- «... — вещество, открытое сэром Гемфри Деви. Оно очень энергично действует на воду, и это воздействие будет служить нам для обнаружения воды. Достаточно взять маленький кусочек его и бросить в чашку с водой; как только оно попадет на воду, так сейчас же вспыхивает …».
М. Фарадей. Популярные Рождественские лекции.
- Какое вещество, открытое Г. Деви в 1807 г., М. Фарадей использовал в своих популярных Рождественских лекциях? Напишите уравнение реакции этого вещества с водой.
- В состав каких природных соединений входит химический элемент, образующий это вещество? Где в нашей стране находятся основные залежи его минералов, имеющих промышленное значение? Какой может быть окраска минералов и почему?
- Из какого соединения и каким образом выделил Г. Деви это вещество? Напишите уравнение реакции. Почему ученый не использовал для этой цели природные соединения?
- Медицинский препарат X называется «... магния». Он состоит из двух бинарных веществ*: А1 и А2 одинакового качественного состава. Нагревание препарата X сопровождается выделением бесцветного газа, поддерживающего горение, и потерей 4,29% массы. При этом образуется препарат Y — «... магния», состоящий исключительно из А2. Оба препарата используются для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, причем X оказывает активное противомикробное действие, в отличие от Y.
При растворении А2 в серной кислоте и последующей кристаллизации продукта получается вещество А3, исторически используемое в качестве легкого слабительного средства. Массовый состав А3: 5,7% Н, 71,5% O, 13,0% S, 9,8% Mg.- Определите состав веществ А1 и А2 и приведите названия препаратов X и Y, учитывая, что название X — это название соединения А1, а название Y — А2.
- Установите состав препарата X в процентах по массе.
- Установите химическую формулу и название вещества А3.
- Напишите уравнения приведенных реакций.
- Предположите, с чем может быть связана противомикробная активность X.
* Бинарными называются соединения, состоящие из двух элементов
- Часто, говоря о реакциях непредельных соединений с бромной водой, мы несколько упрощаем сущность процесса. На самом деле образуются не только дигалогенпроизводные, но и соединения более сложного состава и строения. Так, в результате взаимодействия углеводорода А с бромной водой образуется некоторое количество вещества Б, состав которого СnH2nBrOH. После дегидратации вещества Б при температуре выше 170°С в присутствии концентрированной серной кислоты образуется два изомерных монобромалкена: В и Г, причем Г не образует геометрических изомеров.
- Определите молекулярные и структурные формулы веществ А, Б, В и Г. Известно, что 2 литра А при н.у. имеют массу 5 г.
- Напишите уравнения всех протекающих реакций.
- Составьте формулы геометрических изомеров В и назовите их.
- Очевидно, Вы знаете, что могут существовать вещества одинакового качественного и количественного состава, химического строения, но различающиеся расположением некоторых атомов или групп атомов в пространстве, то есть стереоизомеры. Одним из видов стереоизомерии, является оптическая, которая существует у тех молекул органических соединений, которые содержат атомы углерода с четырьмя различными заместителями. Например, бром(хлор)фторметан:
(в формулах знаком * выделены такие асимметрические атомы С). Эти молекулы являются зеркальным отражением друг друга, однако, как ни старайтесь, совместить их друг с другом не сможете! Выделенный атом углерода называют оптическим центром молекулы. В окружающем нас мире существует множество подобных объектов. Например, Ваши руки, казалось бы, очень похожи, но правую перчатку Вы не сможете надеть на левую руку. В основном свойства оптических изомеров одинаковы, но они могут иметь, например, разный вкус или запах. Лимонен и карвон являются примерами соединений, оба оптических изомера которых встречаются в природе. Один изомер лимонена пахнет апельсинами, другой — лимонами, а карвон может пахнуть семенами тмина или мятой. На рисунке изображены формулы этих двух веществ:
лимонен
карвон
- Изобразите полные структурные формулы лимонена и карвона, покажите все атомы и связи.
- В каждой молекуле отметьте (*) оптический центр.
- Напишите уравнения реакций полного гидрирования лимонена и карвона.
- Имеют ли продукты их гидрирования оптические изомеры? Объясните Ваш ответ.
- При подготовке контрольной работы учитель, экономя время, записал задание в виде следующей схемы:
Известно, что вещество B — кристаллическое бесцветное токсичное вещество, обладающее выраженными бактерицидными свойствами, его применяют для синтеза красителей, лекарственных препаратов и высокомолекулярных соединений. C — бесцветная жидкость, неограниченно растворимая в воде, применяется преимущественно в качестве растворителя. Натриевая соль кислоты D используется как консервант в пищевой промышленности и стабилизатор при производстве полимеров.- Вместо схем напишите структурные формулы веществ, участвующих в превращениях.
- Запишите уравнения реакций 1–6, укажите условия их протекания.
- Назовите вещества А, В, С и D.
- Минерал авантюрин представляет собой оксид некоторого химического элемента, впервые выделенного в виде простого вещества шведским химиком Й.Я. Берцелиусом в 1822 г.
