Министерство образования РФ Средняя общеобразовательная
advertisement
Министерство образования РФ Средняя общеобразовательная школа №2 г. Моршанска. Обобщающий материал по органической химии для профильных химико- биологических классов. Учитель химии : Черноусова Н.А. г. Моршанск 2010-2011 учебн. год. Зачетное занятие №1 для профильного химико-биологического класса по теме « Субмолекулярный и молекулярный уровень строения органических веществ.. Вариант 1. Задание 1. Подсчитайте сумму числа протонов и электронов 4,48г метана. Решение. n(CH4) = 4,48г : 16г/моль = 0,28моль n = N / NA N = 0,28 (6,02 1023) = 1,68 1023 молекул число протонов равно 10 (1,68 1023) = 1,68 1024 протонов число электронов равно числу протонов (1,68 1024 электронов) (р и ē) = (1,68 1024) + (1,68 1024) = 3,36 1024 Ответ: (р и ē) = 3,36 1024. Задание 2. Укажи стрелкой на линиях связи направление смещения электронной плотности, а также знаки частичных зарядов, которые приобретают атомы в результате этого смещения. Cl H | | H – Cl F–N–F Cl – C – Cl H – C – Cl | | | F Cl H Решение. Смещение электронной элементам: H+ → Cl- плотности F- ← N+ → F↓ F- наблюдается к Cl↑ Cl- ← C+ → Cl↓ Cl- более электроотрицательным H+ ↓ H+ → C → Cl↑ H+ Задание 3. Как меняется полярность связи в ряду: C(sp3) – H, C(sp2) – H, C(sp) – H. C(sp3) – N, C(sp2) – N, C(sp) – N. Решение. Чем больше доля S-характера гибридной орбитали, тем меньше размер орбитали и тем больше электроотрицательность атома углерода (sp3) – H C(sp2) – H C(sp) – H. т. к. увеличивается электроотрицательность в данном ряду увеличивается полярность связи C(sp3) – N, C(sp2) – N, C(sp) – N. т. к. увеличивается электроотрицательность атома улерода в данном ряду, смещение электронной плотности на атом азота уменьшается, значит полярность связи уменьшается. Задание 4. Определить массовую долю фтороводорода в смеси с пропаном, если известно, что при н. у. молярная масса смеси равна молярной массе этана. Решение. ( 1 - х) моль х моль HF C3H8 М = m смеси/n смеси 30 = 20 (1 - х) + 44 х 30 = 20 – 20х + 44х 10 = 24х х = 0,417 m C3H8 = 0,417 моль 44 г/моль = 18,33 г. m HF = 0,583 моль 20 г/моль = 11,67 г. m смеси = 30 г. HF = 11,67 100% / 30 = 38,9% Ответ: HF = 38,9% Задание 5. Составьте структурные формулы двух ближайших гомологов для вещества: 2-метилбутен-2 Решение. СН3 – СН – СН2 – СН – СН3 | | CH3 CH3 СН3 – С = С – СН2 – СН2 – СН3 | | CH3 C2H5 СН2 = СН – СН = СН – СН = СН – СН3 СН3 - С = СН – СН – СН2 – СН3 | CH3 | CH3 Ближайшие гомологи вещества 2-метилбутен-2 СН3 – С = СН – СН3 | CH3 СН3 – С = СН2 | 2-метилпропен CH3 СН3 – С = СН – СН2 – СН3 2-метилпентен-2 | CH3 Вариант 2. Задание 1. Во сколько раз число атомов водорода, больше числа атомов углерода в 4,48л этана (С2Н6) (н.у.)? Решение. n(C2H6) = 4,48л : 22,4л/моль = 0,2моль N(C2H6) = 0,2 (6,02 1023) = 1,204 1023молекул N(C) = (1,204 1023) 2 = 2,408 1023молекул N(H) = (1,204 1023) 6 = 7,224 1023молекул N(H) / N(C) = (7,224 1023) / (2,408 1023) = 3 Ответ: в 3 раза число атомов водорода больше числа атомов углерода. Задание 2. Укажи стрелкой на линиях связи направление смещения электронной плотности, а также знаки частичных зарядов, которые приобретают атомы в результате этого смещения. H H | | H–S H–N–H H–C–H H – C – Cl | | | | H H H Cl Решение. Смещение электронной элементам: H+ → S↑ H+ плотности H+ → N- ← H+ ↑ H+ наблюдается к H+ ↓ H+ → C- ← H+ ↑ H+ более электроотрицательным H+ ↓ H+ → C → Cl↓ Cl- Задание 3 Сколько p – орбиталей имеется на внешнем уровне атома углерода в состоянии: а) основном -------------; б) возбужденном -------------; в) sp3– гибридном ------------; г) sp2 – гибридном --------------; д) sp – гибридном ------------. Решение. Сколько p – орбиталей имеется на внешнем уровне атома углерода в состоянии: а) основном - две; б) возбужденном - три; в) sp3– гибридном - ноль; г) sp2 – гибридном одна; д) sp – гибридном - две. Задание 4. Рассчитайте молярную массу смеси, в которой на один моль метана приходится два моль этана, три моль пропана и четыре моль бутана. Определите массовую долю метана в смеси. Решение. 1моль CH4; 2моль C2H6; 3 моль; C3H8; 4 моль C4H10 М = m смеси/n смеси М = 1 16 + 2 30 + 3 44 + 4 58/10 = 44 г/моль m смеси = 440 г. n смеси = 10 моль CH4 = 16 100% / 440 = 3,64% Ответ: CH4 = 3,64% М смеси = 44 г/моль Задание 5. Изобразите структурные формулы следующих веществ: 2,5-диметилгексан, 2-метил-3-этилпентан, гексатриин-1,3,5, 2,5-диметилгексен-1 Составьте структурные формулы двух ближайших гомологов для вещества: 2метилпентен-2 Решение. СН3 – СН – СН2 – СН2 – СН – СН3 СН3 – СН – СН – СН2 – СН3 | | | | CH3 CH3 CH3 C2H5 СН С – С С – С СН СН2 = С – СН2 – СН2 – СН – СН3 | | CH3 CH3 Ближайшие гомологи вещества 2-метилпентен-2 СН3 – С = СН – СН2 – СН3 | CH3 СН3 – С = СН – СН3 | CH3 СН3 – С = СН – СН2 – СН2 – СН3 | CH3 2-метилбутен-2 2-метилгексен-2 Вариант 3. Задание 1. Подсчитайте сумму числа протонов и электронов 9г этана. Решение. n(C2H6) = 9г : 30г/моль = 0,3моль n = N / NA N = 0,3 (6,02 1023) = 1,806 1023 молекул число протонов равно 18 (1,806 1023) = 3,2508 1024 протонов число электронов равно числу протонов (3,2508 1024 электронов) (р и ē) = (3,2508 1024) + (3,2508 1024) = 6,5016 1024 Ответ: (р и ē) = 6,5016 1024. Задание 2. Укажи стрелкой на линиях связи направление смещения электронной плотности, а также знаки частичных зарядов, которые приобретают атомы в результате этого смещения. Cl H | | H – Br CI – P – CI Cl –C – Cl H – C – Br | | | CI H Br Решение. Смещение электронной элементам: H+ → Br- плотности CI-← P+ → CI↓ CI- наблюдается к Cl↑ Cl-← C+→ Cl↑ H+ более электроотрицательным H+ ↓ H+ → C → Br↓ Br- Задание 3. Как меняется полярность связи в ряду: C(sp3) – CI, C(sp2) – CI, C(sp) – CI. C(sp3) – O, C(sp3) – N, C(sp3) – H. Решение. Чем больше доля S-характера гибридной орбитали, тем меньше размер орбитали и тем больше электроотрицательность атома углерода C(sp3) – CI, C(sp2) – CI, C(sp) – CI. т. к. увеличивается электроотрицательность атома улерода в данном ряду, смещение электронной плотности на атом хлор уменьшается, значит полярность связи уменьшается. C(sp3) – O, C(sp3) – N, C(sp3) – H. O N H т.к. в данном ряду атомов электроотрицательность уменьшается, значит полярность связи уменьшается. Задание 4. Напишите формулу гомолога метана, если известно, что масса 5,6 литра его при н.у. составляет 11г. Определить массовую долю углерода в данном соединении. Решение. СхН2х+2 n = V/ Vm n СхН2х+2 = 5,6 л/22,4л/моль = 0,25моль М = m /n М = 11 г / 0,25моль = 44г/моль М СхН2х+2 = 44 12х + 2х + 2 = 44 14х = 42 х = 3 С3Н8 пропан (С) = 36 100% / 44 = 81,82% Ответ: (С) = 81,82% Задание 5. Изобразите структурные формулы следующих веществ: 2,2-диметил -3 этилгептан, 2-метил-4-этилгептан, октатриен-1,3,5, 2,2-диметилгексен-3 Составьте структурные формулы двух ближайших гомологов для вещества: 2,2 - диметилбутан Решение. CH3 C2H5 | | СН3 – С – СН – СН – СН3 | CH3 C2H5 | СН3 – СН - СН2 – СН – СН2 – СН2 – СН3 | CH3 СН2 = СН – СН = СН – СН = СН – СН2 – СН3 CH3 | СН3 - С - С = СН – СН2 – СН3 | CH3 Ближайшие гомологи вещества 2,2-диметилбутан CH3 | СН3 – С - СН2 – СН3 | CH3 CH3 | СН3 – С - СН3 | CH3 2,2-диметилпропан CH3 | СН3 – С - СН2 – СН2 – СН3 2,2-диметилпентан | CH3 Вариант 4. Задание 1. Гормон инсулин имеет относительную молекулярную массу 5734. Вычислите массу (г) одной молекулы инсулина. Решение. М инсулина = 5734. 1моль инсулина содержит 6,02 1023 молекул. 