1-2. Из пентена-1 необходимо получить 1-бромпентан. Как видно из структурных формул соединений, это соответствует присоединению молекулы HBr. Однако, при присоединении бромоводорода к пентену-1 образуется 2-бромпентан (это следует из правила Марковникова или из устойчивости промежуточного карбокатиона). Поэтому для присоединения против правила Марковникова необходимо добавить органический пероксид (обозначен как ROOR), например перекись бензоила. Для получения пентанола‑1 необходимо заместить бром на гидроксильную группу (реакция нуклеофильного замещения). Для этого подходит водный раствор щелочи (не путать со спиртовым раствором щелочи, который приведет к образованию пентена-1).

Присоединение бромоводорода к пентену-1 позволяет получить 2-бромпентан по правилу Марковникова (реакция электрофильного присоединения).

Реакция алкилгалогенидов, которые имеют при соседнем атоме углерода атом водорода, со спиртовым раствором щелочи, является реакцией элиминирования (реакция отщепления) и приводит к образованию алкенов. Таким образом, взаимодействием 2-бромпентана со спиртовым раствором гидроксида калия был получен пентен-2. Здесь также следует указать, что по правилу Зайцева образуется в основном пентен-2. Взаимодействие пентена-2 с бромом представляет собой качественную реакцию на алкены (реакция электрофильного присоединения).

Для получения пентина-2 необходим избыток спиртового раствора гидроксида калия (реакция элиминирования). Процесс получения кетонов из алкинов называется реакция Кучерова, которая была открыта великим русским химиком в 1881 г. Катионы ртути являются катализаторами данной реакции. Следует отметить, что в этой реакции также образуется некоторое количество пентанона-2.

a) Na₂S + H₂SO_4(р) = Na₂SO₄ + H₂S↑ ­- запах тухлых яиц, Na₂S + 4H₂SO_4(к)= Na₂SO₄ + 4H₂O + 4SO₂↑ - резкий кислый запах горящей серы;  б) 3Na₂S + 2BiCl₃ = 6NaCl + Bi₂S₃↓ - черный осадок,
3Na₂S + 2AlCl₃ + 6H₂O = 6NaCl + 2Al(OH)₃↓ - белый студенистый осадок + 3H₂S;

в) Na₂S + FeSO₄ = Na₂SO₄ + FeS↓ - черный осадок, 3Na₂S + Fe₂(SO₄)₃ = 3Na₂SO₄ + 2FeS↓+ S↓ - серый осадок (смесь черного и белого); г) Na₂S + 4Cl₂ + 4H₂O = Na₂SO₄ + 8HCl, Na₂S + I₂ = 2NaI + S↓ - белая муть; д) Na₂S + CO₂ + H₂O = Na₂CO₃ + H₂S­, 2Na₂S + 3SO₂ = 2Na₂SO₃ + 3S↓;

e) 3Na₂S + 2SbCl₃ = 6NaCl + Sb₂S₃↓ - оранжевый осадок, 3Na₂S + SbCl₃ = 3NaCl + Na₃SbS₃ (NaSbS₂).

1. Уравнение реакции горения угля: С_(т.) + О_2(г.) = СО_2(г.). По определению, теплотой образования вещества называется количество тепла, выделяющееся при образовании 1 моля вещества из простых веществ, взятых в их стандартном состоянии. Т.е. при сжигании 1 моля угля выделяется Q = Q_f(CO₂) = 393,5 кДж. Количество угля в 1 кг = 1000/12 = 83,3 моль. Следовательно, при сгорании 1кг угля выделяется 393,5·83,3 = 32,8*10³ кДж= 32,8 МДж.

      Сжигание метана протекает по следующему уравнению: СН_4(г.) + 2О_2(г.) = СО_2(г.) + 2Н₂О_(г.). По следствию из закона Гесса найдем количество тепла, выделяющееся при сжигании 1 моль метана: Q = Q_f(CO₂) + 2Q_f(H₂O) - 2Q_f(O₂) - Q_f(CH₄). Так как теплота образования кислорода равна нулю, получаем: Q = 393.5 + 2·241.8 - 74.8 = 802,3 кДж. Количество метана в 1 м³ = 1000/22,4 = 44,6 моль. При сжигании 1 м³ метана выделяется 802,3·44,6 = 35,8*10³ кДж = 35,8МДж.