Юный химик пытался определить состав минерала. Он измельчил 0,6 г авантюрина и сплавил его с избытком щелочи. Полученный сплав растворил в воде и обработал избытком соляной кислоты. Масса выделившегося осадка после промывания и прокаливания составила 0,6 г. Весь полученный порошок юный химик смешал с 0,486 г магния и прокалил без доступа воздуха до завершения реакции. После остывания полученную смесь он снова обработал соляной кислотой и получил порошок бурого цвета массой 0,28 г. При обработке полученного порошка избытком водного раствора щелочи выделилось 0,448 л водорода (н.у.).
На основе полученных экспериментальных данных помогите юному химику определить состав минерала. Запишите уравнения всех происходящих процессов.
РЕШЕНИЯ
- Фарадей использовал калий, который был получен в 1807 г. Г. Деви.
Калий реагирует с водой:
2K + 2H2O = 2KOH + H2
Чаще всего калий встречается в составе хлоридов: сильвинита NaCl·KCl, сильвина KCl, карналлита KCl·MgCl2·6H2O, силикатов (полевой шпат). Основные залежи его минералов в России находятся в Приуралье (г. Березники). «Древнее Пермское море охватывало весь Восток Европейской части России. Отдельные его заливы, языки на севере заходили под самый Архангельск, на юге длинные рукава протягивались к Донецкому Бассейну и к Харькову. Начиная с Соликамска вплоть до юго-восточной части Уральского хребта, тянутся отдельные линзы калиевых месторождений».
А.Е. Ферсман. Занимательная геохимия. 1948 г.
Цвет обычно белый. Красноватый оттенок придают следы железа, синий цвет обусловлен присутствием в минерале радиоактивного 40К, после распада которого образуются пустоты, придающие минералу синий цвет.
Г. Дэви получил калий электролизом расплава гидроксида калия, т.к. он имеет более низкую температуру плавления по сравнению с хлоридом (tпл.(KOH) = 404°C, tпл.(KCl) = 770°C).
4KOH
4K + O2 + 2H2O
-
При термическом разложении бинарного соединения может выделяться простое вещество. Возможно единственное решение — простое вещество, газ, поддерживающий горение — кислород. Для элементов IIА группы не характерно образование супероксидов, озонидов, поэтому А2 — MgO, а А1 — MgO2. Тогда названия препаратов: X — пероксид (перекись) магния, Y — оксид (окись) магния. 2MgO2 = 2MgO + O2↑ Потеря массы — удаление половины кислорода в составе MgO2, пусть массовая доля MgO2 — х, тогда потеря массы:
x·16 г/моль / 56 г/моль = 0,0429
x = 0,0429·56 г/моль / 16 г/моль
x = 0,15
Таким образом ω(MgO2) = 15%, ω(MgO) = 85%.Сумма массовых долей элементов в составе А3 равна 100%, поэтому можно установить соотношение:
n(Mg) = n(S) = n(O) = n(H) = 9,8/24 = 13,0/32 = 71,5/16 = 5,7/1 = 1:1:11:14
Сера и часть кислорода входит в состав сульфат-иона SO42–, остальной кислород — в кристаллизационную воду. Таким образом, вещество А3 — MgSO4·7H2O — семиводный сульфат магния или гептагидат сульфата магния.MgO + H2SO4 = MgSO4 + Н2О
(MgSO4 + 7Н2О = MgSO4·7H2O)Препарат X содержит MgO2, который в кислой среде желудка образует пероксид водорода, проявляющий бактерицидную активность:
MgO2 + 2HCl = MgCl2 + Н2О2
- Молярная масса углеводорода А:
M(A) = 5·22,4 / 2 = 56 г/моль
Молекулярная формула А — C4H8
Вещество Б:
Вещество В:
цис-2-бромбутен-2 транс-2-бромбутен-2
Вещество Г:
3-бромбутен-1
Вещество А:
бутен-2
Уравнения реакций:
- Формулы веществ:
лимонен карвон
Уравнения реакций гидрирования:
Продукты гидрирования:
Оптических изомеров не имеет.
Оптический центр остался, так как в кольце разные заместители.
- Исследуемый оксид реагирует со щелочью, следовательно, он проявляет кислотные свойства.
Так как после растворения сплава, обработки его избытком HCl, промывания и прокаливания масса не изменяется, можно предположить протекание реакций согласно схеме:
кислотный оксид → соль → гидроксид (кислородсодержащая кислота) → кислотный оксид
Если предположить, что магний восстановил элемент, входящий в состав исследуемого оксида:
ЭОx + xMg = Э + xMgO
Пусть M(Э) = a. В случае, если магний взят в достаточном количестве, то можно составить уравнение:
При x = 2, а = 28, то есть искомый элемент — кремний, а оксид — SiO2.
Аналогичный результат можно получить, если анализировать взаимодействие неизвестного вещества с водным раствором щелочи.
Таким образом, авантюрин — это оксид кремния (IV).
Уравнения реакций:
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓
H2SiO3 = SiO2 + H2O
SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑
