Некоторое органическое вещество содержит 9,43% водорода, а также углерод и кислород, массовые доли которых равны. Это вещество реагирует с натрием и со свежеосаждённым гидроксидом меди(II), молекула его содержит третичный атом углерода. На основании данных условия задачи: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения физических величин) и установите молекулярную формулу исходного органического вещества; 2) составьте структурную формулу исходного вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции исходного вещества с избытком натрия (используйте структурные формулы органических веществ).

Общая формула — CxHyOz. Пусть масса вещества = 100 г x : y : z = 45,28/12 : 9,43/1 : 45,28/16 = 3,77 : 9,43 : 2,83 = 4 : 10 : 3. Молекулярная формула вещества: C4H10O3. Структурная формула: Уравнение реакции: Возможна частичная замена атомов водорода атомами натрия).

К 625 мл раствора серной кислоты с концентрацией 0,8 моль/л (плотность раствора 1,04 г/мл) добавили небольшими порциями 37,4 г олеума. К полученному раствору добавили избыток раствора гидроксида бария, в результате образовался осадок 209,7 г. Рассчитайте массовую долю соли в растворе, который образуется, если такую же долю исходного раствора серной кислоты (но 400 г избытка раствора гидроксида натрия) и т. д. (полное условие — см. книгу). В ответе запишите уравнения реакций, опишите условия задачи и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Уравнения реакций: [1] SO3 + H2O = H2SO4 [2] H2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4↓ + 2H2O [3] SO3(олеум) + 2NaOH = Na2SO4 + H2O [4] H2SO4(олеум) + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O Расчёты: m(р-ра H2SO4) = 625·1,04 = 650 г; n(H2SO4)исх = 0,5·0,625 = 0,5 моль; m(SO3)олеум = 37,4 − 80x ...; n(BaSO4) = 209,7/233 = 0,9 моль; решение системы даёт x; итог ω(Na2SO4) = 56,8/437,4 ≈ 0,13 (13%). (Полные вычисления приведены в книге.) Подробный разбор Уравнения реакций: \(SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}\) \(H_{2}SO_{4} + Ba(OH)_{2} = BaSO_{4}\downarrow + 2H_{2}O\) \(SO_{3} + 2NaOH = Na_{2}SO_{4} + H_{2}O\) \(H_{2}SO_{4} + 2NaOH = Na_{2}SO_{4} + 2H_{2}O\) Расчёты: Масса и количество вещества исходного раствора: \(m(\text{р-ра } H_{2}SO_{4}) = 625\ \text{мл} \cdot 1{,}04\ \text{г/мл} = 650\ \text{г}\); \(n(H_{2}SO_{4}) = 0{,}8\ \text{моль/л} \cdot 0{,}625\ \text{л} = 0{,}5\ \text{моль}\). Олеум — это раствор \(SO_{3}\) в серной кислоте, и весь его оксид переходит в кислоту по уравнению 1. Значит, вся сера конечного раствора осаждается барием: по уравнению 2 \(n(H_{2}SO_{4}) = n(BaSO_{4}) = \dfrac{209{,}7\ \text{г}}{233\ \text{г/моль}} = 0{,}9\ \text{моль}\). Из олеума пришло \(0{,}9 - 0{,}5 = 0{,}4\ \text{моль}\) серы. Пусть в олеуме \(x\) моль \(SO_{3}\) и \(y\) моль \(H_{2}SO_{4}\), тогда \(x + y = 0{,}4\) и \(80x + 98y = 37{,}4\). Подстановка даёт \(80x + 98(0{,}4 - x) = 37{,}4\), откуда \(18x = 1{,}8\), \(x = 0{,}1\ \text{моль}\ SO_{3}\) и \(y = 0{,}3\ \text{моль}\ H_{2}SO_{4}\). Проверка: \(0{,}1 \cdot 80 + 0{,}3 \cdot 98 = 8 + 29{,}4 = 37{,}4\ \text{г}\). Такую же порцию олеума (37,4 г) вносят в 400 г раствора \(NaOH\), взятого в избытке, поэтому оба компонента олеума нацело дают одну и ту же соль: по уравнению 3 \(n(Na_{2}SO_{4}) = n(SO_{3}) = 0{,}1\ \text{моль}\), по уравнению 4 \(n(Na_{2}SO_{4}) = n(H_{2}SO_{4}) = 0{,}3\ \text{моль}\). Всего \(n(Na_{2}SO_{4}) = 0{,}1 + 0{,}3 = 0{,}4\ \text{моль}\), \(m(Na_{2}SO_{4}) = 0{,}4\ \text{моль} \cdot 142\ \text{г/моль} = 56{,}8\ \text{г}\). Газов и осадка здесь нет, поэтому масса раствора — сумма масс: \(m(\text{р-ра}) = 400\ \text{г} + 37{,}4\ \text{г} = 437{,}4\ \text{г}\). \(\omega(Na_{2}SO_{4}) = \dfrac{56{,}8\ \text{г}}{437{,}4\ \text{г}} \approx 0{,}13\), то есть \(13\%\). Ответ: \(\omega(Na_{2}SO_{4}) \approx 13\%\).

