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%)