      2. Для оценки тепла, необходимого для нагрева воздуха, рассчитаем его массу. Объем воздуха равен 50·2.5 = 125 м³. Масса воздуха 125·10³·29/22,4 = 161830 г = 161,8 кг. Количество тепла, необходимое для нагрева тела массой m от температуры Т₁ до температуры Т₂, равно произведению его массы на удельную теплоемкость и на разность температур: Q = 161,8·1005·25 = 4,1*10⁶ Дж = 4,1 МДж.

      3. По той же формуле для нагрева 150 л (150 кг) воды потребуется Q = 150·4200·85 = 53,6*10⁶ Дж = 53,6 МДж.

      4. Угля потребуется 4,1/32,8 = 0,125 кг для нагрева воздуха и 53,6/32,8 = 1,63 кг для нагрева воды. Метана требуется 4,1/35,8 = 0,115 м³ для нагрева воздуха и 53,6/35,8 = 1,50 м³ для нагрева воды.

      5. ТЭЦ затратит 100*0,125 + 1,63 ~ 14 кг угля по 1,5 руб, т.е. 14*1,5 = 21 руб, если она работает на угле, и 100*0,115 + 1,5 = 13 м³ газа по 2,2 руб , т.е. 13*2,2 = 28,6 руб, если на газе.

      6. Преимущества газа: минимальные затраты по доставке (достаточно 1 раз вложить средства в газопровод) и обслуживанию котлов (автоматика); отсутствие отходов; значительно более высокий КПД; отсутствие SO₂ в продуктах сгорания (экология); возможность плавно контролировать скорость подачи топлива и т.д. Основной недостаток – опасность взрыва при утечке – очень серьезен, однако в настоящее время с этой проблемой справляются с помощью специальных датчиков, сигнализирующих об утечке задолго до накопления в воздухе опасных концентраций.

      7. Проведенная нами оценка затрат топлива только на нагрев воздуха и воды близка к реальным затратам только для газа, имеющего высокую чистоту и КПД ~ 90%. Уголь с озвученной стоимостью содержит всего 65-70% углерода, что в сочетании со значительно более низким КПД (обычно ~ 60%) и необходимостью вывозить отходы делает его существенно менее экономически выгодным, чем газ. Антрацит, содержащий до 95% С, стоит в 2-2,5 раза дороже, чем бурый уголь.

      Стоимость услуг по отоплению и горячему водоснабжению, естественно, включает не только затраты на нагрев, но и на обслуживание ТЭЦ и доставку воды и теплоносителя к потребителю. Поскольку необходимо учесть и значительные потери тепла в процессе транспортировки горячей воды, это слагаемое оказывается самым большим при формировании цен на услуги.

 1. Из описанных способов получения очевидно, что А является калиевой солью угольной кислоты. Учитывая, что в способах в) и г) процедуре получения А предшествует нагревание при высокой температуре, соль не содержит гидрокарбонат-иона. Рассчитаем ее состав (Поскольку данные термического анализа приведены с 4 значащими цифрами, в данном решении расчет проведен также с учетом 4 значащих цифр необходимых атомных масс). Нагревание до 200 ^оС может привести только к удалению кристаллизационной воды. В остатке - карбонат калия, который при молекулярной массе 138,21 а.е.м. составляет 100-16,36=83,64 % от массы А. Потеря массы 16,36% отвечает 0,1636*138,21/0,8364=27,03 а.е.м. на молекулу А, что соответствует 1,5 молекулам H₂O. А- K₂CO₃*1,5H₂O.

Остатком от прокаливания активной магнезии является MgO (40,31 а.е.м.), независимо от ее исходного состава. Потеря массы 70,88 % соответствует 0,7088*40,31/(1-0,7088)=98,12 а.е.м. Нетрудно убедиться, что это число в точности совпадает с суммой масс 1 молекулы СО₂ и 3 молекул Н₂О. Б- MgCO₃*3H₂O.

