Для выполнения задания 30 используйте следующий перечень веществ: бромоводородная кислота, оксид хрома(VI), перманганат калия, сероводород, гидросульфат калия, ацетат бария. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня выберите кислую соль и вещество, которое вступает с ней в реакцию ионного обмена. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения только одной из возможных реакций.

\((CH_{3}COO)_{2}Ba + KHSO_{4} = BaSO_{4}\downarrow + CH_{3}COOK + CH_{3}COOH\) Допустимо также писать, что гидросульфат калия в растворе диссоциирует дальше, с образованием \(H^{+}\) и \(SO_{4}^{2-}\). \(2CH_{3}COO^{-} + Ba^{2+} + K^{+} + HSO_{4}^{-} = BaSO_{4}\downarrow + K^{+} + CH_{3}COO^{-} + CH_{3}COOH\) \(CH_{3}COO^{-} + Ba^{2+} + HSO_{4}^{-} = BaSO_{4}\downarrow + CH_{3}COOH\) Подробный разбор Кислая соль в перечне одна — гидросульфат калия \(KHSO_{4}\): в его составе есть и катион металла, и незамещённый атом водорода кислотного остатка (ион \(HSO_{4}^{-}\)). В реакцию ионного обмена с ним вступает ацетат бария \((CH_{3}COO)_{2}Ba\): ионы \(Ba^{2+}\) и сульфат-ионы дают нерастворимый \(BaSO_{4}\), а водород гидросульфат-иона переходит к ацетат-иону, образуя слабую уксусную кислоту. Два признака необратимости сразу — осадок и слабый электролит. Молекулярное уравнение: \((CH_{3}COO)_{2}Ba + KHSO_{4} = BaSO_{4}\downarrow + CH_{3}COOK + CH_{3}COOH\) Полное ионное уравнение (в ионы расписываем растворимые сильные электролиты — ацетат бария, гидросульфат калия и ацетат калия; \(BaSO_{4}\) как осадок и \(CH_{3}COOH\) как слабая кислота остаются в молекулярном виде): \(2CH_{3}COO^{-} + Ba^{2+} + K^{+} + HSO_{4}^{-} = BaSO_{4}\downarrow + K^{+} + CH_{3}COO^{-} + CH_{3}COOH\) Допустимо также считать, что гидросульфат калия в растворе диссоциирует дальше, с образованием \(H^{+}\) и \(SO_{4}^{2-}\). Сокращённое ионное уравнение — вычёркиваем ионы \(K^{+}\) и один \(CH_{3}COO^{-}\), встречающиеся в обеих частях: \(CH_{3}COO^{-} + Ba^{2+} + HSO_{4}^{-} = BaSO_{4}\downarrow + CH_{3}COOH\)

Сульфид железа(II) поместили в концентрированный раствор азотной кислоты, в результате в растворе образовалась соль и кислота, а из раствора выделился бурый газ. Все образовавшиеся вещества выделили. Соль растворили в воде и добавили раствор гидрокарбоната калия, кислоту поместили в раствор силиката калия, а полученный бурый газ пропустили через холодный раствор гидроксида калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

1) FeS + 12HNO3 = Fe(NO3)3 + H2SO4 + 9NO2 + 5H2O 2) Fe(NO3)3 + 3KHCO3 = Fe(OH)3↓ + 3KNO3 + 3CO2 3) H2SO4 + K2SiO3 = K2SO4 + H2SiO3↓ 4) 2NO2 + 2KOH = KNO3 + KNO2 + H2O Подробный разбор Концентрированная азотная кислота — сильный окислитель, поэтому в сульфиде железа(II) она окисляет сразу оба элемента: железо \(Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+}\), а серу \(S^{2-} \rightarrow S^{+6}\). Соль в растворе — это \(Fe(NO_{3})_{3}\), кислота — \(H_{2}SO_{4}\), бурый газ — \(NO_{2}\). \(FeS + 12HNO_{3} = Fe(NO_{3})_{3} + H_{2}SO_{4} + 9NO_{2}\uparrow + 5H_{2}O\) \(Fe(NO_{3})_{3} + 3KHCO_{3} = Fe(OH)_{3}\downarrow + 3KNO_{3} + 3CO_{2}\uparrow\) \(H_{2}SO_{4} + K_{2}SiO_{3} = K_{2}SO_{4} + H_{2}SiO_{3}\downarrow\) \(2NO_{2} + 2KOH = KNO_{3} + KNO_{2} + H_{2}O\) Пояснения к переходам: во второй реакции соль сильно гидролизующегося катиона \(Fe^{3+}\) и гидрокарбонат-ион взаимно усиливают гидролиз, поэтому вместо обмена получается осадок \(Fe(OH)_{3}\) и газ \(CO_{2}\), а не карбонат железа(III); в третьей реакции сильная кислота вытесняет из соли слабую и нерастворимую кремниевую кислоту — она выпадает в осадок; в четвёртой реакции \(NO_{2}\) — оксид, образующий две кислоты, поэтому на холоде он диспропорционирует: степень окисления азота одновременно повышается до \(+5\) (нитрат) и понижается до \(+3\) (нитрит).

