Задача №1а. «Душистый антисептик-инсектицид». (20 баллов)
В результате многостадийного синтеза из бензола получается вещество I (см. схему). Гомолог вещества I известен тем, что является душистым веществом (обладает слабым бальзамическим запахом), а также является фиксатором запаха в парфюмерии. Кроме того, это соединении используется как репеллент от моли и антисептик.
Решение
По 1 баллу за структуры A – С и E, по 2 балла за структуры D и F, по 4 балла за структуры G, H и I.
Задача №1б. «Душистый сонный лакриматор». (20 баллов) (Автор – Сорокоумов В.Н.)
В результате многостадийного синтеза из бензола получается вещество I (см. схему). I и некоторые его производные используются как душистые вещества в парфюмерии. Кроме того, вещество I обладает снотворным действием, а его хлорированное производное является слезоточивым веществом.
Решение
По 1 баллу за структуры A – С и E, по 2 балла за структуры D и F, по 4 балла за структуры G, H и I.
Задача №2. «1000 советов молодой хозяйке» (20 баллов) (по 4 совета в каждом задании + «предложите свой»)
В литературе приводится много различных советов молодым хозяйкам. Хотя они и выведены эмпирически, опытным путем, большинство из них имеет под собой вполне логичное научное (в ряде случаев – химическое) обоснование. Объясните с точки зрения химика следующие советы:
1) Поверхность золотых и позолоченных изделий со временем темнеет. Вернуть ювелирным изделиям первоначальный нарядный вид помогает выдерживание в крепком (25%-м) водном растворе аммиака.
2) В хрустальном графине не следует хранить вино, а коньяк и водку хранить можно.
3) В хрустальном графине не следует хранить фруктовые соки, а минеральную воду наливать можно;
4) Если потемнели столовые приборы из мельхиора, положите их в оцинкованное ведро и залейте подсоленной водой. Через 3-4 часа они станут совсем светлыми и чистыми.
5) «Прабабушкин» способ очистки серебряных украшений: разрежьте картофелину (лучше подмороженную) пополам, вложите в разрез потемневшее украшение, поместите в кастрюлю с водой и поставьте на огонь.
6) Старые пятна от иода на ткани практически не поддаются удалению. Однако можно попробовать намочить ткань с таким пятном раствором иодида калия (1 чайная ложка на стакан воды) и сразу же промыть водным раствором тиосульфата натрия (2 чайные ложки на стакан воды).
7) Чтобы удалить черноту и зелень с медного или латунного изделия, протрите его поверхность тампоном, смоченным в нашатырном спирте.
8) Чтобы отмыть столовые приборы от жира, воспользуйтесь содой; при этом следует брать не кальцинированную и не питьевую, а стиральную соду.
9) Предложите еще один совет молодой хозяйке, обосновав его с точки зрения химии.
Решение
1) Темнеют ювелирные изделия из-за взаимодействия меди и серебра, входящих в состав сплава, с кислородом воздуха. (2 балла) Соответственно, при обработке аммиаком протекают следующие процессы:
CuO + 4NH3 + H2O = [Cu(NH3)4](OH)2
Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2]OH (2 балла)
2) В кислой среде силикат свинца, входящий в состав хрусталя и придающий ему блеск, будет частично выщелачиваться и переходить в раствор. (2 балла) С одной стороны, портится хрусталь (и теряет свой блеск), с другой – в растворе появятся ядовитые соли свинца (карбоксилаты свинца). (2 балла)
3) В состав мельхиора входит медь, никель, иногда железо и марганец. Потемнение связано прежде всего с окислением меди. (2 балла) В указанных условиях пойдет электрохимический процесс:
Zn + CuO + H2O = Cu + Zn(OH)2.
Хлорид натрия играет роль электролита и обеспечивает перенос электронов. (2 балла)
4) Сладкий вкус подмороженного картофеля связан с накоплением в нем глюкозы, являющейся хорошим восстановителем. Вместе с тем, в картофеле достаточно высоко содержание поташа, обусловливающего щелочную среду картофельного отвара. (2 балла) Тогда будет протекать реакция «серебряного зеркала»:
Ag2O + C6H12O6 + KOH = C6H11O7K + 2Ag + H2O (2 балла)
5) Иод переходит в раствор в виде дииодоиодата(I) калия, который затем восстанавливается тиосульфатом натрия (2 балла):
I2 + KI = K[I3]
K[I3] + 2Na2S2O3 = KI + 2NaI + Na2S4O6 (2 балла)
6) Чернота и зелень на медных и латунных изделиях – это оксид меди и карбонат гидроксомеди, соответственно. (2 балла)
При обработке аммиаком протекают реакции:
CuO + 4NH3 + H2O = [Cu(NH3)4](OH)2
(CuOH)2CO3 + 10NH3 + 2H2O= 2[Cu(NH3)4](OH)2 + (NH4)2CO3 (2 балла)
7) Стиральная сода Na2CO3∙10H2O из-за гидролиза по аниону создает сильнощелочную среду (2 балла). Жиры (сложные эфиры глицерина) эффективно гидролизуются в щелочном растворе. (2 балла)
8) За химически обоснованный совет - 4 балла.
Задача №3а. «Лодочка». (20 баллов)
С некоторой солью, встречающейся в природе в виде минерала, были проделаны следующие опыты. Навеску этого вещества мелко истирали в ступке, а затем в бадделитовой лодочке помещали в трубчатую печь, где прокаливали при 450оС в токе различных газов. По окончании опыта печь охлаждали до комнатной температуры, лодочку доставали и взвешивали. Ниже в таблице приведены изменения массы вещества в лодочке в зависимости от газа, в атмосфере которого велось прокаливание.
| Газ | CO2 | H2 | H2O | HCl | HCl, Cl2 |
| Δm | – 37.9% | –51.7% | -33.3% | +9.5% | -100% |
Определите исходную соль, приведите уравнения протекающих реакций.
Решение
Из данных задачи следует, что исходное вещество термически неустойчиво, легко может быть восстановлено водородом, реагирует с хлороводородом. Высший хлорид летуч. Этому условию соответствуют карбонаты, сульфиты и некоторые другие соли металлов. Уменьшение массы при прокаливании в инертной атмосфере (углекислый газ) и уменьшение массы при прокаливании в атмосфере водяного пара позволяют предположить, что исходное вещество – карбонат или сульфит. Прирост массы при взаимодействии с хлороводородом позволяет заключить, что исходное вещество – карбонат металла, М(СО3)х. (2 балла)
М(СО3)х = МOх + хСО2 (2 балла)
Для исходного вещества получаем:
44n/(M1 +60n) = 0,379, где 2n – валентность металла, М – его молярная масса
n 0,5 1 1,5 2
M 28,05 56,1 84,15 112,2
Отсюда исходное вещество – FeCO3 (4 балла)
FeCO3 = FeO + CO2 (2 балла)
FeCO3 + Н2 = Fe + CO2 + Н2О (2 балла)
FeCO3 + 2HCl = FeCl2 + CO2 + H2O (2 балла)
2FeCO3 + 4HCl + Cl2 = 2FeCl3↑ + 2CO2 + 2H2O (3 балла)
3FeCO3 + Н2O = Fe3O4 + 3CO2 + Н2 (3 балла)