Двойная соль Энгеля, судя по названию, может содержать карбонаты или гидрокарбонаты калия и магния и, возможно, кристаллизационную воду. При нагревании до 200 ^оС останется смесь карбонатов, до 700 ^оС - оксид магния и значительно более устойчивый карбонат калия. В интервале от 200 до 700 ^оС разлагается только карбонат магния. Доля СО₂, приходящегося на карбонат магния составляет 57,36-40,19=17,17 % от исходной массы В и 17,17/(1-0,4019)=28,71 % от смеси карбонатов. Доля карбоната магния в этой смеси (44,05+40,31)*28,71/44,05=54,98 %, мольное отношение MgCO₃/K₂CO₃ = (54,98/84,36) : (45,02/138,21) = 2:1. Масса смеси состава 2MgCO₃*K₂CO₃ составляет 100-40,19=59,81 % от массы исходной соли Энгеля. На удаляющуюся до 200 ^оС часть (вероятно, CO₂ и H₂O) приходится 40,19*306,93/59,81=206,25 а.е.м. Рассчитаем число молекул в смеси газов, приходящееся на эту массу (n=PV/RT). Из 10,00 г В получается 7,561 л газов, из 206,25+306,93=513,18 г – 7,561*513,18/10,00=388,02 л, что составляет 388,02*1/(0,082*473,15)=10,00 моль. Решив нехитрую систему, получим, что потеря массы 206,25 а.е.м. это одна молекула CO₂ и 9 молекул H₂O при остатке 2MgCO₃*K₂CO₃. Брутто-формула соли Энгеля K₂Mg₂(CO₃)₂(HCO₃)₂*8H₂O. После сокращения всех коэффициентов на 2 получаем вполне приемлемую для двойной соли формулу: В – KHCO₃*MgCO₃*4H₂O

2. Уравнения реакций 1-4:

(1) 3(MgCO₃*3H₂O) + 2KCl + CO₂ = 2(KHCO₃*MgCO₃*4H₂O)↓ + MgCl₂

1. 2(KHCO₃*MgCO₃*4H₂O)  K₂CO₃ + 2(MgCO₃*3H₂O)↓ + 3H₂O + CO₂↑­
2. 2(KHCO₃*MgCO₃*4H₂O) + Mg(OH)₂ K₂CO₃ + 3(MgCO₃*3H₂O)↓ + H₂O
3. (CH₃)₃N + KCl + CO₂ + H₂O = KHCO₃↓(Г) + (CH₃)₃NHCl (Д)

Процесс 5 лучше проводить в насыщенном водном растворе, т.к. в этом случае разложение гидрокарбоната калия идет при значительно более низкой температуре, чем в конденсированной фазе. Самый экономичный способ перевода хлорида триметиламмония в исходный триметиламин -  слабое нагревание с гашеной известью:

1. 2KHCO₃ K₂CO₃ + H₂O + CO₂­↑
2. 2(CH₃)₃NHCl + Ca(OH)₂ CaCl₂ + (CH₃)₃N­

3. Реакции7-9:

1. K₂SO₄ + Ca(OH)₂ + 2CO = CaSO₄↓ + 2HCOOK
2. 2HCOOK + O₂ K₂CO₃ + H₂O + CO₂­↑
3. K₂SO₄ + 2C + CaCO₃ K₂CO₃ + CaS + 2CO₂­↑

Процесс 8 проводят во вращающейся барабанной печи, чтобы обеспечить доступ кислорода в зону реакции. В обычной печи при недостатке кислорода возможен и другой путь термолиза:

2HCOOK K₂C₂O₄ + H₂­ и K₂С₂О₄ K₂CO₃ + СО↑­.

В результате получается экологически небезопасная смесь СО и Н₂, а целевой продукт будет загрязняться оксалатом калия. Тем не менее, при соблюдении дополнительных мер безопасности и увеличении времени термообработки, можно обойтись и обычной печью.

4. В процессах Сольве и Леблана получают, соответственно, гидрокарбонат и карбонат натрия. Метод Леблана отличается от способа г) только тем, что в нем используют сульфат натрия. В производстве соды по Сольве в качестве основания используют не триметиламин, а аммиак:

NaCl + CO₂ + NH₃ + H₂O = NH₄Cl + NaHCO₃.

5. Нефелины относятся к классу алюмосиликатов, фактически представляющих собой каркасную структуру SiO₂, часть атомов кремния в которой замещена на атомы алюминия. Возникающий в результате такой замены отрицательный заряд компенсируется внешними катионами, в случае нефелинов это в основном катионы калия и натрия (приближенную среднюю формулу нефелинов часто записывают как KNa₃(AlSiO₄)₄). В процессе комплексной переработки нефелинов получают поташ, соду, цемент и окись алюминия, из которой затем выделяют металлический алюминий.