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения: При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образующиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.

Вещества цепочки: \(X_{1}\) — ацетилен \(CH \equiv CH\): двойное отщепление \(HBr\) от соседних атомов углерода под действием спиртового раствора щёлочи даёт тройную связь. \(X_{2}\) — ацетальдегид \(CH_{3}-CHO\): гидратация ацетилена по Кучерову идёт против правила Эльтекова — неустойчивый виниловый спирт перегруппировывается в альдегид. \(X_{3}\) — хлоруксусная кислота \(CH_{2}Cl-COOH\): нужен атом галогена у \(\alpha\)-углерода, чтобы затем заместить его на аминогруппу. Уравнения реакций: \(CH_{2}Br-CH_{2}Br + 2KOH_{(спирт.)} \overset{t}{\rightarrow} CH \equiv CH + 2KBr + 2H_{2}O\) \(CH \equiv CH + H_{2}O \overset{Hg^{2+}}{\rightarrow} CH_{3}-CHO\) \(5CH_{3}-CHO + 2KMnO_{4} + 3H_{2}SO_{4} \rightarrow 5CH_{3}-COOH + K_{2}SO_{4} + 2MnSO_{4} + 3H_{2}O\) \(CH_{3}-COOH + Cl_{2} \overset{h\nu}{\rightarrow} CH_{2}Cl-COOH + HCl\) \(CH_{2}Cl-COOH + 2NH_{3} \rightarrow H_{2}N-CH_{2}-COOH + NH_{4}Cl\) На что обратить внимание: в первой реакции щёлочь берут именно в спиртовом растворе — водный дал бы этиленгликоль вместо алкина. В четвёртой хлорирование идёт по радикальному механизму (на свету) в углеводородный радикал, а не по карбоксильной группе. В пятой аммиак нужен в двойном избытке: вторая молекула связывает выделяющийся \(HCl\), иначе глицин перейдёт в соль по аминогруппе.

Вторичный алифатический амин A массой 8,85 г вступает в реакцию соединения с бромэтаном, в результате образуется вещество Б массой 25,2 г (выход реакции считать количественным). На основании данных условия задачи: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу вещества A; 2) составьте структурную формулу вещества A, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции вещества A с бромэтаном (используйте структурные формулы органических веществ).

Общая формула алифатического амина A — CnH(2n+3)N. Найдены масса и количество вещества бромэтана: m(C2H5Br) = m(Б) − m(A) = 25,2 − 8,85 = 16,35 г n(C2H5Br) = 16,35/109 = 0,15 моль n(A) = n(C2H5Br) = 0,15 моль M(A) = 8,85/0,15 = 59 г/моль M(CnH(2n+3)N) = 12n + 2n + 3 + 14 = 14n + 17 14n + 17 = 59 => n = 3 Молекулярная формула вещества A: C3H9N. Структурная формула A: CH3-CH2-NH-CH3 (метилэтиламин). Уравнение реакции A с бромэтаном: CH3-CH2-NH-CH3 + CH3CH2Br -> [CH3-CH2-N(+)H(CH3)-CH2-CH3] Br(−) (бромид диэтилметиламмония) Подробный разбор Реакция соединения означает, что молекулы амина и бромэтана целиком объединяются в одну молекулу соли, поэтому масса продукта равна сумме масс реагентов — отсюда находим массу бромэтана. Общая формула алифатического амина — \(C_{n}H_{2n+3}N\). \(m(C_{2}H_{5}Br) = m(Б) - m(A) = 25{,}2 - 8{,}85 = 16{,}35\) г \(M(C_{2}H_{5}Br) = 109\) г/моль, \(n(C_{2}H_{5}Br) = \dfrac{16{,}35}{109} = 0{,}15\) моль Амин и бромэтан реагируют в соотношении \(1:1\), значит \(n(A) = 0{,}15\) моль: \(M(A) = \dfrac{8{,}85}{0{,}15} = 59\) г/моль \(M(C_{n}H_{2n+3}N) = 12n + (2n+3) + 14 = 14n + 17\) \(14n + 17 = 59 \Rightarrow n = 3\) Молекулярная формула вещества A: \(C_{3}H_{9}N\). По условию амин вторичный, то есть у атома азота два углеводородных радикала и один атом водорода. Три атома углерода при этом можно распределить только как метил и этил: \(CH_{3}-CH_{2}-NH-CH_{3}\) — метилэтиламин. Свободная электронная пара азота присоединяет этильную группу, а бромид-ион остаётся во внешней сфере — получается соль: \(CH_{3}-CH_{2}-NH-CH_{3} + CH_{3}CH_{2}Br \rightarrow [CH_{3}-CH_{2}-\overset{+}{N}H(CH_{3})-CH_{2}-CH_{3}]Br^{-}\) Вещество Б — бромид диэтилметиламмония.