6,02 1023 молекул -------------------- 5734г 1 молекула --------------------- х г. х = 5734 / 6,02 1023 х = 9,525 10 -21 г Ответ: масса молекулы инсулина = 9,525 10 -21 г Задание 2. Укажи стрелкой на линиях связи направление смещения электронной плотности, а также знаки частичных зарядов, которые приобретают атомы в результате этого смещения. H–I O–H | H H H | | Н - C – C – CI | | H H Решение. Смещение электронной элементам: H+ → I- О- ← H+ ↑ H+ плотности F | F–C–F | H наблюдается к H+ H+ ↓ ↓ H+ →C- → C- → Cl↑ ↑ H+ H+ более электроотрицательным F↑ F-←C+ → F↑ H+ Задание 3 Определите тип гибридизации атомов углерода в соединениях: бутан, бутен-2, бутин-2, бутадиен-1,2, бутадиен 1,3. Решение. СН3 – СН2 – СН2 – СН3 СН3 – СН = СН – СН3 СН3 – С С – СН3 3 3 3 3 3 2 2 3 sp sp sp sp sp sp sp sp sp3 sp sp sp3 СН = С = СН – СН3 sp2 sp sp2 sp3 СН2 = СН - СН = СН2 sp2 sp2 sp2 sp2 Задание 4. Определите молекулярную формулу вещества, в котором массовая доля углерода равна 39,97%, водорода – 6,73%, кислорода – 53,3%. Плотность паров этого вещества по углекислому газу равна 4,091. Решение. СхНуОz M = 4,091 44 = 180; mC = 39,97г mH = 6,73г mO = 53,3г nC : nH : nO = 3,33 : 6,73 : 3,33 = 1 : 2 : 1 M CH2O = 30 M C6H12O6 = 180 г/моль Ответ: C6H12O6 Задание 5. Изобразите структурные формулы следующих веществ: 2,5-диметилгексин-3, 2,2-диметил-3-этилпентан, октатриин-1,3,5; 2,5-диметилгексен-2 Составьте структурные формулы двух ближайших гомологов для вещества: 2метилгексен-2 Решение. СН3 – СН – С С – СН – СН3 | | CH3 CH3 CH3 | СН3 – С – СН – СН2 – СН3 | | CH3 C2H5 СН С – С С – С С - CH2 – CH3 СН3 - С = СН – СН2 – СН – СН3 | | CH3 CH3 Ближайшие гомологи вещества 2-метилгексен-2 СН3 – С = СН – СН2 – СН2 – СН3 | CH3 СН3 – С = СН – СН2 – СН3 | CH3 СН3 – С = СН – СН2 – СН2 – СН2 – СН3 | CH3 2-метилпентен-2 2-метилгептен-2 Зачетное занятие №2 для профильного химико-биологического класса по теме «Углеводороды». Вариант 1. Задание 1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: a. получение дивинила (Х2), который является сырьём для производства синтетического каучука; b. получение третбутилового спирта (Х6), который используется как исходное сырьё для синтеза сложных эфиров. Al2O3, 4250C CH3 – COONa → C2H6 → C2H5Br → C2H5OH → X1 0 ↓ AlCl3, t +Br2 (h) KOHспирт Na, t0 → X2 + H2O (H2SO4) C4H10 → X3 → X4 → X5 → X6 Ответ. 1. Электролиз соли ацитата натрия. CH3 – COONa → СН3СОО- + Na+ К. 2Н2О + 2ē → Н2 + 2ОН1 A. 2 СН3СОО – 2ē → CH3 – CH3 + 2CO2 1 2H2O + 2СН3СОО- → Н2 + 2ОН- + CH3 – CH3 + 2CO2 2Na+ 2Na+ эл.ток. 2CH3COONa + 2H2O → H2↑ + CH3 – CH3 + 2NaHCO3 К А в растворе 2. Галогенирование алканов. h СН3 – СН3 + Br2 → CH3 – CH2Br + HBr 3. Взаимодействие галогеналканов с водным раствором щёлочи. CH3 – CH2Br + NaOH → CH3 – CH2OH + NaBr 4. Получение бутадиена-1,3 способом Лебедева. 4250C, Al2O3, ZnO 2CH3 – CH2OH → CH2 = CH – CH = CH2 + 2H2O + H2↑ 5. Реакция полимеризации бутадиена-1,3. Na СН2 = СН – СН = СН2 → (– СН2 – СН = СН – СН2 –)n 6. Получение бутана, реакция Вюрца. t0 2С2H5Br + 2Na → C4H10 + 2NaBr 7. Реакция изомеризации. AlCl3, t0 С4H10 → CH3 – CH – CH3 | CH3 8. Реакция галогенирования. h СН3 – СН – СН3 + Br2 → CH3 – CBr – CH3 | | CH3 CH3 9. Дегидрогалогенирование галогеналкана. СН3 – СBr – СН3 + КОН(спирт.) → CH3 – C = CH2 + KBr + H2O | | CH3 CH3 10. Гидратация алкенов. H2SO4 СН3 – С = СН2 + H2O → CH3 – C(OH) – CH3 | | CH3 CH3 Задание 2. Этан и пропан используют в быту, как топливо. Продукты полного сгорания 6,72л (н.у.) смеси этана и пропана обработали избытком известковой воды. При этом образовалось 80г осадка. Определите состав (в литрах) исходной смеси газов. Решение. (0,8 – x)/2 0,8 – x 2C2H6 + 7O2 → 4CO2 0,3 моль x/3 x C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 6H2O 0,8 моль + 4H2O CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O n(CaCO3) = 80 г : 100г/моль = 0,8 моль n(смеси) = 6,72л : 2,24 л/моль = 0,3 моль (0,8 – х)/2 + х/3 = 0,3 х = 0,6 моль. n(C2H6) = (0,8 – 0,6)/2 = 0,1 моль V(C2H6) = 2,24 л. n(C3H6) = 0,6/3 = 0,2 моль. V(C3H6) = 4,48 л. Ответ: 2,24 л. С2H6, 4,48л. C3H6 Вариант 2. Задание 1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: a. получение бензотрикарбоновой кислоты (Х3), которая используется в синтезе смол и красителей; b. получение полиэтилена, который применяется в качестве упаковочного и изоляционного материала, коррозионно-устойчивых покрытий. +CH3Cl Сактив, 6000С KMnO4, H2SO4 Al4C3 → CH4 → CH ≡ CH → CH ≡ CNa → X1 → X2 ↓ KOHспирт C2H6 → C2H5Br → X4 → полиэтилен Ответ. 1. Получение метана из карбида алюминия. Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4 2. Термическое разложение метана. 15000С 2СН4 → СН ≡ СН + 3Н2 3. Взаимодействие ацетилена с амидом натрия. CH ≡ CH + NaNH2 → CH ≡ CNa + NH3 4. Взаимодействие ацетилинида натрия с хлорметаном. CH ≡ CNa + CH3Cl → CH ≡ C – CH3 + NaCl 5. Тримеризация пропина, реакция Зелинского. СН ≡ С – СН3 Сакт, 6000 → СН3 СН3 СН3 6/Окисление 1,3,5-триметилбензола. → X3 CH3 CH3 + 6Н2О – 18 ē → HOOC COOH + 18Н+ 5 C | CH3 MnO4- + 8H+ + 5ē CH3 CH3 → Mn2+ HOOC + 18 18 MnO4- + 144H+ +30H2O → 5 18K+ 27SO42CH3 5 | COOH + 4H2O 18 COOH + 90H+ + 18Mn2+ + 72H2O 18K+ 27SO42COOH CH3 5 CH3 HOOC + 18KMnO4 + 27H2SO4 → 5 | CH3 COOH + 18MnSO4 + 9K2SO4 + 42H2O | COOH 6.Гидрирование ацетилена. Pt СН ≡ СН + 2Н2 → СН3 – СН3 6. Галогенирование алканов. h СН3 – СН3 + Br2 → CH3 – CH2Br + HBr 7. Дегидрогалогенирование галогеналкана. CH3 – CH2Br + KOH(спирт.) → CH2 = CH2 + KBr + H2O 8. Полимеризация этилена. nCH2 = CH2 → ( – CH2 – CH2 – )n Задание 2. При пропускании 11,2л смеси метана, оксида углерода (IV) и оксида углерода (II) через раствор гидроксида натрия, взятый в избытке, объём исходной смеси уменьшился на 4,48л. Для полного сгорания оставшейся смеси потребовалось 6,72л кислорода. Определите состав исходной смеси (в % по объёму). Объёмы газов измерены при одинаковых условиях. Решение. CH4; CO2; CO 11,2л 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O V(CO2) = 4,48л (СО2) = (4,48л 100%)/11,2л = 40% х/2 х СН4 + 2О2 6,72л 2(6,72 – х) 2СО 6,72 – х + → СО2 + 2Н2О 6,72л О2 → 2СО2 х/2 + 2(6,72 – х) = 6,72 х = 4,48л V(CO) = 4,48л (СО) = (4,48л 100%)/11,2л = 40% V(CH4) = 2,24л (СН4) = (2,24л 100%)/11,2л = 20% Ответ: (СН4) = 20%;(СО2) = 40%; (СО)= 40%. Вариант 3. Задание 1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: a. получение 1-фенилэтандиола-1,2 (Х4), который применяется в парфюмерии, входит в состав некоторых смол и бальзамов; b. получение тетрахлорэтана (Х7), который является растворителем жиров и смол; c. получение нитробензола, который применяется в производстве анилина. +C2H5Cl (AlCl3) CaC2 → C2H2 → C6H6 → ↓ C6H5NO2 Ag[(NH3)2]OH HCl X1 → KOH(спирт) X2 → KMnO4, H2O X3 → +Cl2 (изб) → X5 +Cl2 (h) X6 → X7 Ответ. 1. Получение ацетилена из карбида кальция. CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + CH ≡ CH 2. Тримеризация ацетилена, реакция Зелинского. Cактив., 400-6000С 3CH ≡ CH → 3. Алкилирование бензола, реакция Фриделя-Крафтса-Густавсона. + С2H5Cl AlCl3 → C2H5 + HCl X4 4. Хлорирование этилбензола. CH2 – CH3 + Cl2 CHCl – CH3 h → + HCl 5. Дегидрогалогенирование 1-фенил-1-хлорэтана. CHCl – CH3 + CH = CH2 KOH(спирт.) → + KCl + H2O 6 Окисление стирола. CH(OH) – CH2(OH) CH = CH2 + 2H2O – 2ē → MnO4- + 2H2O + 3ē → + 2H+ MnO2 + 4OH- 2 CH(OH) – CH2(OH) CH = CH2 3 3 + 6H2O + 4H2O + 2MnO4- →3 + 6H+ + 8OH- + 2MnO2 2K+ 2K+ CH = CH2 + 4H2O + 2KMnO4 → 3 CH(OH) – CH2(OH) + 2MnO2 + 2KOH 3 6. Взаимодействие ацетилена с аммиачным раствором оксида серебра. CH ≡ CH + 2[Ag(NH3)2]OH → CAg ≡ CAg↓ + 4NH3↑ + 2H2O белый 7. Взаимодействие ацетиленида серебра с соляной кислотой. CAg ≡ CAg + 2HCl → CH ≡ CH + 2AgCl↓ 8. Галогенирование ацетилена. CH ≡ CH + 2Cl2 → CHCl2 – CHCl2 9. Нитрование бензола. H2SO4 + HO – NO2 → NO2 + H2O Задание 2. При каталитическом крекинге образовалось 7,2г органического вещества, плотность паров которого по водороду равна 36. При сжигании этого вещества образовалось 22г оксида углерода (IV) и 10,8г воды. Определите строение исходного соединения, если известно, что при радикальном хлорировании его может образоваться только одно монохлорпроизводное. Решение. СxHy + O2 → CO2 + H2O n(CO2) = 0,5моль; n(C) = 0,5моль; m(C) = 6г 7,2г n(H2O) = 0,6 моль; n(H) = 1,2моль; m(H) = 1,2г по условию задачи масса органического вещества 7,2г, значит, в состав данного вещества атомы кислорода не входят n(C) : n(H) = 0,5 : 1,2 n(C) : n(H) = 5 : 12 C5H12 M(CxHy) = 36 2 = 72г/моль M(C5H12) = 72г/моль истинная формула: С5Н12 2,2-диметилпропан при радикальном хлорировании образует только одно монохлорпроизводное CH3 CH3 | h | CH3 – C – CH3 + Cl2 → CH3 – C – CH2Cl + HCl | | CH3 CH3 Ответ: 2,2-диметилпропан Вариант 4. Задание 1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: a. получение уксусного альдегида (Х4), который применяется для производства различных пластмасс и ацетатного волокна; b. получение ацетилена (Х6), который применяется для получения различных каучуков, растворителей, клея ПВА; c. получение уксусной кислоты, которая применяется в пищевой промышленности, в кожевенном и лакокрасочном производствах. +Br2, (h) C2H6 → C2H5Br → C4H10 +Br2 C2H4 → X5 КОН(спирт) → X6 → +KOH(спирт) X1 → O3 H2O X2 → X3 → X4 ↓ CH3 – COOH Ответ. 