Задача Предложите формулу спирта, молярная масса которого в 2 раза превышает молярную массу самого лёгкого углеводорода (1 балл)

Название	Задача Предложите формулу спирта, молярная масса которого в 2 раза превышает молярную массу самого лёгкого углеводорода (1 балл)
страница	3/4
Дата	16.03.2016
Размер	402.16 Kb.
Тип	Задача

1 2 3 4

Ответ: диметилоксалат СН₃–ООС–СОО–СН₃

Предположим, что это был эфир двухатомного спирта этиленгликоля: RCOO-CH₂-CH₂-OOCR, тогда R=H

НCOO-CH₂-CH₂-OOCН + 2NaOH → НO-CH₂-CH₂-OН + 2НСООNa

НO-CH₂-CH₂-OН в избытке окислителя в кислой среде окисляется до 2 моль СО₂

Следовательно, ответом может быть диформиат этиленгликоля.

Задача 5. К одноосновной карбоновой кислоте массой 96 г добавили водный раствор гидроксида бария. Раствор упарили, остаток прокалили при 380^оС. В результате прокаливания выделилась смесь газов с плотностью 0,56 г/л и осталось 236,4 г твердого вещества. При добавлении к этому твердому веществу избытка соляной кислоты выделилось 29,04 л газа с плотностью 1,82 г/л при 22^оС. Определите состав исходной кислоты. (все измерения проводились при давлении 1 атм)

Решение.

1) Проанализируем химизм процесса. Кислота нейтрализуется щелочью, полученная соль прокаливается. Прокаливание солей двухвалентных металлов приводит к образованию кетонов:

(RCOO)₂Вa → ВaCO₃ + R – (C=O) – R

В условии сказано, что получена смесь газов. Это говорит о том, что щелочь была в избытке и прошла реакция Дюма: (RCOO)₂Вa + Вa(OH)₂ → 2ВaCO₃ + 2RH

Значит, смесь газов состоит из углеводорода и кетона.

2) Используя уравнение Менделеева-Клапейрона, определим молярную массу смеси газов

М = mRT/PV; M = ρRT/P; M = 0,56 ∙ 8,314 ∙ (380 + 273)/ 101325 = 0,03 кг/моль = 30 г/моль

Такое значение молярной массы показывает, что один газ имеет молярную массу больше 30 (кетон), а другой – меньше 30 (метан, этан имеет массу 30).

Отсюда мы делаем вывод, что R = CH₃, кетон – это ацетон, а исходная кислота – уксусная.

3) Проверим наше предположение.

Определим, в каком соотношении образовались метан (х моль) и ацетон (у моль)

16х +58у = 30 х = 0,667 моль

х + у = 1 моль у = 0,333 моль

Определим молярную массу газа, выделившегося при обработке твердого остатка соляной кислотой

M = ρRT/P; M = 1,82 ∙ 8,314 ∙ (22+273)/ 101325 = 0,044 кг/моль = 44 г/моль Это углекислый газ

Его масса = 1,82 ∙ 29,04 = 52,8528 г, его количество 52,8528 : 44 = 1,2012 моль

Это количество равно количеству карбоната бария 236,4/197 = 1,2 моль

Количество карбоната, в свою очередь, равно количеству метана (0,667 ∙ 1,2 = 0,8 моль) и ацетона (0,333 ∙ 1,2 = 0,3996 моль)

0,3996 0,3996 0,3996

(RCOO)₂Вa → ВaCO₃ + R – (C=O) – R

0,4 0,8 0,8

(RCOO)₂Вa + Вa(OH)₂ → 2ВaCO₃ + 2RH

Общее количество соли 0,7996 моль, следовательно, кислоты в 2 раза больше:

1,5992 0,7996

2RCOOН + Вa(OH)₂ → (RCOO)₂Вa + 2Н₂О

Найдем молярную массу кислоты 96/1,5992= 60 г/моль. Соответствует расчету.