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют семь валентных электронов. Запишите номера выбранных элементов. 1) P 2) Na 3) Cl 4) Mn 5) S

Число валентных электронов — это электроны внешнего слоя, а у элементов побочных подгрупп ещё и электроны незавершённого предподуровня \(d\), поскольку они тоже могут участвовать в образовании связей. Поэтому смотреть нужно на конец электронной конфигурации каждого атома. Хлор \(Cl\) — элемент VIIA-группы: \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{5}\). На внешнем третьем слое находится \(3s^{2}3p^{5}\), то есть 7 электронов. Это подтверждается и высшей степенью окисления \(+7\) (например, в \(HClO_{4}\)). Марганец \(Mn\) — элемент VIIB-группы: \(...3d^{5}4s^{2}\). На внешнем слое всего 2 электрона, но незавершённый подуровень \(3d^{5}\) тоже валентный, поэтому валентных электронов \(5 + 2 = 7\). Отсюда и высшая степень окисления марганца \(+7\), как в \(KMnO_{4}\). Остальные элементы ряда не подходят. У фосфора \(P\) конфигурация внешнего слоя \(3s^{2}3p^{3}\) — 5 валентных электронов (V группа, высшая степень окисления \(+5\)). У натрия \(Na\) внешний слой \(3s^{1}\) — всего 1 валентный электрон (I группа). У серы \(S\) внешний слой \(3s^{2}3p^{4}\) — 6 валентных электронов (VI группа, высшая степень окисления \(+6\)). Удобный ориентир: число валентных электронов совпадает с номером группы, поэтому достаточно найти в ряду элементы VII группы — и главной, и побочной подгруппы. Ответ: 34.

Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-неметалла. Расположите выбранные элементы в порядке ослабления кислотных свойств образуемых ими высших оксидов. Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности. 1) P 2) Na 3) Cl 4) Mn 5) S

Сначала отберём из ряда элементы-неметаллы. Натрий (2) — типичный щелочной металл, марганец (4) — переходный металл, поэтому они не подходят. Остаются три неметалла: фосфор \(P\) (1), хлор \(Cl\) (3) и сера \(S\) (5). Все три элемента находятся в одном периоде (третьем), значит сравнивать их свойства удобно по положению слева направо: \(P\) — VA группа, \(S\) — VIA группа, \(Cl\) — VIIA группа. В пределах периода слева направо растёт электроотрицательность и неметаллические свойства элемента, а вместе с ними усиливаются кислотные свойства высших оксидов и соответствующих им гидроксидов. Значит, кислотные свойства нарастают в направлении \(P \rightarrow S \rightarrow Cl\), а ослабевают — в обратном. Высшие оксиды этих элементов: \(P_{2}O_{5}\), \(SO_{3}\) и \(Cl_{2}O_{7}\). Им отвечают кислоты \(H_{3}PO_{4}\) (кислота средней силы), \(H_{2}SO_{4}\) (сильная) и \(HClO_{4}\) (одна из самых сильных кислот). Сила кислот подтверждает тот же порядок. Располагаем элементы в порядке ослабления кислотных свойств высших оксидов: \(Cl_{2}O_{7} > SO_{3} > P_{2}O_{5}\), то есть \(Cl\) (3), \(S\) (5), \(P\) (1). Ответ: 351.

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые образуют соединение с водородом состава HЭ. Запишите номера выбранных элементов. 1) P 2) Na 3) Cl 4) Mn 5) S.

Начните с положения элементов в Периодической системе: состав летучего водородного соединения или гидрида определяется валентностью элемента в соединении с водородом, а она связана с номером группы. Формула \(H\text{Э}\) означает, что на один атом элемента приходится один атом водорода. Натрий — щелочной металл IA-группы, он одновалентен и образует с водородом ионный гидрид состава \(NaH\), то есть соотношение атомов 1:1. Хлор — галоген VIIA-группы, для него характерна валентность I в соединении с водородом: \(HCl\). Оба соединения отвечают требуемому составу \(H\text{Э}\). Остальные элементы дают другое соотношение: фосфор (VA-группа) образует \(PH_{3}\), сера (VIA-группа) — \(H_{2}S\), а марганец как переходный металл устойчивого соединения с водородом такого состава не даёт. Ответ: 23.