1. Галогенирование алканов. h СН3 – СН3 + Br2 → CH3 – CH2Br + HBr 2. Получение бутана, реакция Вюрца. t0 2С2H5Br + 2Na → C4H10 + 2NaBr 3. Галогенирование алканов. h CH3 – CH2 – CH2 – CH3 + Br2 → CH3 – CH – CH2 – CH3 + HBr | Br 4. Дегидрогалогенирование 2-бромбутана. СH3 – CH – CH2 – CH3 + КОН(спирт) → СН3 – СН = СН – СН3 + KBr + H2O | Br 5. Озонирование бутена-2. СH3 – CH = CH – CH3 + O3 O / → CH3 – CH | O – \ CH – CH3 | O 6. Разложение озонида бутена-2 водой. O O / \ // CH3 – CH CH – CH3 + H2O → 2CH3 – C + H2O2 | | \ O –O H 7. Окисление бутен-2. CH3 – CH = CH – CH3 + 4H2O – 8ē → 2CH3 – COOH + 8H+ MnO4- + 8H+ + 5ē → Mn2+ + 4H2O 5 8 5CH3–CH=CH–CH3+ 20H2O+8MnO4- +64H+→10CH3–COOH + 40H++ 8Mn2++ 32H2O 12SO42- 8K+ 12SO42- 8K+ 5CH3–CH=CH–CH3+8KMnO4+12H2SO4 → 10CH3–COOH+ 8MnSO4+ 4K2SO4 + 12H2O 8Дегидрирование этана. Pt CH3 – CH3 → CH2 = CH2 + H2 9Галогенирование этилена. CH2 = CH2 + Br2 → CH2Br – CH2Br 10 Дегидрогалогенирование 1,2-дибромэтана. CH2Br – CH2Br + 2KOH(спирт) → CH ≡ CH + 2KBr + 2H2O Задание 2. Для лабораторных исследований использовали пентадиен-1,3, при пропускании которого через 89,6г 2,5%-ного водного раствора брома была получена смесь бромпроизводных в молярном соотношении 2:3 (более тяжёлого производного содержалось меньше). Какой объём кислорода (н.у.) необходим для полного окисления такого же количества пентадиена? Решение. 3y С5H8 + Br2 4y C5H8 + 2Br2 3y → C5H8Br2 0,014моль 2y → C5H8Br4 2,5% = (x 100%)/89,6 x = 2,24г n(Br2) = 0,014моль 3y + 4y = 0,014 y = 0,002моль n(C5H8) = 3 0,002 + 2 0,002 = 0,01моль C5H8 + 7O2 → 5CO2 + 4H2O n(O2) = 0,07моль V(O2) = 1,57л Ответ: V(O2) = 1,57л Вариант 5. Задание 1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: a. получение бензойной кислоты (Х2), которая является исходным веществом в синтезе красящих и фармацевтических веществ, стимуляторов роста растений и гербицидов; b. получение этана (Х5), который используется для синтеза различных органических веществ; c. получение ацетеленида меди (I), эта реакция используется в аналитической химии для обнаружения алкинов с тройной связью на конце цепи, с помощью данной реакции можно выделять алкины из смесей с другими углеводородами; d. получение тротила, который применяется как взрывчатое вещество. C2Cu2 ↑ +C3H6 (H+) KMnO4,H2SO4 CH3 – COONa → CH4 → C2H2 → C6H6 → X1 → +CH3Cl (AlCl3) ↓ +Br2 (h) X3 → C7H5N3O6 +Na, (t0) X4 → X5 Ответ. 1. Получение метана из ацетата натрия. СН3 – СООNa + NaOH → Na2CO3 + CH4 2. Термическое разложение метана. 15000 2CH4 → CH≡CH + 3H2 3. Тримеризация ацетилена, реакция Зелинского. X2 Cактив., 400-6000С 3CH ≡ CH → 4. Алкилирование бензола. CH3 | CH – CH3 H+ + CH2 = CH – CH3 → 5. Окисление изопропилбензола. CH3 | CH – CH3 COOH + 6H2O – 18ē → MnO4- + 8H+ + 5ē + 2CO2 + 18H+ → Mn2+ + CH3 | CH – CH2 CH3 | CH – CH2 + 10CO2 + 90H+ + 18Mn2+ + 72H2O 27SO42- 18K+ COOH + 18KMnO4 +27H2SO4 → 5 5 18 COOH + 30H2O + 18MnO4- + 144H+ →5 27SO42- 18K+ 5 4H2O 5 + 10CO2 + 9K2SO4 +18MnSO4+ 42H2O 6. Алкилирование бензола, реакция Фриделя-Крафтса-Густавсона. + СH3Cl CH3 AlCl3 → + HCl 7. Нитрование толуола. СH3 CH3 O2N NO2 + 3HO – NO2 → + 3H2O NO2 8. Взаимодействие ацетилена с аммиачным раствором оксида меди (I) CH ≡ CH + 2[Cu(NH3)2]OH → CuC ≡ CCu↓ + 4NH3↑ + 2H2O красный 9. Галогенирование алканов. h СН4 + Br2 → CH3Br + HBr 10. Получение этана, реакция Вюрца. t0 2СH3Br + 2Na → CH3 – CH3 + 2NaBr Задание 2. При лабораторном исследовании пропустили смесь этана и ацетилена через склянку с бромной водой масса склянки увеличилась на 1,3г. При полном сгорании исходной смеси углеводородов выделилось 14л (н.у.) оксида углерода (IV). Определите массовую долю этана в исходной смеси. Решение. C2H2 + 2Br2 → C2H2Br4 0,2625моль 0,525моль 2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O 0,05моль 0,1моль 2C2H2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O m(C2H2) = 1,3г n(C2H2) = 0,05моль n(CO2) = 0,625моль m(C2H6) = 0,2625моль 30г/моль = 7,875г m(смеси) = 1,3г + 7,875г = 9,175г (С2Н6) = (7,875г 100%)/9,175г (С2Н6) = 85,8% Ответ: (С2Н6) = 85,8% Вариант 6. Задание 1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: a. получение уксусной кислоты (Х3), которая применяется в пищевой промышленности, в кожевенном и лакокрасочном производствах. b. получение ацетона (Х5), который является хорошим органическим растворителем. KOH(спирт) Hg2+,H+ CH3 – CHCl – CH2Cl → X4 → X5 ↑ CH3 – CH = CH2 → CH3 – CHCl – CH3 CH3 – CH2 – COONa → C2H6 → C2H5Cl + Br2,(h) +KOH(спирт) +KMnO4,H2SO4 CH3 – CH – CH2 – CH3 → X1 → X2 → X3 | CH3 Ответ. 1. Гидрогалогенирование пропена. CH3 – CH = CH2 + HCl → CH3 – CHCl – CH3 2. Сплавление пропианата натрия с щёлочью. t0 CH3 – CH2 – COONa + NaOH → CH3 – CH3 + Na2CO3 3. Галогенирование этилена. h CH3 – CH3 + Cl2 → CH3 – CH2Cl + HCl 4. Получение 2-метилбутана, реакция Вюрца. t0 CH3 – CHCl – CH3 + CH3 – CH2Cl + 6Na → | CH3 → CH3 – CH – CH2 – CH3 + C4H10 + CH3 – CH – CH – CH3 + 6NaCl | | | CH3 CH3 CH3 5. Галогенирование алканов. h СН3 – СН – СH2 – CH3 + Br2 → CH3 – CBr – CH2 – CH3 + HBr | | CH3 CH3 6. Дегидрогалогенирование 2-бром-2-метилбутана. СH3 – CBr – CH2 – CH3 + КОН(спирт) → СН3 – С = СН – СН3 + KBr + H2O | | CH3 CH3 7. Окисление 2-метилбутена-2. CH3 – C = CH – CH3 + 3H2O – 6ē → CH3 – C – CH3 + CH3 – COOH + 6H+ 5 | || CH3 O MnO4+ 8H+ + 5ē → Mn2+ + 4H2O 6 5CH3 – C = CH – CH3 + 15H2O + 6MnO4- + 48H+ | 6K+ 9SO42CH3 → → 5CH3 – C – CH3 + 5CH3 – COOH + 30H+ + 6Mn2+ + 24H2O || 6K+ 9SO42O 5CH3 – C = CH – CH3 + 6KMnO4 | CH3 → + 9H2SO4 5CH3 – C – CH3 + 5CH3 – COOH || O + → 6MnSO4 + 3K2SO4 + 9H2O 8. Гидрогалогенирование пропена. CH3 – CH = CH2 + Cl2 → CH3 – CHCl – CH2Cl 9. Дегидрогалогенирование 1,2-дихлорпропана. CH3 – CHCl – CH2Cl + 2KOH(спирт) → CH3 – C ≡ CH + 2KBr + 2H2O 10. Гидратция пропина, реакция Кучерова. Hg2+, H+ CH3 – C ≡ CH + H2O → CH3 – C – CH3 || O Задание 2. К 1,12л бесцветного газа (н.у.), полученного из карбида кальция, присоединили хлороводород, образовавшийся при действии концентрированной серной кислоты на 2,925г поваренной соли. Продукт присоединения хлороводорода полимеризовался с образованием 2,2г полимера. Какой полимер был получен? Какое практическое значение имеет данный полимер? Каков выход превращения мономеров в полимер (в % от теоретического)? Решение. CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2 H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl CH ≡ CH + HCl → CH2 = CHCl полимеризация nCH2 = CHCl → (– СH2 – CHCl –)n n(C2H2) = 0,05 моль n(NaCl) = 0,05 моль n(C2H3Cl) = 0,05моль m(полимера)теоретически = 0,05моль 62,5г/моль =3,125г = (2,2г 100%)/3,125г = 70,4% Ответ: = 70,4% Вариант 7. Задание 1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: a. получение щавелевой кислоты (Х3), которая применяется в качестве протравы при крашении и ситцепечатании, для отбелки соломы, при приготовлении чернил и красителей. b. получение бутадиена-1,3, который используют для синтеза СКБ. c. получение фенола (Х5), который находит распространённое применение при получение макромолекулярных соединений, красителей, фармацевтических веществ, ядохимикатов (инсектицидов, гербицидов). KOH(спирт) CH3Cl → C2H6 → CH2 = CH2 → CH2Cl – CH2Cl → KMnO4, H2O HCl X1 → X2 → X3 ↓ +Br2 (FeBr3) t, P, KОН C6H6 → X4 → X5 CH3 – CH2OH → бутадиен-1,3 Ответ. 