Ответ: уксусная кислота

Задача 6. Смесь газов, полученная при сжигании 1,8 г образца вещества Х, была пропущена через трубку с пентаоксидом фосфора (ее масса возросла на 2,16 г), потом через склянку с гидроксидом кальция (в ней образовалось 6 г осадка), объем непоглощенного газа У при 35^оС и 101,3 Па составил 758 мл. При добавлении к такому же образцу Х избытка азотистой кислоты образуется соединение Z и выделяется вдвое больший объем У, чем при сгорании. Установите строение Х и Z.

Решение: 1) пентаоксид фосфора поглощает воду, ее масса 2,16 г;

Найдем υ(Н). υ(Н) = 2υ(Н₂О) = 2∙2,16/18 = 0,24 моль

Найдем массу водорода m(Н) = υ(Н) ∙ М(Н) = 0,24 ∙ 1 = 0,24 г

2) Углекислый газ поглощается известковой водой с образованием карбоната кальция.

Найдем υ(С). υ(С) = υ(СаСО₃) = 6/100 = 0,06 моль

Найдем массу углерода m(C) = υ(С) ∙ М(С) = 0,06 ∙ 12 = 0,72 г

3) Остался азот. Найдем его количество υ(N₂) = PV/RT; υ(N₂) = 101300 ∙ 0,000758/8,314 ∙ 308=0,03 моль

Найдем υ(N). υ(N) = 2υ(N₂) = 2∙0,03 = 0,06 моль

Найдем массу азота m(N) = υ(N) ∙ М(N) = 0,06 ∙ 14 = 0,84 г

4) Проверим, был ли в исходном веществе кислород: m(O) = m(вещества) – m (C) – m (H) – m (N) = 1,8 – 0,24– 0,72 – 0,84 = 0; кислорода нет

5) х : y : z = υ(C) : υ(H) : υ(N) = 0,06 : 0,24 : 0,06 = 1 : 4 : 1 СН₄N – не м.б., удвоим С₂Н₈N₂

Судя по формуле, это предельный диамин.

Так как он реагирует с азотистой кислотой с образованием азота, то это первичный амин.

1,2 – диаминоэтан (Х) + 2HNO₂ → 2N₂+ 2H₂O + этиленгликоль (Z)

1,1 – диаминоэтан (Х) + 2HNO₂ → 2N₂+ 3H₂O + уксусный альдегид (Z)
Задача 7. Навеску органической соли, состоящей из углерода, кислорода, азота и водорода, массой 10,7 г сожгли в 11,2 л кислорода. Полученная смесь газов была пропущена последовательно через трубку с безводным хлоридом кальция (ее масса увеличилась на 8,1 г), склянку с баритовой водой (выпало 59,1 г осадка) и раскаленную железную трубку (масса увеличилась на 4 г). При этом остался непоглощенным газ с плотностью 1,25 г/л (н.у.). Установите формулу соли.

Решение:

1) безводный хлорид кальция поглощает воду, ее масса 8,1 г;

υ(Н) = 2υ(Н₂О) = 2∙8,1/18 = 0,9 моль m(Н) = υ(Н) ∙ М(Н) = 0,9 ∙ 1 = 0,9 г

υ(О) = υ(Н₂О) = 8,1/18 = 0,45 моль

2) Углекислый газ поглощается баритовой водой с образованием карбоната бария.

υ(С) = υ(ВаСО₃) = 59,1/197 = 0,3 моль m(C) = υ(С) ∙ М(С) = 0,3 ∙ 12 = 3,6 г

υ(О) = 2υ(СО₂) = 2∙ 0,3 = 0,6 моль

3) Масса раскаленной железной трубки увеличилась за счет окисления свободным кислородом, не вступившим в реакцию,

υ(О) = 2υ(О₂) = 4/16 = 0, 25 моль

4) Остался азот, что определяется по плотности М=1,25·22,4=28 г/моль.

5) По закону сохранения, количество атомов кислорода до и после реакции равны

Вступило в реакцию υ(О) = 2υ(О₂) = 2∙11,2/22,4 = 1 моль

До реакции было (1 + z) моль (О)

После реакции стало 0,45 + 0,6 + 0, 25 = 1,3 моль (О)

(1 + z) = 1,3

z = 0,3 моль было кислорода в исходном веществе

m = 0,3 ∙ 16 = 4,8 г (О)

5) Найдем массу азота 10,7 – 0,9 – 3,6 – 4,8 = 1,4; υ(N) = 1,4 : 14 = 0,1 моль

6) х : y : z : q = υ(C) : υ(H) : υ(O) : υ(N) = 0,3 : 0,9 : 0,3 : 0,1 = 3 : 9 : 3 : 1 С₃Н₉О₃N

Ответ: CH₃–CH (ОН)–COONH₄илиCH₂(ОН)–CH₂–COONH₄

подходит также(НО-СН₂-СОО^–СН₃ NН₃⁺) – соль гликолевой кислоты – гидроксиацетат метиламмония; возможны и другие варианты.

Задачи на вывод формул биоорганических молекул
Задача 1. При полном гидролизе образца природного жира массой 32 г образовалась смесь четырех продуктов реакции общей массой 34,16 г. Такой же образец жира при полном гидрировании превращается в другой жир, полный гидролиз которого дает всего два продукта. Установите структуру исходного жира. (1999 г)

Решение: При гидролизе жира получается смесь трех кислот и глицерин – это четыре продукта. Разница масс продуктов и исходного жира приходится на воду.

1) Найдем массу воды и ее количество: m = 34,16 – 32= 2,16 г; υ = 2,16 /18 = 0,12 моль

2) Количество жира (в соответствии с уравнением) в 3 раза меньше, чем воды, и равно 0,04 моль

3) Молярная масса жира 32/0,04 = 800 г/моль

4) Определим молярную массу, приходящуюся на три радикала 800 – (44∙3+41) = 627 г/моль

5) Так как после гидрирования жира получается предельный жир, дающий при гидролизе только 2 продукта, в составе кислотных остатков, входивших в первый жир, было одинаковое число атомов углерода.

Для определения числа атомов углерода в радикалах трех кислот разделим 627 на 14 (М группы СН₂)

627:14 = 44,79. Разделим на 3 ≈ 15

Рассчитаем число атомов водорода в трех радикалах: 627 – 15∙3∙12 = 87

87 = 31 + 29+ 27

Ответ: исходный жир содержал остатки кислот: С₁₅Н₃₁СООН, С₁₅Н₂₉СООН и С₁₅Н₂₇СООН кислот.
Задача 2. При нагревании 18 г кислородсодержащего природного вещества Х с избытком аммиачного раствора оксида серебра, получено 32,4 г осадка. При сжигании некоторого количества Х потребовался объем кислорода, равный объему выделившегося при этом углекислого газа. Определите молекулярную формулу Х, приведите структурную формулу, удовлетворяющую условию.

Решение:

1) Найдем n(Ag) =32,4/108 =0,3 моль. Вещество Х содержало одну альдегидную группу:

RCHO +2[Ag(NH₃)₂]OH → RCOОNH₄ + H₂O + 2Ag + 3NH₃

n(X) = 1/2n(Ag) = 0,15моль.

2)M(Х) =18/0,15 = 120 г/моль

3) Запишем уравнение реакции горения Х, выразив его формулу как С_хН_уО_z

С_хН_уО_z + ((2х+0,5у-z)/2) О₂ → хСО₂ + 0,5уН₂О

4) По условию(2х+0,5у-z)/2 = х

Выразим из этого уравнения у: у = 2z

5) Выразим молярную массу Х: 12х + у + 16z = 120, отсюда у = 120 – 12х – 16z

6) Приравняем у: 2z = 120 – 12х – 16z и выразим х через z:

х = (120 – 18z)/12

z=0, x=10,y=0 – нет решения

z=1, x=8, 5– нет решения

z=2, x=7,y=4 – С₇Н₄О₂не хватает водорода

z=3, x=5,5 – нет решения

z=4, x=4,y=8 – С₄Н₈О₄искомая формула

Так как вещество содержит альдегидную группу и имеет природное происхождение, это углевод–альдотетроза, например, эритроза:

Задача 3. Установите строение природной аминокислоты, если известно, что в результате реакции этой кислоты с этиловым спиртом образуется соединение, молярная масса которого на 18,54% больше молярной массы исходной аминокислоты.(2011 г)

Решение

Запишем уравнение реакции в общем виде:

NH₂-(CHR)-COOH + C₂H₅OH → NH₂-(CHR)-COOC₂H₅ + H₂O

Выразим молярные массы аминокислоты и сложного эфира (102 + R)

М(аминокислоты) = (74 + R)

М (сложного эфира) = (102 + R)

Исходя из условия, что молярная масса сложного эфира на 18,54% больше молярной массы исходной аминокислоты, можно составить пропорцию

(74 + R) – 100%

(102 + R) - (74 + R) – 18,54%

Решаем

(74 + R) ∙ 18,54 = (102 + R -74- R) ∙100

1371,96 +18,54R = 2800

18,54R = 1428,04

R= 77 Это радикал фенил.

Такой аминокислоты в составе белков нет (фенилглицин), она используется в синтезе красителя индиго.

Если при решении правильно определена молярная масса радикала, то задача засчитывалась полностью. Многие пытались подобрать самую близкую по молярной массе аминокислоту (молярная масса аминокислоты равна 74+77=151), что близко к метионину. Это ответ также зачитывался как правильный.

Задача 4. Установите строение трипептида, если известно, что число атомов углерода в нем в 2,8 раза больше числа атомов азота и в 3,5 раза больше числа атомов кислорода, при его частичном гидролизе образуются два изомерных дипептида, а для полного гидролиза 1 моль этого трипептида требуется 3 моль гидроксида калия.(2011 г)

Решение:

Запишем формулу трипептида, исходя из того, что при его гидролизе образуются 2 изомерных дипептида (концевые аминокислоты одинаковые):

NH₂-(CHR₁)-CO NH-(CHR₂)-CO NH-(CHR₁)-COOH

На гидролиз 1 моль трипептида затрачивается 2 моль щелочи + 1 моль – на нейтрализацию концевой карбоксильной группы, итого 3 моль. Следовательно, дополнительно карбоксильных групп или фенольной гидроксильной группы в трипептиде не содержалось.

Предположим, что атомов азота в трипептиде было 3, тогда атомов углерода 3∙2,8 = 8,4, а это не соответствует условию, т.к. число не является целым.

Предположим, что атомов азота в трипептиде было 4 (в одной аминокислоте была вторая аминогруппа), тогда атомов углерода 4∙2,8 = 11,2, а это не соответствует условию, т.к. число не является целым.

Предположим, что атомов азота в трипептиде было 5, тогда атомов углерода 5∙2,8 = 14, а атомов кислорода 14 : 3,5 = 4

В известной части трипептида (см. общую формулу) содержится 6 атомов углерода и 4 атома кислорода, следовательно, в искомых аминокислотах в радикалах должно оказаться 8 атомов углерода и 2 атома азота. Пользуясь таблицей аминокислот, определим R₁– он может содержать аминогруппу, это может быть лизин. При этом радикал аминокислоты лизин содержит 4 углерода. Если трипептид содержит 2 остатка лизина, то на среднюю амнокислоту углеродов не остается, следовательно, это глицин.

