Задачи повышенной трудности
На олимпиадах и вступительных экзаменах в вузы предлагаются более сложные задачи, чем рассмотренные нами ранее. Обычно в них сочетаются различные типы расчетов – как по формулам веществ, так и по уравнениям реакций. Решение таких задач требует не только глубоких знаний химии, но и развитого логического мышления, владения алгебраическим аппаратом (системы уравнений с несколькими неизвестными, неравенства, степенные и логарифмические функции и т.п.).
Рассмотрим решение одной из олимпиадных задач (г.Самара).
Задача. При дегидрировании смеси циклогексана и циклогексена в бензол выделился водород массой, достаточной для полного восстановления 36,9 г нитробензола в анилин. Найти %-ный (по массе) состав исходной смеси, если известно, что такая же масса этой смеси может обесцветить 480 г 10%-ного раствора брома в CCl4.
1. Определим m(Br2) в растворе СCl4:
2
Чw(Br2) = 480 г Ч0,1 = 48 г
2. Из углеводородов исходной смеси с Br2 реагирует только циклогексен С6Н10, являющийся ненасыщенным соединением.
По уравнению этой реакции рассчитаем массу С6Н10.
n (С6Н10) = n (Br2) = 0,3 моль
m(C6Н10) = n (С6 Н10) Ч M(С6 Н10) = 0,3 моль Ч 82 г/ моль = 24,6 г
3. Рассчитаем количество вещества Н2, использованного на восстановление нитробензола:
n (Н2) = 3n (С6Н5NO2) = 0,9 моль
4. Массу циклогексана рассчитаем из уравнений реакций дегидрирования углеводородов.
Из уравнения (2) следует, что x = n (H2) = 0,6 моль.
Тогда количество водорода, выделившегося в реакции (1) равно:
n (Н2) = 0,9 моль – 0,6 моль = 0,3 моль.
m(C6H12) = n (C6H12) Ч M(C6H12) = 0,1 моль Ч 84 г/моль = 8,4 г
5. Определим массу исходной смеси углеводоров:
m(смеси) = m(C6H12) + m(C6H10) = 8,4 г + 24,6 г = 33,0 г
6. Рассчитаем массовые доли углеводородов в исходной смеси:
Ответ: w (С6Н10) = 0,745 (74,5%)
w (С6Н12) = 0,255 (25,5%)