1. Получение этана, реакция Вюрца. t0 2СH3Br + 2Na → CH3 – CH3 + 2NaBr 2. Дегидрирование этана. Pt CH3 – CH3 → CH2 = CH2 + H2 3. Галогенирование этена. СН2 = СH2 + Cl2 → CH2Cl – CH2Cl 4. Дегидригалогенирование 1,2-дихлорэтана. CH2Cl – CH2Cl + 2KOH(спирт) → СH ≡ CH + 2KCl + 2H2O 5. Окисление ацителена. COOCH ≡ CH + 4H2O – 8ē → | + 10H+ 3 COO MnO4- + 2H2O + 3ē → MnO2 + 4OH8 COO3CH ≡ CH + 12H2O + 8MnO4 + 16H2O → 3 | COO+ 8K - + 30H+ + 8MnO2 + 32OH8K+ COOK 3CH ≡ CH + 8KMnO4 → 3 | + 2KOH + 2H2O + 8MnO2 COOK 6. Получение щавелевой кислоты: СOOK COOH | + 2HCl → | + 2KCl COOK COOH 7. Тримеризация ацетилена, реакция Зелинского. Cактив., 400-6000С 3CH ≡ CH → 8Галогенирование бензола. Br FeBr3 + Br2 → + HBr 8. Получение фенола из бромбензола. Br t, P, Kat + KOH → OH + КBr 9. Гидратация этилена. H2SO4 СH2 = CH2 + H2O → CH3 – CH2OH 10. Получение бутадиена-1,3 способом Лебедева. 4250C, Al2O3, ZnO 2CH3 – CH2OH → CH2 = CH – CH = CH2 + 2H2O + H2↑ Задание 2. В химической лаборатории Научного исследовательского института необходимо установить качественный, количественный состав и строение ацетиленового углеводорода, содержащего 5 углеродных атомов в главной цепи, который может максимально присоединить 80г брома с образованием продукта реакции массой 104г. Определите строение ацетиленового углеводорода, если установлено, что он не вступает в реакцию с аммиачным раствором оксида серебра. Решение. СхН2х-2 + 2Br2 → CxH2x-2Br4 n(Br2) = 0,5моль n(CxH2x-2Br4) = 0,25моль M(CxH2x-2Br4) = 104г/0,25моль = 416г/моль 12x + 2x – 2 + 320 = 416 X=7 так как данный углеводород не взаимодействует с аммиачным раствором оксида серебра, то реакции замещения невозможны, тройная связь не может быть у первого и последнего атомов углерода CH3 | CH3 – C ≡ C – C – CH3 4,4-диметилпентин-2 | CH3 Ответ: 4,4-диметилпентин-2 Вариант 8. Задание 1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: a. получение бензойной кислоты (Х4), которая является исходным веществом в синтезе красящих и фармацевтических веществ, стимуляторов роста растений и гербицидов; b. получение винилацетилена, который используется для получения хлоропрена; c. получение дифенила (Х5), который широко применяется для синтеза лекарственных препаратов. CH ≡ С – СH = CH2 ↑ + CH3 – CH2 – CH2Cl (AlCl3) +Cl2 (h) KOH(спирт) +KMnO4, H2SO4 CaO → CaC2 → C2H2 → C6H6 → X1 → X2 → X3 → X4 ↓ Na C6H5Cl → X5 Ответ. 1. Получение карбида кальция. CaO + 3C → CaC2 + CO 2. Получение ацетилена из карбид кальция. СаС2 + 2H2O → Ca(OH)2 + CH ≡ CH 3. Тримеризация ацетилена, реакция Зелинского. Cактив., 400-6000С 3CH ≡ CH → 4. Алкилирование бензола, реакция Фриделя-Кравтса-Густавсона. CH2 – CH2 – CH3 AlCl3 + CH3 – CH2 – CH2Cl → + HCl 5. Хлорирование пропилбензола. CH2 – CH2 – СH3 + Cl2 h → CHCl – CH2 – CH3 + HCl 6. Дегидрогалогенирование 1-фенил-1-хлорпропана. CHCl – CH2 – СH3 + KOH(спирт.) → CH = CH – CH3 7. Окисление 1-фенилпропена-1. + KCl + H2O CH = CH – СH3 COOH + 4H2O – 8ē → MnO4- + 8H+ + 5ē → Mn2+ + CH3 – COOH + 8H+ 5 + 8 4H2O CH = CH – CH3 5 COOH + 20H2O + 8MnO4- + 64H+→5 8K+ 12SO42- 5 + 5CH3 – COOH + 40H++ 8Mn2++ 32H2O 8K+ 12SO42- CH = CH – CH3 COOH + 8KMnO4 + 12H2SO4 →5 5 + 5CH3 – COOH + 4K2SO4+ 8MnSO4+ 12H2O 8. Галогенирование бензола. Cl FeCl3 + Cl2 → + HCl 9. Получение дифенила, реакция Вюрца. Cl 2 t0C → + 2Na + 2NaCl 12 Получение из ацетилена винилацетилена. t0C 2CH ≡ CH → CH ≡ C – CH = CH2 Задание 2. При исследовании газовой смеси пропена и ацетилена объёмом 896мл (н.у.), смесь пропустили через 800г раствор брома в воде с массовой долей 2%. Для полного обесцвечивания бромной воды потребовалось добавить 3,25г цинковой пыли. Вычислите объёмные доли газов в исходной смеси. Решение. x С3Н6 0,04моль x (0,05 – x)/2 C2H2 0,05 Br2 → (0,05 – x) 0,05моль + 0,05 Zn + Br2 → ZnBr2 + 2Br2 → С3H6Br2 C2H2Br4 2% = (y 100%)/800г y = 16г n(Br2) = 16г : 160г/моль = 0,1моль n(Zn) = 3,25г : 65г/моль = 0,05моль n(смеси) = 0,896л : 22,4л/моль = 0,04моль количество вещества брома, которое вступило в реакцию с пропеном и ацетиленом равно (0,1моль – 0,05моль) x + (0,05 – х)/2 = 0,04 х = 0,03моль n(C3H6) = 0,03моль V(C3H6) = 0,672л (C3H6)= (0,672л 100%)/0,896л (С3Н6) = 75% (С2Н2) = 25% Ответ: (С3Н6) = 75%; (С2Н2) = 25% Вариант 9. Задание 1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: a. получение уксусной кислоты (Х4), которая применяется в пищевой промышленности, в кожевенном и лакокрасочном производствах; b. получение ацетона, который является хорошим органическим растворителем. CH3 – CO – CH3 +H2(изб), Pt CaCO3 → CaO → CaC2 → C2H2 → CH ≡ CNa → C3H4 → Ответ. 1. Разложение карбоната кальция. t0 СаСО3 → СaO + CO2 2. Получение карбида кальция. t0 СаO + 3C → CaC2 + CO 3. Получение ацетилена из карбида кальция. CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + CH ≡ CH 4. Взаимодействие ацетилена с амидом натрия. CH ≡ CH + NaNH2 → CH ≡ CNa + NH3 5. Взаимодействие ацетиленида натрия с хлорметаном. CH ≡ CNa + CH3Cl → CH ≡ C – CH3 + NaCl 6. Гидрирование пропина. Pt CH ≡ C – CH3 + 2H2 → CH3 – CH2 – CH3 +Cl2 (h) +КОН(спирт) X1 → X2 → +K2Cr2O7,H2SO4 Х3 → Х4 7. Галогенирование пропана. h CH3 – CH2 – CH3 + Cl2 → CH3 – CHCl – CH3 + HCl 8. Дегидрогалогенирование 2-хлорпропана. CH3 – CHCl – CH3 + KOH(спирт) → СH2 = CH – CH3 + KCl + H2O 9. Окисление пропена. CH2 = CH – CH3 + 4H2O – 8ē → CH3 – COOH + CO2 + 8H+ Cr2O72- + 14H+ + 6ē → 2Cr3+ + 7H2O 3 4 3CH2=CH–CH3 + 12H2O + 4Cr2O72- + 56H+ → 3CH3–COOH + 3CO2 + 24H+ + 8Cr3+ + 28H2O 8K+ 16SO42- 8K+ 16SO42- 3CH2=CH–CH3 + 4K2Cr2O7 + 16H2SO4 → 3CH3–COOH + 3CO2 + 4Cr2(SO4)3 +4K2SO4+16H2O 10 Гидратация пропина, реакция Кучерова. Hg2+, H+ CH3 – C ≡ CH + H2O → CH3 – C – CH3 || O Задание 2. Для количественного исследования в химическую лабораторию поступила смесь бензола и циклогексена, которая обесцвечивает 75г бромной воды с массовой долей брома 3,2%. При сжигании такого же количеств исходной смеси в избытке кислорода образовавшиеся продукты пропустили через избыток известковой воды и получили 21г осадка. Определите состав исходной смеси (в % по массе). Решение. 0,015моль С6Н10 0,015моль C6H10 0,015моль + Br2 → C6H10Br2 0,09моль + 8,5O2 → 6CO2 0,02моль 0,12моль C6H6 + 7,5О2 → 6СО2 0,21моль + 5H2O 0,21моль + 3Н2О 0,21моль CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + 3,2% = (х 100%)/75г х = 2,4г m(Br2) = 2,4г n(Br2) = 0,015моль n(CaCO3) = 21г : 100г/моль = 0,21моль H2O m(C6H10) = 0,015моль 82г/моль = 1,23г m(C6H6) = 0,02моль 78г/моль = 1,56г m(смеси) = 1,23г_+ 1,56г = 2,79г (С6Н10) = 44% (С6Н6) = 66% Ответ: (С6Н10) = 44%; (С6Н6) = 66% Вариант 10. Задание 1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: a. получение уксусной кислоты (Х6), которая применяется в пищевой промышленности, в кожевенном и лакокрасочном производствах. b. получение уксусного альдегида, который применяется для производства различных пластмасс и ацетатного волокна. C4H6Br4 Mg CH2Br – CH2 – CHBr – CH3 → HBr KOH(спирт) X1 → X2 → +Na X3 +Br2 KOH(спирт) → X4 → X5 K2Cr2O7, H2SO4 → + O3 X8 → CH3 – COH X7 Ответ. 1. Взаимодействие 1,3-дибромбутана с магнием. CH3 СН2Br – CH2 – CHBr – CH3 + Mg → + MgBr 2. Гидрогалогенировние метилциклопропана. CH3 + HBr → CH3 – CHBr – CH2 – CH3 3. Дегидрогалогенирование 2-бромбутана. CH3 – CHBr – CH2 – СH3 + KOH(спирт) → СH3 – CH = CH – CH3 + KBr + H2O 4. Галогенирование бутена-2. CH3 – CH = CH – CH3 + Br2 → CH3 – CHBr – CHBr – CH3 5. Дегилрогалогенирование 2,3-дибромбутана. CH3 – CHBr – CHBr – CH3 + 2KOH(спирт) → CH3 – C ≡ C – CH3 + 2KBr + 2H2O 6. Окисление бутина-2. CH3 – C ≡ C – CH3 + 4H2O – 6ē → 2CH3 – COOH + 6H+ Cr2O72- + 14H+ + 6ē → 2Cr3+ + 7H2O 1 1 CH3 – C ≡ C – CH3 + 4H2O + Cr2O72- + 14H+ → 2CH3 – COOH + 6H+ + 2Cr3+ + 7H2O 2K+ 4SO422K+ 4SO42- X6 CH3 – C ≡ C – CH3 + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 2CH3 – COOH + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 3H2O 7.