Олимпиадное задание заключительного тура конкурса Юниор-2014 для школьников 10 класса

Олимпиадное задание заключительного тура конкурса Юниор-2014
для школьников 10 класса
1. Природный газ содержит в среднем 85% СН4, 6% О2, 3% СО, 1,5% N2, 4,5 % СО2.
Какой объем воздуха необходим для сгорания 1 м3 этого газа?
Примите, что
содержание О2 в воздухе составляет 21% (по объему).
2. Газы, образующиеся при электролизе уксусной кислоты пропустили через
промывную склянку, заполненную концентрированным раствором КОН, масса,
которого равна 64,274 г. После окончания электролиза масса жидкости в промывной
склянке возросла до 69,486 г. Напишите уравнения реакций, происходящих при
электролизе, если известно, что электроды изготовлены из платины. Какие
газообразные продукты выделятся на аноде и каков объем этих газообразных
продуктов (н.у.).
3. При взаимодействии газообразного хлоропроизводного углеводорода А с бромом
образуется единственный продукт – соединение Б, содержащее по данным
элементного анализа 10,8% углерода по массе. Установите формулу исходного
соединения
А, напишите уравнение реакции бромирования. Какие соединения
будут содержаться в растворе, полученном при взаимодействии А с избытком
хлорной воды.
4. В коровьем масле содержание молочного жира достигает 81-82.5%. Для полного
гидролиза образца одного из триглицеридов, входящих в состав молочного жира,
массой 16.08 г необходим 25%-ный раствор КОН объемом 11.4 мл и плотностью
1.18 г/мл. Полученный раствор обесцветил бромную воду, образовавшееся при этом
производное содержит 36.2% брома по массе. Предположите возможную формулу
триглицерида, приведите аргументированное решение. Что будет наблюдаться при
подкислении раствора, содержащего продукты омыления триглицерида?
Ответы и решения
1. В 1 м3 (1000 л) природного газа содержится 850 л (37,95 моля) метана, 60 л (2,68
моля) этана и 30 л (1,34 моля) СО. Остальное приходится на азот, двуокись углерода,
инертные газы, которые не принимают участия в реакциях горения.
• СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О,
т.е. на сгорание 1 моля метана расходуется 2 моля кислорода, на 37,95 моля
потребуется 37,95·2 = 75,90 моля О2.
• С2Н6+ 3,5О2 = 2СО2 + ЗН2О,
следовательно, для сгорания 1 моля этана требуется 3,5 моля О2, а для сгорания 2,68
моля этана будет затрачено 3,5 ⋅ 2,68=9,38 моля О2.
• СО + 0,5О2 = СО2,
На окисление 1 моля СО идет 0,5 моля О2, а для окисления 1,34 моля СО надо взять
0,5·1,34 = 0,67 моля О2. Таким образом, всего потребуется 75,90+9,38+0,67 =85,95
моля О2. В 1 м3 воздуха содержится 210 л (9,38 моля) О2. Для сгорания 1 м3
природного газа понадобится израсходовать
V= 85,95/9,38 = 9,17 м3 воздуха
Ответ: 9,17 м3 воздуха
2. При электролизе раствора уксусной кислоты происходят следующие электродные
процессы:
на катоде: 2H++2e=H2,
на аноде: 2CH3COO − - 2e = C2H6 +2CO2
В промывной склянке поглотилось 69.486–65.274 = 5.212 г СО2 (М=44), или
5,212:44=0,1185 моля. Газ СО2 занимает объем (при нормальных условиях)
22.4·0.1185 = 2.654 л. Этан занимает вдвое меньший объем (по уравнению реакции
на аноде выделяется 2 моля СО2 и 1 моль C2H6) т.е. 1.327 л.
Ответ: C2H6 – 1.327 л.; СО2 – 2.654 л.
3. Соединение Б
по условию задачи содержит
10,8% углерода по массе и,
соответственно, 100- 10,8 = 89,2 % по массе Cl , Вr и, возможно, водорода. Таким
образом, на один атом углерода в соединении Б приходится 12 ⋅ 89,2/10,8=99,11
единиц атомной массы этих элементов. Выразим состав продукта Б уравнением:
х(Н) + 35,5у(С1) + 80z(Br) = 99,11. Это уравнение не имеет целочисленных решений.
Если же в молекулы А и Б входит четное число атомов углерода, то при двух
атомах углерода уравнение имеет вид х(Н) + 35,5у(С1) + 80z(Br) = 198,22. Это
уравнение имеет целочисленное решение: х=3, y=1, z = 2, тогда формула Б –
С2Н3СlВг2 и это соединение было получено из А по следующему уравнению:
СН2=СНС1 + Вr2 → С2Н3СlВr2
Таким образом, А - винилхлорид, СН2=СНС1; Б – С2Н3СlВг2
При взаимодействии А с избытком хлорной воды в растворе будет находиться
хлоральгидрат (продукт присоединения воды к трихлоруксусному альдегиду),
образующийся в результате следующих реакций:
СН2=СНCl → [СН2С1СН(ОН)С1] → СН2С1СНО→СС13СНО → СС13СН(ОН)2
4. При щелочном гидролизе триглицерида образуются глицерин и соли карбоновых
кислот
Рассчитаем количество КОН, необходимое для гидролиза:
ν(KOH) = V ρω / M = 3.363 / 56 = 0.06 моль.
Значит, ν(жира) в три раза меньше, ν(жира) = 0.06/3 = 0.02 моль. Тогда его
молярная масса равна:
M(жира) = m(жира) / ν(жира) = 16.08/0.02 = 804 г/моль.
Обозначим молярные массы радикалов как M 1 , M 2 и M 3 .
M(жира) = M 1 + M 2 + M 3 + 173 = 804, где 173 это молярная масса остатка жира без
радикалов. Тогда:
M1 + M 2 + M 3 =
631 .
Так как продукт гидролиза присоединяет бромную воду, следовательно, в жире есть
хотя бы один непредельный радикал: R1 = =
Cn H 2n-1R 2 C=
Ck H 2k+1
m H 2m+1R 3
12n+2n–1+12m+2m+1+12k+2k+1=631, n+m+k=45.
Дальше действуем подбором.
Вариант 1: C15H 29COOH , C15H31COOH , C15H31COOH .
Проверяем массовую долю брома в C15H 29 Br2COOH :
ω (Br) = 160 / 414 = 0.386 – слишком много, не подходит по условию задачи.
Вариант 2: C17 H33COOH , C13H 27COOH , C15H31COOH .
Проверяем массовую долю брома в C17 H33Br2COOH :
ω (Br) = 160 / 442 = 0.362 (36.2%) – подходит.
Ответ: Структурная формула жира:
Обратите внимание, что природные жиры, к которым относится и молочный жир,
должны содержать остатки карбоновых кислот исключительно с четным числом
атомов углерода. При подкислении раствора, образующегося при гидролизе такого
жира, нерастворимые карбоновые кислоты будут выпадать в осадок.
RCOOK + HCl → RCOOH↓ + KCl.