Ответ: лизилглициллизин или Lys–Gly–Lys

NH₂-CH-CO-NH-СН₂-CO -NH- CH - COOH

(СН₂)₄NH₂(СН₂)₄NH₂
Задача 5. При частичном гидролизе пептида «А», имеющего молярную массу 369 г/моль и содержащего 11,4% азота по массе, получено два пептида «В» и «С». Образец пептида «В» массой 0,624 г может при нагревании вступить в реакцию с 9,43 мл 2,33% раствора гидроксида калия с плотностью 1,02 г/мл. Образец пептида «С» массой 0,888 г полностью реагирует при нагревании с 17,2 мл 0,465 М раствора соляной кислоты. Установите структуру пептида «А».

Решение: 1) Определим число атомов азота в пептиде «А». 14n = 369 ∙ 0,114; n = 3. Следовательно, А – трипептид, а В и С – дипептиды

2) Определим количество KOH; υ = ρVω /M= 1,02٠9,43٠0,0233/56 = 0,004 моль

На гидролиз дипептида затрачивается 2 моль щелочи, следовательно, количество дипептида В 0,002 моль, а его молярная масса 0,624:0,002 = 312 г/моль

3) Определим количество НCl; υ =VC = 0,0172 ∙0,465 = 0,008 моль

На гидролиз дипептида затрачивается 2 моль кислоты, следовательно, количество дипептида С 0,04 моль, а его молярная масса 0,888:0,004 = 222 г/моль

4) Добавляя молярную массу воды к молярным массам пептидов, получим суммы молярных масс аминокислот Х, У и Z, входивших в пептиды.

M левая фигурная скобка 1

(X+Y+Z) = 369 + 36 = 405;

M(X+Y) = 312 +18 = 330;

M(Y+Z) = 222 + 18 = 240; выразим X и Z из 2-го и 3-го уравнений и подставим в первое. У = 165 – это фенилаланин, тогда Х = 330 – 165 = 165, тоже фенилаланин, Z = 240 – 165 = 75 – глицин

Ответ: фен-фен-гли или гли-фен-фен
Задача 6. При обработке продуктов гидролиза 3,63 г нуклеотида, содержащего 19,28% азота по массе, избытком известковой воды, выпало 1,55 г осадка. Установите структурную формулу нуклеотида.(2006 г)

Решение: 1) При гидролизе нуклеотида образуется углевод, азотистое основание и фосфорная кислота, которая и дает осадок с избытком известковой воды:

3Ca(OH)₂ + 2H₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O

Определим количество фосфата кальция: 1,55 : 310 = 0,005 моль

Количество кислоты в 2 раза больше – 0,01 моль

2) Количество нуклеотида 0,01моль, тогда его молярная масса 3,63 : 0,01 = 363 г/моль

3) Определим число атомов азота в нуклеотиде 14 n = 363 ∙ 0,1928 = 5. 5 атомов азота содержится в аденине и гуанине.

4) Подберем формулу нуклеотида.

М(нуклеотида) = М(H₃PO₄) + М(углевода) + М(азотистого основания) – 2М (Н₂О)

Предположим, азотистое основание – аденин:

363 = 98 + 135 + М(углевода) – 36

М(углевода) = 166 г/моль – решения нет

Предположим, азотистое основание – гуанин:

363 = 98 + 151 + М(углевода) – 36

М(углевода) = 150 г/моль – это рибоза

Ответ: рибогуанозинфосфат
Решение заданий зачета

Массовая доля кислорода в моноаминомонокарбоновой кислоте 35,95%. Определите ее молекулярную формулу. (3 балла)

Решение:

Составим формулу моноаминомонокарбоновой кислоты в общем виде: С_nH₂_n₊₁O₂N

Выразим молярную массу кислоты: М=14n+47

Рассчитаем молярную массу кислоты по массовой доле атомов кислорода:

32/0,3595=89

Приравняем молярные массы, найдем n:

14n+47=89 n=3 С₃H₇O₂N – это может быть аланин или 3-аминопропановая кислота

На полный гидролиз 1,85 г сложного эфира потребовалось 10 г 10 % раствора гидроксида натрия. Определите молекулярную формулу эфира. (3 балла)

Решение:

Пусть спирт был одноатомный, а кислота одноосновная, тогда на 1 моль эфира потребуется 1 моль гидроксида натрия.

n (NаОН)= 10∙0,1/40=0,025 моль

n (С_nH₂_nO₂)=0,025 моль, М (С_nH₂_nO₂)=1,85/0,025=74 г/моль

Выразим молярную массу эфира: М=14n+32

Приравняем молярные массы, найдем n:

14n+32=74 n=3 С₃H₆O₂

Варианты сложного эфира:

метилацетат

Этилформиат

При сгорании 2,06 г органического вещества получено 1,62 г воды, 0,224л азота и 1,792 л углекислого газа. Определите его молекулярную формулу. (3 балла)

Решение: Найдем количества вещества продуктов горения, по ним определим массы атомов углерода, водорода и азота:

υ (С) = υ (СО₂) =1,792/22,4 = 0,08 m(С) =0,96г

υ (Н) = 2υ (Н₂О) =2∙1,62/18 = 0,18 m(Н) =0,18 г

υ (N) = 2υ (N₂) =2∙0,224/22,4 = 0,02 m(N)=0,28 г

Определим наличие кислорода в исходном веществе:

2,06-(0,96+1,18+0,28)=0,64 г приходится на кислород

υ (О)=0,64/16=0,04 моль

определим формулу вещества:

υ (С) : υ (Н) : υ (N) : υ (О) = 0,08 : 0,18 : 0,02 : 0,04 = 4:9:1:2

С₄Н₉ NО₂

При окислении смеси двух изомерных ароматических углеводородов кислым раствором перманганата калия образовалось 17,1 л углекислого газа (25^оС, 1 атм), 24,4 г бензойной кислоты, 49,8 г фталевой кислоты. Установите строение исходных углеводородов. (МГУ - 2000) (5 баллов)

Решение: 1) При окислении аренов углекислый газ образуется из метильных радикалов, соединенных с первым от бензольного кольца углеродом. Рассчитаем количество углекислого газа по уравнению Менделеева-Клапейрона:

υ = PV/PT = 101325 Па∙ 0,0171 м3/8,314 ∙298К = 0,7 моль

2) Рассчитаем количества бензойной (24,4/122 = 0,2 моль) и фталевой (49,8/166 = 0,3 моль) кислот

3) Наличие в продуктах окисления бензойной кислоты говорит о том, что один из исходных углеводородов имел одну боковую цепь, наличие фталевой кислоты – о том, что второй углеводород содержал две боковые цепи. Отсутствие в продуктах других органических продуктов говорит о том, что в боковых цепях с первым от кольца углеродом были соединены только метильные радикалы.

4) Сопоставляя количество углекислого газа и карбоновых кислот, можно прийти к выводу, что арен с одной боковой цепью количеством 0,2 моль дал 0,4 моль СО₂ (значит, в боковой цепи было два метильных радикала), а арен с двумя боковыми цепями – 0,3 моль СО₂(значит, в его боковой цепи был один метильный радикал), всего 0,7 моль СО₂.

Ответ: изопропилбензол (кумол) и орто-метилэтилбензол

Для полного гидролиза 0,563 г сложного эфира монокарбоновой кислоты (вещество А) потребовалось 75 мл 0,1М раствора гидроксида натрия. Для полного гидролиза такого же количества изомерного ему сложного эфира Б потребовалось вдвое меньшее количество щелочи. Установите строение А и Б, если известно, что они не дают реакции серебряного зеркала, а эфир А легко нитруется с образованием двух изомерных мононитропроизводных. (МГУ - 1997) (5 баллов)

1 2 3 4