11 класс (10)

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.