Получение 3,4-диметилгексана, реакция Вюрца. 2СН3 – СHBr – CH2 – CH3 + 2Na → CH3 – CH2 – CH – CH – CH2 – CH3 + 2NaBr | | CH3 CH3 Озонирование бутена-2. СH3 – CH = CH – CH3 + O3 O / → CH3 – CH | O – \ CH – CH3 | O 7. Разложение озонида бутена-2 водой. O O / \ // CH3 – CH CH – CH3 + H2O → 2CH3 – C + H2O2 | | \ O–O H 8. Галогенирование бутина-2. CH3 – C ≡ C – CH3 + 2Br2 → CH3 – CBr2 – CBr2 – CH3 Задание 2. В лаборатории при сплавлении натриевой соли одноосновной органической кислоты с гидроксидом натрия выделилось 11,2л (н.у.) газообразного органического соединения, которое при нормальных условиях имеет плотность 1,965г/л. Определите, сколько граммов соли вступило в реакцию, и какой газ выделился. Решение. сплавление CxH2x+1COONa + NaOH → Na2CO3 + CxH2x+2 m(CxH2x+2) = 11,2л 1,965г/л = 22г n(CxH2x+2) = 11,2л : 22,4л/моль = 0,5моль M(CxH2x+2) = 22г : 0,5моль = 44г/моль 12x + 2x + 2 = 44 x=3 C3H8 – неизвестный газ. m(C3H7 – COONa) = 55г Ответ: m(C3H7 – COONa) = 55г; неизвестный газ – С3Н8. Зачетное задание №3 для профильного химико-биологического класса по теме «Кислородосодержащие органические соединения». Вариант 1. Задание 1. Получите третбутиловый спирт, который широко применяется в фармацевтической промышленности, из метана, используя различный катализаторы. Решение. 1 способ. OMgI | CH4 → CH≡CH →CH3 – CO – CH3 → CH3 – C – CH3 → CH3 – C(OH) – CH3 | | CH3 CH3 1. Термическое разложение метана при 15000С: 15000С 2СН4 → СН≡СН + 3Н2 2. Получение ацетона: ZnO, t0C 2СН≡СН + 3Н2О → СН3 – С – СН3 + СО2 + 2Н2↑ || O 3. Присоединение метилмагнийиодида к ацетону: CH3 | СH3 – C – CH3 + CH3 – Mg – I → CH3 – C – CH3 || | O O – Mg – I изопропилоксимагния иодид 4. Получение трет-бутилового спирта кислотным гидролизом магнийорганического соединения: CH3 CH3 | | СH3 – C – CH3 + HI → CH3 – C – CH3 + MgI2 | | O – Mg – I OH 2 способ. ОН | CH4 → C2H4 →C2H5Br→ C4H10 →CH3 – CH – CH3 → CH3 – CBr – CH3 → CH3 – C – CH3 | | | CH3 CH3 CH3 1. Термическим разложением метана получаем этилен: 500-6000C, Ni 2CH4 → CH2 = CH2 + H2↑ 2. Гидробромирование этилена: СH2 = CH2 + HBr → CH3 – CH2Br 3. Реакция Вюрца (наращивание углеродной цепи): t0C 2CH3 – CH2Br + 2Na → CH3 – CH2 – CH2 – CH3 + 2NaBr 4. Изомеризация н-бутана (превращение линейных алканов в разветвлённые): AlCl3, 1000C СH3 – CH2 – CH2 – CH3 → CH3 – CH – CH3 | CH3 5. Селективное галогенирование изобутана: h CH3 – CH – CH3 + Br2 → CH3 – CBr – CH3 + HBr | | CH3 CH3 6. Гидролиз 2-бром-2-метилпропана: Br OH | H2O | CH3 – C – CH3 + NaOH → CH3 – C – CH3 | | CH3 CH3 3 способ. CH3Br CH4 ↓ CH≡CH → CH≡CNa O–Mg–I OH | | CH3–C≡CH →CH3–CO – CH3 → CH3 – C – CH3→CH3 – C – CH3 | | CH3 CH3 1. Фотохимическое бромирование метана: h CH4 + Br2 → CH3Br + HBr 2. Термическое разложение метана при 15000С: 15000С 2СН4 → СН≡СН + 3Н2 3. Реакция получения ацетиленида: 2CH≡CH + 2Na → 2CH≡CNa + H2↑ 4. Взаимодействие ацетиленида натрия с галогеналканом (наращивание углеродной цепи): CH3Br + CH≡CNa → CH3 – C ≡ CH + NaBr 5. Реакция гидратации пропина (реакция Кучерова): Hg2+, H+ CH3 – C ≡ CH + HOH → CH3 – C – CH3 || O 6. Присоединение метилмагнийиодида к ацетону: CH3 | СH3 – C – CH3 + CH3 – Mg – I → CH3 – C – CH3 || | O O – Mg – I изопропилоксимагния иодид 7. Получение трет-бутилового спирта кислотным гидролизом магнийорганического соединения: CH3 CH3 | | СH3 – C – CH3 + HI → CH3 – C – CH3 + MgI2 | | O – Mg – I OH Возможны другие синтезы. Задание 2. Лаборанту необходимо получить смесь метанола и этанола, которая является органическим растворителем. Для каталитического гидрирования 17,8г смеси муравьиного и уксусного альдегидов до соответствующих спиртов потребовалось 11,2л водород (н.у.). Определите состав смеси альдегидов (в % по массе) взятых лаборантом. Решение. х х CH3 – COH + H2 17,8г (0,5-х) (0,5-х) → CH3 – CH2OH 0,5моль H – COH + H2 → CH3OH n(H2) = 11,2л : 22,4л/моль = 0,5моль 44х + 30(0,5 – х) = 17,8 х = 0,2моль m(CH3 – COH) = 0,2моль 44г/моль = 8,8г; (СН3 – СОН) = (8,8г 100%)/17,8г; (СН3 – СОН) = 49,4% m(H – COH) = 0,3моль 30г/моль = 9г; (Н – СОН) = (9г 100%)/17,8г; (Н – СОН) = 50,6% Ответ: (СН3 – СОН) = 49,4%; (Н – СОН) = 50,6%. Вариант 2. Задание 1. Ацетон используют для получения хлороформа и кетена – ценного технического продукта. Из метана получите ацетон различными способами, затем из ацетона получите кетен и хлороформ. Решение. 1 способ. CH4 → C2H2 → CH≡CNa → CH≡C – CH3 → CH3 – CO – CH3 1. Термическое разложение метана при 15000С: 15000С 2СН4 → СН≡СН + 3Н2 2. Реакция получения ацетиленида: 2CH≡CH + 2Na → 2CH≡CNa + H2↑ 3. Взаимодействие ацетиленида натрия с галогеналканом (наращивание углеродной цепи): CH3Br + CH≡CNa → CH3 – C ≡ CH + NaBr 4. Реакция гидратации пропина (реакция Кучерова): Hg2+, H+ CH3 – C ≡ CH + HOH → CH3 – C – CH3 || O 2 способ. СH4 → C2H2 → CH3 – CO – CH3 1. Термическое разложение метана при 15000С: 15000С 2СН4 → СН≡СН + 3Н2 2. Получение ацетона: ZnO, t0C 2СН≡СН + 3Н2О → СН3 – С – СН3 + СО2 + 2Н2↑ || O 3 способ. CH4 → CH3Br → CH3 – C ≡ N → CH3 – COOH → (CH3 – COO)2Ca → CH3 – CO – CH3 1. Фотохимическое бромирование метана: h CH4 + Br2 → CH3Br + HBr 2. Взаимодействие моногалогеналкана с цианидом калия: CH3Br + KCN → CH3 – C ≡ N + KBr 3. Реакция гидролиза ацетонитрила: OH- CH3 – C ≡ N + 2H2O → CH3 – COOH + NH3 4. Реакция нейтрализации с гидроксидом кальция: 2CH3 – COOH + Ca(OH)2 → (CH3 – COO)2Ca + 2H2O 5. Термическое разложение ацетата кальция: t0C (CH3 – COO)2Ca → CH3 – C – CH3 + CaCO3 || O Возможны другие способы получения ацетона. Получение из ацетона кетена и хлороформа. Пиролиз ацетона: 6000С CH3 – C – CH3 → CH2 = C = O + CH4 || кетен О Галогенирование метана на свету: h CH4 + 3Cl2 → CHCl3 + 3HCl Задание 2. При нагревании 23г этанола с концентрированной серной кислотой студент медицинского факультета получил два органических соединения. Одно из них (газообразное) может обесцветить 40г 40%-ного раствора брома в четырёххлористом углероде. Второе соединение представляет собой легкокипящую жидкость, которое применяется в медицине – при хирургических операциях – для целей общей анестезии. Какие вещества и в каком количестве образовались? Этанол в реакцию вступил полностью. Решение. 0,1моль 23г H2SO4 C2H5OH → 0,4 моль H2SO4 0,1моль 2C2H5OH → C2H4 + H2O 0,2моль C2H5 – O – C2H5 + H2O С2H4 + Br2 → C2H4Br2 40% = (х 100%) / 40г х = 16г n(Br2) = 0,1моль n(C2H4) = 0,1моль n1(C2H5OH) = 0,1моль; m1(C2H5OH) = 4,6г. m2(C2H5OH) = 23г – 4,6г = 18,4г; n2(C2H5OH) = 0,4моль; n(эфира) = 0,4моль. Ответ: n(C2H4) = 0,1моль; n(C2H5 – O – C2H5) = 0,2моль. Вариант 3. Задание 1. п-хинон и его производные являются структурными элементами многочисленных синтетических красителей, а также он входт в состав красящих веществ растений, грибов и бактерий. Получите п-хинон из метана. Решение. СН4 → СH≡CH → C6H6 → C6H5Cl → C6H5OH → п-хинон 1. Термическое разложение метана при 15000С: 15000С 2СН4 → СН≡СН + 3Н2 2. Тримеризация ацетилена, реакция Зелинского. Cактив., 400-6000С 3CH ≡ CH → 3. Хлорирование бензола. FeCl3 + Cl2 → Cl + HCl 4Получение фенола из бромбензола. Cl t, P, Kat + KOH → OH + КCl 5Получение п-хинона. OH O + H2O – 4ē → + 4H+ 5 + 4H2O 4 O MnO4 + 8H + 5ē - + → Mn2+ OH O + 5H2O + 4MnO4- + 32H+ →5 5 4K+ 5 + 20H+ + 4Mn2+ + 16H2O 6SO42- 4K+ 6SO42- O OH 5 O + 4KMnO4 + 6H2SO4 → 5 5 + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 11H2O - O Возможны другие способы получения п-хинона. Задание 2. Муравьиная кислота – сильный восстановитель: выделяет серебро из аммиачного раствор окиси серебра и обладает сильным бактерицидным действием, поэтому широко применяется для синтеза лекарственных препаратов. Студент фармацевтического факультета при окислении 400г водного раствора муравьиной кислоты аммиачным раствором оксида серебра получил 8,64г осадка. вычислите массовую долю кислоты во взятом растворе. Решение. 