрямую только с магнием и литием, причем в ходе этих реакций газообразные вещества не образуются. M (N) = 1,1429 ∙ 28 = 32 (г/моль) Этому условию удовлетворяют O2, CH3OH. Однако метанол газом не является. Представить образование кислорода при взаимодействии вещества А с дибораном или этиленом сложно. Значит, газом, вступающим во взаимодействие, является CO. В реакции, в результате которых при взаимодействии с твердым веществом, образуется кислород, вступают пероксиды, надпероксиды и озониды щелочных металлов. Запишем соответствующие реакции: Me2O2 + CO  Me2CO3 (1)2MeO2 + CO Me2CO3 + O2 (2)2MeO3 + CO Me2CO3 + 2O2 (3)Уравнение 1 не подходит, потому что не выделяется газ. По уравнению 2 получаем  Положительного решения найти не удается. Из (3) получаем  М(Me) = 133,09 г/моль. Это Cs. 2CsO3 + CO Cs2CO3 + 2O2A M K N Cs2CO3 + 2HClO4 2CsClO4 + H2O + CO2 K T L По массовой доле Х находим остальные соединения: E = Cs7O; F = Cs4O; G = Cs3O; H = Cs11O3. Это продукты частичного окисления цезия при низких температурах (иногда называются субоксидами). A CsO3 M CO L CO2 B Cs2O2 N O2 C Cs2O K Cs2CO3 D CsO2 T CsClO4 3. Все три соединения будут реагировать с СО2 2Cs2O2 + 2CO2 → 2Cs2CO3 + O2 Cs2O + CO2 → Cs2CO3 4CsO2 + 2CO2 → 2Cs2CO3 + 3O2 4. Получение А: 6CsOH(тв.) + 4O3 → 4CsO3 + 2CsOH∙H2O + O2 Получение В: 2Cs + 2NO → Cs2O2 + N2 Также соединение В можно получить количественным окислением цезия, растворенного в жидком аммиаке, кислородом. Получение соединения С: Cs2O2 + 2Cs → 2Cs2O Получение соединения D: сжигание цезия на воздухе Cs + O2 → CsO2 5. Цезий был открыт Бунзеном и Кирхгофом в 1860–1861 году по ярко-голубой линии в оптическом спектре (caesius – небесно-голубой). Система оценивания: Определение Cs 1 балл 9 соединений – по 1 баллу – 9·1 9 баллов 2 реакции – по 1 баллу – 2·1 2 балла. 3 реакции – по 1 баллу – 3·1 3 балла. 4 реакции – по 1 баллу – 4·1 4 балла. 1 балл. Итого: 20 баллов Задача 11-2 (автор Антонов А. А.) 1.А – красный фосфор. 5HNO3+P → H3PO4 + 5NO2↑ + H2O H3PO4 + 2NaOH → Na2HPO4 + 2H2O В кислой среде фосфат серебра растворим, поэтому, если не нейтрализовать раствор, то выпадение осадка не будет наблюдаться. 2Na2HPO4 + 3AgNO3 → Ag3PO4↓ + 3NaNO3+NaH2PO4 Молибденовая жидкость – раствор молибденовокислого аммония в азотной кислоте. Н3PO4 +12(NH4)2MoO4+21HNO3 → (NH4)3PMo12O40·2H2O↓ + 21NH4NO3 + 10H2O 2. B – свинцовый сурик Pb3O4 (2PbO∙PbO2). В данном соединении металл проявляет две степени окисления +2 и +4. Pb3O4 + 4HNO3 → PbO2↓ + 2Pb(NO3)2 + 2H2O Pb(NO3)2 + 2HCl → PbCl2↓ + 2HNO3 PbCl2 + 2HCl → H2[PbCl4] PbO2 + 4HCl → PbCl2 + Cl2↑ + 2H2O или PbO2 + 6HCl → H2[PbCl4] + Cl2↑ + 2H2O 3. C – сульфид сурьмы Sb2S3. Sb2S3 + 28HNO3 → Sb2O5↓ + 3H2SO4 + 28NO2↑ + 11H2O H2SO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + 2HCl Sb2O5 + 12HCl → 2H[SbCl6] + 5H2O Sb2O5 + 8Zn + 16HCl → 2SbH3↑ + 8ZnCl2 + 5H2O 2SbH3 → 2Sb + 3H2 При взаимодействии цинка с соляной кислотой образуется водород в момент выделения, который обладает сильными восстановительными свойствами (более сильными, чем молекулярный водород). 4. Веществом D может быть селен: Se +4HNO3 → H2SeO3 +4NO2 +H2O H2SeO3 + 2SO2 + H2O→ Se + 2H2SO4 У селена существует несколько аллотропных модификаций; в том числе наиболее стабильный серый селен и аморфный киноварно-красный селен. Подтвердить данное предположение можно следующим набором реакций 3Se + 2Al → Al2Se3 Al2Se3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2Se↑ В результате выделяется газ с характерным неприятным запахом. |