11 класс (10)

1.

Для полного сгорания 20 мл вещества А и такого же количества вещества Б потребовалось одинаковое количество кислорода. Продукты сгорания А были полностью поглощены щелочью, а после обработки избытком щелочи продуктов сгорания Б было получено 20 мл газа В, не поддерживающего горения. Определите возможные структуры А и Б.

2.

Два индивидуальных вещества A и Б (жидкости при обычных условиях) реагируют между собой в присутствии каталитических количеств воды с образованием кристаллической соли В, которая при нагревании разлагается на два простых вещества.

1. Что представляют собой вещества А–В? Предложите два варианта решения.
2. Напишите уравнения реакций.

3.

В одном из решений задач Соросовской олимпиады было приведено уравнение реакции: NaOH + Ne = NeOH + Na. Это уравнение содержит две грубые ошибки: гидроксид неона не существует, а неон не вступает в реакцию замещения с NaOH. Тем не менее известно, что неон способен реагировать с некоторыми веществами в определенных условиях.

1. Какие соединения гелия, неона и аргона вы знаете (или предполагаете их существование)?
2. Как их можно получить? Напишите уравнения реакций.

4.

В начале 1960-х гг. проходили переговоры о запрещении ядерных испытаний в атмосфере. Во время переговоров один из экспертов заявил, что на полигоне в пустыне Невада (США) радиоактивные изотопы распадаются быстрее, чем на Новой Земле (СССР) из-за того, что в пустыне более высокая температура. Советский эксперт возразил, что периоды полураспада радиоактивных веществ не зависят от температуры. Кто из экспертов был прав? Зависят ли периоды полураспада от температуры? Кратко объясните вашу точку зрения.

5.

Выдающийся датский физик Нильс Бор в 1943 г. был вынужден бежать в Англию из оккупированного немцами Копенгагена, чтобы избежать ареста. Его тайно вывезли на бомбардировщике, в бомбовом отсеке. Бору пришлось оставить все ценные вещи дома, однако он успел кое-что предпринять для их сохранности. Так, он растворил одну из своих научных наград — золотую медаль имени Макса Планка — в специальной жидкости и оставил раствор на полке. Вернувшись домой после войны, он выделил золото из этого раствора, и ему снова отчеканили медаль.

1. Назовите четыре реактива, которые можно использовать для растворения золота, и напишите уравнения соответствующих реакций. Какой из этих реактивов, по-вашему, использовал Бор?
2. Предложите способ регенерации золота из раствора, полученного Бором.

6.

Один американский профессор решил проверить своих коллег на умение уравнивать окислительно-восстановительные реакции и предложил им “химического монстра”: уравнение реакции окисления комплекса [Cr(CO(NH₂)₂)₆]₄[Cr(CN)₆]₃ сернокислым раствором перманганата калия. Через некоторое время американцу ответил израильский профессор, который сообщил, что ничего необычного в этом уравнении нет: он нашел коэффициенты во время занятий со студентами меньше чем за 20 минут (при этом успевая отвечать на вопросы студентов).

1. Определите степени окисления элементов в комплексе-восстановителе.
2. Определите продукты этой реакции, если известно, что все элементы-восстановители окисляются до высшей возможной степени окисления.
3. Найдите коэффициенты в уравнении реакции методами а) электронного, б) электронно-ионного баланса. (Подсказка: сумма коэффициентов в правой части уравнения больше 4000.) В обоих случаях засеките время и сообщите свой результат.

7.

pH 0,163%-ного водного раствора одноосновной кислоты равен 2,609. При разбавлении раствора в два раза pH увеличивается до 2,766.

1. Определите константу диссоциации кислоты.
2. Рассчитайте молярную концентрацию кислоты в исходном растворе.
3. Найдите молярную массу и формулу кислоты, если плотность исходного раствора равна 1,000 г/мл.
4. Насколько может увеличиться pH раствора любой одноосновной кислоты при разбавлении в n раз? Определите минимальное и максимальное значения ΔpH.

8.

При действии радиоактивного излучения на смесь паров четыреххлористого углерода с этиленом была получена жидкость Х, содержащая 37,6% хлора по массе. Обработка жидкости Х избытком раствора аммиака при нагревании приводит к образованию соединения Y, содержащего 4,91% азота по массе. Вещество Y может быть использовано для изготовления мыла и шампуней, «от которых дети не плачут», а длительное нагревание Y при 300–350 °С приводит к повышению содержания азота до 5,24% и образованию расплава вещества Z, который может быть использован для промышленного получения синтетического волокна.

1. Установите молекулярные формулы соединений X, Y и Z.
2. Предложите структурные формулы этих веществ и напишите уравнения проведенных реакций.
3. Объясните, почему соединение Y обладает моющим (детергентным) действием и почему от мыла, изготовленного на его основе, дети не плачут.
4. Предложите возможную схему механизма образования соединений Х и Y.

9.

Вещество А после обработки хлористым тионилом реагирует с изомерным веществом Б, присутствующим в продуктах гидролиза большинства природных пептидов. Гидрогенолиз продукта этой реакции (т. е. разложение при действии водорода) приводит к веществу В, также входящему в состав пептидных гидролизатов. Полный гидролиз В дает продукты Г и Б, массовая доля азота в которых отличается в 2,20 раза.

1. Нарисуйте структурные формулы веществ А, Б, В и Г.
2. Напишите уравнения реакций, упомянутых в задаче.
3. Сколько нециклических соединений, относящихся к тому же классу, что и В, можно построить из одной молекулы Б и двух молекул Г, не затрагивая связи C-C и N-N?
4. Нарисуйте структурную формулу вещества, изомерного Б, которое при гидролизе образует соединение В. Имеет ли это вещество изоэлектрическую точку?

10.

Молекула фуллерена C₆₀ представляет собой геометрическую фигуру, называемую икосаэдром. В каждой вершине икосаэдра находится атом углерода, связанный с тремя другими атомами с помощью s-связей (см. рис.).

Для описания p-электронных состояний этой молекулы используют модель свободных электронов, движущихся по сфере радиуса r. В рамках этой модели уровни энергии описываются выражением

где ħ = 1,05 · 10^-34 Дж · с — постоянная Планка, m = 9,11 · 10^-31 кг — масса электрона, L — орбитальное квантовое число (L = 0, 1, 2, ...). Для каждого L существуют (2L + 1) уровней с одинаковой энергией.

1. Сколько p-электронов имеет молекула C₆₀?
2. Какое значение квантового числа L имеет высший заполненный уровень в основном состоянии C₆₀?
3. Сколько неспаренных электронов должна иметь молекула C₆₀ в соответствии с этой моделью?
4. Рассчитайте радиус молекулы C₆₀, если известно, что разница в энергии между двумя высшими заполненными уровнями составляет 296 кДж/моль.
5. Известно, что в основном состоянии C₆₀ не имеет неспаренных электронов. Для того, чтобы объяснить этот факт, необходимо учесть, что молекула является не сферой, а икосаэдром. В икосаэдре уровни энергии с квантовым числом L > 2 расщепляются на группы, содержащие 1, 3, 4 или 5 уровней с одинаковой энергией. На какие группы расщепляется уровень с L = 5, если известно, что при этом не образуется одиночных уровней?
6. С учетом расщепления определите число неспаренных электронов в основном состоянии молекул K₃C₆₀ и K₆C₆₀.