Решение Задачи 10-4 (авторы: Андреев П. А., Трушков И. В.)

1. Вещество В образуется при пиролизе метана и используется для газовой сварки и резки металлов. Легко догадаться, что В – ацетилен, C₂H₂. Окисление ацетилена избытком перманганата калия в серной кислоте при нагревании приводит к образованию СO₂ и H₂O.

Следовательно, единственное органическое соединение Z, образующееся при окислении смеси А и В, является продуктом окисления А. На нейтрализацию 2.19 г Z требуется 3.75 · 0.32 = 1.2 г NaOH, что соответствует 0.03 моль NaOH. Если Z – одноосновная кислота, то её молекулярная масса равна 73 а. е. м. Это невозможно, поскольку молекулярная масса соединений формулы С_xH_yO_z должна быть чётным числом. Если Z – двухосновная кислота, то её молекулярная масса равна 146. Она соответствует формуле С₄Н₈(СО₂Н)₂. Отсюда можно сделать вывод, что А – циклоалкен. Поскольку Z не содержит третичных атомов углерода, это либо адипиновая (гександиовая) кислота, либо 2,2-диметилянтарная (2,2-диметилбутандиовая кислота). Однако последняя должна получаться из крайне нестабильного 3,3-диметилциклобутена. Адипиновая кислота образуется при окислении циклогексена, который при нагревании в присутствии платинового катализатора может подвергаться дегидрированию с образованием бензола. Выделяющийся при этом водород (2 эквивалента) гидрирует ацетилен с образованием этана. Действительно, и бензол, и этан не окисляются перманганатом калия в кислой среде, а бензол можно получить тримеризацией ацетилена. Таким образом, А – циклогексен, Z – адипиновая кислота, Х – бензол, Y – этан.

HC≡CH + 2 KMnO₄ + 3 H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2 MnSO₄ + 2 CO₂ + 4 H₂O (реакция 5)

Реакция бензола с хлороформом в присутствии AlCl₃ представляет собой пример алкилирования по Фриделю–Крафтсу. Поскольку продуктом реакции является углеводород, можно сделать вывод, что в хлороформе все три атома хлора замещены на фенильные группы, то есть образовался трифенилметан, (C₆H₅)₃CH. При действии на него натрия выделяется водород и образуется соль. Вывод – трифенилметан проявляет слабые кислотные свойства, а солью является трифенилметанид натрия, (C₆H₅)₃CNa (D). K₃[Fe(CN)₆] – одноэлектронный окислитель, превращающий трифенилметильный анион в соответствующий радикал Е, который может димеризоваться двумя путями: а) с образованием гексафенилэтана и б) в результате атаки радикального центра одной частицы по фенильному кольцу другой. Гексафенилэтан содержит только три типа атомов углерода, следовательно, это не димер F. Димер имеет 9 типов атомов водорода, если трифенилметильный радикал атакует другой радикал по пара -положению одной из фенильных групп.

2. При увеличении давления по принципу Ле-Шателье равновесие должно сдвигаться в сторону димера. Следовательно, интенсивность окраски должна ослабевать.

Система оценивания:

Задача 10-5. Свет и разрыв связей.

Свет – один из источников энергии для химических превращений. Энергия светового излучения обратно пропорциональна длине волны. Свет с длиной волны 1 см имеет энергию 12.0 Дж/моль.

1. Какие из перечисленных ниже двухатомных молекул могут распадаться на атомы под действием видимого излучения (длина волны от 400 до 700 нм)? Ответ подтвердите расчётом.

2. Озон защищает землю от части УФ излучения, поглощая его в стратосфере и разлагаясь на две частицы. Напишите уравнение реакции и оцените длину волны света (в нм), поглощаемого озоном.

3. Свет вызывает цис-транс-изомеризацию алкенов, реакция происходит с разрывом p-связи. Оцените максимальную длину волны света (в нм), который может привести к изомеризации.

4. Одно из самых опасных для озонового слоя веществ – хладоагент Галон-1301, CBrF₃. Предположите, какие частицы могут образоваться при облучении этого вещества светом с длиной волны: а) 500 нм; б) 300 нм; в) 200 нм? Ответы подтвердите расчётами.