ВсОШ 2026, 9 класс, №3

Масс-спектрометрия — метод исследования вещества, основанный на определении отношения массы к заряду ионов, образующихся при ионизации. Каждый пик в спектре конкретного молекулярного иона соответствует определённому значению , а интенсивность пиков пропорциональна мольной доле частиц с данным набором изотопов.

Например, спектр катиона содержит два пика с и .

Масс-спектрометрию можно использовать для исследования процессов олигомеризации*.

В эксперименте исследовали образование циклических трёхэлементных молекул и , имеющих одинаковую простейшую формулу и содержащих в своем составе лишь элементы малых периодов.

В качестве исходного соединения для синтеза и можно использовать высший хлорид , который образуется при хлорировании из бесцветного жидкого хлорида (р-ция ).

Масс-спектр A+: m/z, мольные доли и все пики

Масс-спектр X+: m/z, мольные доли и все пики

Масс-спектр Y+: m/z, мольные доли и все пики

*Олигомеризация — это химический процесс, в котором мономерные звенья связываются между собой с образованием димеров, тримеров, тетрамеров или более длинных цепочечных или циклических молекул.

Примечание: при решении задачи можно принять, что все элементы кроме хлора представлены одним наиболее распространенным изотопом. На приведенных масс-спектрах изображены пики с мольной долей выше .

Вопрос 1. Используя среднюю атомную массу хлора г/моль, определите соотношение интенсивностей пиков в масс-спектре .

Изобразите масс-спектр иона , для каждого пика укажите и относительные интенсивности.

В поле укажите отношение , округлив до двух значащих цифр. Спектр и обоснование приложите в полном решении в конце задачи.

Войдите, чтобы проверять ответы

Вопрос 2. Используя масс-спектр молекулярного иона , определите и .

Формулы вводите латинскими буквами с обычными цифрами.

Войдите, чтобы проверять ответы

Вопрос 3. Запишите реакцию , реакции полного гидролиза и (р-ции и ). Уравнения приложите в полном решении в конце задачи.

Вопрос 4. Определите количество атомов хлора в и .

Войдите, чтобы проверять ответы

Вопрос 5. Определите число мономерных звеньев в и . Определите вещества и . Изобразите структуры и . Приведите реакцию получения из (р-ция ) и реакцию гидролиза в избытке горячего раствора каустической соды (р-ция ).

В кратких ответах укажите число мономерных звеньев. Формулы, структуры и уравнения реакций приложите в полном решении в конце задачи.

Войдите, чтобы проверять ответы

Полное решение задачи.

Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.

Фото или PDF, до 20 МБ на файл, до 10 файлов. Ответ проверят вручную.
Войдите, чтобы проверять ответы
Ответ

Решение

1. Средняя атомная масса хлора равна г/моль:

решая уравнение, находим, .

Соотношение интенсивностей двух пиков в спектре :

Масс-спектр иона должен содержать три пика, соответствующих трём изотопологам: , , .

Вероятность того, что два атома попадут в один ион, равна , вероятность того, что в один ион попадут два атома , , а вероятность нахождения двух разных атомов равна или , двойка возникает из-за того, что и неразличимы. Самым интенсивным должен быть первый пик, второй — менее интенсивный, а третий самый низкий. Тогда соотношение пиков будет (нормировку значений можно осуществлять на вероятность самого интенсивного пика или на вероятность самого маленького пика , но соотношение между пиками должно сохранятся). Т.к. заряд иона , то значение для пиков примерно равны , и соответственно:

Масс-спектр Cl₂²⁺: все три пика, шкалы m/z и относительной интенсивности

2. В задаче представлен масс-спектр молекулярного иона , т.е. это однократно ионизированная молекула хлорида . Первый пик в молекулярном спектре соответствует иону, который содержит исключительно наиболее распространенный изотоп хлора — (по условию задачи все прочие элементы представлены одним наиболее распространенным изотопом). Исходя из мольной доли, соответствующей данному пику, можно рассчитать число атомов :

Таким образом, хлорид содержит три атома хлора. Молекулярная масса , в котором все атомы хлора представлены изотопом , исходя из масс-спектра, равна г/моль. Для нахождения элемента вычтем из г/моль, три атомные массы , получим г/моль, что соответствует фосфору.

В этом пункте задачи для нахождения фосфора можно было ограничиться рассуждениями, что ион, соответствующий первому пику, содержит только один изотоп , и сделать перебор:

где — число атомов хлора в хлориде.

