birmaga.ru
добавить свой файл

  1 2 3

Всероссийская олимпиада школьников

Областной этап

2007-2008 учебный год

15 января 2008 года
Экспериментальный тур

11 класс

Методом восходящей тонкослойной хроматографии, используя растворы веществ - «свидетелей» в хлороформе (2,4-динитрофенилгидразон ацетона; 2,4-динитрофенилгидразон циклогексанона; 2,4-динитрофенилгидразон ацетофенона; 2,4-динитрофенилгидразон бензальдегида), разделите и идентифицируйте производные карбонильных соединений. Рассчитайте величину Rf идентифицированных компонентов, запишите их формулы. Напишите уравнения реакций образования всех используемых веществ - «свидетелей». Полученную хроматограмму приложите к отчету.
Оборудование
: силуфольная пластинка для хроматографии, емкость с крышкой с элюентом (толуолом), пипетки, пинцет, карандаш, линейка.
Примечание: все работы проводить в вытяжном шкафу! Стакан с толуолом нельзя оставлять открытым.
Пояснения к работе: Метод тонкослойной хроматографии позволяет идентифицировать и количественно выделять многие органические вещества, особенно окрашенные, в частности, гидразоны карбонильных соединений. Основан метод на различной адсорбции веществ на твердых носителях, например, на силуфоле.

Важной характеристикой определяемых веществ является величина Rf – это расстояние от центра пятна вещества до линии старта, деленное на расстояние от линии старта до линии финиша.
(40 баллов)

Желаем удачи!


11 класс


Экспериментальный тур

Решение

Проводим на силуфольной пластинке линию старта на высоте выше, чем высота элюента в стакане (примерно 1.5 – 2 см) и линию финиша в 1-3 см от верхнего края пластини. С помощью пипеток наносим капли растворов свидетелей и исследуемой смеси на линию старта, даем пятнам высохнуть. Опускаем пластину в стакан с элюентом и дожидаемся, пока элюент поднимется до линии финиша. С помощью пинцета извлекаем пластину из стакана, сушим. Рассчитываем Rf «свидетелей» и компонентов раствора. Сопоставляя полученные величины, определяем состав выданного раствора.


Образование 2,4-динитрофенилгидразонов карбонильных соединений выражается уравнениями:

2О



2О


2О


2О


Всероссийская олимпиада школьников

Областной этап

2007-2008 учебный год

14 января 2008 года
9 класс
Решения задач теоретического тура
1. Количество вещества образующегося сероводорода (0.5 моль) превышает количество вещества сернистого газа (0.375 моль). Поскольку скорость реакции определяется количеством вещества, превращающимся в единице объема за единицу времени, то сероводород образуется с большей скоростью.
2.

1. Уравнения реакций:
NH4NO3 + KNO2 → KNO3 + N2 + 2 H2O

(кипячение водного раствора смеси солей)

NH4NO3 → N2O + 2 H2O

(термическое разложение, 200 °С)
2. Уравнение реакции:
3 NH4NO3 + 2 Al → 3 N2 + 6 H2O + Al2O3.
3. Обнаружение иона аммония выполняют действием на образец концентрированного раствора щелочи при нагревании. В присутствии солей аммония появляется резкий запах аммиака.
NH4NO3 + KOH → NH3 + KNO3 + H2O
Присутствие в пробе нитрат-иона устанавливают добавлением к ней меди и концентрированной серной кислоты. В результате выделяется газ бурого цвета.

2 NH4NO3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 + 2 HNO3,


4 HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O.
3. Уравнение реакции:
2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
В соответствии с ним из 2 моль NaHCO3 (168 г) образуется по 1 моль воды (18 г) и диоксида углерода (44 г). Таким образом, с каждых 168 г исходного гидрокарбоната натрия образуется 62 г летучих продуктов.

Уменьшение массы исходного образца на 3.00 г соответствует превращению 8.13 г исходного гидрокарбоната натрия (в результате расчета по пропорции). Разделив это значение на массу исходного образца, получаем выход η = 81.3 %.

Ответ: 81.3 %.
4.

1. HA ↔ H+ + A,

2. В соответствии с принципом Ле Шателье равновесие диссоциации сместится влево, поскольку в результате добавления в раствор соли (являющейся сильным электролитом) в нем появляются анионы A, являющиеся продуктом диссоциации слабой кислоты. Обычно оказывается, что равновесие диссоциации HA практически полностью смещено влево. Смещение равновесия в сторону исходных веществ означает, что концентрация ионов водорода в растворе уменьшается.

3. При добавлении сильной кислоты часть ионов Aпревратится в молекулы HA. При добавлении сильного основания часть молекул HA перейдет в анионы A. В обоих случаях равновесие диссоциации будет смещено в сторону исходных веществ. Концентрация ионов водорода в растворе в результате указанных воздействий изменится незначительно.

4. Буферные растворы – растворы, способные сохранять прежнюю концентрацию ионов водорода при добавлении к ним некоторых количеств сильных кислот или оснований.

5. Буферные растворы используют для обеспечения постоянства в растворе концентрации ионов водорода при выполнении экспериментов.


Всероссийская олимпиада школьников

Областной этап

2007-2008 учебный год

14 января 2008 года
10 класс
Решения задач теоретического тура
1. 1. Октановое число (О.ч.) характеризует детонационную стойкость топлив для двигателей с воспламенением от искры. Численно равно содержанию (в % по объему) изооктана (О.ч. этого соединения принято за 100) в его смеси с н-гептаном (О.ч. равно 0), при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости испытуемому топливу в стандартных условиях испытания.

2. Тривиальное название 2,2,4-триметилпентана – изооктан, следовательно, расчет октанового числа этой смеси сводится к определению объемной доли изооктана в смеси.

Уравнение хлорирования в общем виде:

hv

CnH2n+2 + Cl2  CnH2n+1Cl + HCl
Количества углеводородов и монохлорпроизводных равны. Пусть n(C8H17Cl) = х, а n(С7H15Cl) = y. Массы равны: m(C8H17Cl) = 148.5х и m(С7H15Cl) = 134.5y. По условию задачи 148.5х / 134.5y = 2, отсюда y = 0.552x. Массы исходных углеводородов равны: m(C8H18) = 114х, а m(С7H16) = 100 . 0.552x = 55.2x, объемы - V(C8H18) = 114х / 0.6916 = 164.8352x, V(С7H16) = 55.2x / 0.6837 = 80.7371x, объемная доля изооктана φ(C8H18) = [164.8352x / (164.8352x + 80.7371x)] . 100 = 67 %.

Таким образом, октановое число исходной смеси равно 67.

3. Хлорирование предельных углеводородов на свету – цепной радикальный процесс, состоит из трех стадий:

1. Инициирование:

Cl2  Cl• + •Cl (на свету)

2. Рост цепи:

CnH2n+2 + Cl•  CnH2n+1• + HCl


CnH2n+1• + Cl2  CnH2n+1Cl + Cl•

3. Обрыв цепи:

Cl• + •Cl  Cl2

CnH2n+1• + Cl•  CnH2n+1Cl

2CnH2n+1•  CnH2n+1 - CnH2n+1

Для исходных углеводородов возможно образование следующих монохлорпроизводных:


изооктан

2,2,4-триметил-3-хлорпентан


2,4,4-триметил-2-хлорпентан

2,2,4-триметил-1-хлорпентан

2,4,4-триметил-1-хлорпентан

1-хлоргептан

3-хлоргептан


н-гептан

2-хлоргептан

4-хлоргептан

2.

1. Na2SO4, 2. Ba(NO3)2, 3 Pb(NO3)2, 4. Na2CO3, 5. CH3COOH, 6. HNO3,

7. Na3PO4, 8. ZnCl2, 9. MnCl2, 10. NaOH.
Me2+ + CO32-  MeCO3 Me = Ba, Pb, Zn

3 Me2+ + 2 PO43-  Me3(PO4)2

MeCO3 + 2 CH3COOH  Me(OOCCH3)2 + H2CO3



MeCO3 + 2 HNO3  Me(NO3)2 + H2CO3


Ba2+ + SO42-  BaSO4 Pb2+ + SO42-  PbSO4

Pb2+ + 2 OH-  Pb(OH)2 Pb(OH)2 + 2 NaOH  Na2[Pb(OH)4]

Pb2+ + 2 Cl-  PbCl2 (м.р.) PbCl2 + 4 NaOH  Na2[Pb(OH)4] + 2 NaCl

Mn2+ + 2 OH-  Mn(OH)2 2 Mn(OH)2 + O2 + 2 H2O 2 Mn(OH)4 (или MnO2 x H2O )

3. Сгоранию метана соответствует уравнение:

CH4 (г) + 2 O2 (г)  CO2 (г) + 2 H2O (ж)

В соответствии с законом Гесса энтальпия реакции сгорания 1 моль метана равна:

Н = Нобр.(CO2) + 2Нобр.(H2O)  Нобр.(CН4) =

=  393.5 + 2  (285.8)  (74.8) =  890.3 кДж/моль

Количество вещества оксида углерода (IV):

n(CO2) = (267.1) / (890.3) = 0.3 моль

Количество вещества гидроксида натрия:

n(NaOH) = 0.2 л  2 моль/л = 0.4 моль.

Оксид углерода (IV) и гидроксид натрия взаимодействует по уравнениям:

x x

CO2 + NaOH  NaHCO3 (1)

у 2y

CO2 + 2 NaOH  Na2CO3 + H2O (2)
Пусть x моль CO2 взаимодействует с NaOH по уравнению (1), а y моль – по уравнению (2). Тогда:

x + y = 0.3

x + 2y = 0.4

Откуда x = 0.2 моль, y = 0.1 моль.

n(NaHCO3) = x = 0.2 моль; m(NaHCO3) = 0.2 моль  84 г/моль = 16.8 г

n(Na2CO3) = y = 0.1 моль; m(Na2CO3) = 0.1 моль  106 г/моль = 10.6 г

Масса раствора равна:


m(р-ра) = m(р-ра NaOH) + m(CO2) + m(H2O) =

= 200 мл  1.08 г/мл + 0.3 моль  44 г/моль + 0.6 моль  18 г/моль = 240 г

Массовые доли NaHCO3 и Na2CO3 составляют:

(NaHCO3) = = 7.00 %
(Na2CO3) = = 4.42 %
4. 1. Резкое падение давления при охлаждении реакционной смеси до 100 oC связано с тем, что один из продуктов реакции – вода, конденсирующаяся при указанной температуре.

2. Газообразный продукт обязательно должен содержать углерод и азот. Молярная масса газообразного продукта:

М(продукта) = М(возд.) · Dвозд.(продукта) = 29 г/моль · 1.79 = 51.9  52 г/моль. По величине молярной массы можно сделать вывод, что неизвестный газ – дициан C2N2.

3. Уравнение реакции:

4 HCN +O2 = 2 C2N2 + 2 H2O (150 oC, серебряный катализатор).

4. Молярная масса исходной смеси газов: М =  · Vm,

для н.у. М = (н.у.) · 22,4 л/моль = 1.34 г/л · 22.4 л/моль = 30.0 г/моль.

5. Состав исходной смеси:

М(HCN + O2) = (HCN) · М(HCN) + (O2) · М(O2) =

= (HCN) · М(HCN) + (1–(HCN)) · М(O2), отсюда, обозначив х = (HCN), получаем:

30 = 27х + 32(1 – х) = 27х + 32 – 32х = –5х + 32

5х = 2

х = 0.4, т.е. (HCN) = 0.4 (40 %) и (O2) = 1 – 0.4 = 0.6 (60 %).

Следовательно, исходная смесь содержала:

Vисх.(HCN) = (HCN) · Vнач. = 200 · 0.4 = 80 л циановодорода и

Vисх.(O2) = 200 – 80 = 120 л кислорода.


6. Конечный объем смеси равен:

Vкон =Vнач. – Vреаг.(HCN) – Vреаг.(O2) + Vобраз.(C2N2).

Так как смесь была приведена к нормальным условиям, объемом жидкой воды можно пренебречь.

Обозначив y = Vреаг(HCN), и учитывая, что в соответствии с уравнением реакции Vреаг.(HCN) = 4 Vреаг.(O2) = 2 Vобраз.(C2N2), получаем:

Vкон =Vнач. – у – 0.25 у + 0.5 у = Vнач. – 0.75 у.

С другой стороны, в соответствии с условием задачи:

Vкон. =Vнач. / 1.32 = 200 /1.32 = 152 л. Тогда:

152 = 200 – 0.75 у

у = (200 – 152) / 0.75 = 64.

Следовательно, образовалось дициана Vобраз.(C2N2) = 64 / 2 = 32 л. При этом прореагировало 64 л циановодорода и 16 л кислорода.

7. Поскольку циановодород взят в недостатке, расчет выхода необходимо вести по нему:

(C2N2) = Vреаг.(HCN) / Vисх.(HCN) = 64 / 80 = 0.80 (80 %).

Всероссийская олимпиада школьников

Областной этап

2007-2008 учебный год

14 января 2008 года
11 класс
Решения задач теоретического тура
1. Жидкость А — это органическое соединение. Тогда очевидно, что при горении А образуется вода и газ СО2, который в реакции с Ba(OH)2 и образует осадок BaCO3. При действии HCl на BaCO3 получается 6.66 дм3(л) / 22.4 л/моль = = 0.2973 моль СО2.

СО2 + 2 NaOH  Na2CO3 + H2O

Na2CO3 + Ba(OH)2  BaCO3 + 2 NaOH

BaCO3 + 2 HCl  BaCl2 + H2O + CO2


Однако если считать, что осадок состоит только из BaCO3, должно получаться 59.74 г / 197 г/моль = 0.3032 моль CO2. Следовательно, CO2 и H2O не единственные продукты горения. Жидкость А должна содержать еще какой-нибудь элемент, способный образовывать летучий кислый оксид. Поскольку исходная жидкость имеет неприятный запах, можно предположить, что этот элемент — сера, а соответствующий оксид - SO2. При этом протекают реакции, идентичные вышеприведенным.

n(CO2) + n(SO2) = 0.2973 моль

n(CO2)  M(BaCO3) + n(SO2)  M(BaSO3) = 59.74 г
n(CO2) = 0.2387 моль  m(CO2) = 10.5 г

n(SO2) = 0.0586 моль  m(SO2) = 3.75 г

m(H2O) = 16.41 г – [m(CO2) + m(SO2)] = 2.16 г

Масса воды равна 2.16 г и количество моль n(H2O) = 0.120 моль.

m(С) + m(S) + m(H) = 0.2387  12 + 0.0586  32 + 0.24  1 = 2.8644 + 1.8752 + 0.24 =

= 4.98 г.

n(С) : n(S) : n(H) = 0.2387 : 0.0586 : 0.24 = 4 : 1 : 4

Общая формула вещества А — (C4H4S)n, при n = 1 вещество А — тиофен.

Тиофен ароматичное соединение. Он легко вступает в

реакции замещения, например, при нитровании образует 2-

нитротиофен. Тиофен окисляется азотной кислотой с разрушением молекулы, поэтому нитруют его ацетилнитратом



В реакции тиофена с Cl2 происходит замещение водорода, но не разрыв двойных связей. При этом могут образоваться как моно-, так и полихлортиофены:




Можно предложить еще несколько формул соединений состава (C4H4S)n:



<< предыдущая страница   следующая страница >>