ЗАВДАННЯ. ІІ етапу Всеукраїнської олімпіади з хімії серед студентів

ІІ етапу Всеукраїнської олімпіади з хімії серед студентів

класичних університетів

Теоретичний тур

Донецьк, 2010 р.

ЗАДАЧА 1. Легкокиплячий циклічний нерозгалужений вуглеводень А (С₅Н₆) (t_кип = 41⁰С), виділяють реакцією Дільса-Альдера з фракцій піролізу сировини нафти та коксування вугілля, що киплять вище 150⁰С. Вуглеводень B, гомолог речовини А, було отримано внаслідок багатостадійного синтезу з речовини C, молекулярна формула якої С₅Н₁₀Br₂ (Роуз, 1961 р.):

У реакції з малеїновим ангідридом А дає два ізомери – І (98,5 %) та ІІ (1,5 %), при цьому, під час підвищення температури частка ІІ збільшується.

1. Напишіть схему реакції, на якій ґрунтується метод виділення А з продуктів піролізу.

2. Встановіть будову B, якщо ПМР спектр С₅Н₁₀Br₂ містить два синглети зі співвідношенням інтегральних інтенсивностей 3: 2.

3. Напишіть схеми вказаних реакцій із відображенням структурних формул проміжних речовин.

4. Запропонуйте структурні формули І та ІІ. Поясніть причину переходу І в ІІ під час нагрівання.

5. На які продукти слід чекати в випадку реакції B з малеїновим ангідридом? Поясніть, яка з речовин, А чи B, реагує швидше та чому.

ЗАДАЧА 2. Під час нагрівання простої речовини А утворюється жовта бінарна сполука АХ _n. В наслідок розчинення 0,711 г АХ _n в 100 мл Н₂О утворюється розчин сполуки Б та виділяється 168 мл газу Г (н.у., ρ = 1,429 г/л).

1. Розшифруйте речовини та напишіть рівняння реакцій.

2. Визначте кратність зв’язку в аніонах сполук AX _n (l_X–X = 1,32 Å), A ₂ X _n (l_X–X = 1,5 Å), AX _n+1 (l_X–X = 1,42 Å) (метод МО). Запропонуйте спосіб їх добування.

3. Наведіть структурні формули Х ₃ (l_X–X = 1,28 Å), Х ₂ (l_X–X = 1,20 Å) та N X ₃ (l_X–X = 1,21 Å) (метод ВЗ).

4. Поясніть, чому NO₂ дає міцний димер, NO – неміцний, а аніон Х – не дає димеру (метод МО).

ЗАДАЧА 3. Речовину С можна одержати конденсацією сполук А та В під дією натрій гідриду в ДМСО з наступним гідролізом. Речовина С існує в трьох таутомерних формах – С1, С2 та С3. Дві з яких, С2 та С3, володіють помітною кислотністю та можуть бути позначені як Н L. Нижче наведено схему перетворень за участю С. У кожному з вказаних перетворень може приймати участь будь-яка форма С.

1. Розшифруйте речовини А – G та напишіть схему їх перетворень, якщо: в молекулі В два атоми Оксигену, а в А – тільки один; число атомів Карбону та Гідрогену в А та В однакове; маси А та В у реакції дорівнюють 1,392 г та 1,776 г відповідно; масова частка Х в Х Cl₄ в 2,83 рази менша, ніж в Х О₂.

2. Зобразіть структурні формули сполук у схемі. Порівняйте довжини зв’язків С–О в С1, С2, С3 та L ^–.

3. Запропонуйте механізм реакції С → Е.

4. У водному розчині С (С = 0,100 моль/л, рН = 4,97) існують рівноваги:

С1 = H⁺ + L ^– (K₁); (C2 + C3) = H⁺ + L ^– (K₂);

C1 = (C2 + C3) (K₃); { C1 + (C2 + C3)} = H⁺ + L ^– (K₄).

Обчисліть К₁ ÷ К₄, якщо в УФ-спектрі розчину С співвідношення інтенсивностей смуг поглинання λ₁ ≈ 250 нм та λ₂ ≈ 300 нм становить 4,65: 1 (вважайте, що ε₁ ≈ ε₂).

5. Розрахуйте концентрації [ C1 ], [(C2 + C3)] та [ L ^–] в 0,1 моль/л розчині С за рН = 9.

6. Виберіть фактори, які впливають на співвідношення [ C1 ]: [(C2 + C3)] та обґрунтуйте вибір: а) концентрація; б) рН; в) температура.

7. Вкажіть причину, за якої [ C1 ] > [(C2 + C3)] у водному розчині, [(C2 + C3)] > [ C1 ] у гексані.

ЗАДАЧА 4. Зразок неочищеної шпінелі (0,0500 г) обережно сплавили з КО₂ + КОН, плав обробили Н₂О з утворенням лужного розчину двох ізоморфних аніонів. Під час нейтралізації розчину до слаболужного середовища випадає осад (0,01006 г), а в жовтому розчині залишається один із аніонів. Розчин довели до 200 мл концентрованою H₂SO₄, відібрали 50 мл червоного розчину, нейтралізували до оранжевого кольору та для визначення вмісту металу А провели кулонометричне титрування електрогенерованими іонами Cu⁺ за І = 0,0300 А протягом τ = 7 хв. 33 сек.

1. Розшифруйте речовини, якщо під час прожарювання осаду утворюється 0,00752 г оксиду. Напишіть рівняння реакцій, які перебігають під час підготовки зразку та під час титрування.

2. Визначте масові частки шпінелі та А в зразку.

3. Намалюйте структурні формули в жовтому, оранжевому та червоному (після H₂SO₄) розчинах.

4. У нейтралізованому до рН = 7 жовтому розчині є три аніони: Х ^2–, Н Х ^– та Х ₂^2–. Визначте їх концентрації, якщо для Н₂ Х К₂ = 3,2∙10^–7, а для 2 Н Х ^– ⇆ Х ₂^2– + Н₂О К = 37,8.

ЗАДАЧА 5. Ступінь термічної дисоціації СО₂ на СО та О₂ за Т₁ = 1400 К та тиску Р, атм дорівнює 1,50∙10^–2 %, а за Т₂ = 1473 К та тиску 2Р дорівнює 2,82∙10^–2 %. Теплоємкості ; ; ; ΔН₂₉₈⁰ реакції +574 кДж.

1. Розрахуйте реакції без використання теплоємкості.

2. Розрахуйте ΔН₁₄₀₀⁰ та ΔН₁₄₇₃⁰ та порівняйте з .

3. Визначте ступінь перетворення та склад газової суміші, якщо К_р = Р.

4. У системі 2 СО + О₂ = 2 СО₂ ΔG₁ = 0 (стан 1). Рівновагу зсунули збільшенням об’єму та дочекалися поки ΔG₂ = 0 (стан 2). Порівняйте концентрації всіх речовин у стані 1 та 2. Обґрунтуйте напрямок зсуву рівноваги за допомогою рівняння ізотерми.

ЗАДАЧА 6. Реакцію ClO^– + Br^– ⇆ BrO^– + Cl^– вивчали за 25⁰С, рН = 14, С(СlO^–) = 1∙10^–2 моль/л, C(Br^–) = 1 моль/л.

1. Розрахуйте ΔG⁰ та К_С реакції, якщо

BrO^– + H₂O + 2e^– = Br^– + 2 OH^– E₁⁰ = 0,78 B,

ClO^– + H₂O + 2e^– = Cl^– + 2 OH^– E₂⁰ = 0,88 B.

2. Обчисліть ступінь перетворення ClO^– на Сl^– (α) та оцініть зворотність реакції.

3. Вважаючи концентрації кислот стаціонарними, виведіть кінетичне рівняння, якщо механізм представлений схемою:

ClO^– + H₂O ⇆ HClO + OH^– (k₁, k_–1; K)

HClO + Br^– → HBrO + Cl^– (k₂)

HBrO + OH^– → BrO^– + H₂O (k₃)

4. Розрахуйте K та k₂, якщо початкова швидкість складає 8∙10^–6 моль/(л∙с), константа дисоціації HClO K_a = 2,78∙10^–8 та K_W = 1∙10^–14.

5. Уточніть кінетичне рівняння, враховуючи кислотно-основну рівновагу, та побудуйте графік W = f(pH) за рН = 4, 5, 7, 9, 11, 14.

Дата добавления: 2015-09-06