Итак, вещество — трихлорид фосфора (жидкость при н.у.), вещество — пентахлорид фосфора (получается хлорированием ).

3. Уравнения реакций:

4. Для определения количества атомов хлора в молекулах и можно воспользоваться рассуждениями аналогичными предыдущему пункту. Первый пик в молекулярном спектре соответствует иону, который содержит исключительно наиболее распространенный изотоп хлора — (по условию задачи все прочие элементы представлены одним наиболее распространенным изотопом).

Исходя из интенсивности пика можно рассчитать число атомов :

Альтернативное ход решения. Отношение интенсивностей двух пиков не зависит от единиц интенсивности (мольные доли, вероятность, интенсивность, нормированная на и т.д.). Первый пик — пик, где все атомы хлора представлены изотопом . Вероятность появления этого пика равна , где — это число атомов хлора в молекуле. Второй пик — пик, где атом хлора- и атом хлора-. Вероятность появления такого пика , множитель учитывает число позиций, которые может занять один атом хлора-.

Отношение вероятностей двух первых пиков:

В случае вещества отношение интенсивностей второго и первого пиков примерно равно , что соответствует .

В случае вещества отношение интенсивностей второго и первого пиков примерно равно , что соответствует .

5. Вещества и — циклические трехэлементные вещества одинакового качественного состава. Исходя из информации в условии задачи про циклические олигомеры, можно предположить, что мономер веществ и содержит в своем составе два атома хлора, тогда в структуре этих соединений содержится три и четыре мономерных звена соответственно. Молекулярные массы и , содержащие только изотоп хлора-, составляют и г/моль соответственно. Разделив эти числа на число мономерных звеньев, получим молекулярную массу мономера — г/моль. Вычитая из молекулярной массы мономерного звена два атома изотопа хлора- и один атом фосфора, получим г/моль — азот.

Альтернативное рассуждение. Разница молекулярных масс первых пиков ионов и равна г/моль, вычитая два атома хлора- остается г/моль. С учетом того, что соединения содержат фосфор, вычитая атомную массу фосфора приходим к азоту.

Таким образом, вещества и — это трихлорфосфазен и тетрахлорфосфазен соответственно.

Структуры и :

Структурные формулы X и Y: все атомы, связи и заместители Cl

1

Соотношение интенсивностей пиков в спектре — балл. Верное указание для трех пиков — балл. Расчет мольных долей для каждого из трех пиков — по баллу. При схематичном изображении (три убывающих по интенсивности пика) — суммарно балл за масс-спектр. Если приведены относительные интенсивности, нормированные на какую-то величину, то ставится полный балл. Без обоснования — баллов.

5
2

Определение и — по баллу.

2
3

Уравнения реакций – — по баллу.

5
4

Расчет количества атомов хлора в и — по баллу.

2
5

Определение числа мономерных звеньев в и — по баллу. Определение и — по баллу. Структуры и — по баллу.

6
Максимум: 20

Похожие задачи

ВсОШ 2025, 9 класс, №Н-2

Анионы X1-X6 объединяют в общую группу, которую в 1925 году Лотар Биркенбах назвал «...»-анионы. Эти анионы имеют различный качественный и количественный состав, также различное строение. Они находят широкое применение в различных областях химии. Для извлечения металла A1

ВсОШ 2025, 10 класс, №10-2

10-2: схема или рисунок к условию, фрагмент 1, страница 2 Редкоземельные металлы T, X, mathrm{Y}, Z, применяемые в различных областях электротехники, в природе всегда встречаются вместе из-за схожести их химических свойств. Выделить в чистом виде каждый из таких элементов – непростая задача, а разра

ВсОШ 2026, 9–10 классы, №Н-5

(только для 9 и 10 классов) Вещества, богатые элементом X, могут рассматриваться как высокоэнергетические материалы, поскольку при их разложении выделяется много тепла. Это связано с образованием в процессе разложения простого вещества X2, содержащего в своей молекуле очень прочную ковале

ВсОШ 2025, 9 класс, №9-2

Соединения химического элемента X находят широкое применение в промышленности и в быту. В таблице приведены обозначения 10 веществ и содержание X в них. 9-2: схема или рисунок к условию, фрагмент 1, страница 3 | | | ω (X) % | | --- | --- | --- | | 1 | MSP | 25.82 | | 2 | DSP | 21.82 | | 3 | TSP | 18