Задания теоретического тура

Задача 3

Если оранжевое твердое вещество А насыпать горкой и ее вершину быстро нагреть горящей магниевой лентой, то оно начинает самопроизвольно разлагаться, и этот процесс очень напоминает "извержение вулкана": образуется кратер, из которого вверх вырываются газовые струи, выносящие раскаленные частицы темно-зеленого "пепла".

Если вещество А нагревать медленно, то оно последовательно превращается в кристаллические вещества B, C, D и E:

A B C D E

Кроме твердых продуктов на разных стадиях разложения выделяются и газообразные (при температуре разложения) вещества.

Медленное нагревание до 235°С навески А массой 15,13 г дает 12,06 г В и газообразные продукты, пропускание которых через колонку с твердым гидроксидом калия приводит к увеличению ее массы на 2,16 г. Если газ, выходящий из колонки, пропустить через избыток 20%-ного раствора серной кислоты, его объем уменьшается в два раза. При дальнейшем нагревании В до 260°С образуется 10,44 г вещества С , а пропускание газообразных продуктов разложения через колонку с твердой щелочью также приводит к увеличению ее массы, а объем оставшегося газа уменьшается наполовину при пропускании его через избыток 20%-го раствора серной кислоты. При нагревании полученного вещества С до 300°С образуется только 10,08 г вещества D и бесцветная при 20°С жидкость. По данным элементного анализа вещества С и D содержат соответственно 39,85% и 38,10% кислорода по массе.

Приведите формулу и название А, а также уравнение реакции, протекающей при "извержении вулкана".

Установите формулы веществ В - Е.

Напишите четыре суммарных уравнения превращений, протекающих на каждой из стадий последовательного разложения вещества А.

Выведите суммарное уравнение термического разложения вещества А при его медленном нагревании до 420°С.
(ответ)

Задача 4

"Драгоценным аквамарином в серебряной оправе заснеженных хребтов" назвал П.П. Семенов-Тянь-Шанский озеро Иссык-Куль. В старые времена оно называлось Туз-Куль, или "соленое озеро", из-за высокой минерализации его воды. Средний химический состав воды в Иссык-Куле по данным В. Матвеева и О. Алекина следующий (в мг/л):

Наиболее трудоемко определение натрия и калия, поэтому обычно их содержание устанавливают по разности. Иссык-Кульская вода содержит также незначительные количества нитратов и фосфатов, преимущественно естественного происхождения. Величина рН озерной воды около 7,5.

Кислород, растворенный в воде, определяют классическим методом Винклера, основанным на реакции между кислородом и суспензией гидроксида марганца (II) в щелочной среде. Продукт окисления реагирует затем с иодид-ионами. На титрование иода, выделяющегося при анализе 100,0 мл озерной воды, расходуется 8,0 мл 0,02М раствора тиосульфата.

Определите концентрацию (мг/л) ионов натрия и калия и заполните пропуски в таблице. Известно, что масса содержащегося в озере натрия в 12 раз больше, чем масса калия.

Каково содержание (мг/л) растворенного в Иссык-Куле кислорода? Проанализируйте возможные ошибки, присущие методу Винклера.

Оцените карбонатную и некарбонатную жесткость воды в Иссык-Куле (в ммоль эквивалентов ионов кальция и магния в 1 л воды).

Как вы думаете, в какое время года содержание нитратов и фосфатов в озере минимально, а когда — максимально, и почему?

Концентрация карбонат-ионов в воде мала и не поддается непосредственному определению. Постарайтесь установить эту величину.

Кремнистый ил на дне озера имеет примерный состав (мас.%):

Вычислите эмпирическую брутто-формулу озерного ила.

Кальций в озерной воде определяют осаждением в виде оксалата, который затем растворяют в соляной кислоте. Вычислите минимальную концентрацию раствора соляной кислоты, 1 литр которого способен растворить 0,01 моль оксалата кальция.

В одной из московских газет корреспондент, говоря о некотором курорте, находящемся на широте Иссык-Куля, пишет: "А как хорошо чувствуешь после сернобромиодистой ванны! В домашних условиях ее тоже можно приготовить, просто напустите в воду серы (ароматизирует), брома (успокаивает) и йода (дезинфицирует)".

Укажите на неточности, допущенные в газете. Что бы вы сказали корреспонденту при встрече ?

