Пропан-бутан – смесь двух газообразных углеводородов, вырабатываемая из нефти и сконденсированных нефтяных газов. В обиходе ее часто называют просто пропан. Смесь легко сжижается при понижении температуры (t_кип ~ -42 ^оС при Р = 1атм) или повышении давления; критическая температура смеси составляет около +96 ^оС. Хранят и перевозят жидкую смесь под давлением в 16 атм.

Газовоз привез на АГЗС 3,5 м³ жидкого пропан-бутана с плотностью 0,584 г/см³ (измерения проведены при 0 ^оС) и массовым содержанием 58 % C₃H₈ и 42 % C₄H₁₀.

1. Рассчитайте мольное отношение компонентов смеси и общее количество молекул и атомов в цистерне газовоза. Во сколько раз больший объем заняла бы эта смесь при н.у. (t=0^oC, P=1атм)?
2. Напишите уравнения реакций сгорания пропана и бутана и рассчитайте их тепловые эффекты. Стандартные теплоты образования составляют (кДж/моль): 103,9 (С₃Н_8(г)), 126,2 (С₄Н_10(г)), 393,5 (СО_2(г)), 241,8 (Н₂О_(г)).
3. Вычислите количество тепла, которое выделится при сгорании всей смеси, содержащейся в газовозе.
4. На соседнюю заправку (АЗС) завезли бензин в цистерне такого же объема. Считая, что бензин состоит из чистого октана С₈Н₁₈ (t_кип = 125,5 ^оС, r = 0,703 г/см³, Q⁰_обр = 249,9 кДж/моль), рассчитайте количество атомов в цистерне бензовоза и количество тепла, которое выделится при сгорании всего бензина. Какой вид топлива более выгоден для автолюбителя и во сколько раз, если соотношение цен за 1 м³ топлива на рынке 5:3 не в пользу бензина?
5. Изобразите структурные формулы пропана, бутана (2 изомера) и такого изомера октана, в котором все атомы водорода структурно эквивалентны (неразличимы, т.е. имеют одинаковое атомное окружение).

1. В первом стаканчике соль натрия.
2. В стаканчике с раствором голубого цвета соль меди.
3. Стаканчик с фиолетовым раствором находится непосредственно справа от стаканчика с голубым раствором.
4. В одном из стаканчиков растворён сульфат хрома(III).
5. Раствор объёмом 150 мл находится рядом с раствором с концентрацией 0,03 моль/л (М).
6. Раствор объёмом 100 мл окрашен в жёлто-коричневый цвет.
7. Раствор объёмом 160 мл содержит соль калия.
8. Раствор в третьем стаканчике содержит хлорид.
9. Рядом с раствором объёмом 150 мл находится раствор трииодида.
10. Концентрация раствора объёмом 250 мл равна 0,004 М.
11. Раствор соли натрия находится рядом с раствором зелёного цвета.
12. Концентрация раствора зелёного цвета равна 0,001 М.
13. В фиолетовом растворе содержится перманганат.

Юный химик Дима, пытаясь разобраться на бумаге, в каком из стаканов находится раствор с наибольшей массовой долей, понял, что ему не хватает данных, и решил немного поэкспериментировать. При смешивании растворов зелёного и голубого цветов видимых изменений не произошло – получился сине-зеленый раствор. Тогда Дима к фиолетовому (нисколько не прозрачному) раствору начал приливать раствор жёлто-коричневого цвета (также совсем не прозрачный). Увидев, что из раствора выпадает очень тёмный осадок, он обрадовался, и смешал оба раствора целиком. Через некоторое время он аккуратно отфильтровал осадок и обнаружил, что смесь растворов стала совершенно прозрачной и бесцветной. Масса осадка после сушки в вакууме при 250 °C составила 1,391 г.

– Вот, теперь всё сходится! – обрадовался Дима, проведя необходимые расчёты, и дописал в своём журнале все молярные и массовые концентрации растворов.

1. Воспользовавшись данными I-XIII, установите, какие катионы и анионы содержатся в каждом из стаканов. Какие цвета, объёмы и молярные концентрации имеют налитые в них растворы? Ответ на этот вопрос удобно представить в виде таблицы, в которой, однако, одна клетка пока останется пустой.
2. Напишите уравнение реакции, проведённой Димой, повторите его вычисления и завершите заполнение таблицы.
3. Рассчитайте массовые концентрации солей в растворах, приняв плотность растворов 1 г/см³.
4. Опишите превращения, которые наблюдал бы юный химик Дима, если бы он смешивал желто-коричневый раствор с голубым, а зеленый – с фиолетовым? Приведите уравнения реакций.