0,04моль [Ag(NH3)2]OH 0,08моль HCOOH + Ag2O → 2Ag↓ + H2O + CO2↑ n(Ag) = 0,08моль n(HCOOH) = 0,04моль; m(НСООН) = 1,84г. (НСООН) = (1,84г 100%) / 400г (НСООН) = 0,46% Ответ: (НСООН) = 0,46% Вариант 4. Задание 1. Большое практическое значение имеет сложный эфир глицерина и азотной кислоты – тринитроглицерин. Самое характерное свойство тринитроглицерина – способность взрываться с огромной силой от удара или детонации, т.е взрыва другого вещества. Для технических целей применяют динамит, состоящий из 75% нитроглицерина и 25% инфузорной земли. 1%-ный спиртовой раствор нитроглицерина, используется как лекарство при сердечных заболеваниях (расширение кровеносных сосудов). Получите из пропана тринитроглицерин и напишите уравнение реакции его взрыва. Решение. C3H8 → C3H6 → CH2Cl – CH = CH3 → CH2Cl – CH(OH) – CH2Cl → глицерин → → тринитроглицерин 1. Дегидрирование пропана: Pt CH3 – CH2 – CH3 → CH3 – CH = CH2 + H2 2. Хлорирование пропена при 400 – 5000С: СH3 – CH = CH2 + Cl2 400-5000C → CH2Cl – CH = CH2 + HCl 3. Гипохлорирование хлористого аллила: СH2Cl – CH = CH2 + HOCl → CH2Cl – CH(OH) – CH2Cl 4. Гидролиз 1,3-дихлорпропанол-2: СH2Cl – CH(OH) – CH2Cl + 2NaOH → CH2(OH) – CH(OH) – CH2(OH) 5. Тринитроглицерин получается при действии нитрующей концентрированных азотной и серной кислот) на глицерин: СH2 – OH CH2 – O – NO2 | H2SO4 | CH – OH + 3HNO3 → CH – O – NO2 + 3H2O | | CH2 – OH CH2 – O – NO2 смеси (смесь 6. Взрыв сопровождается выделением большого объёма сильно нагретых газов; так, например, из 4 молей (350г) нитроглицерина образуется 348л газообразных продуктов (при н.у.). 4C3H5(ONO2)3 → 12CO2 + 10H2O + 6N2 + O2 Возможны другие способы получения тринитроглицерина. Задние 2. Студент химического факультета определял качественный и количественный состав неизвестного органического вещества. При окислении 1моля этого вещества водным раствором перманганата калия образовались 46,07г К2СО3, 66,7г КНСО3, 116,0г MnO2 и вода. Определите, какое вещество было взято? Решение. n(K2CO3) = 0,33моль; n(MnO2) = 1,33моль; n(KHCO3) = 0,66моль n(K2CO3) : n(MnO2) : n(KHCO3) = 1 : 4 : 2 3CxHyOz + 4KMnO4 → K2CO3 + 2KHCO3 + 4MnO2 + 2H2O 3CH2O – это формальдегид H–C=O | H 3H2C = O + 4KMnO4 → K2CO3 + 2KHCO3 + 4MnO2 + 2H2O Ответ: формальдегид. Вариант 5. Задание 1. Имея углерод, водород, бром, кислород, гидроксид натрия, а также необходимые катализаторы, получить фенолформальдегидную смолу, которая применяют для изготовления лаков и красок, пластмассовых изделий, устойчивых к нагреванию, охлаждению, действию воды, щелочей и кислот. Решение. CH≡CH → C6H6 → C6H5Br → C6H5OH С, Н2 → СH4 фенолформальдегидная CH = O смола 1. Синтез метана из простых веществ – углерода и водорода: Ni, 400-5000С → C + 2H2 CH4 2. Термическое разложение метана при температуре 15000С: 15000С 2СН4 → СН≡СН + 3Н2 3. Каталитическое окисление метана до альдегида: AlPO4, 4500C, P СН4 + О2 → Н – С = О + Н2О | H 4. Тримеризация ацетилена, реакция Зелинского. Cактив., 400-6000С 3CH ≡ CH → 5. Каталитическое галогенирование бензола. Br FeBr3 + Br2 → + HBr 6. Щелочной гидролиз бромбензола Br + NaOH 7. OH HOH, 200-2500C, P → + NaBr Реакция поликонденсации фенола с муравьиным альдегидом: OH n+1 OH O || + n CH2 t0C, Kat → OH CH2 + n Возможны другие способы получения фенолформальдегидной смолы. Задание 2. n H2O Студенты химического факультета определяли формулу органической кислоты, которая входит в состав многих растительных масел. Было установлено, что исследуемая кислота количеством 1моль может присоединить 1 моль брома. При полном сгорании некоторого количества этой кислоты образовалось 15,84г оксида углерода (IV) и 6,12г воды. Установите возможную формулу исходной кислоты. Решение. 1моль кислоты присоединяет 1моль брома (т.е. одна двойная связь) общая формула исследуемой кислоты: СхН2х-1СООН СхН2х-1СООН + О2 → СО2 + Н2О n(CO2) = 0,36моль n(H2O) = 0,34моль n(C) : n(H) = 0,36 : 0,34 = 18 : 34 С18Н34О2 С17Н34СООН Ответ: С17Н34СООН. Вариант 6. Задание 1. Глюкоза в свободном виде содержится в овощах, ягодах и фруктах, мёде. Из её остатков построены важнейшие дисахариды и полисахариды. В организме человека находится в небольших количествах в крови (0,08 – 0,11%). В медицине глюкоза используется как легко усвояемое питательное вещество. Также глюкоза находит широкое применение в пищевой, фармацевтической и текстильной промышленности. Используя минимум простых веществ и продуктов их взаимодействия, получите глюкозу. Решение. Al → Al4C3 CH4 → H2C = O → C6H12O6 H2 → H2O 1. Получение карбида алюминия сплавлением углерода с алюминием: сплавление 4Al + 3C → Al4C3 2. Реакция горения водорода (получение воды): 2Н2 + О2 t0C → 2Н2О 3. Гидролиз карбида алюминия (получение метана): Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4 4. Каталитическое (неполное) окисление метана: AlPO4, 4000C, P CH4 + O2 → H – C = O + H2O | H 5. Синтез Бутлерова (гексамеризация формальдегида в присутствии гидроксида кальция): H 6СH2 = O Ca(OH)2 → CH2OH O H H HO OH H H OH OH Возможны другие способы получения глюкозы. Задание 2. При нагревании муравьиной кислоты массой 23г с избытком спирта получено соединение А с выходом 80%, считая на исходную кислоту. Соединение А, представляет собой летучую, практически нерастворимую в воде жидкость, которая имеет приятный запах. При сжигании вещества А в избытке кислорода образовался углекислый газ объёмом 17,92л (н.у.). Установите структуру вещества А и рассчитайте его количество. Решение. 0,5моль H+ HCOOH + CxH2x+1OH 0,4моль 0,4моль HCOOCxH2x+1 + H2O 0,8моль HCOOCxH2x+1 + O2 → 2CO2 + H2O n(HCOOH) = 0,5моль 80% = (y 100%)/0,5моль у = 0,4моль n(HCOOCxH2x+1) = 0,4моль n(CO2) = 0,8моль Соединение А – НСООСН3 метиловый эфир муравьиной кислоты (метилформиат) Ответ: метил формиат; n(HCOOCH3) = 0,4моль. Вариант 7. Задание 1. Исходя из уксусной кислоты, при наличии необходимых реактивов и катализаторов, получить фениловый эфир уксусной кислоты. Решение. CH3 – COOH → C2H5OH → C2H4 → C2H4Br2 → C2H2 → C6H6 → C6H5Br → C6H5OH → C6H5ONa ↓ CH3 – COCl CH 3 – CO – O – C6H5 1. Получение хлорангедрида уксусной кислоты: 3CH3 – COOH + PCl3 → 3CH3 – C = O + H3PO3 | Cl 2. Восстановление уксусной кислоты до этилового спирта атомарным водоородом LiAlH4 CH3 – COOH + 4H → CH3 – CH2OH + H2O 3. Внутримолекулярная дегидратация этанола: СH3 – CH2OH 1400C, H+ → CH2 = CH2 4. Реакция галогенирования этилена: СH2 = CH2 + Br2 → CH2Br – CH2Br 5. Дегидрогалогенирование спиртовым раствором щёлочи 1,2-дибромэтана: CH2Br – CH2Br + 2NaOH(спиртовой) → CH ≡ CH + 2NaBr + 2H2O 6. Тримеризация ацетилена, реакция Зелинского. Cактив., 400-6000С 3CH ≡ CH 7. → Каталитическое галогенирование бензола. Br FeBr3 + Br2 → + HBr 8. Щелочной гидролиз бромбензола Br OH HOH, 200-2500C, P → + NaOH + NaBr 9. Получение фенолята натрия: OH + NaOH → ONa + H2O 10. Взаимодействие ацетилхлорида с фенолятом натрия (образование сложного ароматического эфира): O – CO – CH3 ONa + CH3 – COCl → + NaCl Возможны другие способы получения фенилацетата. Задание 2. При гидролизе сложного эфира, молекулярная масса которого равна 130, образуется кислота А и спирт Б. Определите строение эфира, если известно, что серебряная соль кислоты содержит 59,66% серебра. Спирт Б не окисляется дихроматом натрия и легко реагирует с хлороводородной кислотой с образованием алкилхлорида. Решение. Общая формула серебряной соли кислоты: СхН2х–1О2Ag 59,66% = (108 100%) / (14х – 1 + 32 + 108) х = 3 формула кислоты: С2Н5 – СООН С2Н5 – СООСуН2у+1 12 2 + 1 5 + 12 + 16 + 16 + 12у + 2у + 1 = 130 у = 4 С4Н9ОН О // формула эфира: СН3 – СН2 – С CH3 \ | О – С – СН3 | CH3 Ответ: третбутиловый эфир пропионовой кислоты. Вариант 