Для справок: значения К₁ и К₂ угольной кислоты равны, соответственно, 10^-6,38 и 10^-10,38, значения К₁ и К₂ щавелевой кислоты равны 5,6*10^-2 и 5,9*10^-5, произведение растворимости CaC₂O₄  2,6*10^-9. (ответ)

По данным академика Ласкорина, в илистых отложениях на дне озера Иссык-Куль в некоторых местах содержание урана несколько повышено. Уран состоит из изотопов U и U , которые являются родоначальниками радиоактивных рядов. Промежуточными продуктами в каждом ряду являются изотопы радона:

U ... Rn ... Pb

T_1/2= 3,8 дня

U ... Rn - ... ²⁰⁷Pb

T_1/2 = 3,9 с

Здесь T_1/2 — период полураспада соответствующего изотопа. Изотопы радона выделяются из урансодержащего образца и мигрируют к поверхности воды.

При распаде изотопов радона излучаются альфа-частицы, пробег которых в воздухе не превышает нескольких сантиметров.

Предположите, чему равно массовое число изотопа радона, получающегося в ряду урана-235. Ответ поясните.

Какой изотоп какого элемента образуется при распаде каждого изотопа радона ?

Какой из изотопов радона представляет наибольшую опасность? Почему? Средняя глубина озера около 280 м.

Укажите причины, по которым не рекомендуется длительное время находиться в местах выделения радона.

Рассчитайте радиоактивность на 1 л воздуха (н.у.) в Бк, если концентрация радона в воздухе над поверхностью воды достигла величины 2,3^.10^-14% по объему. Напомним, что 1 Бк = 1 расп/с. Перемешиванием воздуха можно пренебречь. Радиоактивный распад описывается кинетическим уравнением первого порядка.

Через какое время радиоактивность пробы воздуха, отобранной для анализа, уменьшится приблизительно в 30 раз?
(ответ)

Оптически активное монохлорпроизводное Х углеводорода А при действии сильного основания в смеси эфира с гексаном приводит преимущественно к образованию оптически активного углеводорода В. Этот углеводород В при окислении подкисленным раствором перманганата калия образует единственную кислоту Y, на титрование 0,147 г которой расходуется около 16 мл 0,125М раствора гидроксида калия. Нагревание кислоты Y с ацетилхлоридом дает вещество Z, содержащее 37,5% кислорода по массе. Присоединение хлороводорода к углеводороду В дает четыре оптически активных вещества.

Установите молекулярную и предложите возможные структурные формулы кислоты Y.

Предложите возможные структурные формулы углеводорода В.

Изобразите пространственное строение соединения А и дайте его полное название по систематической номенклатуре.

Напишите схемы проведенных превращений.

Объясните механизм превращения Х в В.

Производные фурана входят в состав природных соединений, в том числе алкалоидов, интенсивно исследуемых учеными-химиками Среднеазиатского региона.

Оксопроизводные ряда фурана, в частности, замещенные 2,3-дигидрофуран-2,3-дионы, обладают высокой реакционной способностью. В результате изучения нуклеофильных превращений фурандионов было найдено, что при взаимодействии 5-фенил-2,3-дигидрофуран-2,3-диона (А) с этанолом образуется этиловый эфир бензоилпировиноградной (2,4-диоксо-4-фенилбутановой) кислоты (Б). Эфир Б реагирует с
о-фенилендиамином в нейтральной среде с образованием бесцветного соединения В ,а в кислой среде — с образованием ярко-желтого соединения Г. Соединение Гобразуется также при взаимодействии фурандиона Ас о-фенилендиамином и при кипячении соединения В в водном растворе кислот. По данным масс-спектров молекулярная масса соединения В равна 292, а соединения Г — 264. В спектре ПМР соединения В имеются группа сигналов ароматических протонов, сигналы протонов этильной группы и группы СН₂. В спектре ПМР соединения Гимеются группа сигналов ароматических протонов, сигнал протона при этиленовом атоме углерода и сигналы протонов двух групп NH.

Напишите структурные формулы соединений А — Г.

Напишите уравнения описанных превращений.

Поясните, по каким возможным причинам соединение Г ярко окрашено, а соединение В — бесцветно.

Какие возможны изомерные формы для соединения Г, и в какой из них, вероятнее всего, оно существует и почему?