– Возьми банку с … (хлорид А с массовой долей хлора 66,28 %), пробирку, спиртовку и универсальную индикаторную бумагу (в нейтральной среде она желтая, в кислой – красная, в щелочной – синяя). Перенеси немного вещества в пробирку, закрепи ее и нагрей в пламени спиртовки. Когда увидишь пары́ (газ Б) над отверстием пробирки – опусти полоску влажной индикаторной бумажки прямо в них и запиши ее цвет.

– И всё? – удивился ЮХ.

МХ таинственно улыбнулся и вышел.

ЮХ сделал всё, как велел учитель, поднёс бумажку…

– Удивительно, – пробормотал ЮХ, глядя на сине-зелёную окраску бумажки (результат 1).

Решил он проверить результат, использовал еще полоску индикаторной бумаги, и удовлетворенно хмыкнул, увидев слабую красную окраску (результат 2). На дне пробирки тем временем уже ничего не осталось.

ЮХ догадался, в чем подвох, а Вы?

1. Установите формулу и приведите название хлорида А. Подтвердите ответ расчетом.
2. Напишите уравнение реакции, приводящей к образованию паров газа Б и назовите продукты реакции.
3. Результат 1 явно вызвал недоумение у ЮХ. Какой цвет индикатора он ожидал увидеть и почему? Вслед за ЮХ попробуйте и Вы объяснить результаты 1 и2. В качестве аргументов используйте уравнения реакций и простейшие физические законы.

В справочнике по свойствам неорганических веществ находим следующие характеристики хлорида А. Белый порошок, летучий, термически малоустойчивый. Хорошо растворим в воде, кристаллогидратов не образует. Разлагается концентрированными серной и азотной кислотами, щелочами; при спекании реагирует с типичными металлами, оксидами, карбонатами, нитритами металлов.

1. Напишите уравнения реакций хлорида А, которыми охарактеризованы его свойства: с H₂SO_4(к), HNO_3(к), NaOH, Mg, ZnO, CuO, CaCO₃, NaNO₂. Поскольку именно с такими реакциями Вы могли раньше и не сталкиваться, сначала подумайте, как могли бы реагировать с этими веществами продукты разложения хлорида А, а затем пишите требуемые уравнения.

Однако есть и хорошие новости. За два последних десятилетия было установлено, что один из оксидов Х (оксид А) обладает широким спектром биологического действия, в том числе регуляторным и защитным. В частности, его молекула участвует в регуляции систем внутри- и межклеточной сигнализации. Вжурнале "Science" в 1992 году молекула А была названа молекулой года, а в 1998 г трое американских ученых – Фурчготт, Игнарро и Мюрад – были удостоены премии Нобелевского комитета по физиологии «за открытия, касающиеся А как сигнальной молекулы в сердечно-сосудистой системе».

Правда сам оксид А в смоге отсутствует, поскольку на воздухе уже при комнатной температуре легко присоединяет кислород, образуя соединение В. А вот присутствующий в смоге оксид элемента Y (оксид Б) с кислородом реагирует только в специальных условиях (образуется соединение Г). Плотность паров соединения В по водороду при 135 ^оС равна 23, а соединения Г – 40.

1. Установите элементы Х и Y, вещества А-Г. Ответы подтвердите расчётами. Напишите уравнения реакций оксидов А и Б с кислородом. Предложите по одному промышленному и лабораторному способу получения оксидов А и Б. Укажите условия протекания всех реакций.
2. Вычислите объёмный состав такой смеси оксидов А и Б, в которой равны массовые доли элементов Х и Y. Рассчитайте объём кислорода (л), необходимый для реакции с 1 л этой смеси.

При пропускании оксида Б в безводную азотную кислоту при охлаждении можно получить соединение Ы. Это же вещество получается при взаимодействии оксида А с 75% серной кислотой при одновременном доступе кислорода. Оно представляет собой бесцветные кристаллы, плавящиеся при 73 °С и является ключевым промежуточным продуктом несколько устаревшего способа получения серной кислоты. С холодной водой быстро реагирует с образованием светло-голубого раствора, содержащего неустойчивое вещество Ъ. При повышении температуры раствор теряет окраску, происходит образование оксида А. При обработке водой 2,54 г вещества Ы и последующем прибавлении избытка раствора хлорида бария выпадает 4,67 г белого осадка. При нагревании этого раствора выделяется 0,299 л оксида А (н.у.), с осадком же ничего не происходит.

1. Установите вещества Ы и Ъ, напишите уравнения всех описанных реакций.