8. Задание 1. Получить из сахарозы 2,4,6-трибромфенол. Решение. С12Н22О11 → С6Н12О6 → С2Н5ОН → С2Н4 → С2Н4Br2 → C2H2 → C6H6 → C6H5Br → C6H5OH → → 2,4,6-трибромфенол 1. Реакция кислотного гидролиза сахарозы: H+, t0C С12Н22О11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 глюкоза фруктоза 2. Спиртовое брожение глюкозы: ферменты, дрожжи С6Н12О6 → 2СО2↑ + С2Н5ОН 3. Внутримолекулярная дегидратация этанола: СH3 – CH2OH 1400C, H+ → CH2 = CH2 4. Реакция галогенирования этилена: СH2 = CH2 + Br2 → CH2Br – CH2Br 5. Дегидрогалогенирование спиртовым раствором щёлочи 1,2-дибромэтана: CH2Br – CH2Br + 2NaOH(спиртовой) → CH ≡ CH + 2NaBr + 2H2O 6. Тримеризация ацетилена, реакция Зелинского. Cактив., 400-6000С 3CH ≡ CH → 7. Каталитическое галогенирование бензола. Br FeBr3 + Br2 → + HBr 8. Щелочной гидролиз бромбензола Br HOH, 200-2500C, P → + NaOH OH + NaBr 9. Взаимодействие фенола с бромной водой: ОН OH Br + 3Br2 Br → Br Задание 2. Массовая доля крахмала в картофеле составляет 20%. Какую массу глюкозы можно получить из картофеля массой 1620кг, если выход продукта равен 75%? Решение. (С6Н10О5)х + хН2О → хС6Н12О6 20% = (m(крахмала) 100%) / 1620кг m(крахмала) = 324кг n(крахмала) = 324/(162 х) = 2/х кмоль Из уравнения гидролиза крахмала следует: n(крахмала) / n(глюкозы) = 1/х n(глюкозы) = х n(крахмала) n(глюкозы) = x 2/x = 2кмоль m(глюкозы) = 2кмоль 180кг/кмоль = 360кг Учитывая выход продукта, находим массу реально полученной глюкозы: 75% = [mр(глюкозы) 100%] / 360кг mр(глюкозы) = 270кг Ответ: mр(глюкозы) = 270кг. Вариант 9. Задание 1. Имея в наличии следующие неорганические вещества: Na, CO, H2O, HCl, Ca(OH)2 – получить глюкозу. Решение. Na → NaOH → HCOONa → HCOOH → H2C = O → C6H12O6 1. Получение гидроксида натрия: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑ 2. Получение формиата натрия: 1200C; 0,6-0,8МПа → NaOH + CO HCOONa 3. Получение муравьиной кислоты из формиата натрия: HCOONa + HCl → HCOOH + NaCl 4. Восстановление муравьиной кислоты до муравьиного альдегида: HCOOH + 2 [H] LiAlH4 → H – C = O + H2O | H 5. Синтез Бутлерова (гексамеризация формальдегида в присутствии гидроксида кальция): H 6СH2 = O Ca(OH)2 → CH2OH O H H HO OH H H OH OH Возможны другие способы получения глюкозы. Задание 2. Грушевая эссенция представляет собой сложный эфир уксусной кислоты с изоамиловым спиртом (с 3-метилбутанолом-1). Какую массу изоамилацетата можно получить при нагревании изоамилового спирта массой 4,4г и раствора объёмом 3,54мл с массовой долей уксусной кислоты 96% и плотностью 1,06г/мл в присутствии серной кислоты? Выход эфира составляет 80%. Решение. O // CH3 – CH – CH2 – CH2OH + CH3COOH CH3 – C + H2 O | \ CH3 O – CH2 – CH2 – CH – CH3 | H+ CH3 CH3COOH + C5H11OH CH3COOC5H11 + H2O H+ n(C5H11OH) = 0,05моль m(раствора) = 3,54мл 1,06г/мл = 3,75г 96% = (х 100%) / 3,75 х = 3,6 m(CH3COOH) = 3,6г n(СН3СООН) = 0,06моль Следовательно, уксусная кислота взята в избытке. n(эфира) = 0,05моль m(эфира) = 0,05моль 130г/моль = 6,5г Учитывая выход продукта, находим массу реально полученного эфира: 80% = [mр(эфира) 100%] / 6,5г mр(эфира) = 5,2г Ответ: mр(эфира) = 5,2г. Вариант 10. Здание 1. Из уксусного ангидрида получить гексахлорциклогексан – гексахлоран, который является контактным инсектицидом, широко используемый в практике. Решение. (CH3CO)2O → CH3COOH → CH3COONa → CH4 → C2H2 → C6H6 → C6H6Cl6 1. Гидролиз уксусного ангидрида: (СН3СО)2О + Н2О → 2СН3 – СООН 2. Нейтрализация уксусной кислоты щёлочью: СН3 – СООН + NaOH → CH3 – COONa + H2O 3. Сплавление солей карбоновых солей со щелочами (получение алканов): 2000C СH3 – COONa + NaOH → CH4↑ + Na2CO3 4. Термическое разложение метана. 15000 2CH4 → CH≡CH + 3H2 5. Тримеризация ацетилена, реакция Зелинского. Cактив., 400-6000С 3CH ≡ CH → 6. Фотохимическое галогенировние бензола: Cl h + 3Cl2 Cl Cl → Cl Cl Cl Возможны другие способы получения гексахлорана (гексахлорциклогексана). Задание 2. Образец жира, представляющий собой триолеат, подвергли гидролизу. Какая масса жира была взята, если на гидрирование полученной кислоты затратили водород объёмом 336л (н.у.)? Решение. 5моль CH2 – O – CO – C17H33 CH2 – OH | | 15моль CH – O – CO – C17H33 + 3H2O → CH – OH + 3C17H33 – COOH | | CH2 – O – CO – C17H33 CH2 – OH 15моль C17H33 – COOH + 15моль H2 → C17H35 – COOH n(H2) = 336 / 22,4 = 15моль n(CH3 – COOH) = 15моль n(триолеата) = 5моль m(триолеата) = 5моль 884г/моль = 4420г Ответ: m(жира) = 4420г. Зачетное занятие №4 для профильного химико-биологического класса по теме «Азотсодержащие органические соединения». Вариант 1. Задание 1. -аминокислоты играют особую роль в природе, так как входят в состав белков. Исходя из карбида кальция, имея все необходимые реактивы и катализаторы, получить глицилглицин. Решение. CaC2 → C2H2 → CH3 – CH = O → CH3COOH → ClCH2COOH → NH2CH2COOH → → NH2 – CH2 – CO – NH – CH2 – COOH 1. Гидролиз карбида кальция (получение ацетилена): CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + CH ≡ CH 2. Гидратация ацетилена по реакции Кучерова: O Hg2+, H+ // CH ≡ CH + HOH → CH3 – C \ H 3. Каталитическое окисление альдегидов: 2CH3 – CH = O + O2 (CH3COO)2Mn → 2CH3 – COOH 4. Реакция получения галогенкарбоновой кислоты (реакция замещения в радикале): CH3 – COOH + Cl2 PCl5, h, t0C → Cl – CH2 – COOH 5. Взаимодействие хлоруксусной кислоты с аммиаком: Cl – CH2 – COOH + 2NH3 → NH2 – CH2 – COOH + NH4Cl 6. Реакция образования пептидов: t0C, Kat 2 NH2 – CH2 – COOH → NH2 – CH2 – CO – NH – CH2 – COOH Возможны другие способы получения дипептида. Задание 2. Образец нитробензола массой 85кг, содержащий 7% примесей, восстановили до анилина, который широко применяется в синтезе красителей и лекарственных средств; выход реакции равен 85%. Вычислите массу образовавшегося анилина. Решение. Восстановление нитробензола атомарным водородом (реакция Зинина): NO2 + 6[H] Fe + HCl → NH2 7% = (x 100%) / 85кг m(примесей) = 5,95кг m(C6H5 – NO2) = 85кг – 5,95кг = 79,05кг. n(C6H5 – NO2) = 0,643кмоль так как выход реакции равен 85% 85% = (у 100%) / 0,643кмоль n(C6H5 – NH2) = 0,546кмоль m(C6H5 – NH2) = 50,8кг Ответ: m(анилина) = 50,8кг. Вариант 2. Задание 1. -аминокислоты играют особую роль в природе, так как входят в состав белков. Из метана через акриловую кислоту получите аланин. Решение. CH4 → C2H2 → CH2 = CH – COOH → CH3 – CH2 – COOH → CH3 – CHCl – COOH → → CH3 – CH(NH2) – COOH 5. Термическое разложение метана при 15000С: 15000С 2СН4 → СН≡СН + 3Н2 6. Реакция гидрокарбоксилирования алкинов – реакция Реппе (рост цепи): Ni(CO)4 CH ≡ CH + CO + H2O → CH2 = CH – COOH 7. Каталитическое гидрирование акриловой кислоты (по кратной связи): Ni, t0C CH2 = CH – COOH + H2 → CH3 – CH2 – COOH 8. Реакция галогенирования карбоновых кислот (замещение водорода у альфауглеродного атома): h, PCl3 CH3 – CH2 – COOH + Cl2 → CH3 – CHCl – COOH + HCl 9. Взаимодействие галогензамещённых кислот с аммиаком (замещение атомов галогена на аминогруппу): CH3 – CH – COOH + 2NH3 → CH3 – CH – COOH + NH4Cl | | Cl NH2 Возможны другие способы получения аланина. Задание 2. Вычислите массу 15%-ного раствора аминоуксусной кислоты, которую можно получить из 15г уксусной кислоты двухстадийным синтезом с выходом продукта на каждой стадии, равным 75%. Решение. h CH3 – COOH + Cl2 → CH2Cl – COOH CH2Cl – COOH + NH3 → NH2 – CH2 – COOH n(CH3 – COOH) = 0,25моль 75% = (х 100%) / 0,25моль х = 0,1875моль n(CH2Cl – COOH) = 0,1875моль 75% = (у 100%) / 0,1875моль у = 0,14моль n(NH2 – CH2 – COOH) = 0,14моль m(NH2 – CH2 – COOH) = 10,546г 15% = (10,546г 100%) / m(раствора) m(раствора) = 70,3г Ответ: m(раствора) = 70,3г. Вариант 3. Задание 1. -аминокислоты играют особую роль в природе, так как входят в состав белков. Имея в наличие графит, воду, аммиак, хлор и необходимые катализаторы, получить аминоуксусную кислоту. Решение. H2O → H2 → CH4 → C2H2 → CH3 – CH = O → CH3 – COOH → ClCH2 – COOH → → NH2 – CH2 – COONH4 → NH2 – CH2 – COOH 1. Получение