3.7. 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.

Решение задачи

1. Определим m(Br2) в растворе СCl4:

m(Br2) = m(раствора) • ω(Br2) = 480 г • 0,1 = 48 г

2. Из углеводородов исходной смеси с Br2 реагирует только циклогексен С6Н10, являющийся ненасыщенным соединением.

По уравнению этой реакции рассчитаем массу С6Н10. Расчет массы С6Н10

ν(С6Н10) = ν(Br2) = 0,3 моль

m(C6Н10) = ν(С6Н10) • M(С6Н10) = 0,3 моль • 82 г/моль = 24,6 г 3. Определим количество вещества Н2, использованного на восстановление нитробензола:

Расчет количества вещества Н2

  ν(Н2) = 3ν(С6Н5NO2) = 0,9 моль 4. Массу циклогексана рассчитаем из уравнений реакций дегидрирования углеводородов.

Расчет массы циклогексана Из уравнения (2) следует, что x = ν(H2) = 0,6 моль.

Тогда количество водорода, выделившегося в реакции (1) равно: ν(Н2) = 0,9 моль – 0,6 моль = 0,3 моль.

Количество вещества С6Н12

m(C6H12) = ν(C6H12) • M(C6H12) = 0,1 моль • 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:

Массовые доли углеводородов в исходной смеси Ответ: ω(С6Н10) = 0,745 (74,5%);  ω(С6Н12) = 0,255 (25,5%)