Смесь FeS и FeS2 нагрели с избытком концентрированной серной кислоты до полного растворения твёрдых веществ. Одну десятую часть полученного раствора отобрали для проведения анализа. К отобранной пробе добавили избыток раствора гидроксида натрия, полученный осадок промыли и прокалили. Масса образовавшегося твёрдого вещества составила 2,8 г. Найдите объём газа (н.у.), выделившегося при обработке исходной смеси концентрированной серной кислотой, если известно, что отношение числа атомов серы к числу атомов железа в исходной смеси составляло 9 : 7. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Уравнения реакций: 2FeS + 10H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 9SO2 + 10H2O 2FeS2 + 14H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 15SO2 + 14H2O Fe2(SO4)3 + 6NaOH = 2Fe(OH)3↓ + 3Na2SO4 2Fe(OH)3 ->(t) Fe2O3 + 3H2O Расчёты: n(Fe2O3) = 2,8:160 = 0,0175 моль n(Fe2(SO4)3 в пробе) = n(Fe2O3) = 0,0175 моль n(Fe2(SO4)3 образовалось в р-ре) = 10·n(Fe2(SO4)3 в пробе) = 0,175 моль Пусть в смеси было x моль FeS и y моль FeS2, тогда: 0,5x + 0,5y = 0,175 (x + 2y) : (x + y) = 9 : 7 x = n(FeS) = 0,25 моль; y = n(FeS2) = 0,1 моль n(SO2) = 9/2·n(FeS) + 15/2·n(FeS2) = 1,125 + 0,75 = 1,875 моль V(SO2) = 1,875·22,4 = 42 л Подробный разбор Концентрированная серная кислота окисляет и железо (+2 → +3), и серу сульфидов до \(SO_{2}\), поэтому в растворе оказывается только сульфат железа(III), а газ — сернистый: \(2FeS + 10H_{2}SO_{4} = Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 9SO_{2}\uparrow + 10H_{2}O\) \(2FeS_{2} + 14H_{2}SO_{4} = Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 15SO_{2}\uparrow + 14H_{2}O\) \(Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 6NaOH = 2Fe(OH)_{3}\downarrow + 3Na_{2}SO_{4}\) \(2Fe(OH)_{3} \overset{t}{\rightarrow} Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}O\) 1. Идём от прокалённого осадка к соли в пробе. Твёрдый остаток — \(Fe_{2}O_{3}\) (щёлочь в избытке, поэтому всё железо ушло в осадок): \(n(Fe_{2}O_{3}) = \dfrac{2{,}8\ \text{г}}{160\ \text{г/моль}} = 0{,}0175\ \text{моль}\) По уравнениям (3) и (4): \(Fe_{2}(SO_{4})_{3} \rightarrow 2Fe(OH)_{3} \rightarrow Fe_{2}O_{3}\), то есть соотношение 1 : 1, значит \(n(Fe_{2}(SO_{4})_{3})\) в пробе \(= 0{,}0175\) моль. 2. Переходим ко всему раствору. Проба — одна десятая часть, поэтому \(n(Fe_{2}(SO_{4})_{3}) = 10 \cdot 0{,}0175 = 0{,}175\ \text{моль}\) 3. Находим состав смеси. Пусть \(n(FeS) = x\) моль, \(n(FeS_{2}) = y\) моль. Из уравнений (1) и (2) на 2 моль сульфида приходится 1 моль сульфата железа(III), то есть \(0{,}5x + 0{,}5y = 0{,}175\). Второе условие — отношение числа атомов серы к числу атомов железа: в \(FeS\) один атом серы, в \(FeS_{2}\) — два, железа по одному: \(\dfrac{x + 2y}{x + y} = \dfrac{9}{7}\) Из первого уравнения \(x + y = 0{,}35\); подставляя во второе, получаем \(7(x + 2y) = 9 \cdot 0{,}35\), откуда \(x + 2y = 0{,}45\) и \(y = 0{,}45 - 0{,}35 = 0{,}1\) моль, \(x = 0{,}25\) моль. 4. Считаем газ. По уравнению (1) на 2 моль \(FeS\) выделяется 9 моль \(SO_{2}\), по уравнению (2) на 2 моль \(FeS_{2}\) — 15 моль \(SO_{2}\): \(n(SO_{2}) = \dfrac{9}{2} \cdot 0{,}25 + \dfrac{15}{2} \cdot 0{,}1 = 1{,}125 + 0{,}75 = 1{,}875\ \text{моль}\) \(V(SO_{2}) = 1{,}875\ \text{моль} \cdot 22{,}4\ \text{л/моль} = 42\ \text{л}\) Ответ: \(V(SO_{2}) = 42\) л.