водорода электролизом воды^ эл. ток 2H2O → 2H2 + O2 2. Синтез метана из углерода и водорода: С + 2H2 Ni, 400-5000C → CH4 3. Термическое разложение метана при 15000С: 15000С 2СН4 → СН≡СН + 3Н2 4. Гидратация ацетилена (реакция Кучерова): Hg2+, H+ CH ≡ CH + HOH → CH3 – CH = O 5. Окисление уксусного альдегида по реакции серебряного зеркала: CH3 – CH = O + Ag2O NH4OH, t0C → CH3 – COOH 6. Реакция получения галогенкарбоновой кислоты (реакция замещения в радикале): CH3 – COOH + Cl2 PCl5, h, t0C → Cl – CH2 – COOH 7. Взаимодействие хлоруксусной кислоты с аммиаком: Cl – CH2 – COOH + 2NH3 → NH2 – CH2 – COONH4 + HCl 8. Получение глицина: NH2 – CH2 – COONH4 + HCl → NH2 – CH2 – COOH + NH4Cl Возможны другие способы получения аминоуксусной кислоты. Задание 2. Газ, выделившийся при получении бромбензола бромированием бензола массой 15,5г, полностью прореагировал с водным раствором этиламина массой 30г. Определите массовую долю этиламина в растворе, если бромирование бензола прошло на 70%. Решение. FeBr3 C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr C2H5 – NH2 + HBr → [C2H5 – NH3]Br n(C6H6) = 0,1987моль 70% = (х 100%) / 0,1987моль n(HBr) = 0,139моль n(C2H5 – NH2) = 0,139моль m(C2H5 – NH2) = 6,2596г (С2H5 – NH2) = (6,2596г 100%) / 30г (С2H5 – NH2) = 20,9% Ответ: (С2H5 – NH2) = 20,9%. Вариант 4. Задание 1. -аминокислоты играют особую роль в природе, так как входят в состав белков. Получить серин из возможных дешёвых продуктов: угля и известняка. Решение. CaCO3 → CaO → CaC2 → C2H2 → CH2 = CH – C ≡ N → CH2 = CH – COOH → → HO – CH2 – CH2 – COOH → HO – CH2 – CH(NH2) – COOH 1. Реакция разложения карбида кальция: 9000C CaCO3 → CaO + CO2 2. Реакция получения карбида кальция: 20000C CaO + 3C → CaC2 + CO 3. Реакция гидролиз карбида кальция (получение ацетилена): CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + CH ≡ CH 4. Реакция взаимодействия ацетилена с синильной кислотой: CH ≡ CH + H – C ≡ N CuCl, 800C → CH2 = CH – C ≡ N 5. Реакция гидролиза акрилонитрила: CH2 = CH – C ≡ N + 2H2O → CH2 = CH – COOH + NH3 6. Реакция гидратации акриловой кислоты (против правила Морковникова): CH2 = CH – COOH + H2O → HO – CH2 – CH2 – COOH 7. Реакция хлорирования 3-гидроксипропановой кислоты (в альфа-положение): HO – CH2 – CH2 – COOH + Cl2 Ркрасный → HO – CH2 – CHCl – COOH + HCl 8. Реакция взаимодействия аммиака с гидроксигалогенкарбоновой кислотой: Cl – CH – COOH + 2NH3 → NH2 – CH – COOH + NH4Cl | | CH2OH CH2OH Дополнение: Реакции 4,5 можно заменить на реакцию гидрокарбоксилирования ацетилена (реакция Реппе – образование альфа-, бетта-ненасыщенных монокарбоновых кислот): CH ≡ CH + CO + H2O Ni(CO)4 → CH2 = CH – COOH Возможны другие способы получения серина. Задание 2. Для проведения количественного анализа в химическую лабораторию поступила смесь состоящая из метиламина и паров этанола, для этой цели смесь была сожжена, в результате чего образовалось 18г воды и 2,24л газа (н.у.), который не растворяется в растворе щёлочи. Необходимо определить массовую долю метиламина в исходной смеси. Решение. 0,2 0,5 4CH3 – NH2 + 9O2 → 4CO2 + 10H2O 0,1666 C2H5OH 0 ,5 + 3O2 → 2CO2 + 3H2O 0,1 + 1моль 2N2 n(N2) = 0,1моль n(H2O) = 1моль n(CH3NH2) = 0,2моль; m(CH3NH2) = 6,2г n(C2H5OH) = 0,166моль; m(C2H5OH) = 13,8666г m(смеси) = 13,8666г (СH3NH2) = (6,2г 100%) / 13,8666г (CH3NH2) = 44,7% Ответ: (CH3NH2) = 44,7%. Вариант 5. Задание 1. Из крахмала получить 2-аминобутан, который широко применяется для получения лекарственных препаратов. Решение. (C6H10O5)n → C6H12O6 → C2H5OH → C4H6 → С4H8 → CH3 – CHCl – CH2 – CH3 → → CH3 – CH(NH2) – CH2 – CH3 1. Кислотный гидролиз крахмала: H2SO4 (C6H10O5)n + n H2O → n C6H12O6 2. Получение этанола ферментативным брожением глюкозы: ферменты, дрожжи С6Н12О6 → 2С2Н5ОН + 2СО2↑ 3. Получение бутадиена-1,3 по реакции Лебедева: 2С2Н5ОН Al2O3/ZnO, 4500C → СН2 = СН – СН = СН2 + Н2 + 2Н2О 4. Гидрирование бутадиена-1,3 атомарным водородом (1,4-присоединение): C2H5OH + Na СH2 = CH – CH = CH2 + 2H → CH3 – CH = CH – CH3 5. Реакция гидрогалогенирования бутена-2: СH3 – CH = CH – CH3 + HCl → CH3 – CHCl – CH2 – CH3 6. Взаимодействие галогеналкана с аммиаком: СH3 – CHCl – CH2 – CH3 + 2NH3 → CH3 – CH – CH2 – CH3 + NH4Cl | NH2 Возможны другие способы получения 2-аминобутана. Задание 2. Для проведения количественного анализа в химическую лабораторию поступила смесь метана и этиламина, которую пропустили через раствор соляной кислоты, взятый в большом избытке. При этом объём смеси сократился на 40%. Необходимо определить массовые доли компонентов в исходной смеси. Решение. C2H5 – NH2 + HCl → [C2H5 – NH3]Cl CH4 → CH4 так как объём смеси сократился на 40%, то можно сказать, что из 10 моль смеси 4 моль приходится на этиламин, а 6 моль на метан. m(C2H5 – NH2) = 180г m(CH4) = 96г m(смеси) = 276г (С2H5 – NH2) = (180г 100%) / 276г (С2H5 – NH2) = 65,2% (СH4) = (96г 100%) / 276г (СH4) = 34,8% Ответ: (С2H5 – NH2) = 65,2%; (СH4) = 34,8% Вариант 6. Задание 1. Исходя из угля, известняка и воды, при наличии необходимых реактивов и катализаторов, получить анилин, который используется для производства анилиновых красителей, лекарств (сульфаниламидные препараты), полимерных материалов (анилиноформальдегидных смол). Решение. CaCO3 → CaO → CaC2 → C2H2 → C6H6 → C6H5 – NO2 → C6H5 – NH2 1. Обжиг известняка при температуре 9000С: 9000C CaCO3 → CaO + CO2 2. Спекание угля с негашеной известью: 20000C CaO + 3C → CaC2 + CO 3. Необратимый гидролиз карбида кальция (получение ацетилена): CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + CH≡CH 4. Тримеризация ацетилена, реакция Зелинского: Cактив., 400-6000С 3CH ≡ CH → 5. Нитрование бензола, нитрующей смесью: H2SO4, t0C NO2 + HO – NO2 → + H2O 6. Восстановление нитробензола атомарным водородом (реакция Зинина): NO2 + 6H NH2 Fe + HCl → Возможны другие способы получения анилина. Задание 2. Студент химического факультета получил задание определить качественный состав вторичного амина, если известно, что хлороводородная соль этого амина содержит 43,55% хлора. Решение. общая формула хлороводородной соли вторичного амина такова: [(CxH2x+1)(CyH2y+1)NH2]Cl находим молярную массу хлороводородной соли вторичного амина 43,55% = (35,5 100%) / M M = 81,5 12x + 2x + 1 + 12y + 2y + 1 + 14 + 2 + 35,5 = 81,5 14х + 14у = 28 х+у=2 х=у=1 (CH3)2NH – структура вторичного амина Ответ: CH3 – NH – CH3. Вариант 7. Задание 1. Для местного обезболивания в медицине применяется препарат анестезин (этиловый эфир пара-аминобензойной кислоты), который синтезируется из толуола. Напишите уравнения реакций получения анестезина из толуола. Решение. толуол → пара-нитротолуол → пара-нитробензойная кислота → → этиловый эфир пара-нитробензойной кислоты → этиловый эфир пара-аминобензойной кислоты 8. Реакция нитрования толуола: CH3 CH3 + 2HO – NO2 2 H2SO4 → CH3 + NO2 9. Окисление пара-нитробензойной кислоты: СH3 СOOH NO2 + [O] KMnO4 → NO2 + H2 O NO2 10. Образование этилового эфира пара-нитробензойной кислоты: СOOH COOC 2H5 + C2H5OH → H+ NO2 + H2O NO2 11. Восстановление этилового эфира пара-нитробензойной кислоты до анестезина: COOC2H5 COOC2H5 Kat. + NO2 3H2 → + 2H2O NH2 Задание 2. Юные химики изучали химические свойства глицина. С этой целью к 150г 5%-ного раствора глицина добавили 100г 5%-ного раствора гидроксида калия. Определите массовые доли веществ в полученном растворе. Решение. NH2 – CH2 – COOH + KOH → NH2 – CH2 – COOK + H2O 5% = [m(NH2CH2COOH) 100%] / 150г m(NH2CH2COOH) = 7,5г; n(NH2CH2COOH) = 0,1моль 5% = [m(KOH) 100%] / 100г m(KOH) = 5г; n(KOH) = 0,0893моль что гидроксид калия вступил полностью вступил в реакцию n(NH2CH2COOK) = 0,0893моль; m(NH2CH2COOK) = 10,09г n(NH2CH2COOH) = 0,0107моль; m(NH2CH2COOH) = 0,8025г m(раствора) = 100г + 150г = 250г (NH2CH2COOK) = (10,09г 100%) / 250г (NH2CH2COOK) = 4,04% (NH2CH2COOН) = (0,8025г 100%) / 250г (NH2CH2COOН) = 0,32% Ответ: (NH2CH2COOK) = 4,04%; (NH2CH2COOН) = 0,32%
