Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №7/1999

Окончание. Начало см. в № 5/99

Экзамены не за горами...

КОНКУРСНЫЕ ВОПРОСЫ В ВУЗ

5. Напишите уравнения реакций, соответствующие следующей последовательности превращений:

Определите неизвестные органические вещества А–Е и напишите их структурные формулы. (4 балла.)

Решение

Цепочка химических превращений включает:
а) циклизацию с ароматизацией, б) нитрование в ароматическое кольцо, в) окисление алкильного заместителя при бензольном кольце, г) восстановление нитрогруппы в аминогруппу, д) образование соли амина с кислотой, е) получение свободного амина:

Основность амина Е весьма низкая из-за электроноакцепторных свойств сопряженной карбоксильной группы. Поэтому он образует соли только с сильными кислотами типа НВr. С уксусной кислотой в этом случае солеобразования не происходит.

6. Для полной нейтрализации раствора, полученного при гидролизе 1,94 г некоторого галогенида фосфора, потребовалось 44 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией 2,5 моль/л. Определите формулу галогенида.

(4 балла.)

Решение

Известны галогениды фосфора (III) и (V): PHal3 и PHal5. Отметим, что соответствующая галогенангидриду PHal3 фосфористая кислота Н3РО3 – двухосновная, тогда как галогенангидриду PHal5 соответствует трехосновная кислота Н3РО4. Считая, что при гидролизе галогенангидрида PHalх выделяющаяся кислота HНal остается в растворе и затем связывается щелочью, запишем отдельно уравнения реакций для PHal3 и PHal5:

Количество вещества NaOH, содержащееся в 44 мл раствора с концентрацией NaOH, равной 2,5 моль/л: n(NaOH) = [С(NaOH)•V (раствора NaOH)]/1000 = (2,5•44)/1000 = 0,11 моль.

Для реакции (1): n(PHal3) = 1/5n(NaOH) = 0,022 моль.

Для реакции (2): n(PHal5) = 1/8n(NaOH) = 0,014 моль.

Зная массу галогенида фосфора m(PHalх) и количество вещества этого соединения, определим его молярную массу:

M(PHal3) = m/n = 1,94/0,022 = 88,2 г/моль;
M(PHal5) = 1,94/0,014 = 138,6 г/моль.
Для PHal3: М(Наl) = [M(PHal3) – M(P)]/3 = (88,2 – 31)/3 = 19,1; Hal = F.
Для PHal5: М(Наl) = [M(PHal5) – M(P)]/5 = (138,6 – 31)/5 = 21,5; галогена с такой молярной массой нет.

Ответ. Формула галогенида фосфора PF3.

7. Три углеводорода: А, Б и В – имеют одинаковый элементный состав. При полном сгорании одного моля углеводорода А образуется такой же объем оксида углерода (IV), что и при сгорании смеси, состоящей из одного моля Б и одного моля В. Углеводород Б не имеет изомеров. Углеводород В при гидрировании образует смесь двух изомеров. Определите возможные структурные формулы А, Б и В. Напишите уравнения реакций. (4 балла.)

Решение

Искомыми изомерами могут быть вещества общей формулы (СН)n, (СН2)n.

Низкомолекулярные вещества 1,3-циклобутадиен

 не удовлетворяют условию задачи. 1,3-Циклобутадиен – неустойчивое и малоизученное соединение. Хотелось бы предположить, что при его гидрировании образуется смесь двух изомеров – продуктов расщепления цикла с одновременным 1,2- или 1,4-присоединением Н2:

Однако это из области фантазии, реакция на бумаге.

Другая гипотетическая реакция – частичное гидрирование бензола, особенно 1,4-способом, – также маловероятна:

Первую тройку целевых веществ представляют: ацетилен СНєСН (Б), циклооктатетраен СН=СН(СН=СН)2СН=СН (В) и циклодекапентаен СН=СН(СН=СН)3СН=СН (А). При сгорании 1 моль циклодекапентаена (А) образуется 10 моль СО2, столько же, как и при сгорании смеси из 1 моль ацетилена (Б) и 1 моль циклооктатетраена (В):

Гидрирование циклооктатетраена (В) 2 эквивалентами Н2 дает смесь двух изомеров – 1,3- и 1,5-циклооктадиенов:

Другой пример набора веществ (А, Б, В) задачи представляют углеводороды общей формулы (СН2)n. Соединение Б, не имеющее изомеров, – этилен СН2=СН2. Углеводород В, образующий при гидрировании смесь двух изомеров, может иметь строение 1,1-диметилциклопропана:

Анализ веществ путем сжигания свидетельствует о том, что число атомов углерода в соединении А равно суммарному числу атомов углерода веществ Б и В. Молекулярная (брутто) формула углеводорода А равна сумме молекулярных формул веществ Б и В:
С2Н4 + С5Н10 = С7Н14. Возможные структурные формулы: СН2=СН(СН2)4СН3, СН2(СН2)5СН2 и т. д. Реакции горения вещества А и смеси Б + В:

А.Д.МИКИТЮК